Разработка стадии механической очистки сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

40

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка стадии механической очистки сточных вод до заданного значения ПДК. Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод удаляются механические примеси.

Данная технология может применяться на очистных сооружениях небольших городов, населенных пунктов, а так же на конкретном предприятии. Технология учитывает неоднородность дисперсного состава частиц нерастворимых веществ, благодаря чему достигается максимальный эффект. Так же представленной технологией предусматривается нейтрализация кислых сточных вод.

Определенный успех в области нейтрализации имеет процесс «Solvocarb», разработанный немецкими учёными. Его суть заключается в нейтрализации щелочных сточных вод углекислым газом. Не смотря на то, что идея не новая процесс «Solvocarb» имеет определенный успех из-за доступности и дешевизны реагента двуокиси углерода. При этом решается вопрос утилизации парникового газа. Однако, и он не лишен недостатков, максимальная суточная производительность не превышает 10000 м³.

Актуальность вопроса очистки сточных вод связана с необходимостью потребления водных ресурсов человечеством, в различных целях, поэтому их решение требует особого внимания.

1. Аналитический обзор

1.1 Гидросфера, основные загрязнители

Гидросфера - водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность вод морей и океанов, озёр, рек, болот, прудов, ледников и подземных вод. Следует отметить, что вода в атмосфере и биологическая вода не входят в состав гидросферы.

В последние годы всё больше городов испытывают дефицит чистой пресной воды. Хотя количество пресной воды в объёмном выражении в гидросфере не уменьшается, её качество резко снижается из-за поступления сточных вод в водоёмы.

Основными загрязнителями гидросферы являются следующие:

Атмосферные осадки в виде дождя и снега вымывают из воздуха газообразные, парообразные и пылевидные загрязняющие вещества природного и антропогенного происхождения. В них содержатся нефтепродукты, фенолы, кислоты, соли тяжёлых металлов, мусор.

Бытовые сточные воды включают преимущественно поверхностно-активные вещества, нитраты, различные жиры, масла, растворимые в воде пищевые отходы, бактерии и микробы.

Наиболее опасны по своему составу и количеству промышленные сточные воды, образующиеся во всех отраслях промышленности. Наиболее интенсивно сбрасывают стоки металлургическая, химическая, нефтехимическая и лесохимическая отрасли промышленности.

Так же опасны стоки сельского хозяйства, которые обогащены биогенными элементами - серой, фосфором, азотом.

1.2 Классификация способов очистки сточных вод

В настоящее время большинство крупных промышленных предприятий имеет свои очистные сооружения для очистки сточных вод от вредных примесей. Каждое очистное сооружение для сточных вод включает современные способы очистки сточных вод.

Известны следующие способы очистки сточных вод, сбрасываемых в природные водные объекты:

- механические;

-химические;

-физико-химические;

-биохимические;

-термические.

В большинстве случаев эти методы применяются комбинированно. Следует отметить, что для осуществления биохимических методов очистки в сточных водах должны присутствовать необходимые питательные вещества для микроорганизмов. Поэтому промышленные сточные воды смешиваются с бытовыми сточными водами, в которых содержатся питательные для микроорганизмов примеси. Например, объем сточных вод более чем двухсот промышленных предприятий города Казани составляет около 200 тыс. м³/сут, а коммунальнобытовых и ливневых стоков 300-430 тыс. м³/сут в зависимости от времени года. Так, в весенний период вследствие таяния снега объем коммунально-бытовых сточных вод достигает максимального значения (430 тыс. м³/сут), а летом и зимой уменьшается до 300 тыс. м³/сут.

На очистных сооружениях сточные воды подвергаются очистке от плавающих предметов, взвешенных частиц, нефтепродуктов, растворенных органических и неорганических веществ. В зависимости от степени загрязнения и наличия тех или иных веществ, для очистки сточных вод применяются различные комбинации методов.

1.2.1 Механические методы очистки сточных вод

К основным механическим методам очистки сточных вод относятся:

· процеживание

· осаждение

· отстаивание

· фильтрование.

Процеживание применяется для улавливания из сточных вод крупных плавающих загрязнений. Для этой цели применяются металлические решетки с шириной прозоров 16-19 мм. Скорость сточной воды в прозорах выдерживается в промежутке 0,8-1,0 м/с.

Решетки подразделяют на подвижные и неподвижные; с механической или ручной очисткой; установленные вертикально или наклонно.

Для удобства съёма загрязнений часто решетки устанавливают под углом 60°.

Решетки, требующие ручной очистки, устанавливаю в случае, если количество загрязнений не превышает 0,1 м³/с. При большем количестве загрязнений устанавливают решетки с механическими граблями. Уловленные на решетках загрязнения измельчают в специальных дробилках и возвращают в поток воды.

