Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Царев Николай Сергеевич
Технология обезвоживания осадков при очистке сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации с применением алюмосиликатных сорбентов и флокулянтов
05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Екатеринбург - 2012
Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина на кафедре водного хозяйства и технологии воды.
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент, лауреат Государственной премии СССР, Аксенов Валентин Иванович.
Официальные оппоненты: Гандурина Людмила Васильевна, доктор технических наук, старший научный сотрудник, ОАО НИИ ВОДГЕО, заведующая лабораторией.
Керин Александр Сергеевич, кандидат технических наук, ООО Проектирование Инжиниринг Водгео, начальник отдела технологического аудита и обработки осадков.
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана.
Защита состоится 23 мая 2012 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 303.004.01 при Открытом акционерном обществе Ордена Трудового Красного Знамени комплексный научно-исследовательский и конструкторскотехнологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии НИИ ВОДГЕО (ОАО НИИ ВОДГЕО), по адресу: 119435, Москва, Большой Саввинский переулок, д. 9, стр. 1, 8-й эт.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НИИ ВОДГЕО.
Автореферат разослан 20 апреля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, Кедров Ю.В.
кандидат технических наук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Глубокая очистка сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации является одним из приоритетных и наиболее актуальных направлений в области охраны водных ресурсов. В настоящее время большинство разрабатываемых и изготавливаемых очистных установок, вследствие определенных технологических особенностей и технико-экономических показателей, не могут быть использованы для очистки сточных вод с больших водосборных территорий - порядка сотен и тысяч гектаров, и поэтому их применяют преимущественно на автозаправочных станциях, паркингах и других объектах с небольшой водосборной площадью.
Для глубокой очистки больших объемов сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации целесообразно внедрение сорбционноседиментационной технологии, основанной на использовании в качестве основного реагента природного высокодисперсного гидрофобного алюмосиликатного сорбента, дозируемого в воду в виде суспензии. Для интенсификации последующего процесса отстаивания после введения твердофазного реагента воду дополнительно обрабатывают раствором катионного флокулянта.
Другой важной областью применения такой технологии является очистка промышленных и промышленно-дождевых сточных вод крупных промышленных предприятий с целью использования для производственного водоснабжения, поскольку применение указанных реагентов не приводит к увеличению концентрации солевых компонентов в воде.
При отстаивании воды после реагентой обработки образуется осадок, обезвоживание которого является важнейшей стадией технологического процесса. Однако, особенности физико-химических и технологических свойств, а также закономерности флокуляции, седиментации и фильтрования подобных осадков изучены недостаточно, чтобы создать эффективную технологию их обезвоживания и подготовки к утилизации.
Актуальность диссертационного исследования определена необходимостью разработки технологии обезвоживания осадков, получаемых на стадии отстаивания, что позволит создать полностью завершенную, экономически и экологически эффективную сорбционно-седиментационную технологию очистных сооружений дождевой и промышленно-дождевой канализации для больших водосборных территорий.
Объектом исследования являются осадки, образующиеся на стадии отстаивания в процессе очистки данных сточных вод.
Предметом исследования являются свойства указанных осадков, закономерности процессов их кондиционирования и обезвоживания.
Достоверность полученных результатов основана на применении стандартных методик исследований осадков, известных и специально разработанных стендовых установок для моделирования процессов обезвоживания осадков, на использовании для статистической обработки результатов экспериментов программы STATISTICA 8, на обобщении и сравнении полученных результатов по технологическим свойствам осадков различных объектов с имеющимися данными отечественных и зарубежных исследователей.
Целью работы является разработка научно обоснованной технологии обезвоживания осадков, образующихся на стадии отстаивания в сорбционноседиментационном процессе очистки сточных вод дождевой и промышленнодождевой канализации.
Задачи работы:
1. Определение физико-химических и технологических свойств осадков.
2. Выявление закономерностей обезвоживания осадков.
3. Разработка технологии обезвоживания осадков, ее аппаратурного оформления, внедрение полученных результатов в практику проектирования, монтажа и наладки очистных сооружений.
Научная новизна работы состоит в том, что в ходе исследования указанных осадков получены следующие результаты:
1. Экспериментально установлено, что при фильтровании удельное сопротивление слоя осадка снижается с увеличением содержания твердой фазы в исходном осадке и возрастает при повышении разности давлений фильтрования. На основании выявленных закономерностей научно обоснованы стадии технологии кондиционирования и обезвоживания осадков.
