CC BY
9Раздел 4. Экологическая безопасность
УДК 655.557: 655.7
ИССЛЕДОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ И печатный: плат
Урецкий Е.А.1, Николенко И.В.2, Мороз В.В.3
Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный проектный институт "БелГПИ" 210602, Республика Беларусь, г. Витебск, ул. Пушкина, 6, e-mail: euretsky@yandex.by 2Академия строительства и архитектуры, ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского» 295493, Республика Крым, г. Симферополь, ул. Киевская 181 e-mail: energia-09@mail.ru ^Брестский государственный технический университет 224017 Республика Беларусь г. Брест, ул. Московская, 267
Аннотация. Проведены исследования процесса контактнго хлопьеобразования и разработаны высокоэффективные освет-лительные установки, оборудованные полочными модулями и контактными хлопьеобразователями перед входом сточных вод и на выходе из него. Эффективность осветления тонкослойного модуля с нисходяще-восходящим потоком воды и встроенными камерами хлопьеобразования достигает задержания взвеси до 93% и более. Также осуществлена реконструкция вертикальных отстойников емкостью 200 м3 очистных сооружений базового предприятия Брестского электромеханического завода путём добавления в них камеры хлопьеобразования и полочных вставок. Предложенная реконструкция существующих вертикальных отстойников позволила повысить эффект осветления с 50.. .60% до 93%, многократно увеличить межпромывочный период зернистой загрузки механических фильтров, существенно снизить вероятность выноса осадка.
Предмет исследования. Процесс контактного хлопьеобразования на реальных сточных водах для повышения эффективности осветления промышленных сточных вод производств защитных покрытий и печатных плат с применением полочных отстойников.
Материалы и методы исследования: В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования для обоснования принципиальной возможности избирательного хлопьеобразования и накопления осадка с преобладающим содержанием металлов в модернизированных полочных отстойниках. При проведении экспериментальных исследований показано существенное повышение эффект осветления за счет установки в полочных осветлителях тонкослойного модуля со встроенными камерами хлопьеобразования.
Результаты. Для сточных вод с преобладающим содержанием гидроокисной взвеси с низкой плотностью, переменной концентрацией и свойствам обоснована необходимость установки крупнозернистой камеры хлопьеобразования в центральной трубе вертикального отстойника для достижения эффективности задержания взвеси 75.80%, против 50.60% без ее использования. Достигнута эффективности работы осветлителей до 93% за счет добавления в него сборных полочных модулей, что многократно увеличивает межрегенерационный период загрузки механических фильтров. Выводы. По результатам выполненных теолретических и экспериментальных исследований сформулированы основные принципы подхода к конструированию тонкослойных модулей, обеспечивающих повышение эффективности осветлителей для сточных вод производств защитных покрытий и печатных плат. Показано, что совершенствование полочных отстойников обеспечивает их эффективное применения в осветлителях сточных вод производств защитных покрытий и печатных плат, как в целом так и за счёт добавления в их конструкцию контактного хлопьеобразования. Ключевые слова: сточная вода, осветление, тонкослойный отстойник, полочные вставки, контактные хлопьеобразова-тели, фильтрующая загрузка, рН, эффективность осветления.
ВВЕДЕНИЕ
На долю промышленного производства приходится до четверти всего мирового водопотребления. В большинстве промышленно развитых стран 50.80% общего спроса пресной воды используется в промышленном производстве. По мере индустриализации развивающихся стран, где большая часть воды в настоящее время используется в сельском хозяйстве, потребности в воде для промышленности будут неуклонно и быстро расти.
В отличие от воды, используемой в сельском хозяйстве, фактически в технологических процессах потребляется лишь небольшая часть промышленной воды. Большая ее часть используется для охлаждения, смешения, очистки, обработки и
других видов технологических процессов, которые нагревают или загрязняют водную среду, но не теряют воду и не потребляют ее с включением в готовую продукцию. Это создает возможность повторного использования, то есть рециркуляции водных ресурсов в промышленном производстве, тем самым получая больше продукции с каждого кубометра потребляемой воды. Многократная очистка и повторное использование воды в промышленности является наиболее эффективным и экономичным способом соблюдения требований по предотвращению загрязнения окружающей среды. В большинстве промышленно развитых стран экологические нормы требуют, чтобы промышленное производство обеспечивало определенные стандарты качества воды, прежде чем выпускать сточные воды в окружающую среду. В результате, международный опыт показал, что
наиболее эффективным и экономичным способом соблюдения требований по загрязнению окружающей среды является рециркулция воды в промышленном производстве [1, 2, 3].
Законодательство в сфере экологии по борьбе с загрязнением окружающей водной среды не только помогли очистить реки, озера и ручьи, но и способствовали сохранению и более эффективному использованию водных ресурсов. Важным стимулом промышленной рециркуляции воды является экологические нормы и правила, на основании действующей законодательной базе по борьбе с промышленным загрязнением водных ресурсов. Совершенствование существующих, и разработка новых технологий по очистке сточных вод способствует решению актуальной проблемы -более качественной переработке промышленных отходов и снижению наносимого ущерба окружающей среде отходами производства [4].
