Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский государственный лесотехнический университет»
Кафедра ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ БИОСФЕРЫ
Направление подготовки
20.03.01 (280700.62) Техносферная безопасность
Квалификация (степень)
выпускника
Бакалавр
Профиль подготовки
Инженерная защита окружающей среды
Технология
очистки сточных
вод
Разработчик программы:
доцент, к.х.н. Мельник Т.А.
Цель преподавания дисциплины - сформировать у студентов системные
представления о методах и способах защиты гидросферы от химических
загрязнений, реализации инженерно-экологических решений по рациональному
природопользованию и защите окружающей среды.
Задачи изучения дисциплины заключаются в следующем:
- дать классификацию методов защиты водного бассейна от химических и
физических видов загрязнений;
- дать классификацию основного оборудования, используемого для очистки,
обезвреживания и утилизации промышленных сбросов;
- приобретение практических навыков расчета параметров физико-химических
процессов очистки промышленных стоков в гидросфере;
- научить практическому выбору рациональной технологической схемы
обезвреживания сточных вод, ее аппаратурному оформлению.
Дисциплина готовит к решению следующих задач профессиональной деятельности:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
в области проектно-конструкторской деятельности:
участие в проектных работах в составе коллектива в области создания средств обеспечения безопасности и защиты
человека от техногенных и антропогенных воздействий, разработке разделов проектов, связанных с вопросами
безопасности, самостоятельная разработка отдельных проектных вопросов среднего уровня сложности;
идентификация источников опасностей на предприятии, определение уровней опасностей;
определение зон повышенного техногенного риска;
участие в разработке требований безопасности при подготовке обоснований инвестиций и проектов;
участие в разработке средств спасения и организационно-технических мероприятий по защите территорий от природных
и техногенных чрезвычайных ситуаций.
в области сервисно-эксплуатационной деятельности:
эксплуатация средств защиты и контроля безопасности;
выбор известных методов (систем) защиты человека и среды обитания и ликвидации чрезвычайных ситуаций
применительно к конкретным условиям.
в области организационно-управленческой деятельности:
участие в деятельности по защите человека и среды обитания на уровне предприятия, а также деятельности
предприятий в чрезвычайных ситуациях;
участие в разработке нормативно-правовых актов по вопросам обеспечения безопасности на уровне предприятия.
в области экспертной, надзорной деятельности:
проведение контроля состояния средств защиты;
выполнение мониторинга полей и источников опасностей в среде обитания;
участие в проведении экспертизы безопасности, экологической экспертизы.
в области научно-исследовательской деятельности:
участие в выполнении научных исследований в области безопасности под руководством и в составе коллектива,
выполнение экспериментов и обработка их результатов;
анализ опасностей техносферы анализ опасностей техносферы;
участие в исследованиях воздействия антропогенных факторов и стихийных явлений на промышленные объекты.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
Общекультурные компетенции :
•
ценностно-смысловой ориентацией (понимание ценности культуры, науки, производства, рационального потребления) (ОК-2);
•
способность организовать свою работу ради достижения поставленных целей; готовность к использованию инновационных идей (ОК-6);
•
владение культурой безопасности и риск-ориентированным мышлением, при котором вопросы безопасности и сохранения окружающей среды
рассматриваются в качестве важнейших приоритетов в жизни и деятельности (ОК-7);
•
способность работать самостоятельно (ОК-8);
•
способность принимать решения в пределах своих полномочий (ОК-9);
•
способность к познавательной деятельности (ОК-10);
•
способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных
задач (ОК-11);
•
способность к абстрактному и критическому мышлению, исследованию окружающей среды для выявления ее возможностей и ресурсов,
способность к принятию нестандартных решений и разрешению проблемных ситуаций (ОК-12).
