УЛЬЯНОВx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И
ОПТИКИ»
Институт холода и биотехнологий
Кафедра промышленной экологии
Курсовой проект на тему
«Проект станции очистки сточных вод мясокомбинатов»
Выполнил:
студентка 545 группы
Бурлешин А.
Проверил:
доцент
Ульянов Н. Б.
Санкт-Петербург
2014 г.
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ ................................................................................................. 2
АННОТАЦИЯ .................................................................................................... 3
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ................................................................................. 10
ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ
ВЫБОРА МЕТОДА ОЧИСТКИ .................................................................. 11
Расчет эффектов изъятия по компонентам ..................................................... 13
ВЫБОР, РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ АППАРАТОВ ............... 14
Описание аппаратов .......................................................................................... 14
Расчет аппаратов ............................................................................................... 21
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................. 30
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .............................................................................. 31
2
АННОТАЦИЯ
Мясоперерабатывающая отрасль, как и другие пищевые отрасли
является водоемкой, и, соответственно, для нее характерны большие объемы
водоотведения.
Производственные
сточные
воды
мясокомбинатов,
мясоптицекомбинатов и мясоперерабатывающих заводов по характеру
загрязнений делятся на загрязненные жирные и загрязненные нежирные.
В процессе мясопереработки задействованы многочисленные цеха,
сточные воды которых, обладают различным составом.
Мясо-жировой корпус. Сточные воды образуются при тушировании
свиней, в отделении обескровливания при мойке туш, внутренностей
животных, а также при мытье оборудования, инвентаря и помещений. Они
содержат песок, кровь, жир, остатки кормов, частицы каныги, волосы и пр.
От вакуум-насосов и компрессоров сбрасываются незагрязненные сточные
воды.
Шкуропосолочный цех. Сточные воды образуются при мытье шкур,
оборудования и полов. Они содержат щетину, соль, песок.
Цех технических фабрикатов. Сточные воды образуются при мойке
сырья, мытье технологического оборудования и помещений. Они содержат
остатки сырья, песок, жир.
Каныжное отделение. Сточные воды отводятся от каныжных прессов.
Они загрязнены каныгой, навозом и пр.
Холодильник. Сточные воды образуются периодически при
оттаивании шуб воздухоохладителей. Они загрязнены органическими
веществами, обладают сильным запахом.
Мясоперерабатывающий корпус (завод). Сточные воды образуются
при мойке и вымачивании мясного сырья, при душевой отмывке колбас и в
агрегатах их термической обработки, при мытье оборудования, тары и полов.
Они содержат частицы жира, мяса, крови, белки, небольшие количества
нитрита, селитры и соли.[1]
Для предприятий мясной промышленности проектируют раздельную
систему канализации. Мясокомбинаты и мясоптицекомбинаты имеют две
сети производственной канализации: загрязненных жирных и загрязненных
нежирных сточных вод. При отсутствии, закрытой дождевой канализации в
сеть загрязненных нежирных сточных вод сбрасывают незагрязненные
производственные воды. Загрязненные жирные и нежирные сточные воды
мясокомбинатов после соответствующей механической очистки на
3
локальных внутрицеховых и общезаводских сооружениях объединяют с
бытовыми сточными водами и транспортируют, по общей сети в городскую
канализацию или на самостоятельные внеплощадочные сооружения
биологической очистки. В последнем случае необходимость сооружения узла
локальной механической очистки нежирных сточных вод на территории
мясокомбината устанавливают в каждом конкретном случае по техникоэкономическим соображениям.
Сооружения локальной очистки располагают в непосредственной
близости от мест образования сточных вод перед их сбросом в сеть.
Сооружения предназначены для максимально возможного задержания
отходов производства с целью их последующего использования, обеспечения
нормальной работы внеплощадочных сетей и сооружений, предотвращения
распространения болезнетворных микроорганизмов.
Для задержания крупных отходов на выпусках загрязненных нежирных
стоков в мясожировом и мясоперерабатывающем корпусах устанавливают
механические или ручные решетки, решетки-дробилки, а также
перфорированные самоочищающиеся желоба. [1]
На площадках самостоятельных сооружений биологической очистки
размещаются решетки, песколовки, осветлители или осветлителиперегниватели.
