Курсовая работа на тему «Выбор и расчет параметров технологической схемы очистки сточных вод. Горное дело»

ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Анализ состояния вопроса о химическом загрязнении
1.1.1 Озонирование
1.1.2 Окисление .
1.1.3 Ионный обмен
1.2 Анализ исходных данных .
1.3 Выбор и обоснование методов очистки .
1.3.1 Очистка от песка
1.3.2.1 Выбор отстойника
1.3.2.2 Очистка от мелкодисперсных взвешенных веществ
1.3.3 Очистка от химического загрязнения .
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .
2.1 Технологическая схема .
2.2 Описание технологической схемы .
3 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ .
3.1 Расчет основного оборудования .
3.2 Расчет параметров вертикального (вихревого) смесителя 4
3.3 Расчет вспомогательного оборудования .6
3.4 Расчет параметров реагентного хозяйства .
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи поступлением в них жидких, твердых и газообразных загрязняющих веществ результате антропогенной деятельности человека, в воду данных водоемов.
Основными видами загрязнений являются: химическое (кислоты, щелочи, соли, нефть и нефтепродукты, пестициды, диоксины, тяжелые металлы, фенолы, аммонийный и нитритный азот, СПАВ), бактериальное (вирусы, бактерии и другие болезнетворные организмы, водоросли, лигнины, дрожжевые и плесневые грибки), радиоактивное (радиоактивные элементы), механическое (взвешенные твердые частицы, песок, шлам, ил, глина и др.), тепловое.
Основными источниками загрязнения природных вод являются:
— Атмосферные воды, содержащие в своем составе загрязнители промышленного происхождения, которые поступают из воздуха вместе с атмосферными осадками, а также включающие городские стоки, содержащие нефтепродукты, мусор, фенолы и др.
— Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты, микроорганизмы;
Промышленные сточные воды от разнообразных отраслей производства, среди которых промышленностями с большими количествами отходов влияющих на состояние гидросферы являются предприятия энергетики, черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей и нефтехимии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, а также сельское хозяйство.
Очистка сточных вод – комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах перед выпуском их в водоёмы. Очистка сточных вод осуществляется на специальных очистных сооружениях и с применением соответствующего оборудования. Задание на курсовое проектирование:

Вариант 4
Определяем исходные данные:
1) расход сточных вод QСВ= 100+50N= 100+504 = 300 м3/ч или 7200м3/сут, где N= – номер варианта;
2) концентрация взвешенных веществ
Cвз.в-в=150+30N=150+304=270мг/л;
3) концентрация загрязняющего вещества
Cзаг.в-в=47,4 мг/л;
4) требования, предъявляемые к сбросу:
для взвешенных веществ:
ПДС=5+0,34=5+0,34=6,2 кг/ч;
ПДС=QСВСсб.вз.в-в; Ссб.вз.в-в=(6,2/300)1000=10,9
для химического соединения (пестициды):
Ссб=ПДК=4,7 мг/л.
5) Эффективность необходимой очистки:
по взвешенным веществам – Эвз.в−в=270−20,6270100%=92,3 %;
по химическому соединению – Эвз.в−в=470−20,6470×100%=95,6 %.
Определяем доли каждого загрязнения по степени дисперсности:
1) песок – 35 %;
270 мг/л – 100 %
X мг/л – 35 %, X=94,5 мг/л;
2) Средневзвешенные вещества-30%
270 мг/л-100%
X мг/л -30%, Х=81
3) мелкодисперсные взвешенные вещества – 35 %;
270мг/л – 100 %
X мг/л – 35 %, X=94,5 мг/л.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Анализ состояния вопроса о химическом загрязнении

 

Пестициды — это типичный пример загрязнений из территориальных источников. Они попадают в воды вместе с территориальными стоками. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлороорганические, фосфороорганические и карбонаты. Пестициды могут попадать в водоемы из почвы или атмосферы. В открытые водоемы они попадают со сточными и талыми водами, при авиационных и наземных обработках сельхозугодий и лесных насаждений, при непосредственном уничтожении сорняков, водорослей, моллюсков и тому подобное. Движение пестицидов до воды происходит из-за стечения с обрабатываемой поверхности или в результате выщелачивания в нижнии слои с поверхности почвы. Выщелачивание случается, когда на поверхность попадает избыток жидкого пестицида или на поверхность, которая содержит остатки пестицида, попадает много дождевой воды. Пестициды также выщелачиваются в нижние горизонты почвы, достигая грунтовых вод. Сток пестицида может нанести значительный ущерб рыбе и другим гидробионтам в прудах, ручьях, озерах и реках. Распределение пестицидов в толще воды зависит от их физико-химических свойств (объемной массы,растворимости), препаративных форм и тому подобное. На скорость разрушения пестицидов в воде влияет ее температура, рН, уровень общего загрязнения, свойства действующего вещества.