Наибольшее распространение получили грабельные механизированные решетки типа МГ, в данной конструкции используются грабли типа РМУ.

Для задержания и измельчения загрязнений непосредственно в потоке сточной воды без извлечения их на поверхность применяют решетки-дробилки типа РД.

Осаждение применяется для предварительной очистки сточных вод от тяжелых минеральных примесей, главным образом, песка. Для этих целей используются песколовки, изготовленные из сборных железобетонных элементов. Песколовки имеют различные конструкции. Наиболее распространенными являются горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды. Во всех аппаратах выдерживается соотношение высоты и глубины 1:2. Удаление минеральных примесей из сточных вод в песколовках относится к процессу свободного осаждения в ламинарном режиме, подчиняющемуся закону Стокса.

Таблица 1. Зависимость скорости осаждения частиц речного песка от их размеров

Диаметр частиц, м	Скорость осаждения, м/с	Время, необходимое для осаждения на 1м
0,01 0,001 0,0001 0.00001 0.000001 0.0000001	0,95 0,85 0,008 0.00014 0.0000015 0.000000014	1,05 с 11,8 с 143 с 7200 с 716400 с 6048000 с

Как видно из приведенных данных, частицы с размерами менее 0,01 мм не могут быть удалены из сточных вод путем осаждения из-за продолжительности процесса. Для улавливания таких частиц целесообразно применение песчаных фильтров.

Эффективность осаждения взвешенных частиц зависит, в первую очередь, от скорости движения воды. При оптимальной скорости 0,1-0,3 м/с вода находится в песколовке около 30 с, размеры осаждаемых частиц составляют до 0,25 мм. Эффективность процесса около 60%.

Отстаивание применяется для выделения из сточных вод грубодисперсных взвешенных частиц, происходящего под действием силы тяжести. Для проведения процесса используются отстойники и осветлители.

Как правило, в схему очистных сооружений включают первичные и вторичные отстойники. Первичные устанавливают в начале очистных сооружений, вторичные - после процесса коагуляции или биологической очистки. Скорость отстаивания полидисперсных систем непрерывно изменяется во времени. При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение, которое сопровождается столкновением частиц, их агломерацией, трением между ними и изменением скоростей осаждения как больших, так и малых частиц.

Степень очистки отстаиванием, или эффективность работы оборудования, составляет 60%.

Процессы отстаивания взвешенных частиц осуществляются в отстойниках различных конструкций: горизонтальных, вертикальных, радиальных, пластинчатых и отстойниках-осветлителях.

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные резервуары глубиной 1,5-4 м, длиной 8-12 м и шириной 3-6 м. Сечение горизонтальных отстойников почти аналогично сечению песколовок. Скорость движения воды в таких отстойниках не более 0,01 м/с. Продолжительность отстаивания от 1 до 3 часа.

Для удаления всплывающих частиц также используют процесс отстаивания. Процесс очистки аналогичен процессу осаждения твердых веществ. Различие заключается только в плотности отделяемых частиц. При отстаивании плотность частиц меньше плотности воды, к таким относятся нефть и нефтепродукты, масла, поэтому они всплывают на поверхность очищаемых вод. Для их отделения и улавливания применяют нефтеловушки и жироловушки.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием невозможно. Для этой цели можно использовать фильтры различных конструкций: фильтры с зернистым слоем, фильтрующие перегородки, микрофильтры и другие.

В процессах очистки сточных вод приходится иметь дело с большим количеством воды, поэтому наиболее подходящими являются фильтры с зернистой загрузкой. Такие фильтры подразделяются на медленные и скоростные.

Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Они представляют собой бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой. Скорость фильтрования в медленных фильтрах зависит от концентрации взвешенных частиц и колеблется в пределах: до 25 мг/л - 0,2-0,3 м/ч, при 25-30 мг/л - 0,1-0,2 м/ч. Таким образом, чем больше концентрация, тем меньше скорость. Достоинством медленных фильтров является высокая степень очистки сточных вод. К недостаткам относятся: большие размеры фильтров, высокая стоимость и сложная регенерация фильтрующего материала.

Зернистые фильтры делятся на напорные и безнапорные. Первые используются в нефтяной промышленности, где сточные воды содержат значительное количество нефтепродуктов.

При площади фильтрования до 30 метров безнапорные фильтры устраивают с боковым карманом. Безнапорный фильтр имеет прямоугольную в плане конфигурацию, его выполняют из железобетона. Зернистые безнапорные фильтры могут быть скорыми и медленными.

Основными узлами скорого фильтра являются распределительная (дренажная) система, поддерживающий и фильтрующий слой загрузки, водосборные желоба из перфорированной трубы и трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой обвязки. Дренажная система, расположенная на дне сооружения, имеет двойное назначение: при фильтровании собирает (дренирует) фильтрат и отводит его за пределы сооружения без выноса зерен фильтрующего материала; при промывке загрузки равномерно распределяет по площади фильтра промывную воду.

