Нормативы предельно допустимых сбросов в водоемы

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный  архитектурно-строительный университет (ННГАСУ)»

 

Институт инженерно-экологических  систем и сооружений

 

 

Кафедра теплогазоснабжения

 

 

 

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовой работе «Экологическая оценка котельной установки»

 «Нормативы предельно допустимых сбросов в водоемы»

 

Выполнил                                                                     

студент 6 курса                                                                             О.Ю. Гусев

группы 7/08-2

 

Руководитель                                                                      А.В. Гордеев

                                                                  

 

 

 

 

Нижний Новгород

2013

 

Содержание

 Исходные данные……………………..............….…………………….…..3 

Расчет     водопотребления    котельной………………………….……......3

Выбор схемы и  подбор оборудования химводоочистки……....................5

Расчет расхода  сточных вод ……………………..………….…………..….8  

Расчет массы  загрязняющих веществ ………………….……….……........9

Сточные воды от продувки котлов……. …………………………….…...12

Расчет предельно  допустимого сброса загрязняющих веществ  в водный бассейн……………………………………………………….…………...13

Список использованных источников……………………………………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

Река-город                                   Обь- Новосибирск

Марка                                   ДЕ-6,5-13

Кол-во котлов                                         3

% возврата конденсата с производства                               65%

Расход пара на технологические нужды                              10т/ч

 

Водопотребление котельной

Годовой расход воды на котельную  складывается из расхода воды на заполнение системы теплоснабжения и добавочной воды:

,

где - расход воды на заполнение системы, , ;

- расход добавочной воды, , .

Заполнение системы теплоснабжения производится один раз в год в  начале отопительного периода. Расход воды на заполнение системы теплоснабжения определяется по формуле:

  ,

где  - объем воды в системе теплоснабжения, ;

- удельный расход воды в системе на тепловой мощности котельной. Для закрытых систем теплоснабжения принимается ;

где D, D_пр – соответственно расходы пара и продувочной воды, кг/с,                    в курсовой работе можно принять D_пр = 0,1D;

h^//, h^/, h_пв – энтальпия соответственно насыщенного пара, котловой и питательной воды, кДж/кг;

Часовой расход добавочной воды находится по формуле:

, ;

где - производительность водоподготовки, , ;

- расход воды на собственные  нужды котельной установки, , .

      Расход воды складывается из расхода воды на нужды водоподготовки, бытовые нужды, восполнение утечек и разбавление продувочной воды.

      Основными составляющими являются расход на собственные нужды водоподготовки, который при расчете водопотребления можно принять (15-20)%  от и расход воды на разбавление продувки.

      Производительность водоподготовки для производственно-отопительной котельной определяется по формуле:

  ,

где - расход воды возмещающий невозврат конденсата от технологических потребителей, , ;

- расход продувочной воды, , ;

- расход воды на подпитку тепловой сети, , .

      Расход воды на восполнение потерь конденсата

  ,

где -возврат конденсата;

- расход пара на технологические нужды,

      Расход продувочной воды определяется по формуле:

  ,

где - продувка котельного агрегата, %. Для котлов с давлением пара до ;

- паропроизводительность котельного агрегата, ;

- количество установленных котлов.

      Расход воды на разбавление продувочной воды до допустимой температуры в системе канализации .

 

где - температура продувочной воды . Принимается равной температуре котловой воды при отсутствии утилизации теплоты продувочной воды, в случае использования теплоты продувочной воды

- температура охлаждающей воды, . При использовании водопроводной воды принимается .

      Расход подпиточной воды для закрытой системы теплоснабжения определяется по формуле:

  ,

где  - объем воды в системе теплоснабжения, .

       Годовое  потребление воды на нужды  водоподготовки и собственные  нужды котельной установки определяется:

,

где - число часов использования установленной мощности котельной.

 

Выбор схемы обработки  исходной воды

      Выбор схемы  обработки воды для котлов  обуславливается:

• качеством воды подаваемой в котельную;
• требованиями к качеству пара, котловой и питательной воды  (для паровых котлов)

      Основные  показатели водно-химического режима  парового котла:

      - величина продувки котла;

      - содержание углекислоты в паре;

      - относительная  щелочность котловой воды.

