Технология очистки сточных вод

Содержание

 

Введение……………………………………………………….. ……………..4

1 Исходные данные…………………………………………………………...5

2 Требования, предъявляемые качеству воды……………………………. .6

3 Выбор метода очистки .....…………………………………………..……...7

4  Выбор состава  сооружений………………………………………………..8

4.1 Определение расчетной производительности…………………………..8

4.2 Определение расчетных доз реагентов………………………………….9

4.3 Определение концентрации взвешенных веществ……………………...9

5 Обеззараживание воды.............………………………...………………...11

5.1 Расчет элементов  установки для производства озона и смешивания его с водой. Блок  обеспыливания и подачи воздуха...................................................11

5.2 Блок осушки воздуха  ................................................................................12

5.3 Блок синтеза озона....................................................................................12

5.4 Блок смешивания озоновоздушной  смеси с водой................................13

5.5 Постхлорирование.....................................................................................14

6  Расчет реагентного хозяйства………………………...……….…………15

6.1 Расчет реагентного хозяйства при мокром хранении…..……………..15

6.2  Расчет и подбор оборудования известкового хозяйства……………..17

6.3  Дозирование реагентов…………………………………………………19

6.4 Расчет установок для флокулянта………………………………………20

6.5  Фторирование воды………………..………………………………… ...21

7 Расчет микрофильтров.................................................................................23

8 Расчет смесителя…………………………………………………………..24

9 Расчет вихревой камеры хлопьеобразования............................................27

10 Расчет горизонтального отстойника…………….......…………………..29

10.1 Расчет системы рассредоточенного сбора воды..…………………….30

10.2 Расчет напорной системы удаления осадка..........................................31

11 Расчет конструкции фильтров……………..…………………………….33

11.1 Скорые безнапорные фильтры…………..…………………………….33

11.2 Сорбционные фильтры...........................................................................36

12 Расчет высотной схемы очистных сооружений  ……………………. ..37

13 Подбор вспомогательных сооружений…………...…………………….38

14 Список используемой литературы   ……………...……………………..39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

На водоочистной станции производится обработка воды с целью получения качества ее, необходимого для потребителя. Чтобы довести показатели воды источника водоснабжения до степени, соответствующей требованиям потребителя, воду зачастую приходится подвергать весьма сложной обработке. Эта обработка может включать в себя введение в воду одного или нескольких химических реагентов, более или менее длительное перемешивание воды с ними, однократное или двукратное отстаивание воды, фильтрование через кварцевые фильтры или через фильтры, загруженные минералами, способными к ионному обмену, и т.д.

Применение  того или иного технологического приема улучшения качества воды или совокупность этих приемов определяется, с одной стороны, свойствами воды источника водоснабжения, с другой - требованиями, предъявляемыми потребителями к качеству подаваемой им воды.

Обычно требования к качеству подаваемой потребителю  воды бывают заданы проектировщику водоочистной станции. Требования к качеству питьевой воды определены в СанПиН "Питьевая вода"; требования к качеству воды, идущей для промышленного водоснабжения, определяются технологами того производства, на которое должна поступать вода с очистной станции.

Для выбора методов  очистки воды и состава сооружений очистной станции необходимо знать также физико-химические свойства воды источника водоснабжения. Эти свойства проектировщику заданы санитарно-химическим анализом воды, которая будет поступать на очистку. В этом анализе имеются данные о цветности, мутности, жесткости воды, содержание в ней хлоридов, нитратов, бактериальном загрязнении и т.п.

Эффективность работы отдельных сооружений станций  зависит от правильности выбора их размера. Поэтому расчет и проектирование сооружения оказывают существенное влияние на качество осветляемой воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1. Производительность max                                                        - 50000м3/сут

2. Мутность воды max                                                                       - 1100мг/л

3. Мутность воды min                                                                         - 150мг/л

4.Фитопланктоны                                                                         - 0,3мл.кл/см3                                                                          

4. Цветность max                                                                                    - 24º

5.Привкус                                                                                           - 3 балла

6. Запах                                                                                                - 3 балла

7. Жесткость общая                                                                    - 4,5 мг-экв/л

8. Щелочность                                                                             - 1,5 мг-экв/л

9. Окисляемость                                                                             - 5 мг/л∙О2

10. pH                                                                                                       - 6,8

11. Железо                                                                                          - 0,3 мг/л

12. ОМЧ                                                                                    - 800 ед на мл

13. Фтор                                                                                              - 0,3 мг/л

14. Отметка площадки очистных сооружений                                  -27,0 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Требования, предъявляемые качеству воды

 

Требования  к качеству хозяйственно питьевой воды диктуются заботой об охране здоровья людей и регламентируются СанПиН «Питьевая вода». Основные допустимые величины качественных показателей питьевой воды приведены в таблице 1.1.

