Разработка технологической схемы очистки сточных вод

Разработка технологической схемы очистки сточных вод

Курсовой проект на тему «Разработка технологической схемы очистки сточных вод»

Техническое задание

Задание. На городские очистные канализационные сооружения поступает смесь бытовых и производственных сточных вод. Система канализации - раздельная.

Определить:

) пропускную способность очистных канализационных сооружений: Qср.сут, Qср.ч, qср, Qмакс.сут, Qмакс.ч, qмакс, Qмин.ч, qмин;

) концентрации загрязнений bобщ, Lобщ, Cобщ, Kобщ в суммарном стоке бытовых и производственных сточных вод, поступающих на городские очистные канализационные сооружения;

) приведенное население города по взвешенным веществам Nbпр и биохимической потребности в кислороде NLпр;

) необходимую степень очистки сточных вод, поступающих на городские очистные канализационные сооружения до выпуска их в водоем: ηb, ηC, ηK, ηO, ηL, Δn, Δt, ΔKc.

Исходные данные

. Параметры бытовых сточных вод

Расчетное население города N = 13500 чел. Канализируемый объект расположен в средней полосе Российской Федерации, для которой: норма среднесуточного водоотведения на одного жителя составляет n = 415 л/сут; количество взвешенных веществ в бытовых сточных водах на одного жителя b’б = 255 г/сут (размеры d = 10-1…103 мкм); биохимическая потребность в кислороде полная в бытовых сточных водах на одного жителя L’б = 250,5 г/сут; содержание сульфата натрия в бытовых сточных водах C’б = 300 г/м3; содержание синтетических поверхностно-активных веществ в бытовых сточных водах на одного жителя К’б = 5,5 г/сут. Коэффициент неравномерности притока бытовых сточных вод Kбсут = 1,15. Количество отбросов в бытовых сточных водах на одного жителя аб = 8 л/(чел∙год), плотность отбросов ρб = 1750 кг/м3.

. Параметры производственных сточных вод

Производственные сточные воды содержат взвешенных веществ bп = 485 г/м3 (размеры d = 10-1…103 мкм), сульфата натрия Cп = 780 г/м3, синтетических поверхностно-активных веществ Кп = 97,5 г/м3 и имеют биохимическую потребность в кислороде полную Lп = 445 г/м3. Коэффициент неравномерности притока производственных сточных вод Кпсут = 1,1.

Суточный приток сточных вод от предприятий по совмещенному почасовому графику представлен в таблице:

Таблица 1

Часы суток	Приток, м3	Часы суток	Приток, м3	Часы суток	Приток, м3
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8	80 10 80 180 60 60 40 50	8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16	50 150 100 50 30 100 80 180	16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24	200 20 100 190 80 80 80 70
III смена		I смена		II смена
				Итого	Qпр, м3/сут

3. Параметры смеси бытовых и производственных сточных вод, подаваемых на очистку

Температура сточных вод в летнее время t = 25 0С; кислотность сточных вод Кс = 55 мл нормального раствора щелочи на каждый литр сточных вод; сточные воды имеют бурую окраску, исчезающую в столбике высотой 10 см при разведении чистой водой в соотношении 1:3 (то есть nξ = 3); запах фенольный, исчезающий в столбике высотой 10 см при разведении чистой водой в соотношении 1:7 (то есть nз = 7); привкус горьковатый, исчезающий в столбике высотой 10 см при разведении чистой водой в соотношении 1:9 (то есть nп = 9). Константа скорости потребления кислорода смесью сточных вод и воды водоема при нормальных условиях (20 0С) равна К1(20) = 0,15. Сточные воды содержат азотную кислоту. Реаэрации нет. Химическая потребность в кислороде (взболт.) смеси сточных вод Y = 480 г/м3.

. Параметры водоема, принимающего очищенные сточные воды с очистных сооружений

Водоем относится к водному объекту хозяйственно-питьевого водоснабжения и является равнинной рекой. Содержание в воде водоема до спуска сточных вод: взвешенных веществ bр = 2,18 г/м3; сульфата натрия Cр = 0,81 г/м3; синтетических поверхностно-активных веществ Кр = 0,023 г/м3; растворенного кислорода Ор = 0,65 г/м3; биохимическая потребность в кислороде полная Lр = 0,35 г/м3; щелочность воды водоема Вр = 4,5 мл нормального раствора кислоты на каждый литр воды водоема; реакция воды водоема рНр = 7,5; средняя температура воды в водоеме летом tр = 25 0С; предельно-допустимое содержание синтетических поверхностно-активных веществ Кпр.доп. = 0,2 г/м3; химическая потребность в кислороде (взболт.) Yр = 20,8 г/м3.

Вблизи канализируемого объекта нет сельскохозяйственных угодий, нуждающихся в орошении. Наименьший среднемесячный расход воды водоема в год 95%-ной обеспеченности по данным гидрометеослужбы Q = 8 м3/с, средняя скорость течения воды на расчетном участке водоема υср = 0,5 м/с, средняя глубина водоема на расчетном участке Нср = 1,25 м.

Расстояние от створа выпуска сточных вод до расчетного створа смешения по фарватеру по течению l = 12050 м; расстояние от створа выпуска сточных вод до расчетного створа смешения по прямой Lпр = 9050 м. Выпуск сточных вод производится у берега водоема, поэтому коэффициент выпуска ξ = 1,01.

Для спуска сточных вод применяется рассеивающий фильтрующий струйный выпуск конструкции К.В. Иванова, для которого коэффициент сближения расчетного створа смешения со створом выпуска равен ω = 1,93.

Аннотация

Курсовой проект на тему «Разработка технологической схемы очистки сточных вод» выполнен в 2012 году.

Курсовой проект посвящен разработке технологической схемы очистки смеси бытовых и производственных сточных вод непрерывного действия.

Произведены расчеты: приемной камеры, решеток, смесителя, камеры хлопьеобразования, вертикального отстойника, контактного осветлителя, электролизера.

Все расчеты производились с помощью калькулятора.

Пояснительная записка выполнялась с помощью MS Word.

Графическая часть выполнена с помощью прикладной программы Auto CAD 2002.

Нормативные ссылки

ГОСТ 2.104-68-ЕСКД. - Основные надписи;

ГОСТ 2.105-96-ЕСКД. - Общие требования к текстовым документам;

ГОСТ 2.106-96-ЕСКД. - Текстовые документы;

ГОСТ 2.201-80-ЕСКД. - Обозначения изделий и конструкторских документов;

ГОСТ 2.301-68-ЕСКД. - Форматы;

ГОСТ 2.304-81-ЕСКД. - Шрифты чертежные;

ГОСТ 3.1105-84-ЕСТД. - Форма и правила оформления документов общего назна- чения;

ГОСТ 3.1201 -ЕСТД. - Система обозначения технологических документов;

ГОСТ 14.202-73 - Правила выбора показателей технологичности конструкций изделия;

ГОСТ 14.312-74 - Основные формы организации технологических процессов;

ГОСТ 14.313-74 - Этапы, содержание и последовательность работы при автоматизированном проектировании технологических процессов.

Введение

Под окружающей нас средой понимается совокупность «чистой» природы и среды, созданной человеком, - распаханные поля, искусственные сады и парки, осушенные болота, крупные города с особым тепловым режимом, микроклиматом, водоснабжением, большим оборотом различных органических и неорганических веществ и т.д. [1, с. 6].

Научно-технический прогресс и связанные с ним грандиозные масштабы производственной деятельности человека привели к большим позитивным преобразованиям в мире - созданию мощного промышленного и сельскохозяйственного потенциала, широкому развитию всех видов транспорта и т.д. Вместе с тем резко ухудшилось состояние окружающей среды. Загрязнение атмосферы, водоемов и почвы твердыми, жидкими и газообразными отходами достигает угрожающих размеров, происходит истощение невозобновляемых природных ресурсов - в первую очередь полезных ископаемых и пресной воды. Дальнейшее ухудшение состояния экосферы может привести к далеко идущим отрицательным последствиям для человечества. Поэтому охрана природы, защита ее от загрязнений стала одной из важнейших глобальных проблем [1, с. 6].

Загрязнения, поступающие в атмосферу, с осадками возвращаются на Землю и попадают в водоемы и почву. Сточными водами предприятий промышленности и агропромышленного комплекса загрязняют реки, озера и моря. В них попадают отходы, содержащие соли различных металлов, удобрения, пестициды, моющие средства, масла и нефтепродукты, радиоактивные вещества и др. Считается, что в водоемы попадает свыше 500 тыс. различных веществ. [2, с. 346]

В производстве образуются различные категории сточных вод. Сточная вода - это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию. В зависимости от условий образования сточные воды делятся на бытовые или хозяйственно-фекальные, атмосферные и промышленные [1, с. 191].

Хозяйственно-бытовые воды - это стоки душевых, бань, прачечных, столовых, туалетов, от мытья полов и др. Они содержат примеси, из которых примерно 58% органических веществ и 42% минеральных. Атмосферные воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков и стекающие с территории предприятий. Они загрязняются органическими и минеральными веществами [1, с. 191].

Промышленные сточные воды представляют собой жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке органического и неорганического сырья. В технологических процессах источниками сточных вод являются:

) воды, образующиеся при протекании химических реакций (они загрязнены исходными веществами и продуктами реакции);

) воды, находящиеся в виде свободной и связанной влаги в сырье и исходных продуктах и выделяющиеся в процессе переработки;

) промывные воды после промывки сырья, продуктов и оборудования;

) маточные водные растворы;

) водные экстракты и абсорбенты;

) воды охлаждения;

) другие сточные воды: воды с вакуум-насосов, конденсаторов смешения, систем гидрозолоудаления, после мытья тары, оборудования и помещений. Количество и состав сточных вод зависит от производства[1, с. 191].

Имеется несколько путей уменьшения количества загрязненных сточных вод, среди них следующие: 1) разработка и внедрение безводных технологических процессов; 2) усовершенствование существующих процессов; 3) разработка и внедрение совершенного оборудования; 4) внедрение аппаратов воздушного охлаждения; 5) повторное использование очищенных сточных вод в оборотных и замкнутых системах [1, с. 193].

Но в процессах очистки сточной воды в первичных отстойниках, ионообменных фильтрах образуются большие массы осадков, которые необходимо утилизировать или обрабатывать с целью уменьшения загрязнения биосферы.

1. Описание процесса образования отходов

В городах и других населенных пунктах образуются загрязнения различного характера, связанные с повседневной деятельностью человека. К таким загрязнениям относятся физиологические отбросы человека и животных, а также загрязненные воды бань, прачечных, ванн, душей, от мытья продуктов питания, посуды, помещений, улиц и др. В большом количестве образуются загрязнения и на промышленных предприятиях. Это получающиеся в результате технологических процессов отбросы и отходы, разбавленные в той или иной степени водой.

Вода, которая была использована для различных нужд и получила при этом дополнительные примеси (загрязнения), изменившие ее химический состав или физические свойства, называется сточной жидкостью.

Содержащиеся в сточной жидкости органические загрязнения могут загнивать, при этом они служат благоприятной средой для развития микроорганизмов, в том числе патогенных, т. е. таких, которые вызывают инфекционные заболевания.

Различные химические соединения, присутствующие в сточной жидкости (нефтепродукты, жиры, масла, смолы, ядовитые вещества), способны убить все живое на земле и в водоемах. Накопление сточной жидкости на поверхности и в глубине почвы, а также в водоемах вызывает загрязнение окружающей среды, исключает возможность использования водоемов для хозяйственных целей и является причиной возникновения инфекционных заболеваний.

В зависимости от происхождения сточные воды разделяют на бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и атмосферные.

Бытовые сточные воды по природе загрязнения делятся на фекальные, поступающие из уборных и загрязненные в основном физиологическими отбросами, и хозяйственные, поступающие из раковин, ванн, трапов, а также из бань, прачечных, душей, после мытья помещений и др.

Бытовые сточные воды более или менее однообразны по составу. В основном в них содержатся органические загрязнения в нерастворенном и растворенном состоянии. Концентрация загрязнений зависит от степени разбавления их водопроводной водой, т. е. от нормы водопотребления.

Производственные сточные воды образуются в результате загрязнения водопроводной воды в процессе использования ее в производстве. Производственные сточные воды делятся на загрязненные и условно-чистые.

Состав и концентрация загрязнений производственных сточных вод весьма разнообразны, так как они зависят от характера производства, выпускаемой продукции и особенностей технологического процесса. Некоторые производства дают несколько видов сточных вод с различными составом и концентрацией загрязнений. Загрязненные производственные сточные воды могут быть подразделены на содержащие в основном органические загрязнения и содержащие в основном минеральные загрязнения. Условно-чистые воды, в которых содержится весьма малое количество загрязнений, можно спускать в водоем без очистки.

Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения дождей и таяния снегов и делятся соответственно на дождевые и талые. Отвод и обезвреживание атмосферных вод также входят в задачу канализации.

Атмосферные сточные воды содержат преимущественно минеральные загрязнения и в меньшем количестве органические. Атмосферные сточные воды, образующиеся на территориях промышленных предприятий, содержат отходы и отбросы соответствующих производств. Для атмосферных сточных вод характерна большая неравномерность поступления в канализацию. В сухую погоду они совсем отсутствуют, а в период сильных ливней их количество бывает весьма значительным.

Поддержание санитарного благополучия городов и других населенных пунктов, а также промышленных предприятий возможно только при своевременном удалении с занимаемой ими территории сточных вод с последующей их очисткой и обеззараживанием [1, с. 126].

2. Характеристика отходов

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы, загрязненные веществами, которые могут находиться во всех состояниях - растворенном, коллоидном и нерастворенном. Загрязнения сточных вод могут быть минеральными и органическими. К минеральным загрязнениям относятся песок, глина, шлак, бой стекла, растворы минеральных солей, кислот и щелочей. Органические загрязнения бывают растительного происхождения (остатки плодов, овощей, растений, бумага, растительные масла и пр.) и животного (физиологические выделения людей и животных, остатки тканей живых организмов, органические кислоты, различные бактерии, в том числе и болезнетворные, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли - так называемые бактериальные и биологические загрязнения). В бытовых сточных водах содержатся такие болезнетворные (патогенные) бактерии, как возбудители заболеваний брюшного тифа, паратифа, дизентерии, сибирской язвы, а также яйца гельминтов (глистов), поступающие в сточные воды с физиологическими выделениями людей и животных. Возбудители заболеваний содержатся и в некоторых производственных сточных водах.

