Реферат

Курсовой проект 55 страниц, 3 рисунка, 5 таблиц, 21 использованный источник, 1 приложение.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ЦЕХА ДЕГИДРИРОВАНИЯ ИЗОБУТАНА ПАО «НИЖНЕКАМСКНЕФТЕХИМ» ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ИОНОВ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО ХРОМА.

СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ОЧИСТКА, ДЕГИДРИРОВАНИЕ, ИЗОБУТАН, ВЗВЕШЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА, НЕФТЕПРОДУКТЫ, ХРОМ, ОТСТОЙНИК, АДСОРБЕР

Цель курсового проекта заключается в расчете и проектировании локальных очистных сооружений.

Приведен технологический и механический расчет основного оборудования, схема размещения оборудования. Предложенные технические решения обеспечат предварительную очистку сточных вод с последующей доочисткой на общезаводских очистных сооружениях.

Содержание

Список условных обозначений и сокращений

рН – водородный показатель;

МПа – мегапаскаль;

мкм – микрометр;

Cr⁺⁶ – ион шестивалентного хрома;

Cr⁺³ – ион трехвалентного хрома;

Cr(OH)₃ – гидроксид хрома (III);

ВВ – взвешенные вещества;

НП – нефтерподукты.

Введение

Действующим способом производства бутадиена-1, 3 (дивинила) на ПАО «Нижнекамскнефтехим» является двух стадийное каталитическое дегидрирование бутана и бутиленов в кипящем слое мелкозернистого алюмохромового катализатора. В ходе процесса дегидрирования изобутана сточные воды образуется после охлаждения и промывки контактного газа. Количество воды, выводимой из оборотной системы, определяется количеством катализаторной пыли, улавливаемой этой водой.

Сточная вода содержит, в зависимости от вида и качества катализатора, до 10 г/л катализаторной пыли (взвешенных веществ), до 1, 5 г/л растворенных ионов хрома VI, а также некоторое количество нефтепродуктов [1].

При попадании в водоемы без очистки данные сточные воды способствуют накоплению хрома в органах и тканях, к нарушению функционирования центральной нервной системы, внутренних органов, эндокринной системы и других жизненно важных систем организма. Также ионы хрома провоцируют развитие рака [2].

Входящие в состав сточных вод взвешенные вещества ухудшают качество воды, неблагоприятно сказываются на режиме перемещения потока, материале трубопроводов, приводя их к заиливанию [3].

Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих воды. В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН, ухудшается газообмен с атмосферой [4].

Вследствие возможного негативного воздействия на людей и другие живые организмы проблема очистки данных стоков является весьма актуальной

Целью данного курсового проекта является разработка схемы локальной очистки всех стоков, образующихся в результате деятельности цеха. Задачи, требующие решения сформулированы ниже:

1. Необходимо определить направление проектирования, т.е. выбрать подходящий метод очистки;

2. Разработать технологическую схему очистки или предложить иные инженерные решения;

3. Провести подбор оборудования;

4. Произвести расчет основного аппарата и выполнить его чертеж [5].

1 Аналитический обзор

1.1 Изобутилен

В промышленности синтетического каучука изобутилен используется как мономер для производства бутилкаучука и полиизобутилена, а также для производства изопрена методом конденсации изобутилена с формальдегидом.

Изобутилен (СН₃)₂С═ СН₂ при нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с неприятным запахом. Изобутилен нерастворим в воде; растворяется в этиловом спирте и диэтиловом эфире. Вступает во все реакции, характерные для олефинов; легко полимеризуется в присутствии кислых агентов. Взрывоопасен. Пределы взрывоопасных концентраций с воздухом 1, 7-9, 0 % (об.). При вдыхании оказывает наркотическое действие.

Основным источником получения изобутилена являются газы нефтедобычи и нефтепереработки, содержащие изобутан и изобутилен. Изобутилен может быть получен дегидрированием изобутана.

1.2 Технология производства изобутилена дегидрированием изобутана

Дегидрирование изобутана в изобутилен протекает по реакции:

Параллельно протекают следующие побочные реакции.

Дегидрирование бутана в бутены:

Изомеризация:

Крекинг с образованием легкокипящих углеводородов (СН₄, С₂Н₆, С₂Н₄, С₃Н₆, С₃Н₈), тяжелокипящих углеводородов (С₅ и выше) и кокса.

Технологический процесс дегидрирования изобутана в изобутилен представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема дегидрирования изобутана в изобутилен: 1, 18 – сепараторы; 2 – испаритель; 3 – перегреватель; 4 – трубчатая печь; 5 – реактор; 6 – регенератор; 7, 13 – котлы-утилизаторы; 8 – электрофильтр; 9, 14 – скрубберы; 10, 15 – холодильники; 11, 12, 16, 17 – насосы; I – сырье; II – топливный газ; III – воздух; IV – азот; V – свежий катализатор; VI – отработанный катализатор; VII – природный газ; VIII – водяной пар; IX – катализаторная пыль; X – дымовые газы; XI – контактный газ; XII – вода на очистку; XIII – свежая вода.

Процесс осуществляется следующим образом. Сырье – изобутановая фракция – через сепаратор 1 поступает в испаритель 2, где испаряется при температуре 45 º С и давлении 0, 59 МПа. Отсепарированные пары сырья перегреваются до 60 º С в перегревателе 3, до 150 º С в змеевике реактора 5 за счет теплоты контактного газа и до 550 º С в печи 4 за счет теплоты сгорания топливного газа. Из печи перегретые пары изобутилена поступают в нижнюю часть реактора 5 под распределительную решетку.

Дегидрирование изобутана проводится при 540-590 º С в кипящем слое пылевидного алюмохромового катализатора КДИ, циркулирующего в системе реактор-регенератор. Реакция дегидрирования эндотермическая. Теплота для реакции подводится с регенерированным горячим катализатором. регенерированный катализатор вводится в реактор над верхней секционирующей решеткой, отработанный катализатор отводится из низа реактора.

