XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ВВЕДЕНИЕ

Способов, которыми можно очистить воду, несколько. Какие же из них мы должны использовать для того, чтобы эффективно очистить воду для питьевых целей?

Чтобы дать правильный ответ на этот вопрос, необходимо в каждом конкретном случае знать, от чего воду придется чистить. Это можно узнать с помощью химического и бактериологического анализов, однако, как правило, подобные анализы достаточно дороги, и в ряде случаев можно обойтись и без них. Рассмотрим наиболее распространенные способы очистки воды.

Надо отметить, что в большинстве случаев доочистка воды фильтром осуществляется не одним способом, а их сочетанием. Именно такой комплексный подход дает наилучшие результаты.

Целью данной работы является рассмотрение процесса водоочистки стоков гальванического производства, а также описание каждого из этапов производства.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика готовой продукции

Готовой продукцией является очищенная вода гальванического производства согласно требованиям 2 категория ГОСТ 9.314-90, приведенным в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры очищенной воды

Параметры воды	Норма для 2 категории
Водородный показатель, единицы рН	˂6,5-6,8
Общая минерализация (сухой остаток), мг/л, не более	312
Жесткость общая, мг-экв/л	˂3,0
Мутность по стандартной шкале, мг/л, не более	1,1
Сульфаты, мг/л, не более	50
Хлориды, мг/л, не более	33
Нитраты, мг/л, не более	2,8
Фосфаты, мг/л, не более	0,5
Аммиак, мг/л, не более	5
Нефтепродукты, суммарно, мг/л, не более	0,1
Химическое потребление кислорода, мг/л, не более	50
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), мг/л, не более	0,5
железо (Fe, суммарно)	˂0,1
медь (Сu, суммарно)	˂0,3
никель (Ni,суммарно)	˂0,1
цинк (Zn2+)	˂0,0002
хром (Cr3+, суммарно)	˂0,5
Удельная электропроводность, мкСм/см	˂10

1.2 Обоснование выбора сырья

Состав воды характеризуется предприятием. Состав исходной воды приведен в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры исходной воды

Параметры воды	Результата исследования +/- характеристика погрешности
Мутность, мг/дм3	1,2±0,18
рН, ед. рН	7,85±0,447
Аммиак, мг/дм3	5,1±0,074
Нитраты, мг/дм3	3,26±0,391
Жесткость, мг-экв/л	4,9±0,735
Сухой остаток, мг/дм3	393±19,65
Хлориды, мг/дм3	34±3,74
Сульфаты, мг/дм3	66,7±7,337
Железо, мг/дм3	3±0,042
Фосфаты, мг/дм3	3,5±0,007
Хром, мг/дм3	0,7
Никель, мг/дм3	1±0,002
Нефтепродукты, мг/дм3	0,3±0,024
Медь, мг/дм3	0,3±0,0015
Цинк, мг/дм3	1,5
ПАВ, мг/дм3	1
ХПК, мгО2/дм3	74,17±14,834
Удельная электропроводность, мкСм/см	10

1.3 Характеристика выбранного сырья

Цель очистки: удаление твердых и растворимых примесей, солей и ионов металлов.

Превышение ПДК: сульфаты, хром трехвалентный, ХПК.
Незначительное превышения ПДК: фосфаты, нефтепродукты.

1.4 Обоснование метода переработки

Учитывая состав исходной воды и требования, предъявляемые к очищенной воде, в настоящем проекте приняты следующие основные методы очистки:

насыщения исходной воды кислородом воздуха для окисления растворенного железа (II) до нерастворимого коллоидного железа (III) с помощью компрессора;

окисление растворенного железа (II) до нерастворимого коллоидного железа (III) кислородом воздуха, на каталитической фильтрующей загрузке;

фильтрация на фильтрах с зернистой каталитической загрузкой;

фильтрация на угольных фильтрах с целью удаления остаточного хлора;

тонкая механическая фильтрация;

приготовление рабочего раствора ингибитора осадкообразования и дозирование реагентов для предотвращения выпадения малорастворимых солей на поверхности мембранных элементов перед подачей на обратноосмотическую установку;

обессоливание воды баромембранным методом (обратный осмос).

1.5 Физико-химические основы технологического процесса

В стоках гальванического производства железо присутствует в виде двухвалентного катиона.

Аэрация— это метод очистки воды от различных нежелательных элементов (марганец, сероводород, железо и т.д.) за счёт химических процессов, происходящих при поступлении кислорода.

Помимо непосредственной функции очистки состава, данная процедура предполагает устранение неприятных запахов. Спектр применения аэрации воды довольно широк. Она востребована в отношении сточных труб или, например, аквариумов. 

