Очистка сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

кафедра природообустройства

Курсовая работа

по дисциплине "Техника и технология защиты окружающей среды"

на тему "Очистка сточных вод"

2010



Содержание

Введение

Глава 1. Сооружения механической очистки сточных вод

1.1 Расчет решеток

1.2 Расчет песколовок

1.3 Расчет отстойников

Глава 2. Сооружения биологической очистки сточных вод

2.1 Расчет аэротенков

2.2 Расчет биофильтров

2.3 Расчет полей фильтрации

2.4 Вторичный отстойник

Заключение

Список литературы



Введение

Основные вопросы защиты окружающей среды необходимо решать на основе следующих принципов:

-форма и масштабы человеческой деятельности должны быть соизмеримы с запасами невозобновляемых природных ресурсов;

-неизбежные отходы производства должны попасть в окружающую среду в форме и концентрации, безвредных для жизни. Особенно это относится к водным ресурсам.

Природная вода - не только источник водоснабжения и транспортное средство, но и среда обитания животных и растений. Круговорот воды в природе создает необходимые условия для жизни человечества на Земле.

Происхождение воды на земле связано с происхождением самой Земли. Существует две гипотезы образования воды на Земле. В первом случае это существование готовых молекул воды в газопылевом облаке, из которого произошла Земля и которое наблюдается в кометах и метеоритах сегодня. Во втором случае вода образовалась из водорода и кислорода после конденсации газопылевого облака в планету Земля. Впоследствии при повышении температуры недр Земли и их дегазации, а также в процессе миграции водорода и кислорода из центральной части планеты к периферии и химических реакций образовались молекулы воды.

Происхождение воды, ее первичное образование как растворителя и ее миграция представляют единое целое в изучении природной воды.

Одним из невосполнимых природных ресурсов является нефть, которая в процессе добычи, транспорта, переработки и потребления постоянно соприкасается с окружающей средой и загрязняет ее, особенно воду.

В настоящее время защита окружающей среды от нефтесодержащих сточных вод - одна из главных задач. Мероприятия, направленные на очистку воды от нефти, помогут сберечь определенные количества нефти и сохранить чистым воздушный и водный бассейны. На земном шаре много воды, но чистой пресной воды очень мало. Круговорот воды в природе создает необходимые условия для существования человечества на земле.

Для правильного подхода к решению актуальных задач в области окружающей среды необходимы определенные знания в этой области. Учебные программы, разработанные во многих университетах и институтах можно разбить на две крупные группы:

решение экологических вопросов в политическом, юридическом, экономическом и других гуманитарных направлениях;

решение экологических вопросов в техническом аспекте, где решаются общетехнические задачи или частные задачи отдельной или близких отраслей промышленности.

Цель работы:

1 .изучить способы и методы очистки промышленных сточных вод;

2. добиться необходимой степени их очистки.

Состав пояснительной записки:

Расчет сооружений механической очистки.

Расчет сооружений биологической очистки.

Подбор сооружений.

Состав чертежей:

Чертеж песколовки.

Чертеж отстойника.

Вертикальная увязка сооружений.

Генплан сооружений механической и биологической очистки.

Исходные данные:

Расход воды Q

Численность населения N= чел.

К БПКП0Л



Глава 1. Сооружения механической очистки

Механическую очистку сточных вод применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

В настоящее время к очистке предъявляют большие требования. Это приводит к созданию высокоэффективных методов физико-химической очистки, интенсификации процессов биологической очистки, разработке технологических схем с сочетанием механических, физико-химических и биологических способов очистки и повторным использованием очищенных вод в технологических процессах.

Механическую очистку проводят для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различные решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую или меньшую плотность по отношению к плотности воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы, называются песколовками.

Сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих веществ жироловками, маслоуловителями, нефтеловушками и др.

Фильтрование применяют для задержания более мелких частиц. В фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала или химических материалов, имеющих определенную пористость. При прохождении сточных вод через фильтрующий материал на его поверхности или в поровом пространстве задерживается выделенная из сточной воды взвесь.

Механическую очистку как самостоятельный метод применяют тогда, когда осветленная вода после этого способа очистки может быть использована в технологических процессах производства или спущена в водоемы без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных вод.

В схему механической очистки производственных сточных вод в данном курсовом проекте входят следующие основные сооружения: решетки для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения, песколовки для выделения тяжелых минеральных примесей (главным образом песка) и отстойники для выделения нерастворимых примесей.

1.1 Расчет решеток

Решетки используются для удаления нерастворимых примесей крупных размеров. Чаще всего используются неподвижные решётки, расположенные на пути следования примесей. Решетки выполняют роль защитных сооружений. Они служат в основном для извлечения крупных отходов производства, бумаги, мусора, камней и т.п, попадание которых в последующие очистные сооружения может вызвать засорение труб и каналов, а также нарушение нормальной работы отстойников или поломку движущихся частей оборудования. Решетка очищается специальными механическими устройствами.