Контактный газ для снижения температуры и обрыва крекинга углеводородов отдает теплоту в змеевике реактора 5, затем очищается от катализаторной пыли в двухступенчатых циклонах, расположенных в верхней части реактора и направляется на охлаждение в котел-утилизатор 13. Из котла-утилизатора контактный газ с температурой 300 º С поступает в скруббер 14, где охлаждается до 40 º С и окончательно освобождается от катализаторной пыли. Скруббер 14 разделен глухой тарелкой на две части. Нижняя часть скруббера орошается циркуляционной водой с температурой 70-90 º С без предварительного охлаждения, подаваемой насосом 17. Циркуляция воды в верхней части скруббера осуществляется насосом 16 через холодильник 15, где вода охлаждается с 60 до 35 º С. В нижней части скруббера накапливается катализаторная пыль, поэтому часть воды постоянно отводится на очистку. Из скруббера контактный газ с температурой 40 º С поступает в сепаратор 18, где отделяется от воды, и далее направляется на выделение изобутан-изобутиленовой фракции.

В процессе дегидрирования на катализаторе откладывается кокс, в результате активность катализатора падает. Для восстановления активности отработанный катализатор из реактора подается в регенератор 6. Регенерация катализатора проводится воздухом при 650 º С и давлении 0, 117 МПа. Температура в зоне горения регулируется подачей топливного газа. В нижней части регенератора имеется восстановительный стакан, куда подается природный газ для восстановления в катализаторе избыточного шестивалентного хрома до трехвалентного. Для десорбции продуктов восстановления в нижнюю часть стакана вводится азот. Газы десорбции поступают в зону горения.

Дымовые газы из регенератора охлаждаются до 300 º С в котле-утилизаторе 7, затем для более тонкой очистки от катализаторной пыли проходят электрофильтр 8, поступают в скруббер-увлажнитель 9 и выбрасываются в атмосферу.

Условия и показатели процесса дегидрирования изобутана в изобутилен:

1) температура 580-590 º С;

2) давление над кипящим слоем 0, 125 МПа;

3) объемная скорость подачи сырья 120-150 ч^-1;

4) выход изобутилена в расчете на пропущенный изобутан 42 % масс.;

5) селективность 82 % масс.;

6) конверсия 51 % масс. [6].

Таким образом, в процессе промывки и охлаждения контактного газа на стадии дегидрирования изобутана образуется сточная вода, которая затем используется в оборотной схеме. Количество сточной воды, выводимой из оборотной системы, определяется количеством катализаторной пыли, улавливаемой водой. При расходе воды 4-6 м³ на 1 т бутадиена из системы выводится до 10 % воды, находящейся в обороте. Сточная вода содержит, в зависимости от вида и качества катализатора, до 10 г/л катализаторной пыли и до 1, 5 г/л растворенных ионов хрома.

Количество и состав сточных вод стадии дегидрирования изобутана в изобутилен:

- расход сточных вод – 0, 4-0, 6 м³/т;

- рН=11;

- ХПК=0, 3-0, 47;

- БПК_п=0, 3-0, 34;

- взвешенные вещества – 500 мг/л;

- сухой остаток – 0, 16 г/л;

- нефтепродукты – 150 мг/л;

- ионы Cr⁺⁶ – 200 мг/л.

Рассмотрим возможные способы очистки от данных видов загрязнений более подробно ниже [1].

1.3 Очистка сточных вод от взвешенных веществ

Механическая очистка применяется для выделения из сточной воды нерастворенных минеральных и органических примесей.

Назначение механической очистки заключается в подготовке производственных сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Механическая очистка на современных очистных станциях состоит из:

1) процеживания;

2) пескоулавливания;

3) отстаивания;

4) фильтрования.

Типы и размеры этих сооружений зависят в основном от состава, свойств и расхода производственных сточных вод, а также методов их дальнейшей обработки.

Как правило, механическая очистка является предварительным, реже – окончательным этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ из этих вод до 90-95 % и снижение органических загрязнений (по показателю) до 20-25 %.

При неравномерном образовании производственных сточных вод перед подачей на очистные сооружения их усредняют по расходу и концентрации в усреднителях различной конструкции.

Выбор метода очистки сточных вод от взвешенных частиц осуществляется с учетом кинетики процесса. Размеры взвешенных частиц, содержащихся в производственных сточных водах, могут колебаться в очень широких пределах (возможные диаметры частиц составляют от 5∙ (10^-9-10^-4) м. Для частиц размером до 10 мкм конечная скорость осаждения составляет менее 10^-3 м/с. Если частицы достаточно велики (диаметром более 30-50 мкм), то они могут легко выделяться отстаиванием (при большой концентрации) или процеживанием. Коллоидальные частицы (диаметром 0, 1-1 мкм) могут быть удалены фильтрованием, однако из-за ограниченной емкости фильтрующего слоя более подходящим методом при концентрациях взвешенных частиц более 50 мг/л является коагуляция с последующим осаждением или осветлением во взвешенном слое.

Повышение технологической эффективности сооружений механической очистки очень важно при создании замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий. Этому требованию удовлетворяют различные новые конструкции многополочных отстойников, сетчатых фильтров, фильтров с новыми видами зернистых и синтетических загрузок, гидроциклонов (напорных, безнапорных, многоярусных). Применение этих сооружений позволит сократить в 3-5 раз капитальные затраты и на 20-40 % эксплуатационные расходы, уменьшить в 3-7 раз необходимые площади для строительства по сравнению с применением обычных отстойников.

С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод, как правило, рекомендуется применять не менее двух рабочих единиц основного технологического назначения – решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров [7].

1.3.1 Отстаивание

Отстаивание является наиболее простым и часто применяемым в практике способом выделения из сточных вод грубодисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно очистного сооружения или всплывают на его поверхность.

В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяется или в целях предварительной их обработки перед очисткой на других, более сложных сооружениях, или как способ окончательной очистки.

Для проведения процесса используют:

1) песколовки;

2) отстойники;

3) осветлители.

Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и размера. Такие воды представляют собой полидисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе и коагулянты. Эти явления также оказывают влияние на форму и размеры частиц [8].

Содержащиеся в сточной воде нерастворимые вещества (например: песок, шлак, стеклянная крошка и т.д.) крупностью 0, 15-0, 25 мм могут накапливаться в отстойниках, метантенках, снижая тем самым производительность этих сооружений. Осадок, содержащий песок, плохо транспортируется по трубопроводам, особенно самотечным. Поэтому для предварительного выделения из сточных вод нерастворенных минеральных примесей под действием силы тяжести применяются песколовки.

Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали песок и другие тяжелые минеральные частицы, но не выпадал осадок органического происхождения. Они предусматриваются в составе очистных сооружений при производительности свыше 100 м³ /сут. При объеме улавливаемого осадка до 0, 1 м³ /сут допускается удалять осадок вручную, при большем объеме выгрузка осадка механизируется [9].

По направлению движения воды песколовки подразделяются:

1) горизонтальные;

2) вертикальные;

3) с вращательным движением жидкости (тангенциальные и аэрируемые).

Горизонтальные песколовки представляют собой удлиненные сооружения с прямоугольным поперечным сечением. Другими важнейшими элементами песколовок являются: входной и выходной каналы; бункер для сбора осадка, располагаемый в начале песколовки. Кроме этого, в песколовке имеются механизм для перемещения осадка в бункер и гидроэлеватор для удаления песка. Механизмы применяются двух типов: цепные и тележные. Такие механизмы для перемещения осадка сложны и ненадежны, так как эксплуатируются над водой во влажной среде.

Стремление к упрощению выгрузки осадка из песколовок привело к созданию горизонтальной песколовки с круговым движением воды. Для выгрузки осадка достаточно гидроэлеватора.

Оптимальная скорость движения воды в горизонтальных песколовках 0, 15-0, 3 м/с. Горизонтальные песколовки применяют при расходах стоков свыше 10 тыс. м³ /сут, а горизонтальные песколовки с круговым движением воды до
70 тыс. м³ /сут.

Вертикальные песколовки в настоящее время применяют редко. Расход сточных вод для вертикальных песколовок не должен превышать 10 тыс. м³ /сут. Недостаток этих песколовок заключается в большой продолжительности пребывания воды в сооружении. Однако они удобны для накопления большого количества осадка.

Более эффективно мелкие фракции песка отделяются от воды и осаждаются (а также при этом освобождаются от связанных с ними органических частиц песчинки всех размеров) в песколовках с циркулирующими потоками воды (тангенциальные, аэрируемые и т.п.), в которых органические примеси поддерживаются во взвешенном состоянии и в осадок не выпадают.

Тангенциальные песколовки получили широкое распространение в зарубежной практике. При удовлетворительной работе песколовок удаляется песок разных фракций: 0, 4-0, 3 мм на 95 %, 0, 24 мм на 85 % и 0, 15 мм на 65 %. Основной недостаток тангенциальных песколовок заключается в том, что они очень чувствительны к неравномерности притока сточных вод.

Аэрируемые песколовки выполняются в виде горизонтальных резервуаров. Вдоль одной из стенок на расстоянии 45-60 см от дна по всей длине песколовки устанавливают аэраторы, а под ними устраивают лоток для сбора песка. В поперечном сечении днищу придают уклон к песковому лотку для сползания в него песка. Осадок из аэрируемых песколовок содержит до 90-95 % песка и при длительном хранении не загнивает. Осадок удаляют без выключения песколовки из работы [10].

В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они подразделяются на: первичные и вторичные. Первичными называются отстойники перед сооружениями для биологической очистки сточных вод; вторичными – отстойники, устраиваемые для осветления сточных вод, прошедших биологическую очистку.

По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные; разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники. В горизонтальных отстойниках сточная вода движется горизонтально, в вертикальных – с низу вверх, а в радиальных – от центра к периферии.

К числу отстойников относят и так называемые осветлители.
Одновременно с отстаиванием в этих сооружениях происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных веществ.

Вертикальные отстойники применяют обычно при низком уровне грунтовых вод и пропускной способности очистных сооружений до 10 тыс. м³ /сутки. Горизонтальные отстойники применяют независимо от уровня грунтовых вод при пропускной способности очистных сооружений свыше 15 тыс. м³ /сутки. Радиальные отстойники применяют на станциях пропускной способностью более 20 тыс. м³ /сутки при исходной концентрации взвешенных веществ не более 500 мг/л [11].

Для эффективного выделения тонкодисперсных примесей целесообразно применять тонкослойные отстойники. Их малая глубина обеспечивает осветление воды в течение 4-10 мин, что позволяет значительно уменьшить их габариты по сравнению с габаритами отстойников других типов и размещать в закрытых помещениях.

Основными преимуществами тонкослойных отстойников, позволяющими изготавливать их на любом предприятии, являются: простота исполнения, недефицитность материалов для создания разделительных полок, отсутствие необходимости в комплектующем оборудовании.

Тонкослойные отстойники в общем случае представляют собой резервуары глубиной 0, 2-0, 3 м с полочными или трубчатыми вставками (дренами), расположенными под углом, обеспечивающим естественное сползание осадка к шламосборнику.

Пластинчатые отстойники состоят из ряда параллельно установленных наклонных пластин. Вода в отстойнике движется параллельно пластинам. взвешенные частицы осаждаются на пластины и сползают в шламовое пространство. В зависимости от схемы движения в отстойнике осветляемой воды и выпавшего осадка выделяют три типа отстойников:

1) прямоточные, в которых направления движения воды и осадка совпадают;

2) противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу;

3) перекрестные, где вода движется перпендикулярно направлению движения осадка.

Расстояние между полками или трубами h₀ обычно назначают в пределах 50-150 мм, а рабочую длину элементов – в пределах 1-2 м [1].

1.3.2 Фильтрование [1]

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

Процесс фильтрования состоит из трех стадий: 1) перенос частиц на поверхность вещества, образующего слой; 2) прикрепление к поверхности; 3) отрыв от поверхности.

Фильтрование через фильтрующие перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра.

В качестве перегородки используют металлические перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и др., а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного и синтетического волокна).

Для химически агрессивных сточных вод при повышенной температуре и значительных механических напряжениях наиболее пригодны металлические перегородки, изготовляемые из перфорированных листов, сеток и пластин, получаемых при спекании сплавов.

Фильтровальные перегородки, задерживающие частицы, должны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, достаточной механической прочностью и гибкостью, химической стойкостью и не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования. По материалу, из которого изготовляют перегородки, их разделяют на органические и неорганические, по принципу действия на поверхностные и глубинные, а по структуре на гибкие и негибкие.

Глубинные фильтровальные перегородки обычно применяют при осветлении суспензий с малой концентрацией твердой фазы, которая, проникая внутрь перегородки, задерживается в порах, оседает и адсорбируется. На поверхностных, фильтровальных перегородках проникания частиц в поры перегородки не происходит.

