Очистка сточных вод

       В связи с широким внедрением на предприятиях черной металлургии газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), применение дроссельных групп для тонкой очистки газа становится нерентабельным. Экономически целесообразнее использовать весь возможный перепад давления в ГУБТ, а для тонкой очистки газа применять аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр типа ДМ (для тонкой очистки доменного газа). Дроссельную группу сохраняют лишь на случай выхода из строя ГУБТ в соответствии с рисунком 4б. Таким образом, в зависимости от наличия или отсутствия ГУБТ на отечественных предприятиях применяют различные схемы очистки доменного газа.

      Вследствие того что трубчатые электрофильтры типа ДМ работают недостаточно надежно, особенно при высоком давлении газа под колошником, была предложена схема с тонкой очисткой газа в скрубберах Вентури и использованием его энергии в ГУБТ в соответствии с рисунком 4в. После блока из пяти – семи труб Вентури устанавливают центробежные скрубберы (каплеуловители), из которых газ отводится в ГУБТ и далее к потребителям.

Рисунок 4 − Схемы очистки доменного газа: а – при отсутствии ГУБТ; б – при наличии ГУБТ с электрофильтром; в – при наличии ГУБТ без электрофильтра; г – при сухом пылеуловителе. 1 – сухой инерционный пылеуловитель; 2 – полый форсуночный скруббер; 3 – труба Вентури; 4 – каплеуловитель; 5 – мокрый электрофильтр; 6 – дроссельная группа; 7 – доменная печь; 8 – коллектор чистого газа фильтр; 9 – подогреватель газа; 10 – ГУБТ; 11 – электрогенератор; 12 – циклон; 13 – сухой электрофильтр;14 – задвижка.

 

      Как обычно, в качестве резерва к ГУБТ сохраняют дроссельную группу с центробежным скруббером. Данная схема характеризуется повышенной надежностью работы; недостаток – потеря части давления газа на преодоление гидравлического сопротивления скруббера Вентури.

     По техническим условиям ГУБТ температура поступающего в них доменного газа должна быть 100 – 200°С. Между тем в случае мокрой очистки температура газа снижается до 30 – 40°С и перед турбиной его приходится снова подогревать, сжигая часть газа. Поэтому чрезвычайно актуальной является сухая очистка доменного газа, при которой он будет поступать в ГУБТ с требуемой температурой.

      В настоящее время ведутся работы по использованию для очистки доменного газа высокотемпературных механических фильтров и сухих электрофильтров.

      Доменные цехи загрязняют атмосферу в основном пылью и оксидом углерода.

     На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды грейферными кранами, подаче ее на бункерную эстакаду. Удельный выброс пыли на 1 т чугуна ориентировочно принимают равным: на рудном дворе 50 кг, бункерной эстакаде 22 кг при высоте выделений 6 –15 м. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде может достигать 1000 мг/м³. На новых металлургических предприятиях можно ожидать снижения удельных выбросов до 10 кг/т за счет разгрузки и транспортировки сыпучих материалов в закрытых разгрузочных узлах и закрытых галереях с объединением аспирационных систем и очисткой запыленных газов в крупных электрофильтрах.

      В доменных цехах существуют две системы подачи сырых материалов на колошник: скиповая, применявшаяся на старых печах, и транспортерная, применяемая в новых печах и обеспечивающая значительное снижение пылевыделений.

     Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон – весы и далее в скип. Пыль выбрасывается в атмосферу через окна и проемы для скипов и через выхлопные отверстия аспирационных систем при высоте выделений 10 м. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений составляет около 500 мг/м³, в связи с чем на многих предприятиях кабина машиниста вагон-весов герметизирована. При транспортерной подаче сырых материалов условия работы в подбункерном помещении гораздо лучше.

      Для очистки выбросов аспирационных систем в большинстве случаев применяют мокрые пылеуловители.

     Пыле- и газовыделения печи обусловлены тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства давление по обе стороны малого конуса необходимо выровнять, для чего грязный газ из межконусного пространства выпускают в атмосферу. Кроме того, пылевыделение происходит при каждой ссыпке сырых материалов из скипа в приемную воронку. Для печей емкостью 930 – 2700 м³ выбросы пыли и СО составляют соответственно 0,17 – 0,60 и 5 – 19 т/сут. Удельный выброс пыли может достигать 4 кг/т чугуна, а концентрация ее в газах 200 – 500 г/м³.