В фильтре применяют, распределит, системы, в которых равномерность распределения промывной воды достигается за счет большого сопротивления ее движению через проходные отверстия. Рекомендуются следующие распределительные системы; из щелевых труб (стальных, полиэтиленовых) или в виде щелевого ложного дна без поддерживающих слоев; колпачковая; трубчатая с круглыми отверстиями, располагаемая в толще поддерживающей загрузки из пористых плит или труб.

Поддерживающий слой загрузки из гравия или щебня крупностью с 2 до 40 мм и высотой до 0,5 м, на котором лежит фильтрующая загрузка, укладывают на дно сооружения для предотвращения вымывания мелких фракций фильтрующего материала и их выноса вместе с фильтратом через отверстия распределительной системы. Фильтрующий слой состоит из отсортированных по фракционному составу размерам зерен загрузочного материала (кварцевый песок, керамзит, крошка, горелые породы, полимеры, дробленый антрацит и др.), удовлетворяющего санитарным требованиям, обладающего достаточной химической стойкостью и механической прочностью. Крупность зерен фильтрующей загрузки принимают равной 0,5-2 мм; эквивалентный диаметр - 0,7-1,2 мм; коэффициент неоднородности - 1,5-2; высоту фильтрующего слоя - 0,7-2 м. Скорость фильтрования равна 12-20 м/ч. Слой фильтрующей загрузки может быть: из одного материала (однослойный фильтр); из двух материалов разной плотности - керамзит и песок, антрацит и мраморная крошка и др. (двухслойный скорый фильтр); из нескольких фильтрующих материалов (многослойные скорые фильтр). В верхней части скорого фильтра на определенном расстоянии от верха фильтрующей загрузки, исключающем вынос мелких фракций при промывке, расположены желоба или перфорированные трубы, имеющие двоякое назначение. При фильтровании воды они должны равномерно распределить ее по площади сооружения, а при промывке загрузки - быстро собрать и удалить за пределы скорого фильтра промывную воду. По фронту скорого фильтра расположены трубопроводы и арматура обвязки, служащая для подачи исходной и промывной воды, для отвода фильтрата и воды после промывки загрузки, для полного опорожнения фильтра.

Промывку загрязненных медленных и скоростных фильтров производят очищенной водой, подавая её снизу вверх. При этом зерна переходят во взвешенное состояние и освобождаются от прилипших частиц загрязняющих веществ.

Время и частоту промывки фильтра выбирают исходя из концентрации улавливаемых веществ и объёма сточных вод.

1.2.2 Химические методы очистки сточных вод

К химическим методам очистки сточных вод относятся:

· нейтрализация;

· окисление;

· восстановление и другие.

Нейтрализация проводится для очистки сточных вод, содержащих минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических целях. Нейтральными считаются воды, имеющие рН = 6,5-8,5.

Нейтрализацию сточных вод можно проводить:

-- смешением кислых и щелочных стоков, идущих с разных стадий одного или нескольких производств;

-- добавлением реагентов, имеющих соответствующее значение рН;

-- фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы;

-- абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми стоками (подача газов осуществляется через барботер).

Выбор метода нейтрализации зависит от объема сточных вод и концентрации примесей в них, режима поступления стоков, наличия и стоимости реагентов.

Окисление сточных вод может проводиться различными окислителями: газообразным или сжиженным хлором, гипохлоритом кальция или натрия, пероксидом водорода, кислородом воздуха, озоном.

В процессе окисления токсичные вещества, содержащиеся в сточных водах, превращаются в менее токсичные, иногда с образованием легкоудаляемых осадков. Очистка сточных вод окислителями связана с большим расходом реагентов, поэтому ее применяют: только в тех случаях, когда вещества, загрязняющие сточные воды, не могут быть извлечены другими методами.

Наиболее активным окислителем является молекулярный фтор, однако он очень агрессивен, что исключает его практическое применение.

Окисление хлором. Окисление хлором используют для очистки сточных вод от сероводорода, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов, например,

Процесс окисления сточных вод хлором проводят в установках периодического или непрерывного действия.

Пероксид водорода используется для окисления нитритов, сульфитов, альдегидов, фенолов, цианидов, серосодержащих отходов, красителей. В кислой среде пероксид водорода переводит нитриты в нитраты, сульфиты в сульфаты и др.

Кислород воздуха используется для очистки сточных вод от железа.

1.2.3 Физико-химические методы очистки сточных вод

Второй стадией очистки сточных вод после механических способов является физико-химическая очистка. В зависимости от характера загрязнений, к физико-химическим методам очистки сточных вод относятся: коагуляция, флокуляция, флотация, адсорбция, ионный обмен, экстракция, ректификация, выпаривание, дистилляция, ультрафильтрация, обратный осмос.