Процесс фильтрования проводят с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки или с закупоркой пор фильтрующей перегородки.

Осадки, которые образуются в процессе фильтрования, могут быть сжимаемыми и несжимаемыми. Сжимаемые осадки характеризуются уменьшением порозности вследствие уплотнения и увеличением сопротивления с ростом перепада давлений. У несжимаемых осадков порозность и сопротивление потоку жидкости в процессе фильтрования остаются постоянными. К таким осадкам относят вещества минерального происхождения (песок, мел, сода и др.) с размером частиц более 100 мкм. Производительность фильтра определяется скоростью фильтрования, т.е. объемом воды, прошедшей в единицу времени через единицу поверхности.

Для фильтрования используют различные по конструкции фильтры. Основные требования к ним: высокая эффективность выделения примесей и максимальная скорость фильтрования.

Фильтры подразделяют по различным признакам:

1) по характеру протекания процесса: периодические и непрерывные;

2) по виду процесса – для разделения, сгущения и осветления;

3) по давлению при фильтровании – под вакуумом (до 0, 085 МПа), под давлением (от 0, 3 до 1, 5 МПа) или при гидростатическом давлении столба жидкости (до 0, 05 МПа);

4) по направлению фильтрования - вниз, вверх или вбок;

5) по конструктивным признакам;

6) по способу съема осадка, наличию промывки и обезвоживания осадка, по форме и положению поверхности фильтрования.

В процессах фильтрования используются две группы оборудования: фильтры с фильтрующими перегородками и фильтры с зернистым слоем.

Фильтры с зернистым слоем применяются преимущественно при очистке больших объемов сточных и производственных вод, а также в системах водоснабжения предприятий.

Фильтры с фильтрующими перегородками применяются для улавливания для улавливания из сточных вод ценных компонентов или с целью получения осадков невысокой влажности.

Среди фильтров с фильтрующими перегородками в системах очистки сточных вод применяются: барабанные вакуумные со сходящим полотном, дисковые, ленточные, листовые, патронные, фильтр-прессы. Среди зернистых фильтров в очистке сточных вод используются напорные и безнапорные фильтры.

1.4 Очистка сточных вод от нефтепродуктов [12]

Сброс неочищенных нефтесодержащих стоков в водоемы опасен не только тем, что, несмотря на многократное разбавление, делает воду непригодной для бытового использования, но и тем, что рыба с ее кормовыми объектам (планктоном и бентосом) испытывает сильное токсическое действие нефтепродуктов.

Нефтезагрязнения сточных вод влияют не только на поверхностные воды водоемов. С поверхности земли при непосредственной инфильтрации сточных вод нефтепродукты могут поступать и в водоносный слой подземных вод, ухудшая их состав и физические свойства. В связи с этим в подземных водах обнаруживаются ароматические углеводороды, нефтепродукты, фенолы и другие токсиканты.

При выборе технологии очистки конкретного стока определяющими факторами являются: расход стока, исходная концентрация нефтепродуктов и сопутствующих загрязнений, требования к качеству очищенной воды по всем нормируемым загрязнениям. Следует отметить, что способы очистки нефтесодержащих стоков и их эффективность во многом зависят от методов транспортирования стоков от места образования до площадки очистных сооружений, т.к. в воде происходят изменения, существенно ухудшающие и усложняющие процессы очистки.

Кроме отстаивания с использованием реагентов (коагулянтов, флокулянтов, их комбинации) или без них технология очистки может включать фильтрование, флотацию, сорбцию, центрифугирование, хлорирование или озонирование.

1.4.1 Механическая очистка

Методы механической очистки, основанные на гравитационном разделении материалов, позволяют извлекать из сточных вод нефтепродукты, находящиеся в грубодисперсном (капельном) состоянии. Поэтому методы механической очистки применяются лишь совместно с другими, более тонкими.

Используемые для механической очистки стоков решетки, песколовки, нефтеловушки, отстойники и другие, как правило, задерживают основную массу сопутствующих загрязнений минерального происхождения, защищая от износа и забивания последующие устройства и сооружения.

Часть нефтепродуктов всплывает в виде пленки на поверхности воды, часть, покрывая грубодисперсные примеси, опускается на дно.

При механической очистке нефтесодержащих стоков наибольшее распространение получили песколовки, масло-, бензоуловители, нефтеловушки, отстойники, а также решетки, сетки, коалесцирующие вращающиеся диски, гидроциклоны и фильтры.

Песколовки, с помощью которых удаляются механические грубодисперсные примеси, а также часть нефтепродуктов, в технологических схемах очистки располагаются между решетками и первичными отстойниками или нефтеловушками, обеспечивая их нормальную работу.

Конструктивно песколовки в зависимости от направления движения сточной воды подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Они применяются при расходе сточных вод более 100 м³/ч. При меньшем расходе очищаемых вод используют щелевые песколовки, эффективность которых ниже.

Горизонтальные и вертикальные песколовки задерживают 15-20 % минеральных примесей из стоков. Удаление осадка из песколовки (кроме щелевой) производится гидроэлеватором.

Нефтеловушки служат для улавливания из стоков основной массы нефтепродуктов (до 90-95 %).

По конструктивному исполнению нефтеловушки могут быть горизонтальными, вертикальными, радиальными с дополнительными устройствами, позволяющими эффективно удалять как плавающие нефтепродукты с поверхности воды, так и осадок.

Степень очистки сточных вод нефтепродуктов в горизонтальных ловушках составляет 60-70 %. Для повышения эффективности работы нефтеловушек применяют тонкослойное отстаивание, когда в отстойной зоне располагают под углом 45-50º пакеты пластин с зазором 20-100 мм. За счет уменьшения пути движения частиц нефтепродуктов сокращается время отстаивания.

В ряде случаев фильтрование является единственным приемлемым способом очистки. Фильтры бывают напорные и безнапорные, медленные, скоростные, сверхскоростные; скоростные фильтры бывают одно- и многослойные.

