Белов С.В. (ред.) Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

Труба Вентури ГВПВ — Для установки в системах охлаждения и

тонкой очистки запыленных технологических газов в черной и цвет-

ной металлургии, химической и нефтяной промышленности, про-

мышленности строительных материалов, энергетике и др.

Каплеуловитель КЦТ— Для улавливания капель жидкости с осев-

шими на них частицами пыли. Устанавливаются в технологической

линии за трубами Вентури.

Конъюнктуру спроса и использования пылегазоочистного обору-

дования в различных отраслях промышленности можно проследить

на примере рынка США. Расход (млн дол.) компаний США на защиту

атмосферного воздуха в отдельных отраслях промышленности соста-

вили:

1986 г. 1988 г.

Теплоэнергетика 1310 808

Нефтеперерабатывающая 459 656

Химическая 320 597

Горнодобывающая 178 57

Целлюлозно-бумажная 161 168

Металлургическая (черная и цветная) .... 65 94

Автомобильная 252 31

Машиностроение (общее) 69 88

Электротехническое машиностроение .... 111 36

Приборостроение 20 36

10.2. ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ

10.2.1. Состав и расчет выпусков сточных вод в водоемы

Основными источниками загрязнений водоемов являются произ-

водственные, бытовые и поверхностные сточные воды.

Производственные сточные воды образуются в результате ис-

пользования воды в технологических процессах. Типовой состав при-

месей сточных вод представлен в табл. 10.3. Сточные воды сварочных,

монтажных, сборочных, испытательных цехов содержат механиче-

ские примеси, маслопродукты, кислоты и тому подобные вещества в

значительно меньших концентрациях, чем в рассмотренных видах

цехов и участков. Наибольшую опасность в машиностроении пред-

ставляют стоки гальванического производства.

10*

291

Таблица 10.3. Состав сточных вод [3]

Тип цеха, участ-

ка

Вид сточных

вод

Основные при-

меси

Концентрация

примесей, кг/м

Температура

сточных вод, °С

Металлурги-

От охлажде-

Взвешенные

0,01...0,05 40...45

ческие

ния печей

вещества

Масла

0,01

Литейные

От влажной

Мелкодис-

2...5 65

газоочистки

персная мине-

ральная пыль

От грануля- Песок, час-

20...40

торов стержне- тицы шлака

вых смесей

От гидровы- Песок, ока-

0,5...15 15...20

бивки отливок лина, глина

и регенерации

Органиче-

0,05

смеси

ские вещества

Кузнечно-

От охлажде-

Взвешенные 0,1...0,2

30...40

прессовые

ния поковок и

вещества мине-

оборудования

рального про-

исхождения

Окалина

5...8

Масла

10...15

Механиче-

Отработан-

Взвешенные

0,2...1

15...20

ские

ные смазоч-

вещества

но-охлаждаю- Сода 5...10

щие жидкости

Масла

0,5...3

Из гидрока-

Органиче- ОД...0,2 15...25

мер окрасоч- ские раствори-

ных отделений

тели

Масла, крас-

0,1...0,3

ки

Из отделений

Взвешенные 0,1...0,2 15...20

гидравличе- вещества

ских испыта-

Масла 0,03...0,05

ний

Термические

Промывные

Окалина

0,02...0,03 50...60

растворы Щелочи 0,02...0,03

Масла 0,01...0,02

Из закалоч-

Взвешенные 0,05...0,25 30...40

ных ван вещества мине-

рального про-

исхождения

Тяжелые ме-

0,03...0,15

таллы

292

Продолжение табл. 10.3

Тип цеха, участ-

ка

Вид сточных

вод

Основные при-

меси

Концентрация

примесей, кг/м

Температура

сточных вод, °С

Масла

0,001...0,01

Цианиды

0,002...0,05

Травильные Промывные Механиче-

0,4

15...25

воды ские

Маслоэмуль-

0,05...0,1

сии

Щелочи

0,02...0,2

Кислоты 0,02...0,25

Отработан- Механиче-

10...20

15...25

ные растворы

ские

Маслоэмуль-

сии

Щелочи

20...30

Кислоты

30...50

Гальваниче- Промывные

Хром

0,005...0,2

20...30

ские воды Циан

0,005...0,15

Отработан-

Тяжелые ме-

0...10 20...25

ные электроли-

таллы

ты

Кислоты

0,04...20

Щелочи

0,02...30

Масла 0,02...0,05

Хром

5...200

Циан 10...100

Состав загрязнений сточных вод других видов производств опре-

деляется в основном исходными материалами и видами технологиче-

ских процессов, в которых используется вода. Например, сточные

воды целлюлозно-бумажных предприятий содержат в основном ор-

ганические вещества, кислоты, щелочи и их соли. Сточные воды неф-

теперерабатывающих предприятий характеризуются большим содер-

жанием нефтепродуктов и других видов органических веществ, вклю-

чая трудноразлагаемые органические составляющие и т. п.

