Аннотация
Коротовская А.М.Реконструкция участка обработки осадков Очистных сооружений канализации г.Челябинска — Челябинск: ЮУрГУ, АС, 2008, 112, 17ил. Библиография литературы –37 наименований, 10 листов чертежей ф. А1.
В данном дипломномпроекте представлен вариант реконструкции участка обработки осадков,образующихся на очистных сооружениях канализации города Челябинска. Реконструкцияпроводится с целью уменьшения количества возникающего осадка, и, следовательно,с целью уменьшения нагрузки на окружающую среду.
В пояснительной записке содержится технологический раздел, литературныйобзор по возможным направлениям реконструкции обработки осадков, расчетпредлагаемой технологической схемы, основные принципы обеспечения безопасностижизнедеятельности при эксплуатации применяемого оборудования.
Предлагаемые технологические решения основаны на материалах, полученныхпри прохождении преддипломной практики.
Содержание
Введение
1. Литературный обзор по ОСК г.Челябинска
1.1 История развития очистных сооружений канализации г.Челябинска
1.2 Общая характеристика площадкиочистных сооружений
1.3 Существующие объекты станцииочистки сточных вод
1.3.1 Краткая характеристика объектовстанции очистки сточных вод
1.3.1.1 Приемная камера
1.3.1.2 Решетки
1.3.1.3 Песколовки
1.3.1.4 Песковые площадки
1.3.1.5 Камера Вентури
1.3.1.6 Блоки технологическихемкостей
1.3.1.6.1 Преаэраторы
1.3.1.6.2 Первичные отстойники
1.3.1.6.3 Распредканал передаэротенками
1.3.1.6.4 Аэротенки
1.3.1.6.5 Распредканал передвторичными отстойниками
1.3.1.6.6 Вторичный отстойник
1.3.1.6.7 Контактный канал
1.3.1.7 Метантенки
1.3.1.8 Минерализатор
1.3.1.9 Иловые площадки
1.3.1.10 Прочие технологическиеобъекты
2. Литературный обзор по методамобработки осадков сточных вод
2.1 Теоретические основы и характеристикиосадков
2.2 Методы обработки осадков сточныхвод, применяемые сооружения
2.2.1 Уплотнение осадка
2.2.2 Стабилизация осадка
2.2.2.1 Анаэробная стабилизация
2.2.2.2 Аэробная стабилизация
2.2.3 Кондиционирование осдков
2.2.4 Обезвоживание осадков
2.2.4.1 Механическое обезвоживание
2.2.4.2 Термическая обработка осадковсточных вод
2.2.4.3 Сжигание осадков сточных вод
2.2.5 Утилизация осадков бытовыхсточных вод
3. Выбор и обоснованиетехнологической схемы обработки осадков
3.1 Сгущение сырого осадка иизбыточного ила
3.2 Сбраживание (стабилизация)смешанного, сгущённого ила
3.3 Обезвоживание сброженного осадка
3.4 Обеззараживание обезвоженногоосадка
3.5 Утилизация биогаза, образующегосяв процессе сбраживания осадка
4. Расчетная часть
4.1 Расчет количества образующегосяосадка
4.1.1 Сырой осадок
4.1.2 Избыточный активный ил
4.1.3 Химический ил
4.2 Расчет оборудования для обработкиосадков
4.2.1 Расчет гравитационныхсгустителей для обработки сырого осадка
4.2.2 Механическое сгущениеизбыточного активного ила и химического ила
4.2.3 Расчет метантенков
4.2.3.1 Расчет метантенков примезофильном сбраживании
4.2.3.2 Расчет метантенков притермофильном сбраживании
4.2.4 Механическое обезвоживаниеосадков
4.2.4.1 Расчет сооружений промывкиосадков после сбраживания
4.2.4.2 Расчет реагентного хозяйства
4.2.4.3 Расчет камерногофильтр-пресса
4.2.4 Обеззараживание осадков сточныхвод
5. Технико-экономическая часть
5.1 Определение капиталовложений
5.2 Годовые эксплуатационные затраты
5.2.1 Расчет затрат на реагенты
5.2.2 Определение затрат на электроэнергию
5.2.3 Расходы на заработную плату и отчисления на социальныенужды
5.2.4 Затраты на текущий ремонт
5.3 Расчет приведенных затрат
6. Безопасность жизнедеятельности
6.1 Анализ опасных и вредных факторов, возникающих пристроительстве и эксплуатации сооружений обработки осадков
6.2 Производственная санитария
6.2.1 Микроклимат производственных помещений
6.2.2 Вредные вещества
6.2.3 Вентиляция и очистка воздуха производственных помещений
6.2.4 Производственное освещение
6.2.5 Шум и вибрация
6.2.6 Электробезопасность
6.3 Техника безопасности при монтажных работах
6.4 Требования безопасности при эксплуатации сооружений пообработке осадка сточных вод
6.5 Пожарная безопасность
Заключение
Список используемых источников
Введение
Решение инженерных задач,направленных на улучшение экологической обстановки многих регионов страны иохрану водоемов от загрязнений требует постоянного совершенствования методовочистки сточных вод. Наиболее сложной и дорогостоящей технологией в работеочистных комплексов по очистке сточных вод города является обработка иутилизация осадков.
Рост городов и ихблагоустройство, развитие промышленных предприятий повышает водопотребление,водоотведение и требует, в частности, увеличения мощности существующих очистныхсооружений, повышения степени очистки сточных вод. Все это приводит кпостоянному увеличению массы осадков, выделяемых при очистке сточных вод [1].
МУП ПОВВ «Водоканал»города Челябинска готовится к технологическому и техническому развитию.
Существующаястанция очистки стоков была построена в несколько этапов, последний из которых,в конце прошлого столетия, для очистки городских коммунальных и промышленныхстоков. Номинальная производительность станции составляла 530000 м3/сутстоков. Большая часть стоков коммунального происхождения, доля промышленныхстоков составляет 30%. В настоящей системе очистка стоков производится в дваэтапа. Сначала стоки проходят через решётки, песколовки и первичные отстойники,в качестве второго этапа осуществляется биологическая очистка с активным илом.После биологической очистки вода сбрасывается в реку Миасс. Осадки,образующиеся в процессе очистки стоков, размещаются на иловых площадках,расположенных на территории станции.
Существующиеобъекты для очистки стоков с технической и технологической точки зрения вразной степени устарели. Качество очищенных стоков не соответствуеттребованиям, настоящая технология обработки осадков, занимающая большую площадьи образованием неприятных запахов, не соответствует сегодняшним требованиям.Если станция впредь не будет технически развиваться, работоспособность станциибудет в опасности и размещение осадков оказывает вредное влияние на окружающуюсреду.
В ходереконструкции станции очистки стоков, решение ниже перечисленных главных задачраньше или позже представляется неизбежным:
1. Увеличениегидравлической производительности очистных сооружений до 600000 м3/день.
2. Увеличениепроизводительности решёток и реконструкция решёток.
3. Расширениеи реконструкция песколовки недостаточной производительности.
4. Техническое,технологическое усовершенствование блоков очистки, комбинированных спредварительными отстойниками.
5. Решениевопросов доочистки и обеззараживания очищенных стоков.
6. Ликвидациясуществующей системы обработки ила и строительство комплексной системыобработки ила, с размещением обезвоженного ила для складирования.
7. Резкоеснижение запахов, исходящих от настоящей станции очистки.
8. Строительствоновой, современной системы контроля и управления.
Вышеперечисленныезадачи должны решаться таким образом, чтобы можно было обеспечить очерёдностьреконструкции и развития станции, и чтобы во время реконструкции работалиобъекты, не затронутые реконструкцией. Схемы обработки сырого и избыточногоила, образующегося в процессе очистки стоков, в настоящей практике станцииочистки стоков решены частично. Существующие методы обработки ила несовременныеи в техническом плане устаревшие, поэтому система обработки осадков подлежитполному обновлению, то есть является предметом данного проектного задания.
1Литературный обзор по ОСК г. Челябинска
1.1 История развития очистных сооруженийканализации г. Челябинска
Канализационноехозяйство города Челябинска начинает устраиваться с 1932 года. Оно производиласбор, транспортировку сточных вод и позволяла сбрасывать их в реку Миасс безкакой-либо биологической очистки. В поселке Сосновка со строительством новыхочистных сооружений водопровода на 18000.м3. в сутки и угрозойнарушения санитарного состояния в городе и реке Миасс, для удалениясбрасываемых стоков за черту города, пускается в эксплуатацию коллекторканализации диаметром 1200 мм с улицы Труда в район улицы Советской доЛакокрасочного завода, коллектор был кирпичной кладки. Бурное развитиепромышленности в Челябинске, массовое строительство жилья подвигнуло к созданиюболее совершенных систем канализации. 13 сентября 1958 года были построены ипереданы в эксплуатацию очистные сооружения бытовой канализации механическойочистки сточных вод производительностью 40000. м3/сут.
Строительствосооружений первой очереди производственной мощностью на 320000 м3 сточных вод в сутки было начато в 1974 году (1 и 2 блоки) и окончено в 1976году. Также были введены в эксплуатацию канализационные коллекторы общейпротяженностью 43,2 км с диаметром труб от 300 до 1420 мм.
В 1976году введены в действие очистные сооружения блочного типа с полнойбиологической очисткой на 320000 м3/сут.
Составсооружений первой очереди: приемная камера, песколовки, преаэраторы, первичныеотстойники, аэротенки, вторичные отстойники, илоуплотнители, водоизмерительныеустройства, насосные станции, метантенки, иловые площадки.
В началевосьмидесятых годов продолжается развитие канализационного хозяйства города,строится вторая очередь развития ОСК с полной биологической очисткой воды,введены в действие 2 блока (3 и 4) очистки мощностью по
160000 м3в сутки каждый. Общая мощность ОСК к концу 80-х годов достигла 600000 м3 в сутки. Начинается строительство третьей очереди развития канализации — 5 блокдля достижения мощности до 760000 м3 в сутки.
Нынешниеочистные сооружения канализации — это сложный организм, одно из основных иважных структурных подразделений ПОВВ.
1.2.Общая характеристика площадки очистных сооружений
Канализационные очистныесооружения располагаются на северной окраине города. Общая площадь очистныхсоставляет 130,4105 га.
В геоморфологическомотношении территория приурочена к надпойменной террасе левого берега рекиМиасс, открытой к востоку. Рельеф территории относительно ровный, общий уклонместности восточный.
Для большей частиплощадки характерны подземные воды типа грунтовых, ненапорные, питающиесяатмосферными осадками.
Трассы самотечных инапорных коллекторов канализации города Челябинска расположены в двух участках:в Северо-восточном и Северо-западном района города. Северо-восточный участокнаходится частично в Центральном и Тракторозаводском районах города.Северо-западный участок трассы берет свое начало в районе плодовоовощнойстанции, проходит западнее Северо-западного района города Челябинска изаканчивается на очистных сооружениях.
Расположение объектовстанции показано на рисунках 1и 2.
/>
Рисунок1 – Географическое расположение объектов ОСК г.Челябинска
/>
Рисунок 2 – Расположениеобъектов ОСК г. Челябинска
1.3 Существующие объектыстанции очистки сточных вод
Очистные сооруженияканализации предназначены для полной биологической очистки бытовых сточных водгорода.
Значительная частьобъектов и строений станции очистки стоков, построенной между 1974 и 1986,отражает уровень техники и технологии своего времени, за прошедшие 20 – 30 леттолько незначительная часть машин и оборудования была обновлена.
Большая часть стоковкоммунального происхождения, доля промышленных стоков составляет 30%.Источниками промышленных стоков являются пивоваренный завод, птицефабрика,завод красок и металлургическая промышленность, выпускающая стоки с низкимсодержанием органических веществ. Стоки металлургического производства могуттакже содержать ядовитые тяжелые металлы. Качество поступающих сточных водпоказано в таблице 1.
Номинальнаяпроизводительность станции составляет 530000 м3/сут.
(3 блокапроизводительностью 160000 м3/сут каждый, и один блокпроизводительностью 120000 м3/сут. Производительность четвертогоблока ниже, так как часть объектов этого блока применяется для минерализацииобразующегося избыточного ила.
Таблица1 — Качество поступающих и очищенных сточных вод г. Челябинска№ п/п Показатели качества воды Место отбора пробы сточных вод Допустимая фактическая конц-ция загрязняющих веществ на сбросе с ОСК, мг/л
ПДК для рыбохозяйственного водопользова
ния, мг/л
Перед первич
ными отстойниками
После первич
ных отстойников
После вторич
ного отстойника 1 рН 7,6 7,6 7,6 2 Взвешенные в-ва, мг/л 166,7 66,7 9,44 12 11,25 3
NH4(N), мг/л 18,3 18,3 1,9 3,0 0,4 4
NO2, мг/л 0,128 0,5 0,066 5
NO3,мг/л 7,7 53 40,04 6
БПКполн, мг/л 166,7 123,3 7,0 8,0 3,0 7 ХПК, мг/л 333,3 223,3 35 8 Fe, мг/л 1,58 0,065 0,25 0,1 9
PO4, мг/л 2,5 2,17 1,36 2,5 0,2 10 Cu, мг/л 0,023 0,005 0,01 0,001 11 Zn, мг/л 0,21 0,06 0,15 0,01 12 СПАВ, мг/л 1,54 0,14 0,15 0,15 13 Фенолы, мг/л 0,013 0,002 0,002 0,001 14
SO4, мг/л 59 56 90 90 15 Cr, мг/л 0,048 0,0015 0,015 0,015 16 Al, мг/л 1,16 0,11 0,1 0,04
Внастоящее время производительность станции в основном составляет около 500000 м3/сут.
Очисткапроизводится по двухступенчатой схеме — механическая и биологическая очистка.
Механическаяочистка – освобождение сточной воды от мусора, минеральных нерастворимыхвеществ, крупных частиц органики.
Биологическаяочистка – очистка сточных вод от растворимой и мелкодисперсной органики подвоздействием аэробных микроорганизмов. При этом соединения азота аммонийного(мочевина) переходят в соединения нитратов, для природы менее опасные – процесснитрификации. Процесс денитрификации – разрушение нитратов с выдуваниеатомарного азота в воздух. После биологической очистки вода сбрасывается в рекуМиасс.
Основныепроцессы технологии очистки стоков и обработки осадков отражены на рисунке 3. Очищенные стоки не обеззараживаются.
Осадки,образующиеся в процессе очистки стоков, размещаются на иловых площадках,расположенных на территории станции.
В составочистных сооружений входят:
— приемная камера;
— здание решеток;
— песколовки;
— камеры «Вентури»№ 1 и № 2;
— блоки емкостей — 4штуки;
— вспомогательные цеха исооружения.
Существующиеобъекты станции очистки стоков сведены в таблицу 2. Таблица также содержитхарактерные размеры основных технологических объектов.
/>/>
Рисунок3 – Принципиальная схема очистки сточных вод на ОСК г. Челябинска
Таблица2 – Перечень и данные существующих объектов№ п/п Сооружение Кол-во Габаритные размеры
S пов-сти, м2
V сооруж., м3 Длина, м Ширина, м Глубина, м 1 Приемная камера 1 48 (30+18) 3 144 2 Каналы для решеток 5 (4 раб., 1 рез) 2 1,9 (затопленная часть решетки) 3 Песколовки 5 (4 раб., 1 рез) 20 6 120 4 Песковые площадки 3 30 30 900 5 Преаэраторы По кол-ву первичных отстойников 36 6 4,2 106,5 447,3 6 Первичные отстойники 15 (8 раб., 7 рез.) 27 36 4,2 972 3693,6 7 Распредканал аэротенков 4 144 1,5 4,5 216 972 8 Аэротенки 15 87 36 (9×4) 4,5 3132 14094 9 Лоток подачи СВ 15 0,8 1,2 10 Лоток активного ила 4 144 1,1 1,2 11 Распредканал перед вторичными отст-ми 15 144 1,5 4,5 216 972 12 Вторичные отстойники 15 30 36 (9×4) 4,2 1080 4536 13 Контактный канал 4 150 1,5 4,5 225 1012,5 14 Метантенки 4 (раб. 3) D = 16 11,5 1800 15
Минерали
затор Аэротенк 1 87 36 (9×4) 4,5 3132 14094 отстойник 1 30 36 (9×4) 4,2 1080 4536 16 Иловые площадки 180 100 15 1 1500 1500
Сочистных сооружений предусмотрено 6 аварийных выпусков:
— аварийный выпуск № 1 — из приемной камеры;
— аварийный выпуск № 2 — после песколовок;
— аварийные выпуски №№ 3,4, 5, 6 — на блоках емкостей №№ 1, 2, 3, 4 соответственно из распредканаловпосле первичных отстойников с северной стороны.
Коэффициентнеравномерности поступления сточных вод составляет 1,44.
1.3.1 Краткаяхарактеристика объектов станции очистки сточных вод
1.3.1.1 Приемная камера
Приемная камера (рис.4),представляющая собой заглубленную железобетонную емкость, предназначена дляприема, смешивания и усреднения сточных вод, поступающих на очистные сооружениясо всех насосных станций города по 18 напорным коллекторам.
В торце приемной камерыимеется аварийный перелив. Через него вода может поступать непосредственно вводоприемник – реку Миасс.
1.3.1.2 Решетки
Вода из приемной камерычерез пять каналов поступает в здание решеток на четыре ступенчатые решетки(рис. 5) и одну традиционную плоскую решетку. Каждая решетка установлена вотдельном канале, начинающийся от приемной камеры и оканчивающийся песколовнойсекцией.
Решетки предназначены дляудаления из канализационных и промышленных сточных вод грубодисперсныхмеханических примесей. Минимальный размер задерживаемых частиц определяетсявеличиной прозоров между фильтрующими полосами.
Решетки представляютсобой процеживатели, на которых задерживаются крупные загрязнения, находящиесяв составе сточных вод. В 1974 году были установлены решетки типа МГ– 67 с прозорами 16 мм, с 1986г. установлены решетки собственной конструкции с
прозорами 10 мм, как и МГ оснащенные механизированными граблями для снятия отбросов. Каждая решеткаукомплектовывалась контейнером для сбора мусора. В 2000 – 2002 г.г. были установлены ступенчатые решетки РС – 1900 (фирмы «Риотек» г. Санкт–Петербург)с прозорами 6 мм. Номинальная производительность решеток по даннымпроизводителя составляет 5900 м3/ч. Мусор, задерживаемый наступенчатых решетках попадает на ленточный транспортер, затем обезвоживаетсячерез гидравлический пресс-транспортер (пресс-толкатель) и попадает в контейнердля мусора. Вывоз мусора осуществляется на городскую свалку.
1.3.1.3 Песколовки
Вода, очищенная открупной взвеси на решетках, самотеком поступает в горизонтальную песколовку, вкоторой происходит задержание минеральных быстрооседающих загрязнений,содержащихся в сточной воде (песка и других минеральных нерастворимыхзагрязнений гидравлической крупностью 0,25 мм и более). Для каждой решетки имеется своя секция песколовки, общее количество неаэрируемых секций – 5 штук.Нормативная скорость движения воды в песколовках составляет 0,15-0,30 м/с,время пребывания сточной воды в сооружении – 1-5 мин.
Песок, оседающий на днесекции песколовки, удаляется скребками в осадочные приямки, расположенные вначале сооружений. Песок из приямков удаляется гидроэлеватором и передается натри последовательно соединенные песковые площадки. Вода из песколовок черезперелив поступает в сборный канал, из которого выполнены 5 отводов: 4 — наблоки емкостей, 1 – аварийный.