В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, керамзит, графит, кокс, полимерные материалы (пенополистирол, пенополиуретан, синпон и др.), а также сетки, нетканые материалы на основе синтетических волокон и т.д. При регенерации синтетических фильтрующих материалов удаляется до 95 % адсорбированных нефтепродуктов. Экономическая целесообразность фильтрования определяется продолжительностью работы фильтра между промывками, поэтому, как правило, фильтрование применяют после предварительной механической очистки.

1.4.2 Физико-химическая очистка

Физико-химическая обработка применяется для дополнительной очистки сточных вод, прошедших нефтеловушки и содержащих эмульгированные и растворенные нефтепродукты. Выделение их седиментационными методами возможно после укрупнения частиц нефтезагрязнений с помощью коагуляции и флокуляции или других методов.

Коагуляция. После механической очистки оставшиеся в воде частицы нефтепродуктов (менее 10 мкм), образуют эмульсионную систему, устойчивость которой определяется степенью дисперсионности, поверхностными и электрокинетическими свойствами частиц.

Устойчивость этой системы может быть нарушена с помощью гетеро- (введением солей) или электрокоагуляции (с помощью электролитов).

При очистке производственных сточных вод чаще всего применяются: сульфат алюминия, сульфат двухвалентного железа и др.

При введении минеральных коагулянтов в воду происходят следующие процессы:

1) снижение агрегативной устойчивости дисперсной системы под действием электролита (введением соли);

2) сорбция ионов на поверхности частиц;

3) образование в результате химической реакции нового малорастворимого соединения, являющегося центром образования хлопьевидных структур, включающие частицы эмульсионной (коллоидной) системы.

Флотация. При флотации извлечение эмульгированных нефтепродуктов осуществляется пузырьками воздуха или смеси углеводородных газов, введенных в воду разными способами.

Обычно прилипание частиц воздуха или другого газа к извлекаемой какого-либо вида частице обусловлено неполным смачиванием последней водой, т.е. ее гидрофобностью. Чем выше гидрофобность извлекаемых примесей, тем больше вероятность их закрепления на пузырьках воздуха. В связи с этим флотационная очистка сточных вод технологически и экономически эффективна при извлечении примесей, обладающих природной гидрофобностью, таких, как нефть, нефтепродукты.

По способу диспергирования воздуха или газа существует следующая классификация видов флотации:

1) при выделении газа из воздуха (вакуумная, напорная);

2) с механическим диспергированием воздуха (импеллерная, безнапорная и пневматическая);

3) при подаче воздуха через пористые материалы;

4) электрофлотация;

5) вибро-, био- и химическая флотация.

Адсорбция. Широко распространённые реагентные методы в очистке нефтесодержащих сточных вод наряду с коагуляцией и флокуляцией включают адсорбцию. Адсорбция – это практически единственный метод, позволяющий очищать сточные воды от нефтепродуктов до любого требуемого уровня без внесения в воду каких-либо вторичных загрязнений.

В качестве адсорбентов применяют природные и искусственные пористые материалы. Чаще других сорбентов используется гранулированный активный уголь.

Аппаратурное оформление сорбционной очистки – общепринятые в химической технологии – напорные фильтры с плотным слоем гранулированных активных углей, перед которыми расположены механические фильтры. двухступенчатое фильтрование применяется при глубокой очистке сточных вод, содержащих эмульгированные и растворенные нефтепродукты (очистка до 0, 1-2 мг/л).

Напорные фильтры для сорбционной очистки воды выпускаются серийно промышленностью. Обычно используют комбинацию из трех фильтров (два рабочих, соединенных последовательно и один резервный). Исходную воду подают в первый адсорбер, доочистку проводят во втором. При полной отработке первый адсорбер отключают на регенерацию, а подключают резервный и другие, цикл повторяется.

Безнапорные фильтры, конструктивно аналогичные механическим, используют для обработки больших объемов воды. Схема работы подобна принятой для напорных фильтров, только движение воды снизу-вверх.

Существуют три основных метода регенерации сорбентов: химический (обработка растворами реагентов – применятся редко), низкотемпературный (обработка с паром – эффективен для извлечения низкомолекулярных нефтепродуктов) и термический (десорбция высококипящих соединений парогазовыми смесями).

1.4.3 Биохимическая очистка

Биохимическая очистка. Сточные воды, содержащие 15-25 мг/л нефтепродуктов после механической и физико-химической очистки, перед сбросом в водоем направляют на биохимическую очистку, заключающуюся в окислении органических загрязнений нефтепродуктами.

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов требуются не только органические вещества, но и биогенные элементы, источником которых могут выступать сточные воды.

Биохимическое окисление проводят как в естественных условиях на полях фильтрации, орошения и биологических прудах, так и в искусственно созданных условиях на биофильтрах и аэротенках. Поля фильтрации, поля орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов; биологические пруды и аэротенки – за счет биоценозов водоемов.

Для очистки нефтесодержащих сточных вод наибольшее распространение получили биофильтры и аэротенки.

Биофильтр – прямоугольный или круглый резервуар обычно из железобетона (кирпича) с двойным дном. На верхнем дырчатом дне располагают фильтрующую загрузку из прочих химически стойких материалов: шлак, гранитный щебень, кокс, керамзит и др. нижнее сплошное дно служит для сбора воды, прошедшей фильтрующую загрузку.

Биофильтры по окислительной мощности и величине допускаемой гидравлической нагрузки подразделяются на капельные и высоконагружаемые (аэрофильтры). В капельных биофильтрах кислород, необходимый для жизнедеятельности аэробного слоя биопленки, прикрепленной на поверхности фильтрующей загрузки, захватывается самой сточной водой, которую при помощи специальных насадок или реактивных оросителей периодически подают на обработку, равномерно распределяя по все площади биофильтра. В аэрофильтрах под колосниковые решетки, на которых уложена загрузка, непрерывно при помощи вентиляторов подают воздух. Благодаря наличию гидравлических затворов, герметизирующих поддонное пространство, нагнетаемый воздух может выйти только через слой загрузки, вследствие чего происходит насыщение биопленки кислородом воздуха.

В процессе окисления загрязнений происходит образование новой пленки и отмирание тарой, которая срывается с поверхности загрузки движущейся водой и выносится из биофильтра. Для ее задержания после биофильтров устраивают отстойники, как правило, вертикального типа.

