Основы проектирования природоохранных систем и сооружений

Через нижнюю часть биофильтра противотоком жидкости продувается воздух. В период паузы между циклами орошения сорбирующая способность биоплёнки восстанавливается. Срок службы биофильтров значителен и составляет от десятков лет до полувека.При необходимости дополнительной очистки сточных вод применяется метод хлорирования с целью удаления остаточных химических загрязнений.Сточные воды перемещаются между аппаратами в указанной на схеме последовательности. Соответственно, друг за другом следуют аппараты узла очистки от взвешенных веществ и узла очистки сточных вод от химических загрязнений.3РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ3.1 Расчет материального баланса очистки сточных водПроведем подбор технологического оборудования и составление примерной технологической схемы очистки сточных вод.Приведемрасход сточных вод:Qсв= 2100 м3/сут = 2100/24 = 87,5 м3/чОпределим долю поллютанта по категории загрязнения:1. Песок (очищается в песколовках):где х1 – процентное содержание класса взвешенных веществ, для песка принято равным40%.= 176,0 мг/л2. Средневзвешенные вещества (очистка в вертикальном отстойнике): где х2 – процентное содержание класса взвешенных веществ, для средних веществ составляет 20%.= 88,0 мг/л3. Мелкодисперсные вещества (удаляются при помощи физико-химической очистки сточных вод)где х3 – процентное содержание класса взвешенных веществ, для мелкодисперсных веществ составляет 40%.= 176,0 мг/лЭффективность принятых к установке песколовок с круговым движением воды составляет Э1 = 92%. Определим количество отбросов, выделенных на данной степени очистки:161,92 мг/лОстаток составит:с1(ост) = 176,0 – 161,92 = 14,08 мг/лДля данной технологической схемы выбран наиболее оптимальный вертикальный отстойник, представляющий собой крупный резервуар с коническим днищем, производительностью 2…20 тыс. м3/сут. Эффективность вертикальных отстойников находится в пределах Э2 = 60…85 = 80%. Найдем количество отбросов, осевших на данной стадии: = 81,66 мг/лОстатоксоставит:с2(ост) = 88,0 + 14,08 – 81,66 = 20,42 мг/лДля данной технологической схемы выбран наиболее оптимальный смеситель с камерой хлопьеобразования с эффективностью очистки по взвешенным веществам Э3 = 95%. = 186,60 мг/лОстаток составит:с3(ост) = 176,0 + 20,42 – 186,60 = 9,82 мг/лПолученное значениес3(ост) = 9,82 мг/л существенно меньше требуемого значенияПДС = 200 мг/л, следовательно, эффективность предложенной схемы очистки сточных вод от взвешенных веществ удовлетворяет требованиям задания.Рассчитаем эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов и ПАВ в нефтеловушках. Эффективность улавливания загрязнений (нефти и взвешенных частиц) в нефтеловушках не превышает 50.. .60%. Определим количество отбросов, выделенных на данной степени очистки:где с4 – содержание нефтепродуктов в сточных водах, 350 мг/л.=210 мг/лс4(ост) = 350,0 – 210 = 140 мг/лЭффективность улавливания загрязнений (ПАВ) в узле очистки сточных вод от взвешенных частиц (блок из песколовки, нефтеловушки и отстойника) составляет 10-20%.где с5 – содержание нефтепродуктов в сточных водах, 350 мг/л.=15 мг/лс5(ост) = 100,0 – 15 = 85 мг/лЭффективность удаления нефтепродуктов и ПАВ при пенной флотации составляет 90-95%, примем Э6 = 90%.Для нефтепродуктов:=126,0 мг/лс6н(ост) = 140,0 – 126,0 = 14,0 мг/лДля ПАВ:= 76,5 мг/лс6ПАВ(ост) = 85,0 – 76,5 = 8,5 мг/лЭффективность удаления нефтепродуктов и ПАВ на капельных биофильтрах составляет 95-98%, примем Э7 = 95%.= 13,3 мг/лс7н(ост) = 14,0 – 13,3 = 0,7 мг/л< ПДС – очистка достаточна=8,08 мг/лс4(ост) = 8,5 – 8,08 = 0,42 мг/л< ПДС – очистка достаточнаЭффективность удаления загрязнений БПК и фенолов при флотации составляет 60%, примем Э8 = 60%.=270 мг/лс8БПК(ост) = 450,0 – 270 = 180 мг/л=0,03 мг/лс8ф(ост) = 0,05 – 0,03 = 0,02 мг/лЭффективность удаления загрязнений БПК и фенолов на капельных биофильтрах составляет 60%, примем Э9 = 60%.