Степень загрязнения сточных вод характеризуется содержанием в них взвешенных и оседающих веществ, их биохимической и химической потребностью в кислороде, содержанием в них отдельных химических элементов и соединений, их активной реакцией. [2, с. 165].

Промышленные и бытовые сточные воды содержат взвешенные частицы растворимых и нерастворимых веществ Взвешенные примеси подразделяются на твердые и жидкие, образуют с водой дисперсную систему. В зависимости от размера частиц дисперсные системы делят на три группы: 1) грубодисперсные системы с частицами размером более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии); 2) коллоидные системы с частицами размером от 0,1 мкм - 1 нм; 3) истинные растворы, имеющие частицы, размеры которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов [1, с. 197].

Степень загрязнения сточных вод органическими веществами, содержащимися в них в растворенном виде, а также в виде неоседающих веществ и коллоидов, оценивают их биохимической потребностью в кислороде (БПК) - это количество кислорода, необходимого для окисления этих веществ аэробными бактериями в процессеих жизнедеятельности. Окисление органических веществ происходит до полной их минерализации [2, с. 168].

СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхностях раздела фаз и понижать вследствие этого их поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от свойств, проявляемых синтетическими поверхностно-активными веществами при растворении в воде, их делят на анионоактивные вещества (активной частью является анион), катионоактивные (активной частью молекул является катион), амфолитные и неионогенные, которые совсем не ионизируются.

Анионоактивные поверхностно-активные вещества в водном растворе ионизируются с образованием отрицательно заряженных органических ионов. Из анионоактивных СПАВ широкое применение шашли соли сернокислых эфиров (сульфаты) и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал R может быть алкильным, алкиларильным, алкилнафтильным, иметь двойные связи и функциональные группы.

Катионоактивные СПАВ - вещества, которые ионизируются в водном растворе с образованием положительно заряженных органических ионов. К ним относятся четвертичные аммониевые соли, состоящие из углеводородного радикала с прямой цепью, содержащей 12-18 атомов углерода; метильного, этильного или бензильного радикала; хлора, брома, йода или остатка метил- или этилсульфата.

Амфолитные СПАВ ионизируются в водном растворе различным образом в зависимости от условий среды: в кислом растворе проявляют катионоактивные свойства, а в щелочном - анионоактивные.

Неионогенные СПАВ представляют собой высокомолекулярные соединения, которые в водном растворе не образуют ионов.

В водные объекты СПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми (использование синтетических моющих средств в быту) и промышленными сточными водами (текстильная, нефтяная, химическая промышленность, производство синтетических каучуков), а также со стоком с сельскохозяйственных угодий (входят в состав инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и дефолиантов в качестве эмульгаторов).

3. Существующие состояние технологического объекта

Исходными данными в курсовой работе являются следующие. Город, расположенный в средней полосе Российской Федерации. В пределах населенного пункта расположены промышленные предприятия. В результате на городские очистные канализационные сооружения поступает смесь бытовых и производственных сточных вод, содержащая взвешенные вещества, Спав концентрациях, превышающих допустимые для сброса в водоем. Но при этом технологической схемы очистки сточных вод не существует. Моя задача ее разработать.

На городские очистные канализационные сооружения поступает смесь сточных вод разных категорий.

Бытовые сточные воды образуются от населенного пункта, расположенного рядом с очистными сооружениями. В бытовых сточных водах содержатся взвешенные вещества, синтетические поверхностно-активные вещества, имеют повышенную БПК.

Производственные сточные воды содержат взвешенные вещества, синтетические поверхностно-активные вещества, имеют повышенную БПК.

Смесь бытовых и производственных сточных вод, подаваемых на очистку, имеет бурую окраску, фенольный запах, горьковатый привкус. Сточные воды содержат азотную кислоту.

Вблизи канализируемого объекта нет сельскохозяйственных угодий, нуждающихся в орошении. Водоем, принимающий очищенные сточные воды с очистных сооружений, относится к водному объекту хозяйственно-питьевого водоснабжения и является равнинной рекой.

4. Обзор литературы

При написании курсовой работы использовались различные литературные источники:

В книге Родионова А.И., Клушина В.Н. «Техника защиты окружающей среды» [1] рассмотрены методы защиты атмосферы, гидросферы, литосферы от промышленных загрязнений. Также говорится об общих проблемах защиты окружающей среды, технических мерах по ее защите. Описаны способы удаления из сточных вод различных загрязнителей, приведены конструкции аппаратов; разобраны механические, физико-химические, химические, биохимические методы очистки сточных вод.

В книге Калицуна В. И.. «Основы водоснабжения и канализации» [2] приведены системы и схемы водоснабжения и канализации. Рассмотрены схемы, устройство и оборудование водопроводных и канализационных сетей. Кратко описаны принципы работы, расчет и конструкции сооружений, применяемых для очистки природных и сточных вод.

В книге Карюхиной Т.А., Чурбановой И.Н. «Контроль качества воды» [3] приводится классификация сточных вод, виды загрязнений. Разобрано понятие о санитарно-химическом анализе, его основные показатели. Также говорится о контроле различных процессов очистки сточных вод.

В книге Лапицкой М.П., Зуевой Л.И. и Кулешовой Л.В. «Очистка сточных вод (примеры расчетов)» [4] затрагиваются вопросы, касающиеся общих сведений об определении расчетных параметров очистной станции, необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам, по БПК полной смеси сточных вод и воды водоема, по растворенному в воде водоема кислороду; по органолептическому показателю вредности, по температуре воды водоема, по необходимой степени разбавления сточных вод по окраске, запаху, привкусу. Приведены общие сведения о выборе методов очистки сточных вод и типов очистных сооружений, о показателях, определяющих состав очистных сооружений. Приводятся расчеты приемных камер, первичных отстойников, аэротенков, вторичных радиальных отстойников, установки по обеззараживанию сточных вод, смесителей, контактных резервуаров.

В книге Кожинова В.Ф. «Очистка питьевой и технической воды» [5] приведены числовые примеры расчета сооружений для очистки питьевой и технической воды, сопровождаемые необходимыми схемами и чертежами. Материал отражает современные научно-технические достижения в области очистки воды. Содержатся сведения об определении состава сооружений для очистки сточных вод и расчеты, связанные с их компоновкой. Приводятся общие сведения о реагентах, расчет устройств для приготовления и дозирования раствора реагентов; расчет смесителей и камер хлопьеобразования; расчет отстойников, скорых фильтров; расчет установок для обеззараживания воды; расчет озонирующей установки; основные данные о химизме и методах обеззараживания воды хлором, озоном и др.

В работе Проскурякова В.А. и Шмидта Л.И. «Очистка сточных вод в химической промышленности» [6] изложены методы механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод химических производств от растворенных и нерастворенных органических и неорганических примесей. Описаны методы извлечения ценных веществ из сточных вод. Рассмотрена технология очистки сточных вод ряда производств основной химической промышленности, промышленности основного органического синтеза, термической переработки топлив, производств синтетических смол и пластических пластмасс. Приводятся конструкции отстойников, фильтров и других аппаратов очистки. Описаны теоретические основы процесса очистки сточных вод коагуляцией, влияние различных факторов на процессы гетерокоагуляционной очистки, коагулянты, применяемые для очистки. Также приведены основные технологические схемы и аппаратура для обработки воды коагуляцией и флокуляцией.

Описаны реагентные методы очистки, биологическая очистка. Рассматриваются вопросы, касающиеся закономерностей процесса биологической очистки. Говорится о микрофлоре и микрофауне активного ила. Рассмотрены конструкции аэротенков и т.д.

В работе Тимонина А.С. «Инженерно-экологический справочник» [7] изложены основные методы очистки воздушного и водного бассейнов и литосферы от вредного влияния промышленных газовых выбросов, сточных вод и твердых отходов в теплоэнергетике, нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии и многих других отраслях производства, оказывающих значительное влияние на состояние окружающей среды. Глубоко проанализированы основные технологические решения по очистке газовых выбросов, сточных вод, утилизации твердых отходов в выше перечисленных отраслях производства. Приведены данные о ПДК веществ. Приведено типовое и оригинальное оборудование защиты воздушного и водного бассейнов и литосферы от влияния вредных выбросов, даны методы его расчета и выбора, приведены многочисленные примеры расчета данного оборудования.

В книге Тимонина «Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования» [8] изложены основы конструирования и расчеты общетехнологического и природоохранного оборудования для различных отраслей народного хозяйства. В нем приведены сведения об основных конструкционных материалах и их сортаменте. Рассмотрены основные нормализированные и типовые элементы и узлы технологического и природоохранного оборудования. В справочнике приведены: основное типовое общетехнологическое оборудование, типовая трубопроводная арматура, насосы, вентиляторы, газо- и воздуходувки общепромышленного применения.

В работе Кульского Л.А., Булава М.Н., Смирнова Г.И. «Проектирование и расчет очистных сооружений» [9] описаны: проектирование и расчет очистных сооружений для удаления гетерофазных примесей воды (осветление, обесцвечивание, обеззараживание воды); оборудование для приготовления растворов реагентов; примеры расчета реагентных баков. Говорится о назначении и типах смесительных устройств, приводятся примеры их расчета. Описаны камеры хлопьеобразования и отстойники, скорые фильтры, пример расчета фильтров, контактных осветлителей. Описаны теоретические основы процесса обеззараживания воды, классификация и характеристика методов обеззараживания воды, примеры расчета установок для обеззараживания воды и т.д.

В книге Гудкова А.Г. «Механическая очистка сточных вод» рассмотрены вопросы проектирования и расчета основных сооружений механической очистки бытовых, производственных и атмосферных сточных вод.

5. Описание технологического процесса очистки сточных вод

.1 Определение общих параметров сточных вод

.1.1 Определение пропускной способности очистных

канализационных сооружений: Q_ср.сут., Q_ср.ч, q_ср, Q_{макс. сут} , Q_{макс. ч.}, q_макс , Q_{мин. ч} , q_мин

Средний суточный суммарный расход бытовых и производственных сточных вод определяется по формуле[ 11, c.6 ]:

Q_ср.сут = Q^б_ср.сут + Q^п_ср.сут ,                                                         (1)

где Q^б_ср.сут - средний суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут;

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут.

Средний суточный расход бытовых сточных вод от населения определяется по формуле [11, c.6]:

Q^б_ср.сут=,       (2)

где n - норма среднесуточного водоотведения на одного жителя составляет, л/сут;

N - расчетное население города, чел.

n = 415 л/сут, N=13500 чел. (из технического задания).

Тогда

Q^б_ср.сут==5602,5 м³/сут. Средний суточный расход производственных сточных вод определяется по формуле[11]:

Q^п_ср.сут=Q_пр,                                                                            (3)

где Q_пр - суммарный суточный приток сточных вод от предприятий по совмещенному почасовому графику, м³/сут (определяется по табл.1).

Q_пр = 3030 м³/сут (по табл.1).

Тогда

Q^п_ср.сут= 3030м³/сут .

Получим по формуле (1) средний суточный суммарный расход бытовых и производственных сточных вод:

Q_ср.сут = 5602,5+3030 = 8632,5м³/сут.

Средний суммарный часовой расход в сутки среднего водоотведения определяется по формуле[11, c.7]:

Q_ср.ч = Q^б_ср.ч + Q^п_ср.ч,                                                               (4)

где Q^б_ср.ч - средний часовой расход в сутки бытовых сточных вод от населения, м³/ч;

Q^п_ср.ч - средний часовой расход в сутки производственных сточных вод, м³/ч.

Средний часовой расход бытовых сточных вод от населения определяется по формуле[11. c,7]

Q^б_ср.ч=,       (5)

где Q^б_ср.сут - средний суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут.

Тогда

Q^б_ср.ч=233,44м³/ч.

Средний часовой расход производственных сточных вод определяется по формуле[11, c.8]

Q^п_ср.ч=,       (6)

где Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут.

Тогда

Q^п_ср.ч=126,25м³/ч.

Получим по формуле (4) средний часовой суммарный расход бытовых и производственных сточных вод:

Q_ср.ч=233,44 + 126,25=359,69 м³/ч.

Средний суммарный секундный расход в сутки среднего водоотведения определяется по формуле[11, c.8]:

q_ср = q^б_ср + q^п_ср,                                                                        (7)

где q^б_ср - средний секундный расход в сутки бытовых сточных вод от населения, м³/с;

q^п_ср - средний секундный расход в сутки производственных сточных вод, м³/с.

Средний секундный расход бытовых сточных вод от населения определяется по формуле[11, c.8]:

q^б_ср =,           (8)

где Qбср.ч - средний часовой расход бытовых сточных вод от населения, м3/ч.

Тогда

q^б_ср =0,065м³/с.

Средний секундный расход производственных сточных вод определяется по формуле[11,c.9]:

q^п_ср =,           (9)

Тогда

q^п_ср=0,035 м³/с.

Получим по формуле (6) средний секундный суммарный расход бытовых и производственных сточных вод:

q_ср=0,065 + 0,035=0,1 м³/с.

Максимальный суммарный суточный расход бытовых и производственных сточных вод определяется по формуле [11, c.14]:

Q_{макс. сут} = Q^б_{макс. сут} +Q^п_{макс. сут},                                                 (10)

где Q^б_{макс.сут} - максимальный суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут;

Q^п_{макс.сут} - максимальный суточный расход производственных сточных вод, м³/сут.