В основу аэротенков положена деятельность микроорганизмов, обитающих в природных водоемах, т.е. активного ила. Аэротенки подразделяются на аэротенки с регенерацией и без регенерации активного ила, аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители и аэротенки-отстойники. В зависимости от аэрационных устройств имеются аэротенки с механической, пневматической и пневмомеханической аэрацией.

Наибольшее распространение для очистки небольших количеств сточных вод (12-700 м³/сут) получили компактные серийные установки типа БИО (с биофильтрами) и КУ (с аэротенками).

Интенсификация процесса биологической очистки нефтесодержащих и других промышленных стоков возможна за счет внесения в сточные воды необходимых микрофлоре активного ила макро- и микроэлементов, способствующих построению, росту, размножению микробной клетки; использования биокатализаторов, витаминов, ферментов; применения устойчивых к токсикантам микроорганизмов; обогащения активного ила микроорганизмами-деструкторами [12].

1.5 Очистка сточных вод от ионов Cr⁺⁶

К тяжелым металлам относится больше 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева.

Тяжелыми металлами являются хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут и другие.

Сточные воды, содержащие тяжелые металлы (промышленные сточные воды), образуются в автомобильной и химической промышленности, при производстве гальванических элементов и обработке металлических поверхностей, в электронной промышленности, в типографии, на кожаных фабриках и других. Они представляют большую опасность для окружающей среды и для человека.

Проблема удаления тяжелых металлов из сточных вод сейчас особенно актуальная. Плохо очищенные сточные воды поступают в природные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются в воде и донных отложениях, становясь таким образом источником вторичного загрязнения. Соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объему водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорбируются на минеральных и органических осадках. Вследствие чего содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно увеличивается, и когда адсорбционная способность осадков исчерпывается, тяжелые металлы поступают в воду, что и приводит к экологическому кризису. Штрафные санкции за сброс тяжелых металлов в воду становятся все жестче, но это не решает проблемы.

Тяжелые металлы поступают в организм человека с едой и водой, накапливаются в нем, поскольку не выводятся из организма, и вызывают различные заболевания. В небольших дозах железо, цинк и другие металлы жизненно необходимые, потому что участвуют в разных формах метаболизма, переносе, синтезе веществ. Но в концентрациях превышающих предельно допустимые эти металлы становятся вредными, поэтому сточные воды необходимо очищать от тяжелых металлов [13].

Ионы шестивалентного хрома особенно в питьевой воде представляют реальную угрозу здоровью. Соединения Cr⁺⁶ не только токсичны и могут вызвать нарушения функций печени, желудка и поджелудочной железы, но и канцерогенны. При воздействии на кожу могут развиваться дерматиты, экземы, рак кожи [14].

Возможными методами очистки хромсодержащих стоков являются:

1) химические (реагентные) – восстановление шестивалентного хрома:

- бисульфитом натрия;

- сульфитом натрия;

- сульфатом двухвалентного железа (железным купоросом);

- железной стружкой;

2) электрохимические:

- электрокоагуляционный;

- электродиализный;

3) мембранные:

- обратный осмос;

- ультрафильтрация;

4) ионообменный;

5) сорбционный;

6) биохимический.

1.5.1 Реагентный метод

Наибольшее распространение в практике очистки промышленных сточных вод от шестивалентного хрома нашел реагентный метод. Реагентная очистка заключается в том, что сначала Cr⁺⁶ восстанавливают до Cr⁺³, который затем осаждают в виде Cr(OH)₃. Сущность реагентных методов очистки заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадка.

В качестве восстановителей могут быть использованы активный уголь, сульфат закисного железа, бисульфат натрия, водород, двуокись серы, отходы органических веществ (например, газетная бумага), пиритный огарок и др. На практике для восстановления наиболее часто используют растворы бисульфита натрия:

4H₂CrO₄ + 6NaHSO₃ + 3H₂SO₄ = 2Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + 10H₂O

Реакция протекает быстро при рН=3-4 и избытке серной кислоты. Для осаждения трехвалетного хрома применяют щелочные реагенты Ca(OH)₂, NaOH и др. (оптимальное значение рН для осаждения равно 8-9, 5):

Cr³⁺ + 3OH^- = Cr(OH)₃

Очистку проводят на установках периодического и непрерывного действия. Установка периодического действия изображена на рисунке 2а. сточные воды из сборника насосами перекачиваются в реактор. При рН сточных вод больше 3 в реактор вводят серную кислоту до достижения рН=2, 5-3. После этого вводят бисульфит натрия и производят интенсивное перемешивание в течение 30 мин. Затем вводят щелочь и полиакриламид и производят осаждение осадка, который удаляют из реактора.

В установках непрерывного действия (рисунок 2б) сточные воды сначала поступают в усреднитель, затем в смеситель и нейтрализатор. Усреднитель рассчитывают на пребывание воды в нем 10-20 мин. Раствор бисульфата вводят в смеситель после снижения рН до 2, 5-3. В конец смесителя или в камеру обезвреживания вводят гидроксид кальция (известковое молоко) или раствор едкого натра для увеличения рН до 8-9. Процесс обезвреживания длится до 30 мин. осадок образуется в нейтрализаторе и выпадает медленно, трудно уплотняется и обезвреживается. Для ускорения осаждения добавляют полиакриламид.

Рисунок 2 – Схемы установок для восстановления хрома: а – периодического действия: 1 – сборник; 2 – реакторы; 3 – мерники; 4-6 – емкости; б - непрерывного действия: 1 – усреднитель; 2 – смеситель; 3 – емкость для нейтрализации и отстаивания.

Хорошие результаты получаются при использовании в качестве восстановителя сульфата железа FeSO₄. Процесс можно проводить как в кислой, так и в щелочной среде:

2CrO₃ + 6FeSO₄ + 6H₂SO₄ = 3Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O,

2CrO₃ + 6FeSO₄ + 6Ca(OH)₂ +6H₂O = 2Cr(OH)₃ + 6Fe(OH)₃ + 6CaSO₄.

Расход FeSO₄ зависит от рН среды и концентрации хрома. Наиболее благоприятные условия проведения процесса: температура 20 º С, рН≈ 7 и расход FeSO₄ в 1, 3 раза больше стехиометрического.

Восстановление диоксидом серы происходит по схеме:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃,

2CrO₃ + 3H₂SO₃ → Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O.

