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

ВВЕДЕНИЕ.

Задание.

1    АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1 Анализ состояния вопроса о химическом загрязнении.

1.2 Анализ исходных данных.

1.3 Выбор и обоснование методов очистки.

1.3.1    От пескка.

1.3.2    Очистка от средневзвешенных веществ.

1.3.3    Очистка от мелкодисперсных взвешенных веществ.

2    Технологическая часть.

2.1    Технологическая схема.

2.2    Описание технологической схемы.

3    Инженерные расчеты.

3.1 Расчет основного оборудования.

3.1.2    Расчет параметров горизонтальной песколовки с круговым движением воды

3.1.3    Расчет параметров перегородчатого смесителя.

3.1.4    Расчет параметров перегородчатой камеры хлопьеобразования с вертикальной циркуляцией воды.

3.1.5    Расчет параметров двухъярусного отстойника.

3.1.7    Расчет вторичного отстойника.

3.2    Расчет вспомогательного оборудования.

3.2.1    Расчет параметров пескового бункера.

3.2.2 Расчет параметров реагентного хозяйства.

4    Экономическая часть.

Заключение.

Список литературы.

 

Задание

Составить технологический узел очистки сточных вод от следующих загрязнений:

Взвешенные вещества:

крупногабаритные загрязнения – 0 %;

песок – 32%;

средние взвешенные вещества – 20 %;

мелкодисперсные вещества – 40 %.

Химическое загрязнение: пестициды 4.7 мг/л.

Рассчитать параметры основных и вспомогательных устройств.

Исходные данные:

• расход сточных вод Q_СВ=100+50×N, м³/ч (N4 – номер студента по журналу);
• концентрация взвешенных веществ C_вз.в-в=150+30×N, мг/л;
• концентрация загрязняющего вещества C_заг.в-в мг/л;

Требования, предъявляемые к сбросу:

• для взвешенных веществ ПДС=5+0,3N, кг/ч;
• для химического соединения C_Сб=ПДК, мг/л.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙОБЗОР

1.1  Анализ состояния вопроса о химическом загрязнении

Пестициды — это наиболее типичный пример загрязнений из территориальных источников. Они составляют главную группу микроорганических загрязнений, попадающих 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.

Данные о применении пестицидов в стране и ее отдельных регионах необходимы для принятия стратегических  по мерам  мониторинга  и минимизации рисков применения пестицидов. Поэтому в странах ЕС и ОЭСР большое внимание такой информации

К сожалению, в Российской Федерации надзорными органами практически не осуществляется статистический учет пестицидов, и мы имеем лишь самую общую характеристику объемов их применения. [2]

Таблица 1.1 — Статистические данные применения пестицидов в мире.

 

Пестициды могут попадать в водоемы непосредственно из почвы или атмосферы. В открытые водоемы они попадают со сточными и талыми водами, при авиационных и наземных обработках сельхозугодий и лесных насаждений, а также при непосредственном уничтожении сорняков, водорослей, моллюсков и тому подобное.

Движение пестицидов до воды происходит вследствие стечения с обрабатываемой поверхности или в результате выщелачивания в нижние слои с поверхности почвы. Сток и выщелачивания случаются, когда на поверхность попадает избыток жидкого пестицида или на поверхность, которая содержит остатки пестицида, попадает много дождевой или ирригационной воды. Сточная вода может попадать в дренажные каналы, ручьи, пруды или в реки, по которым пестициды могут перемещаться на большие расстояния. 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.[3]

  Таблица 2. Перечень наиболее распространенных пестицидов группы ФКК и их ПДК в объектах окружающей среды

 

Пестициды, которые попали в водоемы, могут разрушаться, или, если они стабильны, мигрировать и накапливаться в гидробионтах и муле, что определяет их опасность для водной среды. Для характеристики стабильности препарата в воде определяют t₅₀ и t₉₅распада. От продолжительности хранения пестицида в воде зависит его действие на водоемы и экологические последствия, поэтому при подборе ассортимента препаратов следует учитывать и показатели стабильности. Стабильность вещества, кроме его химической природы, зависит также от формы препарата, нормы расходов, погодных условий.

