Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Среди загрязнений различных видов окружающей среды, химическое загрязнение природных вод имеет особое значение. Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние: условия формирования поверхностного или подземного водного стока; разнообразные природные явления; индустрия; промышленное и коммунальное строительство; транспорт; хозяйственная и бытовая деятельность человека.

Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют в зависимости от подходов, критериев и задач.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей, как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть, нефтепродукты, органические остатки, поверхностно - активные вещества, пестициды).

Неорганические загрязнения. Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения: мышьяка; свинца; ртути; кадмия; хрома; меди; фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности.

С орошаемых земель ежегодно вымывается около 16 млн. т. солей. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако, некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов.

Органические загрязнения. Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн. т/год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении донных осадков могут образовываться соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению воды в реке. Наличие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза.

Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества (жиры, масла, смазочные материалы), образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом.

Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Именно поэтому тема курсовой работы не только актуальна, но и практически значима.

Объект исследования: промышленная экология.

Предмет исследования: характеристика производственного процесса цементного завода и разработка проекта предельно-допустимого сброса вредных веществ в сточные воды.

Цель исследования: приобретение теоретических навыков оценки воздействия промышленных предприятий на водные объекты и проведение экологической экспертизы.

Исследования и расчеты проводились на материалах АО «Осколцемент». В ходе работы над проектом решались следующие задачи:

- дана характеристика предприятия как источника загрязнения водных объектов;

- описан технологический процесс производства цемента;

- выявлены вероятные загрязняющие вещества, которые могут попадать в сточные воды;

- сделаны расчеты предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ и на основе анализа данных расчетов внесены предложения по применению очистных сооружений и технологий.

Охрана природы и водных ресурсов в частности задача нашего века, проблема, ставшая социальной.

Многие считают эту проблему неизбежным порождением цивилизации и полагают, что человечество еще успеет справиться со всеми выявившимися затруднениями.

Воздействие человека на водную среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, необходимы целенаправленные и продуманные действия.

Ответственная и действенная политика по отношению к водной среде возможна лишь при наличии надежных данных о современном состоянии среды, обоснованных знаний о взаимодействии важных экологических факторов, разработке новых методов уменьшения и предотвращения вреда, наносимого природе человеком.

Разработке, расчету и внедрению современных, надежных и высокоэффективных методов очистки сточных вод и посвящена данная курсовая работа.

цемент загрязняющий вода концентрация

1. Характеристика АО «Осколцемент» как потенциального источника загрязнения водных объектов

1.1 Общие сведения о предприятии АО «Осколцемент»

АО «Осколцемент» образовано 13 февраля 1991 г. на основе Старооскольского цементного завода. АО «Осколцемент» расположено в 5 км к юго-западу от границы города Старый Оскол, Белгородской области и в одном километре от карьера Стойленского горно-обогатительного комбината.

Достаточный запас экологически чистого сырья (мела, глины и сланцев - вскрышных пород железнорудного карьера), отлаженный технологический процесс, большая потенциальная возможность производственного оборудования позволяют получать экологически чистый, высококачественный цемент. Гипс поставляется из Тульской области железнодорожным транспортом. Расстояние - 550 км.

АО «Осколцемент» - один из крупнейших производителей высококачественного цемента в России и входит в первую тройку крупных цементных предприятий страны. Его производительность составляет 3700000 т цемента в год. Потребности в импортном сырье не имеет [5,24].

АО «Осколцемент» обладает развитой инфраструктурой. Поставка вспомогательных материалов и отгрузка готовой продукции производится железнодорожным и автомобильным транспортом. Топливо - природный газ. Резервным видом топлива является мазут.

Электроснабжение АО «Осколцемент» осуществляется от сетей Белгородэнерго. Источником электроэнергии является существующая районная электростанция 110/35/6 кв. По надежности электроснабжения потребитель относится ко второй категории. Заявленная мощность - 30 МВт.

Первые две технологические линии (печи типа «Леполь» с конвейерными кальцинаторами) были введены в эксплуатацию в период 1963-64 гг. В 1973 году вступила в действие третья технологическая линия, работающая по сухому способу производства (первая в бывшем СССР линия сухого способа отечественного производства, п/о «Волгоцеммаш») [5,25].

Основное оборудование:

- щековая дробилка («Швермашиненбау», ГДР) 400 т/час, эксплуатируется с 1963 г. - первичное дробление известняков.

- молотковая дробилка (2 шт.) («Цементанлагенбау», ГДР) 200 т/час, эксплуатируется с 1963 г. - вторичное дробление известняков.

- сушильный барабан 2,6х20 м («Цементанлагенбау») 20 т/час, эксплуатируется с 1963 г. - сушка глины.

- сушильный барабан 3,5х27 м (мехзавод г. Донецк) 45 т/час, эксплуатируется с 1973 г. - сушка глины.

- склад сырьевых компонентов - 20 тыс. т.

- сырьевая мельница 3,2х8,5 м (4 шт.) («Цементанлагенбау», ГДР) 35 т/час, эксплуатируется с 1963-64 гг. - производство сырьевой муки.

- сырьевая мельница 4,2х10 м (2 шт.) (ПО «Волгоцеммаш») 130т/час, эксплуатируется с 1973 г. - производство сырьевой муки.

- силосы для хранения сырьевой муки 12 м (емкостью 2300 м³) - 10 шт.,

- силосы для хранения сырьевой муки 6 м (емкостью 353 м³) - 8 шт. Общая полезная емкость силосов - 20000 тонн.

- вращающаяся печь «Леполь» с конвейерным кальцинатором 4х60 м (2 шт.) («Цементанлагенбау») 35 т/час, эксплуатируется с 1963-б4гт.