Современной отраслью промышленности, обеспечивающей инновационный путь развития многих стран и их регионов, является радиоэлектроника и производство компьютерной и телекоммуниционной техники. Интенсивное развитие и организация новых производств промышленного выпуска широкой номенклатуры компьютерной и телекоммунационной техники, радиоэлектронной аппаратуры, их комплектующих с высокой конкурентоспособностью требует снижения затрат на организацию производства, в том числе на уменьшение негативного влияния на экологию. На предприятиях радиоэлектроники и приборостроения пресная вода используется во всех основных технологических процессах: в электрохимических, гальванических производствах, в процессах обезжиривания, в охлаждающих системах установок сварки, вакуумных установок напыления, печей и т.д [5]. Поэтому вспомогательные и обслуживающие структурные подразделенияи таких предприятий являются основными потребителями ресурсов, в том числе пресной водой. Большие объемы потребления пресной воды и значительные платы за загрязненную технологическую воду привели к необходимости очистки и повторного использования в произвостве сточных вод. Суммарные затраты на рециркуляцию воды в радиоэлектронном производстве могут занимать существенную часть в стоимости продукции, так как загрязнения сточных вод могут иметь сложный и различный характер. Поэтому оптимизация производственных процессов вспомогательных и обслуживающих производств на радиоэлектронных предприятиях при создании эффективной технологии обработки сточных вод может обеспечить существенное снижение себестоимости основной продукции, за счет экономии финансовых средств на поставку свежей воды и снижение затрат, связанных с промышленным загрязнением водных ресурсов.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
Оборотные циклы промышленного
водоснабжения технически возможны и эффективны, так как в настоящее время имеют большое экономическое и экологическое значение. Важным этапом очистки сточной промышленной воды является ее осветление, то есть удаления из нее частиц веществ, находящихся во взвешенном или коллоидном состоянии, которые, как правило, определяют повышенную мутность и цветность воды. Необходимость и степень такой очистки воды зависит от целей последующего ее использования. Выбор метода осветления - один из главных пунктов при разработке технологии очистки, так как он скажется в дальнейшем на всём процессе водоподготовки. В зависимости от требуемой степени очистки могут применяться разные методы осветления воды, которые основаны на применении различных физических, химических и физико-химических процессов. Необходимая степень осветления и обесцвечивания воды во многом зависит от целей ее последующего использования, а технологические приемы и аппаратурное оформление, используемые при этом, определяются размерами взвешенных частиц, их концентрацией и физико-химическими свойствами. Для достижения требуемой степени очистки воды от взвешенных веществ очень часто эти методы осветления воды применятся в комбинации друг с другом: например, отстаивание с фильтрованием или коагуляция с отстаиванием и фильтрованием и т.д. Эффект осветления может быть повышен при использовании химической обработки воды, что обуславливает применения вспомогательных процессов, таких как: коагуляция, флокуляция и химическое осаждение.
Взвешенные примеси, находящиеся в воде, обладают различной дисперсностью - от крупных частиц, которые быстро оседают под действием силы тяжести, до микрочастиц, которые образуют коллоидные системы. Высокая эффективность устройств для осветления воды особенно важна при внедрении малозатратной энергосберегающей технологии очистки сточных вод, в рамках очистных сооружений реагентного типа. Повторное использование промышленных сточных вод невозможно без тщательного их осветления на высокопроизводительных очистных сооружениях [6-12]. В практике проектирования современных очистных сооружений сточных вод производств защитных покрытий и печатных плат наблюдается тенденция применения известных технических и технологических решений в области осветления. Как показал анализ ряда проектов очистных сооружений предприятий радиоэлектроники, в которых на стадии осветления применялись полочные отстойников, их установка не обеспечивала высокого эффекта осветления, в связи с необратимым заполнением межполочного пространства осадком, а также недолговечность материала полок. Это и послужило поводом для
отказа от тонкослойного отстаивания, несмотря на то, что в других отраслях его применение обеспечивали эффективное осветление сточной воды [9, 11]. Следует отметить, что выявленные дефекты не дискредитируют идею тонкослойного отстаивания, а только подтверждают ошибочность заимствования техники из смежных отраслей без предварительного учета особенностей технологии образования и обработки сточных вод в рассматриваемых технологических процессах. Главная причина заключается в том, что концентрация взвеси, её состав и свойства на предприятиях радиоэлектроники и приборостроения изменяются непрерывно. Это противоречит основному принципу конструирования и расчета геометрических размеров полочных отстойников: постоянство нагрузки, начальной и конечной концентрации взвеси, её дисперсности и плотности. Кроме того, в реальных сточных водах масса частиц гидравлической крупности менее 0,05 см/с составляет более 80 %.
Поэтому целью данной работы является совершенствованию полочных отстойников для возможности их применения в осветлителях сточных вод производств защитных покрытий и печатных плат, как в целом так и за счёт добавления в их конструкцию контактного хлопьеобразования. Ддя чего необходимо проведение детального исследования процесса контактнго
хлопьеобразования и на результатах этих исследований разработка высокоэффективных осветлительных установок, оборудованных полочными модулями и контактными хлопьеобразователями перед входом сточных вод и на выходе из него.