Время, необходимое для полного восстановления Cr(VI) зависит от содержания его в воде. Например, при рН=3 для уменьшения концентрации Cr(VI) в растворе от 30 до 5 мг/л требуется 1 мин, а от 5 до 0, 1 мг/л – 35 мин.

В присутствии соды в сточных водах хром полностью удаляется из них:

6Na₂CrO₄ + SO₂ + Na₂CO₃ +nH₂O = Cr₂O₃·nH₂O + 3Na₂SO₄ + CO₂.

Процесс восстановления проводят при 90 º С. После отделения осадка фильтрованием в сточных водах остается только сульфат натрия. Осадок прокаливают при высокой температуре с целью получения стандартного оксида хрома.

В качестве восстановителя можно использовать и гидросульфат цинка или смесь его с известью в различных соотношениях, а также соединения, содержащие фосфор Р(I), природный газ, аммиак, древесный уголь, водород и др.

Возможно также осаждение Cr(VI) в виде нерастворимых соединений без предварительного восстановления его до Cr³⁺, например, ацетатом бария. В этом случае Cr(VI) осаждается в виде хромата бария. Достоинством этого метода является возможность одновременной очистки сточных вод и от сульфат-ионов [7].

1.5.2 Сорбционный метод

Суть метода состоит в следующем. Ионы хрома извлекают путем сорбции при рН 0, 6 до 6, 0. В качестве сорбционных материалов используют модифицированные природные волокнистые материалы, например древесные опилки, целлюлозу, льнотресту, костру. Модификация состоит в пропитке исходного материала при 90-95 °С в течение 0, 3-1 ч водным раствором, содержащим смесь карбамида и фосфорной кислоты, при массовом соотношении этих компонентов в пропиточном растворе (1/2-1): (1-1/2), сушке и термообработке при 140-160 °С в течение 0, 3-1 ч, отмывке от избытка модифицирующих веществ до значения рН промывных вод, равного 6, 0. Предлагаемый способ очистки позволяет объединить в одну стадию удаление из растворов высокотоксичных ионов хрома (VI) и образующихся в результате восстановления ионов хрома (III).

Наиболее близким техническим решением является способ очистки водных растворов от хрома (VI), заключающийся в том, что взаимодействие хрома (VI) с древесными опилками осуществляют адсорбцией хрома (VI) при 2, 75< рН< 6 и сорбционной обменной емкости (СОЕ) 2, 5-3, 0 мг хрома на 1 г опилок, рН раствора регулируют непрерывной нейтрализацией раствора до оптимальных значений, и/или до восстановления при рН< 2 и расходе опилок более 40 г на 1 г хрома.

Недостатками данного способа являются низкая сорбционная обменная емкость, необходимость постоянного регулирования рН раствора и высокий расход реагентов [15].

1.5.3 Электрохимический метод

Очистка сточных вод методом электрокоагуляции основана на их электролизе с использованием стальных или алюминиевых анодов, подвергающихся электролитическому растворению. В результате осуществляется процесс коагуляции, аналогичный обработке сточной воды солями железа и алюминия. Однако, по сравнению с реагентным коагулированием при электрохимическом растворении металлов не происходит обогащения воды сульфатами и хлоридами, содержание которых в воде лимитируется как при сбросе очищенных сточных вод в водоемы, так и при повторном использовании в системах промышленного водоснабжения.

В основе гальванокоагуляции лежат те же физико-химические процессы, которые составляют сущность электрокоагуляции. Отличие данного метода очистки промышленных стоков от электрокоагуляции заключается в способе введения в обрабатываемые сточные воды ионов железа, а также в отсутствии электростатической коагуляции, возникающей при наложении электрического поля.

При гальванокоагуляционной очистке обрабатываемую сточную воду с рН=2-4 пропускают через зону загрузки скрапа (смеси железа, меди и кокса), который представляет собой гальваническую пару, где железо является анодом. За счет разности потенциалов железо переходит в сток без наложения тока от внешнего источника в двухвалентной форме. В результате контакта с кислородом воздуха происходит окисление двухвалентного железа до трехвалентного. Таким образом, в обрабатываемой сточной воде образуются соединения железа (II) и (III).

Гальванокоагуляция широко применяется при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов и Cr⁶⁺. При данном методе водоочистки тяжелые цветные металлы извлекаются в виде ферритов. Наиболее эффективное извлечение меди, цинка, хрома (VI) и хрома (III) из стоков в виде сернокислых растворов наблюдается при pH исходной сточной воды 2, 5-2, 7, причем меди и трехвалентный хром эффективно извлекаются в широком диапазоне исходных концентраций – от 50 до 250 мг/литр, а шестивалентный хром – до 200 мг/литр.

Метод электрохимического восстановления с применением нерастворимых анодов особенно эффективен для обезвреживания хромсодержащих сточных вод с большими концентрациями Cr⁶⁺ (более 2 г/литр). Катодное восстановление металлов происходит по схеме:

Meⁿ + ne → Me⁰

При этом металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы. При использовании метода электрохимического восстановления можно снизит концентрацию хрома в сточных водах на 3 порядка.

Наиболее широко для выделения металлов из промышленных сточных вод применяются следующие виды катодов:

1. Пористые;

2. Объемно-насыпные проточные;

3. Плоские пластины с инертной загрузкой [16].

1.6 Обобщение по аналитическому обзору и подбор оборудования

После анализа разнообразных способов очистки был сделан вывод, что наиболее эффективным будет совместное применение механической и физико-химической очистки.

Механическая очистка состоит из стадий отстаивания и фильтрования. На стадии отстаивания будет происходить выделение основной массы (~85 %) взвешенных веществ и нефтепродуктов, а также частичное осаждение ионов Cr⁺⁶ вместе со взвесями (~30 %). На стадии фильтрования происходит доочистка от взвешенных веществ, параллельно со взвесями происходит осаждение шестивалентного хрома.

Физико-химическая очистка представлена процессом адсорбции, который является эффективным способом доочистки стоков от нефтепродуктов (эффективность составляет 80 %). Совместно с этим происходит небольшая адсорбция ионов хрома.

Поскольку объем производственных стоков составляет 123, 29 м³/сут, было подобрано следующее оборудование:

- пластинчатый тонкослойный отстойник. Применяется при малых расходах сточных вод (от 100 м³/сут) и благодаря наличию тонкослойных блоков обеспечивает эффективную очистку. Причем блоки могут быть изготовлены не только из стали, но и из различных полимерных материалов, что значительно уменьшает стоимость и массу данного аппарата, являясь еще одним его достоинством.

