Контрольная работа по "Экологии"

 

Для очистки сточных вод от загрязнений применяются технические средства. Практически все вещества, присутствующие в стоках, относятся к числу вредных, и поэтому должны быть удалены из них. Конкретные условия для выбора очистных.

Показателями качества воды – несущей среды сбросов – являются значения концентраций в ней вредных веществ с₁. То же можно сказать и о воздухе. Эффективность очистки η₁ сточных вод (отходящих газов) от 1-го загрязняющего вещества определяется по формуле:

             (1.7)

где С_iвх – концентрация i-го загрязняющего вещества на входе в устройство, мг/м³;

       С_iвых – концентрация i-го загрязняющего вещества на выходе из устройства, мг/м³.

Эффективность очистки имеет, по существу, смысл коэффициента полезного действия (КПД) соответствующего устройства. Вследствие большого разнообразия свойств примесей (например, их фазового состояния, фракционного состава температуры и др.) в потоке сточных вод или отходящих газов решить задачу приемлемой чистки в каком-либо одном устройстве практически невозможно. Отмеченное определяет необходимость применения системы n последовательно соединенных аппаратов, которая дает общую эффективность по 1-й примеси:

 

,                    (1.8)

 

где η_ij – эффективность очистки от i-й примеси в j-м устройстве.

Конструктивные решения устройств  очистки весьма разнообразны, однако заложенных в них принципов вывода загрязняющих веществ немного гравитационное осаждение (отстаивание), фильтрование, флотации, инерционное разделение,, биологическая очистка и ряд других. Эффективность некоторых технических средств очистки приведена в табл. 1.4.

В практической работе рассматриваются  простые технические устройства реализующие три последних принципа. В сложных системах очистки сточных вод эти устройства могут выступать отдельными элементами.

 

ФЛОТАТОР

 

Основное назначение флотационной установки (рис. 1.1) – очистка от взвешенной в объеме воды мелкодисперсной фракции масел или нефтепродуктов [12-15]. Несмотря на разность плотностей несущей среды и жирных компонентов очистка сточной воды от эмульсии методом отстаивания неудовлетворительна из-за чрезмерно большой длительности процесса. При флотации процесс интенсифицируется вследствие обволакивания капелей масла пузырьками воздуха, вводимого в сточную воду, и их последующего всплывания. Эффективность образования агрегатов «частица масла - пузырьки воздуха» зависит от размера фракций, интенсивности их столкновения друг с другом, химических и физических свойств веществ (рН, вязкости, температуры, давления и т.п.). помимо масел, с помощью флотационной установки можно концентрировать и выводить их сточных вод взвешенные вещества, ПАВ, органические примеси, медь и т.д. (эффективность см. в табл. 1.4).

Исходная сточная вода по трубопроводу 1 и отверстиям в нем равномерно поступает в объем флотатора. Навстречу потоку воды по трубопроводу 2 подается сжатый воздух, который через насадку из пористого материала равномерно распределяется в виде мельчайших пузырьков по сечению флотатора. Всплывая, пузырьки воздуха «прилипают» к частицам нефтепродуктов и увлекают их поверхности. Образующаяся таким образом пена скапливается между зеркалом воды и крышкой флотатора, откуда он отсасывается

центробежным вентилятором и по трубопроводу 3 направляется на утилизацию. Взвешенные вещества и другие твердые примеси оседают в шлакосборник откуда по мере накопления периодически удаляются для  утилизации или захоронения. В процессе встречного движения кислород воздуха окисляет органические примеси и повышает концентрацию О₂ в воде за счет аэрации. Очищенная сточная вода огибает перегородку и переливается в приемный бак 7, откуда по трубопроводу 4 подается на сброс, повторное использование или дополнительную обработку.

Процесс флотации может быть интенсифицирован при помощи реагентов, коагулянтов и флокулянтов. Добавление коагулянтов способствует процессу коагуляции – соединения мелких частиц загрязнения в более крупные. Для положительно заряженных частиц коагулянтами являются анионы, а для отрицательно заряженных – катионы. В качестве коагулянтов используют известковое молоко, соли алюминия, железа, магния, цинка, углекислый газ и др.