Системы аэрации работают за счет окисления растворенных веществ интенсивным насыщением воды кислородом воздуха. В результате растворенные железо окисляется и удаляется аммиак и другие содержащихся в воде газы. Осадок, образующийся в результате действия системы аэрации удаляется на следующих стадиях очистки, для этого используются скорые фильтры с каталитическим загрузками. Загрузки играют роль катализаторов реакции окисления соединений железа кислородом воздуха, которым вода насыщается при предварительной аэрации.[3]

В результате данного процесса образуются нерастворимые соединения, которые в дальнейшем задерживаются слоем фильтрующей загрузки или их могут отфильтровать осадочные картриджи.

В аппарате идет окисление двухвалентного железа до трехвалентного. Пример реакции:

12 FeSO₄ + 3O₂ + 6 H₂O = 4 Fe₂(SO₄)₃ + 4 Fe(OH)₃

Еще один важный этап очистки – обессоливание. Самый эффективный способ проведения данного процесса – обратный осмос.

Обратный осмос -  это процесс перехода растворителя (воды) из раствора через полупроницаемую мембрану под действием внешнего давления. В этом процессе из-за разницы концентрации растворенных веществ, создается давление, которое называется осмотическим. Прохождение через мембрану становится возможным при условии создания давления более высокого, чем разница давлений, возникающем при осмосе. В результате, через мембрану проходит растворитель, в данном случае вода, а растворенные вещества не просачиваются. Обратный осмос обеспечивает самый тонкий уровень фильтрации. 

Обратноосмотическая мембрана действует как барьер для всех растворимых солей, неорганических молекул, органических молекул с молекулярной массой более 100, а также для микроорганизмов и пирогенных веществ. В среднем, содержание растворенных веществ после стадии обратного осмоса снижается до 1-9%, органических веществ – до 5%, коллоидные частицы, микроорганизмы, пирогены отсутствуют. Вода, получаемая обратным осмосом, содержит минимальное количество общего органического углерода.[3]

1.6 Описание технологической схемы производства

Исходная вода на входе проходит через фильтр сетчатый ФС, задерживающий крупные механические примеси, которые отправляются на свалку отходов ТБО.

После фильтра установлен водомерный счетчик.

Далее одним из насосов подачи Н1черезгидроаккумулятор вода подается на фильтры. На входе насосов установлен датчик давления для защиты от работы по «сухому ходу».

Насосы поддерживают давление на выходе по сигналам датчика давления.

Затем компрессор КП нагнетает в воду кислород воздуха для окисления растворенного железа.

В аэрационной колонне АК происходит растворение кислорода воздуха в воде.

Избыточный воздух отделяется через клапан воздухоотделительный КВ.

Далее вода проходит через фильтры обезжелезивания ФО.

В рабочем режиме работы фильтров вода проходит через слой загрузки в направлении сверху вниз.

Далее вода проходит через фильтры сорбционные угольные ФСУ, которые очищают воду от органических веществ.

В рабочем режиме работы фильтров вода проходит через слой загрузки в направлении сверху вниз.

Вода после промывки фильтров обезжелезивания и угольных собирается в емкости ЕН1. Емкость оборудована поплавковыми выключателями (при верхнем уровне включается звуковая сигнализация и при нижнем уровне выключаются насосы перекачивания).

Из емкостей промывная вода перекачивается из насоса Н2 в канализацию. При работе в «тупик» насосы выключаются по сигналу реле давления.

Очищенная вода после угольных фильтра проходит через фильтр барьерный Фб с рейтингом фильтрации 5 мкм.

После фильтра барьерного расположены кран шаровой с электроприводом, узел корректировки рН и узел дозирования ингибитора.

Кран шаровой с электроприводом KU1 открывается на время работы насоса модуля.

Гидроксид натрия дозируется насосом Нд1 из емкости Ер1 для снижения электропроводности фильтрата. Дозирующий насос работает пропорционально показаниям датчика рН до рН=8,0-8,2. Датчик рН располагается в проточной ячейке. Вода после ячейки возвращается в емкость ЕН1. В емкости Ер1 готовится 20% раствор гидроксида натрия
(200 г/л). Дозирующий насос выключается при нижнем уровне раствора в емкости по сигналу поплавкового выключателя.

Ингибитор «Аминат К» дозируется насосом Нд2 из емкости Ер2. Ингибитор предотвращает осадкообразование малорастворимых солей на поверхности мембранных элементов. Дозирующий насос Нд2 выключается при нижнем уровне раствора в емкости по сигналу поплавкового выключателя.

Далее насос модуля НМ подает воду на мембранную установку УМ.

На входе насосов модуля установлено реле давления, по сигналу которого насос выключается в автоматическом режиме по «сухому ходу».

В установке УМ располагается обратноосмотический мембранный элемент «ESPA2 MAX».

В процессе обратного осмоса исходная вода разделяется на фильтрат – обессоленную воду, и концентрат – воду, насыщенную солями.

