Очистка ливневых и сточных вод

Фильтры механический и угольные имеют одинаковую конструкцию, но разную высоту: 3,2 и 3,8 м и диаметр 3 м и 3,5 м соответственно. Состоят из:

• цилиндрического корпуса, рассчитанного на давление до 6 кгс/см², изготовленного из углеродистой стали; внутренняя поверхность имеет антикоррозионную защиту.
• слоя фильтрующего материала, высотой в механическом фильтре 2 м, в фильтрах доочистки – 2,3 м;
• верхнего и нижнего дренажно-распределительных устройств, служащих для равномерного распределения потоков подводимой и отводимой воды, которые состоят из ряда параллельных труб – лучей, подсоединенных с двух сторон к центральному коллектору.

В механических фильтрах, сорбент будет укладываться в шесть слоев высотой 20 см на металлические поддерживающие сетки с диаметром отверстий не более 2 мм, установленные над и под фильтровальным материалом. Загрузка и выгрузка материала будет осуществляться через люки.

Снаружи расположены  трубопроводы подвода и отвода воды, подвода сжатого воздуха и  пара, а также арматура и приборы  для управления режимом работы фильтра. Сопротивление включенного в работу механического фильтра составляет 0,6 кгс/см². Продолжительность фильтрования в зависимости от загрязненности стоков нефтепродуктами при скорости 10 м/ч составляет на механических от 26 до 28 дней.

6.3 Проверочный расчёт основных параметров

Механический  фильтр представляет собой закрытый сосуд,  диаметром d=3 м. Количество фильтров 3, работают последовательно, один находится на регенерации.Определим производительность механического фильтра:

Q= v*F ,                                                                                                       (6.1)

где v - скорость фильтрования, м/ч;

F - площадь фильтрации, м²;

Примем скорость фильтрования v=8 м/ч.

 

Определим площадь фильтрации:

F=П* d² /4,                                                                                              (6.2)                         

где d – диаметр механического фильтра, м;

F=3,14* 3²/4 =7,1 м²

Q=8*7,1=56,8 м³ /ч

Высота насыпных фильтров Н=3,5 м, площадь фильтрации F=7,1 м² и эмпирическая константа h=0,3 м. Определим продолжительность защитного действия фильтра:

t_з.д = K_з.д*H — τ,                                                                                      (6.3)

где Н- высота насыпного фильтра, м;

K_з.д  - коэффициент защитного действия;

τ – время формирования стационарного фронта адсорбции, ч;

t_з.д = 15,3*3,5—6,5=47 ч.

Количество нефтепродуктов, сорбируемых фильтром за этот период,

М = (Н — h) F*а_aд,                                                                                (6.4)

где Н - высота насыпного  фильтра, м;

h - эмпирическая константа;

F - площадь фильтрации, м²;

а_aд – адсорбционная ёмкость, мг/л;

М = (3,5— 0,3)*7,1*2 = 45 кг.

Общая высота сорбционного слоя:

H_общ=H₁+H₂+H₃,                                                                                  (6.5)

где H₁ – высота сорбционного слоя, м, определяемая по формуле:

H₁= (D_min*qw*t_aдс)/(F_адс*g),                                                                     (6.6)

где g - насыпной вес сорбента, г/м³;

t_адс – период исчерпывания адсорбционной емкости сорбента, ч;

D_min- минимальная доза сорбента, г/л, определяемая по формуле:

D_min=(C_н-C_к)/(Ku*a_max) ,                                                            (6.7)

здесь C_н, C_к - концентрации сорбируемого вещества до и после очистки, мг/л;

Ku - коэффициенте исчерпания емкости, принимается равным 0,6-0,8;

a_max - максимальная сорбционная емкость сорбента, мг/л, определяемая экспериментально, a_max=40 мг/л;

D_min=(10-1,8)/(0,7*40)=0,3 г/л,

H₁=(0,3*40*47)/(7,1*54)=1 м;

H₂ - высота загрузки сорбционного слоя, м, обеспечивающая работу установки до концентрации C_к в течение времени t_адс, принимаемого по условиям эксплуатации, и определяемая по формуле:

H₂=D_max*qw*t_адс/F_адс*g,                                                                          (6.8)

где D_max - максимальная доза активного угля, г/л, определяемая по формуле:

D_max=(C_н-C_к)/ a_min,                                                                                 (6.9)

здесь a_min - минимальная сорбционная емкость активного угля, мг/л, определяемая экспериментально, a_min=12 мг/л;

D_max= (10-1,8)/12=0,6 г/л,

H₂= (0,6*40*47)/(7,1*54)=2 м;

H₃ - резервный слой сорбента, рассчитанный на продолжительность работы установки в течение времени перегрузки или регенерации слоя сорбента высотой Н₁, Н₃=0,5 м,

H_общ=1+2+0,5=3,5м

Общая высота сорбционного слоя соответствует высоте насыпного фильтра.

 

7 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Автоматизация производственных процессов – одно из основных направлений  технического прогресса производства. Автоматизированные системы управления гарантируют качество продукции, повышают производительность труда, обеспечивают безопасность производства, экономят ресурсы и позволяют продлить срок службы технологического оборудования [27].

Разрабатываемая система автоматизации должна обеспечить решение следующих задач:

–централизованный контроль технологических параметров, характеризующих  состояние технологического процесса и оборудования, сигнализация нарушений;

– автоматическое регулирование;

– дистанционное управление;

– противоаварийная защита;

– учет количества израсходованных (полученных) материалов и энергии.

В основе очистки производственных сточных вод от нефтепродуктов на БТЭЦ-2 лежат два процесса: напорная флотация с рециркуляцией очищенной воды и фильтрование сначала через антрацит марок АК, АИ, АС, а затем – через активированный уголь.

Технологическая схема  состоит из двух напорных приемных резервуаров, четырех флотаторов, промежуточного бака, фильтров – трех механических и двух фильтров доочистки, бака нефтепродуктов.

Фильтрование проводится с целью получения заданной степени  очистки до 0,3 мг/л нефтепродуктов в воде.

Проектируемая автоматическая система регулирования должна обеспечить заданное качество регулирования по принятому критерию управления. Критерий управления – это обобщенный показатель технологического процесса [28].

Функциональная зависимость критерия управления от входных и режимных параметров имеет следующий вид:

Ку=Скнп=f(LПР, Qвозд, Qф, PD, Pпара, Pвозд, LБН),

(7.1)

где критерий управления С^к_нп – это концентрация нефтепродуктов на выходе из очистных сооружений;

L_ПР - уровень нефтесодержащих стоков в приемном резервуаре;

Q_возд - расход воздуха при эжектировании;

Q_ф - расход воды в трубопроводе перед фильтром;

PD - перепад давления в фильтре;

P_пара - давление пара, подаваемого на регенерацию фильтровального материала;

P_возд - давление воздуха, используемого для взрыхления загрузки;

L_БН - уровень воды бака нефтепродуктов.

В приемном резервуаре в качестве контролируемого параметра принимаем уровень нефтесодержащих стоков, который стабилизируют изменением расхода воды на входе.

Объектом управления в процессе напорной флотации является флотационная установка, для обеспечения правильной эксплуатации которой необходимо регулировать:

- расход воздуха при  эжектировании Q_возд, который должен составлять от 1 до 5% объема обрабатываемой сточной воды;

- рабочее давление  в сатураторе P от 0,3 до 0,5 МПа;

Механические и угольные фильтры работают периодически по жесткой временной программе:

1. Сброс первых порций фильтрата в дренаж (открывается клапан 13). Если фильтр включается в работу непосредственно после промывки, эта стадия отсутствует;
2. Фильтрование (открываются клапаны 11 и 19, закрываются – 12, 13, 14, 15, 16);
3. Пропаривание (открываются – 14, закрываются – 11, 12, 13, 15, 16, 19);
4. Водо-воздушная промывка (открываются – 12, 15 и 16, закрываются – 11, 13, 14, 19).

Фильтр отключается  на промывку для удаления нефтепродуктов при перепаде давления от 3,4 до 36 кгс/см², поэтому данный параметр также необходимо контролировать и уже в соответствии с ним выводить аппарат на регенерацию.

Необходимо регулировать давление пара, подаваемого на регенерацию  фильтровального материала, давление воздуха используемого для взрыхления загрузки, а также расход воды, подаваемый на фильтр.