Таблица 1. Перечень наиболее распространенных пестицидов группы ФКК и их ПДК в объектах окружающей среды
Название
Синоним или краткое обозначение
ПДК, мг/л
Кислота феноксиуксусная
ФУК
1 (питьевая вода)
Кислота 2,4 – дихлорфеноксиуксусная
2,4 – Д
0,03 (питьевая вода) 1 (природная)
Кислота 2-метил-4 хлорфеноксиуксусная
2М-4Х, МСРА
0,02 (воды рыбохоз. водоемов) 0,04 (сан-быт.)
Кислота 2,4,5 – трихлорфеноксиуксусная
2,4,5 – Т
Запрещена к применению
Кислота 2,4 – дихлорфенокси-α-пропионовая
Дихлорпроп, 2,4 – ДР
0,5 (питьевая) 0,62 (природная)
Кислота 2-метил-4-хлорфенокси-α-пропионовая
Мекопроп, 2М-4ХП, МСРР
–
Кислота 2,4,5 – трихлорфенокси-α-пропионовая
2,4,5 – ТР, Silvex
–
Кислота 2,4 – дихлорфенокси-α-масляная
2,4 – ДВ
0,01 (питьевая)
Пестициды, попавшие в водоём, могут разрушаться, или мигрировать и накапливаться в гидробионтах, что определяет их опасность для водной среды. От продолжительности хранения пестицида в воде зависит его действие на

водоемы и экологические последствия, поэтому при подборе ассортимента препаратов следует учитывать и показатели стабильности. Пестициды наносят значительный ущерб рыболовству при попадании в воду в результате сноса ветром при опрыскивании посевов и с водой, стекающей с обработанных полей. Водоемы обрабатываются пестицидами для уничтожения комаров, сорняков и водорослей в каналах. По степени опасности их можно условно разместить в такой последовательности: инсектициды — гербициды — фунгициды.

1.1.1 Озонирование

 

Озонирование технология очистки, основанная на использовании газа озона сильного окислителя. Озонатор вырабатывает озон из кислорода, содержащегося в атмосферном воздухе. При производствеозона необходимо удалять влагу из воздуха, иначе в озонаторе будет образовываться азотная кислота. После взаимодействия с загрязняющими химическими и микробиологическими веществами озонпревращается в обычный кислород.Озон одновременно обесцвечивает воду и является дезодорантом, применение его не вызывает значительного увеличения солевой массы в воде. Достоинства:
Остаточный озон стерилизует поверхность.
Озон действует очень быстро — в течение секунд.
Озон удаляет неприятные запахи и привкус.
Озонирование не придаёт дополнительных вкусов и запахов.
Озонирование не изменяет кислотность воды и не удаляет из неё необходимые человеку вещества.
Остаточный озон быстро превращается в кислород.
Озон вырабатывается на месте, не требуя хранения и перевозки.
Озон уничтожает микроорганизмы в 300-3000 раз быстрее, чем любые другие дезинфекторы.
Озон уничтожает все известные микроорганизмы : вирусы, бактерии, грибки, водоросли, их споры

Не существует устойчивых к озону форм микробов. Недостатки:  метод является дорогостоящим;  озон – токсичный газ, поэтому любое его использование требует тщательного контроля техники безопасности;  из-за насыщения воды озоно-воздушной смесью она приобретает высокую окислительную способность и становится коррозионно-активной, что требует использования оборудования и материалов, стойких к озону (трубы из ПВХ или нержавеющей стали, реакторы и емкости для хранения озонированной воды из ПВХ или бетона) и т. п.;  при неправильном подборе режима озонирования воды и дозы озона возможно образование побочных продуктов окисления, которые плохо удаляются в процессе очистки и могут быть более токсичны, чем исходные загрязнения. В некоторых случаях озонирование воды может вызвать ухудшение процессов коагуляции и, более того, привнести в обрабатываемую воду химические загрязнения в повышенных концентрациях, например, фенолов;  непродолжительность воздействия. Это связано с тем, что озон быстро разлагается в воде и не обладает пролонгирующим бактерицидным действием;  при озонировании воды многие органические загрязнения подвергаются деструкции, в результате увеличивается количество биоразлагаемых соединений, в воде повышается концентрация так называемого «ассимилируемого органического углерода», который легко усваивается микроорганизмами, способствуя их жизнедеятельности. Это создает благоприятные условия для повторного бактериального загрязнения очищенной воды.