Данные методы используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных взвешенных частиц, растворенных газов, минеральных и органических веществ.

Рассмотрим некоторые из них подробнее.

Коагуляция - это укрупнение частиц дисперсной фазы при их столкновениях в процессе броуновского движения, перемешивании или в силовом электрическом поле. Коагуляция играет важную роль при очистке природных: и сточных вод, извлечении ценных продуктов из отходов производства. Процесс наиболее эффективен для осаждения частиц размером от 1 до 100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно, а также под влиянием химических или физических процессов, для этих целей применяют специальные вещества - коагулянты.

Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые оседают под действием силы тяжести, и сорбируют на свою поверхность взвешенные частицы.

В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смесей. Сорбция частиц на поверхности хлопьев происходит благодаря тому, что дисперсные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья - слабый положительный заряд.

Флокуляция - это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. Сорбируясь на поверхности нескольких частиц, флокулянты образуют трехмерную структуру, тем самым облегчая хлопьеобразование. В качестве флокулянтов наибольшее применение находят полиакриламид, крахмал, эфиры целлюлозы. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Флотация применяется для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных частиц. Флотацию применяют для очистки сточных вод, предприятия нефтепереработки, нефтехимии, искусственного волокна, машиностроения и других. Удаляемые частицы должны иметь гидравлическую крупность не менее 0,01 мм/с.

Достоинства флотации: высокая степень очистки (95-98%), непрерывность процесса, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратурного оформления, высокая скорость процесса.

Сущность процесса заключается в следующем: через сточную воду пропускают мелкие пузырьки воздуха.

Масса частиц не должна превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо фильтруются, зависит от плотности материала и равен 0,2-1,5 мм, то есть одна твердая частица может прилипать к нескольким пузырькам.

По принципу создания мелких пузырьков флотация может быть:

- с выделением воздуха из раствора;

- с механическим диспергированием воздуха;

- с помощью пористых пластин и др.

Адсорбционная очистка сточных вод от органических примесей используется уже давно, но теория этого процесса разработана значительно менее подробно, чем теория адсорбции газов, адсорбция из жидкостей имеет вытеснительный характер и осуществляется путем перераспределения компонентов раствора на границе раздела фаз.

Адсорбционная очистка примесей из водных растворов лежит в основе многих технологических процессов. Особое значение приобретает использование адсорбционных процессов в технологии глубокой очистки промышленных сточных вод, загрязненных органическими веществами.

Использование адсорбции для очистки промышленных сточных вод позволяет в некоторых случаях создать замкнутые водооборотные циклы и, таким образом, создать малоотходные и экологически безопасные технологические процессы.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, ядохимикатов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и других.

Достоинствами метода являются высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько растворенных веществ, а также возможность рекуперации этих веществ.

1.2.4 Биохимическая очистка сточных вод

Биохимический метод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от растворенных органических и некоторых неорганических (H₂S, NH3, нитритов и сульфидов) веществ. Биохимическая очистка основана на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания и размножения в процессе жизнедеятельности, так как органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.

Скорость биохимического окисления зависит от турбулизации потока, содержания кислорода в сточной воде, температуры и рН среды, содержания биогенных элементов, тяжелых металлов и минеральных солей.

1.2.5 Термические методы обезвреживания сточных вод

Метод термического обезвоживания применяют при небольших расходах, а так же когда другие методы нецелесообразны по экономическим соображениям Термический метод используют для утилизации сточных вод, содержащие высокотоксичные органические вещества, и в случае наличия в сточных водах горючих отходов, которые можно использовать как топливо.

Сущность метода заключается в распылении сточных вод в поток топочных газов нагретых до 9000 - 1000 °С. При этом вода полностью испаряется, органические примеси сгорают, а неорганические минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы, которые необходимо утилизировать.

1.3 Утилизация осадка

На сегодняшний день существует много способов утилизации осадка образующегося в процессе очистки сточных вод. Основными являются сжигание, обезвоживание, уплотнение и сушка. Однако, наиболее целесообразным и дешевым способом является сушка на специальных полях, так называемых картах, которые ограждены со всех сторон земляными валиками до 1,5 м. Осадок имеет влажность в среднем от 94 до 97%. На иловых площадках его нужно подсушить в среднем до влажности 75-80%, при которой его объем уменьшается и делается возможной его перевозка.

Высоту оградительных валиков принимают равной 0,5-1,5 м с шириной поверху не менее 0,7 м. Профильтрованную воду отводят в водоем через дренаж, устраиваемый в грунте. Если же грунт водонепроницаем (глина, суглинок), то сооружают искусственное основание из слоя песка толщиной 0,2 м и слоя гравия, щебня или шлака толщиной 0,2 м.