Нефтешлам, вода промывочная, вода дренажная поступают в бак нефтепродуктов, откуда нефтепродукты отводятся на сжигание, а вода возвращается в начало очистных сооружении, т.е. в напорный резервуар. Во избежание перелива в баке нефтепродуктов, уровень в нем регулируется.

Измерение давление в  сатураторе, в трубопроводах для  подачи пара и воздуха осуществляется преобразователем ОВЕН ПД200, который обеспечивает непрерывное преобразование измеряемого давления (разрежения) в унифицированный токовый выходной сигнал 4...20 мА и в выходной цифровой сигнал стандарта RS-485, а также позволяет регулировать и управлять технологическим процессом. Встроенный индикатор позволяет выполнять настройку преобразователя на месте его эксплуатации без использования дополнительных устройств. Стандарт подразумевают работу в режиме «ведущий-ведомый» (master-slave), при этом преобразователь выступают в качестве ведомого (slave), соответственно, необходимо наличие в сети ведущего (master), в качестве которого может использоваться ПК или прибор высокого уровня, например, ПЛК. Воздействие на регулирующий орган, изменяющий расход поступающей сточной воды, производится при помощи электрического исполнительного механизма типа МЭПК-6300 .

В качестве датчиков расхода воды в трубопроводе перед фильтрами и воздуха перед сатуратором был взят расходомер ОВЕН РМ1, предназначенный для измерения, регулирования и регистрации текущего и суммарного расхода жидкости или газа. Принцип действия расходомера основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества. Прибор позволяет заменить применяемый для вычисления результатов измерения расхода, давления и температуры комплект аппаратуры АКЭСР (самописцы КСД, частотные сумматоры), полученные значения сохраняются в энергонезависимой памяти вместе со временем их получения. Все измеренные и вычисленные величины могут быть выведены на индикаторы прибора в любой момент времени. Данные сохраняются в энергонезависимой памяти прибора. Считывание накопленной информации производится пользователем при помощи контактного устройства, подсоединяемого к расходомеру, и носителя информации DS1996. Затем данные заносятся в компьютер для дальнейшей обработки. В результате применения расходомеров РМ1 уменьшилось влияние человеческого фактора, а учёт энергоносителей стал более точным и достоверным. При помощи электрического исполнительного устройства МЭПК-6300 оказывается регулирующее воздействие на процесс изменением расхода воды и воздуха.

Для измерения уровня воды в резервуарах применяется датчик уровня воды поплавковый ОВЕН ПДУ - 3.1. Датчик имеет поплавок, передвигающийся по вертикальному штоку. Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находится геркон. Герконовый контакт срабатывает при приближении магнита. Устройство срабатывает, когда жидкость достигает поплавка. Выходной сигнал поступает на вход прибора АДУ – 01 и отображается цифровой информацией. Прибор также служит для поддержания и регулирования уровня воды по ПИ-закону. Регулирующее воздействие на процесс изменения уровня замазученных и замасленных стоков в приемном напорном резервуаре и в баке нефтепродуктов оказывает электрическое исполнительное устройства МЭПК-6300 .

Таким образом, уровень  автоматизации технологической схемы позволяет обеспечить высокую эффективность очистки производственных вод, благодаря точности поддержания основных параметров. Функциональная схема автоматизации нанесена на технологическую схему. Приборы и средства автоматизации приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Спецификация оборудования

По- зи- ция	Наименова-ние парамет-ра, среда и место отбора импульса	Предель-ное значение прибора	Место уста-новки	Наименование и техническая характеристика прибора	Тип, модель, преобра-зователь
1	2	3	4	5	6
1а	Уровень, жидкость, приемный резервуар	-	По месту	Передающий преобразователь  уровня	ОВЕН ПДУ-3.1
1б, 1в	-	-	На щите	Вторичный прибор со станцией управления регулирования. Токовый сигнала от 4 до 20 мА	АДУ-01
1г	-	Темпера-тура до 5400 С	По месту	Электрическое исполнительное устройство	МЭПК-6300
2а, 2б, 2в	Давление, сатуратор	-	По месту	Измерительный преобразователь  разрежения со станцией управления и регулирования. Класс точности ±0,1 %	ОВЕН ПД200
2г	-	Темпера-тура до 5400 С	По месту	Электрическое исполнительное устройство	МЭПК-6300