Бытовые сточные воды, образующиеся в раковинах, санитарных

узлах, душевых и т. п., содержат крупные примеси (остатки пищи,

тряпки, песок, фекалии и т. п.); примеси органического и минераль-

ного происхождения в нерастворенном, коллоидном и растворенном

состояниях; различные, в том числе болезнетворные бактерии. Кон-

центрация указанных примесей в бытовых сточных водах зависит от

степени их разбавления водопроводной водой.

293

Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания

дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имею-

щихся на поверхности грунтов, на крышах и стенах зданий и т. п. Ос-

новными примесями поверхностных сточных вод являются механи-

ческие частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические

стружки, пыль, сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, ис-

пользуемые в двигателях транспортных средств).

При выборе схемы станции очистки и технологического оборудо-

вания необходимо знать расход сточных вод и концентрацию содер-

жащихся в них примесей, а также допустимый состав сточных вод,

сбрасываемых в водоемы. Допустимый состав сточных вод рассчиты-

вают с учетом «Правил охраны поверхностных вод». Эти правила

предназначены для предупреждения избыточного загрязнения сточ-

ными водами водных объектов. Правила устанавливают нормы на

ПДК веществ, состав и свойства воды водоемов.

Расчет допустимой концентрации примесей в сточных водах,

сбрасываемых в водоемы, проводят в зависимости от преобладающе-

го вида примесей сточных вод и характеристик водоема.

При преобладающем содержании взвешенных веществ их допус-

тимая концентрация в очищенных сточных водах

Со < с

+ «ПДК,

где с

— концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса

в него сточных вод, кг/м

; п — кратность разбавления сточных вод в

воде водоема, характеризующая часть расхода воды водоема, участ-

вующую в процессе перемешивания и разбавления сточных вод;

ПДК — предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в

воде водоема, кг/м

При преобладающем содержании растворенных веществ допус-

тимая концентрация каждого из них в очищенных сточных водах

Со/ < n(c

— С

в/

) + С

где с

в/

— концентрация /-го вещества в воде водоема до сброса в него

сточных вод, кг/м

; с

т/

— максимально допустимая концентрация

того же вещества в воде водоема с учетом максимальных концентра-

ций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе лимитирую-

щих показателей вредности, кг/м

С /-1 Л

с, = ПДК,

ПДК,

Кратность разбавления сточных вод в воде водоема

294

п = (с

- с

)/(с - с

где с

— концентрация загрязняющих веществ в сбрасываемых сточ-

ных водах, кг/м ; с

и с — концентрации тех же веществ в воде водоема

до и после сброса в них сточных вод, кг/м

Для водоемов с направленным течением кратность разбавления

n = (Q

+ mQ

где Q

— объемный расход сточных вод, сбрасываемых в водоем с

объемным расходом Q

, м

/ч; т — коэффициент смешения, показы-

вающий долю расхода воды водоема, участвующей в процессе смеше-

ния:

1-ехр (-кЧЬ)

т=-

(a/Qp)exp(-M/Z)'

где А: = \|/ф *JD

— коэффициент, характеризующий гидравличе-

ские условия смешения, м~

1/3

; \|/ — коэффициент, характеризующий

месторасположение выпуска сточных вод (для берегового выпуска

\|/ = 1; для выпуска в сечении русла \|/ = 1,5); ср = L/L

— коэффици-

ент извилистости русла; L — длина русла реки от сечения выпуска до

расчетного створа, м; L

— расстояние между этими же параллельны-

ми сечениями в нормальном направлении, м; D

— коэффициент

турбулентной диффузии в водоеме, м

/с; D

= gHW/MC

(g — уско-

рение свободного падения, м/с

; Я — средняя глубина водоема по

длине смешения, м; W — средняя по сечению водоема скорость те-

чения на расстоянии L от места выпуска сточных вод, м/с;

= 40...44 м°'

/с — коэффициент Шези [1]; М — функция коэффи-

циента Шези, равная 22,3).

Условия смешения сточных вод с водой озер и водохранилищ су-

щественно отличаются от условий их смешения в реках и каналах.

Концентрация примесей сточных вод в начальной зоне смешения

уменьшается более существенно, однако полное их перемешивание

происходит на значительно больших расстояниях от места выпуска,

чем в реках и каналах. Расчет разбавления сточных вод в озерах и во-

дохранилищах приведен в [16].

Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека нераз-

рывно связано с выполнением гигиенических требований к качеству

воды централизованных систем питьевого водоснабжения.

Существующие санитарные нормы применяют к воде, предназна-

ченной для потребления населением в питьевых и бытовых целях, для

использования в процессах переработки продовольственного сырья и

295

производства пищевых продуктов, их хранения и торговли, а также

для производства продукции, требующей применения воды питьево-

го качества.