2. Получена эмпирическая математическая модель, устанавливающая зависимость удельного объема осадка, образующегося в отстойнике, и содержания в нем твердой фазы от дозы алюмосиликатного сорбента, используемого для обработки воды, и концентрации взвешенных веществ в исходной сточной воде. Модель представляет собой уравнения регрессии, позволяющие рассчитывать указанные технологические параметры для подобных систем.
3. Экспериментально установлена более высокая флокулирующая способность высокомолекулярных слабоосновных анионных флокулянтов в процессах кондиционирования исследуемых осадков. Определены тип и массовый расход реагента, а также условия флокуляционной обработки осадка по стадиям обезвоживания.
4. На основании кинематической теории стесненного осаждения концентрированных суспензий научно обосновано и экспериментально подтверждено, что скорость осаждения частиц сфлокулированного осадка и содержание твердой фазы в образующемся сгущенном осадке возрастают с увеличением высоты слоя исходного осадка.
5. Установлены особенности процесса фильтрования осадков под действием сил гравитации, вакуума и давления. Показано, что фильтрационные свойства исследуемых дисперсных систем отличают их от осадков других типов тем, что при показателе сжимаемости меньше единицы процесс механического обезвоживания на фильтр-прессах можно эффективно проводить как под действием постоянного, так и постепенно увеличивающегося давления фильтрования.
Значение полученных результатов для практики состоит в том, что:
1. Разработана научно обоснованная технология обезвоживания осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод дождевой и промышленнодождевой канализации с применением высокодисперсных алюмосиликатных сорбентов и флокулянтов.
2. Полученные результаты внедрены на ОАО Нижнесергинский метизнометаллургический завод (г. Ревда), ЗАО Березовский электрометаллургический завод (г. Березовский), ОАО Энергетик-ПМ (г. Пермь) и других объектах.
3. Материалы работы автор использует в образовательном процессе при обучении студентов кафедры водного хозяйства и технологии воды ФГАОУ ВПО УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследований физико-химических и технологических свойств осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации с применением алюмосиликатных сорбентов и флокулянтов.
2. Закономерности обезвоживания осадков.
3. Технология обезвоживания осадков и ее практическое применение.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на конференции в Словацком техническом университете города Братиславы (Братислава, Словакия: 2011), на XI Международном симпозиуме Чистая вода России - 2011 (Екатеринбург: 2011), на конференции в университете Генуи (Генуя, Италия: 2010), на VII Международной конференции Качество внутреннего воздуха и окружающей среды (Волгоград: 2009), на X Международном симпозиуме Чистая вода России - 2008 (Екатеринбург:
2008), на VIII Всероссийской научно-практической конференции "Экологические проблемы промышленных регионов (Екатеринбург: 2008), на IX Международном симпозиуме Чистая вода России - 2007 (Екатеринбург: 2007).
ичный вклад автора состоит в постановке и проведении экспериментальных исследований, анализе и научном обосновании полученных результатов, разработки технологии обезвоживания осадков и ее аппаратурного оформления, участии в проектировании, шеф-монтаже и наладке разработанных очистных сооружений.
Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликованы 20 научных работ, включая 3 статьи в ведущих рецензируемых научнотехнических журналах, 9 работ в материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов, а также учебное пособие для студентов ВУЗов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 1страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 25 таблиц. Список использованной литературы включает 133 источника.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи работы, обозначены объект и предмет исследования, изложены научная новизна и практическая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту, отражены личное участие автора в получении результатов и их достоверность.
Первая глава содержит обзор методов очистки сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации, применяемых в нашей стране и за рубежом. Сделан вывод, что для очистки больших объемов сточных вод наиболее перспективными являются реагентные методы. При этом особого внимания заслуживает технология, предусматривающая использование сорбционнофлокулирующего реагента одноразового использования, дозируемого в виде суспензии в поток очищаемых сточных вод. Твердофазный реагент (в данной работе - Экозоль-401) представляет собой природный специальным образом модифицированный алюмосиликат, обладающий свойствами сорбента и соосадителя. Он является представителем нового поколения реагентов, разрабатываемых в Уральском государственном лесотехническом университете (г. Екатеринбург) под руководством доктора химических наук, профессора В. В. Свиридова.
