Механикалық тазарту
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі · Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті · «Тамақ өндірісінің машиналары мен аппараттары» кафедрасы
СӨЖ №1 · «Сумен қамтамасыз ету, канализация және жылулық жүйелерінің негіздері» пәні бойынша студенттің өздік жұмысына арналған әдістемелік нұсқаулар мен тапсырмалар
Құрастырған: «ТӨМА» кафедрасының аға оқытушысы Тусипов Н.О. · Семей, 2015
Кіріспе
Табиғи пайда болуына байланысты қалдық су негізгі үш санатқа бөлінеді: тұрмыстық, өндірістік және жауын-шашын (атмосфералық). Бұл санаттар бір-бірінен құрамы, биологиялық белсенділігі, гигиеналық маңызы және тазалау әдістеріне қойылатын талаптарымен ерекшеленеді.
Тұрмыстық
Халықтың тұрмыстық қажеттіліктері нәтижесінде пайда болатын ағын сулар. Ластану деңгейі тәулік уақытына, апта күндеріне және маусымға қарай өзгеріп отырады.
Өндірістік
Технологиялық процесс барысында ластанған су. Құрамы өндіріс түріне, қолданылатын жабдыққа және технологиялық режимге тәуелді болады.
Жауын-шашын суы
Атмосфералық жауын-шашыннан жиналатын ағын. Көбіне жеке коллектормен су жинағына бағытталып, тұрмыстық-өндірістік ағыннан бөлек әкетіледі.
Қалдық суды бұру жүйелері
Қалдық суды бұрудың үш жүйесі қарастырылады: қоғамдық (біріккен), бөлінген және жартылай бөлінген. Бөлінген жүйеде тұрмыстық және өндірістік ағындар қалалық тазарту орындарына жеткізіледі, ал жауын-шашын суы жеке су ағызу коллекторымен су қабылдағышқа жіберіледі.
Неге бөлінген жүйе жиі қолданылады?
- Тазарту құрылыстарының жүктемесін тұрақтандырады және аса жоғары шығындар кезінде тәуекелді азайтады.
- Жауын-шашын суын бөлек басқаруға мүмкіндік береді.
- Өндірістік ағынның қауіпті компоненттерін бақылауды жеңілдетеді.
Қалдық судың құрамы және ластану түрлері
Қалдық су — еріген, коллоидты және ерімеген күйдегі органикалық және минералды ластағыштардың күрделі жүйесі. Коллоидты және ерімеген компоненттер ірі және ұсақ дисперсті суспензия, эмульсия және көбік түзеді.
Ластану түрлері
Минералдық: құм, саз, шлак, минералды тұздар ерітінділері, қышқылдар мен сілтілер.
Органикалық: өсімдік және жануар тектес заттардан, сондай-ақ өндірістік органикалық қосылыстардан пайда болады.
Бактериялық: патогенді бактериялар мен қауіпті ауру қоздырғыш вирустардың болуы мүмкін.
Маңызды көрсеткіштер
- рН (белсенді реакция)
- Өндірістік және тұрмыстық қалдық сулар әдетте әлсіз сілтілі ортаға жақын: рН ≈ 7,2–7,3.
- Өлшенген бөлшектер құрамы (ӨБҚ)
- Қалдық судың негізгі индикаторларының бірі. ӨБҚ арқылы тұндыру құрылыстарының тиімділігі және түзілетін тұнба мөлшері бағаланады. Әдеттегі концентрация: 100–1000 мг/л.
- Биогенді элементтер (азот, фосфор)
- Биологиялық тазартуды қамтамасыз ететін микроорганизмдер үшін қоректік элементтер. Тазартуға дейін азоттың негізгі формалары: жалпы азот және аммонийлі азот.
Органикалық ластануды бағалау: ОБТ және ОХТ
Оттегінің биохимиялық тұтынуы (ОБТ): аэробты бактериялар органикалық заттарды ыдырату үшін қажет оттегі мөлшері. Өлшем бірліктері ретінде мг/л және г/м³ қолданылады.
Оттегінің химиялық тұтынуы (ОХТ): органикалық заттардың минералдануы толық аяқталғанға дейінгі химиялық тотығуға қажет оттегі шығыны.
Аммонийлі азот концентрациясы көбіне өндірістік-тұрмыстық ластанудың индикаторы ретінде қарастырылады: аммоний азот аз болған сайын су тазарақ.
Қалдық суды тазарту әдістері
Өндірістік ластанудың негізгі бөлігі қалалық жүйеге түспей тұрып, өндірістік тазарту орындарында ұсталып қалуы керек. Санитарлық талаптарға сәйкес тазарту табиғи жағдайда емес, арнайы ұйымдастырылған қондырғыларда жасанды түрде жүргізіледі. Қалдық суды тазарту әдістері үш негізгі типке бөлінеді: механикалық, физика-химиялық және биологиялық. Бактериялық ластануды толық жою үшін дезинфекция қолданылады.