Отдельные карты (участки) площадок для удобства эксплуатации делают шириной 10-20 м, длину же принимают в зависимости от местных условий. Осадок подводится к картам по трубам или лоткам, в которых устраивают выпуски. Трубы или лотки укладывают с уклоном не менее 0,01.

Место иловых площадок выбирают с таким расчетом, чтобы осадок поступал на их поверхность самотеком.

Для механизированной уборки, погрузки и транспортирования подсушенного осадка на иловых площадках проектируют дороги для автотранспорта и средств механизации.

Расчет иловых площадок производят по слою осадка, который можно высушить в течение года на единице площади. Нагрузку на иловые площадки следует принимать в пределах 1-3,5 м в год на 1мІ площади в зависимости от качества подсушиваемого осадка, грунтовых и климатических условий.

Коэффициент фильтрации ила колеблется в пределах от 0,4 до 4 м/сут, а ила с песком - от 4 до 100 м/сут.

Исходя из поставленной задачи и возможностей процессов и аппаратов механической очистки сточных вод, выберем следующее оборудование:

1.решетка для удаления крупного мусора.

2.горизонтальная песколовка трехсекционная для улавливания части крупностью до 0,25 мм

3.смеситель типа лоток Паршаля, для смешения сточной воды с реагентом.

4.отстойник горизонтальный для улавливания частиц крупностью до 0,01 мм.

5.скоростной безнапорный фильтр с двухслойной зернистой загрузкой; верхний слой загрузки толщиной в 0,5м - керамзит, нижний - 1м, песок.; скорость фильтрации 20 м/ч.

6.поле для сушки влажного осадка.

ЗАДАНИЕ

Разработать технологическую схему и рассчитать стадию механической очистки сточных вод производительностью 16000 м³/сут, концентрация взвешенных веществ равна 1320 мг/л, рН=4.

1.4 Материальный баланс процесса

сточная вода очистка гидросфера

Расчет выполнен по методике, приведенной в [2].

1.4.1 Материальный баланс решеток

Приведенное число жителей:

чел,

где - норма водоотведения, численно равная , - расход сточной воды, .

Объём улавливаемых на решетках отбросов:

,

где - количество отбросов, снимаемых с решеток на одного человека, равное .

Масса осадка, улавливаемого на решетках:

где - средняя плотность отбросов, равная

Масса сухого осадка улавливаемого на решетках:

,

Таблица 2. Сводная таблица материального баланса узла решеток

Потоки	Объем стока,	Взвешенные вещества
Приход
Сток на решетки	16000	21.12	1320
Всего:	16000	21.12	1320
Расход
Сток после решеток	15999.36	21.024	1314.05
Осадок	0.64	0.096	150000
Всего:	16000	21.12

1.4.2 Материальный баланс узла горизонтальных песколовок

Объем улавливаемого всплывающего осадка по формуле:

где q-норма отведения песка с горизонтальных песколовок, равная 0.02 л/(чел сут); N-приведенное число жителей.

Масса сухого осадка улавливаемого в песколовке:

,

где -плотность песка, равная 1.5 т/м.

Масса сухого осадка улавливаемого в песколовке:

.

Таблица 3. Сводная таблица материального баланса узла горизонтальных песколовок

Потоки	Объем стока,	Взвешенные вещества
Приход
Сток на песколовки	15999.36	21.02	1314.05
Всего:	15999.36	21.02	1314.05
Расход
Сток после первой песколовки	15998.78	20.79	1299.47
Осадок	0.58	0.23	396551.7
Всего:	15999.36	21.02

1.4.3 Материальный баланс узла первичного отстаивания стоков

Объем улавливаемого всплывающего осадка по формуле:

,

где q - норма задержания всплывающих веществ, равная 2 л/(чел год); N - приведенное число жителей.

Масса всплывающих веществ по формуле:

,

где - плотность всплывающих веществ, равная

Масса сухого осадка улавливаемого в отстойнике:

,

где - влажность.

Масса взвешенных веществ, перешедших в сырой осадок:

где С - концентрация поступающих в отстойник взвешенных веществ, мг/л; Э - эффект чистки сточных вод, равный 0.5; К - коэффициент, учитывающий увеличение объема осадка за счет крупных фракций взвешенных веществ, не улавливаемых при отборе проб для анализа, и принимаемый равным 1.1; Q - расход сточных вод .

Объем улавливаемого отстойниками сырого осадка:

где - плотность сырого осадка, принимаемая 1 т/м; w - влажность сырого осадка, равная 95%.

По той же методике рассчитываем и для других отстойников.