4
Рис. 1. Генплан узла локальной механической очистки сточных вод предприятия
мясной промышленности перед сбросом в городскую канализацию
1 — приемная камера загрязненных жирных сточных вод; 2 — песколовки; 3 —
жироловка; 4 — приемная камера загрязненных нежирных сточных вод; 5 — отстойники;
6 — смеситель; 7 — осветлители; 8 — помещение бункера для песка; 9 — помещение
вакуумных баков для осадков и жира; 10 — цех флотации; 11 — блок насосных станций с
решетками; 12 — хлораторная: 13 — административный корпус; I — сточные воды
мясокомбината; II — сточные воды санитарной бойни и изоляторов; III — сброс сточных
вод в городскую канализацию
Доочистку сточных вод при необходимости выполняют на
сооружениях, используемых для доочистки бытовых сточных вод:
сорбционных
фильтрах,
микрофильтрах,
песчаных
фильтрах
и
биологических прудах. [1]
5
Методы изъятия аммонийного азота
Присутствие соединений азота в сточных водах вызывает в водоемах
массовое развитие планктона, водорослей, появление привкусов и запахов
воды, нарушение кислородного режима и норм, жизнедеятельности
гидробионтов, создает дополнительные трудности при очистке воды
водоемов, используемой для хоз.-питьевых и производств, целей.
Присутствие аммиака в водоеме оказывает сильное токсическое
влияние на рыб, наличие нитритов в питьевой воде вызывает онкологические
заболевания, нитратов — метгемоглобинемию у детей. Присутствие
соединений азота в оборотной воде приводит к биологическому обрастанию
трубопроводов и технологического оборудования.
Органические и минеральные соединения азота (белки, аминокислоты,
амины, пурины, пиримидины, мочевина, аммиак, нитриты, нитраты и др.)
присутствуют в сточных водах многих отраслей промышленности:
химической,
нефтехимической,
медицинской,
микробиологической,
металлургической, коксохимической, пищевой, агрохимической, а также в
подземных и хозяйственно-бытовых водах.
Очистка воды от соединений азота хлорированием, озонированием,
ультрафиолетовым
облучением,
ионным
обменом,
электролизом,
деминерализацией, отдувкой аммиака воздухом требует дорогостоящих
реагентов и оборудования, сложна в эксплуатации и малоэффективна.
Сточные воды указанных отраслей промышленности очищаются от
органических веществ обычными биологическими методами (в аэротенках),
однако соединения азота в них практически не извлекаются. Для их удаления
требуются биологические методы с использованием взвешенной культуры
активного ила, прикрепленных микроорганизмов активного ила или
комбинациями этих двух методов.
В обоих методах происходят процессы нитрификации и
денитрификации — окисления аммиака до азотной кислоты,
сопровождаемые ассимиляцией углекислоты (нитрификация) нитрита до
газообразного азота (денитрификация).
В активном иле бактерии — нитрификаторы находятся в ассоциации с
гетеротрофной микрофлорой.
Усиленное поглощение ею кислорода в процессе окисления
органических веществ создает условия, при которых нитрифицирующие
микроорганизмы находятся в невыгодном положении. Окисление
6
аммонийного азота начинается после того, как органические вещества
практически использованы, деятельность гетеротрофной микрофлоры вышла
на стационарный режим и в аэрируемой смеси имеется растворенный
кислород. Однако в результате изменений соотношения нитрификаторов и
гетеротрофных микроорганизмов в активном иле, наблюдающихся при
уменьшении или увеличении концентрации органических веществ в сточной
воде, может происходить изменение констант скорости нитрификации. На
скорость нитрификации оказывают влияние температура, концентрация
раствор, кислорода, рН, окислительно-восстановительный потенциал среды,
токсичные компоненты. Скорость нитрификации возрастает с увеличением
температуры от 5 до 30°С. Оптимальное значение рН — 8,4. [2]
Процесс нитрификации описывается следующей формулой:
Денитрификация — совокупность превращений:
Рис.2. Схема одностадийной денитрификации
Механизм окислительно-сорбционных процессов
Комбинированное использование для удаления аммонийного азота и
других ингредиентов гипохлорита натрия с фильтрованием воды через
активированный уголь обеспечивает эффективные процессы окисления и
дихлорирования воды. Процесс окисления аммонийного азота и
дихлорирования воды протекает на поверхности активированного угля.