Между молекулами  флокулянтов  и мелкими частицами загрязнений образуются мостики, за счет чего происходит агрегация загрязнений. Этот процесс назван флокуляцией. В качестве флокулянтов используют активную

кремниевую кислоту, эфиры, крахмал, целлюлозу, синтетические органические полимеры.

 

ГИДРОЦИКЛОН.

 

В практике эксплуатации флотаторов нередко необходима предварительная очистка сточных вод от взвешенных частиц и масляной фракции нефтепродуктов. Для этой цели перед флотатором дополнительно включается гидроциклон (рис. 1.2) – устройство, в котором использование инерционного принципа разделения основано на разности плотностей несущей среды (воды, твердых частиц и масляных фракций

(например, нефтепродуктов). Гидроциклон также может использоваться в оборотных системах водоснабжения, может являться частью технологического оборудования (например, использоваться в моечной машине для очистки моющей жидкости). Загрязненные сточные воды вводятся через патрубок, тангенциально ориентированный по отношению к внутренней поверхности корпуса. Вследствие возникшего закручивания тяжелые твердые частицы отбрасываются во внешний вращающийся слой (к стенкам гидроциклона), где их скорость снижается при трении о корпус; при этом становится эффективным гравитационный механизм осаждения, и твердые частицы опускаются по стенкам в шлакосборник, откуда по мере накопления периодически удаляются. Напорные гидроциклоны применяют для выделения из воды грубодисперсных минеральных примесей с плотностью 2-3 г/см3 (песка, частиц кирпича, шлака) при размерах частиц свыше 0,05-0,1 мм и гидравлической крупности 2-5 мм/с.

Масляная фракция, менее плотная, чем вода, напротив, собирается в центральной части вихря, имеющего вращательно-восходящее движение по направлению к выходам. Две концентрически расположенные воронки с разными диаметрами цилиндрических частей вырезают в вихре три слоя. Об одном, внешнем, речь шла выше; два других слоя попадают в соответствующие выходные камеры. Маслопродукты направляются на утилизацию (например, сжигание), а очищенная вода 3 поступает на последующую ступень очистки. В верхней части вертикального напорного гидроциклона предусмотрен вентиль )воздушник) 2, нормально закрытый, открываемый лишь пир пуске устройства или при наличии в стоке газовых включений.

 

 

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР

Биологическая очистка стоков от органических веществ осуществляется в ряде устройств, выступающих чаще всего последней ступенью осажде-

ния перед сбросом сточных вод  в канализацию или повторным их использованием в замкнутой системе водооборота [14]. Биологическая очистка основана на разрушении органических веществ микроорганизмами среди которых есть одноклеточные (бактерии, плесневые грибы, инфузории и др.) и микроскопические многоклеточные (коловратки, черви, личинки насекомых и др.). Одной из основных задач устройств биологической очистки является также восстановление    содержания      кислорода

в сбрасываемых водах, что способствует процессам самоочищения в природных водоемах. Обе цели достигаются в биологическом фильтре (рис. 1.3).

Загрязненная органическими веществами и заметно обескислороженная в технических процессах вода подается по трубопроводу 2 и через насадки 3 равномерно разбрызгивается по всей площади фильтра. Далее вода движется сквозь загрузку из кусков твердого материала (шлака, щебня, гравия и др.), на поверхность которого самопроизвольно образуется биологическая пленка. Разложение органических веществ стока микроорганизмами пленки протекает достаточно интенсивно благодаря большой удельной поверхности насадки и выбор оптимальных параметров состояния системы, в частности температуры, водородный показатель рН и содержания кислорода: последний активизирует процесс жизнедеятельности в пленке. Насыщение воды кислородом достигается подачей сжатого воздуха через трубопровод 1 и опорную решетку 5, обеспечивающую равномерную его раздачу по сечению загрузки. Вода, очищенная и аэрированная в встречном взаимодействии с микроорганизмами и воздухом, выводится из фильтра по трубопроводу 6.

При помощи биологических методов  из сточных вод могут быть удалены также и фенолы, присутствующие в стоках ШПЗ и ППС. Перед биологической очисткой фенолосодержащие сточные воды предварительно проходят очистку методом озонирования, которым можно очищать стоки, содержащие фенолы в концентрации до 1000 мг/л. Конечными продуктами окисления фенола являются углекислый газ и вода. С увеличением температуры и рН скорость и полнота окисления фенольных соединений значительно возрастают. Дальнейшая биологическая очистка производится на биофильтрах [11].