Основной причиной гибели водной фауны является попадание в водоемы и реки промышленных и бытовых стоков, содержащих органические отходы и минеральные азотные компоненты. Однако и пестициды наносят значительный ущерб рыболовству при попадании в воду в результате сноса ветром при опрыскивании посевов и с водой, стекающей с обработанных полей. Водоемы непосредственно обрабатываются пестицидами для уничтожения комаров, других вредителей, сорняков и водорослей в каналах и рисовых чеках. Токсичность различных пестицидов для планктона, различных видов рыб зависит от многих факторов. По степени опасности их можно условно разместить в такой последовательности: инсектициды — гербициды — фунгициды.[3]

Перспективными методами удаления пестицидов из воды является    адсорбция, окисление и ионный обмен. Обычные методы обработки воды ( коагуляция-отстаивание-фильтрование) снижают содержание в воде гексахлорана на 8-10%,дильдрина на 50%, ДДТ на 90%,эльдрина на 35%,тифоса на 20%. Хорошо удаляются хлорорганические  пестициды активированными углями. Пестициды 2,4-Д хорошо удаляются из воды на ионообменных фильтрах. Наиболее сильными сорбентами для удаления 2,4-Д являются сильноосновные аниониты типа АВ-17.

Озонирование. Для обезвреживания сточных вод от  пестицидов, красителей и других соединений применяется озон. При действии озона на органические соединения происходят реакции окисления и озонолиза. Озон одновременно обесцвечивает воду и является дезодорантом, применение его не вызывает значительного увеличения солевой массы в воде.

Достоинства:

• разлагаясь, озон обогащает воду кислородом, что улучшает ее вкус;
• при окислении озоном органических соединений не образуется каких-либо опасных для здоровья вторичных продуктов;
• озон не меняет рН воды и не удаляет из нее необходимые организму ионы Ca, Mg, K, Na и т. п.;
• озон губителен для любых микроорганизмов, которые могут встретиться в воде, в том числе и устойчивых к другим дезинфицирующим средствам;
• озон действует в течение секунд и уничтожает микроорганизмы в сотни раз быстрее, чем любые другие дезинфекторы;
• озон вырабатывается на месте, не требуя хранения и перевозки.

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.

 

Окисление — данный метод отличается использованием значительно более сильных окислителей, так как целевые загрязнители просто 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.

 

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 загрязненныесточные 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.

Для удаления соединения ртути из растворов широко используют ионообменные смолы- сильнокислотный катионит КУ-2 и сильнокислотный КБ-4П-2. [5]

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:

• расход сточных вод Q_СВ=100+50×N=100+50×4=300 м³/ч или7200м³/сут, где N= – номер варианта;
• концентрация взвешенных веществ C_вз.в-в=150+30×N=150+30×4=270мг/л;
• концентрация загрязняющего вещества C_заг.в-в=4,7 г/л=470 мг/л;
• требования, предъявляемые к сбросу:

для взвешенных веществ ПДС=5+0,3×4=5+0,3×4=6,2 кг/ч;

ПДС=Q_СВ×С_{сб.вз.в-в}; С_{сб.вз.в-в}=(6,2/300)×1000=10,9

для химического соединения (пестициды) С_сб=ПДК=2 мг/л.

• эффективность необходимой очистки:

по взвешенным веществам – ×100%=92,3 %;

по химическому соединению –

Определяем доли каждого загрязнения по степени дисперсности:

• песок – 32 %;

270 мг/л – 100 %

X мг/л – 32 %, X=86,4 мг/л;

• Средневзвешенные вещества-20%

270 мг/л-100%

X мг/л -20%, Х=54

• мелкодисперсные взвешенные вещества – 40 %;

270мг/л – 100 %

X мг/л – 40 %, X=205,8мг/л.