1.3.1.4 Песковые площадки
Песковые площадки – этоземельные площадки, разбитые на карты с ограждающими валами высотой 1 – 2 м., предназначенные для обезвоживания песка и минеральных частиц, задерживаемых в песколовках, подсушиваниеего для последующей утилизации. Движение пульпы из песколовок осуществляетсяпоследовательно через 3 песковые площадки (каскадного типа). Оборудованышахтными водосборами для отвода
отстоявшейся воды.Дренируемая вода через насосную станцию песковых площадок подается напесколовку № 5. Подсушенный песок из песковых площадок удаляется экскаваторомна рельеф с последующим вывозом на городскую свалку.
1.3.1.5 Камера Вентури
Камеры Вентурипредназначены для учета расходов сточной воды на блоки технологическихемкостей.
Трубы Вентури относятся кклассу расходомеров, измеряющих расход методом переменного перепада давления всужающем устройстве. Под сужающим первичным прибором понимается приспособление,установленное в трубопроводе и создающее в нем при протекании жидкостиискусственный перепад давления (труба Вентури). В трубе Вентури диаметртрубопроводов DN 2000 мм сужается до диаметра DN 1200 мм.
Сточные воды отраспределительных камер поступают дальше в преаэратор по трубопроводам DN 1200– 1400 мм.
1.3.1.6 Блокитехнологических емкостей
Основнаяочистка стоков, прошедших очистку на решетках и песколовках, производится вчетырёх параллельно работающих блоках очистки, где каждый блок содержит четырелинии очистки.
Всечетыре блока практически одинаковой конструкции и применяется в них одинаковаятехнология. Самую большую разницу между ними оказывает год постройки. Двасредних блока (№1 и №2) были построены раньше, справа по течению находится блок№3, на левой стороне расположен блок №4, (в одной секции которого проводитсяминерализация избыточного ила).
Блоктехнологических емкостей включает в себя следующие сооружения (рис. 6):преаэраторы, первичные отстойники, респредканал перед аэротенками (сборныйканал после первичных отстойников), аэротенки, распредканал перед вторичнымиотстойниками (сборный канал после аэротенков), вторичные отстойники, контактныйканал.
1.3.1.6.1Преаэраторы
Преаэраторытрехкоридорные, совмещены с первичными отстойниками на блоках емкостей. Ихназначением является предварительная аэрация для улучшения эффективностиотстаивания в первичном отстойнике.
Режимработы преаэратора является постоянным при работающем первичном отстойнике.Подача воздуха производится через дырчатые трубы.
3.1.6.2Первичные отстойники
Стоки из преаэраторовпоступают в первичные отстойники, через проёмы в перегородке. Предназначеныпервичные отстойники для осветления сточных вод, прошедших сооружения грубойочистки (решетки, песколовки). Нормативная скорость движения воды 0,005 – 0,006м/с. Время пребывания в сооружении 1,5 – 2 часа.
Сыройосадок, осевший в первичных отстойниках, двумя скребками перемещается в приямкиотстойников, количество приямков одного отстойника 8 штук (по два приямка вкаждом коридоре). Осадок из приямков выгружается эрлифтами в бак сырого осадка,откуда насосами сырого осадка перекачивается в метантенки или на иловыеплощадки для высушивания.
1.3.1.6.3 Распредканалперед аэротенками
Вода из первичныхотстойников поступает в распределительный канал, проходящий по всей длине блокаочистки (длина 144 м, ширина 1,5 м, глубина
4,5 м), для сбора иусреднения осветленных сточных вод перед биологической очисткой. Затем сточныеводы распределяются по аэротенкам блока емкостей.
1.3.1.6.4 Аэротенки
Предварительно отстояннаявода через распределительный канал поступает в аэротенки (рис. 7).Аэротенки-смесители предназначены для биологической очистки сточных вод.Представляют собой резервуары, в которых очищаемая сточная вода и активный илперемешиваются и насыщаются воздухом. Для нормального обеспечения процессабиологического окисления в аэротенк непрерывно подается воздух через системуаэрации и возвратный активный ил из вторичного отстойника. Подача возвратногоила в регенератор осуществляется из илового лотка через 2 шибера. Аэротенки 4-хкоридорные с 25% регенерацией.
Подача осветленнойсточной воды рассредоточена, осуществляется по центральному лотку сточнойжидкости через шибера.
Регулирование процессаочистки сточной жидкости осуществляется путем поддержания дозы активного ила ирастворенного кислорода, на основании данных лабораторных анализов.
/>Рисунок 4– Блок технологических емкостей
1.3.1.6.5 Распредканалперед вторичными отстойниками
Предназначен для сбора иусреднение водно-иловой смеси после аэротенков, распределения ее по вторичнымотстойникам.
1.3.1.6.6 Вторичныйотстойник
Вторичные отстойникигоризонтального типа предназначены для осветления сточных вод, прошедшихбиологическую очистку, то есть для отделения очищенной воды от активного ила.Скорость движения воды – 0,005 – 0,006 м/с. Время пребывания в сооружении 1,5 –2 ч.
Активныйил возвращается в аэротенк системой скребков, приямков и эрлифтов,расположенных по обе стороны отстойника. Избыточный активный ил отводится изилового лотка системой насосов на аэробную стабилизацию в минерализатор.Очищенная вода отводится через контактный канал системой коллекторов Ду 1250 иДу 1750 в реку Миасс.
1.3.1.6.7 Контактныйканал
Вода из вторичныхотстойников поступает в контактный канал, проходящий через весь блок очисткистоков, для усреднения.
Очищенная вода изконтактного канала поступает через параллельно прилегающие трубопроводы вколлекторную камеру, затем далее в реку Миасс.
1.3.1.7 Метантенки
Четыре метантенка (рис.8) каждый с полезным объемом 1800 м3 служат для анаэробного сбраживанияосадка из первичных отстойников при термофильном режиме. Под воздействиеманаэробных микроорганизмов происходит дегельминтизация и минерализация осадка.
Метантенки представляютсобой цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем и герметическимперекрытием, в верхней части которого имеется колпак для сбора газа.
Периодичность загрузкиметантенков – 2 раза в сутки. Подогрев осадка осуществляется острым паром (изкотельной СП ОСК). Пар подается непосредственно в метантенк при поступлении иперемешивании осадка. Выгрузка сброженного осадка производится на иловыеплощадки одновременно с загрузкой сырого осадка в метантенки в объеме,соответствующем объему загружаемого осадка.
1.3.1.8 Минерализатор
Избыточный активный ил,возникающий в процессе биологической очистки, перед размещением на иловыхплощадках подвергается аэробной стабилизации (минерализации) с целью уменьшениябиомассы и повышения водоотдачи осадка.
Минерализаторпредставляет собой аэротенк с постоянной подачей воздуха без поступленияпитательных веществ для активного ила. Осадок, стабилизированный в аэробныхусловиях, гораздо легче обезвоживается, чем анаэробно сброженный.
1.3.1.9 Иловые площадки
Иловые площадкипредназначены для подсушивание сброженного осадка после обработки в метантенкахи сырого осадка после первичных отстойников до влажности 70 – 80% длявозможности его дальнейшего гуртования, погрузки и транспортировки на полигонТБО.
Иловые площадки состоятиз спланированных участков земли (карт), окруженных со всех сторон землянымивалками. Выполнены на естественном основании с дренажем.
Осадок наливается накарты периодически слоями. Осадок, подсушенный до влажности 70 — 80% вывозитсяна городскую свалку. Сброженный и сырой осадок подается на иловые площадки понапорным трубопроводам. Дренажные воды отводятся через насосную станцию вголову сооружений.
1.3.1.10 Прочиетехнологические объекты
Вспомогательные цеха предназначены дляобеспечения надежности и непрерывности технологического процесса, а именно:
— котельная — подачи парана метантенки, теплоснабжения и горячего водоснабжения промплощадки СП ОСК;
— воздуходувная станция — подачи сжатого воздуха на блоки емкостей;
— электроцех –бесперебойного электроснабжения сооружений и промплощадки в целом;
— ремонтно-механическаяслужба — проведения ремонтов на ОСК;
— гараж – обеспечениятранспортом для вывоза осадков и других нужд предприятия;
— лаборатория –обеспечения технологического контроля за работой станции, контроль стоковпредприятий города, воды реки Миасс до и после сброса очищенных вод ОСК вводоем.
2. Литературный обзор пометодам обработки осадков сточных вод
2.1 Теоретические основыи характеристики осадков
Сточные воды, поступающиена предприятия по их очистке, содержат весьма разнообразные по составу загрязненияминерального (песок, глинистые частицы, масла, кислоты, щелочи, соли и т. п.),органического (бытовые отходы, фекалии, растительные масла, нефтепродукты,волос, волокна растений и т. п.) и бактериального (микроорганизмы, дрожжевые иплесневые грибы, водоросли и т.п.) происхождения в виде растворов, коллоидов,плавающих и взвешенных веществ [2].
Осадки сточных вод—суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической и биологическойочистки. В зависимости от типа сооружений, применяемых для очистки городскихсточных вод и обработки осадков, последние можно подразделять на следующиевиды: грубые примеси (отбросы), задерживаемые решетками; тяжелые примеси(песок), задерживаемые песколовками; плавающие примеси (жировые вещества),всплывающие в отстойниках; сырой осадок — суспензия, включающая в основномоседающие взвешенные вещества, которые задерживаются первичными отстойниками;активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках, — комплекс микроорганизмовколлоидного типа с адсорбированными и частично окисленными загрязнениями,извлеченными из сточных вод в процессе биологической очистки; осадок, анаэробносброженный в осветлителях-перегнивателях, двухъярусных отстойниках иметантенках (анаэробному сбраживанию может подвергаться осадок, содержащийорганические вещества, либо его смесь с избыточным активным илом); аэробностабилизированный активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойниковв сооружениях типа аэротенков; сгущенный или уплотненный активный ил или осадокв сгустителях или уплотнителях; осадок обезвоженный на механических аппаратах;осадок, подсушенный на иловых площадках; осадок, термически высушенный вразличных сушилках.
Состав и свойстваосадков, в первую очередь, зависят от вида и состава исходной сточной воды итехнологии ее очистки [3].
Общий объем осадков, какправило, не превышает 1% объема обрабатываемых стоков, при этом на долюактивного ила приходится 60 – 70 % образующихся осадков.
Осадок из первичныхотстойников крайне неоднороден по фракционному составу:
содержание в нем частицкрупностью более 7—10 мм составляет 5—20%, крупностью 1 — 7 мм – 9 – 33 %, крупностью менее 1 мм – 50 – 88 % массы сухого вещества. Осадок имеет влажность 92 — 96%, слабокислую реакцию среды, в значительной степени насыщен микроорганизмами(в том числе патогенными), содержит яйца гельминтов.
Активный ил пофракционному составу значительно однороднее осадка первичных отстойников; около98% (по массе) частиц ила имеют размер менее
1 мм. Влажность активногоила в зависимости от принятой схемы обработки составляет 96 — 99,5 %. Хлопьяила, состоящие из большого числа многослойно расположенных микробиальныхклеток, заключенных в слизь, обладают очень развитой удельной площадьюповерхности, составляющей около 100 м2 на 1 г сухого вещества. Так же как осадок, ил может быть заражен яйцами гельминтов [4].
Твердая фаза осадковгородских сточных вод состоит из органических и минеральных веществ.Органическая, или беззольная, часть в осадке из первичных отстойниковсоставляет 65 – 75 % массы сухого вещества, в иле — 70 – 75 %. Соответственнозольность осадка колеблется от 25 до 35 %, ила — от 25 до 30%.
Основными компонентамибеззольной части осадка и ила являются белково-, жиро-, углеводоподобные вещества,в сумме составляющие 80 – 85 %. Остальные 15 – 20% приходятся на долюлигнино-гумусового комплекса соединений. Количественные соотношения отдельныхкомпонентов в осадке и иле различны. Если в беззольном веществе осадкапреобладают жироподобные вещества и углеводы, то в активном иле значительнуючасть органического вещества составляют белки.
Осадки сточных водсодержат ценные удобрительные вещества (азот, фосфор, калий, микроэлементы) имогут быть использованы в качестве удобрения.
Исследования, проведенныеАКХ, показали, что активный ил может быть использован в качестве кормовойдобавки к рациону сельскохозяйственных животных. Питательная ценность активногоила обусловлена высоким содержанием белка и витаминов. Ил городских очистныхстанций содержит почти все витамины группы В и особенно много витамина В12[5].
Вода в осадках может бытьв свободном и связанном состоянии. Свободная вода (60 — 65 %) может быть легкоудалена из осадка. Коллоидно-связанная влага обволакивает твердые частицыгидратной оболочкой и препятствует их соединению в крупные агрегаты. Некотороеколичество этой влаги удаляется из осадка после коагуляции в процессефильтрования.
На способность осадковотдавать воду влияет ряд факторов: влажность, степень дисперсности частицтвердой фазы, структура осадка и его химический состав.
Обобщающим показателем,характеризующим способность осадков к водоотдаче (фильтруемость осадка),является удельное сопротивление фильтрации — сопротивление, оказываемое потокуфильтрата, равномерным слоем осадка, масса которого на единице площади фильтраравна единице. Чем выше удельное сопротивление, тем труднее отдает воду осадок.Активный ил имеет значительно большее сопротивление фильтрации, чем сыройосадок. Связано это с тем, что в иле много коллоидных веществ и основную массусоставляют очень мелкие частицы. Удельное сопротивление фильтрации служитисходной величиной при выборе метода обезвоживания осадка.
Коагулянты с положительнозаряженными ионам и нейтрализуют отрицательный заряд частиц осадка. После этогоотдельные твердые частицы освобождаются от гидратной оболочки и соединяютсявместе в хлопья. Разрушить гидратную оболочку можно кратковременной термическойобработкой. Освобожденная вода легче отфильтровывается. Полное удаление влагидостигается в процессе высокотемпературной сушки [6].
2.2 Методы обработкиосадков сточных вод, применяемые сооружения
Основная задача обработкиосадков сточных вод заключается в получении конечного продукта, свойствакоторого обеспечивают возможность его утилизации в интересах народногохозяйства либо сводят к минимуму ущерб, наносимый окружающей среде.Технологические схемы, применяемые для реализации этой задачи, отличаютсябольшим многообразием.
Технологические процессыобработки осадков сточных вод на всех очистных станциях механической,физико-химической и биологической очистки можно разделить на следующие основныестадии: уплотнение (сгущение), стабилизация органической части,кондиционирование, обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценныхпродуктов или ликвидация осадков (схема 2) [3].
/>
Рисунок 5 – Стадии иметоды обработки осадка сточных вод
2.2.1 Уплотнение осадков
Уплотнение осадковсвязано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всехтехнологических схем обработки осадков. При уплотнении в среднем удаляется 60 %влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза.
Для уплотнения используютгравитационный, фильтрационный, центробежный и вибрационный способы.Гравитационный способ уплотнения является наиболее распространенным. Он основанна оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используютвертикальные или радиальные отстойники.
Уплотнение активного ила,в отличие от уплотнения сырого осадка, сопровождается изменением свойств ила.Активный ил как коллоидная система обладает высокой структурообразующейспособностью, вследствие чего его уплотнение приводят к переходу частисвободной воды в связанное состояние, а увеличение содержания связанной воды виле приводит к ухудшению водоотдачи.
Применяя специальныеметоды обработки, например обработку химическими реагентами, можно добитьсяперевода части связанной воды в свободное состояние. Однако значительную частьсвязанной воды можно удалить лишь в процессе испарения.
2.2.2 Стабилизация осадка
Большое содержаниеорганических веществ обусловливает способность осадков быстро загнивать, авысокая бактериальная зараженность, наличие в них яиц гельминтов создаютопасность распространения инфекций. Поэтому основной задачей обработки осадковявляется их обезвреживание: получение безопасного в санитарном отношениипродукта [5].
2.2.2.1 Анаэробнаястабилизация
Основным методомобезвреживания осадков городских сточных вод является анаэробное сбраживание.Брожение называется метановым, так как в результате распада органическихвеществ осадков в качестве одного из основных продуктов образуется метан.
В основе биохимическогопроцесса метанового брожения лежит способность сообществ микроорганизмов в ходесвоей жизнедеятельности окислять органические вещества осадков сточных вод.
Промышленное метановоеброжение осуществляется широким спектром бактериальных культур. Теоретическирассматривают брожение осадков, состоящее из двух фаз: кислой и щелочной.
В первой фазе кислого иливодородного брожения сложные органические вещества осадка и ила под действиемвнеклеточных бактериальных ферментов сначала гидролизуются до более простых:белки — до пептидов и аминокислот, жиры — до глицерина и жирных кислот,углеводы — до простых сахаров. Дальнейшие превращения этих веществ в клеткахбактерий приводят к образованию конечных продуктов первой фазы, главным образоморганических кислот. Более 90 % образующихся кислот составляют масляная,пропионовая и уксусная. Образуются и другие относительно простые органическиевещества (альдегиды, спирты) и неорганические (аммиак, сероводород, диоксидуглерода, водород).
Кислую фазу броженияосуществляют обычные сапрофиты: факультативные анаэробы типа молочнокислых,пропионовокислых бактерий и строгие (облигатные) анаэробы типа маслянокислых,ацетонобутиловых, целлюлозных бактерий. Большинство видов бактерий,ответственных за первую фазу брожения, относится к спорообразующим формам. Вовторой фазе щелочного или метанового брожения из конечных продуктов первой фазыобразуются метан и угольная кислота в результате жизнедеятельностиметанообразующих бактерий — неспороносных облигатных анаэробов, оченьчувствительных к условиям окружающей среды.
Метан образуется врезультате восстановления СО2 или метильной группы уксусной кислоты:
/>
где АН2 — органическое вещество, служащее для метанообразующих бактерий донором водорода;обычно это жирные кислоты (кроме уксусной) и спирты (кроме метилового).
Многие видыметанообразующих бактерий окисляют молекулярный водород, образующийся в кислойфазе Тогда реакция метанообразования имеет вид:
/>
Микроорганизмы,использующие уксусную кислоту и метиловый спирт, осуществляют реакции:
/>
/>
Все перечисленные реакцииявляются источниками энергии для метанообразующих бактерий, и каждая из нихпредставляет собой серию последовательных ферментативных превращений исходноговещества. В настоящее время установлено, что в процессе метанообразованияпринимает участие витамин В12, которому приписывают основную роль впереносе водорода в энергетических окислительно-восстановительных реакциях уметанообразующих бактерий.
Считается, что скоростипревращения веществ в кислой и метановой фазах одинаковы, поэтому приустойчивом процессе брожения не происходят накопления кислот — продуктов первойфазы.
Процесс сбраживанияхарактеризуется составом и объемом выделяющегося газа, качеством иловой воды,химическим составом сброженного осадка.
Образующийся газ состоитв основном из метана и диоксида углерода. При нормальном (щелочном) броженияводород как продукт первой фазы может оставаться в газе в объеме не более 1 — 2%,так как используется метанообразующими бактериями в окислительно-восстановительныхреакциях энергетического обмена.
Выделившийся при распадебелка сероводород Н2Sпрактически не попадает в газ, так как в присутствии аммиака легко связываетсяс имеющимися ионами железа в коллоидный сульфид железа.
Конечный продуктаммонификации белковых веществ — аммиак — связывается с углекислотой вкарбонаты и гидрокарбонаты, которые обусловливают высокую щелочность иловойводы.
В зависимости отхимического состава осадков при сбраживании выделяется от 5 до 15 м3 газа на 1 м3 осадка.
Скорость процесса брожениязависят от температуры. Так, при температуре осадка 25 — 27°С процесс длится 25- 30 дней; при 10°С продолжительность его увеличивается до 4 месяцев и более.Для ускорения сбраживания и уменьшения объема необходимых для этого сооруженийприменяют искусственный подогрев осадка до температуры 30 -35°С или 50 — 55°С.
