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 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 технологических процессах источниками сточных вод являются: 1) воды, образующиеся при протекании химических реакций (они загрязнены исходными веществами и продуктами реакции);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 bобщ - концентрация взвешенных веществ в общем стоке сточных вод, 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; 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. Предельно допустимое содержание сульфата натрия в спускаемых водах в водоем определяется по формуле[11, c.30]: , (34) где Спр.доп - допустимое увеличение содержания сульфата натрия в водоеме хозяйственно-питьевого водоснабжения после спуска сточных вод, определяемое по специальным таблицам: Спр.доп =500 мг/л=500 г/м3 . а - коэффициент смешения сточных вод с водой водоема; Необходимая степень очистки сточных вод по растворенному в воде водоема кислороду определяется по формуле[11, c.
План
Содержание сульфата натрия в общем стоке сточных вод определяется по формуле[11, c.18]:
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: 1) воды, образующиеся при протекании химических реакций (они загрязнены исходными веществами и продуктами реакции);
2) воды, находящиеся в виде свободной и связанной влаги в сырье и исходных продуктах и выделяющиеся в процессе переработки;
3) промывные воды после промывки сырья, продуктов и оборудования;
4) маточные водные растворы;
5) водные экстракты и абсорбенты;
6) воды охлаждения;
7) 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].
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.
Список литературы
b =1,84 г/м3 < bct=40,83 г/м3;
L = 288г/м3 < Lct=467 г/м3;
K = 0,43г/м3 < Кст=27,39 г/м3;
С =74,3 г/м3 < Сст=77,2 г/м3.
Следовательно, условия очистки сточных вод по взвешенным веществам, СПАВ, БПКПОЛН 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.
6.5 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 bct= 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 Lct= 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 Кст= 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 Сст= 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
6.6.1 Расчет приемной камеры
Выбор типоразмера камеры в зависимости от пропускной способности, диаметра и количества напорных трубопроводов производится по таблице 3 [4, с.42]
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]
6.6.3 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, м Число решеток-ДРОБИЛОКСКОРОСТЬ движения жидкости в щели, м/с рабочая резервная общее
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 10 составляет 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
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]
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.
6.6.6 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.
6.6.8 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]:
(65) 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.
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):
6.6.11 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.
6.6.12 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) t - 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)
N1 - 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;
a - 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
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: ;
T0 - 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]
6.6.13 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.
2. Калицун В.И. Основы водоснабжения и канализации. Учеб. пособие для техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М., Стройиздат, 1977. - 207 с.
3. Карюхина Т.А. Контроль качества воды / Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова. - М.: Стройиздат, 1977. - 532 с.
4. 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.
6. Проскуряков В.А. Очистка сточных вод в химической промышленности / В.А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. - Л.: Химия, 1977. - 464 с.
7. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник / А.С. Тимонин. - Калуга: Издательство Н.Ф. Бочкаревой, 2003. - Т. 2 - 884 с.
8. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического оборудования: справочник / А.С. Тимонин. - Калуга: Издательство Н.Ф. Бочкаревой, 2002. - Т. 3. - 966 с.
9. Проектирование и расчет очистных сооружений / Л.А. Кульский, М.Н. Булава, Г.И. Смирнов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев, 1972. - 424 с.
10. 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.
12. Канализация/ С.В. Яковлев, А.И. Жуков, С.К. Колобанов и др. - М., Стройиздат, 1975 - 632 с.