• загрязнение пестициды поступает в количестве 4.7мг/л.

1.3 Выбор и обоснование методов очистки

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 (рисунок1.5), 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.

 

Расчет количества задержанного песка в выбранном аппарате:

214,2×0,92=197,06 мг/л

Остаток – 17,14 мг/л.

Уловленный в аппарате песок необходимо поместить в песковой бункер для обезвоживания песка.

1.3.2 Очистка от средневзвешенных веществ

        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 данный тип (рисунок1.11).

 

Расчет количества задерженных средневзвешенных веществ в выбранном аппарате:

( 54+17.14)* 0,9=64

Остаток-10,9

1.3.3 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 95 % или 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 205,8 мг/л, следовательно, контактная коагуляция не подходит. Выбираем конвективную коагуляцию в камере хлопьеобразования.

Выбор смесителя

Для равномерного распределения растворов реагентов в обрабатываемой воде за короткое время (1-2 мин) используют смесители. Различают следующие виды смесителей:

— 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 выбираем перегородчатый смеситель

1-труба для подвода воды;2-труба для подвода реагента;3-перелив;4-перегородки.

В качестве реагента (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 мутности воды (концентрации взвешенных веществ). В нашем случае, концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на коагуляцию, составляет:

205,8+17,14=224,14 мг/л.

При такой концентрации рекомендуется использовать дозу безводного коагулянта, равную 10 % по массе, т.е. примерно 33 мг/л [7].

Суточный расход реагента определяется по формуле: Ссут=Д×сут10×r,кг,

где Д – доза реагента, мг/л; сут – полная производительность, м3/сут; r=17,5 – содержание активного вещества в реагенте, % [7]. Ссут=33×2160010×17,5=4073,14 кг.

Реагентное хозяйство

На складах должен храниться запас реагента на срок до 30 суток в зависимости от Qсут. Расчетный запас реагентов (доставляемых навалом) округляется до единиц, кратных грузоподъемности транспортных средств (вагоны – 60 т, автосамосвал – 4 т), а для реагентов, доставляемых в таре, кратным весу одной упаковки [7].

Реагентное хозяйство для хранения коагулянта включает в себя растворные баки и расходные баки, где происходит растворение и приготовление раствора коагулянта; дозаторы реагента; склады реагентов

 

     Выбор камеры хлопьеобразования (КХО)

Назначение камер хлопьеобразования – обеспечить образование хлопьев коагулянта. Различают камеры хлопьеобразования:

• перегородчатые с вертикальной циркуляцией вод (расход воды не менее 6000 м³/сутки);
• вихревая КХО (расход воды не более 1200-1500 м³/час.

Расход сточной воды 300 м³/час или 7200 м³/сут, значит, из перечисленных КХО подойдет перегородчатая КХО с вертикальной циркуляцией и вихревая КХО. Выбираем перегородчатую с вертикальной циркуляцией вод. В перегородчатых камерах устраивают ряд перегородок, заставляющих воду изменять направление своего движения в вертикальной плоскости (или горизонтальной), что обеспечивает необходимое перемешивание воды.

Рассчитываем количество мелкодисперсных веществ, задержанных в аппарате:

224,14×0,95=315,53 мг/л;

Остаток: 16,61 мг/л.

Полученная концентрация получилась больше сбросовой концентрации (16,61 мг/л>10,9 мг/л). В этом случае может быть предложены следующие решения:

• доочистка методом фильтрования;
• совместное применение методов коагуляции и флокуляции.

Доочистка фильтрованием после коагулирования воды даст общую эффективность очистки Э=99 %, тогда:

224,14×0,99=228,82 мг/л;

Остаток: 3,32 мг/л<10,9 мг/л.

Таким образом, полученная концентрация воды будет меньше сбросовой, эффект очистки достигается.

Также для повышения степени очистки воды можно применить метод флокуляции. В качестве флокулянта можно применить полимеры акриламида серии АК 636 и 631, флокатон, ВПК, полиакриламид [7].