Концентрат с расходом не менее 8,1 м³/ч сливается в канализацию (контроль по ротаметру). На трубопроводе концентрата установлено реле давления, по сигналу которого насос модуля выключается при превышении давления в трубопроводе более 14 атм.

Поток фильтрата составляет 15 м³/ч (контроль по ротаметру). На трубопроводе фильтрата установлено реле давления, по сигналу которого насос модуля выключается при превышении давления в трубопроводе более 2 атм.

Электропроводность фильтрата оценивается датчиком электропроводности и составляет менее 10 мкСм/см.

На линии фильтрата установлены 2 шаровых крана с электроприводом KU2, KU3. Если электропроводность фильтрата более 10 мкСм/см, то через кран KU2 фильтрат поступает в емкость промывных вод ЕН1. Если электропроводность фильтрата менее 10 мкСм/см, то через кран KU3 фильтрат поступает в накопительную емкость ЕН2.

В автоматическом режиме при верхнем уровне воды в емкости ЕН2 по сигналу датчика давления выключаются насосы Н1, Нд1, Нд2, НМ, компрессор КП и закрывается кран KU1. При среднем уровне воды в емкости ЕН2 по сигналу датчика давления открывается кран KU1, включаются компрессор КП и насосы Н1 (Н2), Нд1, Нд2, НМ1.

Из накопительной емкости ЕН2 насосом раздачи Н3 подает обессоленную воду через гидроаккумулятор на потребление. Контроль давления на выходе насосов ведется по сигналам датчика давления.

Насосы выключаются при нижнем уровне воды в емкости ЕН2 по сигналу датчика давления.

Система может эксплуатироваться и в ручном режиме (режиме наладки). В ручном режиме проводятся первый запуск в работу, химическая мойка и консервация мембранных элементов.

1.7 Нормы технологического режима и контроль производства

Во избежание проявления коррозии оборудования, а также загрязнения фильтруемой воды ее продуктами, все трубопроводы и оборудование, контактирующие с рабочей средой, выполнены из нержавеющей стали и полимерных материалов.

Требование по обслуживанию фильтра обезжелезивания:регенерация фильтров происходит автоматически 1 раз в 3 суток и включает в себя два режима: обратную и прямую промывки. Обратная промывка осуществляется в направлении снизу вверх, при этом происходит взрыхление загрузки и ее отмывка от загрязнений. Продолжительность обратной промывки составляет

10 мин. Прямая промывка осуществляется в направлении сверху вниз и предназначена для уплотнения слоя загрузки перед выходом на рабочий режим.

Продолжительность прямой промывки составляет 5 мин.

Требование по обслуживанию сорбционного угольного фильтра: регенерация фильтров происходит автоматически 1 раз в 5 суток и включает в себя два режима: обратную и прямую промывки. Обратная промывка осуществляется в направлении снизу вверх, при этом происходит взрыхление загрузки и ее отмывка от загрязнений. Продолжительность обратной промывки составляет 10 мин. Прямая промывка осуществляется в направлении сверху вниз и предназначена для уплотнения слоя загрузки перед выходом на рабочий режим. Продолжительность прямой промывки составляет 5 мин.

Требования по обслуживанию барьерного фильтра: Замена картриджей в барьерном фильтре осуществляется при перепаде давления на фильтрах более 1 атм., но не реже 1 раза в 3 месяца.

Условия при использовании мембранной установки:

концентрат с расходом не менее 8,1 м³/ч, давление в трубопроводе не более 14 атм;

поток фильтрата составляет 15 м³/ч, давление в трубопроводе не более 2 атм.

В процессе работы мембранной установки часть загрязнений оседает на поверхности мембранных элементов, что приводит к падению производительности по очищенной воде и снижению селективности (ухудшению качества фильтрата). Для предотвращения этих процессов необходимо не реже 1 раза в месяц проводить химическую мойку мембранных элементов.

Моющий раствор готовится в емкости ЕМ на основе фильтрата и циркулирует в контуре: емкость ЕМ – насос промывки Нпр – установка УМ- емкость ЕМ. Для кислотной мойки используется моющий состав «АминатДМ-56» с дозой 40 мл/л. Для щелочной мойки используется моющий состав «Аминат ДМ-50» с дозой 50 мл/л.

После химической мойки вода из емкости ЕМ сливается в приямок, откуда дренажный насос Ндр2 перекачивает ее в коллектор сточных вод.