1.1.2 Окисление

Окисление — метод отличается использованием более сильных окислителей, так как загрязнители не будут вступать в реакцию с веществами, используемыми в методе очистке нейтрализацией. С их помощью проводят обезвреживание различных токсичных веществ, и также веществ, трудно извлекаемых из воды иными способами. Осуществлением реакций окисления добиваются переведения токсичных загрязнителей в менее токсичные или нетоксичные формы.
Достоинства:
 За счет использования сильных окислителей достигается гибель микроорганизмов, наступающая вследствие окисления их клеточных структур. В основном применяют хлорсодержащие окислители: газообразный хлор (CL2) а также различные хлор соединения, такие как диоксид хлора (CLO2), гипохлориды калия, натрия и кальция (KCLO; NaCLO; Ca(CLO)2). Помимо этого использую перекись водорода (H2O2), перманганат калия (KMnO4), озон (O3), кислород воздуха (O2), дихромат калия (K2Cr2O7) и т.д.
 Хлорирование, то есть обработка воды хлорсодержащими соединениями, как процесс хорошо отработано и широко применяется в водоподготовке. Обработка хлором обладает также пролонгированным антибактерицидным действием, что особенно важно при водоснабжении в условиях изношенных трубопроводов, где может происходить вторичное загрязнение воды. Кроме того, реагенты для хлорирования относительно дешевы и доступны. Недостатки:  В некоторых случаях побочные соединения, образующиеся после хлорирования, могут быть не менее токсичными, кроме того сам хлор является ядовитым веществом, поэтому требуется тщательно соблюдать условия дозирования при хлорировании.

1.1.3 Ионный обмен

Ионный обмен — процесс взаимодействия раствора с твердым веществом — ионитом, обладающим способностью обменивать его ионы на ионы, присутствующие растворе. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды.
Достоинства:
 Максимальное качество умягчения и очистки воды: ионообменные фильтры могут эффективно обрабатывать как обычную питьевую воду, так и сильно загрязненные сточные воды промышленных предприятий. Ни один другой метод не гарантирует сопоставимый уровень очистки.
 Ионообменные умягчители воды способны снижать не только уровень концентрации солей жесткости, но и других, способных к ионному обмену, снижающих качество воды веществ.
 Простота эксплуатации: очистная установка проста в использовании, она не имеет таких сложных узлов как форсунки, либо нагнетатели давления, которыми оборудованы аэрационные устройства. Единственная операция, которую придется выполнять – регулярная замена картриджей с ионообменной смолой.
Недостатки:
 Затраты на регулярное восстановление химических реагентов – при средних показателях жесткости делать это нужно каждые три месяца, и их периодическую замену после выработки.
 Необходимость утилизации использованных реагентов.
 Если в качестве основного функционального вещества выступает ионообменная смола, то дополнительно стоит учесть недостатки этого материала, главным из которых является низкий показатель гидрофильности, то есть, смола достаточно медленно отдает свои ионы воде, вследствие чего процесс умягчения воды имеет невысокую скорость.

1.2 Анализ исходных данных

Для того, чтобы выбрать и рассчитать параметры технологической схемы очистки сточных вод от заданных загрязнений и предложить аппаратурное оформление технологического узла очистки сточной воды, необходимо провести анализ исходных данных.
Определяем исходные данные:
1. Расход сточных вод QСВ= 100+50N= 100+504 = 300 м3/ч или 7200м3/сут, где N= – номер варианта;
2. Концентрация взвешенных веществ
Cвз.в-в=150+30N=150+304=270 мг/л;
3. Концентрация загрязняющего вещества
Cзаг.в-в=47,4 мг/л;
4. Требования, предъявляемые к сбросу:
Для взвешенных веществ:
ПДС=5+0,34=5+0,34=6,2 кг/ч;
ПДС=QСВСсб.вз.в-в; Ссб.вз.в-в=(6,2/300)1000=10,9
Для химического соединения (пестициды):
Ссб=ПДК=4,7 мг/л.
5. Эффективность необходимой очистки:
По взвешенным веществам – Эвз.в−в=270−20,6270100%=92,3 %;
По химическому соединению – Эвз.в−в=470−20,6470100%=95,6 %.
Определяем доли каждого загрязнения по степени дисперсности:
4) Песок – 35 %;
270 мг/л – 100 %
X мг/л – 35 %, X=94,5 мг/л;
5) Средневзвешенные вещества-30%
270 мг/л-100%
X мг/л -30%, Х=81
6) Мелкодисперсные взвешенные вещества – 35 %;
12
270 мг/л – 100 %
X мг/л – 35 %, X=94,5 мг/л.

1.3 Выбор и обоснование методов очистки

1.3.1 Очистка от песка

Так как в сточной воде отсутствуют крупногабаритные загрязнения, процесс процеживания не требуется.
Для очистки сточной воды от песка можно использовать следующее очистное оборудование:
 Горизонтальная песколовка с круговым движением воды (Э=92 %, производительность П=1400-70000 м3/сут);
 тангенциальная песколовка (Э=90 %, П<75000 м3/сут);
 вертикальная песколовка (Э=70 %, П<10000 м3/сут).
Так как расход сточной воды составляет 7200 м3/сут, значит, могут быть применены вертикальная, тангенциальная и горизонтальная песколовка с круговым движением воды. Наиболее простая конструкция у песколовки с круговым движением воды (рисунок 1), тангенциальная сложна по своей конструкции. Особенностью песколовки с круговым движением воды является создание кругового потока движения воды для поддержания органических примесей в потоке без осаждения. Следовательно, выбираем песколовку с круговым движением воды, которая подходит по производительности, проще по конструкции и в котором присутствующее в сточной воде органическое вещество (пестициды) не будет оседать на дно из-за постоянного кругового движения воды.