Для нормальнопротекающего процесса метанового брожения характерны слабощелочная реакциясреды (рН ≤ 7, б), высокая щелочность иловой воды (65—90 мг-экв/л) инизкое содержание жирных кислот (до 5 — 12 мг-экв/л). Концентрация аммонийногоазота в иловой воде достигает 500 — 800 мг/л.
Нарушение процесса можетбыть результатом перегрузки сооружения, изменения температурного режима,поступления с осадком токсичных веществ и т. д. Нарушение проявляется внакопления жирных кислот, снижении щелочности иловой воды, падении рН. Резкоуменьшается объем образующегося газа, увеличивается содержание в газе угольнойкислоты и водорода — продуктов кислой фазы брожения.
Кислотообразующиебактерии, ответственные за первую фазу брожения, более выносливы ко всякогорода неблагоприятным условиям, в том числе и к перегрузкам. Осадки, поступающиена сбраживание, в значительной степени обсеменены ими. Быстро размножаясь, кислотообразующиебактерии увеличивают ассимиляционную способность бактериальной массы и такимобразом приспосабливаются к возросшим нагрузкам. Скорость первой фазы при этомвозрастает, в среде появляется большое количество жирных кислот.
Метановые бактерииразмножаются очень медленно. Время генерации для некоторых видов составляетнесколько дней, поэтому они не в состоянии быстро увеличивать численность культуры,а содержание их в сыром осадке незначительно. Как только нейтрализующаяспособность бродящей массы (запас щелочности) оказывается исчерпанной, рН резкоснижается, что приводит к гибели метанообразующих бактерий.
Большое значение длянормального сбраживания осадка имеет состав сточных вод, в частности наличие вних таких веществ, которые угнетают или парализуют жизнедеятельностьмикроорганизмов, осуществляющих процесс сбраживания осадка. Поэтому вопрос овозможности совместной очистки производственных я бытовых сточных вод следуетразрешать в каждом отдельном случае в зависимости от их характера ифизико-химического состава.
При смешивании бытовыхсточных вод с производственными необходимо, чтобы смесь сточных вод имела рН=7- 8 и температуру не ниже 6°С и не выше
30°С. Содержание ядовитыхили вредных веществ не должно превышать предельно допустимой концентрации длямикроорганизмов, развивающихся в анаэробных условиях. Например, при содержаниямеди в осадке более 0,5% сухого вещества ила происходит замедлениебиохимических реакций второй фазы процесса сбраживания и ускорение реакцийкислой фазы. При дозе гидроарсенита натрия 0,037% к массе беззольного веществасвежего осадка замедляется процесс распада органического вещества.
Для обработки и сбраживаниясырого осадка применяют три вида сооружений: 1) септики (септиктенки); 2)двухъярусные отстойники; 3) метантенки.
В септиках одновременнопроисходит осветление воды и перегнивание выпавшего из нее осадка. Септики внастоящее время применяют на станциях небольшой пропускной способности.
В двухъярусныхотстойниках отстойная часть отделена от гнилостной (септической) камеры,расположенной в нижней части. Развитием конструкции двухъярусного отстойникаявляется осветлитель-перегниватель.
Для обработки осадка в настоящеевремя наиболее широко используют метантенки, служащие только для сбраживанияосадка при искусственном подогреве и перемешивании.
Сброженный осадок имеетвысокую влажность (95 — 98%), что затрудняет применение его в сельскомхозяйстве для удобрения (из-за трудности перемещения обычными транспортнымисредствами без устройства напорных разводящих сетей). Влажность являетсяосновным фактором, определяющим объем осадка. Поэтому основной задачейобработки осадка является уменьшение его объема за счет отделения воды иполучение транспортабельного продукта.
2.2.2.2 Аэробнаястабилизация
Для обработки небольшихобъемов осадков (главным образом активного ила) применяют метод аэробнойстабилизации, осуществляемый в сооружениях типа аэротенков.
Аэробная стабилизацияосадков сточных вод — процесс окисления эндогенных и экзогенных органическихсубстратов в аэробных условиях. В отличие от анаэробного сбраживания аэробнаястабилизация протекает в одну стадию:
/>
с последующим окислением NH3 до NО2.
Аэробной стабилизацииможет подвергаться неуплотненный и уплотненный избыточный активный ил и егосмесь с осадком первичных отстойников. При стабилизации только активного илапроцесс можно рассматривать как завершающую ступень очистки сточных вод, когдапри минимуме растворенных питательных веществ происходит самоокислениеклеточного вещества микроорганизмов. В этом случае продолжительностьстабилизации ила связана с его возрастом. Чем больше возраст ила, тем корочепериод стабилизации. При стабилизации смеси ила с осадком происходит выделениеферментов, катализирующих окисление экзогенных субстратов осадка. Степеньраспада органического вещества в продолжительность процесса зависят отсоотношения количеств сырого осадка и активного ила, концентрации органическихвеществ, интенсивности аэрации, температуры и прочего. Процесс аэробнойстабилизации обычно происходит в психрофильно-мезофильной зонежизнедеятельности микроорганизмов при температуре от 10 до 42ºС и затухаетпри температуре менее 8°С. Степень распада органических веществ изменяется всреднем от 10 до 50 %, при этом жиры распадаются на 65-75%, белки на 20—30%, ауглеводы практически не распадаются. В процессе аэробной стабилизации примезофильных температурах наблюдается снижение содержания кишечной палочки идругих патогенных бактерий и вирусов на 70 — 90%, однако при этом яйцагельминтов не погибают.
Продолжительностьпроцесса – 2 — 5 суток для неуплотненного ила, 6 — 7 суток для смесинеуплотненного ила и осадка из первичных отстойников и 8 — 12 суток для смесиуплотненного ила и осадка. Удельный расход воздуха следует принимать 1 — 2 м3/чна 1 м3 объема стабилизатора при интенсивности аэрации не менее 6 м3/(м2ч).
Аэробная стабилизацияосадков проводится обычно в сооружениях типа аэротенков глубиной 3 — 5 м. Использование других емкостей, построенных на станциях аэрации, например переоборудованныхотстойников, уплотнителей в неиспользуемых метантенков, может привести кухудшению эффективности процесса в увеличению расхода электроэнергии.
Отстаивание и уплотнениеаэробно стабилизированного осадка следует производить в течение 1,5 — 5 ч вотдельно стоящих илоуплотнителях или в специально выделенной зоне внутристабилизатора. Влажность уплотненного осадка 96,5—98,5%. Иловая вода должнанаправляться в аэротенки.
2.2.3 Кондиционированиеосадков
Осадки, образующиеся наочистных сооружениях населенных мест, характеризуются весьма низкимипоказателями водоотдачи, что затрудняет применение интенсивных процессов для ихобезвоживания. Для улучшения водоотдачи необходимо изменить структуру осадкатаким образом, чтобы в результате укрупнения твердых частиц произошлоуменьшение поверхности раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды и,следовательно, понизилась поверхностная энергия связи воды с твердыми частицами.Изменение структуры осадков приводит к количественному перераспределению формсвязи влаги в сторону увеличения содержания свободной воды за счет уменьшениядоли связанной. Такое изменение структуры осадков позволяет добиваться болееглубокого и быстрого их обезвоживания. Процессы подготовки осадков кобезвоживанию называют кондиционированием.
Методы кондиционированияподразделяются на реагентные и безреагентные. Первой стадией подготовки осадкак обезвоживанию является его промывка (рисунок 6). Промывка применяется толькодля сброженных осадков. В результате промывки из сброженного осадка удаляютсяколлоидные частицы и мелкая взвесь. Для осадков, сброженных в разных режимах,параметры промывки различаются. Промывку производят очищенной сточной водой.
/>
Рисунок 6- Схемакондиционирования сброженного осадка промывкой и уплотнением
1 – метантенк; 2 –насосная станция; 3 – промывная камера; 4 – уплотнитель; 5 – уплотненный осадокна механическое обезвоживание; 6 – подача сжатого воздуха; 7 – подача промывнойводы; 8 – подача фильтрата; 9 – выпуск иловой воды
Количество промывной водыследует принимать, м3/м3:
- для сброженногосырого осадка — 1-1,5;
- для сброженной вмезофильных условиях смеси сырого осадка и избыточного активного ила — 2-3;
- то же в термофильныхусловиях — 3-4.
Продолжительность промывкиследует принимать 15 — 20 минут, число резервуаров для промывки осадка не менеедвух.
Для исключения разделенияосадка необходимо предусмотреть перемешивание воздухом, количество егоопределяется из расчета 0,5 м3/мЗ смеси промывного осадкаи воды. Затем эта смесь направляется в уплотнители, где в течение 12 — 24 часовпроисходит уплотнение осадка. Иловая (сливная) вода направляется в головуочистных сооружений.
Реагентные методыпредполагают использование для обработки осадков неорганических реагентов(хлорное железо, сернокислое железо, известь) или органическихвысокомолекулярных соединений (полиэлектролитов). И те, и другие приводят кснижению удельного сопротивления фильтрации в результате агрегации коллоидных имелких нерастворенных частиц.
Несмотря на то, чтопромывка является эффективным приемом снижения удельного сопротивлениясброженных осадков, для коагуляции промытого осадка требуются все жезначительные дозы минеральных реагентов. На рисунке 7 приведена схемаподготовки осадка перед механическим обезвоживанием. Из уплотнителя промытыйосадок влажностью 94 — 96% удаляется при помощи насосов. Перед подачей навакуум-фильтр или фильтр-пресс осадок подвергается кондиционированию. Вкачестве реагентов обычно применяют хлорное железо или сернокислое окисноежелезо и известь в виде 10%-ного раствора. Средняя доза железа составляет 4 —6% массы сухого вещества осадка, а извести — 10 — 15 %. Частицы осадкаобъединяются хлопьями гидроксида железа в крупные агрегаты. В результате такойобработки удельное сопротивление осадка значительно снижается и осадок легчеотдает воду. Реагенты вводятся непосредственно перед подачей осадка намеханическое обезвоживание.
Безреагентноекондиционирование осуществляется методами тепловой обработки изамораживания-оттаивания.
/>
Рисунок 7 — Схемаподготовки осадка перед механическим обезвоживанием
1 – метантенк; 2 –дробилка; 3 – подача воды; 4 – подача сжатого воздуха; 5 промывка осадка; 6 –уплотнитель; 7 – плунжерные насосы; 8 – резервуар уплотненного осадка; 9 –подача коагулянта; 10 – отделения коагулирования; 11 – винтовые (шнековые)насосы;
12 – фильтр-пресс; 13 –транспортер обезвоженного осадка; 14ь- смеситель коагулянта с осадком; 15 –отвод фильтрата
Сущность метода тепловойобработки осадков состоит в прогревании осадка в реакторе в течениеопределенного времени при температуре 140 — 200ºС.
В процессе тепловойобработки происходит распад органических веществ, в основном белков, ихрастворение и переход твердой фазы осадков в жидкую. При этом изменяетсяструктура осадков, их зольность и частично химический состав, достигаютсяулучшение водоотдачи и обезвреживание осадков. При тепловой обработке удельноесопротивление осадков снижается до значений, позволяющих обезвоживать осадки навакуум-фильтрах и фильтр-прессах без обработки химическими реагентами. Тепловойобработке могут подвергаться как сброженные, так и сырые осадки.
Одним из достоинствметода тепловой обработки является полная стерильность обработанного осадка.При обезвоживании такого осадка на вакуум-фильтре образуется кек влажностью55-70%. К недостаткам метода относятся сложность конструкции реактора, большиеэнергетические затраты и высокая концентрация органических веществ в фильтрате,которые необходимо направлять на биологическую очистку. При тепловой обработкевыделяются дурно пахнущие газы, требующие предварительной очистки перед выбросомих в атмосферу.
Замораживание ипоследующее оттаивание осадков сопровождается изменением их структуры, при этомсвязанная влага частично переходит в свободную, и это приводит к улучшениюводоотводящих свойств осадков. Такие осадки можно подвергать механическомуобезвоживанию без коагулирования химическими реагентами.
Искусственноезамораживание осадков проводится в холодильных установках непосредственногоконтакта в барабанных или панельных льдогенераторах. Непременным условием,обеспечивающим снижение стоимости процесса за счет уменьшения расходаэлектроэнергии, является рекуперация теплоты фазовых переходов, обеспечивающаяоттаивание осадка за счет теплоты, выделяемой при замораживании. Дляискусственного замораживания 1 м3 осадка расходуется около 50 кВтэлектроэнергии.
После оттаивания осадокобезвоживается на вакуум-фильтрах или на иловых площадках с естественным основаниеми дренажом. На вакуум-фильтрах достигается производительность 50-60 кг/(м2ч)по сухому веществу, а влажность кека составляет 70-80%. Нагрузка на иловыеплощадки принимается 5 м3/(м2год).
Естественноенамораживание осадка лучше всего производить на иловых площадках каскадноготипа на естественном основании с дренажом и поверхностным удалением талой воды.При этом объем осадка уменьшается в 5 — 7 раз.
2.2.4 Обезвоживаниеосадков
Наиболее простым способомобезвоживании является подсушивание осадка на иловых площадках, где еговлажность может быть уменьшена до 75—80%. При этом осадок уменьшается в объемеи по массе в 4— 5 раз, теряет текучесть и может легко транспортироваться кместу его использования. Однако способ подсушивания требует больших земельныхучастков, и, кроме того, влажность подсушенного осадка остается все еще слишкомвысокой.
В последние годы всеболее широкое применение находят механические и термические способы удалениявлаги. При этом обезвоживанию могут подвергаться как сырые осадки (споследующим обеззараживанием), так и осадки после биохимической обработки.Выбор той или иной схемы обработки осадков диктуется местными условиями ипроизводится с учетом физико-химических свойств осадков, санитарно-эпидемиологическихи технико-экономических расчетов.
2.2.4.1 Механическоеобезвоживание
Для механическогообезвоживания осадков наибольшее применение нашли вакуум-фильтры. Различаютобычные барабанные, барабанные со сходящим полотном, дисковые и ленточныевакуум-фильтры.
Барабанный вакуум-фильтр– вращающийся горизонтально расположенный барабан, частично погруженный вкорыто с осадком.
Барабан имеет две боковыестенки: внутреннюю сплошную и наружную перфорированную, обтянутуюфильтровальной тканью. Пространство между стенками разделено на 16 — 32 секции,не сообщающиеся между собой. Каждая секция имеет отводящий коллектор, входящийв торце в цапфу, к которой прижата неподвижная распределительная головка. Взоне фильтрования осадок фильтруется под действием вакуума. Затем осадокпросушивается атмосферным воздухом. Фильтрат и воздух отводятся в общуювакуумную линию. В зоне съема осадка в секции подается сжатый воздух,способствующий отделению обезвоженного осадка от фильтровальной ткани. Осадокснимается с барабана ножом. В зоне регенерации ткань продувается сжатымвоздухом или паром. Для улучшения фильтрующей способности ткани через 8 — 24 часаработы фильтр регенерируют — промывают ингибированной кислотой или растворамиПАВ.
Для нормальной работывакуум-фильтров необходимо вспомогательное оборудование: вакуум-насосы,воздуходувки, ресиверы, центробежные насосы и устройства, обеспечивающиепостоянное питание вакуум-фильтра.
Недостаткамивакуум-фильтров являются сложность управления, низкая надежность, невозможностьиспользования органических флокулянтов для кондиционирования осадка,громоздкость и загрязненность рабочей среды.
В последнее времяфильтр-прессы находят довольно широкое распространение для обезвоживанияосадков сточных вод. Их применяют для обработки сжимаемых аморфных осадков. Посравнению с вакуум-фильтрами, при прочих равных условиях после обработки нафильтр-прессах получаются осадки с меньшей влажностью. Фильтр-прессы применяютв тех случаях, когда осадок направляют после обезвоживания на сушку илисжигание или когда необходимо получить осадки для дальнейшей утилизации сминимальной влажностью.
Различают рамные,камерные, мембранно-камерные, ленточные, барабанные и винтовые (шнековые)фильтр-прессы.
Рамный фильтр-пресс имеетнабор вертикально расположенных чередующихся плит и рам. Между поверхностямиплит и рам проложена фильтровальная ткань. Сначала собирают комплект рам иплит, загружают камеры осадком и отжимают его. Затем рамы и плиты поочередноотодвигают и обезвоженный осадок сбрасывают в бункер. Рамные фильтр-прессыимеют низкую пропускную способность. Кроме того, выгрузка осадка из фильтраобычно производится вручную. В настоящее время эти фильтры практически неприменяются.
Фильтр-прессы ФПАКМ(фильтр-пресс автоматизированный камерный модернизированный) находят довольноширокое распространение. Они выпускаются промышленностью серийно и имеютплощадь поверхности фильтрования 2,5—50 м2.
Фильтр состоит изнескольких фильтровальных плит и фильтрующей ткани, протянутой между ними спомощью направляющих роликов. Поддерживающие плиты связаны между собойвертикальными опорами, воспринимающими нагрузку от давления внутрифильтровальных плит. В натянутом состоянии ткань поддерживается с помощьюгидравлических устройств.
Каждая фильтровальнаяплита (рисунок 8) состоит из верхней и нижней частей. Нижняя часть перекрытаперфорированным листом, под которым находится камера приема фильтрата. Наперфорированном листе находится фильтровальная ткань. Верхняя частьпредставляет собой раму, которая при сжатии плит образует камеру, куда подаетсяосадок. В верхней части расположена эластичная водонепроницаемая диафрагма.
В камеру по коллекторуподаются осадок и воздух. По каналам фильтрат и воздух отводятся в коллектор.Затем осадок отжимается диафрагмой, для чего в полость нагнетается вода поддавлением. После этого раздвигаются плиты, передвигается фильтровальная ткань икек снимается с нее ножами, ткань промывается и очищается в камере регенерацииткани.
/>
Рисунок 8 — Схемафильтр-пресса ФПАКМ
1 – упорная плита; 2 –фильтрующая плита; 3 – нажимная плита; 4 – механизм зажима; 5 – стяжка; 6 –опорная плита; 7 – камера регенерации ткани; 8 – механизм передвижения ткани; 9– фильтрующая ткань
/>
Рисунок 9 – Схемагоризонтального ленточного фильтр-пресса
1 – подача осадка; 2 –камера смешения; 3 – прижимная лента; 4 – емкость для обезвоженного осадка; 5 –фильтрующая лента; 6 – труба ля отвода фильтрата и промывной воды; 7 – сборникфильтрата; 8 – трубопровод для подачи промывной воды
Применяются такжеленточные фильтр-прессы. Они относительно просты и по конструкции, и вэксплуатации. Принципиальная схема горизонтального пресса показана на рисунке 9.Пресс имеет нижнюю горизонтальную фильтрующую ленту и верхнюю прижимную ленту.Фильтрование и отжим осуществляются в пространстве между этими лентами. Обезвоженныйосадок срезается ножом и сбрасывается в конвейер. Фильтрующая лента промываетсяводой, подаваемой по трубопроводу 8. Фильтрат и промывная вода отводятся потрубопроводу 6.
Центрифугирование осадковнаходит все большее распространение. Достоинствами этого метода являютсяпростота, экономичность и управляемость процессом. После обработки нацентрифугах получают осадки низкой влажности.
В осадительныхцентрифугах твердые частицы, имеющие плотность большую, чем плотность жидкойфазы, под действием центробежной силы отлагаются на внутренней поверхностисплошного ротора и удаляются шнеком, а жидкая фаза в виде кольцевого слоярасполагается вблизи оси вращения ротора и непрерывно выводится из центрифуги.Принципиальное устройство центрифуги показано на рисунке 10.