Технология очистки сточных вод и ее аппаратурное оформление разработаны в инжиниринговой Научно-проектной фирме ЭКО-ПРОЕКТ (г. Екатеринбург) под руководством доктора технических наук, доцента Ю. А. Галкина. Принципиальная схема очистных сооружений представлена на рисунке 1.
Подобная технология внедрена на очистных сооружениях сточных вод промышленно-дождевой канализации следующих предприятий: ОАО Уралмаш (производительность 22 тыс. м3/сут), ЗАО Нижнесергинский метизнометаллургический завод (производительность 3 тыс. м3/сут), ЗАО Березовский электрометаллургический завод (производительность 2,4 тыс. м3/сут).
Рисунок 1. Принципиальная схема сорбционно-седиментационной очистки сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации Далее в первой главе приведены характеристики отходов, образующихся при очистке сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации, и описаны методы подготовки их к утилизации. Сделан вывод, что самым проблемным и наименее изученным является осадок, образующийся при отстаивании сточных вод, особенно, в случае их предварительной реагентной обработки.
Методам обработки подобных осадков посвящены работы специалистов ОАО МосводоканаНИИпроект - И.И. Иванова, А.В. Кочурова и других, ОАО ЦНИИЭП инженерного оборудования - А.Е. Ловцова, А.А. Афанасьева, СПбГАСУ - докторов технических наук М.И. Алексеева и А.М. Курганова. Наибольший вклад в изучение данного вопроса внесли специалисты ОАО НИИ ВОДГЕО, разработавшие под руководством доктора технических наук, профессора В.Н. Швецова Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий городов, промышленных предприятий и расчету условий выпуска его в водные объекты (Москва:
2006). В этом документе приведены также и рекомендации, касающиеся подготовки к утилизации осадков, образующихся в песколовках, аккумулирующих емкостях и отстойниках. Однако в нем отсутствуют данные по фильтрационным и седиментационным свойствам осадков, рекомендации по выбору типа флокулянта для их кондиционирования, а также не приведены параметры работы оборудования механического обезвоживания осадков.
С учетом того, что в настоящее время проблема очистки сточных вод дождевой канализации селитебных и промышленных территорий стоит довольно остро, то необходимость дальнейшего изучения физико-химических и технологических свойств осадков в развитие рекомендаций ОАО НИИ ВОДГЕО является очевидной. Таким образом, результаты обзора литературы определили цель и задачи данной работы.
Вторая глава содержит результаты исследований физико-химических и технологических свойств исследуемых осадков.
При внедрении рассматриваемой технологии очистки сточных вод дозу твердофазного реагента (Dт.р.) варьируют, как правило, в зависимости от качества исходной воды и требуемой глубины ее очистки. Кроме того, во время работы очистных сооружений происходит изменение концентрации загрязняющих компонентов в исходной воде. В качестве параметра, определяющего степень загрязнения сточных вод, была принята концентрация взвешенных веществ (Свзв.).
Для анализа влияния указанных факторов на технологические характеристики осадка использована модель тонкослойного отстойника. Dт.р. варьировали от до 60 мг/дм3 (x1), Свзв. - от 60 до 130 мг/дм3 (x2). Функциями отклика являлись удельный объем осадка Vос., % от объема очищенной воды (y1), и содержание твердой фазы в образующемся осадке Cтв.ф., кг/м3 (y2). Был реализован полный факторный эксперимент 32 и в кодовой системе получены следующие уравнения:
, (1). (2) Сопоставление величин коэффициентов в уравнении (1) показывает, что Свзв. (х2) оказывает большее влияние на Vос. (y1), чем Dт.р. (х1). Кроме того, имеет место эффект взаимодействия факторов, который может быть обусловлен тем, что дисперсной фазой осадка являются частицы бентонитовой глины (основа твердофазного реагента) с сорбированными их поверхностью сфлокулированными частицами взвеси. Из уравнения (2) Рисунок 2. Vос. = f ( Свзв, Dт.р.) видно, что Cтв.ф. (y2) зависит только от Свзв. (х2).
Зависимость (1) в натурном масштабе представлена в виде графика на рисунке 2. Уравнение (2) в натурном масштабе имеет вид:
. (3) С помощью полученных зависимостей можно прогнозировать показатели Vос. и Cтв.ф., выполнять расчет сооружений и аппаратов обезвоживания осадка.
Кроме особенностей формирования исследуемые осадки имеют ряд других отличий. В таблице 1 выполнено их сравнение с осадками других типов.