Профессиональные компетенции:
•
способность ориентироваться в перспективах развития техники и технологии защиты человека и природной среды от опасностей техногенного и
природного характера (ПК-1);
•
способность принимать участие в инженерных разработках среднего уровня сложности в составе коллектива (ПК-3);
•
способность оценивать риск и определять меры по обеспечению безопасности разрабатываемой техники (ПК-4);
•
способность использовать методы расчетов элементов технологического оборудования по критериям работоспособности и надежности (ПК-5);
•
способность принимать участие в установке (монтаже), эксплуатации средств защиты (ПК-6);
•
способность ориентироваться в основных методах и системах обеспечения техносферной безопасности, обоснованно выбирать известные
устройства, системы и методы защиты человека и природной среды от опасностей (ПК-8);
•
способность пропагандировать цели и задачи обеспечения безопасности человека и природной среды в техносфере (ПК-11);
•
способность использовать знание организационных основ безопасности различных производственных процессов в чрезвычайных ситуациях
(ПК-13);
•
способность использовать методы определения нормативных уровней допустимых негативных воздействий на человека и природную среду (ПК14);
•
способность проводить измерения уровней опасностей в среде обитания, обрабатывать полученные результаты, составлять прогнозы
возможного развития ситуации (ПК-15);
•
способность анализировать механизмы воздействия опасностей на человека, определять характер взаимодействия организма человека с
опасностями среды обитания с учетом специфики механизма токсического действия вредных веществ, энергетического воздействия и
комбинированного действия вредных факторов (ПК-16);
•
способность определять опасные, чрезвычайно опасные зоны, зоны приемлемого риска (ПК-17);
•
способность контролировать состояние используемых средств защиты, принимать решения по замене (регенерации) средства защиты (ПК-18);
•
способность ориентироваться в основных проблемах техносферной безопасности (ПК-19).
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц,
180 часов
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Лабораторные занятия
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Подготовка к лабораторным занятиям
Домашние работы
Контрольная работа
Вид промежуточной аттестации: экзамен
Общая трудоемкость
часы
зачетные единицы
Всего
часов
72
Семестры
очное
заочное
72
20
24
48
72
24
48
72
8
12
151
48
24
48
24
36
36
24
115
12
9
180
5
180
5
180
5
Содержание дисциплины
1. Введение в курс «Технология очистки сточных вод».
1.1. Цели и задачи дисциплины. Место дисциплины в системе экологических наук. Связь со смежными
дисциплинами. Цели и задачи защиты водного бассейна.
2. Гидромеханическая очистка сточных вод.
2.1. Процеживание. Сооружения для улавливания из сточных вод крупных, нерастворенных, плавающих
загрязнений – решетки и сита. Классификация решеток. Условия работы. Практика их применения и
эффективность.
2.2. Отстаивание в поле гравитационных сил. Песколовки: принцип действия, классификация песколовок,
условия работы, достоинства и недостатки.
Отстойники: принцип действия, классификация отстойников, условия работы, достоинства и недостатки. Схема
устройства тонкослойного отстойника.
Сооружения и аппараты для улавливания всплывающих примесей – нефтеловушки: конструктивные особенности,
условия работы, области применения.
2.3. Отстаивание в поле центробежных сил. Напорные и безнапорные гидроциклоны: принцип действия, условия
работы, достоинства и недостатки.
Центрифугирование: условия применения, классификация центрифуг, принцип действия отстойной центрифуги.
2.4. Фильтрование через слой зернистой загрузки и фильтровальную перегородку. Классификация фильтров с
зернистой загрузкой. Схема скорого однослойного фильтра в рабочем положении. Цикл работы установки.
Двухслойные и каркасно-засыпные фильтры. Схема каркасно-засыпного фильтра в рабочем по­ложении. Цикл
работы установки. Достоинства и недостатки фильтрационных установок.
Напорные вертикальные фильтры: принцип действия, условия работы, достоинства и недостатки.
Схема и принцип работы контактного осветлителя. Достоинства и недостатки.
Фильтры с плавающей загрузкой: принцип действия, условия работы, достоинства и недостатки.
Аппараты с фильтровальными перегородками: область применения, выбор фильтровальной перегородки. Схема
устройства микрофильтра.
Решетки
Дуговая ступенчатая решетка
«РаДуГа»
Подвижная решетка
фирмы
«StepScreen MASTER»
Шнековая сетка фирмы
«ROTAMAT»
Пример презентации из
лекционного курса
Отстойники
Вертикальный отстойник:
1 – центральная труба; 2 – водослив;
3 – отстойная часть; 4 – отражательный щит;
5 – илопровод
Вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком:
1 – труба для подвода воды; 2 – приемная камера;
3 – воронка для удаления плавающих веществ; 4 – зубчатый
водослив; 5 – распределительный лоток; 6 – лоток для сбора
очищенной воды; 7 – кольцевая перегородка; 8 – отвод ила
Условия работы:
- расход сточных вод до 20000 м3/сут.;
- расчетная продолжительность отстаивания 1-2 ч;
- скорость потока воды должна составлять не более 0,7 мм/с.