Качество питьевой воды, подаваемой системой водоснабжения,

должно соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.559—96.

Основными параметрами качества питьевой воды являются: за-

пах, привкус, цветность, мутность, рН, общая жесткость, общая ми-

нерализация, окисляемость перманганатная, допустимая концентра-

ция взвешенных и растворенных веществ, а также эпидемиологиче-

ские и радиационные показатели.

Для примера в табл. 10.4 приведены основные эпидемиологиче-

ские показатели качества питьевой воды.

Таблица 10.4. Эпидемиологические показатели качества

питьевой воды

Показатели

Единицы измерения

Нормативы

Термотолерантные колиформ-

ные бактерии

Общие колиформные бактерии

Общее микробное число

Колифаги

Споры сульфитредуцирующих

клостридий

Цисты лямблий

Число бактерий в 100 мл

Число образующих колоний

бактерий в 1 мл

Число бляшкообразующих

единиц (БОЕ) в 100 мл

Число спор в 20 мл

Число цист в 50 л

Отсутствие

Не более 50

Отсутствие

Вышеуказанные Санитарные правила регламентируют также и

организацию производственного контроля качества питьевой воды.

В соответствии с этими правилами организация, осуществляющая

эксплуатацию систем водоснабжения, контролирует качество воды в

местах водозабора, перед поступлением в распределительную сеть, а

также в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной

сети.

10.2.2. Средства защиты гидросферы

Рассматриваемые в данном разделе методы и средства защиты

гидросферы могут использоваться для очистки всех видов воды: пить-

евой, технической, а также производственных, бытовых и поверхно-

стных сточных вод. Вид очищаемой воды определяет выбор схемы и

296

конкретного технологического оборудования, используемого для

очистки.

Тем не менее для очистки любого вида воды, как правило, первой

стадией очистки является механическая, второй — физико-химиче-

ская и третьей — биологическая. При этом на многих стадиях физи-

ко-химической и биологической очистки воды применяют сооруже-

ния вторичной механической очистки (как правило, вторичные от-

стойники) для выделения из воды нерастворимых примесей, образо-

вавшихся в процессах физико-химической или биологической

очистки.

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных

вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очи-

щенных сточных водах. При этом необходимо иметь в виду, что тре-

буемые эффективность и надежность любого очистного устройства

обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентрации

примесей и расходов сточных вод. С этой целью применяют усредне-

ние концентрации примесей или расхода сточных вод, а в отдель-

ных случаях и по обоим показателям одновременно. Для этого на

входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и

расчет которых зависит от параметров изменяющихся по времени

сбросов сточных вод. Выбор объема усреднителя концентрации

примесей сточной воды зависит от коэффициента подавления

(Сщах

— С

ср)/(с

— с

ср

), где с

тах

— максимальная концентрация при-

месей в сточной воде, кг/м

; с

ср

— средняя концентрация примесей в

сточной воде на входе в очистные сооружения, кг/м

; с

— допусти-

мая концентрация примесей в сточной воде, при которой обеспечи-

вается нормальная эксплуатация очистных сооружений, кг/м

При к

> 5 объем усреднителя (м

)

V= к

АОхз,

где AQ — превышение расхода сточной воды при переменном сбросе,

/с; т

— продолжительность переменного сброса, с; к

< 5;V=

= AQx

/ln[k

/(k

-\)].

После расчета объема усреднителя выбирают необходимое число

секций, исходя из условия AQh/V< lV

, где h — высота секции усред-

нителя, м; W

= 0,0025 м/с — допустимая скорость движения сточ-

ной воды в усреднителе.

В соответствии с видами, процессов, реализуемых при очистке,

целесообразно существующие методы классифицировать на механи-

ческие, физико-химические и биологические.

297

Механическая очистка. Для очистки сточных вод от взвешенных

веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле

действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. В

вертикальных или наклонных решетках ширина Прозоров обычно

составляет 15...20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверх-

ности решеток используют ручную или механическую очистку. По-

следующая обработка удаленного осадка требует дополнительных за-

трат и ухудшает санитарно-гигиенические условия в помещении. Эти

недостатки устраняются при использовании решеток-дробилок, ко-

торые улавливают крупные взвешенные вещества и измельчают их до

10 мм и менее. В настоящее время используют несколько типоразме-

ров таких решеток, например РД-200 производительностью 60 м

/ч и

диаметром сетчатого барабана 200 мм.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод целлюлоз-

но-бумажных и текстильных предприятий используют волокноуло-

вители, например с использованием перфорированных дисков или

в виде движущихся сеток с нанесенным на них слоем волокнистой

массы.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании)

примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс

отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках и жироуловите-

лях. Для расчета этих очистных устройств необходимо знать скорость

свободного осаждения (всплывания) примесей (м/с):

^0 = ^ч(Рч-Рв)/(18ц),

где g — ускорение свободного падения, м/с

; d

— средний диаметр

частиц, м; р

и р

— плотности частицы и воды, кг/м

; ц — динамиче-

ская вязкость воды, Па/с.

Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц метал-

ла и песка размером более 0,25 мм. В зависимости от направления

движения сточной воды применяют горизонтальные песколовки с

прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэри-

руемые. На рис. 10.15 показана схема горизонтальной песколовки, ее

длина (м):

L = ahW/W,,

где W— скорость движения воды в песколовке, W= 0,15...0,3 м/с;

а — коэффициент, учитывающий влияние возможной турбулентно-

сти и неравномерности скоростей движения сточной воды в песко-

ловке, а = 1,3...1,7.

298

h h h

Рис. 10.15. Схема горизонталь-

ной песколовки:

/ — входной патрубок; 2 — корпус пес-

коловки; 3 — шламосборник; 4 — вы-

ходной патрубок

Рис. 10.16. Расчетная схема гори-

зонтального отстойника

Рабочую глубину песколовки h выбирают из условия h/W

< т

пр

где т

пр

— время пребывания воды в песколовке, т

пр

= 30... 100 с. Ши-

рина песколовки (м)

где Q — расход сточной воды, м

/с; п — число секций в песколовке.

Отстойники используют для очистки сточных вод от механиче-

ских частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродук-

тов. В зависимости от направления движения потока сточной воды

применяют горизонтальные, радиальные или комбинированные от-

стойники. При расчете отстойников определяют, как правило, его

длину и высоту. Существуют различные методики расчета длины от-

стойников. На рис. 10.16 представлена расчетная схема горизонталь-

ного отстойника. В первой зоне длиной Д (м) имеет место неравно-

мерное распределение скоростей по глубине отстойника:

где Я— рабочая высота отстойника, м; h

= 0,25 Я— высота движуще-

гося слоя сточной воды в начале отстойника, м; р = (0,018...0,02) W

— горизонтальная составляющая скорости движения воды, м/с.

Во второй зоне длиной /

(м) скорость потока сточной воды посто-

янна. В этой зоне основная часть примесей должна осесть (всплыть) в

иловую часть (на поверхность) отстойника, поэтому

где h

— максимально возможная высота подъема частицы в первой

зоне, м. В третьей зоне длиной /

(м) скорость потока увеличивается и

условия осаждения частиц ухудшаются:

В= Q/(nhw),

{

=^р(Я-А),

(Н — hi)Wx/{Wo — 0,5

299

h = н/tga,

где a — угол сужения потока воды в выходной части отстойника;

a = 25...30°.

Для расчета общей длины отстойника / = 1

{

+ /

задают расход

сточной воды и размеры поперечного сечения отстойника.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осущест-

вляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. От-

крытые гидроциклоны применяют для выделения из сточной воды

крупных твердых примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с.

Такие гидроциклоны имеют большую производительность и малые

потери напора, не превышающие 0,5 м. Эффективность очистки

сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от состава

примесей (материала, размера, формы частиц и др.), а также от конст-

руктивных и геометрических характеристик гидроциклона.

Открытый гидроциклон (рис. 10.17) состоит из входного патрубка

7, кольцевого водослива 2, патрубка 3 для отвода очищенной воды и

шламоотводящей трубы 4. Существуют открытые гидроциклоны с

нижним отводом очищенной воды, а также гидроциклоны с внутрен-

ней цилиндрической перегородкой.

Производительность (м

/с) открытого гидроциклона Q = 0,785#Z>

где q — удельный расход воды; для гидроциклона с внутренней ци-

линдрической перегородкой # = 7,15w

— скорость свободного

осаждения частиц в воде, м/с); D — диаметр цилиндрической части

гидроциклона, м.

Для проектирования открытых гидроциклонов рекомендуются

следующие его геометрические характеристики: D = 2... 10 м; Н= D\

d = 0, ID при одном отверстии и d = 0,0707Z> при двух входных отвер-

стиях; a = 60°.

Конструктивная схема напорного гидроци-

клона аналогична схеме циклона для очистки

газов от твердых частиц. Производительность

напорного гидроциклона

у Q = KDd^2Ap/p ,

где К — коэффициент, зависящий от условий

входа воды в гидроциклон; для гидроциклонов

с D = 0,125...0,6 м и a = 30° К= 0,524; Ар - пе-

репад давлений воды в гидроциклоне, Па; р —

плотность очищаемой сточной воды, кг/м

Рис. 10.17. Схема от- На рис. 10.18 представлена схема напорногр

крытого гидроциклона гидроциклона, обеспечивающего очистку сточ-

300