Проектирование автомойки с разработкой оборотного водоснабжения

Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова
Кафедра технологии машиностроения
Дипломная работа по дисциплине Оборудование автосервиса
на тему: «Проектирование автомойки с разработкой оборотного водоснабжения»
Костанай, 2017

Оборотное водоснабжение – это замкнутая система, позволяющая повторно использовать очищенные сточные воды, прошедшие процесс очистки на очистных сооружениях предприятия. Концепция оборотного водоснабжения предприятия полностью исключает сброс промышленных сточных вод в водоемы или городскую канализацию. Оборотное водоснабжение позволяет решить экологические и экономические задачи: существенно (на 85-95%) снизить водопотребление промышленного предприятия, сократить потери ценных компонентов с промышленными сточными водами предприятий, избежать платы за водоотведение и штрафов за превышение предельно допустимых концентраций ПДК
Цель: Проект автомойки с разработкой оборотного водоснабжения.
Объект: Система оборотного водоснабжения.
Предмет: установка оборотного водоснабжения, основанного на принципе разделения твердых фракций и электрофлотокоагуляции жидких фракций

Введение………………………………………………………………..…. 3
1 Обзор литературы………………………………………………………. 5
1.1 Роль водоснабжения в промышленности. ……………………….. 5
1.2 Разновидности систем водоснабжения…………………………… 6
1.3 Схемы существующих очистных установок и их описание…….. 11
1.4 Оборотное водоснабжение автомоек……………………………… 18
1.5 Оптимальные показатели потребления и отвода воды в автомойке…………………………………………………………… 24
2 Расчетная часть …………………………………………………………….. 29
2.1 Расчет гидроциклона …. …………………………………………. 30
2.2 Вычисление электрофлотокоагулятора..…………………………. 33
2.3 Дополнительная очистка воды после электрофлотокоагуляции. 39
2.4 Расчет фильтра с плавающей загрузкой…………………………. 41
2.5 Расчет распределительной системы фильтра……………………. 42
2.6Вычисление бункера для сбора минерального осадка…………… 44
2.6.1 Расчет бункера на прочность……………………………………… 45
3 Охрана труда и окружающей среды ………………………………………. 45
Заключение……………………………………………………………………. 53
Список использованной литературы………………………………………… 54

Состав: Гидроциклон (ВО), Конус нижний (СБ), Крышка в сборе (СБ), Деталировка ( дно , конус, крышка, кронштейн, патрубок, ребро, фланец), Спецификации, Планировка однопостовой мойки, Схема технологического процесса очистки воды, ПЗ

Оборотное водоснабжение автомоек

Устройство оборотной системы водоснабжения

Очистные сооружения автомоек проектируются по принципу оборотной системы водоснабжения с замкнутым циклом. Это позволяет минимизировать воздействие на окружающую среду в части образования отходов и полностью устранить возможность сброса неочищенных сточных вод на рельеф или в природные водоемы.

Оборотная система водоснабжения предусматривает очистку загрязненных стоков на локальных очистных сооружениях и повторное использование в циклах производства.

Сброс неочищенных сточных вод на грунт, в поверхностные водоемы или городскую канализацию полностью исключен.

Эффективность систем оборотного водоснабжения неоспорима:

• резко снижается водопотребление, обычно на 85-90% (восполняются только невозвратимые потери воды);
• устраняется возможный унос загрязнений сточных вод;
• снижается воздействие на окружающую природную среду.

Экономический эффект оборотной системы водоснабжения заключается в финансовой экономии от платы за водопользование и штрафов за превышение предельно-допустимых концентраций вредных веществ в сточных водах.

Сточные воды, образующиеся на автомойках гаражей, СТО, автозаправочных станций и транспортных предприятий, можно использовать повторно в замкнутом режиме, так как вода не изменяет своих качеств и не требует особых методов очистки.

Этапы очистки технической сточной воды на автомойке: отстаивание, флотация, механическая фильтрация, при необходимости — дополнительная реагентная или биологическая очистка. Глубина очистки сточной воды для повторных нужд регламентируется техническими требованиями конкретного предприятия.

Механическая фильтрация предваряет основные этапы очистки и удаляет из воды мусор и крупноразмерные загрязняющие вещества. В процессе флотации в сточную воду нагнетается воздух под высоким давлением, а при падении давления до атмосферного образуется пена, которая абсорбирует моющие вещества, масла, нефтепродукты и бензин. Загрязненный шлам сбрасывается в шламосборник и накапливается в шламонакопителе для дальнейшей утилизации.

