ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МОЙКИ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ В ГИДРОЦИКЛОННЫХ УСТАНОВКАХ

Бусарев А.В.¹, Селюгин А.С.², Каюмов И.А.³, Бадрутдинов Р.А.⁴

^1,2,3 Кандидат технических наук, доцент КГАСУ, профессор РАЕ;

⁴Магистрант.

Казанский государственный архитектурно–строительный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МОЙКИ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ В ГИДРОЦИКЛОННЫХ УСТАНОВКАХ

Аннотация

Очистка сточных вод от мойки автомобилей с целью их повторного использования в оборотных системах автомоек является актуальной проблемой. Проведенные Казанским государственным архитектурно–строительным университетом исследования процессов очистки нефтесодержащих сточных вод в напорных гидроциклонах позволили разработать установку для  очистки сточных вод от мойки автомобилей. В результате проведенных на экспериментальной гидроциклонной установке исследований по очистке сточных вод от мойки автомобилей, определены геометрические характеристики напорного гидроциклона для применения его в промышленной установке.

Ключевые слова: автомойка, сточные воды, очистка, исследования, гидроциклон, промышленная установка.

Busarev A.V.¹, Selyugin A.S.², Kayumov I.A.³, Badrutdinov R.A.⁴

^1,2,3 PhD in Engineering, associate Professor KSUAE,  Professor RAE, ⁴ Undergraduate student,

Kazan State University of Architecture and Engineering

STUDY OF THE PROCESSES OF PURIFICATION OF WASTE WATER FROM WASHING CARS IN HYDROCYCLONE UNITS

Abstract

Wastewater from washing cars for their re-use in the circulating systems of car washes is an important issue. Conducted Kazan state architecture and construction University study of the process of purification of oily wastewater in the pressure hydrocyclones allowed to develop a device for the treatment of wastewater from car washing. As a result on an experimental hydrocyclone installation of the studies on the wastewater from car washing, determined by the geometrical characteristics of pressure hydrocyclone for application in an industrial setting.

Keywords: car wash, waste water, purification, research, hydrocyclone, industrial plant.

В связи с бурным ростом автомобильного транспорта увеличивается количество автомоек, которые, согласно нормативным документам, должны оборудоваться оборотной системой водоснабжения.  В связи с этим актуальной проблемой является очистка сточных вод от мойки автомобилей с целью их повторного использования в оборотных системах.

Сточные воды от мойки легковых автомобилей загрязнены нефтепродуктами (бензин, дизельное топливо), твердыми взвешенными веществами, а также органическими соединениями. Концентрация взвешенных веществ достигает 400–700 мг/л, нефтепродуктов 20–75 мг/л, а БПКполн этих стоков составляет 20–40 мгО₂/л [1, С. 31].  В очищенных стоках содержание взвешенных веществ не должно превышать 2–5 мг/л, нефтепродуктов – 0,5÷1 мг/л, а БПКполн –3÷5 мгО₂/л. Для очистки сточных воды от мойки автомобилей применяются механические и физико–химические методы [2, С. 527].

В Казанском государственном архитектурно–строительном университете (КГАСУ) в течение многих лет ведутся исследования процессов очистки  нефтесодержащих сточных вод в напорных гидроциклонах, в результате которых установлено, что  при обработке нефтесодержащих стоков в поле центробежных сил напорного гидроциклона происходит укрупнение капель нефтепродуктов, что значительно интенсифицирует процесс последующего отстаивания [3, С. 97], [4, С. 42]. Для очистки нефтесодержащих сточных вод КГАСУ разработаны гидроциклонные установки различных конструкций    [3, С.172], [4, С. 146], [5, С. 213].

На рис. 1 представлена схема установки для очистки от мойки легковых автомобилей, разработанная в КГАСУ.

Рис. 1 – Схема установки для очистки сточных вод от мойки автомобилей: 1 – горизонтальная песколовка;

2 – батарея напорных гидроциклонов; 3 – напорный тонкослойный отстойник; 4 – фильтровальная станция; 5 – блок глубокой очистки от нефтепродуктов

Сточная вода от мойки автомобилей по трубопроводу 6 поступает в горизонтальную песколовку 1. Осадок из песколовки удаляется по трубопроводу 7. Из песколовки сточная вода подается в батарею гидроциклонов 2, работающих с противодавлением на сливах. Нижний слив гидроциклонов по трубопроводу 8 отводится в песковые бункера, а верхний слив – в отстойник 3. Осадок из отстойника 3 периодически отводится по трубопроводу 9, а уловленные нефтепродукты – по трубопроводу 10. Фильтровальная станция 4 состоит из напорных скорых фильтров с двухслойной загрузкой (дробленый керамзит и кварцевый песок) [2,3].  Вода на промывку фильтров подается по трубопроводу 11, а загрязненная промывная вода отводится по трубопроводу 12. Блок глубокой очистки 5 включает либо сорбционные фильтры, загруженные активированным углем, либо установку с мембранными разделителями [6, С.116], [7, С.49]. Очищенная вода по трубопроводу 13 подается в систему оборотного водоснабжения автомойки.

