Пример расчета необходимой степени очистки и выбор состава очистных сооружений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  АРХИТЕКТУРЫ И

СТРОИТЕЛЬСТВА

Факультет заочного и открытого  образования

Факультет заочного и открытого  образования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Проектирование  природоохранных сооружений»

на тему:

«Пример расчета необходимой степени очистки и 
выбор состава очистных сооружений »

«Пример расчета необходимой степени очистки и 
выбор состава очистных сооружений »

Автор работы   КолмаковР.А.

(подпись) и.о. фамилия

Руководитель работы Ладайкина И.Г.

(подпись) и.о. фамилия

Работа защищена 

(дата)

Оценка 

Пенза 2008г.

Содержание

Введение.....   ..     *

Теоретическая часть «Очистка сточных  вод»      

Исходные данные для проектирования 

Определение расчетных расходов и  концентрации загрязнений в сточных 
водах     о.    

Расчет по допустимой концентрации растворенного кислорода.  

Биохимическая потребность в кислороде.    

Технологическая схема очистных сооружений     

Заключение     

Список литературы 

Введение

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с. территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

Объектами водоотведения являются здания различного назначения, а также вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки, промышленные предприятия, санитарно-курортные комплексы и т.п.

В зависимости от происхождения  вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории: бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий); производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых); атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей).

В практике используется также понятие  городские сточные воды, которые  представляют собой смесь бытовых  и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные  сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое  распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Теоретическая часть «Очистка сточных  вод"

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень загрязнения точных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единицу объема мг/л или г/куб, м. Состав сточных вод регулярно анализируется.

Проводятся санитарно-химические анализы по определению: величины ХПК (общая концентрация органических веществ); ВПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем); концентрация взвешенных веществ; активной реакции среды; интенсивности окраски; степени минерализации; концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др.

Наиболее сложны по составы сточные  воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных вод влияет вид перерабатываемого сырья, технологический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др. Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов. Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых веществ. Поскольку производственные сточные воды представляют собой наибольшую опасность для водоемов, мы рассмотрим их более подробно.

Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно  чистые). Загрязненные производственные сточные воды подразделяются на три группы:

1. Загрязненные преимущественно  минеральными примесями (предприятия  металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и

з

материалов, минеральных удобрений  и др.).

2. Загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности; заводы по производству каучука, пластмасс и др.).
3. Загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и др.).

Кроме вышеуказанных 3 групп загрязненных производственных сточных вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений.

Производственные сточные воды могут различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности  и т.д.

Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных научных исследований как в лабораторных, так и полупроизводствеиных условиях.

Количество производственных сточных  вод определяется в зависимости  от производительности предприятия  по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. Норма водопотребления — это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии.

В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как  правило, имеется несколько водоотводящих  сетей. Незагрязненные нагретые сточные  воды поступают на охладительные установки (брызгальные бассейны, градирни, охладительные пруды), а затем возвращаются в систему оборотного водообеспечения, Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям.

Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается  такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом  ее использования и процентом ее потерь»

Для промышленных предприятий составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды потерь, сбросы и  добавление компенсирующих расходов воды в систему.

Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения населенных пунктов и промышленных предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли народного хозяйства, отраслей промышленности и схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам. При выборе систем и схем водоотведения должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации их работы.

При выборе системы и схемы водоотведения промышленных предприятий необходимо учитывать:

1. требования к качеству воды, используемой в различных технологических процессах;
2. количество, состав и свойства сточных вод отдельных производственных цехов и предприятия в целом, а также режимы водоотведения;
3. возможность сокращения количества загрязненных производственных сточных вод путем рационализации технологических процессов производства;
4. возможность повторного использования производственных сточных вод в системе оборотного водообеспечения или для технологических нужд

другого производства, где допустимо  применять воды более низкого  качества;

5. целесообразность извлечения и использования веществ, содержащихся в сточных водах;
6. возможность и целесообразность совместного отведения и очистки сточных вод нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также возможность комплексного решения очистки сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов;
7. возможность использования в технологическом процессе очищенных бытовых сточных вод;
8. возможность и целесообразность использования бытовых и производственных сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур;
9. целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных цехов предприятия;
10. самоочищающую способность водоема, условия сброса в него сточных вод и необходимую степень их очистки;
11. целесообразность применения того или иного метода очистки.

Водоемы загрязняются в основном в  результате спуска в них сточных  вод от

промышленных предприятий и  населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д.

Общие условия выпуска сточных  вод любой категории в поверхностные  водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение

качества воды в водоемах, однако, это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности  дальнейшего использования водоема  в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.