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Экспериментальные исследования проводились только на натурном стоке с использованием промышленных аппаратов и полупроизводственных нестандартных установок для компоновки схемы доочистки. Такая линия была разработана и смонтирована на очистных сооружениях базового объекта Брестского электромеханического завода (БЭМЗ). Она состояла из полупроизводственных установок 1 и 2 ступеней для осветления сточных вод и промышленных аппаратов для обессоливания электродиализом и ионообменном [9, 11]. Линия была оборудована необходимыми промежуточными ёмкостями для накопления сточных вод и насосами для перекачки в систему технического водоснабжения. Отбор проб для определения содержащихся в воде основных лимитированных показателей проводился на всех стадиях обработки стоков. Для определения использовались стандартные методики. Серии «сквозных» экспериментов чередовались с отработкой параметров отдельных её элементов. Результаты исследований приведены в следующих разделах.
Контактное хлопьеобразование перед осветлением в тонкослойном модуле и на выходе.
Формирование хлопьев гидроокисей в реакторе-нейтрализаторе происходит при активном массообмене за счёт перемешивания системы мешалками химических реакторов. Однако длительное перемешивание приводит к разрушению хлопьев и утраты их тиксотропных свойств. В практике водоподготовки эти последствия устраняются подбором соответствующего времени пребывания системы в реакторе. В рассматриваемых условиях целесообразно в качестве устройства для накопления и укрупнения хлопьев перед седиментацией использовать зернистый слой. При движении суспензий в зернистой среде происходят процессы кольматации пор и суффозии из них накопившегося материала.
В начальный период преобладает задержание взвеси с изъятием из потока твёрдой фазы. В конечный - увеличение концентрации твёрдого в потоке за счёт изъятия агрегатов взвеси из пор фильтрующего слоя. Выполнен анализ как начальной стадии, так и конечной для реализации фильтрования суспензии и регенерации загрузки контактного зернистого хлопьобразователя (КЗХО), устанавливаемого перед входом в полочный модуль и после него, в том числе и состоянии зернистой загрузки в состоянии пересыщения осадком [9, 11, 12].
Рассмотрим зернистую среду, находящуюся в состоянии пересыщения осадком, в стационарном состоянии, когда количество осадка в нём меняется. В каждом сечении этой загрузки концентрация осевших частиц равна концентрации отрывающихся частиц. Предположим, что поступающая на вход зернистой загрузки концентрация осевших частиц с концентрацией Со. Вследствие сделанного предположения, на выходе, а также в любом сечении загрузки, концентрация суспензии также равна Со, однако распределение частиц по размерам меняется, и в выходном сечении содержание вторичных (укрупнённых) частиц будет максимальным. Обозначим текущую концентрацию первичных частиц в сточных водах Сг, в осадке - аг, соответственно вторичных частиц - С2 и а2.
Уравнение баланса для них имеет вид:
и Ъ 3 = 0, V ^+—2 = 0 , (1)
дх а? дх д? 4 у
где V - скорость фильтрации. В силу
стационарности режима имеет очевидные соотношения:
С1 + С2=Со, а1 = а2 = ао, (2)
где ао - полная ёмкость фильтровадбной загрузки. Кинетика прилипания первичных частиц описывается внешнедиффузионным уравнением:
^ = РС , а н 1'
(3)
причём в силу (2) отрыв частиц определяется скоростью прилипания первичных частиц взвеси, т. е:
да2
~дТ
да ~dt'
Решение системы (1) - (3) имеет вид:
С,
С -exp {—
ßx
^1=1 91
(4)
и является стационарным. Таким образом, степень обогащения суспензии вторичными частицами определяется кинетикой прилипания частиц. Чем выше кинетический коэффициент ¡3 и длина фильтровальной загрузки, тем эффективнее происходит процесс агрегирования.
Кинетический коэффициент в зависит от свойств осадка и гидродинамических условий в закольматированном слое. В литературе отсутствуют данные о параметрах фильтрования в области пересыщения фильтра осадком. Однако для оценок можно воспользоваться теми данными, которые приводятся в литературе для стадии формирования осадка, то есть в докритической области.
Кинетический коэффициент в для песчаной фильтровальной по данным Минца [7, 8] зависит от скорости V и диаметра зёрен загрузки в соответствии с формулой
ß = b-V03 ■ d
-1,4
(5)
и может быть рассчитан методом технологического моделирования. Более точные зависимости от условий фильтрации могут быть определены на основе экспериментальных данных.
Укажем способ выбора условий фильтрования в «запредельной» области». Длина фильтра I, размер зёрен ё и скорость V фильтрации выбираются таким способом, чтобы для суспензии заданного качества обеспечить заданную степень осветления на чистой загрузке, см. формулу (4). Тогда соответствующая степень агрегирования может быть достигнута при тех же условиях фильтрации в области пересыщения фильтра.