/>
Рисунок 10 — Схемаустройства центрифуги: 1 — труба подачи осадка; 2 — отверстие для слива фугата;З — сливная труба; 4 отверстие для поступления осадка в полость ротора; 5 —труба сброса обезвоженного осадка; б — ротор центрифуги; 7— шнек; 8— выгрузочныеокна
Получаемый в результатемеханического обезвоживания осадок содержит еще 75 — 85% воды, составляющейтаким образом около 3/4 его массы.
2.2.4.2 Термическаяобработка осадков сточных вод
Термическая сушкапредназначена для обеззараживания и уменьшения массы осадков сточных вод,предварительно обезвоженных на вакуум-фильтрах, центрифугах или фильтр-прессах.Этот прием упрощает задачу удаления осадков с территорий очистных станций и ихдальнейшей утилизации.
Осадок после термическойсушки представляет собой незагнивающий, свободный от гельминтов и патогенныхмикроорганизмов, внешне сухой (влажностью 10-50%) сыпучий материал.
Известны различныеспособы термической сушки: конвективный, радиационно-конвективный,кондуктивный, сублимационный в электромагнитном поле. Наиболее распространенконвективный способ сушки, при котором необходимая для испарения влаги тепловаяэнергия непосредственно передается высушиваемому материалу теплоносителем —сушильным агентом. В качестве сушильного агента могут использоваться топочныегазы, перегретый пар или горячий воздух.
Сушилки конвективноготипа можно разделить на две группы:
I — при продувке сушильного агентачерез слой материала частицы его остаются неподвижными — барабанные, ленточные,щелевые и др.;
II — частицы материала перемещаются иперемешиваются потоком сушильного агента — сушилки со взвешенным(псевдоожиженным) слоем (кипящим, фонтанирующим, вихревым) и пневмосушилки.
Любая сушильная установкасостоит из сушильного аппарата и вспомогательного оборудования — топки ссистемой топливоподачи, питателя, циклона, скруббера, тягодутьевых устройств,конвейеров и бункеров, контрольно-измерительных приборов и автоматики.
Термическая сушка осадкапозволяет снизить его влажность до 20 — 35%, что значительно облегчает условияперевозки и хранения. Высушенный осадок можно в расфасованном виде доставлять кместу его использования.
Капитальные затраты этогометода достаточно высоки, вследствие чего применение термической сушкиоправдано лишь при условии эффективного использования высушенного осадка.
2.2.4.3 Сжигание осадковсточных вод
Для полной ликвидации органическихкомпонентов осадков их сжигают. Метод сжигания применим в тех случаях, когданевозможна или экономически нецелесообразна утилизация осадка. Препятствием киспользованию осадка как удобрения может быть наличие в нем токсичных веществ инекоторых других примесей, поступающих в городскую канализацию спроизводственными сточными водами.
В последние годы метод сжиганиянаходят все большее применение для ликвидация производственных шламов рядапредприятий химической, нефтеперерабатывающей, угольной отраслей промышленностии осадков городских очистных станций.
При сжигании происходитполное окисление органических веществ осадков и образование стерильного остатка— золы, которая может быть использована в качестве присадочного материала приподготовке осадка к обезвоживанию. Это позволяет снизить расход химических реагентов.
Проектирование новых иреконструкцию существующих комплексов для обработки осадков на очистныхстанциях и установках рекомендуется выполнять применительно к унифицированнымпроизводительностям очистных установок и станций, а также к местным условиям итребованиям, к степени обработки и утилизации осадка [4].
2.2.5 Утилизация осадковбытовых сточных вод
Осадки, выделяемые приочистке сточных вод городов и населенных мест с малой долей неочищенныхпроизводственных стоков, по химическому составу относятся к ценныморгано-минеральным смесям.
Возможно использованиеосадков станций аэрации в качестве удобрения непосредственно после процессов ихобработки. Кроме этого осадки являются сырьем для получения многих видовпродукции промышленного производства. В настоящее время существует многотехнологических процессов получения из осадков бытовых и близких к ним посоставу сточных вод важных продуктов и энергетических ресурсов.
Осадки городских сточныхвод целесообразно использовать главным образом, в сельском хозяйстве в качествеазотно-фосфорных удобрений, содержащих необходимые для развития растений микроэлементыи органические соединения. Попадая в почву, осадок минерализуется, при этомбиогенные и другие элементы переходят в доступные для растений соединения.
3. Выбори обоснование технологической схемы обработки осадков
По сегодняшний день восадке, который получается после обработки коммунальных сточных вод, самымиопасными факторами являются:
— запахи, сопровождаемыебиологической нестабильностью;
— присутствиечеловеческих патогенов;
— присутствие токсичныхвеществ (тяжелых металлов);
— присутствиексенобиотков (хлорированные углеводы, пестициды и т.д.);
— присутствие веществ,способствующих размножению насекомых, червей и грызунов.
Впроцессе очистки стоков и обработки ила, по возможности только такие химикатыследует применять, которые легко доступны в регионе и дешёвые.
В ходеобработки осадков стабилизация должна достигаться анаэробным сбраживанием.Возникающий биогаз необходимо утилизировать.
Приобработке ила необходимо действовать таким образом, чтобы количествовозникающего и вывозимого осадка было чем меньше, концентрация выше, и чтобы неиспарялись из осадков неприятные запахи.
Объекты,издающие неприятные запахи, необходимо накрыть и вытянутый загрязнённый воздухочистить в биофильтрах.
Задачейспособов обработки (технологической схемы) является такая трансформация осадка,чтобы в меньшей мере нагружать окружающую среду не угрожать здоровью людей, ине влиять отрицательно на воду, почву и растительность.
Можноотметить, что задача снижения содержания вредных веществ в осадке имеет дванаправления:
— снижениевредных, способных к аккумуляции, веществ в осадке путём строгого ограниченияих содержания в сточной воды (данное ограничение, в настоящее время,распространяется только на тяжёлые металлы, а ксенобиотические органическиезагрязнители почти бесконтрольно могут попадать в сточную воду и оттуда восадок).
— обработка осадка таким способом, чтобы содержаниевредных веществ в обработанном осадке было меньше чем в исходном, сыром осадке.
Дальнейшее естественноетребование, чтобы все это было недорого, не загрязнялась окружающая среда,оборудование работало надежно.
С технико-технологическойточки зрения обработки осадка выбирается тот метод, который в данной средепредоставляет лучшее решение проблемы размещения осадка.
Рассматриваются три вариантаразмещения осадка:
— сельскохозяйственноеиспользование, где критической точкой является наличие вредных веществ;
— складирование, гдеобеспечение необходимой площади является весьма трудной задачей;
— сжигание, для которогонеобходимо дорогостоящее оборудование, возникает проблема очистки дымовыхгазов, размещение золы, считающейся опасным отходом.
Обработка, предшествующаяскладированию, служит для того, чтобы осадок:
— занимал наименьшуюплощадь;
— на занимаемойтерритории не вызывал эпидемические и экологические проблемы.
Обработка осадка,предшествующая складированию обычно включает:
— уплотнение образующихсяосадков;
— анаэробная стабилизацияуплотненного осадка;
— обезвоживаниестабилизированного ила; [7]
Предлагаемая системаобработки осадков показана на рисунке 15.
3.1 Сгущение сырогоосадка и избыточного ила
Любая схема технологиобработки осадка начинается с его сгущения.
В различных технологияхобработки осадка, сгущение имеет экономический характер. Значительное снижениеколичества ила (до 15 – 30 %) позволяет снизить размеры технологическогооборудования и объектов обработки осадков, одновременно снизив инвестиционныерасходы.
Сгущение должнопроводиться быстро, чтобы предотвратить процессы гниения. Попадание в атмосферузапахов может снижаться дозировкой щелочных реагентов (например, гидратаизвести).
Длясгущения осадка используются гравитационные сгустители и механическиесгустители, работающие по разным принципам. Сегодняшняя практика обработкиизбыточного ила однозначно отдаёт предпочтение механическому сгущению:
— смешивание сырого и избыточного активного ила в предварительных отстойниках(производство смешанного ила) часто сопровождается всплытием ила, ухудшающимэффективность обработки.
— в процессе гравитационного сгущения ила, в сгустителеил часто занимает одновременно верхние и нижние слои и препятствует отборуводной фазы.
— в случае гравитационного сгущения смешанного осадкаи ила концентрация недостаточно высокая и поэтому значительно увеличиваетсягидравлическая нагрузка на метантенки.
Избыточныйил труднее поддаётся сгущению и склонен к всплытию. На практике имеются хорошозарекомендовавшее себя оборудование разных принципов действия, которое решаетпроблему раздельного сгущения избыточного ила.
/>
Рисунок 11 – Предлагаемаясхема обработки осадков
Декантировочныецентрифуги непрерывного действия с горизонтальной осью, применяемые дляобезвоживания ила, пригодны и для сгущения ила. Однако опыт последнего временипоказывает, что их применение сопровождается высоким расходом электроэнергии ивысокими инвестиционными расходами.
Болеевыгодными инвестиционными и эксплуатационными характеристиками обладаетоборудование, работающее по принципу фильтрации. Механические сгустители могутиметь разное конструктивное исполнение:
— Барабанные сгустители, в которых поверхностьвращающегося барабана является фильтрующей поверхностью.
— Ленточные системы, похожие на ленточныефильтр-прессы, используемые для обезвоживания, но имеющие значительно болеепростую механическую конструкцию.
В качествефильтрующей поверхности в обеих системах используется полимерная ткань, схожаяс фильтром ленточных фильтр-прессов. Барабанные машины часто оснащаютсяметаллическим фильтрами, похожими на вращающиеся барабанные тонкие решётки.
Пористостьфильтрующей поверхности должна составлять 0,2 – 0,5 мм. Из этого следует, что хлопья ила должны быть крупнее прозора фильтра. Поэтому сгущение илавозможно только после предварительной дозировки полиэлектролита.
Восновном пористость фильтрующей поверхности определяет гидравлическую нагрузкуи нагрузку по сухому веществу. Чем пористее фильтр, тем больше на негонагрузка. Однако увеличение водопропускной способности фильтров (увеличениеотверстий или увеличение прозора) ограничено, потому что чем грубееповерхность, тем больше твёрдой массы илостного характера проходит через неё.
Гидравлическаянагрузка и нагрузка по сухому веществу данного сгустителя находятся в обратнойзависимости. Чем ниже концентрация исходного ила, тем меньше нагружаемостьсгустителя по сухому веществу.
Количестводозировки полиэлектролита перед сгущением ила зависит от показателейосаждаемости и обезвоживаемости ила. На практике очистных сооружений приблагоприятных условиях потребность полиэлектролита составляет около 4-5 г/кг, ав случае плохо осаждаемого ила это значение может достичь 10 г/кг.
Сгустителифильтрующего типа должны регулярно промываться водой под напором. Для промывкииспользуется вода без содержания взвешенных веществ (вода
послесгустителя, очищенная сточная вода, водопроводная вода).
Механическоесгущение сырого осадка считается нецелесообразным по следующим причинам:
— сырой ил без добавления полиэлектролита эффективносгущается в традиционных гравитационных сгустителях. Содержание сухого веществав иле составляет 4 — 6%, таким образом, ил соответствует условиям сбраживания.
— трудно и дорого предотвращать возникновениенеприятного запаха в процессе механического сгущения.
— повышенное содержание жира в иле приводит к болеечастому засорению поверхности фильтра.
С учётомвсего этого выбираем механическое сгущение избыточного ила с предварительнымполиэлектролитным кондиционированием. Аппарат для сгущения барабанного типа.
Для сгущения отдельно полученного сырого осадкапредлагаем использовать традиционный гравитационный сгуститель с тангенциальнымпротоком. Для избежания распространения запахов объект предлагается накрыть.Удаляемый воздух нужно откачивать и чистить в биофильтре [8].
3.2 Сбраживание(стабилизация) смешанного, сгущённого ила
Ил,возникающий в процессе очистки сточных вод, может быть стабилизированный илинестабилизированный. Данное свойство зависит от септичности ила (присутствиеразличных микроорганизмов) и содержания в нём органических веществ, являющихсяпитательной средой для микроорганизмов. Ил является тем менее стабильным, чембольше в нём содержание биологически разлагаемых веществ, то есть раньшеначинается процесс сбраживания, сопровождаемый неприятными запахами.
Стабилизация осадков этоне что иное, как ограничение возможности протекания вредных микробиологическихпроцессов, вызывающих неприятные запахи (в значительной части процессов этоозначает уменьшение количества ила). Стабилизация достигается двумяпринципиальными решениями:
— эффективным удалениемсодержания биологически разлагаемой органики в осадке;
— уничтожениеммикроорганизмов (обеззараживание).
Вмногоступенчатом процессе обработки осадка, направленного на снижение егоколичества и негативного воздействия, два способа стабилизации не всегда могутбыть разделены. Так называемые термофильные методы биологической стабилизацииодновременно решают обе задачи, тогда как остальные методы (сбраживание примезофильной температуре, сушка и т.д) могут решить только одну из этих задач.
Стабилизацииила главным образом основана на удалении разложении органических веществ, тоесть на уничтожении органики, служащей пищей для микроорганизмов. Существуетдва главных направления:
Снижениеколичества биологически разлагаемой части органики ила чаще всего проводитсяпосле сгущения.
Набольших очистных сооружениях сточных вод традиционным методом стабилизациисырого и избыточного ила является сбраживание. В этом случае биологическиразлагаемую органическую часть ила анаэробные микроорганизмы перерабатывают вбиогаз. В результате процесса стабилизации ила коммунальных сточных вод 50%исходного количества органики разлагается, с образованием биогаза, содержащего65% метана, около 33 — 34% С02, немного азота, сероводорода,водорода. Из 1 кг разложенной органики образуется около 700 — 900 л биогаза [9].
Сбраживаниеможет происходить в двух температурных интервалах. В традиционных системахтемпература мезофильного сбраживания 30 — 38°С. При такой температуресбраживание выполняет только функцию стабилизации, потому что за 15 — 25 днейнахождения ила при такой температуре соотношение гибели патогенныхмикроорганизмов и яиц составляет пропорцию 1:2.
С точкизрения эффективности уничтожения патогенов, термофильный метод сбраживания (притемпературе 50 — 60°С) является более совершенным. При такой температурепроцесс сбраживания протекает быстрее (необходимое время нахождения ила всего 8- 10 дней), чем при мезофильной температуре, при этом патогенные микроорганизмыпрактически полностью погибают.
Стабилизацияила сбраживанием имеет следующие традиционные преимущества:
— значительныйобъём метантенка сглаживает все количественные и качественные колебанияпоступающего осадка;
— обезвоживаемостьстабилизованного ила значительно лучше, чем необработанного;
— использованиебиогаза в газовом двигателе значительно может снизить расход электроэнергииочистных сооружений;
— врезультате сбраживания значительно сокращается количество обезвоживаемого и впоследствии складируемого осадка;
— всвязи с закрытостью метантенка легко справиться с неприятным запахом, которыйобразуется при обработке осадка (при дальнейшей обработке ила запахи будутвозникать также в минимальном размере).
Образующийся на очистныхсооружениях смешанный осадок с точки зрения сбраживания относится к хорошосбраживаемому.
Эффективность процессаанаэробного сбраживания оценивается по степени распада органического вещества,количеству и составу образующегося биогаза, которые, в свою очередь,определяются химическим составом осадка, а также такими основнымитехнологическими параметрами процесса, как доза загрузки метантенка, температура,концентрация загружаемого осадка. Кроме того, существенную роль играют такиефакторы, как режим загрузки и выгрузки осадка, система его перемешивания идругое
В органическом веществеосновную часть (до 80%) составляют жиры, белки и углеводы. Именно за счет ихраспада образуется все количество выделяющегося биогаза, в том числе 60—65% засчет распада жиров, остальные 40—35% приходятся примерно поровну на долюуглеводов я белков. Отсюда следует, что при сбраживании осадков первичныхотстойников, содержащих больше жиров, образуется больше газа, чем присбраживании активного ила, в котором больше белков, даже при очень длительнойпродолжительности пребывания осадка в метантенке указанные компонентыорганического вещества распадаются не полностью. Имеется максимальный пределсбраживания и, следовательно, максимальный выход газа
Пределы распада независят от температуры, но скорости распада каждого компонента с повышениемтемпературы возрастают.
Процесс брожениянеобходимо осуществлять при выбранном оптимальном температурном режиме, дажекратковременное нарушение которого, особенно в сторону снижения температуры,приводит к торможению стадии метаногенеза, накоплению кислот за счет активнойработы более устойчивых гидролитических организмов, нарушению трофическихсвязей и процесса в целом.
Температурный режимсбраживания тесно связан со временем пребывания осадка в метантенке илисуточной дозой загрузки метантенка по объему (%), а также количествоморганического вещества загружаемого 1 осадка на единицу рабочего объемаметантенка (кг/м3). Если максимальный распад органического вещества,как указывалось выше, зависит только от его химического состава, то суменьшением продолжительности сбраживания, т.е. с повышением дозы загрузки,распад органического вещества и выход газа снижаются при всех температурныхрежимах. В зоне термофильных температур это снижение происходит медленнее, чемв зоне мезофильных температур. Отсюда следует, чем выше доза загрузки, тем вышепреимущества температурного процесса по степени распада и выходу газа [10].
В связи с этимтермофильный режим сбраживания, в основном применяемый в нашей стране, имеетпреимущества перед мезофильным, так как. позволяет уменьшить объемыметантенков, кроме того, обеспечивает глубокое обеззараживание осадков нетолько от поточной микрофлоры, но и от гельминтов. Однако, недостатком термофильногосбраживания является низкая водоотдающая способность сброженного осадка, чтотребует его промывки при последующем механическом обезвоживании. В свою очередь,мезофильный режим сбраживания не обеспечивает обеззараживания осадка, требуетбольших объемов метантенков, но позволяет получить сброженный осадок, лучше поддающийсяпоследующему обезвоживанию.
С экономической точкизрения самым значительным недостатком термофильного технологического способаявляется потребность в тепловой энергии, которая по сравнению с мезофильнымспособом приблизительно в два раза больше. Эту тепловую энергию нужно будетвыплачивать в качестве эксплуатационных расходов ежедневно.
Значительным недостаткомтермофильного решения является также и то, что для этого решения требуетсяболее сложное технологическое оборудование, которое по этой причинепредставляет собой более существенный эксплуатационный риск, а также
означает болеесущественную чувствительность термофильных микробиологических процессов. Этоявляется существенной проблемой особенно по той причине, что в настоящее времяв сточных водах и в иле еще могут присутствовать токсичные металлы и другиехимикаты.
С учетом вышеуказанныхаргументов за и против в рамках данной модернизации, считаем, что болеевыгодным является применение мезофильного процесса сбраживания.
Перемешивание содержимогометантенка необходимо проводить с целью обеспечения эффективного использованиявсего объема метантенка, исключения образования мертвых зон, предотвращения расслоенияосадка, отложения песка и образования корки, выравнивания температурного поля.Кроме того перемешивание должно обладать способностью выравнивания концентрацийметаболитов, образующихся в процессе брожения и являющихся промежуточнымисубстратами для микроорганизмов или ингибиторами их жизнедеятельности, а такжеподдержанию необходимого контакта между ферментами и субстратами, разнымигруппами бактерий. Вместе с тем, как было упомянуто выше, существует некоторыйпредел интенсивности перемешивания, превышение которого может привести кмеханическому отрыву отдельных групп бактерий друг от друга, а также от частицпотребляемого ими субстрата.
При плохом перемешиванииснижается эффективный объем метантенка, сокращается время пребывания в немосадка, а, следовательно, рас ход органического вещества и выход биогаза.