Механикалық тазарту
Ерімеген заттарды тұндыру және сүзу арқылы бөлу. Көбіне келесі сатылардың алдында қолданылады.
- Торлар (ірі қоқымдарды ұстау: қағаз, мата т.б.)
- Құмұстағыштар (құм, шлак, шыны қиыршықтары)
- Тұндырғыштар (ұсақ дисперсті бөлшектер)
- Майұстағыштар, мұнайұстағыштар, гидроциклондар, фильтрлер
Физика-химиялық әдістер
Әсіресе өндірістік қалдық сулар үшін тиімді. Коагуляцияны күшейту үшін реагенттер енгізіледі, ал электрлік әдістерде тұрақты ток әсерімен анод пен катод маңында жаңа қосылыстар түзіліп, олар кейін реагент ретінде жұмыс істей алады.
Биологиялық тазарту
Микроорганизмдер органикалық заттарды тотықтырып, минералдандыруға негізделеді. Жасанды жағдайда процесс қарқындылығы жоғары болады; кең таралған қондырғылар: биофильтрлер және аэротенктер.
Негізгі қондырғылар және олардың қызметі
Торлар
Қалдық судағы қалқымалы ірі қосылыстарды ұстау үшін қолданылады. Тазарту орындарының алдында тор тесіктері жиі шамамен 16 мм болады. Торлар қозғалмайтын және ұсақтағыштармен біріктірілген түрлерге бөлінеді; тәжірибеде қозғалмайтын торлар жиі қолданылады.
Құмұстағыштар (песколовкалар)
Ауыр минералды қоспаларды (әсіресе құмды) бөлуге арналған және тұндырғыш алдында орналастырылады. Су қозғалысына қарай құмұстағыштар тік, көлденең және айналмалы болып ажыратылады. Тәжірибе бойынша жоғары тиімділік көбіне су тура сызықпен қозғалатын көлденең құмұстағыштарда байқалады.
Ұсынылатын жылдамдық шектері
- Көлденең құмұстағыш: максимал ағын кезінде ≤ 0,3 м/с, минимал ағын кезінде ≤ 0,15 м/с.
- Тік құмұстағыш: кіретін ағын жылдамдығы ≤ 0,035 м/с.
Суда болу уақыты
- Көлденең құмұстағыш: 30–60 с.
- Тік құмұстағыш: 2–3,5 мин.
Аэрирленетін құмұстағыштар қолданылғанда құрамында органикалық қоспалар аз құмды ұстау тиімділігі артады. Мұндай қондырғылар әдетте ұзартылған резервуар түрінде жасалады: бір қабырға бойына аэраторлар орнатылады, ал олардың астына құм жинауға арналған лоток бекітіледі.
Тұндырғыштар
Тұндыру — қалдық судан ірі дисперсті қосылыстарды бөлуге арналған ең қарапайым әрі кең таралған әдістердің бірі. Процесс дисперсті бөлшектер мен дисперсиялық ортаның тығыздықтарының айырмасына негізделеді. Жобадағы орнына қарай тұндырғыштар біріншілік және екіншілік болып бөлінеді.
Түрлері
Қозғалыс бағыты бойынша: көлденең, тік және радиалды.
Әдеттегі тұндыру уақыты
Көп жағдайда 1,5–2 сағат. Радиалды тұндырғыштарда орташа 1,5 сағат.
Радиалды тұндырғыш — шеңберлі резервуар; ағын орталықтан периферияға радиалды бағытта қозғалады. Көбіне диаметрі 16–50 м. Диаметр мен тереңдік қатынасы әдетте 6:1–10:1. Орталықта тұнба жинауға арналған приямка жасалады, қабырғалары тұнбаны түсіруді жеңілдету үшін 60° еңіспен орындалады.
Аэротенктер
Биологиялық тазартуда кең қолданылатын қондырғы. Аэротенк — белсенді лай мен тазартылатын ағын суы бар баяу ағатын резервуар. Су мен лайдың үздіксіз әрі тиімді араласуы үшін сығылған ауамен араластырылады және микроорганизмдердің тіршілігіне қажет оттегімен қамтамасыз етіледі. Өндірістік аэрацияның ұзақтығы көбіне 10–14 сағат. Тазартылған су белсенді лаймен бірге екіншілік тұндырғышқа бағытталып, онда олардың бөлінуі жүреді.
Метантенктер
Біріншілік тұндырғыштан алынған тұнбаны анаэробты ашытуға арналған аппарат. Әдетте герметикалық жабындысы бар цилиндрлі немесе конусты/пирамидалы түбі бар резервуар түрінде орындалады. Ашудан түзілетін газды жинау үшін жоғарғы бөлігінде газ кеңістігі қарастырылады.
