гэп практика. ГпЭ практическая. Практикум для студентов направления 210504 Горное дело ЮжноРоссийский государ ственный политехнический университет (нпи) имени М. И. Пла това. Новочеркасск юргпу(нпи), 2016. 96 с
 Скачать 1.7 Mb.
|
|
Контрольные вопросы 1. Назовите три основные группы мероприятий, направ- ленных на предупреждение загрязнения атмосферного возду- ха. 2. Какие основные группы, основанные на принципиаль- ных особенностях процесса очистки воздуха, Вы знаете? 3. Основные конструктивные особенности сухих пыле- уловителей. 4. Основные показатели работы сухих пылеуловителей. 38 5. Принципы работы и особенности конструкции мокрых пылеуловителей. 6. Промышленные характеристики работы различных мокрых пылеуловителей 7. Электрофильтры. Принцип работы, особенности кон- струкции и эффективность работы. 8. Фильтры, их разновидности, конструктивные особен- ности и эффективность очистки. 9. Методы очистки промышленных выбросов от газооб- разных примесей. 39 Практическая работа №3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ВОДНОГО БАССЕЙНА Цель работы: изучить основные методы и технические средства по очистке сточных вод, условиям их эффективного ис- пользования и области применения. 1. Краткие теоретические сведения При добыче полезных ископаемых между горными выра- ботками и гидрологическими объектами развиваются определен- ные гидравлические связи. Изменение параметров подземного стока приводит к смене режима водного питания биогеоценозов, нарушению обмена минеральных веществ, в экосистемах суши и баланса притоков и расходов в водных экосистемах, а также к ис- тощению водного ресурса. Водопотребление при добыче и переработке полезных иско- паемых обычно связано с хозяйственно-бытовыми и коммуналь- ными нуждами, производственными или техническими, а также с пожаротушением. При каждом направлении предусматривается использование воды определенного качества. Для хозяйственно- бытовых, коммунальных и некоторых производственных нужд применяется вода питьевого качества. Для производственных нужд применяется в основном техническая вода, к которой отно- сятся и попутно извлекаемые при добыче полезных ископаемых шахтные и карьерные воды. При использовании шахтных и карь- ерных вод для пылеподавления содержание взвешенных веществ должно быть не более 50 мг/л, активная реакция рН = 6,0–9,5 и полное отсутствие посторонних запахов. Основные контролируемые показатели речных водостоков следующие: скорость течения (м/с), расход (м 3 /с), продолжитель- ность фаз состояния. На озерах регистрируется уровень воды, пе- риоды формирования сплошного ледового покрова, ледостава и таяния льда. Гидрологические данные измеряются на специали- зированных станциях и постах сети Госкомгидромета. Подземные воды контролируются по сети региональных наблюдательных скважин, пробуренных до соответствующего 40 горизонта распространения запасов, пригодных для водоснабже- ния. Необходимым элементом контроля за соответствием водных ресурсов служит наблюдение за водопритоком в горные выра- ботки. Выполнение контроля состояния водного бассейна необхо- димо для заблаговременного выявления тенденции к недопусти- мому сокращению запасов поверхностных вод и почвенной влаги или к переувлажнению поверхностных отложений и заболачива- нию земель. Используют следующие показатели признаков нега- тивных процессов: изменение мощности зоны аэрации, т.е. рас- стояние от земной поверхности до уровня подземных вод сплош- ного распространения; распределение долей поверхностного сто- ка, подземного стока в пределах аэрации, стока в подземные воды с постоянным уровнем капиллярной влаги от величины атмо- сферных осадков. Для контроля качества вод существуют 4 категории пунк- тов контроля. Пункты 1 -й категории располагаются на средних, больших водоемах и водотоках, в городах с населением свыше 1 млн. чел., в районах повторяющихся аварийных сбросов. Пункты 2 -й кате- гории размещаются в районах со средней загрязненностью воды, расположения городов с населением от 0,5 до 1 млн. чел. Пункты 3 -й категории устанавливаются на реках и озерах у городов с населением до 0,5 млн. чел., в устьях водопритоков, где наблюда- ется низкая загрязненность воды. Пункты 4 -й категории устанав- ливаются на незагрязненных водоемах и водостоках, располо- женных на территории заповедников и природных национальных парков. Измерения в пунктах контроля проводятся по специаль- ным программам. Всего стандартных программ 6, из них 4 преду- сматривают определение гидрологических и гидрохимических показателей и 2 – гидробиологических. Состав сточных вод на промышленных предприятиях может значительно колебаться в зависимости от вида и регионов техно- логического процесса. Контроль состава сточных вод заключает- ся в измерения органолептических показателей воды: концентра- ция водородных ионов; содержание грубодисперсных веществ; химического потребления кислорода (ХПК); количества раство- ренного в воде кислорода, биохимического