- вращающаяся печь с циклонными теплообменниками (Волгоцеммаш) 75 т/час, эксплуатируется с 1973 г.

- холодильник клинкера КС 50 (2 шт.) (ПО «Волгоцеммаш») 50 т/час.

- холодильник клинкера «Boлгa-75C» (ПО «Волгоцеммаш») 75 т/час, эксплуатируется с 1973 г.

- склад клинкера - 30 тыс. т.

- цементная мельница Зх14 м (5 шт.) («Цементанлагенбау»), эксплуатируется с 1963-64 гг.

- цементная мельница 3,2х15 м (2 шт. ХТЮ «Волгоцеммаш»), эксплуатируется с 1973-74 гг.

- силоса для хранения цемента 12х27 м, общая емкость 60 тыс. т.

- упаковочная машина для упаковки цемента в бумажные мешки, тип 4ВВУ, 4-х патрубковая, («Хавер-Беккер», Германия) 60 т/час, бывшая в употреблении, смонтирована в 1992 г.

Расход топлива - на печах «Леполь» - 1034 ккал/кг;

- на печи с циклонным теплообменником - 960 ккал/кг.

Расход электроэнергии на 1 т цемента - 150 кВт/ч

Продукция предприятия.

- ШПЦ 400 и ШПЦ 300 (ГОСТ 10178-85) - 50% производства;

- ПЦ 400-ДО (ГОСТ 10178-85; ENV 197-1, СЕМ 1, класс 42,5; BS12:1978, обычный портландцемент) - 25% производства;

- Щ 400-Д20 (ГОСТ 10178-85; ENV 197-1, CEV U/A-S, класс 32,5), ПЦ500-ДО (ГОСТ 10178-85); ПЦ 400-ДО-Б (ГОСТ 10178-85); ССШПЦ 400 (ГОСТ 22266-76) - 25% производства.

Среднее содержание добавок - 30%. В качестве активной добавки используется гранулированный доменный шлак.

Таким образом, АО «Осколцемент» - один из крупнейших производителей высококачественного цемента в России, что предполагает необходимость очистки большого объема загрязняющих веществ, которые образуются в процессе производства и бытовых нужд предприятия.

2.2 Характеристика производственного процесса

Цементом называется гидравлическое вяжущее вещество - продукт тонкого измельчения цементного клинкера с добавкой гипса в количестве 3… 5%. Клинкер получают путем равномерного обжига тонкодисперсной однородной сырьевой смеси определенного состава из известняка и глины. Совместно с глиной при расчете состава могут добавляться в смесь мергель, доменный шлак, нефелиновый шлам, опока и др. Некоторые мергелистые известняки (при содержании глины в них до 22… 25%) также могут с успехом применяться для получения портландцементного клинкера, что уменьшает трудоемкость работ при изготовлении сырьевой смеси (Рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема производства портландцемента по мокрому способу: 1-подача известняка из карьера; 2-дробилка для известняка; 3 - подача глины из карьера; 4 - подача воды; 5 - бассейн для размешивания глины; 6-сырьевая мельница; 7 - шлам-бассейны; 8 - вращающаяся печь; 9-холодильник; 10 - подача угольной пыли в печь; 11-элеватор для подачи угля из дробилки в бункер; 12 - сушильный барабан для угля; 13 - мельница для угля; 14 - склад угля; 15 - склад гипса; 16 - элеватор для подачи гипса из дробилки в бункер; 17 - склад клинкера; 18 - шаровая мельница; 19 - силосы для цемента; 20 - упаковка цемента

Требования к химическому составу сырья для получения клинкера не допускают больших колебаний в содержании четырех главных оксидов. Содержание оксидов (%): СаО - 63 67, SiO₂ -20. 24, Al₂O₃ - 4. 9, Fe₂O₃-2..4.

В качестве примесей обычно присутствуют NaO₂, K₂O, MgO, SO₃, P₂O₅, Мп₂О₃, TiO₂ и другие, содержание которых ограничивается в составе сырья.

При расчете состава сырья используется основной, или гидравлический, модуль, %:

m =

а также силикатный (или кремнеземный):

n =

и алюминатный (или глиноземный):

p =

Их числовые значения должны находиться в пределах: m=1,9 2,4; n = 1,7… 3,5; р = 1,0… 2,5.

Производство цемента состоит в приготовлении сырьевой смеси: обжига этой смеси до спекания в клинкер; складирования клинкера; помола клинкера совместно с гипсом, минеральными и другими добавками [4,124].

В зависимости от характера приготовления сырьевой смеси различают несколько способов производства цемента: мокрый, сухой и комбинированный. Каждый из этих способов имеет свои особенности, достоинства и недостатки. В АО «Осколцемент» преобладает мокрый способ, хотя в 1973 году вступила в действие третья технологическая линия, работающая по сухому способу производства, более экономичная по расходу топлива.

При мокром способе сырьевую смесь измельчают в шаровых мельницах в присутствии большого количества воды (до 36… 42% массы сухого вещества) и получают жидкотекучую массу, или суспензию. Ее называют шламом. Из шламбассейна масса направляется для обжига во вращающуюся печь. Мокрый способ более целесообразно использовать при применении в качестве сырьевых компонентов мела, сырой глины, что понижает расход электроэнергии на измельчение сырьевой смеси. При этом способе облегчаются транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, однако расход топлива на обжиг ее в печи в 1,5… 2 раза больше, чем при сухом способе.

При сухом способе готовится сухой порошок смеси исходных материалов (так называемая сырьевая мука), который обжигается во вращающейся печи.

Комбинированным называют способ производства, при котором сырьевая смесь для обжига подготавливается в виде гранул. Шлам обезвоживают до влажности 16…18% и полученный «сухарь» (корж) перерабатывают в гранулы на специальных грануляторах. Можно также увлажнять сырьевую муку до 12…15% и из нее изготовлять те же гранулы для обжига. Комбинированный способ по сравнению с мокрым дает до 20…30% экономии топлива.