Для совершенствования установок очистки сточных вод от мойки  легковых автомобилей необходимы исследования процессов их очистки в напорных гидроциклонах. Исходя из поставленной задачи, проведены исследования на экспериментальной установке, схема которой представлена на рис.2.

Рис. 2– Схема экспериментальной установки

1– напорный гидроциклон; 2 – успокоительная емкость; 3,4 – емкости нижнего и верхнего сливов; 5 – подача стоков на очистку; 6,7 – трубопроводы нижнего и верхнего сливов; 8 – дренаж; 9 – манометр; 10 – пробоотборник

В работе [8, С.56] для очистки сточных вод от взвешенных веществ рекомендуется применять гидроциклоны диаметром от 50 до 250 мм. Для очистки сточных вод от взвешенных веществ  КГАСУ рекомендует гидроциклоны диаметром от 40 до 100 мм.

 В таблице 1 приведены геометрические характеристики испытанных гидроциклонов.

Таблица 1 – Геометрические характеристики  гидроциклонов

Тип гидроцик-лона	Диаметры, мм				Угол конус- ности, град	Высота цилин-дриче-кой части, мм	Общая высота гидро-циклона, мм
	гидро-циклона	вход-ного патруб-ка	верх-него слива	ниж-него слива
ГЦ-40-I	40	15	10	5	5	40	565
ГЦ-75-I	75	15	20	10		80	815
ГЦ-80-I	80	20	20	10		80	745
ГЦ-100-I	100	20	20	10		100	1120

При проведении опытов давление на входе в гидроциклон контролировалось по показаниям манометра М-1 и варьировалось от 0,3 до 0,6 МПа, а давление на сливах гидроциклона контролировалось по показаниям манометров   М-2 и М-3 – от 0,1 до 04 МПа [6, С.116]. Концентрация загрязнений определялась в пробах, одновременно отбираемых из пробоотборников ПР-1 (исходная вода), ПР-2 (очищенная от нефтепродуктов вода) и ПР-3 (очищенная от взвеси вода). Содержание нефтепродуктов в пробах определялось фотокалориметрическим методом, а взвешенных веществ – весовым методом [7, С. 49].

Результаты исследований по очистке сточных вод от мойки легковых автомобилей в напорных гидроциклонах представлены в таблице 2.  При проведении опытов концентрация взвешенных веществ в исходной сточной воде находилась в пределах 319–484 мг/л, а нефтепродуктов 25–69 мг/л.

Таблица 2–Результаты испытаний гидроциклонов

Тип гидро-циклона	Давление, МПа		Концентрация взвеси, мг/л		Эф-фект очист- ки от взвеси,%	Концентрация нефтепродук-тов, мг/л		Эф-фект очист-ки от нефте- проду-ктов, %
	на вхо- де в гидро-цик-лон	давление на сли-вах	в ис- ход-ной воде	в очи-щен-ной воде		в ис- ход-ной воде	в очи-щен-ной воде
1	2	3	4	5	6	7	8	9
ГЦ-40-I	0,3	0,1	481	196	59	69	32	54
	0,4	0,1	465	157	66	65	25	62
	0,4	0,2	472	188	60	60	26	57
	0,5	0,1	484	141	71	51	16	68
	0,5	0,2	437	139	68	57	21	63
	0,5	0,3	429	149	65	59	24	59
	0,6	0,1	456	144	68	64	22	66
	0,6	0,2	460	155	66	60	24	60
	0,6	0,3	438	161	63	54	24	56
	0,6	0,4	453	175	61	53	26	51
ГЦ-75-I	0,3	0,1	389	191	51	47	25	47
	0,4	0,1	422	189	55	41	18	56
	0,4	0,2	376	187	50	56	27	52
	0,5	0,1	385	139	64	59	21	64
	0,5	0,2	357	138	61	62	24	61
	0,5	0,3	338	148	56	55	24	56
	0,6	0,1	361	133	63	50	20	60
	0,6	0,2	381	148	61	49	20	59
	0,6	0,3	344	141	59	53	24	55
	0,6	0,4	353	155	56	64	30	53
ГЦ-80-I	0,3	0,1	319	147	54	28	15	46
	0,4	0,1	358	146	59	36	16	55
	0,4	0,2	389	183	53	31	16	48
	0,5	0,1	406	145	66	37	14	62
	0,5	0,2	392	152	63	34	14	59
	0,5	0,3	413	169	59	42	20	53
	0,6	0,1	385	119	69	39	17	56
	0,6	0,2	377	124	67	25	12	52
	0,6	0,3	350	122	65	53	27	49
	0,6	0,4	374	141	62	40	22	45
1	2	3	4	5	6	7	8	9
ГЦ-100-I	0,3	0,1	425	216	49	62	36	42
	0,4	0,1	382	183	57	58	28	52
	0,4	0,2	370	186	47	51	28	45
	0,5	0,1	327	137	58	55	30	55
	0,5	0,2	353	159	55	48	26	46
	0,5	0,3	378	181	52	54	31	43
	0,6	0,1	394	134	66	68	29	57
	0,6	0,2	410	147	64	43	20	53
	0,6	0,3	445	169	62	47	24	49
	0,6	0,4	376	145	61	58	32	45

Анализ результатов исследований позволяет сделать следующие выводы:

а) эффект очистки сточных вод от взвешенных веществ составил 47–71%, а от нефтепродуктов – 42÷68%;

б) увеличение диаметра гидроциклона ведет к снижению эффекта очистки;

в) рост давления на входе в гидроциклон ведет к увеличению эффективности очистки сточных вод, а увеличение противодавления на сливах гидроциклона приводит к ее снижению.