Максимальный суточный расход бытовых сточных вод от населения определяется по формуле [11, c.9]:

Q^б_{макс. сут}= k^б_сут ·Q^б_ср.сут ,                                                           (11)

где k^б_сут - коэффициент неравномерности притока бытовых сточных вод, k^б_сут=1,15 (из технического задания);

Q^б_ср.сут - средний суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут.

Тогда

Q^б_{макс. сут}=1,15 ·5602,5=6442,86 м³/сут.

Максимальный суточный расход производственных сточных вод определяется по формуле [11, c.9]:

Q^п_{макс. сут} = k^п_сут ·Q^п_ср.сут ,                                                          (12)

где k^п_сут - коэффициент неравномерности притока производственных сточных вод, k^б_сут=1,1 (из технического задания);

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод от населения, м³/сут.

Тогда

Q^п_{макс. сут}=1,1 ·3030=3333 м³/сут.

Получим по формуле (10) максимальный суммарный суточный расход бытовых и производственных сточных вод:

Q_{макс. сут}=6442,86 + 3333=9775,86 м³/сут.

Максимальный суммарный часовой расход сточных вод из-за возможного не совпадения максимальных часовых расходов бытовых и производственных сточных вод определяют по таблице притока сточных вод по часам суток (табл.2).

Таблица 2 - Приток сточных вод по часам суток

Часы суток	Приток бытовых сточных вод от населения		Приток сточных вод от промышленных предприятий, Qпi, м3/ч	Суммарный приток сточных вод
	Процент средне суточного расхода Pбi, %	Абсолютное значение , м3/чАбсолютное значение Qi= Qбi+ Qпi, м3/чПроценты суточного расхода
0-1	1,34	75,05	120	195,05		2,26
1-2	1,34	75,05	100	175,05		2,03
2-3	1,34	75,05	140	215,05		2,49
3-4	1,34	75,05	120	195,05		2,26
4-5	1,34	75,05	130	205,05		2,38
5-6	3,57	199,95	140	339,95		3,94
6-7	5,24	293,48	140	433,48		5,02
7-8	6,78	379,74	110	489,74		5,67
8-9	7,01	392,34	120	512,34		5,93
9-10	7,01	392,34	150	542,34		6,28
10-11	7,01	392,34	100	492,34		5,70
11-12	6,06	339,13	100	439,13		5,09
12-13	4,09	229,07	130	359,07		4,16
13-14	4,17	233,27	100	333,27		3,86
14-15	4,50	251,76	180	431,76		5,00
15-16	5,69	318,41	100	418,41		4,85
16-17	6,11	341,93	100	441,93		5,12
17-18	5,87	328,49	120	448,49		5,20
18-19	5,87	328,49	100	428,49		4,96
19-20	5,13	287,32	100	387,32		4,49
20-21	3,84	214,79	180	394,79		4,57
21-22	2,58	144,22	180	324,22		3,76
22-23	1,43	80,09	100	180,09		2,09
23-24	1,43	80,09	170	250,09		2,90
Итого:	100	5602,5	3030		8632,575,05	100

По таблице 2 определяем максимальный суммарный часовой расход сточных вод:

Q_{макс. ч}=542,34 м³/ч.

Максимальный суммарный секундный расход сточных вод определяется по формуле[11, c.10]:

q_макс =,       (13)

где Qмакс. ч - максимальный суммарный часовой расход сточных вод, м3/ч.

Q_макс=0,151 м³/с.

По таблице 2 определяем минимальный суммарный часовой расход сточных вод:

Q_{мин. ч} =175,05м³/ч.

Минимальный суммарный секундный расход сточных вод определяется по формуле[11, c.10]:

q_мин =,         (14)

где Q_{мин. ч} - минимальный суммарный часовой расход сточных вод, м³/ч.

Тогда

q_мин =0,049 м³/с.

5.1.2 Определение концентраций загрязнений b_общ, L_общ, С_общ, K_о6щ в суммарном стоке бытовых и производственных сточных вод, поступающих на городские очистные канализационные сооружения

Концентрация взвешенных веществ в общем стоке сточных вод определяется по формуле [11, c. 15

,      (15)

где b_б - концентрация взвешенных веществ в бытовых сточных водах, г/м³;

b_п - концентрация взвешенных веществ в производственных сточных водах, г/м³;  Q^б_ср.сут - средний суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут;

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут;

Q_ср.сут - средний суточный суммарный расход бытовых и производственных сточных вод, м³/сут.

Концентрация взвешенных веществ в бытовых сточных водах определяется по формуле [11, c.15]:

,       (16)

где b'_б - количество взвешенных веществ в бытовых сточных водах на одного жителя, г/сут;

n - норма среднесуточного водоотведения на одного жителя составляет, л/сут.

b'_б=255г/сут, n=415 л/сут (из технического задания).

Тогда

=614,46 г/м³.

Получим по формуле (15) концентрацию взвешенных веществ в общем стоке сточных вод:

=569 г/м³.

Биохимическая потребность в кислороде полная (БПК_полн) в общем стоке сточных вод определяется по формуле [11, c.16]:

,      (17)

где L_б - БПК_полн в бытовых сточных водах, г/м³;

L_п - БПК_полн в производственных сточных водах, г/м³;

Q^б_ср.сут - средний суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут;

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут;

Q_ср.сут - средний суточный суммарный расход бытовых и производственных сточных вод, м³/сут.

БПК_полн в бытовых сточных водах определяется по формуле [11, c.17]:

,       (18)

где L'_б - БПК_полн в бытовых сточных водах на одного жителя, г/сут;

n - норма среднесуточного водоотведения на одного жителя составляет, л/сут.

L'_б=250,5 г/сут, n=415 л/сут (из технического задания).

Тогда

=603,61 г/м³.

Получим по формуле (17) БПК_полн в общем стоке сточных вод:

=547,93 г/м³.

Содержание сульфата натрия в общем стоке сточных вод определяется по формуле[11, c.18]:

,    (19)

где С_б - содержание сульфата натрия в бытовых сточных водах, г/м³;

С_п - содержание сульфата натрия в производственных сточных водах, г/м³;

Q^б_ср.сут - средний суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут;

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут;

Q_ср.сут - средний суточный суммарный расход бытовых и производственных сточных вод, м³/сут.

Содержание сульфата натрия в бытовых сточных водах определяется по формуле[11, c.18]:

,       (20)

где С'_б - содержание сульфата натрия в бытовых сточных водах на одного жителя, г/сут;

n - норма среднесуточного водоотведения на одного жителя составляет, л/сут.

С'_б=300 г/сут, n=415 л/сут (из технического задания).

Тогда

=722,89 г/м³.

Получим по формуле (19) содержание сульфата натрия в общем стоке сточных вод:

=742,94 г/м³.

Содержание СПАВ в общем стоке сточных вод определяется по формуле[11, c.19]:

,     (21)

где K_б - содержание СПАВ в бытовых сточных водах, г/м³;

K_п - содержание СПАВ в производственных сточных водах, г/м³;

Q^б_ср.сут - средний суточный расход бытовых сточных вод от населения, м³/сут;

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут;

Q_ср.сут - средний суточный суммарный расход бытовых и производственных сточных вод, м³/сут.

Содержание СПАВ в бытовых сточных водах определяется по формуле[11, c. 19]:

,      (22)

где K'_б - содержание СПАВ в бытовых сточных водах на одного жителя, г/сут;

n - норма среднесуточного водоотведения на одного жителя составляет, л/сут.

K'_б=5,5 г/сут, n=415 л/сут (из технического задания).

Тогда

=13,25 г/м³.

Получим по формуле (21) содержание СПАВ в общем стоке сточных вод:

=42,82 г/м³.

5.1.3 Определение приведенного население города по взвешенным веществам N^b_пр и биохимической потребности в кислороде N^L_пр

Приведенное население города по взвешенным веществам определяется по формуле[11, c.20]:

N^b_пр ,     (23)

где N - расчетное население города, чел;

- эквивалентное население города по взвешенным веществам, чел.

N=13500 чел. (из технического задания).

Эквивалентное население города по взвешенным веществам определяется по формуле[11, c. 20]:

,    (24)

где b_п - концентрация взвешенных веществ в производственных сточных водах, г/м³;

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут;

b'_б - количество взвешенных веществ в бытовых сточных водах на одного жителя, г/сут.

Тогда

=5763 чел.

Получим по формуле (23) приведенное население города по взвешенным веществам:

N^b_пр=13500+5763=19262 чел.

Приведенное население города по БПК_полн определяется по формуле [11,c.21]:

N^L_пр ,     (25)

где N - расчетное население города, чел;

- эквивалентное население города по БПКполн, чел.

N=110000 чел. (из технического задания).

Эквивалентное население города по БПК_полн определяется по формуле[11,c.21]:

,    (26)

где L_п - БПК_полн в производственных сточных водах, г/м³;

Q^п_ср.сут - средний суточный расход производственных сточных вод, м³/сут;

L'_б - БПК_полн в бытовых сточных водах на одного жителя, г/сут.

Тогда

=5383 чел.

Получим по формуле (25) приведенное население города по БПК_полн:

N^L_пр=13500+5383=18883чел.

 

.1.4 Определение необходимой степени очистки сточных вод

Поступающих на городские очистные канализационные сооружения до выпуска их в водоем:

Необходимая степень очистки сточных вод по взвешенным веществам определяется по формуле[11, c.24]:

_,             (27)

где b_общ - концентрация взвешенных веществ в общем стоке сточных вод, г/м³;

b_ст - предельно допустимое содержание взвешенных веществ в спускаемых водах в водоем, г/м³.

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в водах спускаемых в водоем определяется по формуле[11, c.24]:

_,          (28)

где b - допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме хозяйственно-питьевого водоснабжения после спуска сточных вод, определяемое по специальным таблицам:

b=0,25 мг/л=0,25 г/м³ .

где а - коэффициент смешения сточных вод с водой водоема;

Q - наименьший среднемесячный расход воды водоема в год, м³/с;

q_ср - средний суммарный секундный расход в сутки среднего водоотведения, м³/с;

b_р - содержание в воде водоема взвешенных веществ до спуска сточных вод, г/м³ .

Коэффициент смешения сточных вод с водой водоема определяется по формуле[11, c.22]:

_,               (29)

где  - коэффициент, учитывающий гидравлический фактор смешения;- расстояние от створа выпуска сточных вод до расчетного створа смешения по фарватеру по течению, м;

Q=8 м³/с, l = 12050 м(из технического задания).

Коэффициент, учитывающий гидравлический фактор смешения, определяется по формуле[11, c.23]:

,       (30)

где  - коэффициент извилистости водоема;

Е - коэффициент турбулентной диффузии для равнинных рек.

= коэффициент выпуска 1,01(из технического задания).

Коэффициент извилистости водоема определяется по формуле[11, c.23]:

,        (31)

где l_пр - расстояние от створа выпуска сточных вод до расчетного створа смешения по прямой, l_пр = 9050 м (из технического задания).

Тогда

=1,33.

Коэффициент турбулентной диффузии для равнинных рек определяется по формуле[11, c.23]:

,          (32)

где _ср - средняя скорость течения воды на расчетном участке водоема, м/с;

Н_ср - средняя глубина водоема на расчетном участке,

_ср = 0,5 м/с, Н_ср = 1,25 м. (из технического задания).

Тогда

=0,003

Получим по формуле (30) коэффициент, учитывающий гидравлический фактор смешения:

=0,42.

Получим по формуле (29) коэффициент смешения сточных вод с водой водоема:

Получим по формуле (28) предельно допустимое содержание взвешенных веществ в водах спускаемых в водоем:

=40,83г/м³.

Получим по формуле (27) необходимую степень очистки сточных вод по взвешенным веществам:

=92,8%.

Необходимая степень очистки сточных вод по сульфату натрия определяется по формуле[11, c.30]:

,      (33)

где С_общ - концентрация сульфата натрия в общем стоке сточных вод, г/м³;

С_ст - предельно допустимое содержание сульфата натрия в спускаемых водах в водоем, г/м³.

Предельно допустимое содержание сульфата натрия в спускаемых водах в водоем определяется по формуле[11, c.30]:

,  (34)

где С_пр.доп - допустимое увеличение содержания сульфата натрия в водоеме хозяйственно-питьевого водоснабжения после спуска сточных вод, определяемое по специальным таблицам:

С_пр.доп =500 мг/л=500 г/м³ .

а - коэффициент смешения сточных вод с водой водоема;

Q - наименьший среднемесячный расход воды водоема в год, м³/с;

q_ср - средний суммарный секундный расход в сутки среднего водоотведения, м³/с;

С_р - содержание в воде водоема сульфата натрия до спуска сточных вод, г/м³ .

Тогда

=77,175 г/м³.

Получим по формуле (33) необходимую степень очистки сточных вод по сульфату натрия:

= 89,6 %.

Необходимая степень очистки сточных вод от СПАВ определяется по формуле[11, c.30]:

,     (35)

где К_общ - концентрация СПАВ в общем стоке сточных вод, г/м³;

К_ст - предельно допустимое содержание СПАВ в спускаемых водах в водоем, г/м³.

Предельно допустимое содержание СПАВ в спускаемых водах в водоем определяется по формуле[11, c.30,]:

,          (36)

где К_пр.доп - допустимое увеличение содержания СПАВ в водоеме хозяйственно-питьевого водоснабжения после спуска сточных вод:

К_пр.доп =0,2 мг/л=0,2 г/м³ (из технического задания).

К_р - содержание в воде водоема СПАВ до спуска сточных вод, г/м³ .

Тогда

=27,39 г/м³.

Получим по формуле (35) необходимую степень очистки сточных вод по СПАВ:

= 36,03 %.

Степень разбавления у расчетного створа смешения определяется по формуле[11, c.31]:

,       (37)

Тогда

=20,2.

Тогда n_i=14,7 > =5. Следовательно, не требуется дополнительное разбавление.

Тогда n_i=14,7 > n_з=7. Следовательно, не требуется дополнительное разбавление.

Тогда n_i=14,7 > n_п=9. Следовательно, дополнительное разбавление не требуется.