Наблюдение за выполнением условий  спуска производственных сточных вод  в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими  станциями и бассейновыми управлениями.

Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно- бытового водопользования устанавливают качество воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду - участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.

Отнесение водоемов к тому или иному  виду водопользования проводится органами Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водоемов. Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1км в обе стороны от пункта водопользования.

Самоочищение воды водоемов - это  совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и

гидробиологических процессов, ведущих  к восстановлению первоначального  состояния водного объекта.

В связи с тем, что в сточных  водах промышленных предприятий  могут содержаться специфические  загрязнения, их спуск в городскую  водоотводящую сеть ограничен рядом  требований. Выпускаемые в водоотводящую  сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 50Омг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках

труб; содержать горючие примеси  и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные  смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке  сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 С. Производственные сточные воды, не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.

Методы, применяемые для очистки  производственных и бытовых сточных  вод, можно разделить на три группы: механические; физико-химические, биологические.

В комплекс очистных сооружений, как  правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой  степени очистки они могут  дополняться сооружениями биологической  либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях в состав очистных сооружении включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться.

Механическая очистка применяется  для выделения из сточных вод  нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки  и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим  или физико-химическим методам очистки. В результате механической очистки обеспечивается снижение взвешенных веществ до 90%, а органических веществ до 20%. В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при надежном обеззараживании может быть использован при производстве дорожных работ и изготовлении строительных материалов.

Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод. Усреднение достигается либо дифференцированием потока поступающей сточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков.

Первичные отстойники применяются  для выделения из сточных вод  взвешенных веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника, или всплывают на его поверхность.

Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрациях  более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляют собой  прямоугольные . резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются из нефтеловушки на утилизацию Биологическая очистка - широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод. В его основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и яд более высокоорганизованных организмов-водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

Химические и физико-химические методы очистки играют значительную роль при обработке производственных сточных вод. Они применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами.

Нейтрализация применяется для  обработки производственных сточных  вод многих отраслей промышленности, содержащих щелочи и кислоты. Нейтрализация сточных вод осуществляется с целью предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах.

Исходные данные для проектирования

1. Населенный пункт расположен в республике Карелия
2. Количество населения - 150 ООО чел.
3. Норма водоотведения - 200 л/чел *сут
4. Характер грунтов - песок
5. Грунтовые воды находятся на глубине 3 метра
6. Производственные сточные воды, поступающие на очистные сооружения:

а. расход - 4 ООО м /сут.

б. вид производства — сахарный завод

7. Характеристика водоема, в который осуществляется сброс сточных вод:

о

а. расход (95% обеспеченности) - 40 м /с

б. скорЪсть течения - 0,8 м/с

в. средняя глубина водоема — 1,4 м

г. содержание растворенного кислорода - 3 мг/л

д. содержание взвешенных веществ - 12 мг/л

е. содержание взвешенных веществ по БГЖ20 - 5 мг0₂/л 
ж температура в летний период - 20°С

8. Данные о водоеме:

а. рыбрхозяйственного назначения 2 категории

б. расстояние от места выпуска до ближайшего пункта водопользования по 
прямой — 500 м

в.коэффициент извилистости русла, ф=1

Определение расчетных расходов и  концентрации

загрязнении в сточных водах

1. Определение расхода сточных вод, поступающих на очистительные сооружения:

Qoc — Qx/б⁺

^гД^е Qoc,Hac,n/n ~ расход воды очистительных сооружений/ населения/ промышленных предприятий.

_{0 =}Н-д_ж ^ас 1000 '

где N- количество жителей в населенном пункте;

д_ж - норма водоснабжения (л/чел *сут)

150000^200 у

^х,в 1000 /^сУ^т

Q_oc = 30000 + 4000 = 34000 ^MV

кос / сут

2. Распределение расхода воды по часам суток:

Сточные воды подаются на очистные сооружения насосной станцией. Для этого составляется таблица суммарного притока сточных  вод на ГНС (главная насосная станция). Для этого по СНиП 2.04.03-85 «Канализация, наружные сети и сооружения», таблица 2 определяют общий коэффициент притока сточных вод.

gen max Ч ^ ^

_ 30000 1000 _ 24J 22 ^л/ = 0,3472 ^м3/ 24-3600 ^/с

?тах =ч-к

gen max

К gen ты 1₅54

Таблица 1. Распределение расхода  воды по часам суток

3. Определение концентрации загрязнений  в сточных водах:

Количество взвешенных веществ  определяется путем фильтрация пробы 
сточной воды через бумажный фильтр. Для проектируемых объектов. 
С_х.б. - концентрация взвешенных веществ в хозяйственно-бытовом стоке (от 
населения) *

₌ 65-1000 ₌ 65-1000 /

д_ж 200 /л'

где 65 - количество загрязнений данного  вида в граммах, приходящихся на одного 
человека в сутки.