Объем улавливаемого всплывающего осадка по формуле:

,

Масса всплывающих веществ по формуле:

,

Масса сухого осадка улавливаемого в отстойнике:

,

Масса взвешенных веществ, перешедших в сырой осадок:

Объем улавливаемого отстойниками сырого осадка:

Объем улавливаемого всплывающего осадка по формуле:

,

Масса всплывающих веществ по формуле:

,

Масса сухого осадка улавливаемого в отстойнике:

,

Масса взвешенных веществ, перешедших в сырой осадок:

Объем улавливаемого отстойниками сырого осадка:

Объем улавливаемого всплывающего осадка по формуле:

,

Масса всплывающих веществ по формуле:

,

Масса сухого осадка улавливаемого в отстойнике:

,

Масса взвешенных веществ, перешедших в сырой осадок:

Объем улавливаемого отстойниками сырого осадка:

.

Объем улавливаемого всплывающего осадка по формуле:

,

Масса всплывающих веществ по формуле:

,

Масса сухого осадка улавливаемого в отстойнике:

,

Масса взвешенных веществ, перешедших в сырой осадок:

Объем улавливаемого отстойниками сырого осадка:

.

Таблица 4. Сводная таблица материального баланса узла первичного отстаивания стоков

Потоки	Объем стока,	Взвешенные вещества
Приход
Сток, поступающий на первый отстойник	15998.78	20.79	1299.47
Всего:	15998.78	20.79	1299.47
Расход
Сток после первого отстойника	15770.02	9.32	590.99
Всплывающие примеси	0.16	0.0384	240000
Сырой осадок	228.6	11.43	50000
Всего	15998.78	20.79
Всего:	69922.7017	22.53347	322.126043
Приход
Сток, поступающий на второй отстойник	15770.02	9.32	590.99
Всего:	15770.02	9.32	590.99
Расход
Сток после второго отстойника	15667.46	4.16	265.52
Всплывающие примеси	0.16	0.0384	240000
Сырой осадок	102.4	5.12	50000
Всего	15770.02	9.32
Приход
Сток, поступивший на третий отстойник	15667.46	4.16	265.52
Всего	15667.46	4.16	265.52
Расход
Сток после третьего отстойника	115621.5	1.83	117.15
Всплывающие примеси	0.16	0.0384	240000
Сырой осадок	45.8	2.29	50000
Всего	15667.46	4.16
Приход
Сток, поступивший на четвертый отстойник	15621.5	1.83	117.5
Всего	15621.5	1.83	117.5
Расход
Сток после четвертого отстойника	15601.14	0.78	49.99
Всплывающие примеси	0.16	0.0384	240000
Сырой осадок	20.2	1.01	50000
Всего	15621.5	1.83
Приход
Сток, поступивший пятый отстойник	15601.14	0.78	49.99
Всего	12601.14	0.78	49.99
Расход
Сток после пятого отстойника	15592.38	0.31	19.98
Всплывающие примеси	0.16	0.0384	240000
Сырой осадок	8.6	0.43	50000
Всего	15601.14	0.78

1.4.4 Материальный баланс узла фильтрования

Количество осадка, образующегося в фильтрах за одни сутки:

,

где - расход сточной воды, , - степени очистки песколовки, - концентрация взвешенных веществ,.

Объем улавливаемого всплывающего осадка по формуле:

.

Масса сухого осадка улавливаемого в отстойнике:

,

где - влажность.

Таблица 5. Сводная таблица материального баланса узла фильтрования.

Потоки	Объем стока,	Взвешенные вещества
Приход
Сток на фильтре	15592.38	0.31	19.98
Всего:	15592.38	0.31	19.98
Расход
Сток после фильтра	15591.89	0.19	12.18
Отбросы	0.49	0.12	244897.9
Всего:	15592.38	0.31

1.4.5 Материальный баланс процесса нейтрализации

Нейтрализация едкого натра осуществляется при помощи серной кислоты:

По условию, концентрация едкого натра равна . Тогда можно найти массу едкого натра:



где - концентрация едкого натра, равная ; - масса едкого натра; - объем едкого натра, равная ; - молярная масса едкого натра, равная ; - молярная доля едкого натра, .

.

Берем серную кислоту с концентрацией равной 75%, в связи с тем, что эта кислота является наиболее дешевым и доступным для промышленности и тогда можно найти массу для этой кислоты:

.

Для того, чтобы найти массу 75%-ной кислоты нужно составить пропорцию:

,

значит:

,

отсюда:

,

где , а уже .

В процессе нейтрализации образуется соль, массу которой можно найти при помощи молярной массы:

.

Вода, которая образуется в продукте:

Таблица 6. Сводная таблица материального баланса процесса нейтрализации

Приход	Расход
Вещества	Масса,	Вещества	Масса,
	40		71
	49		34.3
	16.3	-	-
Всего:	105.3	Всего:	105.3

2. Технико-технологические расчеты

2.1 Расчёт решетки

Расчет выполнен по методике, приведенной в [7].