Химическая реагентная очистка в общем случае реализует процесс перевода растворенных примесей в нерастворимое состояние с последующим осаждением и удалением примесей из сточной воды.

Дополнительный этап биологической очистки основан на высокой окислительной способности микроорганизмов в аэробных или анаэробных условиях.

Наиболее распространённая схема замкнутого оборотного водоснабжения автомоек включает в себя метод очистки напорной флотацией. Пенная флотация обеспечивает высокую эффективность очистки от характерных загрязнителей в условиях автомойки и отличается невысокими затратами в обслуживании и эксплуатации.

Помещение автомойки оборудуется двухконтурной системой водоснабжения, которая питает моющие аппараты высокого давления — контур с чистой водой и контур с оборотной (очищенной) водой. Основные моечные операции (первичная мойка, обработка моющим раствором, смывание пены) идут с применением оборотной воды. Чистая первичная вода используется только для финального ополаскивания и составляет по объему не более 10% от оборотной воды.

Полноценная мойка одного легкового автомобиля требует не менее 100 литров воды. 1 м3 воды достаточно для помывки 9-10 легковых автомашин. Оборотная система водоснабжения позволит при том же объемном расходе чистой воды помыть 50-60 автомобилей.

Излишки стоков регулярно отводятся из рабочего объема оборотной системы через сорбционный фильтр в канализацию или в сборный резервуар и направляются на утилизацию.

Оборотное водоснабжение автомоек

Принципиальная схема водоочистки автомойки

Этапы очистки сточных вод автомойки:

• грубая механическая очистка;
• гравитационное осаждение;
• реагентная обработка;
• напорная флотация;
• фильтрация.

Применяемое оборудование

Предварительная механическая очистка сточных вод автомобильной мойки происходит в пескоуловителях и нефтеловушках. На дне песколовки осаждаются взвешенные твердые частицы размером свыше 250 мкм. Принцип действия песколовки основан на том, что при изменении скорости движения взвеси тяжелые частицы в потоке жидкости осаждаются и собираются в специальном отделении для осадка.

Классические гравитационные отстойники не отличаются высокой эффективностью. Такие конструкции предусмотрены только для первичного осветления воды перед дальнейшими этапами очистки. Еще один недостаток механических отстойников — значительные занимаемые площади, что усложняет проектирование и возведение очистных сооружений автомоек.

Поэтому гравитационные отстойники применяются только в комплексе с другими методами очистки и доочистки.

Масло- и нефтепродукты задерживаются в статических и динамических отстойниках или в тонкослойных блочных системах. Тонкослойные отстойники могут быть трубчатые и пластинчатые. Общий принцип работы тонкослойной очистной системы — чем меньше слой жидкости, тем эффективнее происходят процессы осаждения (или всплытия) загрязняющих примесей.

Наибольшую эффективность при очистке стоков автомоек показывают реагентные и флотационные методы.

Напорная пенная флотация позволяет очищать сточные воды автомоек до технических нормативов оборотной системы водоснабжения.

При необходимости сброса воды автомобильной мойки на рельеф местности после флотации требуется доочистка на сорбционном фильтре.

Флотационный метод реализуются следующим образом: в резервуар со стоками подается воздух, который растворяется в воде под давлением 5-6 атм. Затем сточная вода поступает во флотационную камеру, где при падении давления до нормального происходит активное пенообразование из пузырьков растворенного воздуха. От этих интенсивных процессов вода приобретает молочный цвет. В процессе пенообразования на поверхность выносятся многочисленные примеси — нефтепродукты, масла, жиры, взвешенные вещества. Для интенсивного процесса флотации в сточные воды подается флотореагент.

Недостаток метода флотационной очистки: качество очистки сточной воды напрямую зависит от количества и стоимости расходных материалов. Поэтому при высоком качестве очистки метод может стать слишком дорогостоящим. С другой стороны, использование дешевых методов не позволяет достичь требуемых нормативов качества воды и требует дополнительных затрат на утилизацию твердых отходов.

Перспективные методы очистки стоков автомоек — электрокоагуляция и электрофлотация.