Таблица 1 - Сравнение физико-химических и технологических свойств осадков Рассматриваемые осадки имеют минеральное происхождение, о чем можно судить исходя из величины зольности, и в сравнении с другими типами осадков большую плотность твердой фазы. Щелочное значение рН осадков обусловлено составом очищаемых сточных вод, а также реагентом Экозоль401, имеющим щелочную реакцию и входящим в состав осадка.
Экспериментально установлена высокая сжимаемость исследуемых осадков и найдена зависимость величины удельного массового сопротивления слоя осадка фильтрованию (rм) от содержания твердой фазы в исходном осадке (С):
(коэффициент достоверности аппроксимации - R2 = 0,85). (4) Из уравнения (4) следует, что с возрастанием С уменьшается величина rм. Такой характер зависимости отличает исследуемые дисперсные системы от известных осадков хозяйственно-бытовых сточных вод и указывает на некоторые сходства их фильтровальных характеристик с осадками природных вод.
Полученные результаты положены в основу разработки данной технологии обезвоживания осадков и могут быть использованы при определении технологических параметров работы проектируемых и действующих очистных сооружений.
Третья глава содержит результаты исследований процессов кондиционирования и обезвоживания исследуемых осадков.
Закономерности кондиционирования осадков флокулянтами. Из анализа полученных фильтрационных характеристик исследованных осадков сделан вывод, что осадки являются труднофильтруемыми. По этой причине процесс их обезвоживания будет эффективен лишь при условии предварительного кондиционирования путем обработки флокулянтами и минеральными реагентами.
Из флокулянтов применили высокомолекулярные полиэлектролиты серии Праестол производства ООО Дегусса Евразия и Зетаг производства ЗАО БАСФ. Использованы неионогенный полиэлектролит, анионные и катионные флокулянты с различной молекулярной массой и содержанием ионогенных групп.
Эффективность применения реагентов оценена при гравитационном сгущении осадков и механическом обезвоживании фильтрованием. Выявлено, что интенсифицировать оба процесса позволяет слабоосновный (содержание ионогенных групп в пределах 3Ц10%) анионный флокулянт Праестол 2510. 2500 2510 2530 2540 851 6Основные результаты по Тип флокулянта Праестол обезвоживанию осадка Рисунок 3. Влияние типа флокулянта на производипод давлением представ- тельность мембранного фильтр-пресса. Массовый лены на рисунке 3.
расход флокулянтов - 5 кг/т сухого вещества осадка Массовый расход флокулянта Праестол 2510 для обработки осадка на стадии гравитационного сгущения осадка составляет 0,3-0,5 кг/т сухого вещесухому веществу, кг/(м ч) Удельная производительность по ства осадка, на стадии механического обезвоживания на фильтр-прессах - 5-кг/т.
Установлено, что условия смешивания раствора флокулянта с осадком оказывают влияние на процесс его последующего обезвоживания. Рекомендуемые гидродинамические характеристики смесителя: средний квадратичный градиент скорости перемешивания - 200 с-1, продолжительность - не менее 2 с.
Определенные параметры позволяют в случае с процессом гравитационного сгущения добиться увеличения концентрации твердой фазы в уплотненном осадке на 15%-ов, а в случае механического обезвоживания повысить удельную производительность оборудования на 20%-ов.
В результате сопоставления полученных результатов по реагентному кондиционированию исследуемых осадков и литературных данных по технологиям обработки полиэлектролитами воды, осадков и промышленных суспензий выявлена важная особенность объекта исследования, состоящая в том, что для его обработки эффективны слабоосновные анионные флокулянты. Это проиллюстрировано на рисунке 4.
о прмобла Рисунок 4. Области применения органических флокулянтов (сопоставление литературных данных с полученными в работе результатами) Закономерности гравитационного сгущения осадков. В работе установлено влияние высоты слоя исходного осадка на процесс гравитационного сгущения.
В ходе экспериментов исследуемый осадок обрабатывали флокулянтом Праестол 2510, после чего в условиях медленного механического перемешивания сгущали при высоте налива 0,17; 045; 0,95 и 1,25 м. Установлено, что при уплотнении осадка имеет место процесс стесненного осаждения твердой фазы.