Метантенки могут работатьв периодическом, непрерывном и полунепрерывном режимах. При загрузке один раз всутки скорость распада органического вещества и выход биогаза значительноменяется в период между загрузками. После загрузки выход газа в 2 разапревышает выход газа перед следующей загрузкой. Это свидетельствует осущественном изменении скорости биохимического распада за счет неравномерной подачисубстрата клеткам бактерии. Непрерывная загрузка и выгрузка метантенка снимаетэту неравномерность. При непрерывной подаче предварительно подогретого сырогоосадка, его хорошем смещении с массой бродящего осадка обеспечиваютсяравномерный тепловой режим сооружения, равномерное поступление питательныхсубстратов и возможность работы с повышенными дозами загрузки. Наконец, переводметантенков на непрерывный режим загрузки делает возможным автоматизацию имеханизацию процесса, обеспечивает уменьшение эксплуатационных затрат,равномерность газовыделения в однородность выгружаемого осадка.
Вместе с тем, какпоказывает теория непрерывных процессов, при имеющейся загрузкеодноступенчатого термофильного метантенка, работающего в режиме смесителя,следует ожидать присутствие в выгружаемом осадке хотя бы незначительной частинесброженного, следовательно, необеззараженного осадка.
На процесс броженияоказывают ингибирующее действие некоторые органические и неорганическиевещества, которые могут содержаться в осадках в значительных концентрациях. Кнм в первую очередь относятся тяжелые металлы, сульфиды, СПАВ.
Эксплуатация метантенковтребует организации четкого и постоянного контроля за основными показателямипроцесса брожения. К этим показателям относятся:
• выход и состав биогаза,в котором обычно содержится 60—65% метана, 32—35% диоксида углерода а такженекоторые количества водорода, сероводорода, азота и др.;
• степень распадаорганического вещества;
• содержание летучихжирных кислот, аммонийного азота и щелочность вловой жидкости;
• влажность я зольностьзагружаемого сброженного осадка;
• рН
С точки зрения режимаподачи осадков наиболее рациональной является эксплуатация метантенков попрямоточной схеме, при которой загрузка и выгрузка осадков происходит одновременнои непрерывно (или с минимальными перерывами). Такой режим создает благоприятныетемпературные условия в метантенке, так как исключается охлаждение бродящеймассы вследствие залповых поступлений более холодных сырого осадка иизбыточного ила. Кроме того, такой режим обеспечивает равномерностьгазовыделения в течение суток.
В различных конструкцияхметантенков подача осадка на сбраживание может осуществляться либо через общуюдля всех метантенков загрузочную камеру, либо насосом непосредственно в каждый метантенк.В том в другом случае должна быть обеспечена равномерность распределениянагрузки между отдельными сооружениями и возможность ее регулирования.
Осадок подают в верхнююзону метантенка, а выгружают из самой нижней точки
днища. Максимальноеудаление друг от друга трубопроводов подачи и выгрузки предотвращает попаданиенесброженного осадка в выгружаемую массу. Кроме того, при постоянной выгрузкесброженной массы из нижней части удается замедлить процесс накопления песка, которыйвместе с осадком из первичных отстойников попадает в метантенк.
В метантенках теплорасходуется непосредственно на подогрев загружаемого осадка до необходимой расчетнойтемпературы, на возмещение потерь тепла, уходящего через стенки, днище иперекрытие метантенка, на возмещение потерь тепла, уносимого с отводимым изметантенка газом.
В отечественной практикеподогрев осадка наиболее часто осуществляют острым паром. Пар низкого давленияс температурой 110-112ºС подается во всасывающую трубу насоса при подаче иперемешивании осадка или непосредственно в метантенк через паровой инжектор. Инжекторыустанавливаются в каждом метантенке. Забирая в качестве рабочей жидкости осадокиз метантенка и подавая смесь его с паром снова в метантенк, паровой инжекторобеспечивает и подогрев осадка в частичное перемешивание бродящей массы.
За рубежом получилираспространение спиральные теплообменники типа «осадок-осадок» и "вода — осадок ".
Обобщенная принципиальнаясхема подогрева осадка для анаэробного сбраживания представлена на рисунке 12.
Установка на линиивыпуска сброженного осадка рекуперативного теплообменника типа «осадок-осадок»обеспечивает использование теплоты сброженного осадка для частичного подогреваосадка, подаваемого в метантенк, что сокращает расход энергии котельнойустановки на сбраживание осадков. Применение на второй ступени подогреватеплообменника типа «вода-осадок» обеспечивает дополнительный нагревосадка. На рисунке 13 представлен вариант схемы подогрева осадка, в которомнагрев осадка совмещен с гидравлическим перемешиванием бродящей массы.Содержимое метантенка перемешивается насосом, обеспечивая, как минимум,трехкратный оборот осадка за 20 ч. Установленный на нагнетательной линии насосатеплообменник типа «вода-осадок» обеспечивает подогрев осадка икомпенсирует все теплопотери метантенка (для мезофильного процесса). Подогревосадка полностью автоматизирован и управляется датчиком температуры,установленным на всасывающем патрубке циркуляционного насоса.
/>
Рисунок 12 –Принципиальная схема подогрева осадка для анаэробного сбраживания: 1 – загрузкаосадка; 2 – паровой инжектор; 3 – метантенк; 4 – теплообменник «осадок-осадок»;5 – пар; 6 – биогаз; 7 – котельная; 8 – горячая вода; 9 – теплообменник «вода-осадок»;10 – охлажденная вода; 11 – подогретый осадок; 12 – сброженный осадок
/>
Рисунок 13 – Схемаподогрева циркулируемого осадка
1 – загрузка осадка; 2 –метантенк; 3 – циркуляционный насос; 4 – теплообменник «вода-осадок»;5 – сброженный циркулируемый осадок; 6 – горячая вода; 7 – охлажденная вода
Перемешивание бродящеймассы обеспечивает ее однородность во всем объеме метантенка. При загрузкехолодного осадка в верхнюю зону метантенка, он как более холодный устремляетсявниз. Одновременно пузырьки выделяющегося газа поднимаются вверх. В результатепроисходит перемешивание бродящей массы в вертикальном направлении. Если метантенкоборудован инжектором, его работа приводит к перемешиванию осадка вгоризонтальной плоскости. Однако эти процессы, сопровождающие процесс сбраживания,не могут обеспечить полного перемешивания содержимого метантенка.
Специальные системы перемешиванияиспользуют для этой цели циркуляционные насосы, пропеллерные мешалки илиперемешивание с помощью газа.
Для сбора газа нагорловине метантенка устанавливают газовые колпаки. Для транспортирования газапрокладывается специальная газовая сеть из стальных труб с усиленнойпротивокоррозионной изоляцией.
В процессе сбраживанияосадков выделение газа неравномерно. для поддержания постоянного давления вгазовой сети на тупиковых концах ее устанавливают аккумулирующие газгольдеры.Мокрый газгольдер состоит из резервуара, заполненного водой, и колокола,перемещающегося на роликах по вертикальным направляющим. Вес колоколауравновешивается противодавлением газа. Благодаря этому при изменении объемагаза под колоколом давление в газгольдере и газовой сети остается постоянным.При невозможности сбора газа метантенков, предусматривают его сжигание,используя специальное устройство – газовую свечу.
Сброженный осадок,выходящий из башен метантенков приблизительно с той же скоростью, с которой онпоступает в них, должен отводиться в так называемые дегазаторы, представляющиесобой буферные емкости, в которых одновременно с буферным хранением илапроисходит процесс дегазации ила. Этот процесс имеет несколько положительныхсторон:
— отведение сброженногоосадка может выполняться независимо от процесса обезвоживания осадка;
— благодаря удалениюбиогаза, содержащегося в иле, обеспечивается защита оборудования системыобезвоживания от вредного воздействия биогаза;
— благодаря уменьшениютемпературы в процессе дегазации улучшается способность обезвоживания ила [12].
3.3 Обезвоживаниесброженного осадка.
Обезвоживаниеосадков является решающим процессом его обработки. Основной задачейобезвоживания осадка является эффективное уменьшение объема осадка. С этимповышается экономичность размещения или дальнейшей обработки осадков.
Посложившейся практике последних 20 – 25 лет уплотненный свежий ил или осадок,отобранный из метантенков, после уплотнения, гомогенизации и дегазацииобезвоживается на:
— непрерывно работающей горизонтальной центрифуге:
— ленточном фильтр-прессе
— камерном фильтр-прессе
Разнообразиетаких машин на рынке широкое, сегодня много заводов мира производятоборудование пригодное для этих целей.
Несмотряна большое разнообразие таких машин, одним из самых сложных вопросовтехнической концепции данного проекта является определение типа оборудованиядля обезвоживания.
Главнымкритерием выбора является не технические или экономические особенности машинобезвоживания, а возможности размещения обезвоженного осадка, т.е. главнымкритерием можно считать консистенцию ила. В результате обезвоживания необходимополучить такой ил, который имеет твердую, не грязевидную консистенцию.Дальнейшим условием является, чтобы осадок не содержал человеческих патогенныхмикроорганизмов.
Выполнениеперечисленных требований обеспечивается в основном дозировкой гашеной извести,гидрата извести или негашеной извести. Негашеная известь, используемая вкачестве коагулянта, улучшает обезвоживаемость осадка, увеличивает значение рНи этим самым уничтожает человеческие патогенные микроорганизмы, увеличиваясодержание сухого вещества обезвоженного осадка.
Дозировкаизвести проводится в один ли два этапа. Одноэтапная технология означает, чтоизвесть в виде известкового молока подается непосредственно в обезвоживаемыйосадок и обезвоживание проводится после этого. По этой технологии могутработать только камерные фильтр-прессы.
Другиедве технологии обезвоживания подобный результат могут обеспечить только в дваэтапа. При работе с двухэтапной технологией, на первом этапе производитсякондиционирование реагентами, затем полученный обезвоженный ил перемешивается снегашеной известью.
Центрифугаи ленточный фильтр-пресс имеют приблизительно одинаковую производительность.Оба оборудования работают в непрерывном режиме и надежно выполняют задачиобезвоживания осадка. Выбор между ними зависит от инвестиционных иэксплуатационных расходов, надежности, долговечности, удобства эксплуатации идоступности сервиса [9].
Вбольшинстве случаев решение определяется с учетом местных условий. Возможноезатягивание реконструкции или строительства песколовок и значительнаяпотребность центрифуг в регулярном сервисном обслуживании, практически исключаетее использование.
Вотличие от центрифуги, ленточный фильтр-пресс выглядит технически болеесложным, однако расходует значительно меньше электроэнергии. Главной проблемойможно считать регулярную замену ленты (в каждые 1 – 2 года, в зависимости от интенсивностиэксплуатации). Ленточные фильтр-прессы не чувствительны к песку. Котрицательным сторонам относятся: большое количество деталей, острые частицыосадка могут прорезать ленту, не закрытые поверхности, из-за чего сложнееобеспечить чистоту воздуха машинного отделения обезвоживания ила.
Помимовышеупомянутых двух главных групп оборудования, меньший, но устойчивый сегментрынка занимают фильтр-прессы с камерами, работающими под давлением. Главное ихпреимущество заключается в том, что с применением кондиционирующих средств солижелеза (III) и извести (а в случае сброженногоосадка также и полиэлектролита), при давлении 10 — 16 бар можно достичь 30 — 50%-ое содержание сухих веществ в обезвоженном иле. Трудоемкость периодическойоперации уменьшается за счет применения механизированного удаления кека. Из-зазначительных инвестиционных расходов и относительной сложности эксплуатациисистемы такое оборудование эксплуатируется только на крупных очистныхсооружениях или при предъявлении специальных требований. С учетом челябинскихусловий, преимущества этого метода могут быть значительными.
Большаяразница находится между камерным фильрт-прессом и ленточным фильтр-прессом.Мощный камерный фильтр-пресс является надежным, не слишком дорогим и простымоборудованием. К недостаткам можно отнести циклический режим работы иинвестиционные расходы, превышающие затраты на оборудование других систем.
Вкачестве вывода можно заключить, что преимущества применения камерногофильтр-пресса проявляются в основном не на стадии очистки стоков. А при дальнейшейобработке и депонировании. В таком случае выбор в основном аргументируется тем,что снижается количество вывозимого осадка и значительно проще размещать осадокна иловой площадке обработанной неорганическим кондиционером [11].
3.4 Обеззараживаниеобезвоженного осадка
Самымважным вопросом размещения и утилизации осадков, образующихся на очистныхсооружениях, является присутствие человеческих или животных патогенныхмикроорганизмов. Санитарно-эпидемиологические службы во всем мире отрицательнооценивают такое свойство осадков, поэтому обеззараживание его является важнымрешением проектировщиков и инвесторов, на которое влияют также и требования ивозможности на месте работ.
Удалениепатогенных микроорганизмов может проводиться несколькими методами:
1. Методы,основанные на термообработке.
Делятсяна три вида по выбору источника энергии для нагревания осадка:
— тепловая энергия, обеспечиваемая традиционными источниками энергии (включаябиогаз, образующийся при сбраживании в метантенках);
— тепловаяэнергия, образующаяся в процессе аэробного биологического разложения (аэробноекомпостирование в твердой или в жидкой фазе);
— тепловаяэнергия, образующаяся в процессе прочих химических реакций.
2. Химическиеспособы, или обеззараживание облучением.
Менеераспространены в практике обработки осадков, по причине высоких расходов иопасности.
Способыобеззараживания осадков теплом весьма разнообразны:
— различными,прямыми и косвенными способами сушки осадков;
— сжиганиемосадка
Сушка исжигание вместе с обеззраживанием имеет разные специфические преимущества инедостатки. В обоих случаях уменьшается объём осадка, с этим могут снижаться ирасходы на его размещение. Облегчается сельскохозяйственное размещениевысушенного осадка.
Срединедостатков можно перечислить высокие расходы и сложность систем для сжигания.Решающим фактором является то, что в пепле после сжигания концентрация тяжёлыхметаллов будет всегда больше, чем в иле. Поэтому зола будет относиться копасным отходам.
Тепловаястерилизация осадка перед обезвоживанием в некоторых случаях может даватьзначительные преимущества. Суть процесса заключается в том, что в сгущённомосадке, разогретом до 140°С, под действием температуры погибают все живыесущества. Белки денатурируются при высокой температуре, поэтомуобезвоживаемость осадка будет значительно лучше, чем после кондиционированияполиэлектролитом. После такой обработки, в зависимости от системы обезвоживанияможно получить осадок с содержанием сухих веществ 40 — 50%. Значительнымнедостатком процесса является, что под действием высокой температурызначительная часть органики переходит в раствор и этим нагружает системуочистки сточных вод.
Главнымисточником тепла различных способов компостирования является тепловая энергия,полученная путём аэробного биологического окисления органических веществосадка.
Вмеждународной практике распространен способ компостирования, применяемый всельском хозяйстве. Преимущества данного способа проявляются только при наличииопределённых качественных параметров осадка. В нашем случае содержание тяжёлыхметаллов в осадке относительно высокое, поэтому преимущества вышеописанногоспособа не могут быть использованы.
Другойспособ обеззараживания осадка, не требующий дорогого оборудования, специальныхзнаний и значительных инвестиций, это перемешивание обезвоженного ила снегашеной известью (СаО). Известь вступает в реакцию с остаточным содержаниемводы и всегда присутствующим углекислым газом. При этом высвобождаетсязначительное количество тепловой энергии химического происхождения.
Важнымявляется то, что ил, смешанный с СаО, относительно быстро затвердевает ипревращается в такой материал, по которому можно ходить, что облегчает егоскладирование.
Вэкзотермической реакции между водой и СаО высвобождается энергия 273 ккал/кгСаО. Если известь вступает в реакцию с С02, возникает теплота 773ккал/кг СаО. В результате химических реакций настолько повышается температурасмеси ила и извести, что погибают патогенные микроорганизмы, присутствующие восадке. Второе влияние тепловой энергии, что в результате испарения снижаетсявлажность смеси.
Важно сточки зрения обеззараживания, что под действием извести увеличивается рН смесии это также способствует гибели микроорганизмов.
Потребностьпроцесса в СаО зависит от:
— содержания СаО в материале, использованного в качестве источника СаО. (Впроцессе могут быть использованы материалы, содержащие СаО, являющиеся в другихместах отходом производства);
— химической характеристики органических и неорганических составляющихобработанного осадка;
— содержания влаги и вязкости обработанного осадка.
— возможности перемешивания осадка и материала, содержащего СаО.
Приперемешивании СаО со сброженным обезвоженным осадком относительно большоеколичество аммиака может попасть в окружающую среду. Поэтому нужно обеспечитьвытяжку для системы перемешивания, а аммиак нужно удалить из воздуха [5].
3.5 Утилизациябиогаза, образующегося в процессе сбраживания осадка
Ожидаемаятеплотворная способность биогаза, возникающего в процессе сбраживания осадка,составляет 6,2 — 6,4 кВтч/Нм3. Эту энергию биогаза, скапливающуюся взначительных количествах, следует использовать, во-первых, для разогреваобрабатываемого осадка, а во-вторых, для восполнения тепловых потерьметантенков. Остающаяся после этого энергия может быть свободно использована. Ссамым лучшим коэффициентом полезного действия биогаз используется в газовомдвигателе. В этом случае из сожженного биогаза вырабатывается электроэнергия(35 — 39%) и тепловая энергия для отопления (максимум А — 50%). Потери в случаеутилизации биогаза в газовом двигателе в лучшем случае составляют около 15%.
С точкизрения безопасности, наряду с утилизацией биогаза в газовом двигателе следуетпредусмотреть возможность сжигания биогаза в газовом факеле и в котельной [7].
4. Расчетная часть
4.1 Расчет количестваобразующегося осадка
4.1.1 Сырой осадок
Количество сырого осадкапервичных отстойников определяется по формуле (1) [3]:
/>, т/сут (1)
где С – начальнаяконцентрация взвешенных веществ;
Э – эффект задержаниявзвешенных веществ в первичных отстойниках в долях единицы (обычно принимают0,5 – 0,6);
К – коэффициент,учитывающий увеличение объема осадка за счет крупных фракций взвеси, неулавливаемых при отборе проб для анализа, принимают равным 1,1 – 1,2;
Q – приток сточных вод на очистнуюстанцию, м3/сут.
/> т/сут
Объем осадка в суткивлажностью 97% по формуле (2) составит:
/>, м3/сут (2)
где Wос – влажность сырого осадка;
ρос – плотностьсырого осадка, которую для упрощения принимают равной 1
/> м3/сут
4.1.2 Избыточный активныйил
Количество избыточногоактивного ила по сухому веществу определяется по формуле (3):
/>, м3/сут (3)
где Пр – приростактивного ила, м3/сут;
а – вынос взвешенныхвеществ из вторичных отстойников, мг/л;
Q – расход сточных вод, м3/сут;
Прирост активного иласоставит:
/>, мг/л (4)
где В – количествовзвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л;
Lа – БПКполн поступающих ваэротенк сточных вод, мг/л
/> мг/л
Тогда количествоизбыточного активного ила по весу во вторичных отстойниках по формуле (3) составит:
/> т/сут
Количество избыточногоактивного ила по объему составит:
/>, м3/сут (6)
где g — объемный вес активного ила, 1,001.
Wизб.ос – влажность активного ила, равная 99,4%;
/> м3/сут
4.1.3 Химический ил
В случае последующейочистки воды, уже очищенной биологически, в связи с добавлением соли железа (III) образуется также осадок гидроокиси– фосфата железа. Предполагаемое суточное количество химического ила составляет10 т/сут.
В случае предполагаемогосреднего содержания сухого вещества 2% объем ила, отбираемого из системфлотации, аналогично по формуле (6) составит:
/> м3/сут
4.2 Расчет оборудованиядля обработки осадков
4.2.1 Расчетгравитационных сгустителей для обработки сырого осадка
Сырой осадок, образующийсяв первичных отстойниках, перекачивается насосом для сгущения в гравитационныесгустители.