Необходимая степень очистки (степень охлаждения) сточных вод по температуре определяется по условию[11, c.31]:

t=t-t_ст ,     (38)

Предельно допустимое повышение температуры воды в водоеме после спуска сточных вод определяется по специальным таблицам:

t_пр.доп=3°С

Предельно допустимая температура сточных вод спускаемых в водоем определяется по формуле[11, c.31]:

, (39)

Тогда

=488,8°С.

Тогда по формуле (38)

∆t=25-488,9 = - 463,9°С

∆t=-463,9°С < ∆t_пр.доп=3 °С, следовательно, охлаждения не требуется.

Необходимая степень очистки (дополнительная нейтрализация) сточных вод по изменению активной реакции воды водоема (по кислотности) определяется по условию[11, c.32]:

∆k_c=k_c-k_{с ст} ,                                                                             (40)

Допустимая кислотность сбрасываемых сточных вод определяется по формуле[11, c.32]:

,     (41)

Допустимое содержание кислоты, поступающей в водоем со сточными водами, определяется по формуле[11, c.33]:

,        (42)

где В_р - щелочность воды водоема нормального раствора кислоты на каждый литр воды водоема; В_р=4,5 мл (из технического задания).

С_р - концентрация свободной углекислоты в воде водоема:

С_р=8,16-pH_p+lgB_p ,

где рH_р - реакция воды водоема, рH_р = 7,5(из технического задания).

Тогда

С_р=8,16-7,5+lg4,5=1,313 мл норм. р-ра щелочи.

По формуле (42) находим допустимое содержание кислоты, поступающей в водоем со сточными водами:

 мл норм. р-ра щелочи.

По формуле (41) находим допустимую кислотность сбрасываемых сточных вод:

 мл норм. р-ра щелочи.      

По формуле (40) находим необходимую степень очистки сточных вод по изменению активной реакции воды водоема:

∆k_c=55-340,99=-285,99 мл норм. р-ра щелочи.      

∆k_c=-285,99, следовательно, не требуется дополнительная нейтрализация сточных вод.

Необходимая степень очистки сточных вод по растворенному в воде водоема кислороду определяется по формуле[11, c.26]:

,          (43)

где L^О_ст - допустимая биологическая потребность в кислороде для сточной воды в расчете на растворенный кислород, определяемая по формуле[11]:

 ,   (44)

где О_р - содержание растворенного кислорода в воде водоема до спуска сточных вод, О_р = 6,8г/м³;

L_р - биохимическая потребность в кислороде полная, L_р = 0,35 г/м³.

Предельно допустимое содержание растворенного кислорода в воде водоема после спуска сточных вод определяется по специальным таблицам:

О_пр.доп= 4 мл/л= 4 г/м³.

Тогда

 г/м³.

Получим по формуле (43) необходимую степень очистки сточных вод по растворенному в воде водоема кислороду:

%.

Необходимая степень очистки сточных вод по БПК_полн определяется по формуле[11, c.25]:

, (45)

Предельно допустимая БПК_полн для сточных вод, спускаемых в водоем определяется по формуле[11, c.26]:

,    (46)

БПК_полн смеси сточных вод и воды водоема в месте выпуска сточных вод определяется по формуле[11, c.25]:

,         (47)

Предельно допустимая БПК_полн в воде водоема после спуска сточных вод определяется по специальным таблицам:

L_пр.доп= 3 мл/л= 3 г/м³.

Константа скорости потребления кислорода смесью сточных вод и воды водоема при рабочих условиях (t_p=25ºC) определяется по формуле[11, c.25]:

K_1(t) =K₁₍₂₀₎ ·1,047^tp-20,                                                             (48)

Тогда

K_1(t) =0,15 ·1,047^25-20=0,189.

Продолжительность протока воды от места спуска до расчетного створа определяется по формуле[11, c.25]:

,   (49)

где х_ср - средняя скорость течения воды на расчетном участке водоема, х_ср = 1,0 м/с,

Тогда

суток.

Получим по формуле (47) БПК_полн смеси сточных вод и воды водоема в месте выпуска сточных вод:

г/м³.

Получим по формуле (46) предельно допустимую БПК_полн для сточных вод, спускаемых в водоем:

 г/м³.

Получим по формуле (45) необходимую степень очистки сточных вод по БПК_полн:

%.

сток вода очистной канализационный

6. Обоснование выбора оборудования

Сточные воды могут подвергаться очистке механическими, химическим, физико-химическими, биологическими и термическими методами до необходимого качества.

Выбор метода очистки и конструктивное оформление процесса производятся с учетом следующих факторов: 1) санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству очищенных вод; 2) количества сточных вод; 3) наличия у предприятия необходимых для процесса обезвреживания энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, электроэнергия, реагенты), а также необходимой площади для сооружения очистных установок; 4) эффективности процессов обезвреживания.

Степень очистки сточных вод должна быть такой, чтобы качество воды в водоемах после выпуска в них сточных вод было не ниже качества воды, обусловленного требованиями «Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».

Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют гидромеханические процессы (периодические и непрерывные) процеживания, отстаивания (гравитационное и центробежное), фильтрование. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико-химических свойств и концентрации взвешенных частиц, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.

Главными факторами понижения концентрации СПАВ являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами. С повышением содержания взвешенных веществ скорость снижения концентрации СПАВ в воде обычно повышается за счет сорбции и осаждения.

В частности для очистки сточных вод от взвешенных веществ нами в качестве аппарата первичной очистки была выбрана решетка-дробилка марки РД-400 (две рабочие и одна резервная), которая применятся для задержания из городских сточных вод крупных и волокнистых материалов и является сооружениями предварительной очистки.

В качестве аппарата основной очистки взвешенных веществ и СПАВ был выбран вертикальный отстойник. Причинами выбора именно вертикального отстойника послужили своевременное удаление осадка и всплывающих веществ, низкий уровень грунтовых вод и пропускная способность очистных сооружений до 10 000 м3/сутки

Для лучшего осаждения мелкодисперсных и коллоидных частиц вводится коагулянт (сернокислый алюминий). При введении коагулянтов в воду они обволакивают взвешенные частицы, полностью меняя их поверхностные свойства и нейтрализуя их заряд. Поэтому происходит их слипание в крупные агломераты, имеющие большую скорость осаждения

В качестве аппарата для снижения БПК и взвешенных веществ сточной воды был выбран контактный осветлитель. Причинами выбора контактного осветлителя послужили целесообразность применять контактный осветлитель на станциях любой производительности при одноступенчатых схемах очистки маломутных цветных вод, когда общее содержание взвешенных веществ в поступающей на контактные осветлители воде, включая взвесь, образующуюся в результате введения в воду реагентов, не превышает 120 мг/л при максимальной цветности 120 град.

В качестве аппарата основной очистки воды от сульфата натрия был выбран электролизер). Причиной выбора электролизера стала высокая степень очистки от сульфата натрия.

.1 Выбор оборудования

.1.1 Приемная камера

Для приема сточных вод, поступающих на очистные сооружения канализации, гашения скорости потока жидкости и сопряжения трубопроводов с открытым лотком применяется приемная камера [4, с. 40]

Камеры предусматриваются на поступление сточных вод по одному или двум трубопроводам и располагаются в насыпи высотой до 5 м.

Пример приемной камеры представлен на рис. 1.

Рисунок 1 - Приемная камера канализационных очистных сооружений при напорном поступлении сточных вод [4, с. 42]

.1.2 Решетки

Применяются для задержания из городских сточных вод крупных и волокнистых материалов и являются сооружениями предварительной очистки. Основными элементами решеток являются рама с рядом металлических стержней, расположенных параллельно друг другу и создающих плоскость с прозорами, через которую процеживается вода. Для устройства решеток применяют стержни прямоугольной, круглой и другой формы.

Рисунок 2 - Профили стержней [13, с.5]

Стержни прямоугольной формы применяют чаще других. Толщина стержня обычно равна 6-10 мм, ширина прозоров между стержнями обычно принимают равной 16 мм. Решетки с прозорами шириной более 16 мм применяют в насосных станциях и на очистных сооружениях дождевых стоков.

Решетки устанавливаются в расширенных каналах, называемых камерами. Движение воды происходит самотеком. Решетки подразделяются на вертикальные и наклонные, а также на подвижные и не подвижные.

Рисунок 2 - Пример решетки грабельного типа [4, с. 42]

Решетки очищаются граблями. Для удобства съема загрязнений решетки часто устанавливаются под углом к горизонту . При большом количестве улавливаемых отбросов (более 0,1 м/сут) механизируются. Задержанные загрязнения подвергаются дроблению на специальных дробилках, а затем или сбрасываются в поток воды, или транспортируются в метантенки на сбраживание.

Исходя из общей ширины решеток, подбирается необходимое количество рабочих решеток, дополнительно устанавливаются 1-2 резервные решетки и предусматривается обводный канал для пропуска воды в случае аварийного засора решеток. [5, с.5]

.1.3 Усреднитель

В неавтоматизированных процессах очистки промышленных сточных вод для обеспечения устойчивой степени очистки необходимо поддерживать постоянной концентрацию загрязнителя и расхода сточных вод. Для достижения этой цели обычно устанавливают усреднители сточных вод. Наличие усреднителя на входе очистных сооружений позволяет рассчитывать объемы сооружений и диапазоны их функционирования не на максимальную, а на некоторую усредненную нагрузку. С другой стороны, эффективность работы различных сооружений существенно повышается при стабилизации состава сточных вод.

Иногда усреднение осуществляют по двум показателям одновременно. Исключение пиковых расходов воды, поступающей на очистку, позволяет более экономично и надежно проводить процесс.

Усреднение проводят в контактных и проточных усреднителях. Контактные усреднители используют при небольших расходах сточной воды, в периодических процессах и для обеспечения высоких степеней выравнивания концентраций. В большинстве случаев применяют проточные усреднители, которые представляют собой многокоридорные (многоходовые) резервуары или емкости, снабженные перемешивающими устройствами. Многокоридорные усреднители могут быть прямоугольные (рис. 3) и круглые. Усреднение в них достигается смешением струй сточной воды разной концентрации.

Рисунок 3 - Прямоугольный усреднитель сточных вод[11] 1 - распределительный лоток; 2 - водоотводный канал; 3 - сборные лотки; 4 - глухая перегородка; 5 - вертикальная перегородка; 6 - подвод воды.

Усреднение расхода воды достигается также при перекачке ее насосами. В этом случае усреднитель представляет собой простую емкость. Перемешивание жидкости может быть обеспечено и механическими мешалками или барботажем воздуха.

6.1.4 Оборудование для коагуляции

Коагуляция - это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты - более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных).

Коагуляция происходит под воздействием веществ, именуемых коагулянтами.

В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, а мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды после сооружений механической очистки представляют агрегативно-устойчивую систему. Для очистки таких стоков применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами.

При введении коагулянтов в воду они обволакивают взвешенные частицы, полностью меняя их поверхностные свойства и нейтрализуя их заряд. Поэтому происходит их слипание в крупные агломераты, имеющие большую скорость осаждения. Коагулянты не только вызывают укрупнение частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья. Коагуляцией могут удаляться не только коллоидные, но и частично растворенные загрязнения. Это важное свойство коагулянтов расширяет практическую ценность метода.

Очистка сточных вод методом коагуляции включает процессы приготовления водных растворов коагулянтов, их дозирование в обрабатываемую сточную воду, смешение со всем объемом воды, хлопьеобразование, выделение хлопьев из воды.

Смешение коагулянтов со всем объемом обрабатываемой сточной воды происходит в смесителях, продолжительность пребывания воды в которых составляет 1-2 мин. После смешивания обрабатываемых сточных вод с коагулянтами начинается процесс образования хлопьев, который осуществляется в специальных резервуарах - камерах хлопьеобразования.

Последующее осветление воды производится в горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках[7].

Рисунок 4 - Бак для растворения коагулянта с подводом сжатого воздуха [5, с.43] 1 - подвод сжатого воздуха; 2 - подвод воды; 3 - выпуск осадка.

6.1.5 Смесители

Смесители служат для равномерного распределения реагентов в массе обрабатываемой воды, что способствует более благоприятному протеканию последующих реакций, происходящих затем в камерах хлопьеобразования. Смешение должно быть быстрым и осуществляться в течение 1-2 мин. Иногда с этой целью вводят раствор коагулянта во всасывающую трубу центробежного насоса. Можно вводить реагент и в напорный трубопровод насоса подъема. При использовании в качестве смесителя напорного трубопровода ввод реагента в него должен быть предусмотрен на расстоянии не менее 50 диаметров от конца трубопровода. При этом скорость течения воды в трубопроводе должна быть не менее 1-1,5 м/сек, что создает турбулентность потока, обеспечивающую полное смешение раствора реагента с водой.

В отечественной практике применяют следующие типы смесителей: 1) вертикальный (вихревой); 2) дырчатый; 3) перегородчатый.

Вертикальный смеситель может быть применен на водоочистных станциях как средней, так и большой производительности при условии, что на один смеситель будет приходиться расход воды не свыше 1200-1500 м³/ч. Таким образом, на станции производительностью 100 000 м³/сутки нужно устанавливать три-четыре вертикальных смесителя.

Дырчатый смеситель целесообразно применять на водоочистных станциях производительностью до 1000 м³/ч.

Перегородчатый смеситель может быть применен на водоочистных станциях производительностью не более 500-600 м³/ч. Он представляет собой лоток прямоугольного сечения с несколькими перегородками. В первой и третьей перегородках устраивают проходы для воды, размещенные в центральной части перегородок. В средней перегородке предусмотрены два боковых прохода для воды, примыкающих к стенкам лотка. Благодаря такой конструкции смесителя возникает турбулентность движущегося потока воды, обеспечивающая полное смешение реагента с водой.

Еще сравнительно недавно на станциях производительностью до 12-15 тыс. м³/сутки применялся ершовый смеситель (с пятью перегородками под углом 45° к направлению водного потока). В настоящее время этот тип смесителя признан менее удачным, чем перечисленные выше, и к использованию не рекомендуется[5].