При этом скорость осаждения осадка возрастает при увеличении исходной высоты его налива. Кроме того, у проб осадка разной высоты наблюдаются также различия и в характере распределения твердой фазы по высоте. Для анализа указанных закономерностей использованы теоретические положения теории осаждения концентрированных суспензий Кинша. В соответствии с ней процесс стесненного осаждения можно описать уравнением неразрывности твердой фазы:
( ),,, (5) ( ) ( ) ( ) ( ), (6) где - концентрация твердой фазы в осадке, кг/м3; t - продолжительность сгущения, ч; z - значение координаты видимой границы раздела фаз по оси ординат, м; L - исходная высота налива осадка, м; fbk() - функция удельной нагрузки, кг/(м2ч); vs - скорость осаждения твердой фазы, м/ч.
Результаты расчетов представлены на рисунке 5. Максимальная концентрация твердой фазы (max) выше в осадке с большей исходРисунок 5. Распределение твердой фазы в осадке по ной высотой слоя (L).
высоте через 1 час после начала сгущения Это обусловлено увеличением давления на слои осадка, находящиеся у дна. Слои сжимаются как за счет переупаковки всех частиц, так и отдельных хлопьев, имеющих аморфную структуру, что приводит к образованию плотных компактных агрегатов с перераспределением сил взаимодействия между ними.
Кроме того, экспериментально определено, что скорость движения конца лопасти перемешивающего устройства должна составлять 0,005-0,01 м/с.
В таблице 2 представлены обобщенные показатели процесса гравитационного сгущения осадков с исходным содержанием твердой фазы от 18 до 30 кг/м3.
Таблица 2 - Показатели процесса гравитационного сгущения Условия проведения процесса Обработка Обработка Без обработки Без обработки Праестол Праестол Наименование флокулянтом флокулянтом, 2510 (расход 2510 (расход показателя и с перемеши- 0,3 кг/т), 0,3 кг/т), перемешиваванием без переме- с перемешиния шивания ванием Кратность снижения объема 1,2-1,5 1,8-2,5 2,0-2,1 2,5-2,через 6 ч сгущения Концентрация твердой фазы в 22-45 30-70 35-65 45-осадке, кг/мСодержание взвешенных веществ в 100-140 150-230 50-100 50-1надосадочной воде, мг/дмЗакономерности механического обезвоживания осадков. Установлено, что вакуум-фильтры не могут быть применены для обезвоживания исследуемых осадков. При фильтровании исследуемых осадков на моделях барабанного и ленточного вакуум-фильтров удельная производительность аппаратов была не более 1 кг/(м2ч), а влажность получаемого осадка - 95%. При этом он имел толщину менее 2 мм и не отделялся от фильтроткани. Обработка осадка флокулянтами и минеральными реагентами не привела к положительным результатам.
Экспериментально определено, что более эффективным является обезвоживание рассматриваемых осадков с помощью камерных, мембранных и ленточных фильтр-прессов. При моделировании аппаратов камерного типа использованы известные методики и лабораторные устройства. Для имитации работы ленточного фильтр-пресса была сконструирована специальная установка, оборудованная фильтром с поршнем, обеспечивающим как процеживание воды из осадка в гравитационных условиях, так и двухстороннее фильтрование осадка через сетки за счет механического сжатия. Эксперименты выполнены по методике, разработанной кандидатом технических наук Р.Я. Аграноником.
В таблице 3 приведены основные параметры процессов кондиционирования и обезвоживания исследуемых осадков на фильтр-прессах, определенные в результате экспериментальных исследований.
Таблица 3 - Параметры процессов кондиционирования и обезвоживания осадков Тип фильтр-пресса Наименование параметра Камерный Мембранный Ленточный Удельная производительность аппа7 5 рата по сухому веществу, кг/(м2ч) Влажность осадка, % 65 60 Кратность снижения объема 5 5,5 5,Эффективность задержания 99,8 99,7 98,сухого вещества, % Концентрация взвешенных 110 170 7веществ в фильтрате, мг/дмрН фильтрата 12 8,5 8,Массовый расход слабоосновного анионного флокулянта, кг/т сухого - 5 вещества осадка 3Ц5 - - Доза извести (по СаО), % Давление, МПа:
фильтрования 0,3Ц0,4 0,3Ц0,4 0,05Ц0,мембранного отжима - 0,5Ц0,6 - Продолжительность стадий, мин:
гравитационного фильтрования - - фильтрования под давлением 20Ц30 20Ц30 мембранного отжима - 10Ц20 - сушки воздухом 3Ц5 3Ц5 - Установлено, что снижение влажности осадка на 3% после ленточного фильтр-пресса можно добиться за счет увеличения продолжительности нахождения осадка в зоне гравитационного фильтрования с 1 до 4 мин. Исходя из этого, предложено в дополнении к ленточному фильтр-прессу использовать сетчатый сгуститель.