Поскольку степень осветления после КЗХО практически не лимитируется, а длина его
фильтровальной загрузки должна быть минимальной, остаётся варьировать размером зёрен и скоростью движения жидкости в фильтре. Скорость должна быть достаточной для транспортирования крупных агрегатов взвеси в поровом пространстве, а величина поровых каналов на порядок выше хлопьев.
Расчёты показывают, что для агрегатов взвеси 1 мм скорость фильтрования более 6 м/ч, диаметр горловин поровых каналов не менее 10 мм, что соответствует размерам зёрен 40.60 мм. Простая форма зёрен и их гладкая поверхность гарантирует отрыв и выход в зону седиментации достаточно крупных агрегатов. Массовому отрыву и выносу созревших хлопьев предшествует стадия «насыщения» фильтра, которая тем продолжительнее, чем больше длина (высота) зернистого слоя и больше период «старения» осадка. Это также надо учитывать при выборе конструктивных размеров КЗХО. Схема хлопьеобразования на опытной установке представлена на рис.1.
Исследования на реальном стоке базового предприятия подтвердили все эти положения. Вместе с тем установлено, что часть дисперсной взвеси (в основном микрохлопья гидроокиси меди) не участвует в процессе хлопьеобразования на ультракрупнозернистой загрузке. Дополнительно КЗХО из гранул вспененного полистирола диаметром 1.3 мм, установленный на выходе из тонкослойного модуля, обеспечил укрупнение хлопьев гидроокиси меди при ограниченной длине зернистого слоя. Таким образом, показана принципиальная возможность избирательного хлопьеобразования и накопления осадка с преобладающим содержанием металлов.
Важной особенностью КЗХО является его низкая чувствительность к колебаниям концентрации взвеси и к изменениям скорости движения системы в пористой среде (разумеется в известных пределах). Это позволяет существенно улучшить осветление стоков при колеблющемся их расходе и изменяющемся их составе в высокопроизводительных осветлительных
устройствах.
Рис. 1. Схема тонкослойного модуля со встроенными камерами хлопьеобразования: 1 - вода на осветление; 2 - входная камера хлопьеобразования; 3 - нисходящий пакет; 4 - осадок; 5 - восходящий пакет;
6 - выходная камера хлопьеобразования; 7 - осветленная вода. Fig. 1. Scheme of a thin-layer module with integrated flocculation chambers: 1 - water for clarification; 2 - input flocculation chamber; 3 - descending package; 4 - sediment; 5 - ascending package;
6 - output flocculation chamber; 7 - clarified water.
7
2
6
Тонкослойное осветление. Не менее важным следует считать более высокий удельный объем гидроокисного осадка (10.. .15 %) и сравнительно низкую концентрацию твердой фазы (4.5 г/л). При таких свойствах осадка требуется значительный объем иловой части, должны быть учтены также высокие структурно-механические и адгезионные свойства осадка при выборе режимов его удаления из межполочного пространства и накопителя. Выбор материала полок и конструкции их крепления; в пакетах традиционно сложен. В настоящее время имеется ряд технических решений, где можно выбрать наиболее приемлемые конструкции [6 - 9]. Во всех случаях трудности уменьшаются по мере сокращения длины полок.
Учитывая изложенное, сформулированы основные принципы подхода к конструированию модулей для стоков с преобладающим содержанием гидроокисной взвеси с низкой плотностью, переменной концентрацией и свойствами.
1. Отстойник выполняется многосекционным для удобства организации периодической их продувки|, предупреждающей зависание осадка в межполочном пространстве и переполнение отстойной части. Обязательно наличие отдельного осадкоуплотнителя на группу секций. Соотношение отстойной и осадочной части от 1: 6 до 1: 10.
2. Для сокращения общей высоты отстойника целесообразно принимать нисходяще-восходящие модули. При этом площадь сечения нисходящего модуля может быть вдвое меньше расчетной площади восходящего модуля. Таким образом, значительная часть осадка из нисходящего модуля будет вымываться попутным потоком жидкости. Снижение концентрации взвеси и скорости движения в восходящем модуле способствует более глубокому осветлению воды.
Таким образом, упрощаются системы подвода-отвода и распределения воды по сечению модуля.
3. Укрупнение и стабилизация величины частиц взвеси достигается принудительным
хлопьеобразованием. При необходимости дополнительный фильтр может быть установлен над восходящим модулем. Он является дополнительным хлопьеобразователем перед сооружениями второй ступени осветления.
На рис. 2 показана схема модуля, изготовленного из металла и установленного на линии доочистки стоков.
Модуль содержит две камеры хлопьеобразования - входную и выходную, два полочных пакета - нисходящий и восходящий, конусную часть для сбора и уплотнения осадка. Площадь восходящего пакета вдвое больше площади нисходящего, угол наклона 60О. Входная камера загружена кубиками вспененного полистирола, размерами 40-60 мм, выходная - зёрнами гранулированного полистирола диаметром 2-5 мм. Общая площадь отстойника 0,54 м2.
Были исследованы различные режимы работы отстойника при различных нагрузках на аппарат от 2 до 8 м3/м2/ч.
1. Нисходяще-восходящий модуль.
2. Нисходяще-восходящий модуль с ПАА.