потребления кисло- 41 рода (БПК) и концентрации вредных веществ, для которых суще- ствуют нормируемые значения ПДК, Из органолептических показателей воды контролируют два: цвет и запах. Цвет воды устанавливают измерением ее оптической плот- ности на спектрофотометре при различных длинах волн прохо- дящего света. Контроль запаха носит качественный характер, проводят его при комнатной температуре или при нагревании сточной воды в колбе до температуры 320 - 340 К. Концентрация водородных ионов выражается величиной рН. Величина рН в сточных водах определяется электрометриче- ским способом, основанным на том, что при изменении величи- ны рН в жидкости на единицу, потенциал стеклянного электрода, опущенного в эту жидкость, изменяется на постоянную для дан- ной температуры величину. Определение грубодисперсных примесей осуществляется измерением массовой концентрации механических примесей и фракционного состава частиц. Для этого применяют фильтрова- ние пробы сточной воды через фильтроэлементы. Определяют также скорость всплывания механических примесей. Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необ- ходимого для окисления находящихся в воде восстановителей. Измерение ХПК определяют двумя группами методов: арбит- ражными и ускоренными. Арбитражные проводятся с большой точностью за длитель- ный период времени.Ускоренный метод применяется для еже- дневных анализов. Содержание растворенного кислорода в сточной воде изме- ряют перед сбросом воды в водоем. Наиболее всего распростра- нен подометрическйй метод Винклера для обнаружения раство- ренного кислорода с концентрацией более 0,0002 кг/м 3 . Меньшие концентрации измеряют колориметрическим методом. Под БПК подразумевается количество кислорода, необхо- димое для окисления в аэробных условиях, в результате происхо- дящих в воде биологических процессов, органических веществ, содержащихся в 1 л сточной воды. 42 Вычисление БПК производится на основе анализа измене- ния количества растворенного кислорода с течением времени. На практике обычно производят пятисуточное биохимическое по- требление кислорода БПК 5 Измерение концентрации вредных веществ, для которых установлены ПДК, производится на различных ступенях техно- логической схемы очистки сточных вод, обязательно измерение на заключительной ступени очистки перед выпуском сточной во- ды в водоем. Для обоснования выбора способа очистки и обеззаражива- ния сточных вод, а также состава очистных сооружений необхо- димы следующие исходные данные: объем и режим подачи сточ- ных вод на очистку, их физико-химический состав, перечень по- требителей очищенных сточных вод и требования к их качеству, результаты технологических исследований воды и образующего- ся осадка. Результаты технологических исследований вод долж- ны включать: кинетику хождения взвешенных частиц, тип и оп- тимальную дозу реагентов, фильтровальные характеристики, па- раметры осадка, образующегося при очистке, дозу хлора для обеззараживания. Принципы очистки сточных водзаключаются в следующем. Во всех случаях очистки стоков первой стадией является механи- ческая очистка, предназначенная для удаления взвесей и дис- персно-коллоидных частиц. Последующая очистка от химиче- ских веществ осуществляется различными методами – физико- химическими, электрохимическими, химическими и биологиче- скими. Если в сточных водах имеются весьма вредные вещества, применяют термические методы, позволяющие уничтожить эти примеси. Во многих случаях приходится применять комбинацию указанных методов. 2. Удаление взвешенных частиц из воды Механическую очистку, применяют для выделения из сточ- ных вод нерастворимых грубодисперсных примесей. Основными процессами механической очистки являются: • процеживание сточной воды на решетках и сетках для выделения крупных кусков примесей и посторонних предме- тов; 43 • улавливание в песколовках тяжелых примесей, прохо- дящих через решетки и сетки; • отстаивание для удаления нерастворяющихся тонущих и плавающих органических и неорганических веществ, не за- держиваемых решетами и песколовками; • удаление твердых взвешенных частиц в гидроцикло- нах; • фильтрование через различные фильтры для задержа- ния тонкодисперсных взвесей. Тот или иной процесс механической очистки или их комби- нацию применяют в зависимости от свойств примесей и необхо- димой степени их выделения. Процеживание сточных вод на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности преследует главным образом цель защиты очистных сооружений от попадания в очистные устройства крупных предметов: камней, кусков дерева, обломков оборудования. На рис.1 показана схема простой решетки из металлических прутков. Решетка имеет наклон к горизонту 60—70° и с шириной прозоров 15—20 мм. При небольших количествах снимаемых отбросов решетки очищают вручную граблями, и снятые примеси сбрасывают на дренажные площадки или на дырчатые желоба и затем вывозят в места отвалов. Рис.1. Схема устройства решетки 