Рисунок 1 – Схема горизонтальной песколовки с круговым движением воды:1 – кольцевой желоб; 2 – осадочный конус; 3 – подводящий канал; 4 – отводящий канал.
Расчет количества задержанного песка в выбранном аппарате:
94,50,92=86,94 мг/л
Остаток – 7,56 мг/л.
Уловленный в аппарате песок необходимо поместить в песковой бункер для обезвоживания песка.

1.3.2 Очистка от средневзвешенных веществ

1.3.2.1 Выбор отстойника

В отстойнике происходит осаждение коагулированных коллоидных взвешенных частиц. Возможно применение следующих типов отстойников:  вертикальный отстойник (Э=50-70 %, П<10000 м3/сут);  двухъярусный отстойник (Э=40-50 %, П<10000 м3/сут);  тонкослойный отстойник (Э=80-85 %, П=100-10000 м3/сут). Расход сточной воды составляет 300м3/час или 7200 м3/сут, значит, можно использовать вертикальный, двухъярусный, тонкослойный отстойники. Наиболее эффективный двухъярусный отстойник, который рекомендовано применять для очистки бытовых и близким к ним по составу производственных сточных вод от взвешенных веществ с одновременным сбраживанием и уплотнением выпавшего осадка, поэтому выбираем его. (рисунок 2).

Рисунок 2 –Двухъярусный отстойник: 1 – осадочные желоба; 2 – иловая труба; 3 – камера для сбраживания осадка; 4 – щелевое отверстие жёлоба.
Расчет количества задерженных средневзвешенных веществ в выбранном аппарате:
(81+7,56) * 0,5 =44,28 мг/л
Остаток – 44,28 мг/л
1.3.2.2 Очистка от мелкодисперсных взвешенных веществ
Для очистки от мелкодисперсных взвешенных веществ предусматривается физико-химическая очистка.
Для очистки можно использовать следующие методы:
— коагуляция;
— коагуляция+флокуляция;
— флотация;
Эффект очистки перечисленных методов от 95 % до 99 %, если предусмотрена доочистка на фильтрах. Исходя из состава сточной воды, выбираем метод коагуляции. Известны два вида коагуляции – контактная (в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка) и конвективная (в свободном объеме). Контактная коагуляция применима при концентрации взвешенных веществ не более 200 мг/л. Концентрация мелкодисперсных взвешенных веществ в нашем случае составляет 94,5 мг/л. Выбираем этот способ коагуляции.

Контактная коагуляция
Контактная коагуляция происходит на зёрнах загрузки напорных вертикальных фильтров механической очистки. При этом введение коагулянта осуществляется непосредственно перед механическим фильтром. Зерна загрузки и частицы, адсорбированные на них, служат центрами коагуляции. Процесс хлопьеобразования в этом случае значительно ускоряется.
Выбор смесителя
Для равномерного распределения растворов реагентов в обрабатываемой воде за короткое время (1-2 мин) используют смесители. Различают следующие виды смесителей:
 вертикальный смеситель (расход воды не более 1200-1500 м3/час);
 дырчатый смеситель (до 1000 м3/час);
 перегородчатый смеситель (не более 500-600 м3/час);
 шайбовый смеситель (расход не лимитируется).
В нашем случае расход сточной воды равен 300 м3/час, значит, могут подойти дырчатый, вертикальный и шайбовый смесители. Выбираем перегородчатый смеситель (рисунок 3).

Рисунок 3 — перегородчатый смеситель.
1-труба для подвода воды; 2-труба для подвода реагента; 3-перелив; 4-перегородки.
В качестве коагулянта используют соли алюминия, соли железа, а также смеси солей Аl2(SО4)3 и FeCl3. При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок. Выбираем в качестве коагулянта сернокислый алюминий Аl2(SО4)3.
Ориентировочная доза коагулянта определяется исходя из концентрации взвешенных веществ. В нашем случае концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на коагуляцию, составляет:
94,5 + 44,28 = 138,78 мг/л.