При простоях в работе установки более 7 дней для предотвращения биопоражения мембранных элементов проводится консервация составом «Аминат ДМ-К» с дозой 25 мл/л.[3]

1.8 Виды брака и способы его устранения

Все возможные виды брака приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Виды брака, причины и способы его устранения

Вид брака	Причина появления	Способ устранения
Засорение сетчатого фильтра	Длительность использования	Очистка фильтра вручную
Появление ионов железа в фильтруемой воде после прохождения фильтра обезжелезивания	Снижение производительности фильтра обезжелезивания из-за частичного износа фильтрующих материалов	Периодическая загрузка фильтрующих материалов
Снижение селективности мембран и производительности мембранной установки	Образование солевых отложений на поверхности мембран	Проведение химической мойки, а также консервации мембран реагентными растворами

2 РАСЧЕТЫ

2.1 Материальный баланс производства на 1000 кг готовой продукции

Проектируемое производство превосходит базовое в экономичности расхода сырья за счет использования более совершенной техники и проектирования основного оборудования. Процентные потери сырья на каждой стадии производства сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Потери сырья на стадиях производства

В процентах

Стадия производства	Потери сырья на базовом производстве	Потери сырья на проектируемом производстве
Грубая механическая фильтрация	2	2
Обезжелезивание	3,5	3,5
Тонкая механическая фильтрация	2,2	1,6
Обессоливание	33	29

Материальный баланс производства (из расчета на 1000 кг готовой продукции) представлен в таблице 5. Содержащиеся в воде примеси приводятся на стадиях, предполагающих их удаление.

Таблица 5 - Материальный баланс производства

В килограммах

Статья прихода	Количество	Статья расхода	Количество
Грубая механическая фильтрация
Вода, содержащая твердые примеси	1298	Вода, очищенная от крупных примесей	1278
		Безвозвратные потери: твердые примеси размером 50-3000 мкм	20
Итого:	1298	Итого:	1298

Продолжение таблицы 5

Обезжелезивание
Вода, очищенная от крупных примесей	1278	Вода с содержанием железа не более 0,3 мг/л	1243
в т.ч., Fe2+	2,153∙10-3	Безвозвратные потери:
		Вода с повышенным содержанием железа	35
		Fe2+	7,389∙10-4
Итого:	1278	Итого:	1278
Тонкая механическая фильтрация
Вода с содержанием железа не более 0,3 мг/л	1243	Вода, очищенная от мелких примесей	1259
		Безвозвратные потери: твердые примеси размером 1-50 мкм	16
Итого:	1243	Итого:	1243
Обессоливание
Вода, очищенная от мелких примесей	1259	Умягченная вода	1000
		Возвратные потери: промывка на основе фильтрата	30
		Безвозвратные потери:
Промывка на основе фильтрата	30	Концентрат	259
в т.ч., органические вещества	1	в т.ч., органические вещества	0,998
Fe сумм	5,637∙10-5	Fe сумм	4,813∙10-5
Cu сумм	4,583∙10-4	Cu сумм	3,925∙10-4
Ni сумм	4,875∙10-6	Ni сумм	4,653∙10-6
Zn2+	3,736∙10-4	Zn2+	2,786∙10-4
Cr3+	5,828∙10-5	Cr3+	5,679∙10-5

Продолжение таблицы 5

PO43-	4,467∙10-3	PO43-	3,745∙10-3
NO3-	7,035∙10-3	NO3-	6,379∙10-3
Cl-	8,938∙10-4	Cl-	8,783∙10-4
NH3	3,153∙10-6	NH3	2,652∙10-6
Итого:	1290	Итого:	1290

2.2 Расчет, выбор и описание работы основного оборудования

Продуктивность мембранной системы обычно характеризуется удельной производительностью по пермеату, которая определяется как расход воды на единицу площади мембраны по формуле (1):

(1)

где J – удельная производительность по пермеату,кг/(с∙м²);

– расход воды, кг/с;

– площадь поверхности мембраны.

Следовательно, для расчета основного оборудования требуется определить плотность потока.

Согласно уравнению Вант-Гоффа, наблюдаемое осмотическое давление находится по формуле (2):

(2)

где П – осмотическое давление,

С – сумма молярных концентраций всех удаляемых ионов, М;

R – универсальная газовая постоянная,

Т – температура, К.

Для воды гальванического производства можно принять С = 0,1 М.

Оптимальным перепадом давления через мембрану для полимерных мембран является 25-40 атм. Для очищаемой воды принимаем ∆Р = 30 атм.

Для расчета удельной производительности по пермеату чаще всего применяется следующая модель: мембрана рассматривается, как лишенная пор фаза, через которую путем растворения и диффундирования проникают молекулы растворителя и растворенных веществ. В таком случае удельная производительность по пермеату рассчитывается по формуле (3):

(3)

где – константа проницаемости воды, кг/(с∙м²).

Для большинства мембран из композита на основе полиамида можно принять
= 5,32∙10^-4 кг/(с∙м²).

Сравнительная характеристика рулонных мембранных элементов разных производителей приведена в таблице 6.