Фильтрующая загрузка обеспечивает доочистку стоков от
образующихся хлораминов и других загрязнений, поступающих со сточными
водами. Хлор, находящийся в воде, препятствует образованию
7
биологической пленки на поверхности гранул активированного угля, что
увеличивает срок эксплуатации сорбционных фильтров до двух лет.
На сорбционные фильтры следует направлять стоки, в которых
концентрация взвешенных веществ 5 мг/л. [3]
Механизм процесса удаления аммонийного азота объясняется
химической адсорбцией кислорода, которая протекает с образованием
поверхностных окислов основного или кислого характера в зависимости от
типа активированного угля. Активированный уголь является катализатором
хлораминов на своей поверхности до молекулярного азота, который
удаляется в атмосферу. В начальный период, при фильтровании через
активированный уголь, химическая реакция протекает с образованием
поверхностных окислов и восстановлением аммиака по уравнениям:
NaClO + C* → CO* + NaCl ;
NH2Cl + C* + H2O → NH3 + HCl + CO* ,
где C* – активный уголь; CO* – поверхностные окислы.
После образования поверхностных окислов химическая реакция
протекает с выделением молекулярного азота по уравнениям:
2Na2Cl + CO* → N2 + H2O + 2HCl + C*;
2NaCl2 + C* + H2O →N2 + 4HCl + CO*.
Адсорбция активированным углем не зависит от марки угля и его
пористости. Для доочистки от хлораминов может быть использован
гранулированный активированный уголь любого типа. Замена или
регенерация активированного угля осуществляется по мере его отработки.[3]
8
Показатели качества доочистки сточных вод на двухступенчатых
фильтрах
при дозе хлора 10 мг на 1 мг
и скорости фильтрования 5 м/ч
[3]
Наименование
показателя
качества
Вода после фильтрования
через песок
Концентрация
загрязнений в
концентрация,
эффект
исходной воде,
мг/л
очистки,
мг/л
%
через активированный уголь
концентрация,
эффект
мг/л
очистки, %
сточных вод
БПК5
15,7
7,13
54,6
2,87
81,7
РН
7,6
7,57
0,4
7,22
5,0
Азот аммонийный
3,9
3,67
5,9
0,54
86,2
Нитраты
1,9
–
–
0,23
87,9
Нитраты
2,4
–
–
1,32
45,0
Фосфаты
2,7
–
–
2,14
20,7
СПАВ
2,1
–
–
0,68
67,6
Коли индекс
–
–
–
Остаточный хлор
–
–
–
< 1000 шт.
0,1–0,9
Рис. 3. Технологическая схема доочистки сточных вод на напорных фильтрах:
1 – подача воды после сооружений очистки сточных вод; 2 – приемный резервуар с
насосами; 3 – песчаный фильтр; 4 – сорбционный фильтр; 5 – хлораторная; 6 – резервуар
чистой промывной воды; 7 – промывной насос; 8 – сброс очищенной воды; 9 – сброс
грязной промывной воды [3]
9
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
№
1.
2.
3.
Наименование
Среднесуточный расход сточных вод
Продолжительность образования и
поступления сточных вод
Тип сточных вод
Концентрации загрязняющих веществ:
Химическое потребление кислорода
Биохимическое потребление кислорода
Взвешенные вещества
Температура сточных вод
рН сточных вод
Ионный состав воды:
Катионы
калия и натрия
кальция
магния
железа
7.2 Анионы
гидрокарбонатов
сульфатов
хлоридов
8. Загрязняющее вещество и его
концентрация (в добавлении к фоновой)
в исходной воде
9. Приемник очищенных СВ
4.