Электрокоагуляционные методы требуют не только предварительной, но и дополнительной механической очистки, потому что электрокоагуляторы не очищают воду с загрязнением свыше 50 мг/л по взвешенным веществам.

Плюсы метода электрокоагуляции:

• очистка стоков до установленных нормативов;
• компактные системы очистки;
• простота в обслуживании,
• нет нужды в химических реагентах и реагентном хозяйстве;
• экономичность метода.

• существенный расход электрической энергии;
• необходимость замены растворимых электродов;
• требование предварительного разбавления стоков или предварительной очистки;
• образование осадка, необходимость его утилизации;
• лимиты по расходу сточных вод;
• вероятность зашламления пространства между электродами;
• пассивация электродов в случае конструктивных ошибок.

Фильтрация сточных вод — метод находит применение при небольшом содержании загрязняющих веществ и может использоваться в качестве доочистки. Недостаток метода — необходимость частой замены фильтрующего материала. В условиях замасленных сточных вод после мойки автомобилей фильтрование может использоваться после биологической стадии очистки.

Процесс фильтрации — это сорбция загрязняющих веществ (в том числе масел и нефти) на поверхности фильтрующего материала.

Наиболее эффективны по показателям качества воды сочетание методов реагентной обработки и последующего фильтрования, однако при этом растут затраты на очистку сточных вод автомобильной мойки.

Схема организации водоочистки

Ни один из перечисленных методов очистки в отдельности не сможет обеспечить надлежащую очистку сточных вод автомоечных комплексов до санитарных норм. Успешная очистка стоков возможна только при грамотном подборе и сочетании нескольких методов с учетом баланса по экологической эффективности и финансовым затратам.

Спуск сточных вод автомойки в муниципальные сети канализации возможен только после очистки на локальных очистных сооружениях до достижения нормативов, предъявляемых службами Водоканала.

Сточные воды, загрязненные специфическими для автомойки компонентами — бензином, нефтепродуктами, взвешенными веществами, ПАВ, — перед сбросом в канализацию должны быть очищены с использованием методов отстаивания, реагентной очистки и фильтрации.

Проект очистных сооружений автомобильной мойки должен быть разработан с позиции минимизации количества сточных вод, сбрасываемых в системы канализации, за счет применения рациональных подходов или устройства оборотной системы водоснабжения.

При проектировании очистных сооружений должен быть предусмотрен лабораторный контроль показателей качества сточных вод.

На практике себя отлично зарекомендовало комплексное очистное оборудование — система СКАТ. Данная установка имеет три стадии очистки:

блок БПО — удаление грубых примесей; блок ОТБ — флотационная очистка; блок ДСБ — этап доочистки сорбционным фильтром. Таким образом, благодаря очистным сооружениям СКАТ достигается требуемое качество очистки воды, предъявленное к оборотному водоснабжению автомоечных комплексов.

Система оборотного водоснабжения для автомойки: устройство и технологические этапы

Из «душа» автомобиль выйдет как новенький

Вряд ли бы хозяева автомоек могли получать прибыль со своего мини-предприятия, если бы отработанная вода не использовалась вторично, а просто сливалась бы в канализацию. Система оборотного водоснабжения для автомойки, работающая по циркуляционному принципу, помогает делать такой бизнес доходным и сберегать водные ресурсы.

Как всё это работает, вы узнаете, посмотрев видео в этой статье, но немного теории тоже не помешает.

Как устроена система

Оборотные системы водоснабжения автомоек работают в замкнутом цикле. Главным их элементом являются очистные сооружения, благодаря которым и появляется возможность повторного использования воды.

Их работа минимизирует образование отходов, что в свою очередь сводит к нулю возможность сброса неочищенных стоков в естественные водоёмы. Отработанная вода сливается в герметичный резервуар под полом мойки, из которого погружным насосом подаётся на очистную систему.

На фото схематично показано оборотное водоснабжение мойки автотранспорта

В чём преимущества системы

Вот в чём состоит эффективность системы оборотного водоснабжения для моек:

1. Водопотребление снижается до 90%, остальные 10% — это безвозвратные потери, которые восполняются в процессе работы.
2. Исключена возможность загрязнения сточными водами почвы и водоёмов, а соответственно, не наносится вреда окружающей среде.
3. Системы оборотного водоснабжения на автомойках позволяют минимизировать плату за водопользование, уберечься от штрафов, которые предъявляются предприятиям за превышение в стоках концентрации вредных веществ. Именно в этом и заключается экономический эффект.
4. Использованная вода, прошедшая через установку оборотного водоснабжения автомойки, готова к повторному применению и не требует дополнительной очистки. Хотя, при большом потоке транспорта — особенно грузового и сельскохозяйственного, может производиться биологическая или реагентная доочистка. Ведь такое оборудование используется не только для легкового авто, но и в гаражах транспортных предприятий.