Таблица 6 - Характеристики рулонных мембранных элементов

Производитель	TriSep (США)	Hydranautics (США)	Saehan (Южная Корея)
Материал	Ацетат целлюлозы	Композитный полиамид	Полиамид
Наименование	SB20-TSA	ESPA 2 MAX	RE 8040-BLF
Производительность, м3/сут	31	45,4	49,2
Селективность (мин., %)	97,0	99,5	99,2
Площадь фильтрующей поверхности, м2	40,4	40,9	40,9
Максимальное рабочее давление, МПа	4,1	4,14	4,14
Диапазон рН при эксплуатации	4-7	2-10,6	3-10
Диапазон рН при химической отмывке	не допускается	1-12	2-11

Продолжение таблицы 6

Производитель	TriSep (США)	Hydranautics (США)	Saehan (Южная Корея)
Содержание свободного хлора, мг/л, не более	2	0,1	0,1
Типоразмер	8540	8040

Следовательно,

Рекомендуемая удельная производительность по пермеату – 21-25 gpd, что соответствует 0,0119 – 0,0142 , следовательно, расчет принимается удовлетворительным.

Так как предполагается использовать установку обратного осмоса, содержащую 16 рулонных элементов, площадь поверхности мембраны рассчитывается по формуле (4):

(4)

Исходя из этого, выбираем мембранный элемент ESPA2MAXиз композитного полиамида, так как его номинальная площадь поверхности соответствует требуемой (40,9 м²) и он обладает наибольшей селективностью и устойчивостью к изменениям рН. Данный мембранный элемент по габаритам имеет 1016 мм в длину и 200 мм в диаметре. Согласно выбранному мембранному элементу, выбираем корпус для мембраны обратного осмоса.

Выбираем модель производителя WaveCyber (WC450E-8-4) с внутренним диаметром 201,8 мм вследствие меньшего веса и большей устойчивости к низким температурам.

Таблица 7 - Характеристики корпусов мембранных элементов
типоразмера 8040

Производитель	Mem shell	Raifil	Wave Cyber
Наименование	FPR 8040	RO-8040	WC450E-8-4
Материал	армированный стеклопластик
Максимальное рабочее давление	21 атм		31атм
Диапазон рабочих температур, оС	1 – 49	1–49	-7 – 49
Длина, мм	3498	3498	3517
Диаметр, мм	210	203,2	212
Масса, кг	51	51	47

Принцип работы системы обратного осмоса заключается в прохождении молекул воды через полунепроницаемую мембрану под давлением. Корпус мембраны обратного осмоса состоит из прижатых друг к другу и обвернутых вокруг полой центральной трубки листов. Подобная конфигурация обычно называется спиральной или модульной. Доступна она в различных размерах, от которых и зависит производительность системы. Пример строение обратноосмотической мембраны показан на рисунке 1.

Рисунок 1 - Строение обратноосмотической мембраны

Помещаются подобные мембраны в специальные контейнеры, называемые корпусами мембран обратного осмоса, они позволяют поддерживать необходимое давление по всей поверхности. Именно оно является движущей силой, заставляющей жидкость проходить через мембрану, отделяющую нежелательные примеси.[4]

2.3 Выбор вспомогательного оборудования

Латунный автоматический сетчатый фильтр ПВО-ASF-AF-202. Фильтр предназначен для фильтрации воды от механических загрязнений (песок, галька, окалина, муть, глина). Пример латунного автоматического сетчатого фильтра показан на рисунке 2.

Рисунок 2 - Латунный автоматический сетчатый фильтр

Технические характеристики латунного автоматического фильтра приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Технические характеристики фильтра ПВО-ASF-AF-202

Параметр	Значение
Максимальная производительность, м3/час	30
Минимальное рабочее давление, бар	2
Максимальное рабочее давление, бар	10
Потери давления чистого фильтра, бар	0,1
Максимальная температура воды, оС	65
Диапазон фильтрации, мкм	50-3000

Аэрационная колонна WC-2472. Компрессорная аэрация предназначена для насыщения воды кислородом и частичного удаления растворенных в воде газов – сероводорода, аммиака, углекислого газа, метана и других загрязнений, обусловливающих ухудшение органолептических свойств воды. Способствует окислению железа, марганца, увеличению срока службы каталитических фильтрующих материалов. Пример аэрационной колонны показан на рисунке 3.

Рисунок 3 – Аэрационная колонна

Технические характеристики аэрационной колонны приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Технические характеристики компрессорной аэрации WC-2472

Параметр	Значение
Производительность, м3/час	7,0-8,0
Потребляемая мощность, Вт	190
Производительность компрессора при 3,4 бар, л/мин	5,4
Давление воды, атм	2,5-6,0
Влажность воздуха,%	˂70
Напряжение сети, В, Гц	~220 В, 50Гц + 5%
Температура воды, ºС	+2/+37
Температура воздуха в помещении, ºС	+1/+50

Воздухоотделительный клапанARIS-050предназначен для сброса кислорода, насыщающего воду в процессе работы системы аэрации, таким образом, его наличие предотвращает завоздушивание системы водоснабжения. Пример воздухоотделительного клапана показан на рисунке 4.