Суммарная площадь живого сечения решеток обозначается . Задаваясь числом решеток можно найти площадь одной решетки:

,

где - скорость движения жидкости в зазорах решетки, ; - расход сточной воды, .

Определяем число прозоров между прутьями решетки по формуле:

,

где - ширина прозоров между прутьями, ; - глубина водоема, ; - скорость потока воды, .

Вводим коэффициент засорения решетки . Тогда . Толщину стержней принимаем . Общая ширина решетки определяется по формуле:

.

Полезная длина стержней решетки составит:

,

где - глубина водоема.

Над решеткой необходимо предусмотреть лоток для сбора загрязнений, счищаемых механическими граблями. Поэтому стержни решетки должны выступать над поверхностью воды на величину . Примем . Тогда длина стержней будет равна:

.

Расчёт песколовки

Расчет выполнен по методике, приведенной в [1].

Средний секундный расход на очистную стадию:

Где Q - расход сточной воды, .

Максимальный секундный расход:

где К - коэффициент неравномерности, равный 1.58

Принимаем три рабочих отделения песколовки и одно резервное.

Площадь живого сечения каждого отделения:

где - максимальный расход сточных вод на одно отделение, ;

- средняя скорость движения воды, м/с; - количество отделений.

Принимаем глубину проточной части =0.67 м

Ширина отделений:

.

Принимаем ширину отделений

При этом наполнение в песколовке при максимальном расходе равно:

.

При принятом диаметре частиц песка , длина песколовки составит:

,

где - глубина проточной части песколовки при максимальном расходе, ;

- коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок ; - гидравлическая крупность песка расчетного диаметра .

Общая площадь рабочих песколовок в плане:

,

где - число отделений.

Объем осадка, улавливаемый за сутки:

,

где - приведенное число жителей; - объем песка, задерживаемого в песколовках для бытовых сточных вод.

При выгрузке осадка 1 раз в сутки максимальная высота слоя осадка в песколовке:

где =3 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения осадка по площади песколовки.

Расчет выполнен в предложении, что в бункер осадок непосредственно не поступает.

Для поддерживания в песколовке постоянной скорости на выходном канале запроектируем водослив с широким порогом без донного выступа. Минимальный секундный расход воды в песколовке:

где - общий минимальный коэффициент неравномерности, равный 0.6

Минимальное наполнение:

Отношение максимального расхода к минимальному:



Перепад между дном песколовки и порогом водослива:

Ширина водослива:

где m - коэффициент расхода водослива. Зависящий от условий бокового сжатия, равный 0.35-0.38; g - ускорение свободного падения.

Потерями напора от песколовки до водослива пренебрегаем.

Расчёт стадии нейтрализации

Расчет выполнен по методике, приведенной в [6].

Для нейтрализации щелочных сточных вод, где , выбираем реагентную нейтрализацию, в качестве нейтрализующего реагента принимаем техническую серную кислоту с концентрацией активной части.

Так как количество реагента рассчитывается для определенной объёмной скорости сточной воды, то при переменном потоке необходим установить усреднитель перед нейтрализацией. В нашем случае поток сточной воды постоянен, поэтому усреднитель не требуется.

Количество серной кислоты необходимой для нейтрализации:

,

,

где - содержание едкого натра с сточных водах, ; - удельной расход серной кислоты на нейтрализацию едкого натра; - концентрация серной кислоты, в процентах.

Скорость подачи реагента:

.

Смешение реагента со сточной водой происходит в камере смешения, в нашем случае выбираем лоток «Паршаля».

Размеры для смесителя выбираем исходя из расхода сточной воды [6].

Если пропускная способность равна 70000 , то:

,

где - средняя скорость движения воды, ; - вязкость среды, ;

- плотность сточной воды, .

Удельная шероховатость:

Коэффициент трения:

Контакт реагента со сточной жидкостью, необходимый для завершения реакции, осуществляется в специальных камерах реакции -- нейтрализаторах. В нашем случае нейтрализатор совмещен с первичным отстойником.

Расчёт отстойника

Расчет выполнен по методике, приведенной в [6].

Количество сточной воды, которая поступает в отстойник с учётом объёма реагента:

,

где - объем серной кислоты, необходимый для нейтрализации едкого натра.

Для данного количества сточных вод выбираем горизонтальный отстойник, номер типового проекта: 902-2-305 [6].

Таблица 7 - Техническая характеристика горизонтального отстойника (номер типового проекта: 902-2-305).

Размеры отделения, м	Число отделений	Объём отстойника, м3	Пропускная способность (в м3/ч), при времени отстаивания 1,5 ч
Ширина	Длина	Глубина зоны отстаивания
9	30	3,1	6	4800	3200

Таким образом, выбрав отстойник, необходимо выполнить проверочный расчёт.

2.2 Проверочный расчёт

Длина отстойника:

,

где

Ширина отстойника:

.