Температуралық режимдер
- Мезофильді ашыту: ≈ 33°C
- Термофильді ашыту: ≈ 55°C
Араластырылуы және қыздырылуы
Араластырғыш, сорап, гидроэлеватор көмегімен араластырылады. Жылутасымалдағыш ретінде өткір бу немесе ыстық су қолданылады. Термофильді режим тұнба ыдырауын жеделдетіп, ашыту мерзімін қысқартады.
Метантенктегі метанды ашу екі фазамен сипатталады: алдымен күрделі органикалық заттар қарапайым қосылыстарға ыдырайды, кейін олар көмірқышқыл газы мен метанға айналады. Алынған метан отын ретінде пайдаланылуы мүмкін.
Биофильтрлер
Ірі түйіршікті жүктеме материалы арқылы ағын су сүзілетін қондырғы; материалдың беті аэробты бактериялар түзетін биологиялық пленкамен қапталады. Биофильтрге су әдетте біріншілік тұндырудан кейін беріледі: пленка ерімеген, коллоидты және еріген органикалық заттарды адсорбциялап, кейін олар микроорганизмдермен тотығады.
Негізгі түрлері
- Тамшылы биофильтр
- Жоғары жүктемелі биофильтр (жүктеме биіктігі көбіне 3–4 м)
Жіктелуі
- Тазарту дәрежесі: толық / толық емес биохимиялық
- Ауа беру: табиғи / жасанды
- Режим: рециркуляциясыз / рециркуляциямен
- Сатысы: бірсатылы / екісатылы
Дезинфекция және су қоймасына ағызу
Механикалық және биологиялық тазартудан кейін бактериялар саны азаяды, бірақ патогенді микроорганизмдерді толық жою үшін дезинфекция қажет. Тәжірибеде хлорлау, электролиздеу және бактерицидтік сәулелендіру қолданылады. Ең кең тарағаны — газ тәрізді хлормен немесе хлорлы әкпен хлорлау.
Хлорлау дозалары
- Механикалық тазартудан кейін
- ≈ 30 мг/л
- Биологиялық тазартудан кейін
- ≈ 10 мг/л
Дезинфекция тиімді болуы үшін хлордың сумен жақсы араласуы қамтамасыз етіледі. Газды хлорлауда жүйе әдетте хлоратор, араластырғыш және контактілі резервуардан тұрады.
Ағызу конструкциялары
Дезинфекцияланған су су құбыры арқылы су қабылдағышқа жеткізіліп, өзен арнасына ағызылуы мүмкін. Шығару конструкциялары екіге бөлінеді: себелейтін (су бірнеше саңылаудан шығады) және жинақталған (су бір саңылаудан шығады). Кең тарағаны — себелейтін түрі, себебі су қоймасында ағын жақсы араласып, табиғи өздігінен тазару үдерістеріне қолайлы жағдай жасайды.
Ағызу орны әдетте санитарлық инспекция, бассейн инспекциясы және су шаруашылығы органдарымен келісіліп таңдалады.
Тұнба (қалдық) және оны залалсыздандыру
Қандай әдіспен тазартылса да, біріншілік тұндырғышта ерімейтін заттардың қалдығы түрінде тұнба түзіледі. Сонымен бірге биохимиялық тазарту нәтижесінде екіншілік тұндырғышта да айтарлықтай мөлшерде тұнба пайда болады. Тұнба суымен араласқан қатты заттардан тұрады, санитарлық тұрғыдан қауіпті және жағымсыз иісті болуы мүмкін.
Органикалық заттардың мөлшерін азайтып, тұнбаға санитарлық тұрғыдан қолайлы сипат беру үшін оны арнайы қондырғыларда анаэробты өңдеуге жібереді: септиктер, екі қабатты тұндырғыштар және метантенктер. Бірінші екеуі тұндыру мен залалсыздандыруды қатар атқара алады, ал метантенк тұнбаны ашытуға маманданған.
Қондырғыларды тізбектей орналастыру логикасы
- 1 Алдын ала тазарту: торлар → құмұстағыштар.
- 2 Тұндыру: біріншілік тұндырғышта суспензияның негізгі бөлігі ұсталады.
- 3 Биологиялық тазарту: биофильтр немесе аэротенк арқылы органикалық заттар минералданады.
- 4 Екіншілік тұндыру: белсенді лай бөлінеді.
- 5 Тұнбаны өңдеу: метантенкке ашытуға беру → механикалық залалсыздандыру → тыңайтқыш ретінде пайдалану мүмкіндігі.
- 6 Суды соңғы өңдеу: дезинфекция → су қоймасына қауіпсіз ағызу.