      Наиболее  простым и дешевым методом  ионного обмена в котельных  установках является Na-катионирование. Применение этого метода в паровых котлах ограничено следующими показателями:

• процент продувки при рабочем давлении в котле до ;
• относительная щелочность котловой воды ;
• содержание углекислоты в паре .

Размер продувки:

где - сухой остаток обработанной воды

- доля обработанной воды в питательной

- сухой остаток котловой воды (прил. Б).

       Доля  обработанной воды в питательной определяется по формуле:

где - расход химобработанной воды;

Сухой остаток обработанной воды при Na-катионировании по отношению к сухому остатку исходной воды:

 

 

      Относительная щелочность котловой воды:

где

      Содержание углекислоты в паре:

при деаэрации питательной воды в деаэраторах с барботажем

_{т. к. все условия из трех не выполняются, то Na –катионирование для обработки воды не достаточно. Необходимо принять другой способ обработки}

 _{(Na-Cl – ионирование)}

 

Расчет и подбор основного оборудования химводоочистки

I стадия обработки (натрий-катионирование)

Натрий-катионитный фильтр подбирают по площади фильтрования (живое сечение фильтра):

где - скорость фильтрования ;

- производительность фильтров;

- количество фильтров

Ближайший типоразмер фильтра:

• площадь фильтрования 
• диаметр фильтра

Скорость фильтрования по типоразмеру фильтра:

нормальная скорость

максимальная скорость (при  регенерации одного из фильтров)

 

      Количество солей жесткости, удаляемое на натрий-катионитных фильтрах:

- общая жесткость воды поступающей на фильтр,

Число регенераций каждого  фильтра в сутки

где высота слоя катионита;

- рабочая обменная способность катионита при Na-катионировании, .

      Расход 100%-ной  поваренной соли на одну регенерацию  фильтра:

где - удельный расход соли на регенерацию обменной способности катионита.

 

II стадия обработки (натрий-хлор-ионирование)

Расчет водород – катионитного фильтра начинают с определения площади фильтрования (живое сечение фильтра) по формуле:

где - скорость фильтрования ;

- производительность фильтров;

- количество фильтров

ссылаясь на  предыдущий расчет типоразмер фильтра:

• площадь фильтрования 
• диаметр фильтра

Скорость фильтрования по типоразмеру фильтра:

нормальная скорость

максимальная скорость (при  регенерации одного из фильтров)

 

Кол-во удаляемых на хлор-ионитных фильтрах ионов НСО₃ определяется из уравнения:

где - бикарбонатная щелочность исходной воды;

- остаточная щелочность после  хлор-ионирования.

      Для паровых котлов принимается меньшее значение  определенное по формулам:

где - допускаемое солесодержание котловой воды (прил. Б);

- доля химически обработанной  воды в питательной.

Число регенераций хлор-ионитного фильтра в сутки

(1 раз в 3-4 суток)

где высота слоя анионита;   высота слоя ионита;

- рабочая обменная способность анионита АВ-17 по иону НСО₃.

      Расход  соли на одну регенерацию хлор-ионитного фильтра:

где - удельный расход соли на

 

 

Расчет расхода  сточных вод

I стадия обработки (натрий-катионирование)

      Расход  воды на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра складывается из расходов воды на взрыхляющую промывку, приготовление регенерационного раствора и отмывку катионита от продуктов регенерации.

      Расход воды на одну взрыхляющую промывку фильтра:

где интенсивность взрыхляющей промывки фильтров (табл. 3.3)

 продолжительность взрыхляющей промывки, табл. 3.3

      Расход воды на приготовление регенерационного раствора соли:

      _{Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации:}

удельный расход на отмывку анионита, , табл. 3.3.

      Расход  воды на одну регенерацию натрий-катионитного фильтра составляет:

      _{Часовой расход сточных вод от натрий-катионитных фильтров:}

 

II стадия обработки (натрий-хлор-ионирование)

      Расход воды на одну регенерацию натрий-хлор-ионитного фильтра складывается из расходов воды на взрыхляющую промывку, приготовление регенерационного раствора и отмывку катионита от продуктов регенерации.