4.1
4.2
4.3
5.
6.
7.
7.1
Обозначение,
ед. изм.
Q, м3/сут
Величина
параметра
400
Т, ч/сут
16
Мясокомбинаты
ХПК, г/м3
БПК, г/м3
ВВ, г/м3
t, °С
рН
500
250
200
24
6,5
K+ + Na+
Ca2+
Mg2+
Fe2+
20
80
51
0
HCO3
90
SO4
200
CI 50
Азот
аммонийный
100
(NH4+)
Водоем рыб.-хоз. назначения
10
ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА ОЧИСТКИ
Определение показателей качества воды, не соответствующих
установленным нормативам ПДК для рыбохозяйственных водоемов
Наименование
Химическое потребление
кислорода (ХПК)
Биохимическое потребление
кислорода (БПК)
Взвешенные вещества (ВВ)
NН4+
рН
Катионы:
калия и натрия (K+ + Na+)
кальция (Ca2+)
магния (Mg2+)
железа (Fe2+)
Анионы
гидрокарбонатов (HCO3)
сульфатов (SO4)
хлоридов (CI -)
ПДК, г/м3
15
Сточная вода, г/м3
500
3
250
3
0,5
6,5-8,5
200
100
6,5
120
180
40
0
20
80
51
0
100
300
90
200
50
Необходима очистка по следующим показателям: ХПК, БПК, взвешенные
вещества, аммонийный азот, сульфаты.
11
Так как производится очистка сточных вод мясокомбината, помимо
очистки от указанных выше загрязнителей, необходима очистка от жиров и
обеззараживание стоков.
В соответствии с этим, предлагается следующая схема:
1
2
3
4
5
6
7
8
1) решетки. задержка мусора и крупных загрязнений
2) жироловушка. изъятие жиров
3) первичный отстойник, вертикальный. осаждение основной части
взвешенных веществ
4) флотатор с добавлением реагента. очистка сточной воды от
органических загрязнителей (ХПК, БПК) и неокисляемых минеральных
примесей (взвешенные вещества)
5) аэротенк-нитрификатор. окисление ионов аммонийного азота до
нитрат-ионов
6) аэротенк-денитрификатор. восстановление нитрат-иона в
газообразный азот и его удаление
7) сорбционный фильтр с введением хлора (химическая адсорбция).
доочистка остаточных концентраций нитратов, аммонийного азота,
органических и взвешенных веществ, посредством окисления и
фильтрации.
8) ультрафиолетовое обеззараживание. доведение индексов содержания
бактерий до разрешенного к сбросу.
12
Расчет эффектов изъятия по компонентам
Загрязняющее
вещество
Эффект изъятия,
%
Входная
Выходная
концентрация,
концентрация,
г/м3
г/м3
Первичный вертикальный отстойник
ХПК
10
500
450
БПК
15
250
212
ВВ
50
200
100
+
NH4
100
100
2SO4
200
200
Флотатор с коагулянтом FeSO4
ХПК
62
450
171
БПК
68
212
68
ВВ
90
100
10
+
NH4
100
100
2SO4
60
200
80 – ПДК
Аэротенк-нитрификатор с вторичным отстойником
ХПК
65
171
60
БПК
70
68
20
ВВ
60
10
4
+
NH4
94
100
6
Аэротенк-денитрификатор с вторичным отстойником
ХПК
~40
60
36
БПК
~45
20
11
ВВ
~40
4
1,6 - ПДК
+
NH4
0
6
6
NO3
до 80
94
19
Сорбционный фильтр с хлорированием
ХПК
~70
36
10,8
БПК
81,7
11
2
+
NH4
86
6
0,5
NO3
88
19
2,3*
*ПДК для NO3 в соответствии с «Перечень предельно допустимых
концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных
веществ для воды рыбохозяйственных водоемов» равен 9,1 г/м3
13
ВЫБОР, РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ АППАРАТОВ ОЧИСТКИ
ОПИСАНИЕ АППАРАТОВ
Решетки
Для предотвращения засорения насосов на насосной станции, в
приемном резервуаре устанавливают решетки с механическими граблями или
решетки дробилки.