С_р. - концентрация взвешенных веществ в стоке от промышленных предприятий. С_р= 2200 мг/л.

БПК - биохимическая потребность  в кислороде, характеризует содержание органических веществ в сточной  воде.

"U

где ср - коэффициент извилистости русла реки, для равнинных рек принимается 1,25.

С - коэффициент, зависящий от места  выпуска (при береговом выпуске  равен 1, при русловом - 1,5)

Я -v

jj __ ^ср ^сР

200 '

где D - коэффициент турбулентной диффузии; 
Н_ср - средняя глубина реки; 
У_ср - средняя скорость реки.

_{L =} 75-1000 ₌ 75-1000 ₌₃₇₅жгО/

200 /я

где 75 - количество органических веществ, приходящихся на одного человека в  сутки.

L_p = 1650 мг0₂/л

С_еп - концентрация взвешенных в усредненном стоке

С.,., =

с,,. •&.,.+с,-g, 
" Q,6.+Q_P ~

325-30000 + 2200-4000

С_еп = = 545,6 ^мг/

34000

L_a„ —

LxM.'Qxj.+Lp-Qp

Q_X,+Q_P

_ 375 • 30000 +1650 • 4000 _ у

— — jZJ /

34000 /л

4. Расчет коэффициента смешения: Для того, чтобы определить количество речной воды, участвующей в со сточной водой, определяют коэффициент смещения а.

^az=—п 

Я

где Ьф - расстояние от места выпуска  до расчетного створа по фарватеру, для  рыбохозяйственных водоемов 2 категории  равно 1000м.

а - коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смещения.

/з

q - расход сточной воды (м³/с)

a = U54.3/0056/ 0,3159,

56/ /0,

= ОД 64

Вывод: коэффициент а всегда меньше 1, так как никогда все количество речной воды не участвует в смешении со сточной.

5. Расчет необходимой степени  очистки сточных вод по основным  показателям:

где р - допустимое увеличение концентрации взвешенных веществ в зависимости от категории водопользования (для рыбохозяйственных водоемов 2 категории составляет 0,25 мг/л)

Сг - содержание взвешенных веществ.

С_ех - концентрация взвешенных веществ, которую мы можем сбросить в водоем.

с„=/>(— + !) + »

0,164-40

Э = ^Сеп х 100% =

545,6-16,98 545,6

х 100% = 96,89%

Расчет по допустимой концентрации растворенного

кислорода.

кислорода.

Для водоемов культурно-бытового назначения:

1% = 2,5-Що_г-0.44-4)-10

я

Для водоемов рыбохозяйственного назначения:

1% = 2,5-^- (О_г- 0.44-4)-Ю

Я

1% =2,5.^(O_r-0.44-4)-15

О_г - содержание растворенного кислорода в водоеме; i Л • L_r - содержание органических соединений по БПК₂о . г^-

= 2,5 • ^M^ili^ (з - 0.4 • 5 - 4) -10 = -31,6 ^мг/,

0,347 ^v ; ' /л'

Если содержание растворенного кислорода меньше 4-4 мг/л, то очищенную воду необходимо насыщать кислородом перед выпуском в водоем.

= 2,5 • ^M^ili^ (з - 0.4 • 5 - 4) -10 = -31,6 ^мг/,

0,347 ^v ; ' /л'

Если содержание растворенного кислорода меньше 4-4 мг/л, то очищенную воду необходимо насыщать кислородом перед выпуском в водоем.

-0,1-0,014

10

0,347

= 0,0145cyw

1000

-'ф

t = -

где ki - константа скорости потребления кислорода при 20°С, принимается равной ^ = 0,1.

t - период времени, за который сточная вода переместится от места выпуска до до расчетного створа.

Ю^к'' '

6

+

— L.

10^к

6

тблк _ aQr 
^Ьех ~

Для водоемов культурно-бытового назначения 2 категории:

10*

_ЬБПК _ aQr_

Биохимическая потребность в кислороде

Для водоемов рыбохозяйственного назначения 1 и 2 категории, культурно- 
бытового назначения 1 категории.

"⁵ 1 + —= -34,19^мг/

I jq-0,10,014 / д

v -24-3600 0,8-24-3600

' з Л 3

_{ьБПК =} 0,164-40

^ГЪ _ \ 3

——+■

_V10^KI'