МИНИСТЕРСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ И  НАУКИ РФ                  

               

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

      Физико-технический  факультет

      Кафедра «Инженерной защиты окружающей среды»

КУРСОВАЯ  РАБОТА

Тема: «Выбор и расчет параметров технологической схемы очистки сточных вод»

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

      ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование № 14

      Студенту  Буйковой Л.А. группы ИЗОС-В-06

      Составить технологический узел очистки сточных  вод от следующих загрязнений:

• взвешенные вещества:
• крупногабаритные загрязнения - 5%;
• песок - 40%;
• средние взвешенные вещества - 0%;
• мелкодисперсные - 55%;
•      NH4 ⁺

Рассчитать  параметры основных устройств.

      Исходные  данные:

• расход сточных вод Q_св= 150 м³/ч.
• концентрация взвешенных веществ С_вз.в-в= 180 мг/л;
• концентрация загрязняющего вещества С_{заг.в-ва}= 1,5 мг/л;
• требования предъявляемые к сбросу:

- для взвешенных веществ ПДС= 5+0,3*1=5,3 кг/ч.

ПДС=Q*Cсб.вз.в-в=5,3/150=35,3 мг/л.

- для химического  соединения С_сб = ПДК = 0, 5 мг/л.

Эффективность необходимой очистки:

• по взвешенным веществам Эвз.в=(180-36,3)/180*100%=80%
• по химическим веществам Эхим.в=(1,5-0,5)/1,5*100%=66%

 

ВВЕДЕНИЕ

              Сточные воды – это воды и атмосферные осадки, отводимые в водоемы с территории промышленных предприятий и населенных мест через систему канализации или самотеком, свойства которых ухудшаются в результате человеческой деятельности.

                Очистка сточных вод, одна из  основных задач экологии. Вода  очень ценный ресурс на нашей  планете, мы должны более рационально  ее использовать, а так же использовать  различные методы очистки.

         Загрязнение воды наиболее жестко  сказывается на здоровье людей.  Поэтому очистка сточных вод  имеет большое значение. Проблема  очистки сточных вод наиболее  остро стоит на предприятиях  химической, металлургической, энергетической, добывающей и целлюлозо-бумажной промышленности.

       Реки  и проточные водоемы обладают свойством самоочищения, но процесс  протекает медленно, а нагрузка и  мощности предприятий постоянно  увеличиваются. Поэтому на предприятиях ведутся активные работы по очистке  сточных вод.

            Сточные воды имеют большое  количество примесей и различные  загрязнения, в своей курсовой  работе, на основе исходных данных  и требований к очистке сточных  вод от взвешенных веществ,  песка, мелкодисперсных веществ  и химического загрязнения NH4, я приведу примеры наиболее рациональных методов очистки. 
 
 
 

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Данный  раздел содержит анализ существующих методов для очистки сточных  вод от заданных загрязнений, выбор  и обоснование основных процессов  и аппаратов для достижения заданной степени очистки норм сброса. Анализ основных процессов и аппаратов, которые могут быть использованы для данных загрязнений и выбор  из них более целесообразных исходя из исходных данных.  

1. Определим долю по категории загрязнения:
1. крупногабаритные загрязнения (сита, решетки, решетки-дробилки): 5%

180 - 100%

Х - 5%

Х = 9 мг/л;

     2) песок (песколовки): 40%

     180 – 100%

     Х    -   40%     

     Х = 72 мг/л;

     3) мелкодисперсные взвешенные вещества (физико-химическая очистка): 35%

     180 – 100%

     Х    -   35%     

     Х = 99 мг/л

       Выполняем подбор наиболее эффективного оборудования для очистки. 

1. Очистка от крупногабаритных загрязнений

Так как  в сточной воде присутствуют крупногабаритные загрязнения, то мы должны предусмотреть  процесс процеживания. В качестве аппаратов применяются   стержневые решетки с ручной и механизированной очисткой прутьев, ступенчатые решетки, ротационные диски, сита, ротационные  барабаны, центрифуги. В зависимости  от расхода сточных вод, от конструкции  аппаратов, от состава очищаемых  сточных вод и других факторов варьируется эффект очистки от 5 до 50 %. В качестве аппарата используем барабанный фильтр для очистки 40% КГЗ  и 30% песка:

Рассчитаем  количество отбросов, задержанное на данном виде аппаратов:

9*0,4=3,6 мг/л  – КГЗ

Остаток – 5,4 мг/л.