3. Нисходяще-восходящий модуль с КЗХО (рис
2).
Первые два режима показали разброс данных по эффекту осветления на 30 %. Третий режим отличался сравнительно небольшим разбросом даже при много большем наборе данных. Опытно-промышленная установка, в состав которой входит описанный выше модуль, эксплуатируется много лет. Средние показатели качества отстоя приведены в таблице 1.
Таблица 1. Показатели работы модуля Table 1. Module performance indicators
Показатели Взвешенные вещества, мг/л Железо общее, мг/л Хром, мг/л Медь, мг/л рН
Осреднённое значение на выходе 30,0 1,5 0,1 2,6 9,3
Опытный модуль имел незначительный объём осадкоуплотнителя - 0,5 м3. При среднем расходе стоков до 2,5 м3/ч и удельном объёме осадка 3 % опорожнение его проводилось через 14-18 ч работы. Средняя влажность осадка - 92 %.
Отвод воды
13
12
Подача воды
Вид А
9, 8
1111 1--U
ШТ.Т
Рис. 2. Схема опытного модуля тонкослойного отстойника. (А. С. №1242201 [9]) 1 - металлический корпус; 2 - распределительная система для подачи загрязнённой воды; 3 - прямоточный модуль; 4 - крупнозернистая загрузка; 5 - осадкоуплотнитель; 6 - противоточный модуль; 7 -мелкозернистая загрузка; 8 - вертикальная перегородка; 9 - сборная система; 10, 11 - противоположно направленные козырьки на верзних и нижних концах для удержания загрузки; 12 - сетка, ограничивающая сверху и снизу мелкозернистую загрузку; 13 - перепускные окна Fig. 2. Scheme of the pilot module of a thin-layer sump. (Copyright certificate №1242201 [9]): 1 - metal housing; 2 - distribution system for the supply of contaminated water; 3 - direct-flow; 5 - sedimentation compactor; 6 - countercurrent module; 7 - fine-grained loading; 8 - vertical partition; 9 - prefabricated system; 10, 11 - oppositely directed visors at the upper and lower ends to hold the loading; 12 - a grid that restricts fine-grained loading from above and below; 13 - bypass windows
2
Производились параллельные наблюдения за работой модуля и производственного вертикального отстойника, были организованы замеры скорости отстаивания, определялось содержание взвешенных веществ на выходе, содержание железа общего на входе и выходе, подсчитан эффект осветления по железу. Замеры и отбор проводились в дневную и вечернюю смены. Всего проведено 7 циклов наблюдений в разные дни недели месяца. Два цикла совпали с периодом работы вакуум-фильтров, сопровождавшимися выносом взвеси из вертикальных отстойников. Качество отстоя после модуля при этом оставалось в пределах средних значений. В отдельные часы скорость движения воды в вертикальном отстойнике менялась от 0,015 до 0,45 см/с. Скорость в модуле колебалась между 0,06 и 0,09 см/с. На рис. 3. Представлены зависимости влияния скорости отстаивания на эффект осветления для различных режимов работы отстойника.
Качество воды на выходе из отстойника иногда приближалось к качеству отстоя после модуля. Средние результаты 5 циклов приведены в табл. 2.
Анализ данных таблицы 2 свидетельствуют о том, что даже при скорости отстаивания, втрое превышающей скорости в вертикальном отстойнике, эффект осветления полочного отстойника остаётся вдвое выше Сравнение явно в пользу тонкослойного отстаивания с предварительным контактным
хлопьеобразователем.
Таким образом, применение полочных отстойников с нисходяще-восходящим модулем и встречными контактными камерами реакции позволяет резко интенсифицировать процессы осветления и существенно повысит качество очищенной воды. Вместе с тем, эксплуатация их по сложности приближается к обслуживанию механических фильтров, что и следует отмечать в проектах.
а
ю о
<и Рн О
С «
К К <и
ч н
(U
и о о
ё (U
о
30
30
30
70
50
2
N N
\ ч ^3
ч
0,2 0 ,4
0,6
1,0
1,2, Уо
м/с
Рис. 3. Влияние скорости отстаивания на эффект осветления: 1 - полочный отстойник без КЗХО; 2 - полочный отстойник с КЗХО; 3 - полочный отстойник без КЗХО с использованием ПАА Fig. 3. The effect of settling rate on the clarification effect: 1 - shelf settling tank without CLC; 2 - shelf settling tank with CLC; 3 - shelf settling tank without CLC using PAA
Таблица 2 Сравнение работы полочного и вертикального отстойников Table 2 Comparison of the work of shelf and vertical settling tanks
Показатели работы Скорость потока, см/с Взвешенные вещества, мг/л Железо общее, мг/л, эффективность,%
Осреднённое значение полочного/вертик. отстойников 0,08/0,024 32,3/201 1,63/11,5 91/38
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ОТСТОЙНИКОВ НА ОЧИСТНЫХСООРУЖЕНИЯХ
На очистных сооружениях базового предприятия БЭМЗ эксплуатируются два стандартных вертикальных отстойника, объём каждого из них - 295 м3 (объём цилиндрической части - 203,5 м3). Для повышения эффективности отстаивания было предложено в центральной трубе вертикального отстойника разместить
крупнозернистую камеру хлопьеобразования (рис. 4). Совместно с лабораторией №36 МГПИ были проведены производственные наблюдения и исследования. Предложено в центральной трубе вертикального отстойника разместить
крупнозернистую камеру хлопьеобразования. Загрузка её осуществлена кусками вспененного полистирола крупностью 40.60 мм слоем 700 мм и размещена под металлической решёткой, установленной на глубине 450 мм ниже переливной кромки осветлённой воды. На расстоянии 200 мм под нижней кромкой вспененного полистирола установлена другая решётка, предотвращающая падение загрузки при опорожнении отстойника непосредственно на очистных сооружениях БЭМЗ.