- микрофильтр. Применяется для глубокой очистки стоков от взвешенных веществ. Рекомендуется принимать более 2 рабочих микрофильтров.

- адсорбер. Применяется для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических загрязняющих веществ. В качестве адсорбента надлежит применять активные угли. Активный уголь крупностью 0, 8-5 мм следует применять в виде слоя загрузки плотного (неподвижного), намытого на подложку из другого материала или суспензии в сточной воде.

2 Расчетно-технологическая часть

2.1. Расчет объема стоков

2.1.1 Расчет объема хозяйственно-бытовых сточных вод

Расчет выполнен по методике, представленной в [17]. Объем хозяйственно-бытовых стоков рассчитывается по формуле, м³/год:

где n = 65 – количество персонала, чел;

q = 25 л·чел/смену – удельный норматив водопотребления для горячего цеха;

l = 365 – количество рабочих дней в году;

k = 2 – количество смен в сутки.

Хозяйственно-бытовые сточные воды сбрасываются в городскую канализацию.

2.1.2 Расчет объема поверхностных стоков

Расчет выполнен по методике, представленной в [18].

Годовой объем поверхностных сточных вод, образующихся на территории водосбора, определяется как сумма поверхностного стока за теплый (апрель-октябрь) и холодный (ноябрь-март) периоды года с общей площади водосбора объекта по формуле:

W_Г = W_Д + W_Т + W_M,

где W_Д, W_Т, W_M – среднегодовой объем дождевых, талых и поливо-моечных вод, в м³.

Среднегодовой объем дождевых (W_Д) и талых (W_Т) вод, в м³, определяется по формулам:

W_Д = 10 · h_Д · ψ _Д · F

W_Т = 10 · h_Т · ψ _Т · F,

где F – общая площадь стока, га;

h_Д – слой осадков за теплый период года, h_Д = 354 мм (определяется по табл.2 СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»);

h_Т – слой осадков за холодный период года, h_Т = 173 мм (определяется по табл.1 СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»);

ψ _Д и ψ _Т – общий коэффициент стока дождевых и талых вод соответственно.

При определении среднегодового объема дождевых вод Wд, стекающих с территорий промышленных предприятий и производств, значение общего коэффициента стока ψ _Д находится как средневзвешенная величина для всей площади стока с учетом средних значений коэффициентов стока для разного вида поверхностей. Расчет общего коэффициента стока дождевых вод определяется по таблице 1.

Таблица 1 – Расчет общего коэффициента стока дождевых вод

W_Д = 10 · 354 · 0, 3194 · 0, 3953 = 446, 96 м³/год.

При определении среднегодового объема талых вод общий коэффициент стока ψ _Т с селитебных территорий и площадок предприятий с учетом уборки снега и потерь воды за счет частичного впитывания водопроницаемыми поверхностями в период оттепелей можно принимать в пределах 0, 5-0, 7 (принимаем ψ _Т = 0, 6).

W_Т = 10 · 173 · 0, 6 · 0, 3953 = 410, 32 м³/год.

Общий годовой объем поливо-моечных вод (W_М), в м³, стекающих с площади водосбора определяется по формуле:

W_М = 10 · m · ψ _M · k · F_М,

где m – удельный расход воды на 1 мойку дорожных покрытий: при механизированной уборке территорий принимается 1, 2-1, 5 л/м² (принимаем m=1, 5 л/м²);

ψ _M – коэффициент стока для поливо-моечных вод: принимается равным 0, 5;

k – среднее количество моек в году составляет 100-150, принимаем k=150;

F_М = 0, 14 га – площадь твердых покрытий, подвергающихся мойке.

W_М = 10 · 1, 5 · 0, 5 · 150 · 0, 14 = 157, 5 м³/год.

Средний годовой объем поверхностных сточных вод с территории предприятия составляет:

W_Г = W_Д + W_Т + W_M = 446, 96 + 410, 32 + 157, 5=1014, 78 м³/год.

Поверхностные сточные воды отводятся на общезаводские очистные сооружения г. Нижнекамска.

2.1.3 Расчет объема производственных стоков

Производственные сточные воды сбрасываются на локальные очистные сооружения цеха, а затем отводятся для доочистки на общезаводские очистные сооружения г. Нижнекамска.

2.2 Расчет материального баланса

2.2.1 Материальный баланс тонкослойного отстойника

Материальный баланс выполнен по методике, представленной в [19].

Эффективность тонкослойного отстойника составляет φ =85 % по взвешенным веществам и нефтепродуктам и φ =30 % по хрому.

Расчет массы производственных сточных вод производится по формуле:

где ρ _пр=1000 кг/м³ – ориентировочная плотность сточных вод.

Концентрация взвешенных веществ С(вв) составляет 500 мг/л=500 г/м³=0, 5 кг/м³.

Масса взвешенных веществ, содержащихся в сточной воде:

Концентрация нефтепродуктов С(нп) составляет 150 мг/л=150 г/м³=0, 15 кг/м³.

Масса нефтепродуктов, содержащихся в сточной воде:

.

Концентрация ионов хрома С(сr⁺⁶) составляет 200 мг/л=200 г/м³=0, 2 кг/м³.

Масса ионов хрома Cr⁺⁶, содержащихся в сточной воде:

.

Расчет массы взвешенных веществ, задерживаемых в отстойнике:

Масса осадка осевших взвешенных веществ находится по формуле:

где W=50 % – влажность осадка.

Расчет массы нефтепродуктов, задерживаемых в отстойнике:

Масса всплывающих нефтепродуктов находится по формуле:

где W=90 % – влажность.

Расчет массы ионов Cr⁺⁶, задерживаемых в отстойнике:

Масса осевшего хрома находится по формуле:

где W=50 % – влажность осадка.

Расчет массы осветленной воды:

Рассчитываем концентрацию взвешенных веществ в осветленной воде:

Рассчитываем концентрацию нефтепродуктов в осветленной воде:

Рассчитываем концентрацию ионов хрома в осветленной воде:

Материальный баланс процесса отстаивания представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Сводная таблица материального баланса процесса отстаивания