автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация очистки сточных вод прокатных производств применительно к Республике Алжир

Санкт-Петербургский инженерно-строительный институт

На правах рукописи

Хаммар Яхиа

Интенсификация очистки сточных вод прокатных производств применительно к республике Алжир

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1993 .

Работа выполнена в лаборатории механической очистки сточных вод и стабилизации воды НИШ "Энергосталь" и на кафедре водоснабжения, канализации и гидравлики Харьковского инженерно-строительного института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Пантелят Г.С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Курганов A.M.

- кандидат технических наук, доцент Акимов Л*И.

Ведущая организация - Ленгипромез.

Защита состоится 15.06.1993г. в 15.00час. на заседании Специализированного,ёовета К.063.31.03 в Санкт-Петербургском институте по адресу; Красноармейская, 2, Ленинский зал.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Сан кТ-Па тербуpre кого инженерно-строительного института.

Автореферат разослан $ jM кяз

Ученый секретарь Специализированного совета j Г.П.Комима

Общая характеристика работы. Актуальность темы. .

Черная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды. Современное металлургическое предприятие на производство I т стального проката расходует 180-200 м3 воды. Суточный оборот воды на отдельных предприятиях ыокет достигать 3 млн.мЗ и более. Из этого количества на долю охлаждения оборудования приходится около 48%, очистку газов '¿Ь%, обработку и отделку металла 12$, гидравлическую транспортировку 11%, прочив нужды 2% воды.

Несмотря на то, что на металлургических предприятиях широко используется оборотное водоснабжение, количество сточьих вод велико. Они содержат механические примеси, органического и минерального происхождения, в том числе гидроксиди металлов, стойкие и летучие нефтепродукты, растворенине токсичные соединения органического и неорганичесгаго ароисхосденир, Ери сбросе загрязненных сточных вод металлургических предприятий э водоеме увеличивается количество взвешбнных веществ, значительная часть которых осаждается вблизи места спуска, повышается температура воды, ухудшается кислородный режим, от выноса смазочных продуктов с водой из прокатных цехов образуется маслянистая пленка на поверхности водоема. При поступлении в водоем стоков, содержащих кислоты, изменяется кислотность воды, нарушается ход биологических процессов. Поступление вредных веществ может привести к гибели водных организмов и нарушен™ зстественных процессов самоочищения водоемов. Вредное воздействие на людей, теплокровных животных, макро- и шкроорганизмы, растительный мир оказывают многие металлы, их соединения и другие неорганические вещества, содержащиеся в сточных водах металлургических предприятий.

Наиболее надежным средством защиты водоемов от загрязнения сточными водами промышленных предприятий является создание замкнутых систем оборотного водоснабжения, исключающих сброс сточных вод в водоемы. Ото утверждение относится ко'всем промышленно развитым и развивающимся странам, включая республику Алжир.

Одним из наиболее крупных потребителей воды на предприятиях черной металлургии являются станьг горячей прокатки. Они же вносят существенный вклад в сброс сточных вод в водоемы. В связи с изложенным! вопросы, связанные с дальнейшим совершенствованием систем оборотного,водоснабжения станов горячей прокатки, включая разработку новых методов интенсификации очистки сточных вод от взвешенных веществ и масел, являются весьма актуальными.

Острота этого вопроса для Алжира становится еще более очевидной, если учесть острый дефицит воды в этой стране.

Целью диссертационной работы является разработка технических рэвэяий для создания полностью замкнутых систем оборотного водоснабжения станов горячей прокатки, исключающих сброс сточных вод в водоеш, применительно к республике Алжир. Работа базируется ка разработка-иопьк типов аппаратов, позволяющих интенсифицировать процесс очистки сточных вод. -

Научная новизна Диссертация заключается в следующем:

1) разработка и исследована новая конструкция горизонтального отстойника с встроенной камерой флокуляции для вторичной очистки сточцых вод станов горячей прокатки от высокодисперсных взвешенных вещэйтв, насел и нефтепродуктов;

2) разработана и исследована новая конструкция аппарата гидроциклонного типа для очистки сточных вод металлургических предприятий; .

3) научко обоснована возможность создания полностью замкнутых систем оборотного водоснабжения станов горячей прокатки применительно к условиям республики Алжир на основе определения допустимого уровня солесодержания и.его основных компонентов.

Практическая ценность работы состоит:

I) в разработке технических решений для создания полностью замкнутых систем оборотного водоснабкеиия станов горячей прокатки, исключающих сброс сточных вод в водоемы, применительно к республике Алжир;

2) в разработке новых высокопроизводительных, эффективных и экономичных аппаратов и сооружений (горизонтальный отстойник о встроенной камерой флокуляции, аппарат гидроциклонного типа новой конструкции), обеспечивающих необходимое качество воды для ее многократного использования;

3) в обосновании возможности создания полностью замкнутых систем оборотного водоснабжения станов горячей прокатки на основе определения допустимого уровня солесодержания и его основных компонентов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Харьковского инженерно-строительного института в ,1991, 1992 и 1993гг. .