Полезная площадьрадиального илоуплотнителя определяется по формуле (7) [13]:
/>, м2 (7)
где qmax – часовой приток сырого осадка, кг/ч;
q0– нагрузка по сухому веществу осадка, принимаемравной 2,5 кг/ч·м2 по таблице 57 [6].
/> м2
Диаметр илоуплотнителя поформуле (8):
/>, м (8)
/> м
Сгущение илаосуществляется с помощью вращающегося по кругу так называемого скребковогомеханизма с центральным приводом. Внутренний диаметр сгустителя составляет 22 м, а полезная глубина вдоль стены составляет 3,5 м. Рекомендуемый уклон дна составляет 10%.Сгущенный ил откачивается из зумпфа, находящегося в центре сгустителя, аосадок, поступающий на сгущение подается в распределитель, находящийся вцентральной части сгустителя.
Объем уплотненного сырогоосадка составит по формуле (9):
/>, м3/сут (9)
где Vос – объем сырого осадка, м3/сут;
Wос – влажность осадка, поступающего науплотнение, %;
/> - влажность уплотненного осадка, %
/> м3/сут
Максимальное количествожидкости, отделяемой в процессе уплотнения по формуле (10), м3/сут:
/>, м3/сут (10)
/> м3/сут
4.2.2 Механическоесгущение избыточного активного ила и химического ила
Механическое сгущениеизбыточного активного ила и химического ила с добавлением полиэлектролитавыполняется в барабанном сгустителе с небольшим расходом электрической энергии.
Общий расход смесиизбыточного и химического ила:
/>, м3/сут (11)
/> м3/сут
Перед подачей насгустительное оборудование химический ил и минерализованный активный ил следуетперемешать. Для этого принимаем 3 резервуара для усреднения концентрацииосадков объемом по 3000 м3 каждый.
Резервуар для усредненияконцентрации осадков представляет собой закрытое инженерное сооружениецилиндрической формы диаметром 18 м и высотой 3 м, оборудованное смесителями.
Средняя влажность смесисоставляет:
/>, % (12)
/> %
Перед поступлением вмеханический сгуститель, осадок кондиционируется полиэлектролитом. Удельнаяпотребность в полиэлектролите для сгущения 7 г/кг. Тогда суточный расходполиэлектролита составит:
0,007 – 1
m — 58000
/> кг/сут
С целью обеспечения этогоколичества целесообразно предусмотреть установку двух блоков для растворенияполиэлектролита производительностью
12 кг/ч.
Раствор полиэлектролита готовитсяв два этапа. На первом этапе готовится раствор с концентрацией 5 кг/м3(этот раствор может быть приготовлен только из чистой водопроводной воды), азатем соответствующая концентрация раствора устанавливается путем разбавленияконцентрированного раствора водой технического качества (очищенная сточнаявода). Разбавленный раствор может храниться на протяжении не более 24 часов.Важным правилом приготовления раствора полиэлектролита является то, что порошокполиэлектролита может всыпаться в воду только при интенсивном турбулентномсмешивании (в противоположном случае могут образоваться комки).
Принимаем 6 сгустителейтипа БС-4 производительностью 30¸60 м3/ч с мощностью привода 1,50 кВт. Габаритныеразмеры: 2835 × 2050 × 1820 (мм).
Расход уплотненногоосадка при его влажности 95% аналогично формуле (9):
/> м3/сут
Максимальное количествожидкости, отделяемой в процессе уплотнения, определяем аналогично формуле (10):
/> м3/сут
4.2.3 Расчет метантенков
Расчет метантенковзаключается в вычислении количества образующихся на станции осадков, выборережима сбраживания, определении требуемого объема сооружений и степени распадабеззольного вещества осадков.
Количество сухоговещества осадка из первичных отстойников составляет Qсух = 72 т/сут. Количество сухого активного ила и химического ила– 58 т/сут.
Расход сырого осадка исмеси избыточного активного ила и химического ила соответственно: Wупл = 1440 м3/сут, qизб = 1189 м3/сут.
Количество беззольноговещества осадка вычисляют по формуле (13) [14]:
/>, т/сут (13)
где Вг –гидроскопическая влажность сырого осадка, равная 5 %;
Зос –зольность осадка, равная 30 %
/> т/сут
Количество беззольногоактивного ила вычисляют по аналогичной формуле (14):
/>, т/сут (14)
где /> - гидроскопическаявлажность избыточного ила, составляет 5 %;
Зил –зольность активного ила, 25%
/> т/сут
Общий расход осадков:
по сухому веществу:
/>, т/сут (15)
/> т/сут
по беззольному веществу:
/>, т/сут (16)
/> т/сут
по объему смесифактической влажности:
/>, м3/сут (17)
/> м3/сут
Средние величинывлажности и зольности смеси находят по формулам (18), (19) соответственно:
/>, % (18)
/> %
/>, % (19)
/> %
Рассмотрим два вариантасбраживания осадка: при мезофильном режиме и при термофильном. Выбор междумезофильным и термофильным сбраживанием будет сделан послетехнико-экономической оценки.
4.2.3.1 Расчет метантенкапри мезофильном сбраживании
Температура сбраживанияпри мезофильном режиме составляет 33ºС.
Суточная доза загружаемойв метантенк смеси при влажности 95%
Dmt = 8 % (табл. 59 [11]).
Расчетный объемметантенков определяется по формуле (20) [15]:
/>, м3 (20)
/> м3
Принимаем 6 метантенков D = 18 м с полезным объемом 6000 м3, высота верхнего конуса НВ.К = 3,15 м, высота цилиндрической части НЦ = 18 м.
По формуле (21)определяем фактическую дозу загрузки:
/>, % (21)
/>%
Распад беззольноговещества по формуле (22):
/> (22)
где а – пределсбраживания беззольного вещества загружаемого осадка, % (при отсутствии данныхо химическом составе осадков принимаются: для сырого осадка 53%, дляизбыточного активного ила 44%.);
n – коэффициент, зависящий отвлажности осадка и режима сбраживания (0,72 по табл. 61 [16]);
Dmt – доза суточной загрузкиметантенков, %
Для смеси сырого осадка иизбыточного активного ила предел сбраживания определяется по формуле (23):
/>, (23)
/>
Тогда по формуле (22):
/> %
Выход газа из метантенков
Принимаем равным 1 г на 1 г распавшегося беззольного вещества осадка. Плотность газа ρ = 1 кг/м3.
Удельный выход газа поформуле (24) составит:
/>, м3/кг (24)
/> м3/кг
Суммарный выход газаопределяется по формуле (25):
/>, м3/сут (25)
/> м3/сут
Съем газа с одного метантенкав сутки по формуле (26):
/>, м3/сут (26)
/> м3/сут.
Для хранения газапредусмотрены газгольдеры, вместимость которых принимается равной 2 –4хчасовому выходу газа. Принимаем 2,5-часовой выход газа:
/>, м3 (27)
/> м3
Принимаем 2 гахгольдерапо типовому проекту 707-2-6 емкостью 3000 м3 и диаметром 21050 мм
Определение размеровгорловины
Площадь живого сечениягорловины по формуле (28):
/>, м2 (28)
где Qг – пропускная способность 1 м2 горловины в м3/сут; принимаем равным
700 м3/сут нам2
/> м2.
По формуле (29)определяем диаметр горловины:
/>, м (29)
/> м
Теплотехнический расчет
а) Расход тепла наобогрев свежего осадка определяется по формуле (30):
/>, ккал/сут (30)
где К – коэффициент,учитывающий потери тепла через стенки, днище и перекрытие метантенков, приемкости Vмт более 1100 м3 К = 0,10;
Ст – теплоемкостьосадка, 4,19 кДж/(кг × К);
tсб – температура в метантенке, равная33ºС;
tвх – температура поступающего осадка,13 ºС
/> ккал/сут
б) Компенсациятеплопотерь всего объема (за вычетом добавки свежего осадка), принимаетсяохлаждение за сутки на 1 ºС:
/>, ккал/сут (31)
/> ккал/сут
в) Общее потребноеколичество тепла:
/>, ккал/сут (32)
/> ккал/сут
г) Требуемая расчетнаятеплопроизводительность с учетом КПД котельной установки определяется поформуле (33):
/>, ккал/сут (33)
где η – КПДкотельной установки, принимается равным 0,7 – 0,8
/> ккал/сут
д) По формуле (34) расчетноепотребное количество пара при теплоотдаче 1 кг пара 550 ккал составит:
/>, т/сут (34)
/> т/сут
е) Количество тепла,выделяемого при сжигании газа при теплопроводной способности газа 5000 ккал/м3:
/>, ккал/сут (35)
/> ккал/сут
/>
Количество тепла,получаемого при сжигании газа, образующегося в метантенках, недостаточно дляподдержания мезофильного процесса в них.
В процессе сбраживанияпроисходит распад беззольных веществ, приводящий к уменьшению массы сухоговещества и увеличению влажности осадка, причем суммарный объем смеси послесбраживания практически не меняется.
Масса беззольноговещества рассчитывается как:
/>, т/сут (36)
/> т/сут
Масса сухого вещества всброженной смеси определяется как:
/>, т/сут (37)
Разность Мсух– Мбез представляет собой зольную часть, не изменившуюся в процессесбраживания.
/> т/сут
Влажность сброженнойсмеси по формуле (38):
/>, % (38)
/> %
Зольность сброженнойсмеси по фрмуле (49) будет равна:
/>, % (49)
где /> - гидроскопичность сброженнойсмеси, равная 6 %
/> %
4.2.3.2 Расчет метантенкапри термофильном сбраживании
Сбраживание происходитпри температуре 50 — 55ºС.
Суточная доза загружаемойв метантенк смеси при влажности 95 % Dmt = 17 % (табл. 59 [11]).
Расчетный объемметантенков по формуле (21):
/> м3
Принимаем 3 метантенка D = 18 м с полезным объемом 6000 м3, высота верхнего конуса НВ.К = 3,15 м, высота цилиндрической части НЦ = 18 м [17].
Фактическая дозазагрузки:
/> %
Распад беззольноговещества по формуле 23, где n –коэффициент, зависящий от влажности осадка и режима сбраживания (0,31 по табл.61 [11]):
/> %
Выход газа из метантенков
Принимаем равным 1 г на 1 г распавшегося беззольного вещества осадка. Плотность газа ρ = 1 кг/м3.
По формуле (25) удельныйвыход газа составит:
/> м3/кг
Суммарный выход газаопределяется по формуле (26):
/> м3/сут
Съем газа с одногометантенка в сутки:
/> м3/сут.
Для хранения газапредусмотрены газгольдеры, вместимость которых принимается равной 2 –4хчасовому выходу газа. Принимаем 2,5-часовой выход газа:
/> м3
Принимаем 2 гахгольдерапо типовому проекту 707-2-6 емкостью 3000 м3 и диаметром 21050 мм
Определение размеровгорловины
Площадь живого сечениягорловины по формуле (29):
/> м2.
Диаметр горловины пформуле (30):
/> м
Теплотехнический расчет
а) Расход тепла наобогрев свежего осадка:
/>, ккал/сут (50)
где К – коэффициент,учитывающий потери тепла через стенки, днище и перекрытие метантенков, приемкости Vмт более 1100 м3 К = 0,10;
Ст –теплоемкость осадка, 4,19 кДж/(кг × К);
tсб – температура в метантенке, равная33ºС;
tвх – температура поступающего осадка,13 ºС
/> ккал/сут
б) по формуле (32) компенсациятеплопотерь всего объема (за вычетом добавки свежего осадка), принимаетсяохлаждение за сутки на 1 ºС:
/> ккал/сут
в) Общее потребноеколичество тепла:
/> ккал/сут
г) Требуемая расчетнаятеплопроизводительность с учетом КПД котельной установки по формуле 34:
/> ккал/сут
д) Расчетное потребноеколичество пара при теплоотдаче 1 кг пара 550 ккал:
/> т/сут
е) Количество тепла,выделяемого при сжигании газа при теплопроводной способности газа 5000 ккал/м3:
/> ккал/сут
/>
Количество тепла,получаемого при сжигании газа, образующегося в метантенках, недостаточно дляподдержания термофильного процесса в них.
Масса беззольноговещества рассчитывается по формуле 37:
/> т/сут
Масса сухого вещества всброженной смеси определяется по формуле 38
/> т/сут
Влажность сброженнойсмеси по формуле (39):
/> %
Зольность сброженнойсмеси по формуле (40) будет равна:
/> %
Объем осадка, выходящегоиз метантенка, равен объему, подающегося на метантенк. При удалении осадка внем еще содержится значительное количество биогаза. Перед обезвоживанием биогазследует удалить. Для этого предусматривается два бассейна-дегазатора.
Инженерные сооружениядегазации представляют собой железобетонные бассейны такой же формы и таких жеразмеров, как и гравитационные сгустители первичного осадка. Диаметр бассейнов 22 м, высота дегазатора 3,5 м, а полезный объем каждого из бассейнов составляет 1538 м3.
Бассейны дегазацииодновременно являются и бассейнами буферного хранения осадка в случае выхода изстроя оборудования для обезвоживания или перебоя на очистной станции [18].
4.2.4 Механическоеобезвоживание осадков
Осадкигородских сточных вод, подлежащие механическому обезвоживанию, должныподвергаться предварительной обработке — уплотнению, промывке (для сброженногоосадка).
Передобезвоживанием сброженного осадка на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах следуетпредусматривать его промывку очищенной сточной водой.
4.2.4.1Расчет сооружений промывки осадков после сбраживания
Количествопромывной воды следует принимать, м³/м3: для сброженной вмезофильных условиях смеси сырого осадка и избыточного активного ила — n=2 – 3, при термофильном режиме n = 3 – 4. Продолжительность промывки Tпр= 15-20мин.
Суточныйобъём смеси осадка и промывной воды определяем по формуле (51) [6]:
/>. (51)
/>м³.
Объёмпромывных резервуаров по формуле (52):
/>, (52)
/>м³.
Принимаем2 резервуара с рабочим объемом каждого 150 м³.
Перемешиваниесмеси осадка и промывной воды производится сжатым воздухом из расчета 0,5 м3 на 1 м3 смеси.
Расходвоздуха для перемешивания:
/>м³/ч.
Промывныерезервуары размещаются, как правило, в специальном помещении — камере промывки.Здесь же могут быть резервуар для иловой воды и насосы для ее перекачки.
Уплотнениесмеси промытого осадка и воды осуществляется в радиальных или вертикальныхотстойниках-уплотнителях, рассчитанных на 12—18-часовое пребывание в них смеси.Принимаем уплотнители радиального типа с продолжительностью уплотнения 15 ч.Число уплотнителей — не менее 2.
Рабочийобъем уплотнителей определяем по формуле (53):
/>, (53)
/>м³.
Объемиловой части уплотнителей рассчитывается на хранение осадка влажностью 94—96 %в течение 2 сут:
/>м³.
Общийобъем уплотнителей:
/>м³.
Вкачестве уплотнителей промытого осадка принимаем 2 первичных отстойникадиаметром 30 м с объёмом каждого 3500 м³.
Расходпромытого и уплотнённого осадка влажностью 94% :
/>м³/сут.
Расходсливной воды, отводимой из уплотнителей осадка, определим по формуле (54):
/>, (54)
/> м³/сут.
4.2.4.2Расчет реагентного хозяйства
Вкачестве реагентов при коагулировании осадков городских сточных вод следуеипринять хлорное железо или сернокислое окисное железо и известь в виде 10%-ныхрастворов.
Количествореагентов следует определять в расчете по FeCl3 и СаО.
Доза FeCl3 от веса сухого вещества – 4%;
Доза СаОот веса сухого вещества – 11% (п.6.373 [11]).
Суточныйрасход FeCl3 по активному продукту:
/> т/сут
30%-ыйраствор FeCl3 хранится в наружных резервуарах, в которых имеетсязапас на 20 суток, он равен:
/> м3
На 1сутки 10%-ого раствора FeCl3 требуется:
/> м3
Суточныйрасход извести по активной части:
/> т/сут
На 1сутки 10%-ого раствора извести требуется:
/> м3
Принимаем4 расходных бака объемом 40 м3, общий объем баков составляет
160 м3[19].
4.2.4.3Расчет камерного фильт-пресса
Рабочаяплощадь вакуум-фильтра определяется по формуле (55):
/>, (55)
где /> - расход смеси,поступающей на обезвоживание, м3/сут;
/> - влажность обезвоженного осадка,%;
q — пропускная способность фильтр — пресса, кг/(м2ч);
Т- продолжительность работы фильтр —пресса за сутки, ч.
/>м².
Принимаем4 рабочих и 2 резервных камерных фильтр-пресса марки
ФПА В300с площадью поверхности 300 м².
Расходкека влажностью 60% составляет:
/> м³/сут.
Расходобразующегося фильтрата:
/>м³/сут.
4.2.4 Обеззараживаниеосадков сточных вод
После механическогообезвоживания ил представляет собой грязеобразный (пастообразный) материал, вкотором, несмотря на предварительное сбраживание в мезофильных условиях,остается значительное количество патогенных микроорганизмов и гельминтов.Попадая в благоприятные условия, яйца гельминтов проходят инвазионную стадиюразвития и становятся способными заражать людей и животных.
Для химическогообеззараживания осадков применяем известь.
В процессе гашения 1грамм-моля окиси кальция, содержащейся в извести, выделяется 65 кДж тепла.
Необходимое количествотепла, кДж, для нагревания осадка негашеной известью можно определить извыражения (56):
/>, кДж (56)
где Мос и Ми– масса осадка и извести соответственно, кг;
Си – удельнаятеплоемкость извести, равная 0,92 кДж/(кг-град);
ΔТ – разностьтемператур исходной и необходимой для обеззараживания осадка, ºС
Удельная теплоемкостьосадка Сос определяется по формуле (57):
/>, (57)
где 1,8 – теплоемкостьсухого осадка влажностью 5 – 10%, кДж/(кг · град);
Рос –влажность осадка, доли единицы.
/> кДж/(кг · град)
Массу негашеной извести,необходимую для нагрева осадка на ΔТ, ºС, определяют по формуле (58):
/>, кг (58)
где а – активностьизвести, доли единицы
/> кг/сут
Тогда по формуле 56вычислим:
/> кДж/сут
Для обеззараживания можноиспользовать не только чистый СаО, но также и другой побочный промышленныйпродукт с большим содержанием СаО. Естественно, в этом случае в зависимости отсодержания СаО в используемом материале потребуется больше его количество.
Прогретый осадок,смешанный с известью, поступает на площадки, откуда по истечении определенноговремени осадок вывозится на территорию отвала с помощью специальных машин дляскладирования [4].
5. Технико-экономическаячасть
Выбор схемы обработкиосадка и типа конструкций целесообразно производить на основетехнико-экономического расчета с целью наиболее выгодного проектного варианта.Экономический эффект определяют путем сравнения капитальных вложений К(единовременные затраты), к которым относятся затраты на основные фонды(здания, сооружения и оборудование), и годовых эксплуатационных затрат ЭЗ(текущие затраты).
Критерием сравнительнойэкономической эффективности капиталовложений является минимум приведенныхзатрат. Наиболее выгодной является схема с меньшей суммой приведенных затрат.
Приведенные затратыопределяются по формуле:
/>, (56)
где ЭЗ – годовыеэксплуатационные затраты;
К – капитальные вложения;
Е – нормативныйкоэффициент капиталовложений, равный 0,16;
n – срок службы оборудования, 20 лет;
t – период приведения, равный разностимежду годом, в котором осуществляются затраты, и годом, к которому ониприводятся.