1- сточная вода, 2- решетка, 3- дренажная площадка, 4- очищенная вода Если количество крупных отбросов велико, устраивают спе- циальные механизированные решетки, в которых задержанные отходы механически снимаются, перемалываются в особых дро- 44 билках до размера 10—15 мм и сбрасываются в измельченном виде в подводящий канал перед решеткой. Песколовки представляют собой резервуары, в которых сточные воды протекают с небольшой скоростью, обеспечиваю- щей выпадение тяжелых веществ, главным образом песка. Песколовки бывают горизонтальные, в которых жидкость движется в горизонтальном направлении с прямолинейным или круговым движением воды, при этом скорость движения воды не должна превышать 0,3 м/с, или вертикальные, в которых жид- кость движется снизу вверх. На рис.2 показана горизонтальная песколовка с прямолинейным движением воды. Рис. 2. Схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением воды Очищаемая сточная вода движется слева направо с опреде- ленной по расчету скоростью, а выпадающий песок подвигается скребковым механизмом 2 к приемному бункеру 5, откуда время от времени удаляется грязевым насосом через приемник 6.Для обеспечения бесперебойной работы песколовку делают из не- скольких отдельных секций. Отстойники применяют для выделения из сточных вод не- растворяющихся грубодисперсных примесей, плотность которых либо выше, либо ниже плотности воды. В первом случае приме- няют собственно отстойники, во втором — отстойники-ловушки. Продолжительность отстаивания зависит от состава сточных вод и составляет в среднем 1,5-2 ч. Отстойники могут быть горизонтальные, вертикальные и радиальные. Горизонтальные отстойники по своему устройству напоми- нают песколовки. Схема вертикального отстойника показана на рис.3. 45 Рис.3. Схема вертикального отстойника Очищаемая вода подается через центральную трубу 1 в от- стойную часть 3, ударяется в отражатель 4, изменяет свое направление сначала на горизонтальное, а затем на вертикальное восходящее, при котором примеси оседают в иловый колодец 5. Осевший ил удаляют через илопровод 6. Осветленная вода пере- ливается через круговой водослив 2 и затем в сборный лоток. Радиальный отстойник представляет собой в плане круглый бассейн из железобетона диаметром 50 м (рис.4) Рис.4. Схема радиального отстойника Очищаемая от загрязнений вода подается через централь- ную распределительную трубу 3 и движется от центра к перифе- рии с постоянно уменьшающейся скоростью, но скорость оса- ждения осадка остается постоянной во все время осаждения. Осветленная вода поступает в круговой водослив 2 у краев бас- сейна и оттуда по лотку подается к месту назначения. Выпавший 46 осадок сдвигается к центрально расположенному приямку 9 скребками 7, закрепленными на металлических фермах 6, кото- рые вращаются вокруг центра. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20000 м 3 /сут. Обычно используют отстойники диаметром 16-60 м и глубиной 1,5-5 м. Эффективность осаждения в них со- ставляет 60%. Выделение всплывающих примесей Процесс отстаивания ис- пользуют и для очистки производственных сточных вод от нефти, масел, смол, жиров и др. Очистка всплывающих примесей аналогична осаждению твердых веществ. Различие заключается в том, что плотность всплывающих частиц меньше, чем плотность воды. Для улавливания последних используют нефтеловушки. Нефтеловушка представляет собой прямоугольный вытяну- тый в длину железобетонный отстойник, разделенный на не- сколько секций, работающих независимо друг от друга (рис.5). Глубина нефтеловушки -2 м, ширина секции 3-6 м, длина опреде- ляется расчетом при условии, что средняя продолжительность отстаивания составляет около 2 ч. Загрязненная вода через строго горизонтальный водослив 1 поступает в отстойную камеру ловушки. Скопившиеся на по- верхности воды нефтепродукты 3 улавливаются поворачиваю- щейся горизонтальной нефтесборной трубой 4 с продольной ще- лью. Осадок из приямка 8 откачивают гидроэлеватором 2. В ло- вушках предусмотрен скребковый транспортер 7. Очищенная во- да уходит через водослив 6. Скорость движения воды в нефтеловушке изменяется в пре- делах 0,005-0,01 м/с. Эффективность очистки достигает 96-98%. Рис.5. Схема нефтеловушки 47 Удаление взвешенных примесей под действием центробеж- ных сил. Осаждение взвешенных частиц под действием центробеж- ной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах.В гидро- циклонах взвеси выделяются из жидкости под действием центро- бежных сил, возникающих оттого, что очищаемая жидкость вво- дится в устройство под напором в тангенциальном направлении. Это вызывает ее вращательное движение и проявление центро- бежной силы. Схема гидроциклона показана на рис. 6. Рис. 6.