Публикации. По теш диссертационной .работы опубликовано 3 печатных работы, получено положительное реоение ВНИИГПЭ на выдачу авторского свидетельства на изобретение заявка !Г49о2047/26 эт £>.05.91. Решение о выдача патента 0о.07.92г.

Структура и объем работы.. Диссертационная работа состоит 13 введений, пяти разделов и выводов, занимающих (ЧЬ страниц машинописного текста, содержит рисунков, ЬН. таблиц,

:писок использованных источников из 10-Ь наименований и прило-:ений на {страницах. Объем работы составляет страниц.

Содержание диссертации.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной 1аботы, сформулирована цель исследований и научная новизна рабо-ы, показана ее практическая ценность,

В персом разделе рассмотрены условия и особенности исполь-ования зодм, условия образования, химический состив и физико-кмические свойства сточных и оборотных вод станов горячей про-атки. Приведен анализ и определены .тенденции развития техники технологий очистки сточных вод от взвешенных веществ, насел и ефгепродуктов, обезвоживания и утилизации осадков и шламоа. ■

- б

Рассмотрены конструкции ошгаратов и сооружений, применяющихся и находящихся в стадии разработки, для очистки сточных вод прог.ъгаленннх предприятий и, в частности, для очистки сточных вод станов горячей прокатки. Дан их сравнительный анализ, приведены факторы и конструктивные особенности, влияющие на эффективность их работы»

Раздел заканчивается формулировкой цели и задач диссертационной работы.

Во втором разделе приведены результаты изучения особенностей водного хозяйства из ряде металлургических заводов стран СНГ и металлургическом комбинате в Эль-Хэджаре (Алжир). В частности, существенное внимание уделено водному хозяйству Новолипецкого ■ и Осксльского металлургических комбинатов (КЛиК и ОЭМК), где весьма широко представлены прокатные производства, что позволило сделать сопоставительный анализ применяемых технических решений,, спрзделит.'^ ссновниз достоинства и недостатки систем водоснабжения станов горячей прокатки, определить основные причины сброса сточных вод в водоемы.

Основной отличительной особенностью водного хозяйства металлургического комбината в Эль-Хаджаре по сравнению с анашогич-ными предприятии стран СНГ является то, что в республике Алжир водные резулыгадьГ'весьыа ограничены, что приводит к необходимости строгого регламентирования расходования свежей воды, а следовательно, сведения к минимуму сброса сточных, вод в водоемы. На этом заводе расход свежей воды составляет в среднем 211)0-¿200 мЗ/ч, а в засушливые годы снижается до .Пи0-1&00 ш/ч. о расчете на одну тонну выплавляемой стали расход свежей воды составляет 0,001 мЗ/т, в ТО время кгк на заводах стран СНГ -0,01-0,005 ыЗ/т и более.

На основании сопоставительного анализа водного и материального (солевого) балансов основных контуров циркуляции воды определены фактические расходы сточных вод, сбрасываемых в промышленно-ливневую канализацию.

Учитывая важность установления истинной величины наконтролируемой продувки - сброса в промышленно-ливневую'канализации,

Ö( ь -Ö \

Ni

& ^

'S ^ « s

S i oï

s

? H

H I

> • Ч ^ Q

I. § П

s fc

9 ö «i ,4 c?

«8 s g Ia

5 ä H

> S

11| i 's ^ «

1I s

«V*

il

'tlH §? £ §

§ S

I ^

II

Установлены оппзлальные значения градиента скорости и времени перемешивания воды для различных видов взвешенных веществ, характерных для сточных вод металлургических производств. Определено, что взвешенные вещества, содержащиеся в сточных водах станов горячей прокатки, обладают весьма слабым и флокуляционны-ми свойствами (без применения реагентной коагуляции). При этом значение константы коагуляции К близко к нулю.

Наилучшие результаты па флокуляцми взвешенных веществ, содержащихся в сточных водах станов горячей прокатки (при применении реагентной коагуляции), имеют, место при величине градиента скорости & = 100-227 и времени первиеаивания воды Т = 300-600 с. Оптимальная величина критерия Кэша б-7=6x10^4 1.6Х105.

• В четвергом разделе приведены результаты исследований новых конструкций аппаратов для очистки сточных вод от взвешенных веществ, масел и нефтепродуктов. Первая конструкция (рис.1) предназначена для замены устаревшей конструкции горизонтальных отстойников. Одной из отличительных особенностей предложенного конструктивного решения является удаление выпавшего осадка гидравлический способом - насосами, что имеет существенные преимущества перед традиционным удалением осадка с помощью грейферного крана. Вторая конструкция - принципиально новое техническое решение конструкции очистного устройства - аппарат цилиндрической форам с иакеиаальнш использованием интенсифицирующего влияния флокуляционного Сплавного) перемешивания. Здесь также предусмотрено непрерывное удаление выгшвшго осадка и всплывших продуктов (рнс.^), Установка для проведения гидравлических исследований, представленная на рис.3, предназначена для измерения скоростей движения воды в объеме "модели отстойника и определения действительного времени пребывания-воды в модели.