=108 мг/лс9БПК(ост) = 180 – 108 = 72 мг/л=0,012 мг/лс9ф(ост) = 0,02 – 0,012 = 0,008 мг/лЭффективность удаления загрязнений БПК и фенолов при хлорировании составляет 90-96%, примем Э10 = 95%.=68,4 мг/лс10БПК(ост) = 72 – 68,4 = 3,60 мг/л=0,0076 мг/лс9ф(ост) = 0,008 – 0,0076 = 0,0004 мг/лДалее проведем расчеты оборудования технологической схемы.3.2 Расчет вертикального вихревого смесителяПринимаем два смесителя с расходом по Qч = 50,0 м3/ч (с запасом).Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:где Vв = 90100 м/ч – скорость восходящего движения воды=0,56 м2Сторона квадратной верхней части смесителя, м:=0,75 мДиаметр подводящего трубопровода, м:где - скорость потока сточных вод, 1,0 м/с= 0,13 м, принимаем 0,15 мПлощадь нижней части смесителя, м: м2Высота нижней части смесителя, м:где - величина центрального угла в смесителе, 45 град.;мОбъем пирамидальной части смесителя:м3Полный объем смесителя, м3:где t=1,5мин.-продолжительность смешения=1,25 м3Объем верхней части смесителя:1,25 – 0,17 = 1,08 м3Высота верхней части смесителя:=1,95 мПолная высота смесителя:h= 0,72 + 1,95 = 2,673.6 Расчет перегородчатой камеры хлопьеобразования c вертикальной циркуляциейПрименение камер с вертикальной циркуляцией воды целесообразно при расходе воды не менее 2000 м3/сутки.1) Объем камеры:где Т – время пребывания воды в камере, 20÷30 минм32) Площадь камеры:где Н – высота камеры хлопьеобразования, 3,5 м12,50м23) Площадь одной ячейки камеры:гдеv – скорость движения воды в камере принимаем 0,2 м/с (по СниПупринимаем в интервале v=0,2÷0,3 м/сек).= 0,12м24) Число ячеек в камере:.шт.В каждом ряду по ширине камеры размещается по 10 ячеек, а по длине Камеры располагается в каждом ряду по 10 ячеек.5) Общее число поворотов m потока в камере:где m– находится по СниПу, 8÷10.шт.Полная ширинаи длина камеры хлопьеобразования:В=10 ∙ 0,8= 8,0 м.L=10 ∙ 0,8= 8,0 м.Размеры каждой ячейки в плане: длина s= 0,8 м; ширина b=0,8 м (размеры ячеек не должны быть меньше 0,8 x 0,8 м).6) Действительная скорость движения воды в камере с учетом толщины перегородок при фактической площади ячейки f1=0,64 м2м/с7) Потеря напора в камере:м3.7 Расчет флотатораПримем к установке комбинорованныйреагентный флотатор-отстойник с блоком аэрации.Расход сжатого воздуха для аэратора принимается равным:где Р –давление в воздуховоде, принимаем 0,55 МПа, - объем сточных вод за сутки 2100 м3.Диаметр флотационной камеры определяется по формуле [25, c.236]:где - расход сточных вод, поступающих на флотатор, 2100/24 = 87,5 м3/ч, причем ;k – коэффициент периодичности работы флотатора, равный 3, - скорость движения воды во флотационной камере, принятая 10,8 м/ч [5].6,0 мРежим работы флотатора – периодический с рабочими циклами длительностью по 1,0 часа, что обусловлено необходимостью загрузки реагента-флокулянта и непостоянностью загрузки автомойки.Диаметр флотатора-отстойника определяем по формуле:где – скорость движения воды в отстойной зоне, равная 4,7 м/ч[6]; мНайдем высоту флотационной камеры:м, примем Н = 1,5 м.Принимаем к установке 1 флотатор и одну накопительную ёмкость объемом 100 м3.3.8Расчеткапельного биофильтраРассчитаем капельный биофильтр:а) Коэффициент эффективности биофильтра:, где L1–БПКполн, поступающих на очистку сточных вод, мг⋅О2/м3 ; L2–БПКполн выходящих сточных вод после очистных сооружений, мг⋅О2/м3;180/108 = 2,50б) Найдем высоту H и гидравлическую нагрузку q биофильтра (таблица. 2.1) по среднезимней температуре сточной воды Т и найденному значению k. Таблица 2.1Определение параметров биофильтровНайдем ближайшие значения kдля температуры 8 оС, получим Н=1,5м, q = 3 м3/(м2.сут).в) Найдем общую площадь биофильтра по соотношению:S = Q/q, где Q – среднесуточный расход очищаемых сточных вод, м3/сут.; q– гидравлическая нагрузка, м3/(м2⋅сут.);S = 2100/3 = 700 м2г) далее рассчитывают объем фильтрующей загрузки:V = Q(L1 – L2)/M, где L1–БПКполн, поступающих на очистку сточных вод, г⋅О2/м3; L2–БПКполн выходящих сточных вод после очистных сооружений, г⋅О2/м3; Q – среднесуточный расход сточных вод, м3/сут.; М – окислительная мощность на 1 м3 загрузки, 300 г⋅О2/(м3⋅сут.).V = 2100 .