      Расход воды на одну взрыхляющую промывку фильтра:

где интенсивность взрыхляющей промывки фильтров (табл. 3.5)

 продолжительность взрыхляющей промывки, (табл. 3.5)

      Расход воды на приготовление регенерационного раствора соли:

 - плотность регенерационного раствора серной кислоты, т/м³

 т/м³

      _{Расход воды на отмывку анионита от продуктов регенерации:}

удельный расход на отмывку анионита, , табл. 3.6.

      Расход  воды на одну регенерацию натрий-хлор-ионитного фильтра составляет:

      _{Часовой расход сточных вод от натрий-хлор-ионитных фильтров:}

 

 

 

 

 

Расчет массы  загрязняющих веществ

а) Регенерация  фильтров

I стадия обработки (натрий-катионирование)

В процессе регенерации натрий-катионитных фильтров в дренаж сбрасываются: избыток поваренной соли NaCl; продукты регенерации катионита CaCl₂ и MgCl₂; возможно присутствие измельченного катионита.

      Масса сбрасываемых  веществ подсчитывается в целом  за одну регенерацию фильтра (включая взрыхление и промывку).

      Сбрасываемый избыток соли за одну регенерацию:

где - удельный расход соли на одну регенерацию катионита, из расчета водоподготовительной установки, ;

- объем катионита загруженного в фильтр, ;

- рабочая обменная способность  катионита, _;

_{- эквивалентная масса NaCl (теоретически необходимая), расходуемая на регенерацию 1 г-экв солей жесткости.}

      _{Масса соли,  сбрасываемой от натрий-катионитных фильтров в час:}

где - число регенераций натрий-катионитного фильтра в сутки, раз/сут.

Содержание Cа=30,2мг/кг мg=9,3/кг

      Масса солей жесткости, сбрасываемых в дренаж за одну регенерацию фильтра:

      _{Масса CaCl2, сбрасываемого за одну регенерацию фильтра:}

_{где - доля солей кальция в общем количестве сбрасываемых солей жесткости.}    

      _{Масса MgCl2, сбрасываемого за одну регенерацию фильтра:}

_{где - доля солей магния в общем количестве сбрасываемых солей жесткости.}

      _{и принимаются аналогично соотношению солей кальция и магния в жесткости исходной воды.}

      _{Масса CaCl2 и MgCl2 сбрасываемых от водоподготовительной установки в час, определяются по формулам:}

 

где и - соответственно эквивалентные массы CaCl₂ и MgCl₂.

      Годовой сброс измельченного катионита:

где - насыпная масса катионита,

- количество установленных фильтров

- механический износ катионита (10-20%)

 

 

II стадия обработки (натрий-хлор-ионирование))

           При регенерации натрий-хлор-ионитных фильтров в дренаж сбрасываются: избыток поваренной соли NaCl, продукты регенерации анионита Na₂SO₄, NaHCO₃.

      Сбрасываемый избыток соли за одну регенерацию натрий-хлор-ионитного фильтра:

где - удельный расход соли на одну регенерацию анионита, из расчета водоподготовительной установки, ;

- объем анионита загруженного в фильтр, ;

- рабочая обменная способность  анионита при хлор-ионировании по HCO₃^-, _;

_{- эквивалентная масса NaCl (теоретически необходимая), расходуемая на регенерацию 1 г-экв солей жесткости.}

- производительность всех хлор-ионитных фильтров, ;

- содержание сульфат-иона в исходной воде, ;

- количество регенераций хлор-ионитного фильтра в сутки.

      Избыток  соли, сбрасываемый от регенерации натрий-хлор-ионитных фильтров:

      Количество сбрасываемого в час при регенерации сульфата натрия:

где - эквивалентная масса Na₂SO₄.