В ходе исследований были испытаны различные типы фильтровальных тканей фирм Tamfelt и Fugafil, а также сеток ОАО Краснокамский завод металлических сеток. Предложено для экипировки камерных и мембранных фильтр-прессов использовать материал фирмы Tamfelt с артикулом S1107L2K2, а для ленточных фильтр-прессов - сетку с размерами ячеек 0,2750,553 мм.
Таким образом, в работе показано, что обезвоживание исследуемых осадков, имеющих показатель сжимаемости менее единицы, можно вести как при постоянном давлении фильтрования на аппаратах камерного типа, так и при постепенно увеличивающемся давлении на ленточных фильтр-прессах. Это позволяет расширить имеющиеся научные представления о влиянии сжимаемости осадка на выбор условий процесса фильтрования.
В четвертой главе представлена разработанная технология обезвоживания осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации с применением высокодисперсных алюмосиликатных сорбентов и флокулянтов, приведены варианты ее аппаратурного оформления, выполнены технико-экономические расчеты, а также даны примеры внедрения результатов работы на промышленных предприятиях.
Технологическая схема с мембранным фильтр-прессом приведена на рисунке 6а. Осадок в периодическом режиме откачивают из отстойника в гравитационный сгуститель (2), оборудованный устройством для перемешивания осадка. Раствор флокулянта дозируют в трубопровод откачки осадка. Смешивание реагента с осадком осуществляют в статическом смесителе (1). После уплотнения осадок насосом подают на фильтрование в камеры фильтр-пресса (3). В трубопровод подачи осадка на фильтр-пресс вводят раствор флокулянта.
По окончанию фильтрования осадок в камерах фильтр-пресса отжимается мембранами, просушивается воздухом и выгружается в контейнер (7).
Для кондиционирования осадка можно использовать известь. В этом случае после сгущения осадок откачивают порционно в механический смеситель для смешивания с реагентом и подают насосом в фильтр-пресс. При обработке осадка известью может быть использован камерный фильтр-пресс.
Технологическая схема с применением ленточного фильтр-пресса приведена на рисунке 6б. Осадок в периодическом режиме откачивают из отстойника в усреднитель (8). Из него насосом осадок подают в сетчатый сгуститель, предварительно смешивая с раствором флокулянта в статическом смесителе (1).
Сгущенный осадок поступает на ленточный фильтр-пресс (10).
Экспериментально установлено, что обезвоженный осадок будет иметь IV класс опасности. Его дальнейшая утилизация возможна, например, путем переработки в цементной промышленности.
Рисунок 6. Технологические схемы обезвоживания осадков с мембранным фильтр-прессом (а) и ленточным фильтр-прессом (б):
1 - трубчатый смеситель; 2 - гравитационный сгуститель; 3 - подающий насос; 4 - мембранный фильтр-пресс; 5 - ресивер; 6 - компрессор; 7 - контейнер; 8 - усреднитель; 9 - ленточный сгуститель; 10 - ленточный фильтр-пресс;
11 - сетчатый фильтр; 12 - резервуар промывной воды; 13 - промывной насос.
Разработанная технология обезвоживания осадка внедрена на очистных сооружениях сточных вод промышленно-дождевой канализации ОАО Нижнесергинский метизно-металлургический завод (г. Ревда), ЗАО Березовский электрометаллургический завод (г. Березовский), ОАО Энергетик-ПМ (г.
Пермь) и других объектах.
В таблице 4 приведены основные технико-экономические показатели узла механического обезвоживания осадка очистных сооружений промышленно-дождевого стока машиностроительного предприятия.