Эффективность очистки при совместном использовании коагулянта и флокулянта составит примерно Э=97 %, тогда

224,14×0,97=322,18 мг/л.

Остаток: 9,96 мг/л<10,9 мг/л.

Применяя дополнительно флокуляцию, также можем добиться достаточной степени очистки.

Доочистка фильтрованием требует дополнительной установки фильтра, немалого расхода фильтрующего материала, поэтому целесообразнее использовать совместный метод оагуляции и флокуляции, который широко применим в настоящее время для повышения интенсивности процесса очистки сточных вод от взвешенных веществ.

 

 При совместной коагуляции и флокуляции образуется более плотный осадок, который необходимо обезводить.

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 данный тип.

1 – осадочные желоба; 2 – иловая труба; 3 – камера для сбраживания осадка; 4 – щелевое отверстие жёлоба.

 

1.3.4.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 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

470 • 0,9991 = 469,62 мг/л;

470-469,62 = 0,423 мг/л.

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.

19,08 • 0,80 = 15,264 мг/л

19,08 – 15,264 = 3,816 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.

 

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 2.1 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:

где q_max=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:

где b=700мм – ширина кольцевого желоба; a=60° –угол наклона стенок желоба к горизонту.

Площадь треугольной части желоба:

Площадь прямоугольной части кольцевого желоба:

Высота жидкости в прямоугольной части желоба:

Суммарная полезная высота кольцевого желоба:

Высота бункера песколовки:

где Д_н=4000 мм – наружный диаметр песколовки.

Высота борта h_б=0,3 м.

Строительная высота песколовки:

Продолжительность протекания сточной воды по кольцевому желобу:

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:

где q=900 м³/ч – расчетный расход воды; v_в=30-40 мм/с – скорость восходящего движения воды.

Диаметр конической верхней части смесителя:

Размер входного отверстия принимается в зависимости от диаметра подводящего трубопровода:

где v_н=1,2-1,5 м/с – входная скорость воды в смеситель.

Площадь нижней части смесителя:

Высота нижней части смесителя:

где a=30-45° — центральный угол между наклонными стенками смесителя.

Объем нижней части смесителя:

Полный объем смесителя:

где t=1-2 мин – время смещения коагулянта с водой.

Необходимый объем верхней части равен:

Высота верхней части смесителя:

Общая высота смесителя:

Сбор воды осуществляется в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке v_л=0,6 м/с.

Площадь живого сечения сборного лотка:

где n=1 – количество сборных лотков.

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка:

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:

где q=300 м³/ч – расход воды; t=30 мин – время пребывания воды в камере.

Площадь камеры в плане:

где H=2,42 м – высота КХО (рекомендуется принимать равной высоте отстойника).

Площадь одной ячейки камеры:

где v=0,2-0,3 м/с – скорость движения воды в камере.

Число ячеек в камере:

Размер ячеек в плане 1´1 м. Принимаем количество ячеек в каждом ряду 21, рядов – 9. Тогда общее количество ячеек 189.

Полная ширина КХО:

где n_ш=21 – количество ячеек в каждом ряду по ширине камеры, b=1 м – ширина одной ячейки.

Длина КХО:

где n_д= 9 – количество ячеек в каждом ряду по длине камеры, S=1 м – длина одной ячейки.

Потери напора в КХО:

где m – число поворотов воды в камере (принимаемое значение 8-10).

В качестве вторичного отстойника выбираем аналогичный по конструкции первичному – горизонтальный отстойник с параметрами, превышающими параметры первичного примерно на 20 %:

• площадь отстойника F=866,66 м²;
• длина отстойника L=714,67 м;
• ширина отстойника B=1,45 м;
• высота отстойника H=2,91 м.