Исходными данными дляопределения стоимости оборудования являются перечень установленногооборудования, а также цены на оборудование, принимаемые по прейскурантам. Прирасчете оборудования учитывают только основное оборудование. Стоимостьостального неучтенного оборудования (электродвигателей,контрольно-измерительных приборов и т.п.) можно оценивать в долях от основногооборудования.
Величину эксплуатационныхзатрат определяют суммированием расходов по каждому элементу затрат,вычисленную прямым расчетом по следующим основным статьям: материалы(реагенты-растворители и др.), заработная плата, электроэнергия и тепловаяэнергия, амортизационные отчисления, текущий ремонт, цеховые и прочие расходы[20].
Предложенная технологияобработки осадков состоит из трех этапов:
1. уплотнениеобразующихся илов;
2. анаэробнаястабилизация уплотненного ила
3. обезвоживаниестабилизированного ила.
Экономическому сравнениюподвергаются два варианта обработки осадков на стадии анаэробного сбраживания:при мезофильном режиме и при термофильном режиме.
5.1 Определениекапиталовложений
В капитальные затраты настроительство участка обработки осадка ОСК
г. Челябинска входят:стоимость основного оборудования производственного назначения, подготовкатерритории строительства, затраты на монтаж оборудования, затраты на монтажтрубопроводов, расходы на транспортировку, страхование и таможенные расходы.
Стоимость основногооборудования производственного назначения представлена в таблице 3.
Таблица 3 — Инвестиционные объекты по оборудованиюНаименование сооружения Количество сооружений Стоимость сооружения, млн. руб Сметная стоимость сооружений, млн. руб Гравитационный сгуститель 4 1,500 3,000 Барабанный сгуститель 6 2,750 16,500 Метантенк При мезофильном сбраживании 6 1,140 6,840 При термофильном сбраживании 4 1,140 4,560 Газгольдер 2 4,810 9,620 Дегазатор 2 1,500 3,000 Биофильтр 1 1,300 1,300 Камерный фильтр-пресс 6 5,000 30,000 Итого: По первому варианту 70,260 По второму варианту 67,980
Расчет сводного сметногорасчета строительства систем обработки осадка приводится в таблице 4.
Таблица 4 — Сводная сметарасчета строительства систем обработки осадкаПункт статьи Статьи затрат Сумма, млн. руб 1 вариант 2 вариант 1 стоимость основного оборудования производственного назначения 70,260 67,980 2 подготовка территории строительства (5% от п.1) 3,513 3,399 3 затраты на монтаж оборудования 14,052 13,596 4 затраты на монтаж трубопроводов (30% от п. 1) 21,078 20,394 5 расходы на транспортировку, страхование и таможенные расходы (10% от п. 1). 7,026 6,798 Итого: 115,9 112,167
5.2Годовые эксплуатационные затраты
5.2.1Расчет затрат на реагенты
И впервом и во втором вариантах обработки осадка используются следующие реагенты:полиэлектролит, хлорид железа (III) иизвесть.
Вкачестве реагента при механическом обезвоживании применяем полиэлектролитВПК-402.
Годовойрасход полиэлектролита составит: 0,406 · 365 = 148,19 т/год
Стоимость1 т полиэлектролита 55800 руб [21].
Годоваястоимость реагента составит: 148,19 · 55800 = 8269002 р/год
Передмеханическим обезвоживанием на камерных фильтр-прессах производитсякондиционирование хлоридом железа и известью.
Годовойрасход FeCl3: 3,66 · 365 = 1335,9 т/год
Стоимость1 т FeCl3 – 33000 руб [22].
Тогдагодовая стоимость реагента составит: 1335,9 · 33000 = 44000000 руб/год
Годовойрасход СаО составит: (10,1 + 10,7) · 365 = 7592 т/сут. Годовая стоимостьизвести: 7592 · 23000 = 180000000 т/сут
Общаястоимость химических реагентов:
8269002+ 44000000 + 180000000 = 232269002 руб/ год
5.2.2Определение затрат на электроэнергию
Расчетстоимости электроэнергии по проектируемым системам обработки осадкапроизводится на основе действующих тарифов на электроэнергию.
Расходэлектроэнергии, потребляемой электродвигателями оборудований определяют по ихмощности и часов работы в течение года:
/>, (57)
где Рн– потребленная электроэнергия, кВт-ч
Т –продолжительность работы оборудования в течение года, ч.
Потребленнаяэлектроэнергия определяется по формуле (58):
/>, (58)
где Ру– установленная мощность оборудования, кВт-ч;
К –коэффициент мощности оборудования, в среднем принимается 0,85
Затратына электроэнергию определяются как произведение тарифа за 1 кВт-ч отпущеннойэлектроэнергии (1,30 руб) на годовой расход электроэнергии.
Расчетгодового расхода электроэнергии на годовой расход по первому варианту обработкиосадков приведен в таблице 5.
Таблица5 – Результаты расчета годовых затрат на электроэнергию по первому вариантуНаименова-ние оборудова-ния Количество оборудова-ния
Мощность единицы Ру, кВт-ч
Потреблен-ная мощность, кВт-ч
Рн = Ру·Кс Продолжительность работы Продолжительность работы в год Годовой расход электроэнергии А, кВт-ч/год Гравитационный сгуститель 4 0,75 0,64 24 8760 22425,6 Барабанный сгуститель 6 2,98 2,53 24 8760 132976,8
Метантенк (мезофиль
ное сбражива-ние) 6 4,7 4,0 24 8760 210240 Биофильтр 1 0,27 0,23 24 8760 2014,8 Камерный фильтр-пресс 6 3,00 2,55 12 4380 67014 Итого: 434671,2 Годовые затраты на электроэнергию: 565072,56
Расчетгодового расхода электроэнергии на годовой расход по второму варианту обработкиосадков приведен в таблице 6.
Таблица6 – Результаты расчета годовых затрат на электроэнергию по второму вариантуНаименова-ние оборудова-ния Количество оборудова-ния
Мощность единицы Ру, кВт-ч
Потреблен-ная мощность, кВт-ч Рн = Ру·Кс Продолжи-тельность работы Продолжи-тельность работы в год Годовой расход электроэнергии А, кВт-ч/год Гравитационный сгуститель 4 0,75 0,64 24 8760 22425,6 Барабанный сгуститель 6 2,98 2,53 24 8760 132976,8 Метантенк (термо-фильное сбражива-ние) 4 2,4 2,04 24 8760 71481,6 Биофильтр 1 0,27 0,23 24 8760 2014,8 Камерный фильтр-пресс 6 3,00 2,55 12 4380 67014 Итого: 295912,8 Годовые затраты на электроэнергию: 384686,6
5.2.3Расходы на заработную плату и отчисления на социальные нужды
Расходына заработную плату определяются путем умножения численности обслуживающегоперсонала, сгруппированной по трем категориям работающих (рабочие,инженеры-специалисты, младший обслуживающий персонал), на показательсреднегодовой заработной платы, рассчитанной на одного работающегосоответствующей категории.
Годовойфонд заработной платы работников предприятия определяется по формуле (59):
/>, (59)
где С1– начисленная заработная плата на 1 работника, руб;
n – количествоработников;
12 –число месяцев в году
Отначисленного годового фонда заработной платы принимаются отчисления насоциальные нужды в размере 26% [24].
Расчетзаработной платы работников предприятия по первому варианту выполнен в таблице7.
Таблица7 – Результаты расчетов заработной платы работников по первому вариантуобработки осадковДолжность Численность Зар.плата на 1 чел. в год, руб Фонд заработной платы, руб ИТР 33 180000 5940000 Рабочие 241 114000 27474000 МОП 12 78000 936000 Итого: 34350000 Социальные отчисления от фонда заработной платы: 8931000
Расчетзаработной платы работников предприятия по второму варианту выполнен в таблице8.
Таблица8 – Результаты расчетов заработной платы работников по второму вариантуобработки осадковДолжность Численность Зар.плата на 1 чел. в год, руб Фонд заработной платы, руб ИТР 45 180000 8100000 Рабочие 286 114000 32604000 МОП 12 78000 936000 Итого: 41640000 Социальные отчисления от фонда заработной платы: 10826400
5.2 4Затраты на текущий ремонт
Отчисленияна текущий ремонт берутся в размере 0,6% стоимости сооружений и оборудования[20].
Дляпервого варианта отчисления на ремонт будут равны:
/> млн. руб
Длявторого варианта отчисления на ремонт будут равны:
/> млн. руб
Результатыпо расчетам годовых эксплуатационных расходов обобщены в таблице 9.
Таблица9 — Смета эксплуатационных расходовСтатьи затрат Годовые затраты, млн. руб. Первый вариант Второй вариант Затраты на реагенты 232,269 232,269 Затраты на электроэнергию 384,6866 473,969 Заработная плата производственных рабочих 34,350 41,640 Социальные отчисления 8,931 10,826 Затраты на текущий ремонт 0,420 0,410 Итого: 660,656 759,114
5.3Расчет приведенных затрат
Поформуле (56) определим приведенные затраты для каждого варианта обработкиосадков.
Дляупрощения расчетов обозначим: />.Результаты расчетов приведенных затрат по первому варианту приведены в таблице10.
Таблица10 – Результаты расчетов приведенных затрат по первому варианту обработкиосадков t В
ЭЗ · Вi t В
ЭЗ · Вi 1 0,86 568,16 11 0,19 125,52 2 0,74 488,88 12 0,16 105,70 3 0,64 422,81 13 0,14 92,49 4 0,55 363,36 14 0,12 79,27 5 0,47 310,50 15 0,11 72,67 6 0,41 270,86 16 0,09 59,45 7 0,35 231,22 17 0,08 52,85 8 0,31 204,80 18 0,07 46,24 9 0,26 171,77 19 0,06 39,63 10 0,23 151,95 20 0,05 33,03
/>: 3891,26 ПЗ: 4007,16
Длявторого варианта обработки осадков обобщенные результаты расчета представлены втаблице 11.
Таблица11 – Результаты расчетов приведенных затрат по второму варианту обработкиосадков t В
ЭЗ · Вi t В
ЭЗ · Вi 1 0,86 652,83 11 0,19 144,23 2 0,74 561,73 12 0,16 121,45 3 0,64 485,83 13 0,14 106,27 4 0,55 417,51 14 0,12 91,09 5 0,47 356,78 15 0,11 83,50 6 0,41 311,23 16 0,09 68,32 7 0,35 265,68 17 0,08 60,72 8 0,31 235,32 18 0,07 53,13 9 0,26 197,36 19 0,06 45,54 10 0,23 174,59 20 0,05 37,95
/>: 4471,18 ПЗ: 4583,347
Сравнительнаяхарактеристика приведенных затрат двух вариантов обработки осадков представленав таблице 12.
Таблица12 — Сравнительная характеристика приведенных затрат двух вариантов обработкиосадков представлена в таблице Капитальные затраты, млн. руб. Эксплуатационные затраты, млн. руб. Приведенные затраты, млн. руб. Первый вариант 115,900 660,656 4007,16 Второй вариант 112,167 759,114 4583,34
Минимальныеприведенные затраты обеспечивает первый вариант обработки осадков. Годовойэкономический эффект в пользу первого варианта составляет:
/>, (60)
/> млн. руб.
6. Безопасностьжизнедеятельности
Безопасностьжизнедеятельности человека в производственной среде связана с оценкой опасноститехнических систем и применяемой технологией.
В данномпроекте уделено внимание анализу опасных и вредных факторов, воздействующих начеловека в процессе работы и производства строительно-монтажных работ.Определены мероприятия по технике безопасности, опасным и вредным факторам.
6.1Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при строительстве и эксплуатациисооружений обработки осадков
При эксплуатации сооружений по обработке осадков сточных вод канализации, разработке новых технологических процессов и видов оборудования должны быть предусмотрены меры, исключающие или уменьшающие до допустимых пределов возможное воздействие на работников следующих опасных и вредных производственных факторов:
а) физические факторы:
— движущиеся машины и механизмы (при обслуживании насосных станций, при строительстве и эксплуатации сооружений по обработке осадков и т.п.);
— подвижные части производственного оборудования (при обслуживании сооружений по обработке осадка);
— падающие с высоты предметы, разрушающиеся конструкции;
— повышенная загазованность воздуха рабочей зоны (возможная утечка газов из баллонов, цистерн);
— повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны (при обслуживании сооружений обработки осадка);
— повышенная влажность воздуха рабочей зоны (при обслуживании насосных станций, сооружений механической и биологической очистки сточных вод, при охлаждении оборотной воды);
— повышенная или пониженная подвижность воздуха рабочей зоны (при обслуживании сооружении механической и биологической очистки сточных вод и обработки осадка);
— повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека (при обслуживании насосных станций, сооружений механической и биологической очистки сточных вод и обработки осадка);
— повышенный уровень шума на рабочем месте (при обслуживании насосных станций);
— повышенная вибрационная нагрузка на работника (при обслуживании насосных станций);
— отсутствие или недостаток естественного света;
— недостаточная освещенность рабочей зоны;
б) химические факторы:
— органические вещества, выделяющиеся при обработке осадков, образующие неприятные запахи, проникающие в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки;
в) биологические факторы:
— патогенные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности (при обслуживании насосных станций, сооружений механической и биологической очистки сточных вод и обработки осадка).
6.2Производственная санитария
6.2.1Микроклимат производственных помещений
Микроклиматпроизводственных помещений — метеорологическиеусловия внутренней среды этих помещений, которые определяются действующими наорганизм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздухаи теплового облучения.
Показателями,характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются:
а)температура воздуха;
б)температура поверхностей;
в)относительная влажность воздуха;
г)скорость движения воздуха;
д)интенсивность теплового облучения.
Показателимикроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека сокружающей средой и поддержание оптимального или допустимого тепловогосостояния организма.
Оптимальныемикроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового ифункционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущениетеплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжениимеханизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создаютпредпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительнымина рабочих местах.
Допустимыемикроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового ифункционального состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Они невызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить квозникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжениюмеханизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности.
Допустимыевеличины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда потехнологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинамне могут быть обеспечены оптимальные величины (таблица 10).
Оптимальныетемпературы для проведения работ на открытом воздухе – выше нуля. При скоростиветра 15 м/с и более не допускается выполнять монтажные работы. Принеблагоприятных природных условиях: грозе, тумане, снегопаде, исключающихвидимость фронта работы, проведение строительных работ не рекомендуется.
Температура измеряетсятермометром, влажность – психрометром, скорость движения воздуха – анемометром[27].
Таблица 13- Оптимальные и допустимые температуры, относительной влажности и скоростидвижения воздуха в рабочей зоне производственных помещенийПериод года Категория работ
Температура, 0С Относительная влажность, % Скорость движения, м/с оптимальная допустимая оптималь-ная допусти-мая, не более оптимальная, не более
допус.,
не более холодный легкая – Iа 22-24 18-25 40-60 75 0,1 0,1 легкая – Iб 21-23 17-24 40-60 75 0,1 0,2 средней тяжести – IIа 18-20 15-23 40-60 75 0,2 0,3 средней тяжести – IIб 17-19 13-21 40-60 75 0,2 0,4 тяжелая III 16-18 12-19 40-60 75 0,3 0,5 теплый легкая – Iа 23-25 20-28 40-60 55 0,1 0,1-0,2 легкая – Iб 22-24 19-28 40-60 60 0,2 0,1-0,3 средней тяжести – IIа 21-23 17-27 40-60 65 0,3 0,2-0,4 средней тяжести – IIб 20-23 15-27 40-60 70 0,3 0,2-0,5 тяжелая III 18-20 13-26 40-60 75 0,4 0,2-0,6
Обеспечениеоптимальных условий микроклимата:
Согласно[28] предлагаются следующие мероприятия:
- в холодный периодгода следует применять средства защиты рабочих мест от радиационногоохлаждения, от стеклянных поверхностей оконных проемов;
- в теплый периодгода следует применять средства защиты рабочих мест от попадания прямыхсолнечных лучей;
- в холодный периодгода при работе на открытом воздухе обеспечение рабочих теплой одеждой.
Согласно[29] необходимы следующие мероприятия:
- исключениеконтакта рабочих с вредными веществами (автоматизация производства);
- общеобменнаявентиляция помещений;
- обработка, мокраяуборка стен, полов;
- применениеспецодежды.
6.2.2Вредные вещества
Атмосферныйвоздух, попадая в производственные помещения, может изменять свой состав,загрязняясь примесями вредных веществ: газов, паров, пыли, образующихся впроцессе производства. Попадая в организм человека при дыхании, а также черезкожу или пищевод, такие вещества могут оказать вредное воздействие. Ухудшениездоровья человека, причиной которого является низкое качество воздуха помещений,может проявиться появлением большого набора острых и хронических симптомов и вформе множества специфических заболеваний.
Вредным называется вещество, которое приконтакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности можетвызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или другиеотклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как впроцессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настоящего ипоследующих поколений [30].
Многиепроизводственные процессы сопровождаются пылевым фактором. Во вдыхаемомчеловеком воздухе могут содержаться частицы пыли размером до 20 мкм. В верхнихотделах дыхательных путей задерживаются частицы размером 10...20 мкм. Вальвеолах легких в основном задерживаются частицы размером до 5 мкм.
Причинывыделения пыли могут быть самыми разнообразными. Так, пыль образуется примеханической обработке хрупких металлов, шлифовке, полировке, упаковке ирасфасовке. Эти виды пылеобразования являются первичными. В условиях производстваможет возникнуть и вторичное пылеобразование, например, при проветривании,уборке помещений, движении людей.
Пыль — это дисперсная фаза твердых веществ,образующаяся при их дроблении, измельчении, а также при конденсации в воздухепаров металлов и неметаллов. Пыли, взвешенные в воздухе, образуют аэрозоли,скопление осевшей пыли — аэрогели.
Вредноевоздействие пыли на организм человека зависит от количества вдыхаемой пыли,степени ее дисперсности, от формы частиц пыли, от ее химического состава ирастворимости [30].
6.2.3Вентиляция и очистка воздуха производственных помещений
Воздухообменв помещениях, создаваемый вентиляцией, снижает концентрацию токсичных веществдо предельно допустимых, ассимилирует тепло, влагу и поддерживает в рабочейзоне чистый воздух заданных температур и влажности.
Вентиляцияпредусматривается во всех производственных и вспомогательных помещениях.Минимальное количество наружного воздуха, подаваемого системами вентиляции впомещение, в котором возможно естественное проветривание, должно быть не менее30 м/ч на одного работающего при объеме помещения менее 20 mj на человека и не менее 20 м/ч приобъеме помещения 20 mj и более. В помещениях, в которыхневозможно естественное проветривание, минимальное количество наружноговоздуха, подаваемого вентиляцией, увеличивается до 60-120 м3/ч взависимости от кратности воздухообмена и рециркуляции воздуха.
6.2.4 Производственноеосвещение
Рабочее освещениеобязательно во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечениянормальной работы, прохода и движения транспорта.
Естественное иискусственное освещение нормируется по СНиП 23-05-95 «Естественное иискусственное освещение».
Уровень освещенности нарабочем месте должен соответствовать характеру выполняемой зрительной работы.Распределение яркости должно быть равномерным на рабочей поверхности и впределах окружающего пространства. Величина освещенности должна быть постояннойво времени (отсутствие пульсации, которые также вызывают утомление зрения).Направленность светового потока должна быть оптимальной, чтобы обеспечитьрассмотрение внутренних деталей, оценить рельефность. Также должна бытьобеспечена непрерывность освещения на рабочем месте.
Общееравномерное освещение площадок и участков должно быть не менее 20 лк, заисключением автодорог. Для охраны строительных площадок освещение должно бытьоколо 0,5 лк, аварийное – 3 лк, эвакуационное внутри здания – 0,5 лк, внездания – 0,2 лк.