Схема гидроциклона Очищаемая вода подается по патрубку 2 в цилиндрическую часть гидроциклона со скоростью до 20 м/с и движется вдоль стенок по спирали вниз; в конической части гидроциклона она поворачивается к вертикальной оси аппарата и по внутренней спирали поднимается вверх к выходному патрубку 5. Под дей- ствием центробежной силы, взвешенные в жидкости частицы, выпадают и через спуск для шлама 4 удаляются из системы. Для очистки сточных вод, как правило, используют напор- ные и открытые гидроциклоны. Напорные гидроциклоны изго- товляют диаметром от 10 до 700 мм с высотой цилиндрической части примерно равной диаметру аппарата. Эффективность очистки находится в пределах 70%. 48 Фильтрование применяют для очистки сточных вод от мел- кодисперсных примесей, которые не улавливаются другими ви- дами механической очистки. Процесс фильтрации заключается в том, что сточная вода проходит через пористую среду, находя- щуюся в специальных установках-фильтрах, при этом взвешен- ные осадки задерживаются на поверхности и в толще фильтрую- щего вещества. Схема фильтра показана на рис.7. Рис.7.Схема фильтра Очищаемая вода вводится в фильтр по лотку 1 на фильтру- ющий материал 5, расположенный на дренажном основании 9 с отверстиями для прохода воды. Проходя через фильтрующий слой, вода очищается, поступает в подфильтровое пространство 8 и удаляется из фильтра по трубе 7. После некоторого времени ра- боты, определенного регламентом, фильтрующий материал по- вергается регенерации, промывая его обратным током воды 6. К фильтрам предъявляют следующие требования: фильтро- вание должно осуществляться в направлении уменьшения разме- ра частиц фильтроматериала; колебания расхода очищаемой жидкости не должны превышать 15%, в конструкции фильтров необходимо предусматривать устройства для их регенерации и удаления загрязняющих веществ; фильтроматериалы должны иметь высокие физико-механические свойства, химическую стойкость, невысокую стоимость и т. п. В зернистых фильтрах широко используют в качестве филь- троматериалов кварцевый песок, дробленый шлак, гравий и т. п. Скорость фильтрования жидкости составляет 0,0014-0,002 м/с для сточной воды, поступающей в фильтр из циклона или от- стойника. 49 3. Физико-химические методы очистки вод К физико-химическим методам очистки сточных вод отно- сят флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректифи- кацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультра- фильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы ис- пользуют для удаления из сточных вод тонкодиспергированных взвешенных частиц (твердых и жидких), растворимых газов, ми- неральных и органических веществ. В сточных водах предприятий химической и нефтеперераба- тывающей промышленности содержатся мелкодисперсные ча- стицы размером 0,1—10 мкм, а также коллоидные частицы вели- чиной 0,001— 0,1 мкм. Применяемые методы механической очистки стоков, которые были описаны раньше, позволяют выде- лить частицы только крупнее 10—50 мкм, поэтому для удаления более мелкодисперсных и коллоидных частиц нужно их укруп- нить. На этом эффекте основан метод коагуляции. При коагуля- ции происходит соединение взвешенных частиц в более крупные хлопья с последующим выделением их в виде осадка. Для усиления эффекта осаждения совместно с реагентами, служащими для укрепления частиц, применяют флокулянты. Процесс заключается в следующем: отдельно приготавливаются растворы коагулянтов и флокулянтов, которые подаются в смеси- тель для смешивания со сточной водой. Затем вода поступает в камеры хлопьеобразования, где находится в течение 40 минут. После образования хлопьев вода поступает на механическую очистку. При флотации происходит уменьшение массы взвешен- ных частиц, чтобы побудить их всплыть на поверхность воды и затем удалить из стока. Наибольшее распространение получил способ так называе- мой напорной флотации. В напорный резервуар под давлением подают очищаемую воду и воздух. Здесь происходит растворение воздуха в воде в течение 5-7 минут, после чего смесь подается в флотоотстойник, где давление снижается до атмосферного. Воз- дух вновь выделяется, и вспененные им частицы всплывают, по- сле чего скребковым механизмом пену удаляют вместе с загряз- нениями. Осветленную воду через перфорированную трубу вы- водят из флотоотстойника. 50 При очистке сточных вод способом экстракции сточную воду смешивают с экстрагентом т.е. с жидкостью, в которой за- грязняющие вещества растворяются, лучше, чем в воде. Отделяя экстрагент от воды и вместе с ним часть экстрагируемого веще- ства, можно добиться значительного уменьшения загрязнения в сточной воде. Жидкостная экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение. В общем случае для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3-4 г/л их рационально извлекать этим методом. Схема очистки вод спосо- бом экстракции показана на рис.8. Чистый экстрагент вводится через патрубок 1, загрязненная вода поступает через трубопровод 2. Экстрагент, имеющий меньшую плотность, чем вода поднимается кверху, а вода опус- кается вниз, образуя противоток. Слои воды, проходя через экс- трагент, отдают ему загрязнители и очищаются. Загрязняющие вещества отправляются на переработку. |