Өндірістік қалдық суларды тазарту қондырғысын есептеуге арналған деректер
Төменде экологиялық тазарту қондырғысын есептеу үшін қажет негізгі бастапқы өлшемдердің үлгілік кестесі берілген. Кесте оқу тапсырмалары үшін бірнеше нұсқада ұсынылады.
| № | Параметр | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Қалдық судың максимал шығыны, Vc, м³/с | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 0,55 | 0,60 | 0,30 | 0,36 |
| 2 | Су қозғалысының оптималды технологиялық жылдамдығы, w, м/с | 0,30 | 0,28 | 0,27 | 0,26 | 0,25 | 0,20 | 0,30 |
| 3 | Құмұстағыш ұзындығы, B, м | 2,0 | 2,2 | 2,4 | 2,5 | 3,0 | 1,8 | 2,0 |
| 4 | Құмұстағыш каналындағы тор ұзындығы, b, м | 0,80 | 0,85 | 0,90 | 1,0 | 1,25 | 0,60 | 0,75 |
| 5 | Құмұстағыштағы дисперсті ортаның тығыздығы, ρ1, кг/м³ | 2300 | 2000 | 2400 | 2600 | 2500 | 2100 | 2200 |
| 6 | Тұндырғыштағы дисперсті орта тығыздығы, ρ2, кг/м³ | 1250 | 1100 | 1300 | 1100 | 1400 | 1100 | 1200 |
| 7 | Тұндырғыштағы дисперсиялық ортаның тығыздығы, ρ, кг/м³ | 1000 | 1050 | 1000 | 1000 | 1200 | 1000 | 1000 |
| 8 | Құмұстағышта қалған бөлшектердің орташа өлшемі, d, мм | 0,35 | 0,40 | 0,45 | 0,20 | 0,50 | 0,25 | 0,30 |
| 9 | Тұндырғышта қалған бөлшектердің орташа өлшемі, d**, мм | 0,05 | 0,08 | 0,04 | 0,07 | 0,06 | 0,03 | 0,05 |
| 10 | Тұндырғыштағы суспензияның кинематикалық тұтқырлығы, ·10−6 м²/с | 1,15 | 1,2 | 1,25 | 1,3 | 1,5 | 1,05 | 1,10 |
| 11 | Құмұстағыштағы НЖС тұтқырлығы, ·10−3 Па·с | 1,75 | 1,8 | 2,0 | 2,1 | 2,2 | 1,55 | 1,76 |
| 12 | Қалдық судың кинематикалық тұтқырлығы, ·10−6 м²/с | 23,1 | 25,5 | 26,2 | 28,5 | 34,5 | 20,2 | 22,4 |
| 13 | Дюкер тұрақтылығы коэффициенті, o0 | 2,55 | 2,75 | 3,0 | 3,25 | 3,50 | 2,0 | 2,15 |
| 14 | Дюкер ұзындығы, ℓ, м | 22 | 30 | 30 | 35 | 40 | 15 | 20 |
| 15 | Метантенктегі өткір бу қысымы, p, МПа | 0,85 | 0,88 | 0,90 | 0,97 | 10,0 | 0,75 | 0,80 |
Ескертпе
Бастапқы мәтінде «Error: Reference source not found» сияқты техникалық ақаулық жолдары кездеседі. Бұл фрагменттер мазмұнға қатысы жоқ болғандықтан, олар осы редакцияланған нұсқада алынып тасталды.
Құрылғының технологиялық сызбасы және есептеу логикасы
Технологиялық сызбада әдетте құмұстағыш, тұндырғыш және метантенк қарастырылады. Құмұстағыш ауыр минералды қоспаларды ұстайды, кейін ағын радиалды тұндырғышқа бағытталады. Тұндырғыш ірі және орташа дисперсті бөлшектерді бөліп алады, ал түзілген тұнба сорғы арқылы метантенкке жіберіліп, ашыту жүргізіледі. Әрбір қондырғы жеке есептеледі.
Құмұстағыш есебі (үзінді)
1.1. Су тереңдігін анықтау
Тегеуірінге (Нп) сәйкес келетін су тереңдігі (h) мына шамалар арқылы анықталады: Vc — қалдық судың көлемдік шығыны (м³/с), B — құмұстағыш ені (м), w — құмұстағыштағы сызықтық көлденең жылдамдық (м/с).
1.2. Қалқан ашылу өлшемін есептеу
Қалдық су мен ірі дисперсті бөлшектер үшін оптималды жылдамдықты қамтамасыз ететін қалқанның ашылу өлшемі (a) есептеледі. Бастапқы мәтіндегі формула толық берілмегендіктен, бұл бөлім әдістемелік құрылым ретінде ғана ұсынылды.