При такой концентрации рекомендуется использовать дозу безводного коагулянта, равную 10 % по массе, т.е. примерно 14мг/л.
Выбираем в качестве флокулянта наиболее распространенный и доступный флокулянт – полиакриламид (ПАА), который поставляется на станции очистки воды в виде гелеобразной массы. ПАА хранится в таре и растворяется в баках с механическими мешалками с числом оборотов вала 800-1000 в 1 мин. Срок хранения раствора не должен превышать более 15 суток (при большом сроке ПАА стареет). Водные растворы ПАА не обладают коррозионными свойствами и дозируются в воду с концентрацией 0,5-1%. Хранение и растворение ПАА производят в одном помещении.
Исходя из условий применения выбранного флокулянта, принимаем дозу реагента, равную 1% по массе. Концентрация мелкодисперсных взвешенных веществ в воде составляет 94,5 мг/л, следовательно, доза флокулянта будет составлять Д=0,945 мг/л.
Реагентное хозяйство состоит из смесителей, камеры хлопьеобразования и отстойника.
В качестве камеры хлопьеобразования можно выбрать перегородчатую камеру хлопьеобразования (с вертикальной или горизонтальной циркуляцией) и вихревую камеру хлопьеобразования (рисунок 4). Перегородчатые КХО предназначены для больших расходов. Таким образом следует выбрать вихревую камеру хлопьеобразования с расходом до 1200 — 1500 м3/ч.

Рисунок 4 — Схема перегородчатой камеры хлопьеобразования. 1,9 – отвод осветленной и подача исходной воды; 2 – боковой водосборный кармам; 3 – лотки децентрализованного сбора осветленной воды в отстойнике; 4 – тонкослойные модули; 5 – зона осветления воды; 6 – дырчатая перегородка; 7 – лотки для сбора и отведения воды из камеры; 8 – камера хлопьеобразования; 10 – перфорированные короба для сбора и удаления осадка из отстойника;
Эффективность такой очистки составляет:
( 94,5 + 44,28) * 0,96 = 133,2 мг/л
Остаток –5,58 мг/л <10,9 мг/л; Доочистка не требуется.

1.3.3 Очистка от химического загрязнения

Очистить от данного загрязнениями пестицидами можно следующими методами:
 Окисление
 Ионный обмен
 Озонирование
 Коагуляция
Каждый из них имеет свою область применения, зависящую от притока и концентрации. Методы очистки от химического загрязнения выбирается в зависимости от физико-химических свойств загрязнителя. В сточной воде
19
содержится пестициды, способные к пенообразованию. Очистка воды, загрязненной пестицидов, может производиться физико-химическими и биохимическими методами. Имея расход сточных вод 300 м3/час с концентрацией химического загрязнения равной 4,7г/л процесс очистки воды будет включать в себя напорную флотации совместно с коагуляцией. Такой способ очистки позволит очистить воду на 99,9% от пестицидов.
Расчет улавливаемого количества мелкодисперсных веществ
47,4 • 0,999 = 47,3 мг/л; (очистилось)
47,4-47,3 = 0,1 мг/л. (остаток)
Напорная флотация позволит очистить воду помимо от пестицидов, еще и от остатка взвешенных веществ, которые не были задержаны на стадиях очистки от песка, средневзвешенных и мелкодисперсных веществ. Эффективность очистки напорной флотацией от остатка взвешенных веществ составит порядка 80%.
Расчет количества улавливаемых напорной флотацией взвешенных веществ.
5,58 • 0,80 = 4,46 мг/л
5,58 – 4,46 = 1,12 мг/л – остаток.
Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, а также для удаления и растворенных веществ. Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прерывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс — пузырек-частица поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.
Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:
— с выделением воздуха из растворов;
— с механическим диспергированием воздуха;
— с подачей воздуха через пористые материалы;
— электрофлотацию;
— химическую флотацию.
Вариант напорной флотации более подходящий, т.к. при таком способе флотации предусмотрен вариант добавления коагулянтов, который необходим для достижения наивысшего эффекта очистки воды от пестицидов и взвешенных веществ. При напорной флотации образуемая пена собирается механизмом сгребания пены и отправляется в пеногаситель, затем перемешивается с глиной и отстаивается. Уловленные же одновременно с пестицидами взвешенные вещества при нахождении пены в пеногасителе оседают и удаляются, после чего отправляются в бункер на обезвоживание и обеззараживание (рисунок 5).
Рисунок 5 — 1 – необработанная сточная вода; 2 –воздух; 3 – насос; 4 –напорный бак (сатуратор); 5 – механизм сгребания пены; 6 – флотационная камера; 7 – пеносборник;
8 – отвод пены; 9 – отвод обработанной сточной воды

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологическая схема

На рисунке 6 представлена схема технологической очистки сточной воды заданного состава.