При всех способах весьма важно обеспечить бесперебойное поступление сырьевой смеси на обжиг для получения из нее портландцементного клинкера.

Обжиг сырьевой смеси - центральный этап технологии цемента. Для обжига применяются два типа печей - шахтные и вращающиеся.

Шахтные печи применяются иногда при сухом способе производства, особенно целесообразно их применение при использовании природного сырья, известковых мергелей, когда вся подготовка сырья сводится практически к его дроблению.

Основным видом печей при мокром и сухом способах производства являются вращающиеся длиной от 150 до 230 м диаметром 5…7 м и короткие длиной от 60 до 95 м с различными запечными устройствами (конвейерный кальцинатор, циклонные теплообменники, холодильники и др.). Больше других применяют печи длиной 170 и 185 м.

Вращающаяся печь (рис. 1) устанавливается с небольшим уклоном (3…4°) в сторону передвижения сырьевой смеси. Печь медленно (1…2 оборота в 1 мин) вращается вокруг своей оси на подшипниках, Сырьевая смесь подается в печь автоматическим питателем с верхнего ее конца, и со стороны нижнего конца вдувается топливо - мазут, природный газ или воздушно-угольная смесь. Горячие газы направляются навстречу сырьевой массе. По всей длине вращающейся печи и сложном печном устройстве условно различают шесть зон. Внутри печи, облицованной надежной огнеупорной футеровкой, находятся различные внутрипечные устройства для лучшего перемешивания и интенсивного прогрева сырья (фильтр-подогреватели шлама, цепные завесы, металлические и керамические теплообменники). Зоны различают по основным физическим и химическим процессам, проходящим при нагревании [4,128].

В зоне сушки происходит испарение свободной воды. Подсушенный материал комкуется и распадается на гранулы. В зоне подогрева при температурах от 200 до 700°С сгорают органические примеси, удаляется химически связанная вода и образуется каолинитовый ангидрит А1₂О₃-2SiO₃, или, что то же Si₂А1₂O₇. Обе эти подготовительные зоны составляют при мокром способе около половины длины печи, при сухом способе - значительно меньше. В зоне кальцинирования при интервале температур от 700 до 1100°С происходят диссоциация карбонатов СаСO₃ и MgCO₃. a также разложение глинистого компонента на оксиды SiO₂, Аl₂О₃, Fе₂О₃. Они вступают в химическое взаимодействие с СаО в твердом состоянии и в конце этой зоны образуются соединения ЗСаО-А1₂О₃ или Са₃А1₂О₆, 2CaO-Si0₂, или Ca₂Si0₄ и др.

В зоне экзотермии при температурах 1100…1300°С также проходят реакции в твердом состоянии с выделением большого количества теплоты (до 420 кДж на 1 кг клинкера). На коротком участке печи (5…7 м) образуются дополнительные количества Са₃А1₂О₆ и Ca₂SiO₅, а также алюмоферрит кальция 4СаО-А1₂О₃-Fе₂О₃ или Ca₄Al₂Fe₂O₁₀. В зоне спекания температура достигает наивысшего значения 1450^oС и происходит частичное плавление сырьевой смеси, образуется расплав (жидкая фаза) в количестве 20…30% объема обжигаемой смеси. В присутствии жидкой фазы происходит более полное насыщение силиката кальция известью и образуется основное соединение портландцементного клинкера - трехкальциевый силикат ЗСаО Х Х SiO₂ или Ca₃SiO₅. По Бутту и Тимашову, сначала образуются тетраэдры SiO₄^-4, которые потом соединяются с ионами Са²⁺, образуя кристаллическую решетку трехкальциевого силиката; последний выделяется в виде мелких кристалликов. Протяженность зоны спекания - 10…15% длины печи. В конце зоны происходит понижение температуры до 1300°С и кристаллизация Са₃АI₂О₆, Са₄Аl₂Fе₂О₁₀ и MgO. Получающийся в результате обжига сырьевой смеси клинкер содержит основные химические соединения (в условной записи): C₃S, C₂S, С₃А и C₄AF или соответственно трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит [4,130].

В зоне охлаждения температура понижается от 1300 до 1000°С, а клинкер из печи выходит в виде «горошка» зеленовато-серого цвета и быстро охлаждается до температуры 100°С в барабанных рекуператорах и холодильниках. Быстрое охлаждение предотвращает образование крупных кристаллов с сохранением в клинкере некоторой доли стекловидной фазы.

Клинкер выдерживается на складе (складируется) 1…2 недели с целью гашения части оставшейся свободной извести СаО в Са(ОН)₂ и ее карбонизацией Са(ОН)₂ + СO₂ + Н₂О - СаСО₃ + 2H₂O при контакте с воздухом.

К следующему этапу технологии относится помол клинкера в трубных (шаровых) мельницах, бронированных изнутри твердыми стальными плитами и разделенных перегородками на несколько камер. Клинкер в мельнице измельчается стальными шарами (в камерах грубого помола) или стальными цилиндриками. При помоле с центробежным сепаратором, возвращающим крупные зерна на домол, можно достигнуть тонкости помола с удельной поверхностью до 4000…5000 см²/г. Обычная тонкость помола 2500…3000 см²/г. Как отмечалось выше, для замедления схватывания цемента при помоле клинкера добавляют двуводный гипс в количестве до 3,5% по массе в расчете на SО₃^..

Пневматическим транспортом цемент отправляют для хранения в силосы - железобетонные сооружения диаметром 8…15 м и высотой 25…30 м. Силос вмешает от 4 до 10 тыс. т цемента. Цемент в силосах выдерживают до его полного охлаждения после помола.