Рисунок 5 - Вертикальный (вихревой) смеситель [5, с.68]: 1 - подвод воды; 2 - отвод воды.

6.1.6 Камеры хлопьеобразования

Камеры хлопьеобразования служат для перемешивания воды и обеспечения более полной агломерации мелких хлопьев коагулянта в крупные хлопья.

Установка камеры хлопьеобразования необходима перед отстойниками. В тех случаях, когда вместо отстойников применяются осветлители со взвешенным осадком, устройство камер хлопьеобразования излишне, так как процесс образования хлопьев протекает в самом осветлителе, непосредственно в слое взвешенного осадка.

Емкость камеры хлопьеобразования рассчитывается на время пребывания в ней воды от 6 до 30 мин (в зависимости от типа камеры).

При горизонтальных отстойниках следует устраивать камеры хлопьеобразования - перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем взвешенного осадка и лопастные; при вертикальных отстойниках - водоворотные.

Отвод воды из камер хлопьеобразования в отстойники должен осуществляться так, чтобы не разрушались сформировавшиеся хлопья. Поэтому скорость движения воды в сборных лотках, трубах и отверстиях распределительных перегородок должна быть не более 0,1 м/сек для мутных вод и 0,05 м/сек для цветных вод[5].

Создание оптимальных условий процесса гетерокоагуляции осуществляется в камерах хлопьеобразования. В практике очистки природных и сточных вод применяют следующие типы камер хлопьеобразования: перегородчатые, вихревые, с механическим перемешиванием, со взвешенным осадком.

Перегородчатая камера представляет собой резервуар, разделенный перегородками на восемь-десять коридоров. Ширина коридора не менее 0,7 м. Скорость движения воды в камере 0,2-0,3 м/с.

Вихревые камеры. Скорость движения воды в нижней конической части 0,7 м/с; в верхнем сечении - 4-5 мм/с. Время пребывания воды в камере 6-10 мин.

Водоворотные, или циклонного типа, камеры хлопъеобразования основаны на тангенциальном подводе исходной воды через две диаметрально противоположные тангенциальные насадки. Скорость выхода воды из насадков рекомендуют принимать равной 2-3 м/с, а продолжительность хлопьеобразования - 15-20 мин.

Выбираем вихревую камеру хлопьеобразования.

Вихревая камера хлопьеобразования имеет форму обратной пирамиды или конуса с углом между его стенками 50-70°, верхняя надставка - с вертикальными стенками. Вода от смесителя к камере хлопьеобразования подается по трубопроводу со скоростью 0,8-1 м/сек. Обрабатываемую воду вводят в нижнюю часть камеры; при этом скорость входа воды должны быть 0,7-1,2 м/сек. Скорость восходящего потока на выходе из камеры (в верхней ее части) х_в = 4¸5 мм/сек.

Время пребывания воды в вихревой камере хлопьеобразования составляет 6-10 мин вместо 15-30 мин для камер других типов. Это установлено исследованиями, которые показали, что процесс хлопьеобразования заканчивается в вихревой камере значительно быстрее.[5]

6.1.7 Отстойник

Отстаивание является наиболее простым и часто применяемым в практике способом выделения из сточных вод грубодисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность.

В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяется или в целях предварительной их обработки перед очисткой на других, более сложных сооружениях, или как способ окончательной очистки, если по местным условиям требуется выделить из сточных вод только нерастворенные (осаждающиеся или всплывающие) примеси.

По режиму работы различают отстойники периодического действия, или контактные, в которые сточная вода поступает периодически, причем отстаивание ее происходит в покое, и отстойники непрерывного действия, или проточные, в которых отстаивание происходит при медленном движении жидкости. В практике очистки сточных вод осаждение взвешенных веществ производится чаще всего в проточных отстойниках.

Контактные отстойники применяют для обработки небольших объемов сточных вод.

По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные; разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники. В горизонтальных отстойниках сточная вода движется горизонтально, в вертикальных - снизу вверх, а в радиальных - от центра к периферии.

Содержание нерастворенных примесей (взвешенных веществ), выделяемых первичными отстойниками, зависит от начального содержания и от характеристики этих примесей (формы и размера их частиц, плотности, скорости их осаждения), а также от продолжительности отстаивания. Основная масса грубодисперсных взвешенных веществ выпадает в осадок в течение 1,5 ч. Скорость осаждения и полнота выделения из воды тонкодисперсных частиц зависят от их способности к агломерации.

Допустимое остаточное содержание взвешенных веществ - вынос из первичных отстойников - устанавливается в зависимости от типа биологических окислителей для последующей очистки сточных вод. В соответствии с этим принимается продолжительность отстаивания.

Выбор типа, конструкции и числа отстойников должен производиться на основе технико-экономического их сравнения с учетом местных условий.

Вертикальные отстойники примёняют обычно при низком уровне грунтовых вод и пропускной способности очистных сооружений до 10 000 м³/сутки. Горизонтальные и радиальные отстойники применяют независимо от уровня грунтовых вод при пропускной способности очистных сооружений свыше 15000-20000 м³/сутки. Радиальные отстойники с вращающимся распределительным устройством применяют на станциях пропускной способностью более 20000 м³/сутки при исходной концентрации взвешенных веществ не более 500 мг/л.

Основными условиями эффективной работы отстойников являются: установление оптимальной гидравлической нагрузки на одно сооружение или секцию (для данных начальной и конечной концентраций сточной воды и природы взвешенных веществ); равномерное распределение сточной воды между отдельными сооружениями (секциями); своевременное удаление осадка и всплывающих веществ.

Осадок из отстойников удаляется под гидростатическим давлением и с помощью различных механизмов (скребков, насосов, элеваторов и др.).

Основными преимуществами горизонтальных отстойников являются: малая глубина, хороший эффект очистки, возможность использования одного сгребающего устройства для нескольких отделений. К недостаткам их относится необходимость применения большего числа отстойников вследствие ограниченной ширины.

Вертикальные отстойники имеют преимущества по сравнению с горизонтальными; к числу их относятся удобство удаления осадка и меньшая площадь, занимаемая сооружением. Однако они имеют и ряд недостатков, из которых можно отметить: а) большую глубину, что повышает стоимость их строительства, особенно при наличии грунтовых вод; б) ограниченную пропускную способность, так как диаметр их не превышает 9 м.

Преимуществом радиальных отстойников является небольшая глубина, что удешевляет их строительство. Круглая в плане форма позволяет устанавливать минимальные по толщине стенки, что также снижает стоимость сооружений. Эффект задержания взвешенных веществ выше, чем у горизонтальных и вертикальных, и составляет 60 %[12].

Рисунок 6 - Вертикальный отстойник[5, с.98]

6.1.8 Контактные осветлители

Работа контактных осветлителей и контактных фильтров основана на использовании явления контактной коагуляции.

Контактные осветлители целесообразно применять на станциях любой производительности при одноступенчатых схемах очистки маломутных цветных вод, когда общее содержание взвешенных веществ в поступающей на контактные осветлители воде, включая взвесь, образующуюся в результате введения в воду реагентов, не превышает 120 мг/л при максимальной цветности 120 град. При большем содержании взвеси в воде резко возрастает расход на промывку контактных осветлителей. Наиболее эффективно применение контактных осветлителей, если период максимальных цветности и мутности не превышают 30-50 сут в год, а среднегодовая загрязненность воды составляет 20-30 мг/л по взвешенным веществам и 80-100 град, по цветности.

Объем сооружений очистки воды с применением контактных осветлителей уменьшается в 4-5 раз по сравнению с объемом сооружений обычного типа (двухступенчатые схемы). На 15-20 % уменьшается также расход коагулянтов.

Принцип действия контактных осветлителей основан на том, что на поверхности зерен загрузки при движении воды, обработанной коагулянтом, снизу вверх сорбируются коллоидные и взвешенные частички. Контактные осветлители являются своеобразной разновидностью скорых безнапорных фильтров, работающих по принципу пропускания обрабатываемой воды с добавлением коагулянта через слой зернистой загрузки снизу вверх, т. е. в направлении убывания крупности зерен в слое. Отстойников перед контактными осветлителями не устраивают.

Рисунок 7 - Схема контактного осветлителя: 1-труба; 2-трубчатая распределительная система; 3-желоб; 4-сборный канал; 5-труба,по которой вода поступает в резервуар чистой воды; 6-труба,по которой подается вода для промывки контактного осветлителя; 7-труба,для отвода воды в сток. [5, с.173]

Контактные осветлители могут работать в двух режимах: при постоянной скорости фильтрования в течение всего рабочего цикла и со скоростью, постепенно убывающей к концу цикла так, чтобы среднее ее значение равнялось рекомендованному.

На водоочистных комплексах с контактными осветлителями необходимо предусматривать барабанные фильтры и входную камеру для воздухоотделения и смешения реагентов с водой.

.1.9 Электролизер

Электролизеры для обработки сточных вод, относящиеся к нестандартному оборудованию, представляют собой открытые или со съемной крышкой прямоугольные стальные резервуары, разделенные с помощью перегородок из синтетических материалов на несколько отсеков. В перегородках проделываются несколько рядов отверстий, суммарная площадь которых составляет 20 - 30 % площади находящейся в воде чисти перегородки, высота которой соответствует высоте погруженных в воду электродов.

Движение потока сточных вод в электролизере происходит вдоль поверхности электродов в горизонтальном направлении. Электролизер снабжается приемной и сборной камерами, также отделенными от его рабочего пространства дырчатыми перегородками. На дно электролизера (в каждом из отсеков) укладывают дырчатые трубки из синтетических материалов, через которые поступает сжатый воздух, который, барботируя через жидкость, способствует ее перемешиванию.

В электролизер помещаются электроды двух типов: стальные катоды (в виде пластин толщиной 1-2 мм) и аноды из графитированного угля в виде плит или стержней. Можно использовать малоизнашивающиеся титановые аноды с металлоксидным покрытием (диоксид рутения, магнетит и др.). Ориентировочный срок службы анодов из графитированного угля составляет 4-5 мес. При обработке медьсодержащих сточных вод целесообразно использование медных катодов для облегчения утилизации дополнительно извлекаемой из сточных вод (в виде катодного осадка) металлической меди.

При определении габаритов электролизера необходимо учитывать объем постоянно находящейся в нем воды, а также объем, занимаемый перегородками, электродами (размеры плит из графитированного угля, выпускаемых отечественными электродными заводами, составляют  мм). Расстояние между соседними электродами (катодом и анодом) следует принимать в пределах 40-50 мм.

Электроды обоих видов (катоды и аноды) подвешиваются в электролизере на медных (латунных) стержнях (токоподводах), концы которых покоятся на соответствующих катодных (анодных) шинах, укладываемых на изоляторах вдоль бортов электролизера. Аноды из графитированного угля (в виде плит) можно устанавливать на дно электролизера, футерованное материалом - диэлектриком. Сечение токоподводов и электродных шин рассчитывается на максимальную токовую нагрузку.

При значительной расчетной величине тока в электрической цепи (более 3000 А) и необходимости отведения больших количеств выделяющихся газообразных продуктов электролиза рекомендуется установка нескольких электролизеров, снабженных автономными источниками электропитания.

Рисунок 8 - Схематическое изображение электролизёра

.2 Обоснование последовательности аппаратов очистки сточных вод

Технологическая схема очистки сточных вод - это совокупность аппаратов водоочистки сопутствующих веществ и вспомогательных аппаратов, в которых последовательно осуществляется очистка сточных вод от нескольких находящихся в ней загрязняющих веществ. При разработке технологической схемы очистки сточных вод необходимо руководствоваться следующими принципами:

в случае наличия в воде гетерогенных и гомогенных по отношению к воде загрязняющих веществ первыми нужно удалять гетерогенные системы; если попытаться удалить гомогенные системы, то гетерогенные частицы могут вызвать забивание трубопроводов, абразивный износ частей аппаратов, разрушение коагулянтов и флокулянтов, нарушение хода реакции;

последовательность очистки от простого к сложному. При очистке воды от сложных смесей одни загрязняющие вещества выделяются легко, а другие нет. В первом случае очистку можно осуществить быстро и с минимальными затратами. Во втором для очистки потребуется специальное оборудование и большие эксплуатационные расходы. Показателем сложности очистки является степень разделения жидкости и загрязняющих веществ, зависящая от величины различия между свойствами загрязняющих веществ и чистой воды. Чем больше различие в свойствах, тем проще осуществить чистку. При осуществлении очистки от простого к сложному желательно чтобы для последних стадий очистки оставалось как можно меньше загрязняющих веществ;

первыми из сточной воды удаляются преобладающие по количеству загрязняющие вещества (при прочих равных условиях) и весь процесс проводится таким образом, чтобы поток веществ от аппарата к аппарату постоянно уменьшался;

сначала удаляются коррозионно-стойкие, токсичные и другие вещества. Такая последовательность обусловлена необходимостью создания безопасных условий для работы персонала и обеспечения сохранности оборудования;

предпочтение отдается прямой очистке, то есть процессам, которые происходят без каких-либо агентов;

6 следует избегать отклонений от нормальных условий, а если это не удается, то необходимо устанавливать такой аппарат как можно ближе к концу технологической схемы.

На выбор технологической схемы очистки сточных вод влияет также состав сточных вод, количество сточных вод, свойства загрязняющих веществ, денежные затраты на оборудование.

Степень очистки от i-го загрязняющего вещества в j-ом аппарате очистки определяется по формуле:

,          (50)

где  - концентрация i-го загрязняющего вещества на входе в j-ый аппарат очистки, г/м³;

 - концентрация i-го загрязняющего вещества на выходе из j-ого аппарата очистки, г/м .

Концентрация i -го загрязняющего вещества на выходе из j-ого аппарата очистки определяется по формуле:

,    (51)

где  - концентрация i-го загрязняющего вещества на входе в j-ый аппарат очистки, г/м³;

- степень очистки от i-го загрязняющего вещества в j-ом аппарате очистки, %.