Рисунок 4 – Воздухоотделительный клапан

Технические характеристики воздухоотделительного клапана приведены в
таблице 10.

Таблица 10 - Технические характеристики воздухоотделительного клапана ARIS-050

Параметр	Значение
Рабочее давление, МПа	0,02 – 1,6
Рабочая температура, ºС	95

Фильтр обезжелезивания WC–3672 предназначен для окисления растворенного железа до трехвалентной нерастворенной формы, которая задерживается в толще фильтрующего материала. Пример фильтра обезжелезивания показан на рисунке 5.

Рисунок 5 –Фильтр обезжелезивания

Технические характеристики фильтра обезжелезивания приведены в таблице 11.

Таблица 11 - Технические характеристики фильтра обезжелезивания
WC–3672 

Параметр	Значение
Расход, м3 /ч	10
Объем материала, л	550
Подача на промывку, м3 /ч	16,8
Воды на промывку, м3	3,37

Фильтр сорбционный предназначен для глубокой очистки сточных вод от нефтепродуктов, взвешенных веществ, тяжелых металлов, снижения уровня БПК и ХПК.Пример сорбционного фильтра показан на рисунке 6.

Рисунок 6 - Фильтр сорбционный

Технические характеристики сорбционного фильтра приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Технические характеристики фильтра сорбционного WC–3672 

Параметр	Значение
Периодичность регенераций	5 суток
Поток на обратную промывку, не менее	16 м3/ч
Ограничитель дренажной линии	70 gpm
Продолжительность промывок: обратная прямая	10 мин. 5 мин.
Объем промывной воды	4 м3

Фильтр барьерный предназначен для очистки воды от механических примесей размером более 5 мкм. Пример барьерного фильтра показан на рисунке 7.

Рисунок 7 - Фильтр барьерный

Технические характеристики барьерного фильтра приведены в
таблице 13.

Таблица 13 - Технические характеристики многоступенчатого
насоса 22SV05

Параметр	Значение
Картридж	DFG005PP2С
Производительность, м3/ч	7,5
Площадь фильтрации, дм2	62
Максимальный перепад, атм	1,5

Насосы:

- многоступенчатый насос 22SV05 предназначен для перекачивания больших объемов жидкости. Пример многоступенчатого насоса 22SV05 показан на рисунке 8.

Рисунок 8 - Многоступенчатый насос 22SV05

Технические характеристики многоступенчатого насоса 22SV05приведены в
таблице 14.

Таблица 14 - Технические характеристики многоступенчатого
насоса 22SV05

Параметр	Значение
Максимальный напор, м	76
Максимальная производительность, м3/ч	29,0
Мощность двигателя, кВт	5,5
Электропитание	380 В, 50 Гц

-многоступенчатый насос 5SV06предназначен для перекачивания промывных вод из емкостей в канализацию. Пример многоступенчатого насоса 5SV06 показан на
рисунке 9.

Рисунок 9 - Многоступенчатый насос 5SV06

Технические характеристики многоступенчатого насоса 5SV06приведены в

таблице 15.

Таблица 15 - Технические характеристики многоступенчатого насоса 5SV06

Параметр	Значение
Максимальный напор, м	76
Максимальная производительность, м3/ч	29,0
Мощность двигателя, кВт	1,1
Электропитание	380 В, 50 Гц

- насосы дозирующие DLXВpН-Rx/МВВ предназначаются для объемного дозирования под напором различных чистых, химически нейтральных, агрессивных или токсичных жидкостей, а также эмульсий и суспензий. Пример дозирующего насоса показан на рисунке 10.

Рисунок 10 - Насос дозирующий DLXВpН-Rx/МВВ

Технические характеристики дозирующего насоса приведены в
таблице 16.

Таблица 16 - Технические характеристики дозирующего насоса
DLXВpН-Rx/МВВ

Параметр	Значение
Максимальная производительность, м3/ч	1-3
Мощность,Вт	37
Электропитание	220 В, 50 Гц

- вертикальные многоступенчатые центробежные насосы 22SV14 предназначены для создания необходимого рабочего давления в мембранных аппаратах. Пример многоступенчатого центробежного насоса показан на рисунке 11.

Рисунок 11 - Вертикальные многоступенчатые центробежные насосы 22SV14

Технические характеристики многоступенчатого центробежного насоса приведены в таблице 17.

Таблица 17 - Технические характеристики насоса модуля 22SV14

Параметр	Значение
Производительность, м3/ч	20
Мощность,кВт	15
Электропитание	380 В, 50 Гц

-насос промывки5SV05 предназначен для циркуляции моющего/консервирующего раствора в контуре мембранной установки.

Пример насоса промывки показан на рисунке 12.

Рисунок 12 - Насос промывки 5SV05

Технические характеристики многоступенчатого центробежного насоса приведены в таблице 18.