Из силосов цемент выгружается в специальные крытые железнодорожные вагоны, цистерны или в автоцементовозы. Часть его упаковывается в многослойные бумажные мешки по 50 кг цемента в каждом.

Химико-минералогический состав и структура клинкера.

В составе клинкера, %

Са₃SiO₅ (кратко C₃S) 45…60

Ca₂SiO₄ (кратко C₂S) 20…30

Са₃ Al₂О₆ (кратко С₃А) 4. 14

Ca₄Al₂Fe₂O₁₀ (кратко C₄AF) 10…18

В портландцементном клинкере различают четыре основных минерала: алит, по своему химическому составу в основном соответствующий C₃S, белит - C₂S, алюминат кальция - С₃А и алюмоферрит кальция C₄AF. Общее содержание силикатов кальция C₃S и С₂S составляет примерно 75%. Помимо кристаллических минералов в клинкере содержится: клинкерное стекло в количестве 5…15%, состоящее в основном из оксидов СаО, А1₂О₃, Fe₂O₃, MgO, Na₂0, К₂О; минерал периклаз MgO, свободный оксид кальция, оксиды щелочных металлов [4,134].

Сточные воды АО «Осколцемент» могут загрязняться в результате процесса изготовления продукции, мойки оборудования (20%), получения пара в котельных (30%), хозяйственно-бытовых нужд (20%).

Следовательно, сточные воды могут содержать:

- оксиды кальция, алюминия, кремния, железа, которые входят в состав используемого для производства цемента сырья и обладают токсическими свойствами, попадая в водоемы;

- ионы меди, железа, никеля и другие, которые попадают в сточные воды вследствие растворения их соединений в воде и токсичны для живых организмов;

- хлориды, которые обладают токсичностью IV степени;

- сульфаты, которые образуются в результате химических соединений и также обладают токсичностью IV степени;

- нефтепродукты, чаще всего мазут, который подается в печь при обжиге сырья и при попадании в водоемы образуют воздухонепроницаемую пленку и обладают общесанитарным лимитирующим признаком вредности.

Таким образом, сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод цементного завода в водоемы может привести к значительному их загрязнению.

1.3 Характеристика очистных сооружений АО «Осколцемент»

Обеспечение питьевой водой АО «Осколцемент» осуществляется через сети Горводоканала, технической водой - через сети УООС Мелиоводстрой. На заводе имеется два узла оборотного водоснабжения.

Один узел оборотного водоснабжения предназначен для охлаждения нагретой воды, отходящей после охлаждения компрессоров; второй - от всего технологического оборудования. Для регенерации стоков используются городские очистные сооружения [5,56].

Одним из мероприятий, направленных на снижение вредного влияния сточных вод на окружающую среду, является введение частичного или полного водооборота и повторное использование сточных вод, что может быть осуществлено при использовании очистных сооружений, эффективными мероприятиями, приводящими к снижению объема сбрасываемых сточных вод, устранение переливов, аварийных сбросов и т.д.

Выбор метода очистки и конструктивное оформление очистных сооружений цементного завода зависят от состава и концентрации загрязняющих веществ, объема сточных вод, санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству очищенных вод с учетом дальнейшего их использования, климатических условий, наличия у предприятий необходимых для процесса обезвреживания энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электроэнергия, реагенты, сорбенты и т.п.) и других факторов. Во многих случаях приходится применять комбинацию указанных сооружений.

Применяются различные методы очистки сточных вод: песколовки, жироловки, отстойники, аэротенки.

Для очистки сточных вод от грубодисперсных примесей применяется простое отстаивание или осаждение с использованием коагулянтов и флокулянтов [2, 68].

Отстаивание - простейший метод очистки сточных вод. Степень необходимого осветления воды при отстаивании зависит от дальнейшего использования или от того водоема, в который ее сбрасывают. Время отстаивания составляет от 2 до 8 ч.

Если простым отстаиванием требуемой очистки воды от грубодисперсных примесей за приемлемое время не достигают, то применяют коагулирование. В качестве коагулянтов используют известь Са(ОH)₂ сульфат железа двухвалентного FeSO₄-7H₂O, сульфат железа трехвалентного Fe₂(SO₄)₃ хлорид железа двухвалентного FеСL₂ и хлорид железа трехвалентного FeCL₃, сульфат алюминия AL₂ (SO₄)₃ или их смеси.

Для уменьшения времени отстаивания скоагулированных грубодисперсных примесей добавляют синтетические флокулянты, в частности полиакриламид. Он соединяет отдельные хлопья в более крупные агрегаты, которые быстрее осаждаются [2, 67].

Нейтрализация известью:

Н₂SO₄ + CaO + Н₂О=СаSO₄+2Н₂O

Нейтрализация содой:

H₂SO₄+ Na₂CO₃=Na_sSO₄+ СО₂+H₂O

По технико-экономическим обоснованиям наиболее дешевым реагентом в наше время является гидроксид кальция (известь) (Рис. 2).

Процесс осветления сточной воды заключается в том, что загрязненную сточную воду в реакторе смешивают с гашеной известью, приготовленной в виде известкового молока. После реакции осадок выделяют в сгустителе, а осветленную воду используют в качестве оборотной. Расчет количества извести производят исходя из примесей тех или иных реагентов в сточной воде.

На 1 куб метр сточной воды примерно расходуют 0,5 кг СаО, т.е. примерно 1 кг негашеной извести на 1 куб. метр сточной воды. Время протекания реакции 2 часа, скорость потока воды 5 мм/с. Известковое молоко приготовляют мокрым измельчением извести в мельнице в замкнутом цикле с гидроциклоном.

Методы очистки сточных вод от катионов металлов основаны на образовании и осаждении труднорастворимых соединений этих металлов в виде гидроксидов и основных карбонатов [5,54].