Таблица 4 - Основные технико-экономические показатели технологии обезвоживания осадка на примере машиностроительного предприятия Наименование показателя Величина Объем исходного осадка, тыс.м3/год Масса осадка по сухому веществу, т/год 4Производительность гравитационных сгустителей, м3/сут Производительность камерных фильтр-прессов, т/сут 1,Капитальные затраты, тыс. руб, в том числе:
345проектные работы 25строительно-монтажные и наладочные работы 200оборудование 120Эксплуатационные затраты, тыс. руб/год, в том числе: 10реагенты заработная плата персонала 2электроэнергия отопление и вентиляция 1амортизационные отчисления 3текущий ремонт и техническое обслуживание 1прочие работы и затраты Приведенные затраты, тыс. руб. 52Затраты на обезвоживание 1 м3 осадка, тыс. руб/м3 0,Экономический эффект рассчитан путем сопоставления приведенных затрат по очистным сооружениям промышленно-дождевых сточных вод с узлом обезвоживания осадка и ущерба от загрязнения. Экономический эффект от внедрения узла обезвоживания является долей от общего экономического эффекта.
Потенциальные штрафные санкции машиностроительного предприятия за сброс загрязняющих веществ составят 149,92 млн. руб/год. Годовой экономический эффект при строительстве очистных сооружений составит 83,205 млн.
руб/год, в том числе от внедрения узла обезвоживания - 6,656 млн. руб/год.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Изучение литературных данных показало, что для очистки больших объемов сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации целесообразно применять физико-химические процессы, основанные на использовании для обработки воды природных сорбентов и флокулянтов. При этом в отстойниках будут образовываться осадки, особенности физико-химических и технологических свойств которых изучены недостаточно, чтобы создать технологию их обезвоживания. Эти проблемы определили цель и задачи данной работы.
2. Получена эмпирическая математическая модель, представляющая собой уравнения регрессии, описывающие зависимости удельного объема осадка, образующегося в отстойнике, и содержания в нем твердой фазы от дозы реагента, используемого для очистки воды, и концентрации взвешенных веществ в воде.
3. Установлено влияние на процесс гравитационного сгущения исследуемых осадков типа и дозы флокулянта, условий флокуляционной обработки, высоты налива осадка в сгустителе, а также условий перемешивания осадка во время уплотнения. Это позволило определить технологические параметры процесса сгущения, обеспечивающие его относительно высокую эффективность.
4. Для интенсификации процессов обезвоживания исследуемых осадков наиболее эффективен высокомолекулярный слабоосновный анионный флокулянт Праестол 2510. Массовый расход полиэлектролита для обработки осадка на стадии гравитационного сгущения осадка составляет 0,3-0,5 кг/т сухого вещества осадка, на стадии механического обезвоживания на фильтр-прессах - 5-7 кг/т.
5. Разработана технология обезвоживания осадков, образующихся при очистке сточных вод дождевой и промышленно-дождевой канализации с применением алюмосиликатных сорбентов и флокулянтов, предусматривающая их кондиционирование реагентами, сгущение в гравитационных или сетчатых сгустителях, фильтрование на мембранных, камерных или ленточных фильтрпрессах. Предложенная схема обезвоживания осадка вместе со способом утилизации осадков, например, в цементной промышленности позволяют создать завершенную технологию очистки указанных сточных вод.
6. Результаты работы использованы как технологическое задание для проектирования очистных сооружений сточных вод промышленно-дождевой канализации ОАО Нижнесергинский метизно-металлургический завод (г. Ревда), ЗАО Березовский электрометаллургический завод (г. Березовский), ОАО Энергетик-ПМ (г. Пермь) и других объектов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:
Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах 1. Царев, Н. С. Рекомендации по обезвоживанию осадков очистных сооружений ливневого стока [Текст] / Н. С. Царев //Естественные и технические науки. - Москва, 2010. - №2 (46). - С. 482 - 483.
2. Галкин, Ю. А. Исследование процессов сгущения и обезвоживания осадков реагентной обработки поверхностных сточных вод [Текст] / Ю. А. Галкин, Д. Н.
Обадин, Н. С. Царев // Вестник УГТУ-УПИ. Строительство и образование : сб.
научных трудов / ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2006. - С. 311 - 313.
3. Галкин, Ю. А. Современные методы очистки поверхностного стока с территорий городов и промышленных предприятий [Текст] / Ю. А. Галкин, Л. П. Филинкова, Н. С. Царев // Вестник УГТУ-УПИ. Строительство и образование : сб.
научных трудов / ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2006. - С. 309 - 311.
Материалы всероссийских и международных конференций и симпозиумов 4. Царев, Н.С. Экологические основы утилизации осадков очистных сооружений поверхностных сточных вод [Текст] // Н. С. Царев / Качество внутреннего воздуха и окружающей среды : материалы VII Международной научной конференции (Волгоград, 13 - 17 мая, 2009) / ВолгГАСУ, РААСН, РОИС, МАНЭБ, РАЕ. - Волгоград, 2009. - С. 85 - 89.