72*0,3=21,6 мг/л – песок

Остаток – 50,4 мг/л.

Общий остаток 55,8 мг/л. 

2. Очистка от песка

Основной  задачей песколовок является удаление минеральных примесей без органических примесей. Песколовки обычно устанавливают  перед отстойниками очистных сооружений систем канализации. Количество песколовок или отделений должно быть не менее двух, причем все – рабочие. Принцип действия песколовки гравитационный, т.е. минеральные частицы, удельная масса  которых больше удельной массы воды, главным образом песок, выпадает на дно.

По направлению  движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные (с горизонтальным прямоточным и круговым движением  воды), вертикальные (вода подается снизу и направляется вверх) и с водоворотным движением воды (тангенциальные и аэрируемые). Эффект очистки от 65 до 85 % в зависимости от выбора вида песколовки. Можно использовать горизонтальную песколовку с круговым движением, но песколовки этого типа работают не эффективно, для повышения эффективности требуется их реконструкция. Я выбираю горизонтальную песколовку с круговым движением. Эффект очистки 92%. Рассчитываем количество песка задержанного в песколовке:

55,8*0,92=51,3 мг/л

Остаток – 4,4 мг/л.

Отсеявшийся песок отправляется в бункер, где  его обезвоживают и отправляют на склад временного хранения до востребования  для вторичного использования. 

     1.3 Очистка от мелкодисперсных  веществ  и NH4

       Далее сточную воду необходимо очистить от мелкодисперсных примесей. Для этого  используют физико-химические методы очистки. К данному виду очистки  относят процессы:

• коагуляции;
• флокуляции;
• флотации;
• адсорбции;
• ионного обмена;
• экстракции;
• электрохимические методы
• биологическая очистка и др.

 
 

                  Среди методов очистки сточных  вод большую роль играет биологический  метод, основанный на использовании  закономерностей биохимического  и физиологического самоочищения  рек и других водоемов. Есть  несколько типов биологических  устройств по очистке сточных  вод: биофильтры, биологические пруды  и аэротенки.

                 В биофильтрах сточные воды  пропускаются через слой крупнозернистого  материала, покрытого тонкой бактериальной  пленкой. Благодаря этой пленке  интенсивно протекают процессы  биологического окисления. Именно  она служит действующим началом  в биофильтрах. 

                 В биологических прудах в очистке  сточных вод принимают участие  все организмы, населяющие водоем.

                 Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

                 Биологический метод дает большие  результаты при очистке коммунально-бытовых  стоков. Он применяется также  и при очистке отходов предприятий  нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной  промышленности, производстве искусственного  волокна.

       В данном проекте используем биологический фильтр с жесткой засыпкой и мягкой загрузкой.  Биологическая очистка позволит очистить воду на 70% от химического загрязнения и на 90% от взвешенных веществ.

       1,5*0,7=1,05 мг/л – химическое загрязнение

       Остаток – 0,45 мг/л

       103,4*0,9=93,6 мг/л – взвешенные вещества

       Остаток 10,34 мг/л.

       Общий остаток – 10,79 мг/л. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Описание  технологической схемы:

     В данной работе  необходимо очистить воду от крупногабаритных загрязнений, от песка, а также от NH4.

     Сточная вода подается сначала в барабанный фильтр. Он очищает сточные воды от КГЗ (40%) и от песка (30%). Затем вода попадает в песколовку, используем горизонтальную песколовку с круговым движением, эффективность очистки 92 %. Для эффективности очистки песколовки нужно две. Отсеявшийся песок  из песколовки попадает в бункер для  обезвоживания песка, а после  песок отвозится на склад временного хранения с последующим применением  в строительных целях.

     Третий  этап очистки сточной воды это  биологический фильтр. В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах. Он чистит воду на 70% от химических загрязнений и еще на 90% от взвешенных веществ.  В моем проекте их необходимо два. Часть веществ, задержавшихся в процессе очистки, отправляются в шламонакопитель. 

          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ

     Производится  расчет параметров каждого из основных аппаратов, входящих в используемую схему очистки сточной воды.

1. Расчет основного оборудования
1. Расчет барабанного фильтра:

 

Длина барабанного  фильтра – 1,5 м.

Ширина барабанного  фильтра 1 м.

Диаметр отверстия  – 0,006 м.

Расстояние между  отверстиями – 0,002 м.

1,5/0,008=188 – количество  отверстий по длине песколовки.

1/0,008=125 – количество  отверстий по ширине песколовки.

188+125=313 отверстий  в барабанном фильтре.

Площадь барабанного  фильтра = 1,5*1 = 1,5 м².

Плотность ТБО = 180 кг/м³.

Остаток ТБО = 5,4 кг/м³.

Объем = 5,4/180=0,03 м³. 
 
 
 
 
 
 

3.1.2   Расчет горизонтальной  песколовки с круговым  движением

         

• максимальный расход сточных вод, q_max=0,150 м³/ч = 3600 м³/сут;
• наружный диаметр песколовки, D_н = 6000 мм;
• расстояние между песколовками, B =10000 мм;
• ширина кольцевого желоба, b = 800 мм;
• приведенное число жителей =54025 чел;
• число бункеров, принимаем n = 2.

 

      Число песколовок в соответствии с требованиями СНиП принято n=2, обе рабочие.

      Площадь живого сечения кольцевого желоба песколовки (w, м²):                                                       

      

м²,

      где V - скорость движения воды в песколовке при максимальном притоке сточных вод, согласно СНиП V = 0,3 м/с.

      Высота  треугольной части кольцевого желоба песколовки (

,м):                                                                                                               ,

      где a - угол наклона стенок желоба к горизонту, согласно СНиП a = 60°.

      Площадь треугольной части желоба ( , м²):

      

.

      Площадь прямоугольной части кольцевого желоба (м²):

      

      Высота  жидкости в прямоугольной части  желоба(м):

      

.                               

      Суммарная полезная высота кольцевого желоба (м):

      

 

      Высота  бункера песколовки (м):

      

      где d - диаметр нижнего основания бункера для песка, d₀ = 0,4 – 0,5 м

      Высота  борта песколовки принимается h_б = 0,3 м.

      Строительная  высота песколовки: ( ,м):

      

      .

Расчет  вспомогательного оборудования (контейнер для ТБО) 

Следовательно, теперь можно рассчитать площадь  контейнера ТБО:

V=a³,           a=³√0.03=0.31 м.

S=a²,           

S=0.31²=0.096 м² – площадь контейнера ТБО. 

Расчет  вспомогательного оборудования песколовки (бункера  для песка) 

      масса песка = 21,6 + 51,3 = 72,9 мг,

      плотность песка 2,7 гр/см = 0,027 мг/мм

      объем песка = 72,9/0,0027 = 27 000 мм³ = 27 м³.

      V=a³,           a=³√27000=30 мм.

      Следовательно, площадь бункера для песка = 30²=900 мм.

       Расчет шламонакопителя

    Сброшенный  осадок, выгружаемый из горизонтальной песколовки,  отстойника и гидроциклонов  имеет высокую влажность около 90 %. Для дальнейшего использования  осадок должен быть подвергнут сушке. Существуют различные приемы сушки  осадка; самый распространенный –  сушка на иловых площадках, где осадок должен быть подсушен в среднем до влажности 75%, вследствие чего его объем  уменьшается в 3-8 раз.

    Иловые  площадки установлены на естественном основании. Уровень грунтовых вод  залегает на глубине не менее 1,5 м от поверхности карт и в тех случаях, когда по санитарным условиям допускается проникание иловой воды в грунт. При меньшей глубине залегания грунтовых вод следует понижать их уровень.

    Размеры карт принимают в зависимости  от местных условий, обеспечивая  удобства для эксплуатации. Ширину отдельных карт назначают 10-40 м, длину – 100-150 м, рабочую глубину слоя осадка – 0,7-1 м, а высоту оградительных валов на 0,3 м выше рабочего уровня. Размеры одной карты назначают с таким расчетом, чтобы при выпуске осадка за один раз вся карта была заполнена слоем осадка не более 0,25 м в летнее время и 0,5 м в зимнее.

    Высушенный  осадок погружают в машины и отвозят  для использования в качестве удобрения в близлежащие фермерские хозяйства.

    Утилизация  осадков сточных вод и избыточного  активного ила часто связана  с использованием их в сельском хозяйстве  в качестве удобрения, что обусловлено  достаточно большим содержанием  в них биогенных элементов. Активный ил особенно богат азотом и фосфорным  ангидридом.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

     4.1  Находим предотвращенный ущерб от сброса взвешенных веществ:

     ПУ_{взв.вещ}= Q_год * (С_нач – С_сб )* П_л*

     ПУ_{взв.вещ} = 3 600 * 365 (180 – 35,5) * 366 = 69 493 518 100 руб.

     ПУ - предотвращенный ущерб;

     Q_год – годовой расход сточной воды;

     С_нач – концентрация до чистки;

     С_сб – концентрация при которой возможен сброс;

     П_л – плата за сброс.

     4.2 Находим предотвращенный ущерб от сброса химического загрязнения:

     ПУ_{хим.вещ-ва} = Q_год * (С_нач – С_сб )* П_л

ПУ_{хим.вещ-ва}= 3 600  * 365 * (1,5 – 0,5) * 275 480 91 = 36 198 191 574 000 руб.

     4.3 Затраты на очистку от взвешенных  веществ: 

     З_взв = Q_год * С_б

     З_взв = 3 600 * 365 * 0,7= 919 800 руб.

     Где С_б - себестоимость очистки.

     4.4 Затраты на очистку от химического  загрязнения:

     З_{хим.загр} = Q_год * С_б

     З_{хим.загр} = 3 600 * 365 * 2,5 =  3 285 000 руб.

     4.5 Общий предотвращенный ущерб  равен:

     ПУ_общ= ПУ_хим + ПУ_взв

     ПУ_общ = 69 493 518 100 + 36 198 191 574 000 = 36 267 685 092 100 руб.

     4.6 Общие затраты на очистку:

     З_общ = З_взв + З_{хим.загр}

     З_общ = 919 800 + 3 285 000 = 4 204 800 руб.

     4.7 Прибыль от продажи осадка  равна: 

     -  стоимость песка составляет 68 руб/м³, объем осадка, накапливаемого в песколовках – 27 м³, следовательно, прибыль от продажи осадка равна

     27 * 68 = 1 836 руб.

• стоимость шлама составляет 200 $ за 1 тонну, следовательно, прибыль от продажи шлама равна

10,74*200 $ = 62 582 руб.

     4.8 Экономическая эффективность очистки:

     Э = ПУ_общ – З_общ + П

     Э = 36 267 685 092 100–4 204 800+1 836+62 582= 36 267 680 826 554 руб. 

В результате произведенных расчетов, можно сделать вывод, что по экономическим  показателям данный проект является нерентабельным, требует ежегодных  затрат на его обслуживание. Однако он полностью  удовлетворяет требованиям, предъявляемым к качеству сбрасываемых вод. 

Заключение

             Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания. Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод. Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточные воды в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь. В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

             Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

Список  литературы

1. Батугин А.С, Захарова А,А. Защита гидросферы. Ч.1. Учебное пособие для студентов 4 – го курса специальности ИЗОС.- М.: МГГУ, 2006;
2. Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод М.: Стройиздат.;
3. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: Учебное пособие /Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. – М.: Высшая школа, 2003 – 344 с: ил.;
4. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: Учебное пособие /Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. – М.: Высшая школа, 2003 – 344 с: ил.;
5. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебное пособие для вузов. М. Издательство МГУ, 1996 – 680 с; 178 ил.