Таким образом, можно считать, что напорные гидроциклоны конструкции КГАСУ эффективно работают при очистке сточных вод от мойки легковых автомобилей. Для установки очистки (рис.1) в качестве рабочего может быть рекомендован гидроциклон марки ГЦ-80-I, обладающий высокой  эффективностью.

Список литературы / References

1. Завьялов С.Н. Мойка автомобилей: Технология и оборудование/С.Н. Завьялов. –М.: Транспорт, 1994. –176 с.
2. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: справочник проектировщика/ Под. ред. В.Н. Самохина.– М.: Стройиздат, 1981.–639 с.
3. Адельшин А.Б. Энергия потока в процессах интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод: монография: часть 1 «Гидроциклоны»/А.Б. Адельшин.–Казань: КГАСА, 1996.–203 с.
4. Адельшин А.А. Гидродинамическая очистка нефтепромысловых сточных вод на основе применения закрученных потоков: монография /А.А. Адельшин, А.Б. Адельшин, Н.С. Урмитова.–Казань: КГАСУ, 2011.–245 с.
5. Адельшин А.Б. Исследование гидродинамических насадок с крупнозернистой загрузкой для интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод: монография/ А.Б. Адельшин, Н.С. Урмитова.–Казань: КГАСА, 1997. –249 с.
6. Исследование процессов очистки поверхностных стоков / А.Б. Адельшин [и др.] // Вода: химия и экология.–2014.–№8.–С.113–118.
7. Глубокая очистка сточных вод от мойки легковых автомобилей с применением адсорбционных фильтров / А.В. Бусарев [и др.] //Евразийское научное объединение.–2015.–№10.–С.48–49.
8. Найденко В.В. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессов разделения суспензий в гидроциклонах/В.В. Найденко.–Горький: Волго–Вятское книжное издательства, 1976. – 287 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Zavijalov S.N. Mojka avtomobilej :Tehnologija i oborudovanie [Car wash: Technology and equipment]/ S.N. Zavijalov. – M.: Transport, 1994.–176 P. [in Russian]
2. Kanalizacija naselennyh mest i promyshlennyh predprijatij: spravochnik proektirovshhika [Sanitation of settlements and industrial enterprises: a Handbook of the designer] / Pod. red. V.N. Samohina.– M.: Strojizdat, 1981.–639 P. [in Russian]
3. Adelshin A.B. Jenergija potoka v processah intensifikacii ochistki neftesoderzhashhih stochnyh vod: monografija: chast 1 «Gidrociklony» [The energy flow in the processes of intensification of oil-containing wastewater treatment: monograph: part 1 "Hydrocyclones"]/ A.B. Adelshin .–Kazan: KGASA, 1996.–203 P. [in Russian]
4. Adelshin A.A. Gidrodinamicheskaja ochistka neftepromyslovyh stochnyh vod na osnove primenenija zakruchennyh potokov: monografija [Hydrodynamic cleaning of oil field wastewater on the basis of application of swirling flows: a monograph] /A.A. Adelshin, A.B. Adelshin, N.S. Urmitova.–Kazan: KGASU, 2011.–245 P. [in Russian]
5. Adelshin A.B. Issledovanie gidrodinamicheskih nasadok s krupnozernistoj zagruzkoj dlja intensifikacii ochistki neftesoderzhashhih stochnyh vod: monografija [Hydrodynamic nozzles with a coarse download for intensification of oil-containing wastewater treatment: monograph] / A.B. Adelshin, N.S. Urmitova.–Kazan: KGASA, 1997. – 249 Р. [in Russian]
6. Issledovanie processov ochistki poverhnostnyh stokov [Study of the processes of clearance of surface sewage] / A.B. Adelshin [i dr.] // Voda: himija i jekologija [Water: chemistry and ecology].–2014.–№8.–P.113–118. [in Russian]
7. Glubokaja ochistka stochnyh vod ot mojki legkovyh avtomobilej s primeneniem adsorbcionnyh filtrov [Deep purification of sewage from washing cars with the use of adsorption filters] / A.V. Busarev [i dr.] //Evrazijskoe nauchnoe obedinenie [Eurasian scientific unity]. –2015.–№10.–P.48–49. [in Russian]
8. Najdenko V.V. Primenenie matematicheskih metodov i JeVM dlja optimizacii i upravlenija processov razdelenija suspenzij v gidrociklonah [Application of mathematical methods and computers for optimization and control of separation processes of suspensions in hydrocyclones] / V.V. Najdenko. – Gor'kij: Volgo–Vjatskoe knizhnoe izdatel'stva, 1976.– 287 P. [in Russian]