Анализ проведенных наблюдений и результатов исследования показали, что эффективность задержания взвеси после установки крупнозернистой камеры хлопьеобразования достигла 75.80%, против 50.60% без ее использования. Для дальнейшего повышения эффективности работы осветлителей была произведена реконструкция отстойника путём добавления в него сборных полочных модулей, показанных на рисунке 5.
Наблюдения за работой модуля и производственного вертикального отстойника производились параллельно. Измерялись следующие показатели: скорость отстаивания, содержание взвешенных веществ на выходе, содержание железа общего на входе и выходе. По результатам исследований определен эффект осветления по железу. Замеры и отбор проб проводились в дневную и вечернюю смены. Всего проведено 7 циклов наблюдений в разные дни недели месяца. Два цикла совпали с периодом работы вакуум-фильтров, они сопровождались выносом взвеси из вертикальных отстойников. Качество осадка после модуля при этом оставалось в пределах средних значений. В отдельные часы скорость движения воды в вертикальном отстойнике менялась от 0,015 до 0,45 см/с. Скорость в модуле колебалась между 0,06 и 0,09 см/с.
Рис. 4. Схема переоборудования вертикального отстойника с нисходящим и восходящим движением воды полочным восходящим модулем и зернистым хлопьеобразователем [15]: 1 - трубопровод подачи воды; 2 - кольцевая перегородка с распределителем потока; 3 - тонкослойный модуль; 4 - ограничивающая и поддерживающая сетки; 5 - зернистый хлопьеобразователь; 6 - большая кольцевая перегородка; 7 - труборовод отвода осадка; 8 - тонкослойный модуль; 9 - труба для отвода осветлённой воды Fig. 4. Diagram of the conversion of a vertical settling tank with descending and ascending movement of water by a shelf ascending module and a granular flocculator [15]: 1 - water supply pipeline; 2 - annular partition with a flow distributor; 3 - thin-layer module; 4 - limiting and supporting grids; 5 - granular flocculant; 6 - large annular partition; 7 - sediment drainage pipeline; 8 - thin-layer module; 9 - pipe for the discharge of clarified water
2
9
A-►
Fig. 5. Shelf module element
Диапазон скорости зависит от суточного притока сточных вод. В ночные часы и в перерывах в работе она была очень мала, а при пиковой нагрузке, в особенности в конце месяца, увеличивалась многократно. Средние результаты 5-ти циклов приведены в таблице 3.
Анализ данных таблицы 3 свидетельствуют о том, что даже при скорости отстаивания втрое пре-
вышающей скорость в вертикальном отстойнике эффект осветления полочного отстойника остаётся вдвое выше. Реконструкция существующих на ОАО «БЭМЗ» вертикальных отстойников выполнена в соответствии с патентом [15]. Предложенная реконструкция существующего вертикального отстойника позволила повысить эффект осветления с 60.70% до 93% и существенно снизить вероятность выноса осадка.
Таблица 3. Сравнение эффективности работы полочного и вертикального отстойников Table 3. Comparison of the efficiency of shelf and vertical settling tanks
Показатели работы Скорость потока, см/с Взвешенные вещества, мг/дм3 Железо общее, мг/дм3 Эффективность, %
Полочный отстойник 0,08 32,3 1,63 93
Вертикальный отстойник 0,024 201 11,5 38
Методика и расчёты по оборудованию вертикального отстойника D = 9 м полочными пакетами приведены в диссертационной работе [16].
Таким образом, в статье рассмотрена актуальная проблема по совершенствованию оборотных циклов промышленного водоснабжения за счет модернизации процесса осветления сточной воды на предприятиях по производству радиоэлектроник компьютерной и телекоммуниционной техники. Повышение эффекта осветления обеспечено за счет модернизации полочных отстойников для возможности их применения в осветлителях сточных вод производств защитных покрытий и печатных плат, на основании выполненного обоснования принципиальной возможности избирательного хлопьеобразования и накопления осадка с преобладающим содержанием металлов.