1. При расчете решеток скорость движения воды в прозорах берем 1 м/с, так как при скорости более 1м/с уловленные загрязнения продавливаются через решетки.

2. Скорость воды в подводящем канале 0,6-0,8 м/с.

3. Оптимальная ширина прозоров решеток 16-20 мм. [табл. 23 СНиП 2.04.03-85]

4. Оптимальная толщина стержней решеток 6-8 мм.

В основе расчета решеток лежит формула Павловского:

.

5. Определяем площадь живого сечения решетки:

.

где Q--расход сточных вод, м3/с;

v --скорость воды в подводящем канале, м/с.

6. Исходя из площади, определяем размеры лотка: ширина b=0,4 м, слой воды h = 0,2 м.

7. Затем находим гидравлический радиус:

.

где X - смоченный периметр.

8. Определяем коэффициент Шези:

.



где n-коэффициент шероховатости, для самотечного режима он равен 0, 014.

9. Определяем уклон лотка из формулы Павловского:

.

Осуществляем проверку, подставляя значения в формулу Павловского:

.

10. Находим общую площадь прозоров:

.

11 .Площадь одного прозора:

Исходя из этого, найдем общее количество прозоров:

.

Следовательно, количество стержней пст =24 - 1 = 23

12. Находим общую ширину решетки:



А = впр*ппр = 0,017 * 24 = 0,408 (м)

Б = пст * толщина стержней = 23 * 0,007 = 0,161 (м) Следовательно, общая ширина решетки А+Б=0,569 (м)

13. Количество отбросов, задерживаемых решетками из бытовых сточных вод при ширине прозоров 16-20 мм Р = 8 л/год на одного человека.

Общая численность населения N = 5032 чел.

Количество суммарных отбросов V =5032 * 8 л/год* чел.=40256 л/год = 40,26 м3/ год.

14. Средняя плотность отбросов П = 750 кг/м , тогда масса отбросов

.

15. Определяем количество поступивших взвешенных веществ:

.

16. Определяем концентрацию взвешенного вещества на выходе из решетки:

.

17. после очистки сточных вод в решетке концентрация взвешенных веществ в водотоке уменьшилась на 15,3



1.2 Песколовки

Песколовки предназначаются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (главным образом песка) и устанавливаются перед отстойниками.

Песколовки следует предусматривать при расходе сточных вод более 100 /сутки.

Число песколовок или отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими.

Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали песок и другие тяжелые минеральные частицы, но не выпадал осадок органического происхождения.

По характеру движения воды песколовки подразделяются на

Горизонтальные -- с круговым или прямолинейным движением воды,

Вертикальные -- с движением воды снизу вверх и песколовки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды.

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды представляют собой удлиненные прямоугольные в плане резервуары.

Горизонтальные песколовки рассчитывают исходя из необходимой степени задержания песка определенной крупности.

Действие горизонтальной песколовки основано на том, что при движении сточной воды (в резервуаре, канале, отстойнике) каждая находящаяся в ней нерастворенная частица перемещается вместе со струей воды и одновременно движется вниз под действием силы тяжести со скоростью, соответствующей крупности и плотности частицы- В бытовых водах органические вещества могут слипаться с частицами песка и другими тяжелыми частицами и вместе с ними выпадать в осадок. Поэтому необходимо предусмотреть условия, способствующие отделению или отмывке песка от приставших к нему органических частиц. Осевший на дно песколовки с прямолинейным движением воды песок сдвигается к приямку, расположенному в начале сооружения, скребками, при этом происходит частичная отмывка песка. Из приямка песок удаляют гидроэлеватором или Песковыми насосами.

Обычно в песколовках задерживается песок с гидравлической крупностью щ, равной 18--24 мм/с (песок крупностью 0,2--0,25 мм), составляющий около 65% всего количества песка, содержащегося в сточных водах.

Вертикальные песколовки в зависимости от способа создания винтового движения подразделяются на тангенциальные и аэрируемые.

Тангенциальные песколовки имеют круглую форму в плане; подвод воды к ним производится тангенциально (по касательной). В таких песколовках каждая частица испытывает кроме сил тяжести влияние центробежных сил. Это способствует более интенсивному отделению песка от воды и легких органических примесей, которые вследствие вращательного движения поддерживаются во взвешенном состоянии и не выпадают в осадок. Тангенциальные песколовки обеспечивают более полное задержание песка с малым количеством органических загрязнений.

Аэрируемые песколовки являются развитием тангенциальных песколовок и выполняются в виде удлиненных резервуаров. Вращательное движение в них создается путем аэрации сточной воды.

Объем осадка, выпадающего в песколовке, зависит от многих факторов: от системы канализации, протяженности сети, ее уклонов, условий эксплуатации канализации, состава производственных вод, поступающих в канализацию, и пр. По существующим нормативам для городской канализации объем осадка, выпадающего в горизонтальных и тангенциальных песколовках, принимается равным 0,02 л при полной раздельной и 0,04 л при общесплавной системе канализации на одного человека в сутки при влажности осадка в среднем 60% и плотности его 1,5 т/м .