2.2 Описание технологической схемы

Для очистки воды от песка предлагается песколовка с круговым движением воды с эффективностью очистки 92 %. Уловленный песок удаляется в песковой бункер. После обезвреживания и обезвоживания песок может найти применение в строительстве. Для удаления средневзвешенных веществ предусмотрен двухъярусный отстойник с эффективностью очистки до 91% от средневзвешенных веществ. Уловленные средневзвешенные вещества отправляются в песковой бункер.
Для удаления мелкодисперсных веществ предусмотрена совместный процесс коагуляции и флокуляции. В качестве аппаратурного оформления процесса предлагается использовать перегородчатый смеситель .Затем вода попадает в перегородчатую камеру с вертикальной циркуляцией воды, где происходит процесс образования хлопьев и флокул. В двухъярусном отстойнике происходит отстаивание (осветление) сточной воды после коагуляции и флокуляции. Эффективность очистки в результате применения данного оборудования достигает 97 %.
После узла очистки воды от взвешенных веществ с исходной концентрацией 470 мг/л получаем воду с концентрацией взвешенных веществ равной 9,96 мг/л, что ниже предельно допустимого сброса равного 10,9 мг/л. Общая эффективность очистки составит Э=98,3 %.

3 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ

3.1 Расчет основного оборудования

Площадь живого сечения кольцевого желоба песколовки: ==300360020,3=0,42 м2,
где qmax = 300м3/ч – расход сточной воды; n = 2 – количество отделений в песколовке; V = 0,3 м/с – скорость движения воды в песколовке при максимальном притоке сточной воды.
Высота треугольной части кольцевого желоба: ℎтр=2=0,7260=0,61 м,
где b = 700 мм – ширина кольцевого желоба;  = 60 –угол наклона стенок желоба к горизонту.
Площадь треугольной части желоба: тр=ℎтр2=0,70,612=0,21 м2.
Площадь прямоугольной части кольцевого желоба: пр=−тр=0,42−0,21=0,21 м.
Высота жидкости в прямоугольной части желоба: ℎпр=пр⁄=0,210,7⁄=0,3 м.
Суммарная полезная высота кольцевого желоба: ℎж=ℎпр+ℎтр=0,61+0,3=0,91 м.
Высота бункера песколовки: ℎбунк=(Дн−)2=(4−0,7)260=2,85 м,
где Дн = 4000 мм – наружный диаметр песколовки.
Высота борта hб = 0,3 м.
Строительная высота песколовки: стр=ℎб+ℎж+ℎбунк=0,3+0,91+2,85=4,06 м.
Продолжительность протекания сточной воды по кольцевому желобу:

=(Дн−)=3,14(4−0,7)0,3=34,54 .
3.2 Расчет параметров вертикального (вихревого) смесителя
Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя: в=в⁄=3003510−33600=2,38 м2,
где q = 300 м3/ч – расчетный расход воды; vв = 30-40 мм/с – скорость восходящего движения воды.
Диаметр конической верхней части смесителя: в=2√в⁄=2√2,383,14=1,75 м.
Размер входного отверстия принимается в зависимости от диаметра подводящего трубопровода: н=2√н⁄=2√3003,141,53600⁄=0,46 м,
где vн=1,2-1,5 м/с – входная скорость воды в смеситель.
Площадь нижней части смесителя: н=н24⁄=3,140,4624⁄=0,17 м2.
Высота нижней части смесителя: ℎн=0,5(в−н)(2)=0,5(1,75−0,46)(452)=1,56 м
где =30-45 — центральный угол между наклонными стенками смесителя.
Объем нижней части смесителя: н=ℎн3(в+н+√вн)=1,562(2,38+0,17+√2,380,17)= 2,49 м3.
Полный объем смесителя:

=60=300260=10 м3,
где t=1-2 мин – время смещения коагулянта с водой.
Необходимый объем верхней части равен: в=−н=10−2,49=7,51 м3.
Высота верхней части смесителя: ℎв=вв⁄=7,512,38⁄=3,15 м.
Общая высота смесителя: ℎ0=ℎв+ℎн=3,15+1,56=4,71 м.
Сбор воды осуществляется в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке vл=0,6 м/с.
Площадь живого сечения сборного лотка: л=л3600=3000,613600=0,14 м2,
где n=1 – количество сборных лотков.
Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка: 0=03600=30013600=0,083м2,
где v0=1 м/с – скорость движения воды через отверстия лотка.
Из сборного лотка вода поступает в боковой карман, размеры которого принимаются конструктивно так, чтобы в нижней части разместить трубу для отвода воды, прошедшей смеситель.
Объем камеры: =∙60=3003060=150 м3,
где q=300 м3/ч – расход воды; t=30 мин – время пребывания воды в камере.
Площадь камеры в плане:

=Н=1502,42=63.95 м2,
где H=2,42 м – высота КХО (рекомендуется принимать равной высоте отстойника).
Площадь одной ячейки камеры: =3600=30036000,25=1 м2,
где v=0,2-0,3 м/с – скорость движения воды в камере.
Число ячеек в камере: ==63.951=63.95≈64.
Размер ячеек в плане 11 м. Принимаем количество ячеек в каждом ряду 8, рядов – 8. Тогда общее количество ячеек 64.
Полная ширина КХО: =ш=81=8 м,
где nш = 8 – количество ячеек в каждом ряду по ширине камеры, b=1 м – ширина одной ячейки.
Длина КХО: =д =81=8 м,
где nд= 8 – количество ячеек в каждом ряду по длине камеры, S=1 м – длина одной ячейки.
Потери напора в КХО: ℎк=0,15 2 =0,150,252 9=0,084 м.
где m – число поворотов воды в камере (принимаемое значение 8-10).