1 - отходы с решётки на переработку;

- отходы с песколовок на переработку;

- доза сульфата алюминия;

- отходы с радиальных отстойников на переработку;

- паровоздушная смесь;

- озонирующий воздух.

b, b, b, b,b, b, b, b, b, b, b, b, b, b, b, b, b, b, b, b- концентрация взвешенных веществ в сточной воде соответственно на входе и выходе приёмной камеры, решетки, усреднителя, песколовки, смесителя, камеры хлопьеобразования, радиального отстойника, дегазатора, озонатора и выпуска Иванова, г/м³;

К, К, К, К,К, К, К, К,К, К, К, К, К, К, К, К, К, К, К, К- концентрация СПАВ в сточной воде соответственно на входе и выходе приёмной камеры, решетки, усреднителя, песколовки, смесителя, камеры хлопьеобразования, радиального отстойника, дегазатора, озонатора и выпуска Иванова, г/м³;

L, L, L, L,L, L, L, L,L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L, L- БПК_п в общем стоке сточных вод соответственно на входе и выходе приёмной камеры, решетки, усреднителя, песколовки, смесителя, камеры хлопьеобразования, радиального отстойника, дегазатора, озонатора и выпуска Иванова, г/м³.

Все виды загрязняющих веществ, проходящих через приемную камеру и решетку своих концентрации не изменяют, то есть:

b = b = b = b=b_общ = 369 г/м³;

К = К = К = К=К_общ =43 г/м³ ;

С = С = С = С=С_общ =743 г/м³ ;

L = L = L = L=L_общ=548 г/м³ .

И степени очистки от этих веществ равны нулю.

 

рис. 9

Поступая в усреднитель, концентрации загрязняющих веществ не изменяются и степень очистки по этим веществам равна нулю.

b = b = b= 369 г/м³;

К = К = К= 43 г/м³ ;

С = С = С= 743г/м³ ;

L = L = L=548г/м³ .

 

.3.1 Расчет эффективности вертикального отстойника

1 Концентрация взвешенных веществ на входе в первичный отстойник будет определяться по формуле:

С_ср=М+kД_к+0,25Ц+И,                                                           (52)

где М - количество взвешенных веществ в исходной воде, г/м³;

k - переводной коэффициент, равный для очищенного сернокислого алюминия 0,55;

Д_к - доза коагулянта в пересчете на безводный продукт в г/м³;

Ц - цветность воды в град;

И - количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания воды в мг/л.

С_ср=569+0,55·60+0,25·50+0=614,5 г/м³.

Концентрация взвешенных веществ на входе в первичный отстойник равна: b = b= 614,5г/м³;

Степень очистки по взвешенным веществам в вертикальном отстойнике равна =70%[6, с.54].

Тогда концентрация взвешенных веществ на выходе из вертикального отстойника по формуле (51) равна:

b г/м³.

Степень очистки по БПК в вертикальном отстойнике равна: =30%[4, с35].

БПК на входе в вертикальный отстойник равна: L = L= 548 г/м³;

Тогда БПК на выходе из вертикального отстойника по формуле (137) равна:

L г/м³.

Степень очистки по СПАВ в вертикальном отстойнике равна: =99%.(шмидт)

Концентрация СПАВ на входе в вертикальный отстойник равна: К = К= 43 г/м³;

Тогда концентрация СПАВ на выходе из вертикального отстойника по формуле (51) равна:

К г/м³.

Степень очистки по сульфату натрия в вертикальном отстойнике равна: =0%.

Концентрация сульфата натрия на входе в вертикальный отстойник равна: С = С= 743г/м³;

Тогда концентрация на выходе из вертикального отстойника по формуле (51) равна:

С г/м³.

6.3.2 Расчет эффективности контактного осветлителя

1 Степень очистки по взвешенным веществам в контактном осветлителе равна =99%[12, 224].

Концентрация взвешенных веществ на входе в контактный осветлитель равна: b = b= 184,35 г/м³;

Тогда концентрация взвешенных веществ на выходе из контактного осветлителя по формуле (51) равна:

b г/м³.

Степень очистки по БПК в контактном осветлителе равна: =25%[12, 224].

БПК на входе в контактный осветлитель равна: L = L= 384 г/м³;

Тогда БПК на выходе из контактного осветлителя по формуле (137) равна:

L г/м³.

Степень очистки по СПАВ в контактном осветлителе равна: =0%.

Концентрация СПАВ на входе в контактный осветлитель равна: К = К= 0,43г/м³;

Тогда концентрация СПАВ на выходе из контактного осветлителя по формуле (51) равна:

К г/м³.

Степень очистки по сульфату натрия в контактном осветлителе равна: =0%.

Концентрация сульфата натрия на входе в контактный осветлитель равна: С = С= 743г/м³;

Тогда концентрация на выходе из контактного осветлителя по формуле (51) равна:

С г/м³.

 

.3.3 Расчет эффективности электролизера

1 Степень очистки по взвешенным веществам в электролизере равна =0[12, 224].

Концентрация взвешенных веществ на входе в электролизер равна: b = b=1,84 г/м³;

Тогда концентрация взвешенных веществ на выходе из электролизера по формуле (51) равна:

b г/м³.

Степень очистки по БПК в электролизере равна: =0%[12, 224].

БПК на входе в электролизер равна: L = L= 288 г/м³;

Тогда БПК на выходе из электролизера по формуле (137) равна:

L г/м³.

Степень очистки по СПАВ в электролизере равна: =0%.

Концентрация СПАВ на входе в электролизер равна: К = К= 0,43 г/м³;

Тогда концентрация СПАВ на выходе из электролизера по формуле (137) равна:

К г/м³.

Степень очистки по сульфату натрия в электролизере равна: =90%.

Концентрация сульфата натрия на входе в электролизер равна: С = С= 743г/м³;

Тогда концентрация на выходе из электролизера по формуле (51) равна:

С г/м³

Выводы:

b=1,84 г/м³ < b_ст=40,83 г/м³;

L= 288г/м³ < L_ст=467 г/м³;

K= 0,43г/м³ < K_ст=27,39 г/м³;

С=74,3 г/м³ < С_ст=77,2 г/м³.

Следовательно, условия очистки сточных вод по взвешенным веществам, СПАВ, БПК_полн и сульфату натрия выполняются. Таким образом, не нужно проводить доочистку сточных вод.

6.4 Описание процесса функционирования предложенной технологической схемы

Смесь производственных и бытовых сточных вод с концентрациями взвешенных веществ 569 г/м3, СПАВ 42,62 г/м3, растворенного кислорода 547,93 г/м3  и сульфата натрия 742,94 по одному трубопроводу поступает в приемную камеру ПК-1-40б объемом 3,2 м3. Затем в технологической схеме установлен усреднитель диаметром 30 м, предназначенный для усреднения расхода смеси сточных вод, концентрации после усреднителя не изменяются.

Затем смесь поступает в 4 параллельно работающих вертикальных отстойника диаметром каждый 8,3 м, где происходит снижение концентрации взвешенных веществ с эффективностью 70 % с 569 г/м3 до 184,35 г/м3, СПАВ с эффективностью 99 % с 42,62 г/м3 до 0,43г/м3, и БПК с эффективностью 30 % с 547,93 г/м3 до 348 г/м3. Т.к. концентрация СПАВ становится меньше ПДК (0,43г/м3 < 27,39 г/м3), то очистка по ним заканчивается.

Затем в 4-х параллельно работающих контактных осветлителях происходит снижение концентрации взвешенных веществ с эффективностью 99% с 184,35 г/м3 до 1,84г/м3, БПК с эффективностью 25 % с 384 г/м3 до 288 г/м3. Т.к. концентрация взвешенных веществ становится меньше ПДК (1,84г/м3 < 40,83г/м3), то очистка по ним заканчивается.

В цехе электролизных установок диаметром происходит снижение содержания сульфата натрия с эффективностью 90% с 743 г/м3 до 74,3 г/м3 , что ниже ПДК (74,3 г/м3<77,2 г/м3) и очистка по сульфату натрия прекращается.

.5 Характеристика получаемого конечного продукта

Очищенная сточная вода содержит взвешенные вещества, БПК и СПАВ ниже предельно - допустимых значений.

Очищенная сточная вода содержит взвешенные вещества с концентрацией b= 1,84 г/м³. Эта концентрация меньше допустимой b_ст= 40,83 г/м³. Следовательно, по данному показателю вода пригодна для технологических нужд.

Очищенная сточная вода содержит БПК с концентрацией L= 288 г/м³. Эта концентрация меньше L_ст= 467 г/м³. Следовательно, по данному показателю вода пригодна для технологических нужд.

Очищенная сточная вода содержит СПАВ с концентрацией K= 0,43 г/м³. Эта концентрация меньше K_ст= 27,39 г/м³ . Следовательно, по данному показателю вода пригодна для технологических нужд.

Очищенная сточная вода содержит сульфат натрия с концентрацией С= 74,3 г/м³. Эта концентрация меньше С_ст= 77,2 г/м³ . Следовательно, по данному показателю вода пригодна для технологических нужд.

При сбросе очищенной сточной воды в водоем не изменяются физико - химические свойства воды. Вред, наносимый сточной водой, будет минимальным.

6.6 Технологический расчет основного оборудования

.6.1 Расчет приемной камеры

Выбор типоразмера камеры в зависимости от пропускной способности, диаметра и количества напорных трубопроводов производится по таблице 3 [4, с.42]

Таблица 3 - Типоразмеры приемных камер очистных сооружений

На один трубопровод
Пропускная способность, л/с	Диаметр трубопровода мм	Марка приемной камеры	Размеры камеры  мм
31 55 83 134 182 280	200 250 250 400 400 500	ПК-1-20 ПК-1-25а ПК-1-25б ПК-1-40а ПК-1-40б ПК-1-50

Сточные воды поступают на очистную станцию с расчетным расходом м/сут . В этом случае согласно таблице 3 может быть принята приемная камера марки ПК-1-40б с размерами: А=1000мм, B=1000мм, H=1200, диаметр трубопровода d=400мм.

6.6.2 Расчет решетки

По расчетному расходу  из таблицы 2 подбираем решетки-дробилки марки РД-400 (две рабочие и одна резервная).

Определим скорость течения сточной жидкости через цели барабана решетки:

     (52)

где N - число рабочих решеток-дробилок;

F - суммарная площадь щелей в барабане решетки дробилки: F=0,119 из таблицы 4.[4, с.51]

.6.3 Расчет усреднителя

При небольших расходах и периодическом сбросе воды используются контактные усреднители. Тип усреднителя выбирается в зависимости от характера и количества нерастворенных компонентов (например, взвешенных веществ), а также динамики поступления сточных вод. По таблице 5 выбираем конструктивный тип усреднителя. [13, с.71]

Таблица 4 - Типоразмеры решетки дробилки в зависимости от средней пропускной способности комплекса канализационных сооружений

Средняя пропускная способность, м/сутМаксимальный расход сточных вод, м/сМарка решетки дробилкиСредняя площадь щелей в барабане, мЧисло решеток-дробилокСкорость движения жидкости в щели, м/с
				рабочая	резервная	общее
12 25 50 100 200 400 700 1400 2700 4200 7000 10000 17000	0,00044 0,00088 0,00175 0,0034 0,0063 0,012 0,018 0,0033 0,0059 0,092 0,147 0,194 0,315	РД-100     РД-200     РД-400	0,0076     0,019     0,445	1    1 1 2 3  1 1  3	11 1   1 1 1 1  1 1 1 1	2    2 2 3 4  2 2 3 4	0,058 0,116 0,23 0,46 0,92 0,63 0,45 0,87 1,03 0,77 1,23 0,815 0,885

Таблица 5 - Область применения усреднителей различных типов

Тип усреднителя	Харктер нестационарности	Взвешенные вещества
		Концентрация мг/л	Гидравлическая крупность мм/с

Многоканальный Барботажный С механическим перемешиванием                Залповый Любой Любой              

>500

-

Для усреднения состава сточных вод с содержанием взвешенных веществ свыше 500 мг/л (,см. задание)при любом режиме их поступления выбираем барботажный тип усреднителя.

В процессе очистки используется многоканальный усреднитель-смеситель барботажного типа прямоугольной формы с дифференцированием потока сточных вод. [4]

Так как максимальный расчетный расход , то принимаем усреднитель с размерами: длина 30м, ширина 5м, высота 4м.

6.6.4 Расчет размеров растворных и расходных баков для коагулянта

Емкость растворного бака определяется по формуле[5, стр. 44]:

  (53)

где - расход воды м/ч;

 - максимальная доза коагулянта в пересчете на безводный продукт г/м;

 - концентрация раствора коагулянта в растворном баке в%;

 - объемный вес раствора коагулянта в т/м;принимается равным 1 т/м;

 - время, на которое заготовляют раствор коагулянта в ч.

Продолжительность полного цикла приготовления раствора коагулянта при температуре воды до 10составляет 10-12 ч. При использовании воды с температурой продолжительность цикла сокращается до 6-8 ч. [5, стр. 44]

Время, на которое заготовляют раствор коагулянта, принимают: а) для станции производительностью до  при круглосуточной работе ч, а при некруглосуточной работе число n равно числу часов работы станции в сутки; б) для станции производительностью  и более ч. [5, стр. 44]

Максимальная доза коагулянта можно найти по таблице 6.

Таблица 6 - Дозы коагулянта для обработки воды[5, с.37]

Содержание в воде взвешенных веществ в мг/л	Дозы безводного сернокислого алюминия в мг/л	Содержание в воде взвешенных веществ в мг/л	Дозы безводного сернокислого алюминия в мг/л
100 101-200 201-400 401-600 601-800	25-35 30-45 40-60 45-70 55-80	801-1000 1001-1440 1401-1800 1801-2200 2201-2500	60-90 65-105 75-115 80-125 90-130

Расчетный расход очищаемой воды  или . При заданной мутности 569 г/м  доза коагулянта =60 мг/л. Принимаем =12ч; =10%; =5%; =1 т/м. Тогда по формуле(53):

Количество баков такой емкости должно быть не менее двух. Принимаем четыре растворных бака емкостью по 1,3 м. Размеры бака: ширина 0,4 м, длина 0,5 м ,высота 0,5м.