Очистка сточных вод от нефтепродуктов (керосина, мазута, масел), находящихся в нерастворенном эмульгированном виде, производится механическим их отстаиванием в нефтеловушках, фильтрованием через кварцевые фильтры и т.п. Для очистки сточных вод от нефтепродуктов, находящихся в растворенном состоянии, применяются методы, основанные на коагулировании или адсорбции. В качестве коагулянтов используется совместно сульфат двухвалентного железа и известь или сульфат алюминия и известь.

Все производственные сточные воды возвращаются в процессы цементообразования без очистки. Для сбора сточных вод на цементных заводах устраивается внутренняя канализационная сеть, которая включает в себя дренаж по всему заводу. Переливы сырьевой смеси собираются в дренажные канавы. Для облегчения стока переливов и смыва с полов осевшего и просыпавшегося сухого материала полы и канавы делают с наклоном 3-4 (5 -7%). Максимальный угол наклона пола, если по нему ходят люди, не должен превышать 6 (10%). Наклон полов определяется углом естественного склона фабричной площадки, условиями безопасности и удобством обслуживания [5,55].

Сточная вода по дренажным канавам поступает в специальные сборники (дренажные или аварийные зумпфы), вместимость которых должна быть достаточной для приема воды, выпускаемой из машин. Из дренажных зумпфов сточные воды насосами или эрлифтами подаются в соответствующие точки технологического процесса или направляются в наружную канализационную сеть.

Дренаж сточных вод внутри цемзавода в зависимости от технологии обогащения может быть общим и селективным.

Система водоснабжения цемзавода включает в себя ряд замкнутых циклов оборотного водоснабжения отдельных цехов с возвратом всех или части очищенных или отработанных вод через общие очистные сооружения.

1.4 Характеристика рыбохозяйственного объекта, принимающего сточные воды АО «Осколцемент»

Гидрологическая характеристика водного объекта и расхода сточных вод (Таблица 9): глубина реки Н = 3,0 м; средняя скорость течения V = 0,75 м/с; коэффициент извилистости = 1,3; коэффициент шероховатости ложа П_ш = 1,1; расход воды в реке Q = 130 м/ч; расход сточных вод q = 10 м/ч. Контрольный створ находится на 500 м ниже сброса сточных вод.

Параметры для расчетов (таблица 11): диаметр выпускного отверстия d = 0,3 м; диаметр загрязненного пятна d = 12 м; скорость сточных вод V = 1,2 м/с; Содержание взвешенных веществ в воде водного объекта (таблица 5); концентрация взвешенных веществ в воде реки - 22.

Предельно допустимая концентрация (мг/л) вредных веществ в рыбохозяйственных водоемах (Таблица 8): грубодисперсные примеси. Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,75 мг/л; хлориды -300; сульфаты -100; фосфаты - нет сведений; азот аммонийный - 0,5; нефтепродукты -0,05; О₂ растворенный - 6; железо общее - 0,005; медь - 0,001; никель - 0,01; хром - 0,001.

Исходные данные для расчетов: состав сточных вод (Таблица 4): pH = 5,8; t = 23 ^оC; сухой остаток = 500; Сcт. в (взвешенных веществ) = 980 мг/л; Сcт. в (СL) = 420 мг/л; Сcт. в (SO) =580 мг/л; Сcт. в (РО) = 9,2 мг/л; Сcт. в (NH) = 0,8 мг/л; Сст. В (NО) = 0,4 мг/л; Сcт. в (Н/п) = 0,8 мг/л; Сcт. в (БПК) = 10 мг/л; Сcт. в (О₂р) = 3 мг/л; Сcт. в (Fe) = 0,5 мг/л; Сcт. в (Cu) = 0,1 мг/л; Сcт. в (Ni) = 0,17 мг/л; Сcт. в (Cr) =0,11 мг/л.

Таким образом, рыбохозяйственный объект, принимающий сточные воды АО «Осколцемент», не является ограниченным стоячим водоемом, что положительно характеризует его как объект, способный к естественной самоочистке. Тем не менее, это не исключает проблемы промышленной очистки сточных вод, а, напротив, делает ее необходимой, чтобы течением загрязнители не заносились в окружающую водную среду.

2. Расчеты предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах АО «Осколцемент», сбрасываемых в рыбохозяйственный водоем

2.1 Расчет вспомогательных параметров

1). Определение коэффициента Шези:

C=() R^v,

Где R - гидравлический радиус, м (для летних условий R = Нср);

Y - коэффициент, определяемый по формуле 1,3 Пш;

П_ш - коэффициент шероховатости ложа реки;

С - коэффициент Шези, м /с.

=1,3*1,05=1,36

С =()*3^1,36=()*4,08= 3,7 м^1/2/с

2). Определение коэффициента турбулентной диффузии:

D = g*V_ср*Н_ср/(37*П_ш*С²)

Где D - коэффициент турбулентной диффузии;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н_ср - средняя глубина, м;

V_cp - средняя скорость течения речного потока, м/с;

П_ш - коэффициент шероховатости ложа реки;

С_м - коэффициент Шези, м^1/2/с.

D = ==0,03

3). Определение коэффициента, учитывающего гидравлические условия в реке:

=, где:

- коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке;

J - коэффициент извилистости реки - 1,3;

- коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод =1,5;

D - коэффициент турбулентной диффузии;

g - ускорение свободного падения, м/с;

=1,3*1,5*=0,46

4). Определение коэффициента смешения:

=-2, где:

- коэффициент смешения;

- основание натурального логарифма, е = 2,72;

L - расстояние от выпуска до рассматриваемого створа, м; L =500 м,

Q - расход речного потока, м /мин;

- коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке.