Мойка автомашин для грузового транспорта — оборотное водоснабжение

Этапы осветления воды

Вот из каких этапов состоит цикл системы оборотного водоснабжения мойки автотранспорта:

• Сначала производится механическая фильтрация воды, которая удаляет из неё крупнофракционный мусор.
• Начинается процесс флотации, при котором в стоки под давлением нагнетается воздух. Когда его давление с высокого снижается до нормального атмосферного, образуется пена. Она является абсорбентом для нефтепродуктов и моющих средств.
• Шлам отделяется и сбрасывается в отдельную ёмкость, после чего подвергается очистке реагентами. Её суть заключается в переведении в нерастворимое состояние растворённых веществ, затем эти примеси осаждаются и удаляются из воды.
• При необходимости дополнительно производится биологическая очистка, принцип которой заключается в способности аэробных и анаэробных микроорганизмов окислять воду.

Система очистки автомойки с оборотным водоснабжением

Чтобы чистая вода не смешивалась с загрязнённой, в помещении автомойки монтируется два контура водоснабжения, подключаемых к аппаратам высокого давления. Все основные операции при мойке машины, будь то первая смывка грязи, намыливание или удаление пены, производятся оборотной водой.

И только на завершающее ополаскивание идёт первичная вода из городского водопровода, которая и составляет те самые 10% восполняемого объёма.

В целом, на мойку одного легкового автомобиля требуется 100 л воды. Соответственно, если бы она не использовалась повторно, на мойку всего десятка машин затрачивался бы кубометр воды.

Установки оборотного водоснабжения для автомоек позволяют 1 м3 чистой воды затратить на помывку 55-60 единиц автотранспорта — так что, экономическая выгода очевидна.

Оборудование для очистки

Какие этапы очистки проходит загрязнённая вода, мы рассказали выше. Теперь рассмотрим, какое именно оборудование для этой цели используется.

• Мы уже выяснили, что оборотное водоснабжение для моек включает в себя этап предварительной механической очистки. Для этой цели применяют пескоуловители, на дне которых осаждаются твёрдые взвешенные частицы. Принцип их действия заключается в том, что взвесь в состоянии покоя осаждается на дно резервуара и там накапливается.
• По такому принципу производится первичное осветление воды в любой канализационной системе. Недостаток отстойника заключается в существенной площади, но тут уж никуда не денешься. Качество гравитационной очистки тоже не на высоте, именно поэтому и предусматриваются дополнительные этапы очистки.

Оборотное водоснабжение для мойки автомобилей включает в себя гравитационные отстойники – пескоуловители

• Для отделения нефтепродуктов (масел, бензина, дизтоплива) используют тонкослойные блочные системы, имеющие трубчатую или пластинчатую структуру. Чем меньший слой загрязнённой жидкости на них попадает, тем эффективнее всплывают примеси. Данный этап так же относится к первичной очистке, и в некоторых системах нефтеуловители соседствуют с гравитационными камерами в одном корпусе, разделённые перегородкой.

Оборудование ступенчатой очистки системой оборотного водоснабжения для мойки

Примечание: гораздо лучшую эффективность показывает метод флотации — он позволяет очистить стоки до нормативных показателей для систем, повторно использующих отработанную воду. Однако если необходимо сбросить подвергшуюся флотации жидкость в почву, то она должна ещё пройти очистку на сорбционном фильтре.

• Как уже было отмечено, при флотационной очистке в накопитель с грязной водой подаётся воздух, под давлением до 6 атмосфер. Насыщенная воздухом вода направляется в специальный отстойник, в котором за счёт пузырьков активно образуется пена. Вода приобретает молочный оттенок, а имеющиеся в ней примеси выносятся на поверхность.
• Для более интенсивной флотации в стоки добавляется специальный флотореагент. Это расходный материал, использование которого является дополнительной статьёй расходов, но без него невозможно достичь требуемого качества воды и пришлось бы дополнительно тратиться на утилизацию большего объёма твёрдых отходов.