Емкость расходного бака определяется по формуле[5, стр. 45]:

   (54)

где - концентрация раствора коагулянта в расходном баке в %; принимается равной 4-10% в пересчете на безводный продукт.

Принимаем два расходных бака емкостью по 5,2 м каждый со следующими размерами: ширина 1,7 м, длина 1,7 м, высота 2 м.

Для хранения коагулянта необходимо устройство склада, рассчитанного на 15-30-суточную наибольшую потребность в реагентах.

Склады должны примыкать к помещениям, где установлены баки для приготовления раствора коагулянта и известкового молока.

Площадь склада для коагулянта определяется по формуле [5, стр. 52]:

         (55)

где Q - полная производительность очистной станции в м/сут;

- расчетная доза коагулянта по максимальной потребности в г/м;

Т - продолжительность хранения коагулянта на складе в суткаж;

- коэффициент для учета дополнительной площади проходов на складе, равный 1,15;

- содержание безводного продукта в коагулянте в %;

- объемный вес коагулянта при загрузке склада навалом в т/м;

- допустимая высота слоя коагулянта на склада (для сернокислого алюминия 2м).

Площадь склада для извести[5, стр. 52]:

.

6.6.5 Расчет воздуходувок и воздухопроводов

Для интенсификации процессов растворения коагулянта и перемешивания раствора в растворных и расходных баках предусматривается подача сжатого воздуха.

Скорость движения воздуха в трубопроводе определяется по формуле[5, стр. 46]:

           (56)

где W - производительность воздуходувки в  ;

p - давление в воздухопроводе (обычно p=1,5 );

d - диаметр воздухопровода м.

Потери давления воздуха определяются как[5, стр. 46]:

       (57)

где  - коэффициент сопротивления, принимаемый по данным таблице 7 в зависимости от велечины G;

Таблица 7 - Значения коэффициента  в зависимости от величины G. [5, стр. 46]

10 15 25 40 65 100 150 250	2,03 1,92 1,78 1,68 1,54 1,45 1,36 1,26	400 650 1000 1500 2500 4000 6500 -	1,18 1,1 1,03 0,97 0,9 0,84 0,78 -

G - вес воздуха, приходящего через трубопровод в течении 1 ч, в ;

 - длина воздухопровода в м;

 - диаметр труб в мм;

 - удельный вес сухого воздуха, принимаемый по данным таблице 8.

Таблица 8 - Значение удельного веса сухого воздуха  в [5, стр. 46]

Давление вУдельный вес сухого воздуха при температуре в
	-30	-20	-10	0	10		20	30	40
1 2 4 6 8 10	1,406 2,812 5,624 8,436 11,25 14,06	1,350 2,701 5,402 8,107 10,80 13,50	1,299 2,589 5,196 7,794 10,39 12,99	1,251 2,583 5,006 7,509 10,01 12,51		1,207 2,414 4,822 7,244 9,658 12,07	1,166 2,332 4,664 6,996 9,328 11,66	1,128 2,555 4,510 6,765 9,020 11,28	1,058 2,115 4,232 6,346 8,464 10,58

Потеря напора в фасонных частях воздухопровода[5, стр. 47]:

 мм. вод. ст.,           (58)

где  - скорость движения воздуха;

- сумма коэффициентов местного сопротивления.

Необходимую мощность на валу компрессора можно определить по формуле[5, стр. 47]:

 кВт,    (59)

где  - количество воздуха, перемещаемого воздуходувкой, в ;

H - давление воздуха в мм. вод. ст.;

 - к.п.д. воздуходувки.

Расчетный расход воздуха определяется как произведение площадей баков на величину интенсивности подачи воздуха.

Для растворных баков (одновременно работают два бака) расчетный расход воздуха при их площади :

.

Для расходного бака при его площади  расчетный расход:

.

Таким образом, общий потребный расход воздуха составит:

 или 1,2 м/мин.

Устанавливаем две воздуходувки (одну рабочую и одну резервную) марки ВК-1,5 производительностью W=1,5 м/мин и напором H=15 м; принимаем электродвигатель мощностью 5,5кВт при скорости вращения n=1500 об/мин.[14]

Скорость движения воздуха по формуле (56):

.

Вес воздуха, проходящего через трубопровод, составит:

 кг/ч.

Тогда потери давления воздуха составят по формуле (57):

 ат.

Потери напора в фасонных частях воздухопровода при наличии семи прямоугольных колен, для которых , по формуле (58) будет:

 мм. вод. ст.

Определим мощность электродвигателя воздуходувки по формуле (59):

кВт.

Кроме магистрального воздухопровода диаметром d=80 мм устраиваются ответвления диаметрами по 50 мм, система стояков и горизонтальных распределительных дырчатых шлангов диаметрами по 38 мм, располагаемых на взаимных расстояниях 500 мм под решетками баков и по дну расходных баков.

Для загрузки растворных баков реагентами применяют вагонетку грузоподъемностью до 1 т с опрокидывающимся кузовом, а для удаления шлама из растворных баков - вагонетку без кузова, оборудованную бадьей грузоподъемностью 0,5 т.

 

.6.6 Приготовление известкового молока

Емкость бака для приготовления известкового молока определяется по формуле [5, стр. 51]:

,     (60)

где  - расчетный расход воды в ;

 - время, за которое заготовляют известковое молоко, принимается равным 6-12 ч;

 - доза извести, необходимая для подщелачивания воды:

 мг/л,

где  - количество щелочи, добавляемой для подщелачивания воды, мг/л;

е - эквивалентный вес коагулянта для Al2(SO4)3 57 мг-экв/л;

 - максимальная доза безводного сернокислого алюминия в мг/л;

Щ - минимальная щелочность воды в мг-экв/л;

К - количество щелочи в мг/л, необходимое для подщелачивания воды на 1 мг-экв/л и равное для извести 28 мг/л.

 - концентрация известкового молока (не более 5%);

 - объемный вес известкового молока, принимается равным 1 т/м.

Тогда по формуле (60):

Принимаем два бака квадратной формы с размерами: ширина 0,33, длина 0,3.

Перемешивание извести с водой осуществляется сжатым воздухом.

6.6.7 Сооружения для мокрого хранения реагентов

Выбор емкостей и оборудования реагентного хозяйства определяется условиями работы при максимальных дозах реагентов.

Доза коагулягта при наиболее высокой мутности воды в реке 1000 мг/л принята в пересчете на безводный продукт Al2(SO4)3 равной 90 мг/л.

Расчет сооружений ведется для условия применения сернокислого алюминия с содержанием в нем безводного в количестве 33,5%.[5, стр. 55]

Суточный расход товарного сернокислого алюминия составит[5, стр. 55]:

для 1 очереди производства:  т/сут;

для полного развития:  т/сут.

Количество раствора 25%-ной концентрации, получаемой при растворении 20 т сернокислого алюминия, равно [5, стр. 55]:

,

где 1,257 - удельный вес 25%-ого раствора коагулянта при температуре 15.

Поэтому каждый бак имеет размер в плане  м и высоту 3м.перемешивание раствора коагулянта принято сжатым воздухом из расчета 10 л/сек на 1 м площади бака-растворителя.

Количество воздуха при перемешивании одновременно в двух баках растворителях равно:  л/сек или 43,2 м/мин.

По конструктивным соображениям приняты четыре резервуара размером м и полезной высотой 3,8 м. полезная емкость каждого резервуара составляет 950 м.

Суточный расход 25%-ного раствора сернокислого алюминия составляет[5, стр. 58]:

для 1 очереди производства:  м/сут;

для полного развития:  м/сут.

Время хранения раствора при максимальном расходе коагулянта равно:

для 1 очереди производства: 3800/246,5=15 суток;

для полного развития: 3800/369,4=10 суток.

Часовой расход 8%-ного раствора коагулянта  составляет [5, стр. 58]:

для 1 очереди производства:  м/ч;

для полного развития:  м/ч.

Предусмотрена установка четырех железобетонных расходных баков размером в плане м и полезной высотой 3 м. полезная емкость каждого расходного бака составляет 32,7 м.

Емкость четырех баков обеспечивает расход коагулянта при максимальной дозе в течение[5, стр. 58]:

для 1 очереди производства:  ч;

для полного развития:  ч.

Раствор коагулянта перемешивается сжатым воздухом из расчета 5 л/сек на 1м площади бака. Количество воздуха, необходимого для перемешивания коагулянта одновременно в двух баках, будет  л/сек или 6,54 м/мин.

На период недостаточной щелочности обрабатываемой воды предусмотрено подщелачивание ее путем введения известкового молока.

Доза извести определяется по формуле [5, стр. 59]:

г/м.

Суточный расход извести(в пересчете на CaO) равен[5, стр. 5]:

для 1 очереди производства: т/сут;

для полного развития:  т/сут.

Суточный расход товарной извести составит[5, стр. 59]:

для 1 очереди производства:  т/сут;

для полного развития:  т/сут.

Гашение извести и приготовление известкового молока 5%-ой концентрации предусмотрено при помощи известигасилки.

Требуемая емкость баков составит[5, стр. 59]:

для 1 очереди производства:  м;

для полного развития:  м.

устанавливаются четыре железобетонных бака размером м; емкость каждого бака составляет 21,7 м при заполнении на высоту 2м.

 

.6.8 Расчет дозатора раствора реагента

Емкость дозатора определяется по формуле[5, стр. 64]:

, л (61)

где  - время непрерывного действия дозатора в ч;

 - расход обрабатываемой воды в м/ч;

 - доза реагента в г/ м;

 - концентрация раствора реагента в %;

 - удельный вес единицы раствора реагента.

 или 1,5 м.

Принимаем максимальную высоту слоя раствора  (где  - диаметр цилиндрического корпуса дозатора). Тогда  м. откуда  м и, следовательно, [5, стр. 65]

м.        (62)

Перепад давления создаваемый дроссельной шайбой, по формуле[5, стр. 64]:

 м вод. ст.,   (63)

где  - максимальная геометрическая высота подачи раствора из дозатора в трубопровод исходной воды в м;

 - максимальная высота слоя раствора реагента в дозаторе в м;

 - точность дозировки, принимается обычно 10%;

 - гидравлическое сопротивление на пути раствора реагента от дозатора к дроссельной шайбе в м вод. ст.

Отсюда по формуле (63):

 м вод. ст.

Принимая предварительно  найдем диаметр шайбы на трубопроводе обрабатываемой воды по формуле[5, стр. 64]:

 мм,     (64)

где  - коэффициент истечения.

По формуле (64):

мм.

6.6.9 Расчет смесителя

Вертикальный смеситель может быть применен на водоочистных станциях как средней, так и большой производительности при условии, что на один смеситель будет приходиться расход воды не свыше 1200-1500 м³/ч. Таким образом, на станции производительностью 100 000 м³/сутки нужно устанавливать три-четыре вертикальных смесителя. [5]

Рассчитаем вертикальный вихревой смеситель при заданном расходе воды 8632,5 м/сут.

Принимаем два вертикальных смесителя.

Расчетные расходы воды с учетом собственных нужд очистной станции будут[5, с. 69]:

часовой ;

секундный или 50л/сек.

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя[5, с. 69]:

где  - скорость восходящего движения воды, равная 90-100 м/ч или 25-28 мм/сек.

По формуле (65):

Если принять верхнюю часть смесителя квадратной в плане, то сторона ее будет иметь размер[5, с. 69]:

   (66)

Тогда

Трубопровод 1, подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя со входной скоростью , должен иметь внутренний диаметр 350мм. Тогда ри расходе воды входная скорость .

Так как внешний диаметр подводящего трубопроводы равен D=377мм (Гост 10704-63), то размер в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть , а площадь нижней части усеченной пирамиды составит[5, с. 69]:

.

Принимая величину центрального угла . Тогда высота нижней (пирамидальной) части смесителя[5, с. 69]:

. (67)

По формуле (67):

Объем пирамидальной части смесителя[5, с. 69]:

.      (68)

По формуле (67):

Полный объем смесителя[5, с. 69]:

         (69)

где t - продолжительность смешения реагента с массой воды, равная 1,5мин.

Отсюда

Объем верхней части смесителя[5, с. 69]:

.    (70)

Тогда

Высота верхней части смесителя[5, с. 69]:

  (71)

Отсюда

Полная высота смесителя[5, с. 70]

        (72)

По формуле (72):

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке

Вода, протекающая по лоткам в направлении бокового кармана, разделяется на два параллельных потока. Поэтому расчетный расход каждого потока будет[5, с. 70]:

   (73)

По формуле (73) расчетный расход воды:

Площадь живого сечения сборного латка[5, с. 70]:

При ширине лотка расчетная высота слоя воды в лотке [5, с. 70]:

        (74)

По формуле (74):

Уклон для лотка принять i=0,02.

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка[5, с. 70]:

  (75)

где  - скорость движения воды через отверстия лотка, равная 1 м/сек.

Тогда по формуле (75):

Отверстия приняты диаметром  т. е. площадью

Общее потребное количество отверстий[5, с. 70]:

     (76)

По формуле (76):

Эти отверстия размещаются о боковой поверхности лотка на глубине от верхней кромки лотка до оси отверстия.

Внутренний пириметр лотка[5, с. 70]:

 или 5560мм.

Шаг оси отверстий[5, с. 70]:

.     (77)

Отсюда

Расстояние между отверстиями

Из борного лотка вода поступает в боковые карманы. Размеры кармана принимаются конструктивно с тем, чтобы в нижней его части разместить трубу для отвода воды, прошедшей смеситель. [5, с. 70]

6.6.10 Расчет камеры хлопьеобразования

При вертикальных отстойниках следует устраивать водоворотные камеры хлопьеобразования.

Рисунок 9 - Схема водоворотной камеры хлопьеобразования, совмещенной с вертикальным отстойником. [5, стр. 77]

Расчетный часовой расход очистной станции принимаем

Площадь одной водоворотной камеры (в плане) [5, с. 77]:

    (78)

где  - время пребывания воды в камере; обычно принимается 15-20мин;

 - высота камеры в м; принимается ;

 - высота зоны осаждения вертикального отстойника; обычно принимается м;

N - расчетное количество вертикальных отстойников (и камер хлопьеобразования).

Тогда площадь одной водоворотной камеры по формуле (78):

Диаметр водоворотной камеры хлопьеобразования[5, с. 78]:

м.      (79)

Отсюда м

Секундный расход воды поступающей в камеру[5, с. 78]:

.     (80)

По формуле (80) секундный расход воды[5, с. 78]:

.

Диаметр подводящего трубопровода (по ГОСТ 10704-63). В этом случае скорость подвода воды в камеру хлопьеобразования составляет , т.е. находится в рекомендуемых пределах .[5, с. 78]

Подача воды в камеру производится при помощи сопла, направленного тангенциально.

Сопло размещается на расстоянии  от стенки камеры на глубине 0,5 м от поверхности воды.

Необходимый диаметр сопла[5, с. 78]:

м   (81)

где =0,908 - коэффициент расхода для конически сходящегося насадка с углом конусности ;

м/сек - скорость выхода воды из сопла (принимается равной 2-3 м/сек).

Тогда по формуле (81) необходимый диаметр сопла:

 м или 140мм

Длина сопла, отвечающая углу конусности [5, с. 78]:

мм.   (82)

Отсюда

Фактическая скорость выхода воды из сопла [5, с. 78]:

.       (83)

По формуле (83):

Потеря напора в сопле[5, с. 78]:

      (84)

Тогда потеря напора в сопле по формуле (84):

 

.6.11 Расчет отстойника

Выберем вертикальный отстойник, применяемый при пропускной способности станции до 20 000 м/сут и при низком уровне грунтовых вод. [5, с. 97]

Рассчитаем вертикальный отстойник при расходе воды  или  и количестве отстойников N=4.

Расход воды на один отстойник  или

Площадь зоны осаждения одного отстойника[5, с. 98]:

,   (85)

где - расчетный расход воды м/ч;

 - расчетная скорость восходящего потока воды в мм/сек;

N - расчетное количество отстойников;

- коэффициент для учета объемного использования отстойника: при  при

Площадь зоны осаждения одного отстойника по формуле (85):

Общая площадь одного отстойника с учетом камеры хлопьеобразования

         (86)

Диаметр отстойника[5, с. 98]:

          (87)

Диаметр отстойника по формуле (87):

 а отношение .

Принимаем трубопровод для сброса осадка  Тогда высота конической осадной части отстойника при угле наклона стен к горизонтали  составит[5, с. 99]:

.       (88)

Высота конической осадной части по формуле (88):

Объем конической осадочной части[5, с. 99]:

.       (89)

По формуле (89) объем конической осадочной части:

Тогда период действия между сбросами осадка[5, с. 99]:

 суток, (90)

где - объем конической осадочной части в м;

N -количество отстойников;

- концентрация уплотненного осадка в г/м; принимается ориентировочно в зависимости от содержания взвешенных веществ в воде;

- расчетный расход воды м/ч;

- концентрация взвешенных веществ в воде, поступающих в отстойник мг/л.

Период действия между сбросами осадка по формуле (90):

 или 5,1 суток.

.6.12 Расчет контактного осветлителя

Расчет входной камеры. Устройство входной камеры необходимо для того, чтобы исключить попадание в распределительную систему и зернистую загрузка контактного осветлителя водорослей и крупной взвеси.

Найдем объем входной камеры[5, с.174]:

,     (91)

- продолжительность пребывания воды во входной камере, равная 2 мин.

Объем входной камеры по формуле (91):

Принимаем две входные камеры глубиной h=1м и площадью каждая

         (92)

Площадь одной камеры по формуле (92):

 с размером в плане .

В камерах устанавливаем вертикальные сетки с отверстиями 2-4 мм.

При скорости прохода воды через сетки м/сек (рекомендуется 0,2-0,3 м/сек) рабочая площадь сеток будет[5, с.174] :

 .    (93)

Рабочая площадь сеток:

Входная камера оборудуется устройствами для промывки сеток, спускной и переливной трубами.

Нижняя часть камеры имеет наклонные стенки под углом  к горизонту. Высота конической части камеры[5, с.174] :

м.    (94)

Высота конической части камеры по формуле (94):

м.

Полная высота камеры H=h+hкан=2,38+2,38=4,76 м.

Определение площади контактного осветлителя.

Площадь контактного осветлителя находится по формуле [5, с.174]:

        (95)

По формуле (95) площадь контактного осветлителя:

Количество контактных осветлителей на станции[5, с.175]:

 шт.

Принимаем 4 контактных осветлителя.

Площадь одного контактного осветлителя должна быть[5, с.175]:

.         (96)

Отсюда

Принимаем контактный осветлитель с одним отделением, размер отделения в плане м.

Проверяем скорость восходящего потока воды при форсированном режиме эксплуатации[5, с.175]:

м/ч.      (97)

- количество контактных осветлителей, находящихся в ремонте.

Тогда

Таким образом, скорость при форсированном режиме не превышает допускаемую скорость движения воды, равную 6 м/ч.

Расчет трубчатой распределительной системы.

Расход промывной воды, приходящейся на один контактный осветлитель, составит[5, с.175]:

.       (98)

Расход промывной воды по формуле (98):

Принимая скорость движения воды при промывки не более 0,8-1,2 м/сек, находим диаметр коллектора отделения , отвечающий скорости движения воды .[5, с.174]

Наружный диаметр стальной трубы по ГОСТ 10704-63 равен: D=630 мм. Длина ответвления отделения контактного осветлителя составит [5, с.175]:

.    (99)

Отсюда

Так как шаг оси ответвления должен быть м, то количество ответвлений в отделении контактного осветлителя будет[5, с.175]:

 шт.

Расход промывной воды, приходящейся на одно осветление[5, с.175]:

л/сек.     (100)

Тогда по формуле (100):

 л/сек.

Допустимая скорость в трубопроводах распределительной системы должна быть не более 1,8-2 м/сек.

Следовательно, диаметр ответвлений составит:  мм, что отвечает скорости движения воды  м/сек. [5, с.175]

Диаметр отверстий в ответвлениях принимаем  мм (рекомендуется в пределах 10-12 мм), а отношение  площади всех отверстий распределительной системы к площади осветлителя принимается равным 0,2%.

Тогда количество отверстий на ответвлении[5, с.176]:

    (101)

По формуле (101) количество отверстий:

Расстояние между осями отверстий при размещении их в один ряд: мм.

Расчет желобов для сброса и отвода промывной воды.

Расход воды приходящийся на один желоб будет[5, с.176]:

Расстояние между осями желобов:

Ширину желоба с треугольными основаниями найдем по формуле[5, с.176]:

        (102)

где b=1,57+a - величина, одинаковая для желобов как с треугольными, так и с полукруглыми основанием;- отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширены; принимается в пределах от 1 до 1,5;

К - коэффициент, принимаемый равный для желобов с треугольным основанием 2,1, а с полукруглым основанием 2. [5, с.176]

Высота желоба полезная  а с четом толщины стенки  Скорость движения воды в конце желоба 0,57 м/сек.

Проверяя полученные размеры по табличке 9 , найдем ширину желоба В=0,34 м, конструктивную высоту =0,51 м, скорость движения воды в конце желоба

=0,52 м/сек. [5, с.176]

Таблица 9 - Ширина В, высота  и скорость движения воды  в желобах.[5, с.142]

Расчетный расход q м/секЖелоба с треугольными основаниями
	При а=1,5
	В, м	, м/с, м
0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 0,10 0,105 0,11 0,15 0,12 0,125 0,13 0,135 0,14	0,34 0,35 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40 0,41 0,41 0,42 0,43 0,44 0,45 0,45 0,46 0,47 0,47	0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,56 0,56 0,57 0,59 0,60 0,60 0,60 0,60 0,61 0,61 0,61 0,62	0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,66 0,67 0,67

Высоту кромки желоба над поверхностью контактного осветлителя найдем по формуле[5, с.176]:

    (103)

где H - высота фильтрующего слоя в м;

е - относительное расширение фильтрующей загрузки.

Расход воды на промывку контактного осветлителя найдем по формуле[5, с.176]:

  (104)

где  - продолжительность работы фильтра между двумя промывками, равная:

;

- продолжительность рабочего фильтроцикла, обычно принимается равной 8-12 часов при нормальной работе и не менее 6 ч при форсированной работе фильтра;

 - продолжительность промывки, равная 0,1 час;

 - время простоя фильтра в связи с промывкой, равное 0,33 ч;

 - продолжительность сброса первого фильтрата в сток.

Таким образом, в неблагоприятных условиях, когда продолжительность рабочего цикла сокращается до 8 ч, расход воды на промывку контактного осветлителя превышает 20% общего расхода. [5, с.176]

Расчет сборного канала.

Промывная вода из желоба отделения контактного осветлителя свободно изливается в центральный сборный канал, откуда сводиться в сток.

Сечение центрального сборного канала прямоугольное, а ширина канала по условию эксплуатации надо принять не менее

При отводе промывной воды с контактного осветлителя сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе воды из желобов. [5, с.176]

Поэтому расстояние от дна желоба до дна сборного канала должно быть по формуле, не менее

           (105)

где  - расход воды в канале в м/сек;

 - минимальная допустимая ширина канала, принимается равной 0,7 м;

Расстоянии от дна желоба до сборного канала по формуле (105):

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах его поперечного сечения  и  составит [5, с.177]

.6.13 Расчет электролизера

Производительность электролизера 2,5 м/ч; исходная концентрация сульфата натрия в очищаемой воде 743 г/м; время электрохимической обработки 0,5ч.[14]

Необходимая величина тока в электрической цепи электролизера[14]:

.   (106)

Тогда по формуле (106):

Объем сточных вод в электролизере составляет[14]:

 м.       (107)

Отсюда  м.

Общая поверхность анодов: [14]

          (108)

Общая поверхность анодов по формуле (108):

При использовании в качестве анодов плит из графитированного угля размером мм общая поверхность одной плиты составляет[14]:

Общее количество плит (анодов) из графитированного угля, помещаемых в один электролизер[14]:

 шт.      (109)

Отсюда  шт.

Общая поверхность катодов равна общей поверхности анодов. Размеры электролизера выбираются исходя из объема находящихся в нем сточных вод с учетом общего объема погруженных в воду электродов. [14]

Соль активного металла и кислородосодержащей кислоты

Na₂SO₄↔2Na⁺+SO₄²⁻

K(-): 2Na⁺ +2e =2Na⁰

A(+): 2SO₄²⁻ −4e =2SO₃+O₂

Вывод: 2Na₂SO₄ → (электролиз) 4Na + 2SO₃ + O₂

Заключение

В результате анализа научно-технической литературы становится очевидно, что не существует универсального метода очистки смеси бытовых и производственных сточных вод.

Проектируемая схема очистки сточных вод достаточно компактна. Все оборудование можно будет разместить на свободных площадях, а также использовать оборудование, обслуживающее базовую схему.

Таким образом, просчитав и проанализировав предлагаемую технологическую схему для очистки сточных вод, и принимая во внимание полученные в результате расчета показатели, можно порекомендовать установку к внедрению в производство, как достаточно рентабельную. При этом концентрации примесей в сточной воде снижаются до значений, меньших ПДК этих веществ.

Применение данной технологической схемы позволяет:

предотвратить ущерб, наносимый сбросом сточных вод;

уменьшить загрязнение почв сточными водами.

В результате проведенной работы была разработана технологическая схема очистки сточных вод, которая включает в себя следующие основные очистные аппараты: решетки, усреднитель, вертикальный отстойник, контактный осветлитель, электролизер. Указанная схема обеспечивает требуемую степень очистки по взвешенным веществам, СПАВам, БПКполн.

После очистки концентрации загрязняющих веществ составляют значения меньше, чем допустимые. Схема пригодна для дальнейшей модернизации в плане автоматизации, переработки отбросов, энерго- и ресурсосбережения.

Список основных используемых источников

1. Техника защиты окружающей среды : учеб. для вузов / А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1989. - 512 с.

. Калицун В.И. Основы водоснабжения и канализации. Учеб. пособие для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М., Стройиздат, 1977. - 207 с.

. Карюхина Т.А. Контроль качества воды / Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова. - М.: Стройиздат, 1977. - 532 с.

. Очистка сточных вод (примеры расчетов): [Учеб. пособие для вузов, обучающихся по спец. «Водоснабжение и канализация» М.П. Лапицкая, Л.И. Зуева, Н.М. Балаескул, Л.В. Кулешова]. - Мн.: Выс. школа. 1983. - 255 с.

5. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты / В.Ф. Кожинов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1971. - 304 с.

. Проскуряков В.А. Очистка сточных вод в химической промышленности / В.А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. - Л.: Химия, 1977. - 464 с.

. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник / А.С. Тимонин. - Калуга: Издательство Н.Ф. Бочкаревой, 2003. - Т. 2 - 884 с.

. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологичес-кого оборудования: справочник / А.С. Тимонин. - Калуга: Издательство Н.Ф. Бочкаревой, 2002. - Т. 3. - 966 с.

. Проектирование и расчет очистных сооружений / Л.А. Кульский, М.Н. Булава, Г.И. Смирнов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев, 1972. - 424 с.

. Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в объектах окружающей среды - Москва,1991

11. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов/Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Зенков В.В., Соловьев Г.С. Учебное пособие для вузов. - М., Химия, 1985 - 352с.

. Канализация/ С.В. Яковлев, А.И. Жуков, С.К. Колобанов и др. - М., Стройиздат, 1975 - 632 с.

. Гудков А.Г. Механическая очистка сточных вод: Учебное пособие. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - 152с.

14. ING-SETI.RU.Сайт о инженерных коммуникаций.

. Справосное пособие к СНиП 2.04.03-85 «Проектирование сооружений для очистки сточных вод» Москва 1990.