=

5). Определение кратности разбавления:

n =, где:

п - кратность разбавления;

q - расход сточных вод, м /мин;

Q - расход речного потока, м /мин;

- коэффициент смешения.

n=

Таким образом, нами определены коэффициенты, которые помогут в дальнейших расчетах.

2.2 Расчет показателей нормативно чистой (очищенной) воды

1).Определение концентрации взвешенных веществ

C_взв=, где:

Y - коэффициент смешения;

p - нормативное увеличение концентрации взвешенных веществ в воде водного объекта, равное 0,75 для рыбохозяйственного пользования;

С_ф - концентрация загрязненного вещества в речной воде.

C_взв=()*0,75+0,75=2,57

Таким образом, на выходе из очистных сооружений концентрация взвешенных веществ в воде не должна превышать 2,57 мг/л.

2). Определение С_пдс для БПК_пол

L_cт = n*L_пр*10^Кстt - (n-1)* L_ф*10 ^{(Кст - Кр)t}_, где:

L_cт - норматив БПК_пол чистой (очищенной) сточной воды, сбрасываемой в водный объект;

L_пр - норматив на БПК_пол водного объекта, равный 6 мг/л для рыбохозяйственного пользования;

К_ст и К_р - константа скорости потребления кислорода сточной и речной водой, коэффициент неконсервативности;

n - кратность разбавления;

t - время перемещения воды от выпуска до контрольного (расчетного) створа, сут., равное:

t = L/V_ср, = 500/0,75 = 666,7/120 = 5,6 час.

V_ср - скорость течения, м/с;

L - расстояние от места выпуска до контрольного створа, 500 м.

L_а= L_р - Q+ L_cт q/ Q+ q =6*0,11-10+10*10/0,11*10 =82,42

t_кр===666,27

L_cт = 2,43*6*10^0,21 - (2,43-1)* 0,4*10 ^{(0,21 - 0,011)5,6} =24,33

Таким образом, уже у контрольного створа наступает максимальный дефицит кислорода в воде. Поэтому сточные воды перед сбрасывание в водоем должны быть обогащены кислородом не менее, чем в 3 раза выше естественной нормы водоема.

3).Допустимое увеличение температуры воды в контрольном пункте

Допустимое увеличение температуры воды рассчитывается по формуле:

Т_ст= (Q/ q+1) Т_q+Т_ф, где:

Т_ф - температура воды в водоеме до сброса в него сточной жидкости;

Т_q - допустимое увеличение температуры воды в контрольном пункте (створе), в летнее время не должна превышать более, чем на 3^о С.

Т_ст = (0,11*130/10) 3 + 20 = 24, 29 ^о С

Т_q = ==1, 76 ^о С

Таким образом, ожидаемая температура воды в контрольном пункте увеличивается на 1,76 ^о С, что не превышает уровень предельно допустимых значений.

4). Расчет ПДС с учетом групп суммации

Определение ожидаемых концентраций. Вычислим ожидаемые концентрации С_ож этих веществ у контрольного пункта после смешения сточных вод с водами водного объекта по формуле:

С_ож=,

где,

q - объем, сбрасываемых сточных вод, q = 10 м³ /час.,

переводим в л/с.

q-10*1000/3600 = 2,8 л/с.

Q - объем расхода воды в реке,

Q = 130 м /час переводим в л/с.

Q = 130*1000/3600 = 36,1 л/с.

С_ст - концентрация загрязняющего вещества в сточной воде, мг/л

(принимаем из таблицы 4).

Y - коэффициент смешения, в нашем случае, Y =0,11.

С_ф = 9,2 мг/л в реке.

С_ф = 0,6*ПДК

С_ож в.в =

С_ож хлориды =

С_ож сульфаты =

С_ож фосфаты =

С_ож азот аммонийный =

С_ож нитрат ион (по азоту) =

С_ож нефтепродуктов =

Располагаем вещества по классам опасности: класс опасности 1 - отсутствует; класс опасности 2 - нитраты; класс опасности 3 - азот аммонийный; класс опасности 4 - хлориды, сульфаты, фосфаты, нефтепродукты.

Проверим соблюдение условия для веществ, входящих в группу класса опасности 3 и 2. 3: азот аммонийный 0,5/0,5 = 0; 2: нитрат ион 14,24/40 = 0,36. Условие соблюдается, дополнительная очистка не требуется, поэтому принимаем по 2 и 3 классам опасности С_ож = С_пдс.

Проверим соблюдение условия для веществ, входящих в группу класса опасности 4 (Таблицы 16, 17):

Хлориды: 279,29/300 = 0,93;

Сульфаты: 275,1/100 = 2,75;

Фосфаты: 5,86/3,5 = 1,67;

Нефтепродукты: 0,35/0,05 = 7.

= 0,93+2,75+1,67+7 =12,35

Условие не соблюдается, поэтому необходима более глубокая очистка от этих загрязняющих веществ.

Для снижения концентрации сульфатов в сточной воде необходимо проводить реагентную очистку, например, с помощью Са (ОН)₂ или CaCO₃.

SC + Са (ОН)₂ СаSО₄+ 2ОН

SC+СаСО₃ CaSO₄+ CО

При эффективности очистки реагентным методом 98% остаточная концентрация сульфатов в воде составит:

С_ост = 275,1*0,02= 5,5 5,5/100=0,055

= 0,93+0,055+1,4+7 = 9,385

Условие не соблюдается, требуется более глубокая очистка. Для снижения концентрации фосфатов необходимо перевести кислотные остатки в нерастворимые соединения:

2РО+ СаСО₃ Са₃ (РО₄) + ЗСО

Эффективность метода очистки составляет 75%

С_ост = 5,86*0,25 = 1,47 1,47/3,5=0,42

=0,93 + 0,055 + 0,42 + 7 = 8,405

Условие не соблюдается, требуется дальнейшая очистка. Для снижения концентрации нефтепродуктов устанавливают нефтеловушки. Эффективность их действия 85%.