Выполнен аиелиз матодов гидравлического моделирования применительно к сооружениям отстойного тина. Известно, что для подобия двух стационарных гидравлических процессов, наряду с обеспечением геометрического подобия, необходимо обеспечить [-овенсгва критерия Рейнольдса ( Не ), ».руда I Рп ), 'Эйлера ( Ей - ар/^уГ^ где лр - характерный перепад давлений,

- IS

J) - плотность воды, кг/смЗ, Wo - скорость движения вода, м/с). Дли сооружений отстойного типа существенным критерием является только число Re . Однако моделирование со строгим соблюдением сил вязкости встречается редко. При больших значениях силы вязкости становятся пренебрежимо малыш по сравнению с турбулентными напряжениями. В этом случае, поток становится автомодельным по отношению к числу Re , то есть явление качественно не изменяется, несмотря на уменьшение величины. Re . При решении задач моделирования аппаратов и сооружении отстойного типа необходимо определить величину Не для установления нижней границы зоны автомоДельности, поскольку • если Re > &erf> , то можно не соблюдать критерий Re.

Б лаборатории механической очистки сточных вод и стабилизации воды института НПО "Онергосталь" в предыдущие годы под руководством профессора Г.С.Пантеляга и канд,техн.наук С.И.Эп- ' штейна выполнены исследования, направленные на изучение гидродинамики аппаратов И сооружений для очистки воды. Установлено, что в качестве нижней'границы области ввтомодельности для ап- • 1 паратов гидроциклонного типа, следует принять Re =1400.

В обьеме настоящей работы выполнена проверка автомодель-ности гидравлических режимов моделей исследуемых аппаратов. . Установлено, что значения чисел Рейнольдса для моделей разрабатываемых аппаратов удовлетворяют условиям автомодельности.

Измерение скоростей движения вода в модели отстойника производили на установке, представляющей замкнутый циркуляционный контур, который работает следующим образом. Исходная вода из бака И насосом о по подводящему трубопроводу подается на модель остойника I, а послч пребывания в нем возвращается в бак исходной воды. Расход исходной воды определяли при помощи расходомера 4, установленного на подающем трубопроводе. Измерение скорости движения воды осуществляется с помощью микровертушки 10, принцип действия шторой заключается в регистрации числа оборотов- крыльчатки, вращащейся под действием скоростного напора воды. Регистрацию сигналов осуществляли электронным часто-

томером 13 типа 40-32, Количество импульсов в единицу времени прямо пропорционально скорости потока. Намерение скорости вращения воды в модели отстойника проводили при трех расходах поды 0,6; 0,7о и 1,03 ыЗ/ч, что соответствует удельным гидравлическим нагрузка« ни единицу объема =30; ЗУ и о^ ма/м3.ч

Определение 4актического времени пребывания воды по кривым отклика на импульсный ввод индикаторного раствора (черной туши) производили на установке которая работает следующим о (¡разом. Исходную воду на бака ¿ насосом 3 по подводящему трубопроводу подавали в модель отстойника I. На входе в модель из растворного бака для туши 5 производили импульсный ввод индикаторного раствора с помощью устройства 0. £1осле этого измеряли концентрацию туши в воде в различных точках модели отстойника.

" Для измерения концентрации туши в воде применяли (фотоэлектрический измеритель мутности. Принцип его работы основан На использовании способности фотодиода изменять свое активное сопротивление при изменении светового потока, зависящего от мутности среди, в которую помещен датчик с осветлителем ?. Окспери.\;енти проводили при тех' же расходах воды, что и измерение скорости движения води. При введении в поток водн красителя последний захватывался основным потоком воды и перемещался в виде сплошного окрашенного облака к месту установки датчика. Облако, преходя между осветлителем датчика и фотодиодом, затеыняло чувствительную площадку -¡ятодиода, и в измерительной диагонали моста появлялся ток, отличающийся от нулевого значения, величину которого показывал микроамперметр 6. Величину тока фиксировали быстродействующим самописцем У типа Н338-611. На ленте самописца за-ьиспвали значения внкодаых токов, поступающих от датчика, и запись меток времени, что дало возможность определить скорость движения облака в пространстве.

Остановлено наличие некоторых застойных зон в исследованных моделях отстойников. Степень использования объема колеблется душ разных удельных гидравлических нагрузок от 0,7 до и,№.

5 пятом раздало определено, что горизонтальный отстойник ис-.;. .эе^нно]; конструкции позволяет очищать сточнме водн станов