Пример презентации из
лекционного курса
Технология тонкослойного отстаивания
Тонкослойный отстойник радиальный и
горизонтальный
Использование тонкослойных элементов
обеспечивает:
- повышение производительности отстойных
сооружений на 30-50%;
- повышение интенсивности процесса осаждения
осадка в 1,5-2 раза;
- увеличение эффективности использования объема
отстойных сооружений.
Пример презентации из
лекционного курса
Фильтры с зернистой загрузкой
Фильтр «DynaSand»
Схема скорого однослойного фильтра в рабочем положении:
1 – распределительный канал исходной воды (сборный канал
промывной воды); 2 – желоба; 3 – бассейн фильтра;
4 – фильтрующий слой; 5 – поддерживающий слой; 6 – дренажный
коллектор (распределительный коллектор промывной воды);
7 – труба для опорожнения фильтра; 8 – отводной канал; 9 – отвод
первого фильтрата; 10 – диафрагма с дифманометром для
регулирования скорости фильтрования; 11 – коллектор отвода
фильтрата; 12 – подача промывной воды; 13 – отвод промывной
воды; 14 – подача исходной воды
Условия работы:
- высота загрузки (мелко-, средне-, крупнозернистой) 1000-2000 мм;
- скорость фильтрации 5-10 м/ч.
Пример презентации из лекционного курса
Пенополиуретановый фильтр:
1 – слой пенополиуретана; 2 – элеватор;
3 – направляющие ролики; 4 – лента;
5 – ороситель; 6 – отжимные ролики;
7 – емкость; 8 – решетка
Содержание дисциплины
3. Физико-химическая очистка сточных вод.
3.1. Флотация с выделением воздуха из раствора, с механическим диспергированием воздуха. Флотация с выделением воздуха из
раствора. Стадии процесса. Принципиальные технологические схемы вакуумной и напорной флотации. Достоинства и недостатки.
Современные схемы установок напорной флотации. Флотация с механическим диспергированием воздуха, безнапорные установки,
пневматические флотационные установки в т.ч. с подачей воздуха через пористые материалы. Способ генерирования пузырьков.
Условия проведения процесса.
3.2. Технологические процессы очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией. Принципиальная технологическая схема очистки
сточных вод коагуляцией и флокуляцией: приготовление водных растворов коагулянта и флокулянта; дозирование растворов
реагентов; смешение растворов со сточной водой; хлопьеобразование; выделение хлопьев из воды. Схемы устройства камер
хлопьеобразования. Условия работы.
3.3. Технологическое оформление процессов адсорбции на твердых адсорбентах. Технологическое оформление процессов
адсорбции: статический и динамический варианты. Аппараты для адсорбционной обработки сточных вод.
3.4. Технологическое оформление процессов ионного обмена. Особенности технологического применения катионитов и анионитов.
Принципиальная схема трехступенчатого обессоливания воды. Схема устройства напорного параллельноточного ионитового фильтра.
Цикл работы ионитовой установки. Схема устройства напорного противоточного ионитового фильтра. Цикл работы ионитовой
установки. Схема устройства напорного ионитового фильтра смешанного действия. Цикл работы ионитовой установки.
3.5. Технологическое оформление процессов экстракции. Принципиальные схемы одноступенчатой и многоступенчатой экстракции.
Достоинства и недостатки. Классификация экстракционных аппаратов.Схема устройства двухступенчатого смесительно-отстойного
экстрактора. Принцип действия. Достоинства и недостатки. Схемы устройства дифференциально-контактных экстракторов:
распылительный колонный и полочный экстракторы. Принцип действия. Достоинства и недостатки.
3.6. Промышленные аппараты обратного осмоса и ультрафильтрации. Конструкции аппаратов для проведения процессов обратного
осмоса и ультрафильтрации: типа фильтр-пресс с плоскопараллельными фильтрующими устройствами; с трубчатыми фильтрующими
элементами; с рулонными или спиральными элементами; с мембранами в виде полых волокон. Схема и принцип действия, условия
работы, достоинства и недостатки.
3.7. Технологическое оформление процессов электрохимической очистки сточных вод. Анодное окисление (очистка сточных вод от
цианистых соединений) и катодное восстановление примесей. Технологические различия применения методов электрокоагуляции,
гальванокоагуляции. Принципиальная схема электрофлотационного аппарата. Принцип действия. Принципиальные схемы включения
электродиализных установок.
В зависимости от принятого способа генерирования пузырьков различают
несколько видов флотации: флотация с выделением воздуха из раствора ;
флотация с механическим диспергированием воздуха; флотация с подачей
воздуха через пористые материалы и др.