Особенности электрокоагуляции

Некоторые производители систем оборотного водоснабжения моек предлагают другие, весьма перспективные методы восстановления качества воды. Один из них – электрокоагуляция с электрофлотацией.

Этот способ не требует ни дополнительной, ни даже предварительной гравитационной очистки, но при этом в стоках должно быть взвешенных частиц не более 50 мг на литр.

Оборотное водоснабжение на мойке автомобилей может функционировать с оборудованием для электрокоагуляции

Вот в чём преимущества и недостатки такого метода:

Преимущества электрокоагуляции	Минусы метода
Воду от мойки автомашин можно очистить сразу до установленных норм.	Затрачивается большое количество электроэнергии.
Система компактна.	Приходится часто менять растворимые электроды.
Установка проста в обслуживании.	Чтобы степень загрязнения стоков не превышала 50 г/1 л взвешенных веществ, их приходится либо разбавлять чистой водой, либо применять предварительную очистку в гидроциклонах.
На автомойку не требуется никаких химических реагентов.	Образуется осадок, который необходимо утилизировать.
Процесс очистки высокоэффективен и экономичен.	Нужно укладываться в лимит расхода воды.
Если пространство между электродами забито шламом или они неправильно установлены, эффективность очистки снижается до нуля.

Наиболее эффективной очистки можно было бы достичь путём сочетания реагентного способа с электрокоагуляционным, но тогда затраты тоже вырастут вдвое. Поэтому выбирать приходится что-то одно.

Если это будет электрокоагуляционная установка для автомойки, то необходимо уделять должное внимание её техническому обслуживанию.

Нужно регулярно отслеживать состояние растворимых электродов из алюминия. Они имеют пластинчатую форму и собираются в виде блока.

Для усиления их активности, электроды нужно каждые полчаса переплюсовывать. С целью снижения энергозатрат в систему необходимо включать автоматический блок регулировки силы тока.

Примечание: если постоянного тока нет, электрокоагулятор должен быть снабжен устройством для его реверсирования.

Кроме того, в составе установки присутствуют устройства для выгрузки шлама, пены, а так же чистой воды с прибором для контроля её уровня.

Фильтровальная загрузка

При очистке вод в процессе электрофлотокоагуляции примеси образуют хлопья. Большинство из них оседает в отстойнике, но часть с потоком воды проходит дальше него.

Поэтому в данной системе применяется доочистка через зернистую (песчаную или полистирольную) фильтровальную загрузку.

Фильтр с зернистой засыпкой

Такие фильтры могут быть напорными или безнапорными, в том числе и с плавающей загрузкой.

Их преимущества заключаются в том, что:

• они просты и конструктивно, и в эксплуатации;
• на выходе получается вода достаточно высокого качества очистки;
• объём фильтра используется по максимуму;
• такой фильтр служит до 10 лет и не требует замены, при этом загрузка сама сортируется по уменьшающейся фракции гранул;
• в системе отсутствуют промывные ёмкости и насосы.

Примечание: в системах с плавающей загрузкой вместо песка используются гранулы пенополистирола. Такие фильтры могут работать с более грязной водой и скорость фильтрования, которая определяется напором водяного потока, гораздо выше. При этом вода движется снизу вверх.

Заключение

В зависимости от режима работы автомойки, определяющей частоту взятия проб воды на анализ, осуществляется контроль качества очистки. Перед очисткой определяется количество взвешенных частиц, ПАВ и нефтепродуктов.

Каким бы ни был результат, в стоках, прошедших через гидроциклон, должно остаться не более 50 мг/л взвешенных частиц. После основной очистки эта цифра уменьшается до 40 мг/л, нефтепродуктов должно содержаться не более 20 мг/л, ПАВ – всего 2мг/л.

Установка для утилизации нефтешлама

В результате полного цикла очистки образуются такие отходы: эмульсии из нефтепродуктов, плёнка нефтепродуктов и шлам. Все они имеют III класс опасности и инструкция по их утилизации проста.

Шлам подлежит захоронению в котлованах, вырытых на полигонах со слабофильтрующим грунтом и уровнем грунтовой воды не менее 20 м, куда он вывозится специальным автотранспортом. Смеси нефтепродуктов утилизируют путём сжигания и таким образом, оборотное водоснабжение для автомоек не наносит никакого ущерба окружающей среде.