Таблица 18 - Технические характеристики насоса промывки 5SV05

Параметр	Значение
Производительность, м3/ч	2,4 – 8,5
Мощность,кВт	0,75
Электропитание	380 В, 50 Гц

Краны шаровыес электроприводом V965-237предназначены для открытия/закрытия подачи фильтрата в накопительные емкости в зависимости от электропроводности. Пример крана шарового с электроприводом показан на рисунке 13.

Рисунок 13 - Кран шаровой с электроприводом V965-237

Технические характеристики крана шарового с электроприводом приведены в таблице 19.

Таблица 19 - Технические характеристики кранов шаровых с электроприводом V965-237

Температура рабочей среды,ºС	-20…+30
Мощность,Вт	7 - 25
Электропитание	220 В, 50 Гц

2.4 Расчет количества основного и вспомогательного оборудования.

Количество основного и вспомогательного оборудования рассчитывается по формуле (4):

(4)

где – поток воды, м³/год,

- производительность аппарата,м³/ч;

- действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч/год.

Действительный фонд времени рассчитывают по формуле (5):

(5)

где - режимный фонд времени, ч/год;

- простои оборудования на ремонте, ч/год;

- технически необходимые простои, ч/год.

Режимный фонд времени работы оборудования рассчитывают по
формуле (6):

(6)

где - количество календарных дней кв году;

- количество дней режимных простоев; в это количество включают выходные дни и праздничные дни;

- длительность работы оборудования за сутки, ч.

Режимный фонд времени работы оборудования находится по
формуле (7):

(7)

Действительный фонд времени рассчитывается по формуле (8):

(8)

При получении значения количество аппаратов рассчитываемого типа равно 1.

Расчет количества:

- сетчатых фильтров (формула (9)):

(9)

- воздухоотделительных клапанов (формула (10)):

(10)

- аэрационных колонн (формула (11)):

(11)

- фильтров обезжелезивания (формула (12)):

(12)

- сорбционных колонн (формула (13)):

(13)

- барьерных фильтров (формула (14)):

(14)

- многоступенчатых насосов (формулы (15.1-15.2)):

(15.1)

(15.2)

- вертикальных многоступенчатых насосов (формула (16)):

(16)

Количество потока для дозирующего насоса и насоса промывки очень мало, поэтому данные аппараты не учитываются в расчетах.

2.5 Сводная таблица расхода сырья, энергоресурсов

Мощность действующего производства рассчитывают по формуле (17):

, (17)

где - количество единиц оборудования соответствующего типоразмера (одинакового), штук;

- среднегодовая производительность единицы оборудования соответствующего типоразмера.

Среднегодовую производительность оборудования G_i рассчитывают по формуле (18):

, (18)

где - фактическая годовая загрузка оборудования (производственная программа), т/год;

– расчетное количество оборудования, рассчитываемое по формуле (19):

(19)

где - затраты машино-часов на выполнение годовой программы выпуска изделия (определяют по циклу изготовления изделия), ч/год.

Расчетное количество оборудования:

Среднегодовая производительность оборудования:

Мощность действующего производства:

Расход сырья в год рассчитывается по формуле (19):

где - расход потока, , который рассчитывается по формуле (20):

, (20)

где – производительность потока, м²/ч;

– количество воды, содержащей твердые примеси, кг;

- количество воды, полученной в процессе очистки, кг.

Следовательно,

Расход сырья в час находится по формуле (21):

(21)

Расход сырья в месяц рассчитывается по формуле (22):

(22)

Расход сырья в смену находится по формуле (23):

(23)

Расход сырья в сутки рассчитывается по формуле (24):

(24)

Расчет годового расхода энегрозатрат на технологические цели представлен в таблице 20. Полученные данные заносим в таблицу 21.

Таблица 20 - Расчет годового расхода энегрозатрат на технологические цели

Наименование оборудования		Коли-чество обору-дования, ед		Установленная энергомощность, кВт				Тэф, ч/год		Расход энерго- затрат, кВт ∙ ч/год
				Одной уста- новки		Всех устано- вок
Насос 22SV05		1		5		5		5915		29575
Компрессор АР – 200Х		1		0,25		0,25		5915		1478,75
Насос 5SV05		1		1,1		1,1		5915		6506,5
Насос модуля 22SV14	1		15		15		5915		88725
Насос промывки 5SV05	1		0,75		0,75		5915		4436,25
Насос дозирующий DLXВpН-Rx/МВВ	2		0,037		0,074		5915		218,855
Насос 10SV03	1		0,38		0,38		5915		2247,7
Итого:	8				22,554				133188,055

Таблица 21 - Технико-экономические показатели

Статья расхода	Расход
	В год	В месяц	В сутки	В смену	В час
Сырье, м3	78485,72	6540,56	318,48	106,16	13,27
Электроэнергия, кВт ∙ ч	133188,055	11099	540,408	180,136	22,517

3 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

Техника безопасности, противопожарные мероприятия, промышленная санитария и охрана труда.