                                                                                                       Таблица 1.1

Качественные  показатели

Допустимые  величины

Мутность

≤ 1,5 мг/л

Цветность

≤ 20 град

Запах

≤ 2 баллов

Вкус

≤ 2 баллов

Общая жесткость

≤ 7 мг-экв/л

Активная  реакция

6,5 ÷ 8,5

Содержание  железа

≤ 0,3 мг/л

Содержание  фтора

0,7 ÷ 1,5 мг/л

ОМЧ

≤ 50 ед/мл


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ  ВОДЫ

Выбор методов химической обработки воды основывается на сравнении  качества исходной воды и требований к ней потребителя. При проектировании станции очистки, качество питьевой воды в источнике водоснабжения сравнивают с требованиями СанПиНа. При выборе методов химической обработки природных вод следует руководствоваться указаниями, приведенными в СНиП 2.04.02-84, а также классификацией примесей в воде предложенной Л.А. Кульским:

− при наличии в воде веществ I группы: повышенная мутность, следует применять коагулирование, обработку воды флокулянтами,;

− при наличии веществ II группы: содержании органических веществ и планктона – применяем коагулирование, обработку флокулянтами , озонирование; а для удаления фитопланктона - микрофильтры;

− при наличии вкусов и запахов (III группа) – озонирование ,сорбционная очистка на фильтрах с активированным углем;

− при недостатке фтора  – фторирование;

− при бактериальном  загрязнении воды – хлорирование, озонирование;

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ВЫБОР СОСТАВА СООРУЖЕНИЙ

При выборе состава основных сооружений для осветления и обесцвечивания воды рекомендуется руководствоваться  указаниями СНиП 2.04.02-84 /1/ и СанПиН 2.14.1074-01 /2/.

Выбор осуществляется по следующим параметрам:

- качество исходной и очищенной  воды;

- расчетная производительность  станции.

 

4.1 Определение расчетной производительности сооружений

Полный расход воды, поступающей на станцию очистки, определяется по формуле:

,                                                          (4.1)

где Qпол− полезная производительность станции, м3/сут;

Qппз  − положение противопожарного запаса, принимается по СНиП в зависимости от количества жителей в городе и этажности зданий:

,                                                                    (4.2)

 где n − количество пожаров;

q1п− расход воды на тушение одного пожара, л/с;

tп   − время, необходимое для тушения одного пожара, ч;

-коэффициент, учитывающий собственные нужды ОС

 Значения принимаем  согласно табл. 5 СНиП [2]

Количество жителей в городе:

,                                                        (4.3)

где − норма водоотведения на одного жителя, принимается равной 0,3 м3/сут.

Тогда, согласно [2], таблице 5, количество пожаров Nп=1, а расход воды один пожар q1п= 10 л/с. Время, необходимое на тушение 1го пожара tп= 3ч.

м3/сут;

 

 

4.2. Определение расчетных доз реагентов

Для обеспечения коагуляции в воду добавляют различные реагенты. В качества коагулянта применяют  сернокислый алюминий Al2(SO4)3∙18H2O или другой коагулянт. Дозу коагулянта Дк определяют по мутности или по цветности и принимают большую из полученных величин. Точную дозу коагулянта можно установить только на основании пробного коагулирования. При проектировании в случае мутных вод дозу коагулянта принимают по табл. 16 [2] в зависимости от мутности исходной воды. Т.к. мутность равна 1100мг/л, то принимаем Дк= 72 мг/л.

Дозу коагулянта для  обработки цветных вод определяют по формуле 6 [2]:

Дк = 4√Ц,                                                                        (4.4) 

 где Ц− цветность обрабатываемой воды, град.

Дк= 4√24 = 19,6 мг/л.

Из двух полученных значений принимаем  большее, Дк= 72 мг/л.