3.3 Расчет вспомогательного оборудования

Годовое количество песка:
год=365ос=365 99 72001000=2601720000 мг=2601,72 т.
Плотность свежевыпавшего осадка (песка) 1,2-1,3 т/м3, тогда Vгод=2601,72/1,3=2001,3 м3/год.
27
Суммарная полезная площадь песковых площадок: =⁄=2001,33⁄=667,1 м2,
где H =3 м3/м2 в год – годовая нагрузка песка на площадки.
Полезный объем одного бункера: бунк=ос=4,8952=12,2 м3,
где Wос=4,89 м3/сут – расчетное количество песка; T=1,5-5 сут – время хранения песка в бункерах; n=2 – количество бункеров.
Принимаем диаметр бункера D=1,5 м.
Высота усеченного конуса бункера: ℎус=−02=1,5−0,5260=0,86 м.
Высота цилиндрической части бункера: ℎцил=4[бунк−112ℎус(2+0+02)]2=4[12,2−1123,140,86(1,52+1,50,5+0,52)]3,140,52=58,44 м.
Строительная высота бункера: стр=ℎб+ℎус+ℎцил=0,3+0,86+58,44=59,6 м.
3.4 Расчет параметров реагентного хозяйства А) Коагулянт Определяем годовой расход реагентов: Сгод=Дсрсут3651001106=337200365100110617,5=495,57 т. Полученное значение суточного расхода коагулянта меньше 5000 кг/сут, поэтому предусматривается сухое хранение реагента [7]. Определяем объемы расходных и растворных баков:

Растворный бак коагулянта: =сутТД10000=720030331000017,51,2=33,95 м3, где: Qсут – суточная производительность, м3/сут; Т – время хранения реагента на станции в сутках (не менее 30), сут; Д – доза коагулянта, мг/л; bp=15-20–концентрация раствора в растворном баке, %; =1,2 т/м3 – объемная масса раствора реагента. Растворных баков должно быть предусмотрено не менее трех. Расходный бак коагулянта: =24=33,952417,524308=2,48 м3, где: Wp – объем растворного бака коагулянта, м3; n=10-24 ч – количество часов на приготовление раствора; bp=15-20 – концентрация раствора в растворном баке, %; T=30 –время хранения реагента на станции в сутках; b=4-10 % –концентрация раствора в расходном баке [7]. Расходных баков должно быть предусмотрено не менее двух. Площадь складов коагулянта следует рассчитывать на хранение 30-дневного запаса, считая по периоду максимальной потребности реагента: скл=1,15сутДТ100000ℎ,м2, где: Qсут – полная производительность очистной станции, м3/сут; Д – доза реагента, %; Т – продолжительность хранения реагента, сут; =17,5 — содержание активного вещества в реагенте, %; 0=1,1-1,4 – объемная насыпная масса реагента, т/м3; h=1,5-2,5–допустимая высота складирования, м [7]. скл=1,15720033301000017,51,42=16,73 м2. Б) Флокулянт Определяем годовой расход реагентов: Сгод=Дсрсут3651001106=33720036510011067=1238,9 т. Определяем объемы расходных и растворных баков: Растворный бак флокулянта: =сутТД10000=7200153310000201,2=14,85 м3,

где: Qсут=7200 м3/сут – суточная производительность; Т=15 сут – время хранения флокулянта на станции; Д=33 мг/л – доза коагулянта; bp=15-20–концентрация раствора в растворном баке, %; =1,2 т/м3 – объемная масса раствора реагента [7]. Растворных баков должно быть предусмотрено не менее трех. Расходный бак коагулянта: ==14,85110= 1,485 м3, где: Wp – объем растворного бака коагулянта, м3; n=10-24 ч – количество часов на приготовление раствора; bp=15-20 – концентрация раствора в растворном баке, %; T=30 –время хранения реагента на станции в сутках; b=4-10 % –концентрация раствора в расходном баке [7]. Расходных баков должно быть предусмотрено не менее двух. Площадь складов коагулянта следует рассчитывать на хранение 30-дневного запаса, считая по периоду максимальной потребности реагента: скл=1,15сутДТ100000ℎ,м2, где: Qсут – полная производительность очистной станции, м3/сут; Д – доза реагента, %; Т – продолжительность хранения реагента, сут; =17,5 — содержание активного вещества в реагенте, %; 0=1,1-1,4 – объемная насыпная масса реагента, т/м3; h=1,5-2,5–допустимая высота складирования, м. скл=1,157200331510000201,42=7,32 м2.