Проект системы водоподготовки и системы возврата воды выполнен в соответствии с требованиями действующих норм и правил техники безопасности, пожарной безопасности, промышленной санитарии и охраны труда.

Все вещества, применяемые в процессе водоподготовки, разрешены для применения в практике питьевого водоснабжения.[1]

Пожаро- и взрывоопасные продукты в процессе эксплуатации системы водоподготовки не используются.

Категория производства - Д «норм».

Для обеспечения безопасного ведения технологического процесса проектом предусматривается:

- применение герметичных трубопроводов;

- сбор аварийных проливов от оборудования осуществляется в канализацию или приямок, откуда проливы поступают в канализацию;

- применение средств КИП иА для обеспечения необходимых технологических параметров и предупреждения аварийных проливов;

- наличие ограждающих конструкций вращающихся частей оборудования и строительных конструкций;

- наличие общеобменной вентиляции.

Защита от статического электричества, электростатической индукции и заноса высоких потенциалов осуществляется путем заземления всего технологического оборудования.[5,6,7]

Для обеспечения указанной защиты при монтаже технологического оборудования и трубопроводов для присоединения заземляющих проводников на каждом аппарате должен быть предусмотрен заземляющий болт или «выпуск» из листовой стали 4х25 мм.

Трубопроводы в пределах системы водоподготовки заземляются посредством соединения их с заземленными аппаратами. Опасность накопления статического электричества в пластмассовых трубопроводах исключается за счет того, что они прокладываются на сплошных металлических опорах. Трубопроводы в пределах участка должны быть подсоединены к контуру заземления не менее чем в двух точках.[1]

Мероприятия по охране водоемов, почвы и атмосферного воздуха от загрязнения сточными водами, отходами и промышленными выбросами.

- система водоподготовки и система возврата очищенной воды в гальваническое производство предназначены для очистки водопроводной воды до требований, установленных к воде гальванического производства согласно ГОСТ 9.314-90 2 категория и последующей ее раздачи потребителям.

- потенциальными источниками загрязнения окружающей среды твердыми отходами являются отработанные ультрафиолетовые лампы, которые подлежат сбору (хранение в закрытом контейнере на территории предприятия) и отправке на демеркуризацию специализированной фирме, отработанные мембранные элементы и фильтрующие картриджи, которые подлежат утилизации на свалку ТБО.[2,8]

В процессе эксплуатации системы водоподготовки образуются следующие стоки:

- от фильтров обезжелезивания;

- от фильтров угольных;

- от установки мембранной обратноосмотической.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенная система предприятия предназначена для очистки сточной воды гальванического производства до требований, установленных к воде гальванического производства согласно ГОСТ 9.314-90 2 категория.

В состав проектируемой системы водоподготовки входят следующие основные узлы и оборудование:

Фильтр сетчатый;

Насосная станция подпитки;

Узел обезжелезивания, в т.ч.:

Компрессорные установки;

Контактные колонны;

Фильтры обезжелезивания;

Угольные фильтры;

Емкости накопительные для сбора промывных вод;

Насосная станция для перекачки промывных вод в канализацию;

Фильтры тонкой механической очистки;

Узел обессоливания, в т.ч.:

Дозировочный насос и емкость ингибитора осадкообразования;

Дозировочный насос и емкость NaОН;

Мембранная установка;

Шкаф управления;

Приборы контроля и автоматика.

Система раздачи очищенной водыпредназначена для возврата в гальваническое производство очищенной воды 2 категории согласно ГОСТ 9.314-90.

Система раздачи состоит из следующих элементов:

Узел накопления и раздачи очищенной воды, в т. ч.;

Насос циркуляции;

Насосная станция раздачи;

Емкости накопительные;

Приборы контроля на каждом отводе потребителю;

Трубопровод из ПВХ.

Для получения 1000 кг очищенной воды требуется, в среднем, 1259 кг исходной воды.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СП 30.13330.2012 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85.

СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84.

Фрог, Б.Н. Водоподготовка [Текст] / Б.Н. Фрог, А.П. Левченко - М.: Изд. МГУ, 2001.

Андриамирадо, Л. Технический справочник по обработке воды [Текст]. Л. Андриамирадо и др.в 2т. Т.1: пер.с фр. науч. ред.: М. И. Алексеев и др.:– СПб.: Новый журнал, 2007.

ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

ПБ 03-585-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов».

ПБ 09-596-03 «Правила безопасности при использовании неорганических жидких кислот и щелочей».

Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды [Текст].Родионов А.И.,Клушин В.Н., Торочешников Н.С./ Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1989.- 512 с.: ил.

Код для цитирования: Скопировать