((180 – 108))/0,3 = 504 м3Окислительная мощность биофильтра зависит от температуры сточной воды и наружного воздуха, от характера загрязнений, материала загрузки, способа подачи воздуха и др. Примем три капельных биофильтра объемом 750 м3 производительностью по 700 м3 в сутки каждый.3.9 Расчет хлоратораУстановка для дезинфекции сточных вод хлором состоит из следующих элементов: расходного склада хлора, узлов испарения жидкого хлора, дозирования газообразного хлора и образования хлорной воды.Определение раствора хлора:где Дхл – доза хлора, принимается 3 г/м3;Определение дозы хлора в сутки:В хлораторной предусматривается установка двух хлораторов ЛОНИИ – 100К. Один хлоратор рабочий другой – резервный.Определим требуемое количество баллонов-испарителей на 1 час работы:где Sбал – выход из одного баллона, принимается 0,7 кг/ч= 1 шт.Принимаем баллоны вместимостью 40л.Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливаются бочки испарители диаметром D=0,746 м и длинной L=1,6м.Бочка имеет емкость 500л и вмещает до 625кг хлора. Съем хлора с 1 м2 боковой поверхности составляет Sб=3 кг/час. Боковая поверхность бочки при принятых размерах составит Fб=3,65м2. Таким образом, съем хлора с 1 бочки будет:qб=Fб∙Sбqб=3,65∙3=10,95кг/чДля обеспечения подачи хлора в количестве 0,26 кг/ч нужно иметь не менее одной бочки испарителя. Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов (ГОСТ 94957) емкостью 40 л, создавая разряжение в бочках путем отсоса хлор-газа эжектором. Это позволяет увеличить съем хлора до 5 кг/ч с одного баллона.В помещениях хлораторной должны находится также резервные баллоны в количестве не менее 50% суточной потребности. Поэтому принимается установка в количестве 5 расходных баллонов.Бочки размещаются в горизонтальном положении на платформе весов, что обеспечивает весовой контроль расхода хлора.Определение требуемого количества воды для получения хлорной воды:где qв – норма водопотребления, м3 на 1 кг хлора, принимаем 0,4м3/лЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате проведенных расчетовбыло установлено, что подбор аппаратов с заданной эффективностью очистки произведен верно. Это позволило достигнуть заданных норм сброса на выходе из технологической цепи. На выходе были получены показатели, полностью удовлетворяющие предъявляемым к производству нормам сброса.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВГН 2.1.5.1315-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.–М.: Минздрав России, 2003.–46с.Беликов С.Е. Водоподготовка. Справочник для профессионалов. Под ред. д. т. н., действительного члена Академии промышленной экологии С. Е. Беликова. – М.: Аква-Терм, 2007. – 240 с.Бобков А.С. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности. – М.: Химия,1997. – 400 c.Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты гидросферы. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. – 188 с.Воловник Г.И., Коробко М.И. Очистка промышленных сточных вод. Методические указания на выполнение курсового проекта. – Хабаровск: ДВГАПС, 1997. – 44 с.Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. Учебник для вузов. – М.: Изд-во АСВ, 2006. – 704 с.Грес Л.П. Энергоэффективность и защита окружающей среды. – Д.: Пороги, 2015. – 392 с.Инженерная экология: Учебник для ВУЗов/ В.Г.Медведев и др. – М.: Гардарики,2008. – 687 с.Мелехин, А.Г. Водоотводящие системы промышленных предприятий. Методы очистки воды при оборотном использовании: учебное пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 124 с.Никифоров А.Ф., Первова И.Г., Липунов И.Н., Василенко Л.В. Теоретические основы физико-химических процессов очистки воды. Учебное пособие. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ; УГЛТУ, 2008. – 168 с.