Следует подчеркнуть, что биологическая  очистка неприменима для стоков. Концентрация некоторых веществ , в  которых превышает предельно  допустимую для биологического процесса. Так, при содержании меди в сточной воду свыше 0,5 мг/л биохимические процессы замедляются, а при 10 мг/л почти совсем превышаются. Недопустимо применение биологической очистки для стоков, содержащих тетраэтилсвинец.

 

Таблица 1.4.

Эффективность очистки сточных вод техническими средствами.

Наименование технического средства очистки	Используемый принцип	Удаляемые загрязнители	Эффективность
Флотатор	Флотация	Нефтепродукты, ПАВ	0,8 – 0,99
		Взвешенные вещества	0,95 – 0,99
		БПК	0,25 – 0,85
		Азот аммонийный	до 0,25
		Фосфаты, медь	до 0,8
		Железо	до 0,9
Гидроциклон	Инерционное разделение	Нефтепродукты	до 0,5
		Взвешенные вещества	до 0,7
Установка биологической очистки	Биологическая очистка	Нефтепродукты, фенолы	до 0,999
		Взвешенные вещества	до 0,6

 

 

 

Практическая работа №2.

УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА УЩЕРБОВ  ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТОСФЕРЫ КОТЕЛЬНЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

 

Цель работы: оценка ущербов от загрязнения атмосферы выбросами дымовых газокотельными при сжигании различных видов топлива; знакомство с принципами очистки газовых выбросов и основными примерами их конструктивной реализации

.

Исследование структуры  загрязнения атмосферы стационарными источниками железнодорожного транспорта показывает, что порядка 90% валового объема загрязняющий веществ, выбрасываемых в атмосферу линейными предприятиями, приходится на долю энергетических теплоагрегатов котельных, около 50% загрязняющих веществ выбрасывается в атмосферу при работе энерготехнических теплоагрегатов (кузнечных печей, агрегатов термической обработки изделий, сушильных установок и т.д.), использующих твердое, жидкое и газообразное топливо. Приблизительно такое же количество загрязняющих веществ попадает в атмосферу от технологических агрегатов (станков, моечных ванн, окрасочных камер, сварочных постов и т.д.). [16]

Котлоагрегаты котельных работают на различных видах топлива, и  выбросы веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от вида теплоагрегата. Учитываемыми загрязняющими веществами, выделяющимися при сгорании топлива, являются твердые частицы (зола), оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, пятиокись ванадия.

Валовый выброс твердых частиц (золы) в дымовых газах котельных  определяется по формуле [13]:

 

                                      М_ТВ = q_т ∙ m ∙ f ∙ (1 - L_т),                            (2.1)

 

где q_т – зольность топлива, % (прил. 1);

      m – количество израсходованного топлива за год, т;

      f – безразмерный коэффициент, зависящий от типа топки и топлива; для котельных, работающих на мазуте, принять f = 0,01; на угле f = 0,0023;

      L_т – эффективность золоуловителей; при использовании циклона для очистки отходящих газов котельной L_т = 0,85.

 

Валовый выброс оксида углерода рассчитывается по формуле:

     

                        М_СО = С_СО ∙ m ∙ (1 – 0,01 ∙ q₁) ∙ 10^-3,                   (2.2)

 

где q₁ – потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива; для мазута q1 = 0,5; для угля q1 = 5,5;

       С_СО – выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т;

 

                                С_СО = q₂ ∙ R ∙ Q₁^r,                                          (2.3)

 

где q₂ – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %; для котельных предприятий железнодорожного транспорта принимается q₂ = 0,5;

      R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания R = 1 для твердого топлива; R = 0,5 для газа; R = 0,65 для мазута;

      Q₁^r – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (прил. 1).

 

Валовый выброс оксидов азота, т/год, определяется по формуле:

 

                                  М_NO2 = m ∙ Q₁^r ∙ K_NO2 ∙ (1 – β) ∙ 10^-3,                            (2.4)

 

где K_NO2 - параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся в 1 ГДж тепла, кг/ГДж для различных видов топлива в зависимости от производительности котлоагрегата; для мазута K_NO2 = 0,11; для угля K_NO2 = 0,23;

       β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений. Для котлов производительностью в 30 т/час β = 0.