Для лучшего протекания процесса коагуляции в обрабатываемой воде должно поддерживаться определенное значение рН. Чтобы значение водородного показателя значительно  не изменилось, в воде должен быть достаточный щелочной запас. Если щелочность воды недостаточна, то ее надо искусственно подщелачивать. Реагенты для подщелачивания вводятся одновременно с вводом коагулянта. Необходимость подщелачивания проверяют по формуле 7 [2]:

,                                                  (4.5)

Где Дк − максимальная в период подщелачивания доза безводного коагулянта, мг/л;

ек − эквивалентная масса коагулянта (безводного), мг/мг-экв, применяемого для Al2(SO4)3∙18H2O − 57;

Кщ − коэффициент, равный для извести - 28;

Що− максимальная щелочность воды, мг-экв/л.

Необходимо проводить  известкование.

 

4.3. Определение концентрации взвешенных веществ

Концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на очистку, с учетом вводимых реагентов, определяется по формуле 11 [2]:

,                                            (4.6)

Где М− количество взвешенных веществ в исходной дозе, г/м3 (принимаем равной исходной мутности воды);

=0,5 для окисленного сернокислого  алюминия

  Дк− доза коагулянта по безводному продукту, г/м3;

Ц − цветность исходной воды, град;

Вн− количество нерастворимых веществ, вводимых с известью, г/м3. Определяется по формуле 12 [2]:

,                                                               (4.7)

 где Ки− долевое содержание СаО в извести, принимаем 0,6;

Ди− доза извести по СаО, г/м3.

мг/л;

Выбор состава сооружений осуществляется:

I этап – по СНиП 2.04.02-84 выбираем состав основных сооружений. Выбор осуществляется по  качеству исходной воды (мутности с учетом введенных реагентов - Св и Ц) и очищенной воды и расчетной производительности станции.

II этап – уточняем метод обработки и состав сооружений в соответствии с классификацией профессора Кульского.

Выбираем основные сооружения – горизонтальные отстойники и скорые фильтры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ  ВОДЫ.

На основании сравнения  заданных свойств сырой воды с  нормативными данными на питьевую воду СанПиНа предусматриваем обеззараживание и улучшение вкусовых качеств воды озонированием. Необходимо учитывать, что при озонировании могут образовываться вторичные загрязнения – озониды, формальдегиды.

Озон используем в  сочетании с заключительной сорбционной очисткой на фильтрах с активным углем. Сорбционная очистка применяется для повышения глубины очистки воды от органических загрязнений и удаления продуктов озонолиза на заключительном этапе обработки воды.

Предусматриваем обработку  воды в две ступени:

− первичное озонирование сырой воды – перед поступлением на сооружения с дозой до 5 мг/л;

− вторичное озонирование фильтрованной воды с максимальной дозой 1-3 мг/л.

 

5.1.Расчет элементов установки для производства озона и смешивания его с водой.

Блок обеспыливания  и подачи воздуха:

Wo = qДозW′o/1000,                                                                                  (5.1)

 где q    − часовой расход станции, м3/ч;

Доз − максимальная доза озона, вводимая при двойном озонировании(первичном и вторичном), г/м3;

W′o− расход воздуха на получение 1 кг озона, принимается 70-80 м3 при нормальном атмосферном давление и температуре 20ºС.

Wo = 2181∙7∙80/1000 = 1166,648 м3/ч.

Кроме того, надо учесть расход воздуха  Wа =360 м3/ч на регенерацию адсорберов для серийно выпускаемой установки АГ-50.

Общий расход воздуха, поступающего на усушку:

W =Wo +Wа  = 1166,648+360= 1526,648 м3/ч.                                        (5.2)

Для подачи атмосферного воздуха в  холодильную установку принимаем  водокольцевые воздуходувки ВК-12 – 4 шт. (3 рабочих и 1 - резервная). На всасывающем трубопроводе каждой воздуходувки устанавливают висценовые фильтры производительностью до50 м3/мин.

 

 

 

5.2Блок осушки воздуха.

Рекомендуется двухступенчатая осушка воздуха: при помощи глубокого охлаждения на фреоновом холодильном агрегате с теплообменником и дальнейшего осушивания на стандартной адсорбирующей установке.

Расчет количества холода, необходимого для охлаждения воздуха, определяется на основании теплотехнических расчетов.

Для ориентировочных расчетов количество холода, необходимое для охлаждения воздуха с температурой от 26 до 6ºС и конденсации водяных паров  в холодильнике, можно определить из расчета примерно 13,1 ккал на 1 м3 воздуха.