5. Царев, Н.С. Расчет технологических параметров осадков физикохимической очистки ливневых сточных вод [Текст] / Н. С. Царев // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность : труды ХI Международной научно-практической конференции / КемТИПП, СибГИУ, НГАСУ, ЗАО КВК Экспо-Сибирь. - Кемерово, 2008. - С. 120 - 123.
6. Галкин, Ю.А. Современные технологии и оборудование для обработки осадков природных и сточных вод [Текст] / Ю. А. Галкин, Е. А. Уласовец, В. И. Аксенов, Н. С. Царев [и др.] // X Международный симпозиум и выставка Чистая вода России : сб. материалов (Екатеринбург, 7 - 9 октября 2008 г.) : В 2 т. - Екатеринбург, 2008. - Т. 2. - С. 550 - 554.
7. Аксенов, В.И. Перспективы использования флокулянтов в системах водного хозяйства коммунальных и промышленных предприятий [Текст] / В. И. Аксенов, В. А. Никулин, И. И. Ничкова, Н. С. Царев // X Международный симпозиум и выставка Чистая вода России : сб. материалов (Екатеринбург, - 9 октября 2008 г.) : В 2 т. - Екатеринбург, 2008, - Т. 2. - С. 509 - 512.
8. Царев, Н. С. Обработка и утилизация осадка очистных сооружений промливневых сточных вод машиностроительного предприятия [Электронный ресурс] / Н. С. Царев, Д. В. Ермаков, С. А. Федотов // ЭКВАТЭКЦ2008 : сб. докладов Восьмого международного конгресса Вода: Экология и технология (Москва, 3 - 6 июня 2008 г.) / ЗАО Фирма СИБИКО Интернэшнл. - Москва, 2008.
9. Царев, Н. С. Проектирование узлов обработки осадков очистных сооружений поверхностных сточных вод [Текст] / Н. С. Царев, Е. А. Уласовец, Д. Н.
Обадин // Экологические проблемы промышленных регионов : материалы VIII всерос. науч.-практ. конф. (Екатеринбург, 22 - 24 апреля, 2008) / Правительство Свердловской области, Министерство природных ресурсов Свердловской области, ОАО Уральский институт металлов, ГРВ - ИнЭкспо. - Екатеринбург, 2008. - С. 98 - 99.
10. Царев, Н. С. Характеристика осадков, образующихся при очистке ливневых и промышленно-ливневых сточных вод [Текст] / Н. С. Царев // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность : труды Х Международной научно-практической конференции / КемТИПП, СибГИУ, НГАСУ, ЗАО КВК Экспо-Сибирь. - Кемерово, 2007. - С. 73 - 75.
11. Галкин, Ю. А. Механическое обезвоживание осадков поверхностных сточных вод с помощью фильтр-прессов [Текст] // Ю. А. Галкин, В. И. Аксенов, Н. С.
Царев // ЭКВАТЭКЦ2006 : сб. докладов Седьмого международного конгресса Вода: Экология и технология (Москва, 30 мая - 2 июня 2006 г.) : В 2 ч. / ЗАО Фирма СИБИКО Интернэшнл. - Москва, 2006. - Ч. 2. - С. 773 - 774.
12. Аксенов, В. И. Использование флокулянтов для кондиционирования осадка реагентной обработки поверхностного стока [Текст] / В. И. Аксенов, Ю. А.
Галкин, Н. С. Царев // Экологические проблемы промышленных регионов :
материалы Седьмой всерос. науч.-практ. конф. (Екатеринбург, 18 - 20 апреля, 2006) / Правительство Свердловской области, ГН - РФ ОАО "Уральский институт металлов", ГРВ - "ИнЭкспо". - Екатеринбург, 2006. - С. 109 - 110.
Учебное пособие 13. Аксенов, В. И. Применение флокулянтов в системах водного хозяйства [Текст] : Учебное пособие / В. И. Аксенов, Ю.В. Аникин, Ю. А. Галкин, И.
И. Ничкова, Л. И Ушакова, Н. С. Царев. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008.
- 92 с. - 200 экз. - ISBN 978-5-321-01296-3.
Кроме работ, указанных в данном перечне, по теме диссертации опубликованы 7 печатных работ.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям