CC BY
18
УДК 628.32:334.716.4:664.1(470.40) 2 DOI: 10.24412/1816-1863-2022-3-64-68
и
IK
со О X
О
I-
и
о
со Ф VD
Ф т
О
ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ПРИМЕРЕ САХАРНОГО ЗАВОДА ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
о ^
и а
^ В. А. Щепетова, к. т. н, доцент ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет
¡2 архитектуры и строительства», [email protected], Пенза, Россия,
х Д. А. Тюрина, магистр ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет
2 архитектуры и строительства», [email protected], Пенза, Россия и
Ф Статья посвящена проблеме очистки сточных вод на сахарном производстве. Была поставлена х цель исследования — выбрать оборудование для дополнительной очистки сточных вод на исследуемом предприятии. Были проанализированы концентрации загрязняющих веществ в сточных водах после существующей очистки. Данные показатели были выбраны как исходные, на основании которых произведены расчеты. В качестве предлагаемого метода выбран физико-хими-у ческий — напорный флотационный. Он позволит наиболее качественно произвести очистку сточных вод от загрязняющих веществ. Рассмотрены его преимущества и недостатки. Исходя из объема производства на исследуемом предприятии, а также требований к качеству очищенной
О х
и
с воды был произведен расчет оборудования, в результате которого выбрана напорная флотационная установка с определенными техническими характеристиками. Дано предложение по месту установки оборудования. Рассчитана себестоимость и окупаемость. Таким образом, предложенное оборудование в системе очистки сточных вод будет занимать незначительный промежуток време-
О ни, в пределах 20—40 минут, но при этом эффективность очистки может достигнуть до 90—93 %. и Внедрение данного оборудования в технологический процесс исследуемого предприятия позволит более тщательно очистить сточные воды от загрязняющих веществ, кроме того, может являться составной частью замкнутого оборотного водоснабжения.
The article is devoted to the problem of wastewater treatment in sugar production. The purpose of the 2 study was set to choose equipment for additional cleaning of wastewater at the studied enterprise. The concentrations of pollutants in wastewater after existing cleaning were analyzed. These indicators were selected as the original, on the basis of which calculations were made. As the proposed method, physico-chemical-pressure flotation. It will allow the most qualitatively to clean the wastewater from pollutants. Its advantages and disadvantages are considered. Based on the volume of production at the studied enterprise, as well as the requirements for the quality of purified water, the equipment was calculated, as a result of which a pressure fleet of installation with certain technical characteristics was selected. A proposal is given at the place of installation of equipment. The cost and payback is calculated. Thus, the proposed equipment in the wastewater treatment system will occupy an insignificant period of time, within 20—40 minutes, but at the same time, the effectiveness of cleaning can reach up to 90—93 %. The introduction of this equipment into the technological process of the studied enterprise will more carefully clean the wastewater from pollutants, in addition, it may be an integral part of a closed water supply.
Ключевые слова: водопотребление, физико-химические методы очистки, сахарный завод, флотация, флотационная установка, сточные воды, загрязняющие вещества, технические характеристики, эффективность очистки, себестоимость, окупаемость.
Keywords: water consumption, physicochemical cleaning methods, sugar factory, flotation, flotation installation, wastewater, pollutants, technical characteristics, cleaning efficiency, cost, payback.
64
Введение
Основной целью статьи является рассмотреть возможность применения флотатора для очистки сточных вод на сахарном заводе, что позволит снизить концентрацию загрязняющих веществ и, как следствие, уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.
Выбор метода исследования основывался на поставленных задачах, целях и существующих практических проблем. Для этого использовались теоретические и практические методы, а именно: анализ и изучение литературных источников и интернет-ресурсов по исследуемой теме, нормативных документов, а также анализ конкретного производственного объекта.
Результаты и обсуждение
Сахарные заводы являются одними из крупнейших водопотребителей. Вода необходима практически на каждом участке технологического процесса. Использование замкнутого оборотного водоснабжения при производстве сахара является одной главных целей любого предприятия. На примере АО «Земетчинский сахарный завод» мы предпримем попытку усовершенствовать очистку сточных вод путем внедрения флотатора.
Как было уже сказано, свекло-сахарное производство является активным потребителем воды. Она необходима для проведения различных технологических процессов, начиная с кагата, где происходит техническая очистка от механических загрязнений корнеплодов с помощью гидротранспортера и моечных машин, затем диффузионная обработка свекловичного сока и заканчивая выпариванием сульфи-тированного сока. В результате технологического процесса сточные воды исследуемого предприятия будут содержать такие загрязнители как: взвешенные вещества, соединения кальция, магния, железа общего, соединений азота, сероводород, сапонин, вещества органического происхождения и др. В большинстве случаев аналогичные предприятия расположены либо вблизи природных водных объектов, в которые ведется сброс сточных вод после очистки, либо сброс происходит в централизованную систему, поэтому следует уделять особое внимание очистным сооружениям подобных предприятий.
На АО «Земетчинском сахарном заводе» применяется неполная технологическая схема очистки сточных вод производства. Загрязненная вода проходит очистку на трех сооружениях: радиальный отстойник с камерой хлопьеобразования, биофильтр и фильтр с фильтрующей тканевой перегородкой. Несмотря на достаточно высокий показатель степени очистки вышеперечисленного оборудования, можно предположить, что существующая система очистки сточных вод производства является недостаточной.
Для дополнительной очистки нами было предложено включить в существующую технологическую схему напорный флотатор. Данное оборудование часто исполь-
зуется на предприятиях, где основными загрязняющими компонентами являются гидрофобные вещества или вещества с различной смачиваемостью водой. В нашем случае к таким будут относиться взвешенные вещества, органические соединения, последние влияют на показатели ХПК и БПК5. Кроме того, флотационные установки используют для очистки промышленных вод для снижения показателя цветности.
Флотация является физико-химическим процессом, в основе которого лежит образование комплекса частица-пузырек газа или воздуха, его всплывание на поверхность и последующее удаление из системы очистки. Причем основным преимуществом напорного флотатора является то, что размеры пузырьков газа или воздуха маленькие и могут уловить практически каждое загрязняющее вещество.
Принцип работы напорной флотационной установки основывается на двух этапах:
— насыщение очищаемой воды газом или воздухом под давлением;
— разделение образовавшейся пены от очищенной воды.
Проанализировав очистительную систему исследуемого предприятия, показа-тел и качества сточных вод до дополни -тельной очистки нами был произведен расчет параметров предлагаемого оборудования, а также себестоимость, сроки окупаемости, было предложено место установки выбранного оборудования.
Для того чтобы выбрать определенные технические характеристики предлагаемого оборудования, нам нужно знать характеристики, произвести расчет требуемой степени очистки, диаметр флотационной камеры и флотатора, объем напорных баков и т. д.
Для расчета напорного флотатора мы взяли следующие исходные данные:
— Высота отстойной зоны — 1,5 м.
— Высота флотатора — 3 м.
— Показатель очистки — 0,05 мг/л.
— Расход сточных вод, поступающих на флотатор, — 100 м3/ч. Для расчетов мы выбрали максимальное значение.
Расчет напорного флотатора:
1) Требуемая степень очистки сточных вод рассчитывается исходя из значений
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а
б
а>
ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I
оз
а
65
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
и
Ф
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т X
О
начальной и конечной концентрации загрязняющих веществ:
5) Диаметр флотатора составит:
= С0 - С к = 7 5 - 20 Сл 75
= 0,73,
(1)
т0
= | 1п ( 1 - а ) | = | 1п ( 1 - 0, 73) | =
К
3,54 • 10-
= 370 с = 6,17 мин и 6 мин,
О =
Дк = 0,6 Щ = 0,6
0, 028 2 • 10-3
= 2,25 м и 2,3 м,
66
Щ = 100 м3/ч = 0,028 м3/с;
V — скорость восходящего потока воды, мм/с;
V = 2 мм/с.
Д = 4 Щт 0 = I 4 • 100 • 6,1 7 = Дф А/л Н0 60 л/3 , 1 4 • 1 , 5 • 60
= 2,96 м и 3 м,
где с0 — начальная концентрация загряз -нений, г/м3; ск — конечная концентрация загрязнений, г/м3.
2) Для достижения требуемой степени очистки сточных вод можно рассчитать время пребывания жидкости в аппарате:
(2)
где К — интенсивность извлечения, зависящая от среднего диаметра пузырьков и газосодержания. Выбирается, исходя из справочных данных, и равняется 2,59*10—3. По литературным данным, общее время пребывания жидкости во флотаторе около 20 мин.
3) Зная расход сточных вод, поступающих на флотатор, мы можем рассчитать расход сточных вод Щ, поступающих на очистку:
(3)
где — время работы одного флотатора.
Данное время будет соответствовать продолжительности рабочего времени и составит 8 ч. Тогда
Щ = 100 X 8 = 800 м3/сут.
Далее рассчитываем основные параметры.
4) Диаметр флотационной камеры рассчитываем по формуле:
где Н0 — высота отстойной зоны (Н0 = = 1,5 м).
6) Объем флотокамеры Ж (м3) рассчитываем:
Ж = (6)
Ж = 800-0,004 = 3,2 м3.
¿0 — составляет 6 мин или 0,004 суток.
7) Площадь поперечного сечения флотокамеры ^2, м2:
= V = т800 = 4-6- (7)
8) Рабочая глубина жидкости ^2, м:
Н2 = Ж = 32 и 0,7. (8)
2 4,6
При проектировании флотатора для обработки сточных вод с расходом 100 м3/ч, как в нашем случае, используют радиальные флотаторы. Так как пропускная способность предлагаемого флотатора составляет не более 1000 м3/ч, поэтому на исследуемом предприятии достаточно установить только один радиальный флотатор.
Напорные баки (сатураторы):
Объем напорных баков рассчитывается из условия 1 — минутного пребывания в них сточных вод при рабочем давлении 5 кгс/см.
а) Необходимый объем сатураторов:
Ж = Щ = ^ =1-68 м
3 и 1,7 м3. (9)
(4)
где Щ — расход сточных вод, поступающих на флотатор, м3/ч;
б) Количество воздуха, необходимое для насыщения сточных вод, составляет 9 % общего расхода воды.
Для подачи воздуха во всасывающую трубу насоса выбирается эжектор. Насосное оборудование: Так как флотационная установка включает в себя воздухораспределитель, флотационную камеру и насосы, то можно рассчитать расход сжатого воздуха:
Овозд = 50-(1/Р + 1)-10-3Оф
(10)
где Р — может варьировать от 0,1 до 0,4 — избыточное давление в воздухе, МПа.
бвозд = 50*(1/0,4 + 1)-10-3-100 =
= 17,5 м3/ч.
После обработки сырья сточные воды обладают высоким показателем цветности и мутности. Поэтому в технологическом процессе очистки предприятию желательно совместно использовать коагулянты и флокулянты. Проведя анализ интернет-ресурсов и литературных источников, мы пришли к выводу, что ц елесообразнее использовать в качестве коагулянта сероно-кислый алюминий А^^О^. Нами был произведен расчет требуемой дозы коагулянта для исследуемого предприятия, площади склада для его размещения. В качестве флокулянта предприятию предложено использовать полиакриламид (ПАА). Так как он находится в виде порошка, мы предусмотрели дополнительное оборудование в виде аппарата с мешалками (станция для приготовления раствора флоку-лянта).
Исходя из величин начальной и конечной концентрация контролируемого показателя, мы рассчитали количество выпавшего осадка или эффект задержания взвешенных веществ.
бестоимости установки и сроки окупаемости, в случае приобретения флотатора. Стоимость материалов была выбрана в результате анализа предложений различных организаций, занимающихся продаже подобного оборудования.
Себестоимость установки оборудования составит
Сп = М + 3(1 + 0,01-(13 %• З)),
рубль, (12)
где М — стоимость материалов в рублях; З — средняя заработная плата сотрудников в рублях; 13 % — процент начисления в фонды социального страхования от заработной платы; И — накладные производственные траты в рублях.
Сп = 897 000 + 12 000-(1 + 0,01-1560) +
+ 175 000 х 1 271 200 тыс. руб.
Срок окупаемости данного оборудования рассчитывается по формуле:
К0 р = _
Рр ПЧ„.
(13)
О) *
о
О -1 X х
СО
Г) *
а
¡а
б
а>
ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
со
о-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I
оз
а
где Рр — срок окупаемости выраженный в годах; КГ0 — сумма вложенных средств; ПЧсг — чиста прибыль в среднем за год.
Жос = Q(C - С1) = 2400-(75 - 20) = = 132 кг/ч. (11)
„ _ 1 471 200 _ п ^/1 лч Р„ = --— = 0,54 и 6,5 мес.