ВЫВОДЫ
1. Проведены исследования процесса контактного хлопьеобразования на реальных сточных водах и по результатам этих исследований сформулированы основные принципы подхода к конструированию модулей для сточных вод с преобладающим содержанием гидроокисной взвеси с низкой плотностью, переменной концентрацией и свойствам, а именно:
- укрупнение и стабилизация величины частиц взвеси в фильтровальной загрузке на входе в полочный модуль должна достигатся за счёт принудительного хлопьеобразования. При необходимости, дополнительная фильтровальная загрузка может быть установлена над восходящим модулем. Он является дополнительным хлопьеобразователем перед сооружениями второй ступени осветления;
- для сокращения общей высоты отстойника целесообразно принимать нисходяще-восходящие модули. При этом площадь сечения нисходящего модуля может быть вдвое меньше расчетной
площади восходящего модуля. Таким образом, значительная часть осадка из нисходящего модуля будет вымываться попутным потоком жидкости. Снижение концентрации взвеси и скорости движения в восходящем модуле способствует более глубокому осветлению воды. Таким образом, упрощаются системы подвода-отвода и распределения воды по сечению модуля;
- для удобства организации периодической продувки отстойников|, предупреждающей зависание осадка в межполочном пространстве и переполнение отстойной части, отстойники должны выполнятся многосекционныи при бязательном наличии отдельного осадкоуплотнителя на группу секций. Соотношение отстойной и осадочной части от 1 : 6 до 1 : 10.
2. Установлено и на практике подтверждено, что за счёт размещения простейшего технического решения крупнозернистой камеры хлопьеобразования в центральной трубе вертикального отстойника можно добиться эффективности задержания взвеси 75.80 %, против 50 .60% без ее использования.
3. Эффективности работы осветлителей после дальнейшего добавления в него сборных полочных модулей достигет до 93 %, что многократно увеличивает межрегенерационный период загрузки механических фильтров
ЛИТЕРАТУРА
1. В.И. Данилов-Данильян, И.Е. Рейф. Биосфера и цивилизация. М.: Энциклопедия, 2016 - 432 с.
2. В.И.Данилов-Данильян, К.С.Лосев, И.Е.Рейф. Перед главным вызовом цивилизации. Взгляд из России. М.: ИНФРА-М, 2005. - 224 с.
3. S. Postel. The last oasis. Facing water scarcity. London: Earthscan Publications Ltd., Worldwatch Institute, 1992. - 226 p.
4. Копылов А.С. Процессы и аппараты передовых технологий водоподготовки и их программированные расчеты/ А.С. Копылов, В.Ф. Очков, Ю.В. Чудова. - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. - 222 с.
5. Ризо Е.Г. Особенности решения проблемы жидких отходов на гальваноочистных комплексах// Вода и экология. Проблемы и решения. - 2003. -№4. - С.33-36.
6. Дегремон. Технический справочник по обработке воды: в 2 т: пер. с фр. - СПб.: Новый журнал, 2007.
7. Очистка промышленных сточных вод: пер. с нем. - СПб: Новый журнал, 2012. - 384 с.
8. Справочник по современным методам и технологиям очистки природных и сточных вод и оборудованию / ДАНСЕЕ, отдел по Восточной Европе. - Копенгаген, 2001. - 253 с.
9. Урецкий Е.А. Ресурсосберегающие технологии в водном хозяйстве промышленных предприятий. Монография. - Брест: изд-во БГТУ, 2007. -396 с.
10. Гогина Е.С., Гуринович А.Д, Урецкий Е.А. Ресурсосберегающие технологии промышленного водоснабжения и вол отведения: Справочное пособие. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов РФ, 2012. - 312 с.
11. Урецкий Е. Ресурсосберегающие технологии в водном хозяйстве промышленных предприятий. Монография. - Изд-во LAP LAMBERT Academic Publishing, Germany, 2014 - 360 с.
12. Совершенствование схем действующих очистных сооружений на предприятиях отрасли и повышение уровня их эксплуатацииТехнический. Руководитель темы Урецкий Е.А. Технический отчёт по НИР 01 -36-51-02 Шифр " Внедрение-89", Москва, Брест. 1990.
13. Урецкий Е.А. и др. Устройство для осветления жидкости, содержащей взвешенные и всплывающие вещества: а.с. 1212478 СССР, 1984.
14. Урецкий Е.А.и др Устройство для осветления жидкости: а.с. 1242201 СССР, 1985.
15. Е. А. Урецкий Е.А., Мороз В.В. Вертикальный отстойник: пат. 10935 Республика Беларусь, 2015.
16. Мороз В. В. Ресурсоберегающая реагентная технология совместной очистки сточных вод лакокрасочных и гальвнических производств приборо- и машиностроения: дис. ... канд. техн. наук. Минск, 2018. 176 с.
REFERENCES
1. V.I. Danilov-Danilyan, I.E. Reif. Biosphere and civilization. Moscow: Encyclopedia, 2016 - 432 p.
2. V.I. Danilov-Danilyan, K.S. Losev, I.E.Reif. Before the main challenge of civilization. View from Russia. Moscow: INFRA-M, 2005. - 224 p.
3. S. Postel. The last oasis. Facing water scarcity. London: Earthscan Publications Ltd., Worldwatch Institute, 1992. - 226 p.
4. Kopylov A.S. Processes and apparatuses of advanced water treatment technologies and their programmed calculations/ A.S. Kopylov, V.F. Points, Yu.V. Chudova. - M.: Publishing House of MEI, 2009. - 222 p.