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для определения экономического эффекта от внедрения принятой технологической схемы очистки сточной воды необходимо определить предотвращенный ущерб, затраты на очистку, а также прибыль от реализации.
Экономический эффект (Э) от внедрения очистных сооружений:
Э=ПУобщ−Зобщ+,
где ПУобщ – предотвращенный ущерб; З – затраты на очистку; Р – прибыль от реализации.
Затраты на очистку З: Зобщ=Звв+Зхим, З=годСб,
где Сб – себестоимость очистки.
Для взвешенных веществ допустимая сбросовая концентрация равна 10,9 мг/л, поэтому выбираем себестоимость очистки Cб=1,2 руб/м3.
Для химического соединения (пестицидов) выбрана установка аэротенк-смеситель с высокой нагрузкой с регенератором активного ила и двухъярусным отстойником (средняя установка), поэтому Сб=2,5 руб/м3.
Тогда затраты на очистку от взвешенных веществ Звв равны: Звв=72003651,2=3153600 руб.
Затраты на очистку от пестицидов Зхим равны: Зхим=72003652,5=6570000 руб.
Общие затраты на очистку воды З равны: Зобщ=3153600+6570000=9723600руб.
Предотвращенный ущерб: ПУобщ=ПУвв+ПУхим ПУвв=год(Свв−Ссб)Пл=7200∗365(270−10,9)366=2,4∙1012 руб,
где Пл=366 руб. – норматив за сброс 1 т взвешенных веществ в пределах установленных допустимых нормативов сбросов.

ПУхим=7200365(47,4−4,7)3,7=0,0421010 руб,
где Пл=3,7 руб.—норматив за сброс 1 т пестицидов в пределах установленных допустимых нормативов сбросов. ПУобщ=2,41012+0,0421010=240,0421010 руб.
Прибыль можно получить, продавая улавливаемый после очистки обезвоженный песок, Годовой объем песка составит Vпесок=2001,3 м3/год. Стоимость 1 м3 строительного песка составляет примерно 400 руб, тогда Рпесок=2001,3 400=800520 руб.
Тогда экономический эффект Э равен: Э=240042107−0,98107+0,08107=240041,1107≈2,41012 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выбор технологических схем обезвреживания воды, загрязненной пестицидами, определяется многими факторами: свойствами присутствующих препаратов, глубиной очистки, производительностью очистных сооружений, местными условиями и т.д.
Требуемая степень очистки может быть достигнута изменением режима процесса, используемого на сооружениях для удаления других нежелательных в воде веществ, или дополнением существующей технологии новыми методами, т.е. созданием комплексной схемы, удовлетворяющей всем предъявляемым к качеству воды требованиям.
Для осветвления и обесцвечивания воды обычно используют процесс коагуляции, для обезвреживания — окисление хлором. Описанная схема дает положительные результаты только в случае относительно незагрязненных водоисточников, в то же время присутствие в водоемах пестицидов и других нежелательных в питьевой воде соединенийдостаточно реально. Как правило, в этом случае традиционная схемане обеспечивает или только частично предохраняет от попаданиязагрязнений в обработанную воду.
Многочисленные работы показали, что перспективным агентом, обеспечивающим деструкцию пестицидов, является озон. Применение его облегчается имеющимся опытом эксплутации озонаторных станций в составе очистных сооружений водопроводов.
Как правило расход озона для полного обезвреживания воды невелик. В случае образования токсичных продуктов реакции положительный эффект инактивации достигается повышением дозы озона или увеличением времени контакта обрабатываемой воды с озоно-воздушой смесью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты гидросферы. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2014.
2. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: Учебное пособие /Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. – М.: Высшая школа, 2013 – 344 с: ил.
3. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. Уч. Пособие. – М.: издательство АСВ, 2014. – 496 с.
4. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебное пособие для вузов. М. Издательство МГУ, 2013 – 680 с; 178 ил.
5. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов. М.: Химия 2014 – 512с.
6. Томаков П.И., Коваленко В.С., Михайлов А.М., Калашников А.Т. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: Издательство МГГУ. – 2003, 418 с.: ил.
7. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: издание второе, переработанное и дополненное. Учебное пособие. – М.: Издательство АСВ, 2004. – 496 с.
8. Комарова Л.Ф. Использование воды на предприятиях и очистка сточных вод в различных отраслях промышленности: учебное пособие/ Л.Ф. Комарова, М.А. Полетаева. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. – 174 с.
9. Очистка сточных вод (учебное пособие): [Учеб. пособие для вузов по спец. «Водоснабжение и канализация» / М.П. Лапицкая, Л.И. Зуева, Н.М. Балаескул, Л.В. Кулешова]. – Мн.: Высш. Школа,1983. – 255 с.