Тип песколовки (горизонтальная, тангенциальная, аэрируемая) необходимо выбирать с учетом производительности очистных сооружений, схемы очистки сточных вод и обработки их осадков, характеристики взвешенных веществ, компоновочных решений и т.п.

Расчет горизонтальной песколовки

1. При расчете горизонтальных песколовок с прямолинейным движением воды определяем их длину по формуле:

(м)

где Ks -- коэффициент, принимаемый по табл. 27 СНиП 2.04.03-85. Для горизонтальных песколовок он равен 1,7 при диаметре задерживаемых частиц песка 0,20 мм.

Hs - расчетная глубина песколовки, м.

vs- скорость движения сточных вод, 0,3 м/с, принимаем по табл. 28 СНиП 2.04.03-85;

и0- гидравлическая крупность песка, 18,7 мм/с, (табл. 28 СНиП 2.04.03-85).

2. Определим размеры песколовки. Площадь живого сечения:

.

где Q--расход сточных вод, м3/с;

- скорость движения воды, м/с (табл. 28 СНиП 2.04.03-85);

- количество песколовок.

Ширина горизонтальной песколовки:

.

где H - общая глубина песколовки, м.

3. Определение объема песка, содержащегося в сточных водах.

Где - количество задерживаемого песка, 0,02 л/сут*чел (табл. 28 СНиП 2.04.03-85).

4. Масса песка, осевшего в песколовке.

.

где - плотность песка, кг/.

Концентрация взвешенных веществ в сточной воде в сутки, которая проходит очистку в песколовках.



Концентрация веществ после очистки в песколовках.

.

7.Интенсивность аэрации -- 3--5 м3/(м2 ч);

Для данной песколовки интенсивность подачи воздуха

0,2*4= 0,8 м3/ч

Рис. 2. Горизонтальная песколовка

Расчет аэрируемой песколовки

Аэрируемые песколовки применяются для выделения содержания в сточной воде минеральных частиц гидравлической крупностью 15-20 мм/с, скорость движения сточных вод составляет 0,05-0,12м/с при максимальном притоке.

1. При расчете горизонтальных и аэрируемых песколовок следуют определять их длину Ls, м, по формуле

(м)



где Ks -- коэффициент, принимаемый по табл. 27 СНиП 2.04.03-85.;

Hs -- расчетная глубина песколовки, м, принимаемая для аэрируемых песколовок равной половине общей глубины;

vs -- скорость движения сточных вод, м/с, принимаемая по табл. 28;

u0 -- гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от требуемого диаметра задерживаемых частиц песка

2. Определим размеры песколовки:

Отношение ширины к глубине отделения В : Н = 1,5, тогда ширине В = 2,1 м, т.к. глубина =1,4 м.

Площадь песколовки S=2,1*6,2= 13,02 .

Площадь живого сечения:

.

где Q--расход сточных вод, м3/с;

- скорость движения воды, м/с (табл. 28 СНиП 2.04.03-85);

- количество песколовок.

3. Определение объема песка, содержащегося в сточных водах.

механический сточный вода аэротенк биофильтр

4. Масса песка, осевшего в песколовке.

.

где - плотность песка, кг/.



Концентрация взвешенных веществ в сточной воде в сутки, которая проходит очистку в песколовках.

Концентрация веществ после очистки в песколовках.

.

7.Интенсивность аэрации -- 3--5 м3/(м2 ч);

Для данной песколовки интенсивность подачи воздуха 4,62*4= 18,48 м3/ч

Для разделения механических загрязнений по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки (рис.3), в состав которых входят входная труба 1, воздуховод 2, воздухораспределители 3, выходная труба 4, шламосборник 5 с отверстием 6 для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются,

Рис. 3. Аэрируемая песколовка.



Выбор сооружения

Основные параметры	Тип песколовки
	горизонтальная	аэрируемая
Гидравлическая крупность задерживаемых частиц, мм/с	18,7	18,7
Длина отстойника, м	13,64	6,2
Скорость воды, м/с	0,3	0,08
Конц. взв. в-в. После очистки.	171	173

Вывод: выгоднее использовать горизонтальную песколовку.

1.3 Первичные отстойники

Отстойники -- это сооружения, предназначенные для выделения из сточных % вод грубодисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность.

В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяется или в целях предварительной их обработки перед очисткой на других сооружениях (первичные), или как способ окончательной очистки сточных вод прошедших биологическую очистку (вторичные).

По режиму работы различают отстойники периодического действия, или контактные, в которые сточная вода поступает периодически, причем отстаивание ее происходит в покое, и отстойники непрерывного действия, или проточные, в которых отстаивание происходит при медленном движении жидкости.

По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные; разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники. В горизонтальных отстойниках сточная вода движется горизонтально, в вертикальных -- снизу вверх, а в радиальных -- от центра к периферии.

Содержание нерастворенных примесей (взвешенных веществ), выделяемых первичными отстойниками, зависит от начального содержания и от характеристики этих примесей (формы и размера их частиц, плотности, скорости их осаждения), а также от продолжительности отстаивания. Скорость осаждения и полнота выделения из воды тонкодисперсных частиц зависят от их способности к агломерации.

Допустимое остаточное содержание взвешенных веществ -- вынос из первичных отстойников -- устанавливается в зависимости от типа биологических окислителей для последующей очистки сточных вод. В соответствии с этим принимается продолжительность отстаивания.

Из отстойников перед биофильтрами и аэротенками на полную очистку не должно выноситься взвешенных веществ более 150 мг/л. Продолжительность отстаивания городских сточных вод в этом случае должна быть 1,5 ч. Выбор типа, конструкции и числа отстойников должен производиться на основе технико-экономического их сравнения с учетом местных условий. Вертикальные отстойники применяют обычно при низком уровне грунтовых вод и пропускной способности очистных сооружений до 10 ООО мЗ/сутки. Горизонтальные и радиальные отстойники применяют независимо от уровня грунтовых вод при пропускной способности очистных сооружений свыше 15 000--20 000 мЗ/сутки. Радиальные отстойники с вращающимся распределительным устройством применяют на станциях пропускной способностью более 20 000 мЗ/сутки при исходной концентрации взвешенных веществ не более 500 мг/л.

Основными условиями эффективной работы отстойников являются: установление оптимальной гидравлической нагрузки на одно сооружение или секцию (для данных начальной и конечной концентраций сточной воды и природы взвешенных веществ); равномерное распределение сточной воды между отдельными сооружениями (секциями); своевременное удаление осадка и всплывающих веществ.



Расчет горизонтального отстойника

Рис. 4. Схема горизонтального отстойника

1 Расчетное значение гидравлической крупности u0, мм/с, необходимо определять по кривым кинетики отстаивания Э = f(t), получаемым экспериментально, с приведением полученной в лабораторных условиях величины к высоте слоя, равной глубине проточной части отстойника, по формуле

где Hset -- глубина проточной части в отстойнике, м; Hset=2м

Kset коэффициент использования объема проточной части отстойника; Kset=0,5

tset -- продолжительность отстаивания, с, соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторном цилиндре в слое h1; для городских сточных вод данную величину допускается принимать по табл. 30; tset=7200с.

n2 -- показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения; для городских сточных вод следует определять по черт. 2 СНиПа 2.04.03-85, n2=0,42, h1=500мм.



=1,88 (мм/с)

2 Определяем длину Ls, м, по формуле

где Ks -- коэффициент, принимаемый по табл. 27; Ks=0,5

Hs -- расчетная глубина, м, Hs=2

vs -- скорость движения сточных вод, м/с, принимаемая по табл. 31;

u0 -- гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от требуемого диаметра задерживаемых частиц песка

=17,02 (м).

3 Площадь живого сечения

щ =Q/х

щ=0,062/0,008=7,75 (м2)

4 Определение размеров отстойника:

Вset= щ/Hs=7,75/2=3.9 (м).



5 Количество осадка Qmud, м3/ч, выделяемого при отстаивании определем исходя из концентрации взвешенных веществ в поступающей воде Cen и концентрации взвешенных веществ в осветленной воде Cex:

где qw -- расход сточных вод, м3/ч;

mud -- влажность осадка, %; mud=95%

mud плотность осадка, г/см3. mud=1,05 г/см3

=0,53 м3/ч

6 Принимая по внимание, что при проектировании очистных установок, как правило, применяются типовые или экспериментальные конструкции отстойных сооружений с известными геометрическими размерами, за расчетную величину следует принимать производительность одного отстойника qset, при которой обеспечивается заданный эффект очистки. После расчета qset исходя из общего расхода сточных вод определяется количество рабочих единиц отстойников N

N = .

Производительность одного отстойника qset, м3/ч, следует определять исходя из заданных геометрических размеров сооружения и требуемого эффекта осветления сточных вод по формуле



Где величина турбулентной составляющей в зависимостиот скорости рабочего лотка

=221,64м3/ч

N =232,16/221,64=1,05

Расчет радиального отстойника

Широкое применение для очистки производственных сточных вод на больших заводах находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью. На рис. представлена схема радиального отстойника. Подача шлама в шламосборник осуществляется вращающимся механическим скребком.

Рис.5. Схема радиального отстойника: 1 - входная труба; 2 - отводящая труба; 3 - шламосборник; 4 - канал вывода шлама; 5 - механический скребок



1 Расчетное значение гидравлической крупности u0, мм/с,

Hset -- глубина проточной части в отстойнике, м; Hset=2м

Kset коэффициент использования объема проточной части отстойника; Kset=0,45

tset -- продолжительность отстаивания, с, tset=7200с.

n2 -- показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения; для городских сточных вод следует определять по черт. 2.

n2=0,42, h1=500 мм.

=1,79мм/с

2 Расчетный объем W

W==qmax* tset=0,062*7200=446,4 м3

3 Определение диаметра отстойника радиального

Fкруг= W/ Hset=446,4/2=223,2 м2

,

отсюда следует, что



=16,86 (м).

4 Производительность радиального отстойника

,

Где величина турбулентной составляющей в зависимостиот скорости рабочего лотка,

диаметр отстойника,

диаметр впускного устройства,

5 Количество отстойников N=1

6 Концентрация взвешенных веществ после после очиски при осветлении 60%:

.

7 Количество осадка Qmud, м3/ч, выделяемого при отстаивании определем исходя из концентрации взвешенных веществ в поступающей воде Cen и концентрации взвешенных веществ в осветленной воде Cex:

где qw -- расход сточных вод, м3/ч;

mud -- влажность осадка, %; mud=95%

mud плотность осадка, г/см3. mud=1,05 г/см3



.

Сравнение отстойников

Параметры	Горизонтальный отстойник	Радиальный отстойник
Количество, шт.	1	1
Длина/ диаметр, м	17,02	16,86
Глубина, м	2	2
Ширина, м	3,9
Площадь, м2	66,378	223,144
"+"конструкции	простота конструкции, возможность использования одного сгребающего механизма	Высокий эффект очистки
"-"конструкции	Быстрый износ сгребающего оборудования, большие размеры сооружения	Дорогой с экономической точки зрения

Исходя из полученных расчетов экономически выгоднее использование горизонтального отстойника, если сравнивать размеры сооружений, то предпочтение так же отдается горизонтальному отстойнику.



Глава 2. Сооружения биологической очистки

Биологические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от разнообразных растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, аммиак и др.) соединений. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности.

Преимущества биологического метода очистки - возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Биологическую очистку сточных вод можно проводить в естественных и искусственных сооружениях.

В качестве естественных сооружений биологической очистки применяют поля фильтрации, орошения и биологические пруды. Для очистки некоторых видов сточных вод, например бытовых, эти сооружения используют и в настоящее время; однако для очистки промышленных сточных вод такие сооружения (особенно два первых) не нашли универсального применения. Это обусловлено большим количеством сточных вод промышленных предприятий и малой производительностью единицы площади полей, а также возможностью попадания на поля в воде токсичных для микроорганизмов примесей.

Промышленные сточные воды, особенно содержащие нефть, медленно очищаются в естественных сооружениях, поэтому их биологическую очистку проводят в искусственных сооружениях. К таким сооружениям чаще всего относят биофильтры, аэротенки и биологические пруды.

В схему биологической очистки производственных сточных вод в курсовом проекте входят следующие основные сооружения: в естественных условиях - поля фильтрации, в искусственных - аэротенки и биофильтры.

2.1 Расчет аэротенков

Рис. 6. Схема аэротенка

Аэротенк представляет собой резервуар, в котором находится смесь активного ила и очищаемой сточной воды. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов- минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточной воды. Из аэротенка иловая смесь ( сточная вода и активный ил) поступает во вторичный отстойник, где активный ил осаждается, и основная его масса возвращается в аэротенк. Эффективность процесса очистки в аэротенках, качественное состояние и окислительная способность активного ила определяются условиями, к которым относятся: состав и свойства сточных вод, гидродинамические условия перемешивания, соотношение количества поданных загрязнений и жизнеспособного ила, кислородный режим сооружения, температура, активная реакция среды, наличие элементов питания, присутствие активаторов или ингибиторов процесса и др.

Диспергирование воздуха в воде проводят с помощью механических и пневматических аэраторов. Пневматические аэраторы подразделяются в зависимости от размера аэрируемых пузырьков: мелкопузырчатые, среднепузырчатые и крупнопузырчатые.

При механической и пневматической системах аэрации происходит перемешивание иловой смеси и воздуха с помощью механических устройств. Механические аэраторы подразделяются на аэраторы малого и глубокого погружения. Аэраторы малого погружения насыщают воздухом поверхностный слой воды и затем насыщенную кислородом воду перемешивают за счет своей энергетической мощности. Аэраторы глубокого погружения перемешивают придонные слои воды с воздухом. Дальнейшее перемешивание всего объема воды происходит без энергии аэратора.

Преимущества механических аэраторов - высокая эффективность и экономичность, а также отсутствие необходимости в строительстве воздуходувных станций и коммуникаций.

Для биологической очистки небольших количеств смеси сточных вод, в которой преобладают бытовые сточные воды, могут применяться аэротенки-отстойники, конструктивно обеспечивающие объединение двух технологических процессов очистки.

В связи с высокой концентрацией органических примесей по БПКП0ЛН в производственных сточных водах и свойственной им большой неравномерностью потребления кислорода в процессе окисления, а также возможным присутствием токсичных веществ и резкими колебаниями состава воды для их очистки чаще всего применяют аэротенки - смесители.

Расчет аэротенка без регенератора

1 Период аэрации tatm, ч, в аэротенках, работающих по принципу смесителей, следует определить по формуле



где Len БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании), 300 мг/л;

Lex БПКполн очищенной воды, 15 мг/л;

ai -- доза ила, 2 г/л, определяемая технико-экономическим расчетом с учетом работы вторичных отстойников;

s -- зольность ила, принимаемая по табл. 40 (0.3);

удельная скорость окисления, мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч, определяемая по формуле

здесь max максимальная скорость окисления, 85 мг/(гч), принимаемая по табл. 40;

CO -- концентрация растворенного кислорода, 2 мг/л;

Kl константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, 33 мг БПКполн/л, и принимаемая по табл. 40;

КО -- константа, характеризующая влияние кислорода, 0.625 мг О2/л, и принимаемая по табл. 40;

-- коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, 0.07 л/г, принимаемый по табл. 40.

2 Объем аэротенка.

где Q - расчетный расход, 232,16

3 Объем одной секции аэротенка



где n - количество секций в аэротенке.

4 площадь одной секции аэротенка

где

5 размеры аэротенка принимаются исходя из условий отношения ширины коридора к глубине =1

Ширина аэротенка

где N - количество коридоров в аэротенке, N=3.

6 Степень рециркуляции активного ила в аэротенках

- иловый индекс, , зависит о нагрузки на ил. Для городских сточных вод иловый индекс допускается определять в зависимости от нагрузки на (табл. 41 СНиП 2,04,03-85);

7 удельный расход воздуха очищаемой воды, при пневматической системе аэрации



где qO -- удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн, принимаемый при очистке до БПКполн 15--20 мг/л -- 1,1, при очистке до БПКполн свыше 20 мг/л 0.9;

K1 -- коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка faz /fat по табл. 42 (2);

K2 коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов ha и принимаемый по табл. 43 (2,52);

KT коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который следует определять по формуле

здесь Tw -- среднемесячная температура воды за летний период, 20С;

K3 -- коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85; при наличии СПАВ принимается в зависимости от величины faz /fat по табл. 44 (0,77), для производственных сточных вод -- по опытным данным, при их отсутствии допускается принимать K3 = 0,7;

Ca -- растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определяемая по формуле

здесь CT =9,08-- растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочным данным;

ha глубина погружения аэратора, 4 м;

CO -- средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л; в первом приближении СО допускается принимать 2 мг/л и необходимо уточнять на основе технико-экономических расчетов

Площадь аэрируемой зоны для пневматических аэраторов включает просветы между ними до 0,3 м.

8 Интенсивность аэрации Ja, м3/(м2ч), надлежит определять по формуле

где Hat рабочая глубина аэротенка, м;

tat -- период аэрации, 8,19 ч.

Если вычисленная интенсивность аэрации свыше Ja,max для принятого значения K1, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны; если менее Ja,min для принятого значения K2 -- следует увеличить расход воздуха, приняв Ja,min по табл. 43.

Условие выполняется.

Расчет аэротенка с регенератором

Эти сооружения применяются для очистки производственных сточных вод со значительными колебаниями состава и расхода стоков и присутствии в них эмульгированных и биологически трудноокисляемых компонентов, например, при очистке сточных вод 1 ступени второй системы канализации ППЗ. При проектировании аэротенков с регенераторами продолжительность окисления органических загрязняющих веществ tO, ч определяем по формуле



ar доза ила в регенераторе, г/л, определяемая по формуле

степень рецеркуляции активного ила в аэротенках принимается от 0,3 до 0,4

-- удельная скорость окисления для аэротенков -- смесителей и вытеснителей, определяемая по формуле при дозе ила ar.

Продолжительность обработки воды в аэротенке tat, ч определяем по формуле

= 1,82

Продолжительность регенерации tr, ч,



=11,31-1,82=9,41 ч.

Иловый индекс определяется исходя из таб. 42.

Вычисляем вместимость аэротенка Wat, м3

где n - количество секций в аэротенке

S=263,42/4=65,85 м2

Ширина аэротенка

где N - количество коридоров в аэротенке, N=3.

Размеры аэротенка

Глубина, м	Ширина, м	Длина, м
4	12	12

Вывод:

Параметры	Аэротенки - смесители без регенераторов	Аэротенки-смесители с регенераторами
Длина, м	12	12
Глубина, м	4	4
Ширина, м	18,7	10



Для проектирования используем аэротенки - смесители с регенератором.

2.2 Расчет биологических фильтров

Биологические фильтры представляют собой резервуары, заполненные твердым кусковым материалом (шлак, кокс, щебенка, керамзит), через который фильтруется поступающая на поверхность загрузки сточная вода.

Рис. Биологический фильтр.

1. Дозирующий бак

2. сифон

3. спринклер

4. магистральная труба

5. распределительные трубы

6. дренаж из плиток

7. каналы для входа воздуха в дренаж

8. загрузка фильтра (щебень)

9. канал для отвода очищенной воды.

Поверхность всех частиц загрузки покрывается сплошной биологической пленкой за счет адсорбции микробов из сточной воды и последующего их размножения. Биологическая пленка играет роль основного активного агента в очистке воды.

Биологические фильтры следует проектировать в виде резервуаров со сплошными стенками и двойным дном: нижним -- сплошным, а верхним -- решетчатым (колосниковая решетка) для поддержания загрузки. При этом необходимо принимать: высоту междудонного пространства -- не менее 0,6 м; уклон нижнего днища к сборным лоткам не менее 0,01; продольный уклон сборных лотков -- по конструктивным соображениям, но не менее 0,005.

Капельные биофильтры следует устраивать с естественной аэрацией, высоконагружаемые -- как с естественной, так и с искусственной аэрацией (аэрофильтры).

Естественную аэрацию биофильтров надлежит предусматривать через окна, располагаемые равномерно по их периметру в пределах междудонного пространства и оборудуемые устройствами, позволяющими закрывать их наглухо. Площадь окон должна составлять 1 --5 % площади биофильтра.

В качестве загрузочного материала для биофильтров следует применить щебень или гальку прочных горных пород, керамзит, а также пластмассы, способные выдержать температуру от 6 до 30 С без потери прочности.

Загрузка фильтров по высоте должна быть выполнена из материала одинаковой крупности с устройством нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м, крупностью 70--100 мм.

В зависимости от климатических условий района строительства, производительности очистных сооружений, режима притока сточных вод, их температуры биофильтры надлежит размещать либо в помещениях (отапливаемых или неотапливаемых), либо на открытом воздухе.

Капельные биологические фильтры БПКполн сточных вод Len =250 220 мг/л поэтому надлежит предусматривать рециркуляцию очищенных сточных вод.

Для капельных биофильтров надлежит принимать: рабочую высоту Hbf = 1,5--2 м;

гидравлическую нагрузку qbf = 1--3 м3/(м2сут);

БПКполн очищенной воды Lex = 15 мг/л.

В качестве загрузочного материала берем керамзит.

Рассчитываем коэффициент рециркуляции

где Lmix -- БПКполн смеси исходной и циркулирующей воды, при этом Lmix -- не более 300 мг/л; Lmix=200

Len, Lex -- БПКполн соответственно исходной и очищенной сточной воды

=0,27

При расчете капельных биофильтров величину qbf при заданных Len и Lex, мг/л, температуре воды Tw определяем по табл. 37, где

.

=13,3

Оптимальная температура t=10; гидравлическая нагрузка

qbf, м3/(м2сут)=1; высота слоя загрузки Hbf = 2м.

Определяем площадь биофильтра по формуле



=6858 м2

Расчитываем объем загрузочного материала

W=F*H=6858*2=13716 м3

Исходя из того, что фильтр цилиндрической формы, определяем радиус R

= 47 м

Аэрофильтры

Аэрофильтры - высоконагружаемые биологические фильтры с искусственной аэрацией.

В аэрофильтрах необходимо предусматривать подачу воздуха в междудонное пространство вентиляторами с давлением у ввода 980 Па (100 мм вод. ст.). На отводных трубопроводах аэрофильтров необходимо предусматривать устройство гидравлических затворов высотой 200 мм.

БПКполн сточных вод, подаваемых на аэрофильтры, не должна превышать 300 мг/л. При большей БПКполн необходимо предусматривать рециркуляцию очищенных сточных вод.

БПКполн сточных вод Len =258,2, следовательно коэффициент рециркуляции не предусматриваем.

При расчете аэрофильтров допустимую величину qaf, м3/(м2сут), при заданных qa и Haf следует определять по табл. 38, где



=13,3

Оптимальная температура t=10; гидравлическая нагрузка

qbf, м3/(м2сут)=10; высота слоя загрузки Hbf = 4м.; удельный расход воздуха qa=12м3/м3

Площадь аэрофильтров Faf, м2, при очистке без рециркуляции необходимо рассчитывать по принятой гидравлической нагрузке qaf, м3/(м2сут), и суточному расходу сточных вод Q, м3/сут.

Faf,= Q,/ qaf=5400/10=540 м2

Расчитываем объем загрузочного материала

W=F*H=540*4=2160м3

Исходя из того, что фильтр цилиндрической формы, определяем радиус R

= 13 м

Вывод:

Параметры	Капельный биофильтры	Аэрофильтр
Количество, шт.	1	1
Площадь,м2	6858	540
Диаметр ,м	47	13
Глубина,м	2	4
Объем загрузочного материала,м3	13716	2160



Из сравнения видно, что экономически выгоднеее и эффективнее будет проектирование аэрофильтра

2.3 Поля фильтрации

Поля фильтрации для полной биологической очистки сточных вод надлежит предусматривать, как правило, на песках, супесях и легких суглинках.