6.2.5 Шум и вибрация
Под шумомкак гигиеническим фактором принято подразумевать совокупность слышимых звуков,неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе иотдыху. Ультразвук и инфразвук — это также совокупность звуков, но не слышимыхчеловеком, однако оказывающих неблагоприятное энергетическое воздействие начеловека.
В таблице11 приведены допустимые уровни звука для широкополосного постоянного шума [27].
Таблица 14- Допустимые уровни звука для широкополосного постоянного шумаРабочие места Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах с частотой, Гц Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Помещения управления, рабочие комнаты 19 40 68 63 55 52 50 49 60
Согласно[31], средства коллективной защиты от шума бывают следующими:
— звукоизоляция ограждающих конструкций;
— рациональноеразмещение оборудования и рабочих мест;
— создание шумозащищенных зон в местах нахождения человека;
— оснащение шумных машин (насосов) средствами дистанционного управления;
— использование рациональных режимов труда и отдыха работников;
— применение малошумных машин.
Воздействие вибрациинормируется по ГОСТ 12.1.012-96 «Вибрационная безопасность. Общиетребования».
Вибрацияпредставляет собоймеханическое колебательное движение, простейшим видом которого являетсягармоническое (синусоидальное) колебание.
В производственныхусловиях часто имеет место сочетание локальной и общей вибрации.
Смешанноевоздействие с преобладанием местной вибрации возникает при работе ряда ручныхмашин, когда передача колебаний по телу осуществляется не только через верхние,но и через нижние конечности, грудь, спину и другие части тела в зависимости отрабочей позы и конструкции инструмента.
Нормируемыепараметры указываются для определенного диапазона частот:
— длялокальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8;16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;
— дляобщей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полос со среднегеометрическимичастотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5;16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.
Вибробезопасностьтруда на предприятиях должна обеспечиваться:
— соблюдением правил и условий эксплуатации машин и ведения технологическихпроцессов;
— исключение контакта работающих с вибрирующими поверхностями за пределамирабочего места или зоны, введением ограждений, предупреждающих знаков,использование предупреждающих надписей, окраски, сигнализации и т.п.;
— улучшение условий труда;
/> — введение и соблюдение режимов трудаи отдыха, в наибольшей мере снижающих неблагоприятное воздействие вибрации начеловека;
— применение средств индивидуальной защиты.
Припроектировании технологических процессов и производственных зданий исооружений, согласно [35], должны быть:
— выбраны машины с минимальной вибрацией;
— разработаны схемы размещения машин с учетом создания минимальных уровнейвибрации на рабочих местах;
— выбраны строительные решения оснований и перекрытий, обеспечивающих выполнениятребований вибрационной безопасности.
6.2.6 Электробезопасность
Напряженияприкосновения и токи нормируются [33]. Электротравма возникает при работе поднапряжением, одно- и двухфазном прикосновении человека к неизолированным частямоборудования, нахождение человека в зоне растекания тока замыкания на землю,разряде атмосферного электричества.
Напряженияприкосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном(неаварийном) режиме электроустановки, не должно превышать значений, указанныхв таблице 12.
Таблица 15- Напряжения прикосновения и токиРод тока U, В не более J, мА не более
Переменный, 50 Гц
Переменный, 400 Гц
Постоянный
2,0
3,0
8,0
0,3
0,4
1,0
Предельно допустимыеуровни напряжений прикосновения при аварийном режнме производственныхэлектроустановок с частотой тока 50 Гц, напряжением выше 1000 В, с глухимзаземлением нейтрали не должны превышать значений, указанных в таблице 13.
/>Таблица 16 — Предельно допустимыеуровни напряжений прикосновения при аварийном режимеПродолжительность воздействия, t, с Предельно допустимый уровень напряжения прикосновения И, В до 0,1 500 0,2 400 0,5 200 0,7 130 1,0 100 свыше 1,0 до 5,0 65
Силуэлектрического тока можно измерить амперметром, напряжение — вольтметром.
Согласно[34] для защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям необходимо:
— безопасное расположение токоведущих частей;
— изоляция токоведущих частей;
— защитное отключение;
— предупредительные знаки.
Защитаот поражения электрическим током при прикосновении к металлическим токоведущимчастям:
— защитное заземление;
— зануление;
— изоляция нетоковедущих частей;
— средства индивидуальнойзащиты (перчатки, электроизолируемые инструменты).
6.3Техника безопасности при монтажных работах
Примонтажных работах следует соблюдать технику безопасности согласно [35]:
- на участке(захватке), где ведутся монтажные работы, не допускается выполнение другихработ и нахождение посторонних лиц;
- очисткуподлежащих монтажу элементов конструкций от грязи и наледи следует производитьдо их подъема;
- где допускаетсяприбытие людей на элементах конструкции и оборудования во время их подъема илиперемещения;
- во время перерывав работе не допускается оставлять поднятые элементы конструкции и оборудованияна весу;
- для переходамонтажников с одной конструкции на другую следует применять инвентарныелестницы, переходные мостики и трапы, имеющие ограждения;
- до выполнениямонтажных работ необходимо установить порядок обмена условными сигналами междулицом, руководящим монтажом и машинистом;
- при перемещенииконструкции и оборудования расстояние между ними и выступающими частямисмонтированного оборудования должно быть по горизонтали не менее 1,0 м, по вертикали – 0,5 м.
6.4 Требованиибезопасности при эксплуатации сооружений по обработке осадка сточных вод
Устройство и оборудованиесооружений по обработке осадков сточных вод должно удовлетворять требованиямстроительных норм и правил.
Электротехническоеоборудование, обслуживающее помещения метантенков, должно иметь резервноеэлектропитание, чтобы обеспечить постоянную работу вентиляторов с необходимойкратностью воздухообмена.
Не допускается нахождениеработников и проведение каких-либо работ в помещениях метантенков принеработающей вентиляции.
В обслуживающихпомещениях метантенков электрическое освещение, электродвигатели, пусковые итокопитающие устройства и аппаратура должны выполняться во взрывозащищенномисполнении в соответствии с классом взрывоопасной зоны. Электрическиеустройства и электрооборудование должны быть заземлены.
В помещениях метантенковнеобходимо иметь:
а) комплектпротивопожарного инвентаря;
б) диэлектрическиеперчатки и ковры у щитов управления электроагрегатами;
в) газоанализаторы илигазосигнализаторы;
г) средстваиндивидуальной защиты;
д) взрывобезопасныеаккумуляторные фонари;
е) аптечку первойдоврачебной помощи.
В особо опасных местахдолжны быть вывешены знаки безопасности.
Отвод газа отметантенков, устройство и эксплуатация газгольдеров и газовой сети метантенковдолжны проводиться в соответствии с требованиями правил безопасности в газовомхозяйстве и правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих поддавлением.
Порядок производстваработ на площадке метантенков определяется инструкцией, разрабатываемой всоответствии с требованиями нормативных правовых актов, которая должна бытьутверждена руководителем организации.
Трубопроводы коммуникацийметантенков окрашивают в цвета согласно соответствующим государственнымстандартам.
Надписи с указаниемусловных обозначений окраски вывешивают на видном месте. В помещениях, гдеобнаружена утечка газа, должны быть приняты срочные меры по устранениюзагазованности.
При проведении ремонтныхработ в загазованной среде помещений применяют слесарные инструменты,изготовленные из цветного металла, исключающего возможность искрообразования.
Рабочая частьинструментов из черного металла должна обильно смазываться солидолом или другойсмазкой. Применение в загазованной среде электрических инструментов, дающихискрение, запрещается. Полы в зоне работ выстилают резиновыми коврами.
Сварочные или другиеработы, связанные с применением открытого огня, проводятся на метантенках и в обслуживающихих помещениях с соблюдением особых мер предосторожности с учетом требованийправил безопасности в газовом хозяйстве. На проведение указанных работ выдаютнаряд-допуск. Выполнять работы допускается при действующей вентиляции ипостоянном контроле состава воздушной среды в помещениях.
При загазованностипомещения входить туда можно только в противогазах.
Отогревать замерзшиеучастки газопроводов следует горячей водой, паром или горячим песком.
Запрещается отогреватьзамерзший конденсат в газопроводах паяльными лампами или использовать для этойцели электропрогрев.
Работы в метантенках,связанные со спуском в них работников, производятся только по наряду-допуску.Бригада должна состоять не менее чем из трех работников. В метантенки работникдолжен спускаться, надев предохранительный пояс со страховочным канатом илиспасательной веревкой.
Каждый участвующий вработах должен иметь подготовленный к работе шланговый иликислородно-изолирующий противогаз.
Применение фильтрующихпротивогазов не допускается.
При работе вкислородно-изолирующем противогазе необходимо следить за остаточным давлениемкислорода в баллоне противогаза, обеспечивающим возвращение работника внезагазованную зону. Время работы в кислородно-изолирующем противогазе
следует записывать впаспорт противогаза.
Воздухозаборные патрубкишланговых противогазов должны располагаться с наветренной стороны изакрепляться. При отсутствии принудительной подачи воздуха вентилятором длинашланга не должна превышать 12 м.
При производстве работ вметантенке необходимо отключить его от газовой сети, установив заглушки.Воздушная среда в метантенке должна быть проверена на отсутствиепожаро-взрывоопасной концентрации газов.
В подкупольномпространстве метантенка разрешается работать не более 15 минут, затем следуетсделать перерыв продолжительностью не менее 30 минут.
Подсушенный осадок силовых площадок следует удалять механизированным путем. Дороги длямеханизированной уборки, погрузки и транспортирования осадка на иловыхплощадках устраивают со съездами на карты для автотранспорта и средствмеханизации. Дороги, мостики, переходы, подходы к колодцам должны регулярноочищаться и своевременно ремонтироваться.
Работники, обслуживающиетехнологическое оборудование по механическому обезвоживанию и термическойобработке осадков, должны пройти специальное обучение и инструктаж побезопасным методам ведения работ.
Помещение, гдеразмещается оборудование для механического обезвоживания и термическойобработки осадков, должно быть снабжено подъемно-транспортным оборудованием.
При хранении,приготовлении и дозировании реагентов для обработки осадков (хлорное железо,гашеная известь, флокулянты) должны соблюдаться требования безопасности труда[36].
6.5Пожарная безопасность
Постепени пожарной опасности насосная станция относится к категории «Д»,степень огнестойкости здания IIсогласно [37]. Степень огнестойкости II – здание с несущими конструкциями из бетона с применением листовых иплиточных негорючих материалов, в покрытиях зданий допускается применятьнезащищенные конструкции.
Согласно требованиям ППБ-01-93 на каждом объекте приказом (инструкцией) по организации должен быть установлен соответствующий их пожарной опасности противопожарный режим:
— определены и оборудованы места для курения;
— определены места и допустимое количество единовременно находящихся в помещениях исходных и вспомогательных материалов;
— установлен порядок уборки горючих отходов, пыли, хранения промасленной спецодежды;
— определен порядок обесточивания электрооборудования в случае пожара и по окончании рабочего дня;
— регламентированы: порядок проведения временных огневых и других пожароопасных работ; порядок осмотра и закрытия помещений после окончания работы; действия работников при обнаружении пожара;
— определен порядок и сроки прохождения противопожарного инструктажа и занятий по пожарно-техническому минимуму, а также назначены ответственные за их проведение.
На каждом объекте должна быть обеспечена безопасность людей при пожаре, а также на основании требований ППБ-01-93 разработаны инструкции о мерах пожарной безопасности применительно к условиям промышленных объектов организации.
Помещения, здания и сооружения необходимо обеспечивать первичными средствами пожаротушения.
Противопожарнаязащита должна достигаться:
- применениемсредств пожаротушения и соответствующих видов техники;
- применениемавтоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения;
- устройствомпротивопожарных преград;
- применениемсредств противодымной защиты (дымовых люков);
- в зданиях исооружениях необходимо предусмотреть технические средства (лестничные клетки,противопожарные стены, наружные пожарные лестницы, аварийные люки и т.д.),имеющие устойчивость при пожаре и огнестойкость конструкций не менее времени,необходимого для спасения людей при пожаре и расчетного времени пожара.
Ккатегории «Д» относятся производства, не связанные с обработкойнесгораемых веществ и материалов в холодном состоянии.
Заключение
В настоящее время принятосчитать очистку воды законченной, если одновременно с ней решены вопросы обработкии экологически безопасного размещения осадков. Количество осадков постояннорастет, и сегодня они являются основными загрязнителями окружающей природнойсреды. Отсюда следует высокая значимость разработки технологий по переработкеосадков.
Рассматривая задачи пообработке осадков на станции очистки стоков города Челябинска, можно заключить,что технология обработки осадков находится в критическом состоянии, требующемнемедленных действий. Существующие объекты обработки ила представляют собойнеприемлемый уровень по технологии, технике и защите окружающей среды.
В данном дипломномпроекте представлен вариант реконструкции обработки осадков очистных сооруженийканализации города Челябинска.
При выборетехнологической схемы обработки образующихся осадков были учтены следующиетребования: в связи с биологической нестабильностью осадков не должно возникатьнеприятных запахов, осадок не должен содержать опасных веществ для человека иживых организмов, по возможности не способствовал размножению насекомых, червей,грызунов, внешний вид осадков не должен вызывать отвращение. Дальнейшееестественное требование, чтобы все это было недорого, не загрязняласьокружающая среда, оборудование работало надежно.
Все вышеперечисленныеэкологические, технологические, технические и экономические принципы вбольшинстве задач обработки ила находятся в неразрешимом противоречии друг сдругом. Вместе они редко бывают правильными. Приоритет руководящего принципаперед другими зависит от данной среды. С технико-технологической точки зренияобработки осадка был выбран тот метод, который в данной среде представляетлучшее решение проблемы размещения осадка. Экономические требования важны, нонельзя допустить, чтобы они стали главными.
Система комплекснойобработки ила состоит трех основных этапов: уплотнение образующихся илов,анаэробная стабилизация уплотненного ила и обезвоживание стабилизированногоила.
Обезвоженный ил вывозитсяна площадки депонирования. Складирование ила на площадке облегчаетсясмешиванием с известью с целью уничтожения человеческих патогенныхмикроорганизмов. Эта операция может проводится во время, либо послеобезвоживания. Ил, смешанный с известью относительно быстро затвердевает ипревращается в такой материал, по которому можно ходить. Использование осадка всельском хозяйстве невозможно из-за значительного содержания тяжелых металлов.
В проекте былирассмотрены два варианта сбраживания осадков: мезофильное и термофильноесбраживание. На основании технико-экономической оценки двух вариантов обработкиосадков, выбор был сделан в сторону мезофильного сбраживания. Так как сэкономической точки зрения самым значительным недостатком термофильного способаявляется потребность в тепловой энергии, которая по сравнению с мезофильнымспособом приблизительно в два раза больше. Эту тепловую энергию нужно будетвыплачивать ежедневно в качестве эксплуатационных расходов.
В разделе «Безопасностьжизнедеятельности» были проанализированы опасные и вредные факторы ипредложены мероприятия по безопасности при эксплуатации сооружений обработкиосадков.
Список используемыхисточников
1. Пудовкин В.А. Очистка сточных вод: Учебное пособие. –Челябинск: ЧГТУ, 1995. – 58 с
2. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация: (Водоотведение иочистка сточных вод): Учебник для техникумов – 7-е изд., перераб. и доп. – М.:Стройиздат, 1987. – 319 с.: ил.
3. Проектировние очистных сооружений канализации. КолобановС.К., Ершов А.В., Кигель М.Е., Киев, «Будивельник», 1977, 224 с
4. Водоотводящие системы промышленных предприятий: Учеб. длявузов/ С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов; Под ред. С.В.Яковлева. – М.: Стройиздат, 1990. – 511 с.: ил.
5. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточныхвод/ Учебник для вузов: — М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. – 704с.
6. Алексеев В.И., Винокурова Т.Е., Пугачев Е.А.Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод сиспользованием элементов компьютерных информационных технологий: Учебноепособие. – М.: Издательство АСВ, 2003. – 176 с.
7. Ф.И. Хакимов, А.С. Керженцев, С.М. Севостьянов.Рекомендации по утилизации илов городских очистных сооружений, М.:ГоскомЭкология России, 1999. – 52 с.
8. Обработка и удаления осадков сточных вод В 2-х т. Пер. сангл. Т.А. Карюхиной, И.Н. Чурбановой, И.Х. Заена – М.: Стройиздат, 1997. – 236с.
9. Инженерная защита окружающей среды: Учебное пособие / Подред. О.Г. Воробьева. – СПб.: Изд. «Лань», 2002. – 288с.
10. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. – 3-е изд.М.: Стройиздат, 1985. – 256 с.
11. Николадзе Г.И.Коммунальное водоснабжение и канализация:Учеб. для техникумов – М.: Стройиздат, 1983. – 423 с.
12. Яковлев С.В., Волков Л.С., Воронов Ю.В., Волков В.Л.Обработка и утилизация осадков производственных сточных вод. – М.: Химия, 1999.– 448
13. Очистка сточных вод (примеры расчетов) / М.П. Лапицкая,Л.И. Зуева, Н.М. Балаескул и др. — М.: Высш. Школа, 1983 — 255 с.
14. Василенко А.А. Водоотведение. Курсовое проектирование. –К.: Выща шк. Головное изд., 1988. – 256 с.; 76 табл. – 32 ил. – Библиогр.: 34назв.
15. Очистка сточных вод (примеры расчетов): [Учеб. пособиедля вузов по спец. «Водоснабжение и канализация»/ М.П. Лапицкая, Л.И.Зуева, Н.М. Балаескул, Л.В. Кулешова]. – Мн.: Высшая школа, 1983. – 255 с.: ил.
16. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 2000. – 112 с.
17. Справочник проектировщика. Канализация населенных мест ипромышленных предприятий. Под. Ред. В.Н. Самохина. – М.: Стройиздат, 1981. –639 с.
18. Примеры расчетов канализационных сооружений: Учеб.Пособие для вузов / Ю.М. Ласков, Ю В. Воронов, В.И. Калицун. — 2-е изд.,перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1987. — 255с.
19. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды (примерыи расчеты) М., Стройиздат 1971 – 303 с.
20. Горячкин П.В. Составление смет в строительстве на основесметно-нормативной базы 2001 года (Практическое пособие). – Москва,Санкт-Петербург, 2003. – 560 с.
21. www.ecology.com.ua/teknofangi.home
22. www.astrey-plus.r/catologue
23. ГЭСН п 81-04-2001 Сооружения водоснабжения и канализации.
24. МДС 81-36.2004 Указания по применению Федеральныхединичных расценок на строительные работы.
25. stroialfa.narod.ru/bp6
26. www.evrokomplekt.ru
27. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие сэлементами самостоятельной работы студентов/ С.И. Боровик, Л.М. Киселева, И.С.Окраинская и др./ Под ред. А.И. Сидорова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – Ч.I. – 200 с.
28. ГОСТ 12.0.005-84 ССБТ. Метрологическое обеспечение вобласти безопасности труда.
29. ГОСТ 12.4.0011-87 ССБТ. Средства защиты работающих. Общиетребования и классификация.
30. ГОСТ 12.1.007-76 (1999) ССБТ. Вредные вещества.Классификация и общие требования безопасности.
31. ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума.
32. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общиетребования
33. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельнодопустимые уровни напряжений прикосновений и токов.
33. ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума.
34. ГОСТ 12.1.019-19 ССБТ. Электробезопасность. Общиетребования и номенклатура видов защиты.
35 СНиП Ш-4-80 «Техника безопасности в строительстве»М.: Стройиздат 1995 – 96 с.
36. Постановление Минтруда РФ от 16 августа 2002 г. № 61 «Об утвержении Межотраслевых правил по охране труда при эксплуатацииводопроводно-канализационного хозяйства»
37. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общиетребования»