      Количество сульфата натрия сбрасываемого за одну регенерацию:

      Количество NaНСO₃ сбрасываемого за одну регенерацию:

      Количество NaНСO₃ сбрасываемого от натрий-хлор-ионитных фильтров в час:

где - эквивалентная масса NaHCO₃

б) Сточные воды от продувки котлов

      В котловой  воде паровых котлов в результате  обработки воды остаются только  легко растворимые соли натрия. Анионный состав питательной воды, обуславливаемый качеством исходной воды и примененными методами ее обработки, может быть следующим:

.

      Анионы и , содержащиеся в исходной воде в небольших количествах, практически не влияют на водный режим котлов и в расчете не отражаются.

      В паровом котле все катионы и анионы, содержащиеся в химически очищенной воде, кроме бикарбонат-иона не претерпевают химических изменений. Бикарбонат натрия, составляющий щелочность химически очищенной воды, при нагревании в деаэраторе и затем в котле разлагается на и .

      Содержание сульфата натрия в питательной воде:

       хлористого натрия

где

     

 

      Щелочность  питательной воды:

      В паровом  котле питательная вода испаряется, при этом концентрация солей увеличивается до пределов, допустимых конструкцией котла. Коэффициент упаривания котловой воды – величина, характерная для данной конструкции котла:

где - солесодержание котловой воды для котлов (1,4 МПа)

- солесодержание питательной  воды.

      Количество веществ, сбрасываемых с продувочной водой котлов:

 

Расчет предельно  допустимых сбросов котельной

 

      Предельно  допустимым сбросом (ПДС) вещества  называется масса вещества в сточных водах максимально допустимая к отведению в водный бассейн в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном створе.

      Исходными данными для расчета ПДС котельной установки являются:

• максимальный расход сточных вод от установки ХВО;
• максимальный расход продувочных вод;
• количество загрязняющих веществ в сточных водах ХВО;
• количество загрязняющих веществ в сточных водах.

Расчет ПДС  для каждого из веществ:

 

где - расход сточных вод от -го источника загрязнения (водоподготовка, продувка и др.),

      _{Часовой расход сточных вод от натрий-катионитных фильтров:}

      _{Часовой расход сточных вод от} натрий-хлор-ионитных _{фильтров:}

     Расход разбавленой до продувочной воды:

   

      При сбросе  в канализацию  принимается в зависимости от состояния водоема, но учитывает все сбросы в систему канализации до и после анализируемого источника.

 

Концентрация  загрязняющего вещества от каждого  источника:

,

где -количество i-го вещества в стоке,

Водоподготовка

 

  С_пдс=350

  С_пдс=500

Полученное значение концентрации сопоставляется с допустимой в сбросе.

      Если концентрация загрязняющего вещества > , то необходимо выполнение природоохранных мероприятий. К ним относятся проектирование очистных сооружений, специальное устройство выпуска и разбавления сточных вод.

      Разбавление может быть осуществлено:

- непосредственно в системе  образования сточных вод;

- в системе водоотведения.

      Необходимая  степень разбавления стоков до  достижения ПДК каждым из загрязняющих  веществ определяется:

  

= С_CI / С_пдс =1724/350=4,9

 

      Расчетный  расход сточных вод для достижения  ПДК принимается по наибольшей  кратности разбавления:

где n-максимальная степень разбавления стоков.

 

G_i^разб = n × SG_i = 4,9 × 4,75 = 23 м³/ч

 

 

= / С_пдс = 574/500=1,15

 

      Расчетный  расход сточных вод для достижения  ПДК принимается по наибольшей  кратности разбавления:

где n-максимальная степень разбавления стоков.

 

G_i^разб = n × SG_i = 1,15 × 4,75 = 6 м³/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1. СНиП II - 35 - 76 Котельные установки. М., 1977.
2. СНиП 2.04.07 - 86* Тепловые сети. М., 1994.
3. Пособие к СНиП 11-01-95 по разработке раздела проектной документации «Охрана окружающей среды». М., 2000.
4. ГН 2.1.5.689-98 Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М., 1998.
5. Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие уста-

     новки. - М.: Стройиздат, 1986 - 559 с.

6. Справочник по котельным установкам малой производительности/Под ред. К.Ф.Роддатиса. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -488 с.
7. Лифшиц О. В.  Справочник по водоподготовке котельных установок - М.: Энергия, 1976-286 с.