Схемы компрессионных флотационных установок
Пример презентации из
лекционного курса
Технологический процесс очистки воды коагулянтами
Пример презентации из
лекционного курса
Конструкции камер
хлопьеобразования:
а – перегородчатая; б – вихревая
(водоворотная); в – отстойник
(горизонтальный) с механической
камерой хлопьеобразования
Технологическое оформление процессов адсорбции
Каскад адсорберов непрерывного действия
с суспендированным адсорбентом
Адсорбер периодического действия с
неподвижным слоем сорбента
Пример презентации из
лекционного курса
Технологическое оформление процессов
электрохимической очистки сточных вод
Схема электрокоагуляционной установки:
1 – усреднитель; 2 – бак для приготовления раствора;
3 – источник постоянного тока; 4 – электрокоагулятор;
5 – отстойник; 6 – аппарат для обезвоживания осадка
Электрокоагуляторы на очистных сооружениях
металлообрабатывающего предприятия
Пример презентации из
лекционного курса
Содержание дисциплины
4. Химическая очистка сточных вод.
4.1. Технологическое оформление процесса нейтрализации. Схема
нейтрализации сточных вод известковым молоком: аппаратурное оформление,
условия проведения процесса.
4.2. Технологическое оформление процесса окисления загрязнителей сточных
вод. Установки хлорирования. Метод окисления компонентов сточных вод
кислородом. Аппаратурное оформление процесса. Окисление озоном. Установки
для озонирования.
4.3. Технологическое оформление процесса восстановления загрязнителей
сточных вод. Схема восстановления хрома (III) сульфатом железа, бисульфатом
натрия и т.д.: аппаратурное оформление, условия проведения процесса.
Технологическое оформление процесса нейтрализации
Схема нейтрализации сточных вод известковым
молоком: 1 - аппарат для приготовления
известкового молока; 2 - растворные баки;
3 – мерник; 4 - бак-осреднитель;
5 – нейтрализатор; 6 - отстойник
CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + SO42– → CaSO4 + 2OH–
Cr3+ + 3OH– → Cr(OH)3
Пример презентации из
лекционного курса
Содержание дисциплины
5. Биохимическая очистка сточных вод.
5.1. Биологическая очистка в аэротенках. Биологическая очистка в аэротенках: окислительная
мощность, основные этапы очистки, классификации аэротенков. Принципиальная схема установки
биоочистки с аэротенком. Основные методы интенсификации работы аэротенка. Применение
кислорода для биологической очистки. Конструктивные особенности окситенка.
5.2. Биологическая очистка в биофильтрах. Биологическая очистка в биофильтрах:
окислительная мощность, основные этапы очистки, классификация биофильтров. Принципиальная
схема установки биоочистки с биофильтром. Схема устройства секции биофильтра с
пластмассовой насадкой. Основные методы интенсификации работы биофильтра.
5.3. Система анаэробного разложения. Схема устройства метантенка. Принцип действия.
Достоинства и недостатки.
5.4. Схема биохимических взаимодейст­вий в окислительном пруду. Биологическая очистка в
биопрудах. Схема биохимических взаимодействий в окислительном пруду.
6. Термическая очистка сточных вод.
6.1. Технологическая схема установки огневого обезвреживания сточных вод. Циклонные камеры
и печи с псевдоожиженным слоем: принцип действия, достоинства и недостатки. Технологическая
схема установки огневого обезвреживания сточных вод, содержащих органические вещества:
аппаратурное оформление, условия проведения процесса.
6.2.
Технологическая
схема
очистки
сточных
вод
производства
методом
термокаталитического окисления в парогазовой фазе. Аппаратурное оформление, условия
проведения процесса.
Биологическая очистка в аэротенках и биофильтрах
Секция биофильтра (а) с пластмассовой насадкой
(б): 1 – ороситель; 2 – трубопровод для подачи
воды на очистку; 3 – блоки насадки; 4 – отвод
очищенного стока; 5 – ввод воздуха
Аэротенки с различной структурой потоков
сточной воды и возвратного
активного ила: 1 – подача сточной воды;
2 – подача возвратного активного ила;
3 – аэротенк; 4 – выпуск иловой смеси
Пример презентации из
лекционного курса
Содержание дисциплины
7. Основы проектирования (разработки) технологической схемы очистки
сточных вод.
7.1. Разработка технологической схемы очистки промышленно-ливневых
сточных вод.