Сбор осветленной воды производят системой горизонтально расположенных труб или желобов с затопленными отверстиями или треугольными водосливами. Скорость движения осветленной воды в конце желобов и труб принимают равной 0,6-0,8 м/с, в отверстиях – 1 м/с. Отверстия в желобе располагают на 5-8 см выше дна желоба, а в трубах – горизонтальных по оси. Расстояние между осями труб или желобов принимают не более 3 м[7].

Для удаления ила отстойник снабжают илососами (иловыми трубами).

Собранный отработанный ил можно использовать в качестве корма скоту на животноводческих фермах.

3.2 Расчет вспомогательного оборудования

Годовое количество песка:

×21600×1000=2235110000 мг=2235,11 т.

Плотность свежевыпавшего осадка (песка) 1,2-1,3 т/м³, тогда V_год=2235,11/1,25=1788,1 м³/год.

Суммарная полезная площадь песковых площадок:

где H =3 м³/м² в год – годовая нагрузка песка на площадки.

Полезный объем одного бункера:

где W_ос=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:

Высота цилиндрической части бункера:

Строительная высота бункера:

А) Коагулянт

Определяем годовой расход реагентов:

Полученное значение суточного расхода коагулянта меньше 5000 кг/сут, поэтому предусматривается сухое хранение реагента [7].

Определяем объемы расходных и растворных баков:

Растворный бак коагулянта:

где: Q_сут – суточная производительность, м³/сут; Т – время хранения реагента на станции в сутках (не менее 30), сут; Д – доза коагулянта, мг/л; b_p=15-20–концентрация раствора в растворном баке, %; g=1,2 т/м³ – объемная масса раствора реагента.

Растворных баков должно быть предусмотрено не менее трех.

Расходный бак коагулянта:

где: W_p – объем растворного бака коагулянта, м³; n=10-24 ч – количество часов на приготовление раствора; b_p=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:

где: Q_сут – полная производительность очистной станции, м³/сут; Д – доза реагента, %; Т – продолжительность хранения реагента, сут; r=17,5 — содержание активного вещества в реагенте, %; g₀=1,1-1,4 – объемная насыпная масса реагента, т/м³; h=1,5-2,5–допустимая высота складирования, м [7].

Б) Флокулянт

Определяем годовой расход реагентов:

Определяем объемы расходных и растворных баков:

Растворный бак флокулянта:

где: Q_сут=21600 м³/сут – суточная производительность; Т=15 сут – время хранения флокулянта на станции; Д=3,32 мг/л – доза коагулянта; b_p=15-20–концентрация раствора в растворном баке, %; g=1,2 т/м³ – объемная масса раствора реагента [7].

Растворных баков должно быть предусмотрено не менее трех.

Расходный бак коагулянта:

где: W_p – объем растворного бака коагулянта, м³; n=10-24 ч – количество часов на приготовление раствора; b_p=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:

где: Q_сут – полная производительность очистной станции, м³/сут; Д – доза реагента, %; Т – продолжительность хранения реагента, сут; r=17,5 — содержание активного вещества в реагенте, %; g₀=1,1-1,4 – объемная насыпная масса реагента, т/м³; h=1,5-2,5–допустимая высота складирования, м.

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:

,

где ПУ_общ – предотвращенный ущерб; З – затраты на очистку; Р – прибыль от реализации.

Затраты на очистку З:

где С_б – 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 З_вв равны:

Затраты на очистку от пестицидов З_хим равны:

Общие затраты на очистку воды З равны:

Предотвращенный ущерб:

где Пл=366 руб. – норматив за сброс 1 т взвешенных веществ в пределах установленных допустимых нормативов сбросов.

где Пл=3,7 руб.—норматив за сброс 1 т пестицидов в пределах установленных допустимых нормативов сбросов.

Прибыль можно получить, продавая улавливаемый после очистки обезвоженный песок, Годовой объем песка составит V_песок=1788,1 м³/год. Стоимость 1 м³ строительного песка составляет примерно 400 руб, тогда Р_песок=1788,1×400=715240 руб.

Тогда экономический эффект Э равен:

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.