Тогда общее количество холода:

Qхол= 13,1∙1526,648= 19999,09 ккал/ч,                                                (5.3)

С учетом 25% на холодопотери и неучтенные нужды общая потребность в  холоде:

Qобщ = 1,25∙19999,09= 24998,861 ккал/ч.

Назначаем 4 холодильных агрегата АК- 2ФВ- 30/15- 10000ккал/ч при температуре испарения фреона- 15ºС с мощностью двигателя 7 кВт при 960 об/мин (3 рабочих и 1 резервный). Для тонкой осушки воздуха до 0,05 г/м3 принятые автоматизированные адсорбционные установки типа АГ-50, которые состоят из двух адсорбционных башен и электронагревателя воздуха с суммарной загрузкой адсорбера (алюмогеля или силикогеля - 510кг). Для тонкой осушки воздуха потребуется ориентировочно адсорбента:

Р= 1,05∙ W,                                                                                             (5.4)

где 1,05- ориентировочное количество загрузки для тонкой осушки 1 м3 воздуха;

W – количество осушаемого воздуха, м3;

Р= 1,05 ∙1526,648= 1602,98 кг,

Следовательно, для осушки воздуха нужно иметь установок  АГ- 50 в количестве:

n= 1602,98/ 510= 3 шт и 1 резервная.

 

 5.3 Блок синтеза озона.

Определяем потребность в озоне, кг/ч;

  1. Для первичного озонирования:

QIоз= q∙ДIоз/1000= 2181∙4/1000= 8,3 кг/ч;                                                (5.5)

2. Для вторичного озонирования:

QIIоз= q∙ДIIоз/1000= 2181∙3/1000= 6,25 кг/ч, где

ДIоз, ДIIоз – доза озона на первичное и вторичное озонирование, мг/л.

Для получения озона устанавливают  озонаторы, учитывая 25 % резерв.

Принимаем к установке озонаторы  ПО- 3 при частоте электрического тока 50 Гц:

- на I озонирование: 8,3/3,6= 3 рабочих и 1 резервная;

- на II озонирование: 6,25/3,6= 2 рабочих и 1 резервная.

Оборудование для синтеза должно размещаться в отдельно стоящем  здании или в блоке очистных сооружений. Блок озонаторов следует размещать  в изолированном помещении с выходом в другие помещения через герметичную дверь. Помещения оборудуются вентиляцией с 6-кратным обменом воздуха.

 

 5.4 Блок смешивания озоновоздушной смеси с водой.

Растворение озоновоздушной смеси  следует осуществлять перемешиванием механическими мешалками в колонках, барбатирование в резервуарах и в эжекторах-смесителях.

Необходимую площадь поперечного  сечения контактной колонки для  I и II озонирования определяем по формуле:

FI,II= q∙t/60∙n∙h,                                                                                         (5.6)

где q- часовой расход,м3/ч;

t- время контакта воды с озоном, принимаем 5-10 тмин;

n- количество контактных колонок, равное 2;

h- глубина слоя воды в контактной колонке, принимаем 5м.

FI,II= 2181∙10/60∙2∙5= 34,7 м2.

Размеры секции в плане принимаем: 5,8x6 м.

Для равномерного распределения озонированного воздуха у дна контактной колонки  размещаются каналы, перекрытые фильтросными трубами. Каркасом служит труба из нержавеющей  стали с отверстиями диаметром 5мм. На нее надевается фильтросная труба- керамический блок длиной500 мм, внутренним диаметром 64 мм. Наружным- 92мм, размер пор- 100 микрон. Нагрузка на паролитовые трубы составляет 100 л/мин на 1 п.м.

Определяем общую протяженность  труб для двух смесителей I и II озонирования:

∑LI,II= 1000Wo/W1,                                                                                    (5.7)

где Wo- количество озоновоздушной смеси, м3/ч;

W1- нагрузка на 1 м трубы.

∑LI,II= 1000∙1166,648/100∙60= 194,44 м2.

 

  5.5. Пост хлорирование.

Расход хлора на вторичное  хлорирование:

,                                                                                                                 (5.8)                                                                                                                    где ДхлII- расход хлора на вторичное хлорирование 3 мг/л;

или 150 кг/сут.