7.2. Разработка технологической схемы очистки гальваностоков.
7.3. Разработка технологической схемы биологической очистки сточных вод.
Формулирование цели проекта, разработка критериев и показателей достижения
цели, разработка обобщенных вариантов решения проектной задачи и их анализ,
оценка воздействия на окружающую среду и изменений окружающей среды,
нахождение компромиссных решений в условиях многокритериальности и
неопределенности.
Выделяются следующие этапы работы над проектом:
Поисковый этап
На данном этапе студенты анализируют ситуацию, сложившуюся на предприятии, выявляют
«основную» проблему и проблемы, являющиеся причинами основной проблемы, и
проблемы, являющиеся ее последствиями. Далее осуществляют сведение выявленных
проблем в иерархию причинно-следственных связей с основной проблемой «в центре»,
прямые причины — «снизу» и прямые следствия — «сверху» основной проблемы
Конструкторский этап
На данном этапе студенты собирают, изучают и обрабатывают информацию по теме проекта.
Осуществляется поиск оптимального инженерного решения: исследование и сравнительный
анализ экобиозащитного оборудования, расчет необходимой степени очистки сточных вод до
нормативных требований к оборотной воде; обоснование технологических решений с
указанием степени очистки по стадиям и концентрации загрязняющих веществ; внесение при
необходимости изменений в технологию.
Аналитический этап
На данном этапе студенты представляют результаты проекта. Осуществляется коллективное
обсуждение, выяснение причин удач и неудач, экспертиза, оценка результатов.
Содержание лабораторных занятий
Наименование раздела
дисциплины (модуля)
Физико-химическая очистка
сточных вод
Физико-химическая очистка
сточных вод
Физико-химическая очистка
сточных вод
Физико-химическая очистка
сточных вод
Основы проектирования
(разработки) технологической
схемы очистки сточных вод
Наименование лабораторных
занятий
Флотационное выделение эмульгированных
масел
Извлечение неорганических ионов методом
флотации
Исследование процесса очистки воды с
использованием коагулянтов
Исследование процесса очистки воды от
сульфата магния методом ионного обмена
Игровое
проектирование
«Проектирование
технологической
схемы
обезвреживания
сточных
вод
(промышленно-ливневых,
гальванических, хозяйственно-бытовых и др.)».
Лист контрольных мероприятий для студента очной формы
1. Введение в курс «Технология очистки
сточных вод»
2. Гидромеханическая очистка сточных
вод
3. Физико-химическая очистка сточных
вод
4. Химическая очистка сточных вод
5. Биохимическая очистка сточных вод
6. Термическая очистка сточных вод
6.Основы проектирования (разработки)
технологической схемы очистки сточных
вод
Обязательный минимум для допуска к
зачету
Выполнение
лабораторной
работы
Текущее
тестирование
(письменный
тест)
Перечень и содержание
разделов дисциплины
Посещаемость
лекционных
занятий
Текущая аттестация
Максимально
возможная
сумма баллов
1
0-3
0-3
3
0-16
19
0-1
0-3
3
0-4
0,5
5,5
12
4
30
18
Основная литература
Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред.
Дытнерского Ю.И. М.: Альянс, 2010. 496 с.
Теоретические основы физико-химических процессов очистки воды / А.Ф. Никифоров, И.Г. Первова, И.Н.
Липунов [и др.]. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 132 с.
Ведерникова М.И., Старцева Л.Г. Юрьев Ю.Л. Примеры и задачи по массообменным процессам
химической технологии. Основные физические, химические и теплофизические свойства веществ: в 4
частях. Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. Ч.4. 154 с.
Радионов А.И. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проектирования технологических
процессов: учебное пособие для студентов вузов. М.: Химия; Колос, 2007, 392 с.
Василенко Л.В., Никифоров А.Ф., Лобухина Т.В. Методы очистки промышленных сточных вод.
Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. 174 с.
Дополнительная литература
Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. Калуга:
Н.Бочкаревой, 2000. 800 с.
Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник: в 3 томах. Калуга: Н.Бочкаревой, 2003. Т.1-3. 1024 с.
Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для вузов. М.: Издательство ассоциация
строительных вузов, 2002. 704 с.
Обливин А.Н. Процессы и аппараты химической технологии древесины: учебник. М.: Химия, 2002. 656 с.
Орлов В.П. Процессы и аппараты химической технологии. Справочные материалы: учебное издание.
Екатеринбург: УГЛТУ, 2002.
121 с.