Водоотведение и очистка сточных вод завода по производству цемента

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

______________________________________________________________

Институт  инженерно-экологического строительства  и механизации

 

 

Кафедра:  «Водоотведение и водная экология»

 

Направление подготовки: «Водоснабжение и водоотведение»

Специализация:  270112.01 "Системы и сооружения водоснабжения и водоотведения "

Дисциплина: “Водоотводящие системы промышленных предприятий”

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту:

 

 

"Водоотведение и очистка сточных вод завода по производству цемента"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель  проектирования         

 

 

Выполнил  студент                                                                     

 

 

 

 

 

 

 

Москва  – 2013 г.

Аннотация.

В данном курсом проекте я буду рассказывать об отведении и очистки сточных вод завода по производству цемента.  А так же о технологических процессах производства цемента, о его разновидностях, способах применения и технологических требованиях к качеству воды и стоков.

Далее к курсовому проекту будут  прилагаться графические материалы  балансовой семы водоснабжения и водоотведения предприятия, технологическая схема и схемы нефтеловушки и фильтр-пресса.

 

 

Содержание

1.     Введение...................................................................................................................................................4

2. Производство цемента 5.

2.1.  Технологических процесс  производства цемента мокрым  способом…………………………...…6

2.2.   Водопотребление технологического процесса 8

3.      Характеристика стоков цементного завода......................................................................................10 3.1.   Основные технологические требования к качеству воды и стоков……..……………..10

4.       Балансовая схема водопотребления цементного завода................................................................11

5.       Определение качества и расходов сточной воды............................................................................13

5.1.     Определение расходов сточных вод от промышленного предприятия........................................13

 5.2.   Расходы поступающей сточной воды на очистку............................................................14

 5.3.   Качество поступающей сточной воды на очистку.........................................................14

 5.4.    Определение концентраций загрязнений в смеси промышленных СВ........................14

6.        Очистка сточной воды.........................................................................................................15

6.1.    Технологическая схема.......................................................................................................15

6.2.    Расчет сооружений..............................................................................................................16

 6.2.1 Тангенциальная песколовка................................................................................................16

6.2.2. Вертикальный отстойник...................................................................................................17

6.2.3. Отстойник-нефтеловушка..................................................................................................18 6.2.4. Станция обезвоживания осадка на фильтр-прессе...........................................................21

Список литературы........................................................................................................................22

 

 

Перечень графических  материалов:

Лист 1: Балансовая схема водоснабжения и водоотведения  предприятия, схема фильтра-пресса.

           Лист 2: Технологическая схема, схема нефтеловушки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При затворении водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих - (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Цемент для строительных растворов - малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных  и штукатурных растворов. Изготовляют  совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок  и наполнителей.

 

Цемент получается при нагревании гашёной извести и глины или  других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450 °С. Происходит частичное  плавление, и образуются гранулы  клинкера. Для получения цемента  клинкер перемешивают с несколькими  процентами гипса и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими  формами сульфата кальция. Некоторые  технические условия разрешают  добавлять другие материалы при  помоле. Типичный клинкер имеет примерный  состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3 и 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50-70%. Это трехкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счет размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, Al3+ и Fe3+. Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15-30%. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5-10% для большинства нормальных цементных  клинкеров. Это трехкальциевый алюминат Са3Al2O6, существенно измененный по составу, а иногда и по структуре, за счет инородных ионов, особенно Si4, Fe3+, Na+ и К+. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5-15% обычного цементного клинкера. Это — четырехкальциевый алюмоферрит Ca2AlFeO5, состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

 

 

Виды цемента

По наличию основного минерала цементы подразделяются:

романцемент - преобладание белита, в настоящее время не производится;

портландцемент - преобладание алита, наиболее широко распространен в строительстве;

глинозёмистый цемент - преобладание алюминатной фазы;

магнезиальный цемент (Цемент Сореля) - на основе магнезита, затворяется  водным раствором солей;

смешанные цементы - цементы, получаемые путем смешения вышеприведенных  цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими  вяжущими свойствами.

кислотоупорный цемент - на основе гидросиликата натрия (Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

 

В подавляющем большинстве случаев  под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ века количество разновидностей цемента составляло около 30.

 

По прочности цемент делится  на марки, которые определяются главным  образом пределом прочности при  сжатии половинок образцов-призм  размером 40*40*160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1 к 3 с кварцевым  песком. Марки выражаются в числах М100 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при  сжатии соответственно в 100—600 кг/см2 (10—60 МПа). В настоящее время цемент марки М300 и менее не выпускается. Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.д.

Также по прочности в настоящее  время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок  состоит в том, что прочность  выводится не как средний показатель, а требует не менее 95% обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать  заявленному классу). Класс выражается в числах 30—60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

 

2. Производство  цемента

 

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт  равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов  кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4∙2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных  добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы) для  улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при  температуре 1470°C в течение 2-4 часов  в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними  теплообменными устройствами, для упрощения  синтеза необходимых минералов  цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно  можно поделить на зоны:

- подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2H2O → Al2O3∙2SiO2 + 2H2O; далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.

- декарбонизации (900…1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;

- экзотермических реакций (1200…1350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;

- спекания (1300→1470→1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С3S);

- охлаждения (1300…1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

 

2.1. Технологический  процесс производства цемента

мокрым  способом

 

На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера часто используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. В этом случае технологическая схема производства цемента, в которой приведены основные технологические переделы без указания дозировочных и транспортных устройств и другого вспомогательного оборудования, выглядит следующим образом .

Начальная технологическая операция получения клинкера — измельчение  сырьевых материалов. При использовании  в качестве известкового компонента мела его измельчают в болтушках или в мельнице самоизмельчения. Если применяют твердый известняк, то его дробят в одну-две стадии в щековых дробилках. Глиняный шлам, полученный в болтушках или других агрегатах, направляют в сырьевую мельницу, куда подается для измельчения и известняк. В мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Чтобы получить сырьевой шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах или в потоке.

При мокром способе производства сырьевые материалы измельчают и сырьевую смесь смешивают с водой. Получаемая сметанообразная масса — сырьевой шлам — содержит 32—45% воды.

Выходящий из мельниц сырьевой шлам в виде сметанообразной массы  насосами подают в расходный бачок  в печной цех на обжиг. Из бачка  шлам равномерно сливается во вращающуюся  печь. При мокром способе производства для обжига клинкера используют длинные  вращающиеся печи со встроенными теплообменными устройствами.

Из печи клинкер поступает в  холодильник, где охлаждается холодным воздухом. Охлажденный клинкер отправляют на склад. В ряде случаев клинкер  из холодильников направляют непосредственно на помол в цементные мельницы. Перед помолом клинкер дробят. Дробление клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками.

Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа (цементные  силосы). Отгружают цемент потребителю либо в таре (бумажных мешках по 50 кг), либо навалом в автоцементовозах или в специальных железнодорожных вагонах.