С_ост=0,35*0,15=0,053 0,053/0,05 = 1,05

= 0,93+0,055+0,42+1,05=2,455.

Условие не выполняется. Требуется повторная очистка воды от нефтепродуктов путем фильтрования через кварцевые фильтры. Нефтепродукты относятся к реагентам, удаляемым в процессе биологической очистки. Поэтому не отфильтрованная часть загрязнений будет удалена в процессе самоочистки водоема. Устанавливаем С_пдс для этих веществ:

С сульфатов = 275,1 мг/л

С фосфатов =5,86 мг/л

С_NH4 = 0,5 мг/л

С_NO3 = 14,24 мг/л

С_HП = 0,35 мг/л

С_CL = 279,29 мг/л

5). Расчет ПДС: Предельно-допустимый сброс загрязняющих веществ со сточными водами предприятий для всех категорий водопользования рассчитывается по формуле: ПДС = q* Спдс, где ПДС - предельно-допустимый сброс, г/с; q - расход сточных вод, м³ /с; С_пдс - устанавливаемая допустимая концентрация загрязняющих компонентов сбрасываемой сточной воды, г/м.

ПДС сульфатов = q сульфатов*Спдс.

q = 10м³ /час переводим в м³/с

q = 10/3600 = 0,003 м³/с

ПДС сульфатов = 0,003*2,75 = 0,008 г/с;

ПДС фосфатов = 0,003*1,67 = 0,005 г./с;

ПДС _NH4 = 0,003*0,5 = 0.09 г./с;

ПДС _NO3 = 0,003*0 = 0

ПДС _HП = 0,003*0,36 = 0,06 г./с;

ПДС_CL = 0,003*0,93 = 0,003 г./с.

Таким образом, очистные сооружения АО «Осколцемент» работают на пределе возможностей и требуют модернизации и обновления с тем, чтобы сократить время на очистку сточных вод и повысить ее эффективность.

3. Планирование модернизации и обновления очистных сооружений АО «Осколцемент»: разработка лимитов ВСС и планов технических мероприятий

Действующие предприятия - водопользователи, сбрасывающие сточные воды с превышением установленных ПДС, обязаны в сроки согласованные с органами охраны природных ресурсов, обеспечить разработку и реализацию планов мероприятий по достижению ПДС, которые являются неотъемлемой частью планов социально-экономического развития этих предприятий.

В период реализации указанных планов или их отдельных этапов, соответствующих нормативным срокам продолжительности строительства и ввода в эксплуатацию водоохранных сооружений, предприятия осуществляют сброс сточных вод на основании разрешений, выдаваемых им органами охраны природных ресурсов. Лимиты временно согласованного сброса (ВСС) веществ со сточными водами; указываемые в этих разрешениях, устанавливаются по наилучшим результатам, которые могут быть достигнуты на указанном предприятии, исходя из наличия систем оборотного водоснабжения, очистных и других водоохранных сооружений.

По мере осуществления отдельных этапов плана водоохранных мероприятий по достижению ПДС лимиты временно согласованного сброса веществ со сточными водами должны быть пересмотрены и скорректированы установленные ВСС является средством поэтапного достижения ПДС.

В период выполнения плана водоохранных мероприятий в нормативные сроки и в установленном объеме при условии соблюдения лимитов временно согласованного сброса сточных вод на предприятие не налагается каких-либо штрафных санкций.

По проекту планируется установка в АО «Осколцемент» дополнительного отстойника мощностью 240 м³ сточных вод в сутки. Сделаем расчеты на его установку.

Для очистки сточных вод от взвешенных веществ применяют отстойники q - 10 м³/час, переводим в м³/сут: 10*24 = 240 м³/сут.

Для очистки сточной воды, при ее расходе мы используем вертикальный отстойник.

Т = t,

Где t - продолжительность отстаивания, ⁰С;

Н - глубина проточной части отстойника;

n - коэффициент, зависящий от свойств взвешенных веществ, для мелкодисперсных - 0,4;

h - высота эталонного цилиндра

Н=2,5 м; h = 500 мм = 0.5 м; n = 0.4

t: 1000 - 500 = 500

360 - 280 =80

640-500=140

500/80-0,16

140*0,16 = 22,4

t =360-22,4 =337,6 ⁰С

Т = 337*(2,5/0,5)^0,4=642,7.

Основным показателем для определения размеров отстойников является расчетная гидравлическая крупность, мм/с, которая определяется по формуле:

=,

Где к - коэффициент, зависящий от типа отстойника, для вертикального к 0,35.

- коэффициент, учитывающий температуру воды и ее вязкость.

Температура сточной воды 34^оС.

40-30=10

0,8-0,66-0,14

34-30 - 4 4*0,014 = 0,056

0,14/10-0,014

= 0,8-0,056 = 0,74

- вертикальная составляющая скорости движения воды в отстойнике, мм/с, = 0,05 мм/с.

Н - глубина проточной части отстойников, м.

Н - 2,5 м.

Средняя расчетная скорость в проточной части отстойника, мм/с - 10 мм/с.

=

Отстойники вертикального типа применяют для очистки производственных и бытовых сточных вод расходом до 20000 м/сут. Вертикальные отстойники, как правило, представляют собой круглые в плане резервуары диаметром 4-9 м с коническим днищем, образующим емкость для накопления осадка.

Существуют также укрупненные (ячейковые) отстойники, имеющие в плане квадратную форму со стороной 12 - 14 м. Днище укрупненных отстойников выполняется в виде четырех приямков пирамидальной формы с самостоятельным выпуском осадка из каждого.