5. Rizo E.G. Features of solving the problem of liquid waste at electroplating complexes// Water and ecology. Problems and solutions. - 2003. - № 4. - Pp.3336.
6. Degremon. Technical reference book on water treatment: in 2 t: trans. from fr. - SPb.: Novy zhurnal, 2007.
7. Industrial wastewater treatment: trans. from German. - SPb: Novy zhurnal, 2012. - 384 p.
8. Handbook on modern methods and technologies of natural and wastewater treatment and equipment / DANSEE, Department for Eastern Europe. - Copenhagen, 2001. - 253 p.
9. Uretsky E.A. Resource-saving technologies in water management of industrial enterprises. Monograph. - Brest, publishing house of BSTU, 2007. -396 p.
10. Gogina E.S., Gurinovich A.D., Uretsky E.A. Resource-saving technologies of industrial water supply and drainage: A reference manual. - M.: Publishing House of the Association of Construction Universities of the Russian Federation, 2012. - 312 p.
11. E. Uretsky. Resource-saving technologies in the water sector of industrial enterprises. Monograph - publishing house of LAP LAMBERT Academic Publishing, Germany, 2014 -360 p.
12. Improving the schemes of existing treatment facilities at the enterprises of the industry and increasing the level of their operationtechnical. Topic Supervisor Uretsky E.A. Technical report on research and development 01 -36-51-02 Cipher " Introduction-89", Moscow, Brest. 1990.
13. Uretsky E.A. et al. Device for clarification of liquid containing suspended and floating substances: A.S. 1212478 USSR, 1984.
14. Uretsky E.A. and others Device for clarification of liquid: A.S. 1242201 USSR, 1985.
15. E. A. Uretsky E.A., Moroz V.V. Vertical sump: pat. 10935 Republic of Belarus, 2015.
16. Moroz V. V. Resource-saving reagent technology of joint wastewater treatment of paint and varnish and galvanic industries of instrument and mechanical engineering: dis. ... candidate of Technical Sciences. Minsk, 2018. 176 p.
RESEARCH AND IMPROVEMENT OF CLARIFIERS FOR WASTEWATER PRODUCTION OF PROTECTIVE COATINGS AND PRINTED CIRCUIT CARDS
Uretskiy1 E.A., Nikolenko2 I.V., Moroz3 V.V.
1 Republican unitary enterprise Belarasian state design institute "Belgpi" Vitebsk, pushkin, 6, Republic of Belarus. 210602
E-mail: euretsky@yandex.by 2.. V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Academy of construction and architecture, 181, Kievskaya str., Simferopol, 295050, Russian Federation E-mail: nikoshi@mail.ru 3. Educational institution "brest state technical university" 224017 Republic of Belarus, Brest, moskovskaya str., 267 E-mail: vovavall@mail.ru
Abstract. The process of contact flocculation has been studied and highly efficient clarification plants equipped with shelf modules and contact flocculators before and at the outlet of wastewater have been developed on its basis. The efficiency of clarification of a thin-layer module with a descending-ascending water flow and built-in flocculation chambers reaches a suspension retention of up to 95% or more. Reconstruction of vertical settling tanks with a capacity of 200 m3 of treatment facilities of the base enterprise OJSC "Brest Electromechanical Plant" was carried out by adding a flocculation chamber and shelf inserts to them. The proposed reconstruction of the existing vertical settling tanks made it possible to increase the clarification effect from 50^60% to 93%, increase the inter-flushing period of mechanical filters many times over, and significantly reduce the likelihood of sediment carryover.
The subject of the study. The process of contact flocculation on real wastewater to improve the efficiency of clarification of industrial wastewater of protective coatings and printed circuit boards with the use of shelf settling tanks.
Materials and methods of research: Theoretical and experimental studies have been carried out to substantiate the fundamental possibility of selective flocculation and accumulation of sediment with a predominant metal content in modernized shelf settling tanks. Experimental studies have shown a significant increase in the lightening effect due to the installation of a thin-layer module with built-in flocculation chambers in shelf clarifiers.
Results. For wastewater with a predominant content of hydroxide suspension with low density, variable concentration and properties, the necessity of installing a coarse-grained flocculation chamber in the central pipe of a vertical sump is justified in order to achieve the suspension retention efficiency of 75...80%, versus 50...60% without its use. The efficiency of the clarifiers has been achieved up to 93% due to the addition of prefabricated shelf modules to it, which greatly increases the inter-regeneration loading period of mechanical filters.
Conclusions. Based on the results of the theoretical and experimental studies carried out, the basic principles of the approach to the design of thin-layer modules providing an increase in the efficiency of clarifiers for wastewater production of protective coatings and printed circuit boards are formulated. It is shown that the improvement of shelf settling tanks ensures their effective use in wastewater clarifiers for protective coatings and printed circuit boards, both in general and by adding contact flocculation to their design.
Key words: waste water, clarification, thin-layer sump, shelf inserts, contact flocculants, filter loading, pH, clarification efficiency.