     В целях сокращения этого выброса на некоторых предприятиях устанавливают автономные газоочистки. Чаще всего для этой цели применяют схему с орошаемым газоходом и скруббером Вентури. При общем удельном орошении газохода и трубы Вентури 1,5 – 3,5 дм³/м³ остаточная запыленность выбросов не превышает 10 мг/м³ и, следовательно, их можно подавать в газопровод чистого газа. Установки работают циклично: в течение часа производят 8 – 10 сбросов газа с продолжительностью каждого сброса 8 – 10 с.

     Радикальным решением, почти полностью исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в него в момент открытия большого конуса компримированного газа давлением, несколько превышающим давление в печи. В этом случае запыленный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство и при выравнивании давления в засыпном устройстве происходит выхлоп чистого газа. Однако при этом появляются дополнительные энергозатраты, связанные со сжатием газа, подаваемого в межконусное пространство. При осуществлении этой схемы выбросы в атмосферу уменьшаются в 50 раз, отпадает необходимость автономной системы газоочистки, увеличивается срок службы засыпного аппарата. В качестве газообразного агента может быть также использован компримированный азот с кислородной станции. Установка подобного типа уже осуществлена на одном из предприятий.

 

   2.3 Сточные воды доменного производства

 

Около 3/4 общего потребления  воды металлургических заводов расходуется  на охлаждение продукта, конструктивных элементов металлургических печей  и машин. Если вода непосредственно не соприкасается с последними, то она только нагревается, в противном случае наряду с повышением температуры воды она также загрязняется.

Сточные воды современного металлургического завода формируются  из отдельных цеховых стоков, которые во многом определяют расход общезаводского стока и его качественный состав. Наибольшее количество сточных вод образуется в основных цехах – доменном, прокатном и сталеплавильном.

Во время доменного  процесса выплавки чугуна выбрасывается  газ, который уносит с собой до 20 и более грамм пыли на 1 куб. м газа, что иногда соответствует 1/5 всего количества загруженной в шахту руды. Поэтому он подвергается очистке в скрубберах – сухих пылеуловителях, где задерживается до 70% пыли, а также тонкой очистке в дезинтеграторах или электрофильтрах; вода увлекает за собой механические примеси (частицы руды, кокса и известняка) и химические соединения (сульфаты, хлориды), а также газы. На 1000 куб. м очищаемого газа образуется 4 – 6 куб. м сточных вод или около 20 куб. м на 1 т чугуна. Стоки окрашены в красно-бурый, темно-серый или коричневый цвет с температурой порядка 40 – 50°, для них характерно высокое содержание взвешенных веществ за счет частиц пыли, попадающей из газа в воду (от 1000 до 4000 мг/л).

С повышением давления воздуха (дутья) под колошником доменной печи, а также при обогащении воздуха (перед подачей его в печь) кислородом и природным газом количество выносимой пыли и крупность ее частиц уменьшается. Большой дисперсностью отличается также пыль, образующаяся при выплавке ферромарганцевого чугуна. В отличие от сточных вод производства предельного и литейного чугуна ферромарганцевое производство имеет еще ту особенность, что образующиеся стоки содержат высокие концентрации нерастворимых и растворимых цианидов, а также роданистые соединения и аммиак.

В доменном цехе образуются также загрязненные воды от подбункерных помещений, грануляции доменного шлака  и разливочных машин. При транспортировке, грохочении и дозировке шихты  в подбункерных эстакадах выделяется пыль и просыпается некоторое количество материала на пол, который убирают водой смывом из дырчатых труб и сопел. Общее количество сточных вод, образующихся от смыва осыпи и пыли, составляет 300 – 360 куб. м/ч на каждую доменную печь или около 2 куб. м на 1 т выплавляемого чугуна. Стоки загрязнены только механическими примесями – мелочью агломерата в виде кусочков руды, кокса и известняка, концентрация которых составляет 2 г/л с повышением до 20 г/л.

В процессе грануляции доменного шлака – охлаждения его водой в зависимости от применяемого способа сточные воды или почти совсем не образуются (на специальном барабане, к которому шлак подводят в ковшах) или образуется до 1 – 2 куб. м на 1 т гранулированного шлака (при грануляции в лотках или специальных камерах вблизи доменных печей с последующим гидравлическим транспортированием на склад).

Сточная вода имеет повышенную температуру (до 40°) и относительно невысокую  концентрацию взвешенных веществ (до 1600 – 1700 мг/л).