р 2 720 680
Предлагаемый напорный флотатор можно установить в очистительную систему завода после фильтра с тканевой перегородкой. После очистки фильтром сточных вод, где контроль концентрации будет производиться по трем основным показателям по трем показателям: взвешенные вещества, БПК5, ХПК вода будет поступать на предложенное нами оборудование. Во время процесса очистки сточной воды во флотаторе будет происходить интенсивная аэрация сточных вод, что обеспечит хорошее вспенивание, которое приведет к снижению концентрации в воде исследуемых показателей [3].
Для внедрения предложенного оборудования нами был произведен расчет се-
Заключение
Таким образом, предложенное оборудование в системе очистки сточных вод будет занимать незначительный промежуток времени, в пределах 20—40 минут, но при этом эффективность очистки может достигнуть до 90—93 %. Как видно из расчетов, себестоимость флотатора незначительная, а сроки окупаемости его невелики. Внедрение данного оборудования в технологический процесс исследуемого предприятия позволит более тщательно очистить сточные воды от загрязняющих веществ, кроме того, может являться составляющей часть замкнутого оборотного водоснабжения.
67
Библиографический список
о
£ 1. Инженерная экология и экологический менеджмент: учебное пособие / М. В. Буторина, П. В. Воробьев, А. П. Дмитриева и др., под ред. Н. И. Иванова, И. М. Фадина. — М.: Логос, 2002 — 528 с.
« 2. Кривошеин Д. А., Кукин П. П., Лапин В. Л. и др. Инженерная защита поверхностных вод от про-
X мышленных стоков: учебное пособие, 2-е изд., стер. — М.: Высшая школа, 2008. — 344 с.
О 3. Гичев Ю. А. Очистка газов. Часть 1: конспект лекций — Днепропетровск НМетАУ, 2015. — 51 с.
О 4. Щепетова В. А., Тюрина Д. А. Разработка мероприятий, направленных на снижение негативного
и воздействия на гидросферу (на примере АО «Земетченский сахарный завод») // Образование и на-
¡3 ука в современном мире. Инновации. — 2022. — № 5 (42). — С. 166—171.
^ 5. Воронов Ю. В., Яковлев С. В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для вузов. — М.:
1- Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. — 704 с.
х
О т
I- _
и
SELECTION OF EQUIPMENT FOR DIALING WASTEWATER ON THE EXAMPLE OF THE SUGAR FACTORY OF THE PENZA REGION
CD iX
O
u V. A. Schepetova, Ph. D. (Ecology), assoc. professor, FGBOU VO "Penza State University
£ of Architecture and Construction", [email protected], Penza, Russia,
o D. A. Tyurin, master of FGBOU VO "Penza State University of Architecture and Construction:
u [email protected], Penza, Russia ö c O m CD VO w Ö
^ ogy and environmental management]. M.: Logos, 2002. 528 p. [in Russian].
CD 2. Krivoshein D. A. Inzhenernaya zashhita poverxnostnyx vod ot promyshlennyx stokov: uchebnoe posobie
x [Engineering protection of surface waters from industrial drains: a textbook]. M.: Vy'sshaya shkola, 2008.
¡5 344 p. [in Russian].
3. Gichyov Yu. A. Ochistka gazov. Chast' 1: Konspekt lekcij [Gas purification. Part 1: lecture notes]. Dne-
References
. Ivanova N. I. Inzhenernaya ekologiya i e'kologicheskij menedzhment: uchebnoe posobie [Engineering ecol-
O
^ propetrovsk NMetAU, 2015. 51 p. [in Russian],
4. Shchepetova V. A., Tyurina D. A. Razrabotka meropriyatij napravlennyh na snizhenie negativnogo vozde-jstviya na gidrosferu (na primere AO "Zemetchenskij saharnyj zavod") [Development of measures aimed at reducing the negative impact on the hydrosphere (on the example of JSC "Zemetchensky Sugar Plant")]. Education and science in the modern world. Innovation. 2022. No. 5 (42). P. 166—171 [in Russian].
5. Voronov Yu. V. Vodootvedenie i ochistka stochnyx vod: Uchebnik dlya vuzov [Wastewater drainage and cleaning: a textbook for universities]. M.: Izdatel'stvo Associacii stroitel'ny'x vuzov, 2006. 704 p. [in Russian].
68