Расчётная длина и высота отстойника совпадают с предлагаемыми параметрами типового проекта с незначительными отклонениями.

Проверочный расчёт скорости течения жидкости:

.

Ввиду не превышения расчётной скорости воды более допустимой, следовательно, аппарат выбран правильно.

2.3 Конструктивный расчёт

Лоток, подводящий воду:

Площадь сечения:

.

Распределительный лоток:

Площадь сечения:

.

Иловая труба:

Диаметр трубы:

.

Труба аварийного сброса:

.

Отводящий трубопровод очищенной воды:

.

Расчёт фильтра

Расчет выполнен по методике, приведенной в [6].

Берем стандартный фильтр с определенным расходом сточной воды, равной 2910 или 69862,6. Тогда типоразмер - ; число поясов барабана - ; площадь фильтрации - ; скорость вращения барабана -; мощность электродвигателя - ; мощность бактерицидных ламп -; масса -; длина, ширина, высота: .

Расчёт площадки обезвоживание осадка

Расчет выполнен по методике, приведенной в [1].

Находим массу осадка, образующегося после всех очистных оборудовании. Для этого нужно знать: масса осадка после решетки (); масса осадка после первой песколовки (); масса осадка после второй песколовки (); масса осадка после первого отстойника (); масса осадка после второго отстойника (); масса осадка после третьего отстойника (); масса осадка после четвертого отстойника (); масса осадка после пятого отстойника (); масса после шестого отстойника (); масса осадка после фильтра (). Тогда:

Так как:

,

где - высота площадки, ; - ширина площадки, ; - длина площадки, .

Можно предположить, что .

Расчёт эффективности очистки

Расчет выполнен по методике, приведенной в [6].

Таблица 8. Общие требования к водным объектам

Показатель	Требования
Взвешенные вещества	1 При сбросе возвратных (сточных) вод конкретным водопользователем, производстве работ на водном объекте и в прибрежной зоне содержание взвешенных веществ в контрольном створе (пункте) не должно увеличиваться по сравнению с естественными условиями более чем на . 2 Для водоемов, содержащих в межень более природных взвешенных веществ, допускается увеличение содержания их в воде в пределах .
Водородный показатель (рН)	Не должен выходить за пределы 7,5-8,5

Конечная концентрация взвешенных веществ

Вывод: так как средняя концентрация взвешенных веществ в водоёмах составляет , а конечная концентрация после химической очистки значительно ниже, следовательно, предложенная технология обеспечивает необходимый уровень очистки.

2.4 Укрупненная оценка ущерба при загрязнении сточных вод

Расчет выполнен по методике, приведенной в [8].

Капитальные затраты на строительство очистных сооружений , эксплуатационные - ().

Коэффициенты кратности неочищенного стока:

.

Коэффициенты кратности очищенного стока:

.

Потенциальный ущерб:

.

Фактический ущерб:

.

Предотвращённый ущерб:

.

Экономический эффект:

.

Список литературы

1 Ахмадуллина, Ф.Ю. Расчёт материального баланса и основного оборудования процессов водоочистки / Ф.Ю. Ахмадуллина, Р.К. Закиров - Казань, 2007. - 120 с.

2 Базотов, В.Я. Основные требования к оформлению дипломных проектов / В.Я. Базотов , В.И.Сосновский, С.В.Степанова - Казань, 2006. - 40 с.

3 Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии / Ю.И. Дытнерский - М.: Альянс, 2007. - 494 с.

4 Мухутдинов, А.А. Экология / А.А. Мухутдинов, О.А.Сольяшинова, С.В. Фридланд - Казань, КГТУ, 2009. - 460 с.

5 Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов - Л.: Химия, 2006. - 560 с.

6 Тимонин, А.С. Инженерно-технологический справочник / А.С. Тимонин - Калуга: Изд-во Бочкаревой Н.Ф. Т.2. 2003. - 884 с.

7 Степанова, С.В. Процессы и аппараты защиты гидросферы / С.В.Степанова, С.М.Романова, А.Б.Ярошевский - Казань : КГТУ, 2010. - 319с.

8 Фридланд, С.В. Промышленная экология / С.В. Фридланд, Л.В.Ряписова, Н.Р.Стрельцова, Р.Н.Зиятдинов - Казань, КГТУ, 2008

9 ГОСТ 2.312-72 ЕСКД. Условные изображения

10 ГОСТ 2.306-68 ЕСКД. Обозначения графические

11 ГОСТ 14202-69 Трубопроводы промышленных предприятий

12 ГОСТ 2.104-68 - ЕСКД. Основные надписи

13 ГОСТ 2.305 - 68 - ЕСКД. Изображение - виды, размеры, сечения.

14 ГОСТ 2.109 - 73 - ЕСКД. Основные требования

Размещено на Allbest.ru