Наиболее распространенным типом отстойника является отстойник с выпуском воды через центральную трубу, снабженную нижней части раструбом и отражательным щитом.

Радиус вертикальных отстойников определяется по формуле:

R=,

Где

- расход сточных вод, =840 м /с;

U-гидравлическая крупность, U = 2,75 мм/с;

R - коэффициент, зависящий от типа отстойника,

R ==8,8 мм

Глубина проточной части (Н) принимаем 2,5 м; отношение диаметра к глубине проточной части Д/Н - 6… 12.

Д = 2* R= 2/8,8=17,6

17,6/2,5 = 7,04

Рекомендуемый угол наклона поверхности отражательного щита к горизонту - 17, диаметр раструба и его высота - 1,35 диаметра центральной трубы; диаметр отражательного щита - 13 диаметра раструба; высота нейтрального слоя м/у низом отражательного щита и поверхностного наклоненного осадка - 0,3 м.

Таким образом, производственная мощность отстойника зависит от его технических характеристик. Наиболее распространенным типом отстойника является отстойник с выпуском воды через центральную трубу, снабженную нижней части раструбом и отражательным щитом.

Заключение

Завершая исследование по теме: «Характеристика производственного процесса цементного завода и разработка проекта предельно-допустимого сброса вредных веществ в сточные воды», делаем выводы.

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние: условия формирования поверхностного или подземного водного стока; разнообразные природные явления; индустрия; промышленное и коммунальное строительство; транспорт; хозяйственная и бытовая деятельность человека.

Цементом называется гидравлическое вяжущее вещество - продукт тонкого измельчения цементного клинкера с добавкой гипса. Клинкер получают путем равномерного обжига тонкодисперсной однородной сырьевой смеси определенного состава из известняка и глины. Совместно с глиной при расчете состава могут добавляться в смесь мергель, доменный шлак, нефелиновый шлам, опока и др.

Производство цемента требует использования большого количества воды и химических соединений, продукты которых сбрасываются в водоемы и загрязняют их. В зависимости от характера приготовления сырьевой смеси различают несколько способов производства цемента: мокрый, сухой и комбинированный. Каждый из этих способов имеет свои особенности, достоинства и недостатки. В АО «Осколцемент» преобладает мокрый способ.

При производстве цемента используется большое количество тепла (до 1300^оС). В зоне охлаждения температура понижается от 1300 до 1000°С, а клинкер из печи выходит в виде «горошка» зеленовато-серого цвета и быстро охлаждается до температуры 100°С в барабанных рекуператорах и холодильниках. Это также влияет на химический состав производственно-технической воды

Сточные воды АО «Осколцемент» могут загрязняться в результате процесса изготовления продукции, мойки оборудования (20%), получения пара в котельных (30%), хозяйственно-бытовых нужд (20%). Они могут содержать: оксиды кальция, алюминия, кремния, железа, которые входят в состав используемого для производства цемента сырья и обладают токсическими свойствами, попадая в водоемы; ионы меди, железа, никеля и другие, которые попадают в сточные воды вследствие растворения их соединений в воде и токсичны для живых организмов; хлориды, которые обладают токсичностью IV степени; сульфаты, которые образуются в результате химических соединений и также обладают токсичностью IV степени; нефтепродукты, чаще всего мазут, который подается в печь при обжиге сырья и при попадании в водоемы образуют воздухонепроницаемую пленку и обладают общесанитарным лимитирующим признаком вредности.

Сброс неочищенных сточных вод цементного завода в водоемы может привести к значительному загрязнению их воды. На заводе имеется два узла оборотного водоснабжения. Для регенерации стоков используются городские очистные сооружения. Методы очистки сточных вод от катионов металлов основаны на образовании и осаждении труднорастворимых соединений этих металлов в виде гидроксидов и основных карбонатов.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов (керосина, мазута, масел), находящихся в нерастворенном эмульгированном виде, производится механическим их отстаиванием в нефтеловушках, фильтрованием через кварцевые фильтры и т.п. Для очистки сточных вод от нефтепродуктов, находящихся в растворенном состоянии, применяются методы, основанные на коагулировании или адсорбции. В качестве коагулянтов используется совместно сульфат двухвалентного железа и известь или сульфат алюминия и известь.

Таким образом, в АО «Осколцемент» используются разнообразные методы очистки сточных вод. Но расчеты показывают неиспользованные резервы в области защиты водной среды и сокращения вредных выбросов. В ходе работы даны предложения по улучшению процесса очистки сточных вод на данном предприятии.

Список литературы

1. Гигиенические требования к охране поверхностных вод: Санитарные правила и нормы. - М.: Фед. центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000. - 24 с.

2. Канализация: Учебник для вузов. - 5-е изд, перераб. и доп. / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, А.И. Жуков, С.К. Колобанов. - М.: Стройиздат, 1975. - 632 с.

3. Методика расчета предельно - допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты сточными водами. - Харьков, 1990. - 113 с.

4. Общий курс строительных материалов / Под ред. И.А. Рыбьева. - М.: Высш. шк., 1987. - 584 с.

5. Производственный и технологический отчет АО «Осколцемент» за 2005 год. - Ст. Оскол, 2006. - 220 с.

6. Разработка нормативов предельно-допустимых сбросов (ПДС) вредных веществ в сточных водах предприятий: Метод. Указ. к выполнению курсового проекта для студ. Специальности 320700 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов / Сост. С.В. Свергузова; Ред. В.И. Пустовая. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 44 с.

7. Свергузова С.В. Экологическая экспертиза: В 2-х ч. Ч. 2. Охрана водных ресурсов: Учеб. пособие / С.В. Свергузова, А.А. Порожнюк. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. - 76 с.

Размещено на Allbest.ru