Продолжительность отстаивания сточных вод перед поступлением их на поля фильтрации следует принимать не менее 30 мин.

Площадки для полей фильтрации необходимо выбирать: со спокойным и слабовыраженным рельефом с уклоном до 0,02; с расположением ниже течения грунтового потока от сооружений для забора подземных вод на расстоянии, равном величине радиуса депрессионной воронки, но не менее 200 м для легких суглинков, 300 м -- для супесей и 500 м -- для песков.

При расположении полей фильтрации выше по течению грунтового потока расстояние их до сооружений для забора подземных вод следует принимать с учетом гидрогеологических условий и требований санитарной охраны источника водоснабжения.

На территориях, граничащих с местами выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород и карстов, не перекрытых водоупорным споем, размещение полей фильтрации не допускается.

Нагрузку бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод допускается принимать по табл. 47.

Площадь полей фильтрации в необходимых случаях надлежит проверять на намораживание сточных вод. Продолжительность намораживания следует принимать равной числу дней со среднесуточной температурой воздуха ниже минус 10 С.

Величину фильтрации сточных вод в период их намораживания необходимо определять с уменьшением на величину коэффициента, приведенного в табл. 48.

Размеры карт полей фильтрации надлежит определять в зависимости от рельефа местности, общей рабочей площади полей, способа обработки почвы. При обработке тракторами площадь одной карты должна быть не менее 1,5 га.Отношение ширины карты к длине следует принимать от 1:2 до 1:4; при обосновании допускается увеличение длины карты.

Расчет полей фильтрации

На картах полей фильтрации, предназначенных для намораживания сточных вод, следует предусматривать выпуски талых вод на резервные карты. Расчет полей фильтрации

Грунт-песок.

Среднегодовая температура воздуха 2 С.

Глубина залегания грунтовых вод h=2 м.

Нагрузка сточных вод q=140

Площадь поля фильтрации

Размеры карт полей фильтрации надлежит определять в зависимости от рельефа местности, общей рабочей площади полей, способа обработки почвы. При обработке площадей фильтрации тракторами, площадь одного поля не должна быть больше 1,5 га

Количество карт

;



где - площадь одной карты фильтрации, га.

Отношение ширины к длине карты 1:2.

Длина карты = 200 м.

Ширина карты = 100 м.

Длина поля фильтрации = 3200 м..

Ширина поля фильтрации = 1600 м.

2.4 Вторичные отстойники

Вторичные отстойники служат для задержания активного ила, поступающего вместе с очищенной водой из аэротенков, или для задержания биологической пленки, поступающей с водой из биофильтров.

Вторичные отстойники бывают горизонтальными, вертикальными и радиальными. Для очистных станций небольших размеров обычно применяют вертикальные вторичные отстойники, а для больших и средних - горизонтальные и радиальные.

Расчет вторичного отстойника

Горизонтальный отстойник.

Нагрузку на поверхность вторичных отстойников qssb, м3/(м2ч), после биофильтров всех типов следует рассчитывать по формуле

м3/(м2ч),

где u0 -- гидравлическая крупность биопленки; при полной биологической очистке u0 = 1,4 мм/с;

Kset,=0,45, коэффициент использовния объема проточной части.

Вторичные отстойники всех типов после аэротенков надлежит рассчитывать по гидравлической нагрузке qssa, м3/(м2ч), с учетом концентрации активного ила в аэротенке ai, г/л, его индекса Ji, см3/г, и концентрации ила в осветленной воде at, мг/л, по формуле

1 м3/(м2ч),

где Kss -- коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимаемый для радиальных отстойников 0,4, вертикальных 0,35, вертикальных с периферийным выпуском -- 0,5, горизонтальных -- 0,45;

at -- следует принимать не менее 10 мг/л,

ai -- не более 15 г/л.

Нагрузку на 1 м сборного водослива осветленной воды следует принимать не более 810 л/с.

Число отстойников.

.

Так как количество вторичных отстойников в проекте должно быть не менее трех, то проектируем три отстойника



Заключение

Существование человечества без пресной воды невозможно. Поэтому в последние годы вопрос о чистоте воды и воздуха ставится на многих всемирных форумах. Эта проблема возникла в связи с огромными масштабами промышленного, сельскохозяйственного и коммунального использования вод. Использование пресной воды в таких огромных масштабах приводит к изменению физико-химического состава воды. Для уменьшения вредного влияния промышленного и сельскохозяйственного использования воды на экологию земного шара необходима очистка сточных вод. Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические и биологические. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Механическая очистка позволяет выделять из сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков.

Среди методов очистки хозяйственно-бытовых сточных вод основную роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов.



Библиографический список

1 Очистка сточных вод в аэротенках

2 Поля фильтрации

3 СНиП 2.04.04-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.

4 Справочное пособие к СНиП. Проектирование сооружений для очистки сточных вод.

Размещено на Allbest.ru