        В данном курсовом проекте используется для II хлорирования установка «Хлорэфс» типа УГ, она предназначена для производства и дозирования дезинфектанта - раствора гипохлорита натрия, полученного на месте потребления путем электролиза раствора поваренной соли концентрацией 20 - 25 г/л.

Гипохлорит  натрия (NaCIO) - сильный окислитель - по своей бактерицидной эффективности и влиянию на качество обрабатываемой воды равноценен действию жидкого хлора.

Установка «Хлорэфс»  может применяться для обеззараживания  питьевых и сточных вод при  обработке воды в плавательных бассейнах, а также других областях хозяйства, где в технологических процессах используется хлор или хлорсодержащие продукты.

Исходным  продуктом для получения раствора гипохлорита натрия является водный раствор соли поваренной пищевой  ГОСТ 13830-84 «Вода питьевая», прошедшая  цикл обессоливания.

Установка «Хлорэфс»  изготавливается в соответствии с ТУ 4859-001 -31638802-98, имеет сертификат соответствия Госстандарта России  № РОСС RU.AE58.B1155 от 01. 1 1.2003 г.

         В  проекте принимаем установки “Хлорэфс УГ–25 производительностью  60 кг/сут. по  активному  хлору  в  количестве  4  шт. (3 рабочие + 1 резервная).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. РАСЧЕТ РЕАГЕНТНОГО ХОЗЯЙСТВА

 

6. 1 Расчет реагентного хозяйства при мокром хранении.

Расчетные дозы реагентов следует  устанавливать для различных  периодов года в зависимости от качества исходной воды и корректировать в период наладки и эксплуатации сооружений. Принимаем мокрое хранение реагентов.

Дозу коагулянта Дк, принимаем равной 72 мг/л, т.к. максимальное значение мутности 1100 мг/л, по заданию.

 

Месячная потребность  коагулянта в расчете на товарный продукт:

      Qкоаг = (Qр·Т·Дк) /(10000·Рс·σ),                                (6.1)

   где Qр – расчетная производительность станции, 52336,96 м3/сут, рассчитано в (3.1);

     Т – продолжительность  хранения коагулянта, 30 суток;

     Дк – доза коагулянта, 72 мг/л, [2] табл.16;

     10000 – переводной  коэффициент;

     Рс – содержание безводного продукта в коагулянте, для Al2(SО4)3 = 33,5%;

      σ – объемный вес коагулянта, 1,1т/м3,. 

 Qкоаг = (52336,96·30·72) / (10000·33,5·1,1) = 306,8 т

Поставка реагентов производится вагоном емкостью 60 т.

 

Объем растворных баков:

Wраст = Vв · μ ,                                                  (6.2)                                                                

где Vв – объем разовой поставки, 60 т;

Wраст =60 · 2,5 = 150 м3

Принимаем 3 растворных баков, по 50 м3.               

Площадь бака:

Fбака=Wб/Hсл ;                                                   (6.3)

Тогда  Hсл=50/5,8·5,8=1,49 м ;

 

 

Объем расходных баков:   

Wрасх=(Qр·n·Дк·24)/(10000·β·γ) ,                                    (6.4)

где Qр – расчетная производительность станции, 2181 м3/ч;

      n – время,  на которое заготавливают раствор  коагулянта, 24 ч;

      Дк – доза коагулянта, 72 мг/л, принята по [2] табл.16;

      β – концентрация коагулянта, 5%;

      γ –  удельный вес коагулянта, 1 т/м3.

Wрасх= (2181·24·72)/(10000·5·1)=75,4 м3;

При  высоте слоя раствора коагулянта 3,5 м размеры бака в плане 5,8×3,7 м. Растворение коагулянта и перемешивание его раствора в баках осуществляется с помощью  воздуха.

 

Расчет расхода  воздуха:

qраствоз = n∙Fраств∙ωв,                                             (6.5)                                

где n – количество одновременно работающих растворных баков, 3 шт, по [2] п.6.206;

      Fраств – площадь одного растворного бака, м2;

      ωв – интенсивность подачи воздуха, принимаем для растворных баков 8-10 л/(с·м2), по [2] п.6.23;

qраствоз =3·5,8·5,8·10 = 1009,2  л/с или 60,6 м3/мин.

По [4] табл.2.1 принимаем 6 рабочих воздуходувок ВК-12 (две резервные), избыточное давление 8 м.

qрасхвоз = n∙Fрасх∙ωв ,                                             (6.6)