Сточные воды разливочных  машин получаются от охлаждения чугуна, разлитого в мульды на машине, и от охлаждения слитков чугуна после машины на вагонах с помощью душирующих устройств. Опорожненные мульды смачиваются известковым молоком, предохраняющим их от приваривания к ним чугуна при следующей разливке. Поэтому в сток наряду с осколками застывшего чугуна, окалины, коксовой мелочью, графитом попадает много недогашенной извести и известнякового шлама в виде недопала, что приводит к высокой щелочности стоков (до 28 мг-экв./л – общей и 1 мг-экв./л – гидратной). В среднем концентрация взвешенных веществ в стоках составляет 2000 мг/л, а температура отработанных вод повышается до 50°.

Количество сточных  вод составляет до 3 – 4 куб. м на 1 тонну разлитого чугуна (70 – 80% потребляемой воды) или до 300 куб. м и более на одну разливочную машину.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Способы очистки сточных вод доменного производства

 

      Металлургические заводы относятся к той категории производства, для которой практически доказана возможность организации оборотного водоснабжения, когда всю отработанную в производстве воду подвергают той или иной подготовке (очистке, охлаждению, обработке) и снова используют в производстве без выпуска в водоемы. При этом следует исходить из того, что легче очистить воду до степени, удовлетворяющей требованиям технологических процессов, чем до санитарных требований к спуску сточных вод в водоемы. Поэтому водоснабжение заводов черной металлургии, как правило, должно быть оборотным для всего промышленного предприятия или с отдельными замкнутыми циклами цехов без сброса сточных вод в водоемы.

      При осуществлении замкнутых оборотных циклов необходимо стремиться к исключению продувки либо к максимальному ее сокращению. Продувочные воды должны подвергаться очистке и также использоваться в водообороте. Уменьшение сброса загрязнений со сточными водами должно осуществляться также путем максимального извлечения из них ценных отходов, которые являются потерями для производства и вместе с тем ведут к загрязнению воды водоемов. Наконец, следует предусмотреть мероприятия по предотвращению аварийных сбросов с оборотных циклов (стабилизация воды, наличие резервного оборудования и др.).

     Спуск сточных вод в коммунальную хозяйственно-бытовую канализацию нецелесообразен в связи с их большим количеством и наличием в основном взвешенных веществ минерального происхождения. Возврат отработанных вод обычно осуществляется через пруды – отстойники. В этом сооружении происходит также дополнительное значительное снижение концентрации взвешенных веществ, а также некоторое уменьшение концентрации растворимых соединений.

      Каждое санитарно-техническое мероприятие, имеющее своей целью уменьшить концентрацию вредных веществ в стоках, по существу направлено к снижению концентрации вредных веществ в водоемах.

     Для очистки сточных вод металлургических заводов обычно применяются методы, в основе которых лежит использование физических свойств осаждения взвешенных веществ, которые являются ведущим показателем загрязнения этих вод. Одновременно находят применение такие физико-химические и химические методы очистки, как коагуляция, нейтрализация и другие, что связано с некоторыми особенностями состава отдельных цеховых стоков.

 

3.1 Подбункерные помещения доменных печей.

 

     От доменного цеха образуются также загрязненные воды из подбункерных помещений. При транспортировке, грохочении и дозировке шихты в подбункерных эстакадах выделяется пыль и просыпается некоторое количество материала на пол, который убирают водой смывом из дырчатых труб и сопел. Общее количество сточных вод, образующихся от смыва осыпи и пыли, составляет в среднем 300 – 360 м³/час на каждую доменную печь. Сточные воды загрязнены только механическими примесями – мелочью агломерата в виде частиц руды, кокса и известняка.

      Очищенная вода направляется в резервуар чистой воды и далее на повторное использование (до 50% очищенной воды может быть использовано для промывки деталей, остальное – на другие технические нужды). Фильтр с зернистой загрузкой периодически (не чаще одного раза в две недели) подвергается обратноточной промывке, промывная вода возвращается в голову процесса. По мере исчерпания обменной емкости через 3-5 фильтроциклов адсорбент подвергается активации (р-ром Na₂CO₃ или MgSO₄ , активирующий раствор можно использовать до 20 раз). Узел регенерации включает в себя емкость для приготовления рабочих растворов и дозировочные насосы. Отработанные регенерирующие растворы направляются в накопитель (существующей схемы) и подвергаются очистке с основным потоком. Срок службы адсорбента не ограничен. При доочистке не образуются дополнительные отходы и отработанные растворы, объем осадка не увеличивается.

      Состав установки: Фильтры напорные стальные, емкости, насосное оборудование, трубопроводы и запорная арматура.Схема очистки представлена на рисунке 5.