В данном случае выбираем решетки с механизированными граблями и
с прозорами шириной 20 мм, в этом случае число рабочих – 2, резервных – 1.
Скорость движения воды в прозорах решеток 1 м/с.
Вокруг решеток обеспечивается проход 1,2 м, перед фронтом – 1,5 м.
Жироловушка
Жироловушка устанавливается исходя из специфики сточных вод
(мясокомбинат).
Жироловушка работает по принципу гравитации - частицы масел и
жира, попадая в камеру сепарации, отделяются от воды и поднимаются на
поверхность, поскольку их удельный вес легче, чем вес воды. Очищенная
вода скапливается в нижней части второй камеры жироотделителя, откуда
выходит в канализацию. Удаление скопившегося осадка производиться через
горловину жироловушки.
Рисунок 1. Жироловушка
14
Производительность данных установок от 1 до 17 л/с (в нашем случае
расход сточных вод составляет 16,7 л/с). В соответствии с этим, выбрана
жироловушка вертикального типа (при сходной производительности, по
сравнению с горизонтальным аппаратом, позволяет более компактно
разместить аппараты на станции), производительностью 17 л/с. Параметры
аппарата при данной производительности:
Параметр
Размер, мм
Диаметр
1400
Высота
2100
Первичный вертикальный отстойник
Согласно СНиП 2.04.03-85 принимаем для установки 2 первичных
вертикальных отстойника.
Вертикальный отстойник (рис.2) представляет собой железобетонный
круглый бак диаметром D и высотой H, открытый сверху, с коническим
дном, зарытый в землю. Внутри отстойника укреплен бак диаметром d,
примерно в 3 - 4 раза меньше диаметра D. Внутренний бак не имеет дна и
также открыт сверху, а стенки его поднимают несколько выше стенок
сливного желоба большого наружного бака. Вода для отстоя поступает во
внутренний бак по горизонтальной трубе и, выходя из нижнего среза,
поступает в наружный бак, двигаясь вверх, а наносы при этом падают вниз.
Очищенная вода, переливаясь через стенку наружного бака в
кольцевой желоб, попадает в отводящую трубу. Вертикальный отстойник
работает по принципу противотока, что весьма эффективно. Осаждающаяся
взвесь заполняет воронку дна наружного бака, откуда ее удаляют через
промывную трубу по мере надобности.
15
Рисунок 2. Вертикальный отстойник.
1 - внутренний бак; 2 - наружный бак; 3 - подводящая труба; 4 - успокоитель; 5 отводящая труба чистой воды; 6 - грязеспуск.
Флотатор с применением реагента
Флотация основана на прилипании частиц загрязнений к пузырькам
воздуха, которыми искусственно насыщается вода. Пузырьки воздуха, с
прилипшими к ним загрязнениями, всплывают и на поверхности образуют
пену, насыщенную загрязнениями, которую удаляют. Процесс флотации
протекает в 8–10 раз быстрее, чем отстаивание, и заканчивается в течение
10–15 мин.
Слипание пузырьков газа с грязевыми частицами протекает наиболее
интенсивно, если загрязнения гидрофобны (масла, нефтепродукты, угольная
пыль др.).
16
Рисунок 3. Установка флотации с реагентом Fe(SO4)3
1 – цилиндрическая часть; 2 – центральная труба; 3 - жёлоб; 4 – коническая часть
Эффект очистки флотационных установок достигает 60 %. Процесс
флотации можно интенсифицировать путем магнитной обработки воды
(эффект очистки флотацией повышается на 30 %) или предварительной их
гидрофобизацией загрязняющих веществ с применением реагентов.
Аэротенк-нитрификатор
Аэротенки-нитрификаторы целесообразно применять при отсутствии в
сточных водах посторонних органических примесей. Процесс нитрификации
следует осуществлять в аэротенке-смесителе при невысокой степени очистки
воды (2-4 мг N-NH4 / л очищенной воды).
Рисунок 4. Аэротенк-нитрификатор
А – аэротенк-нитрификатор; Б – вторичный отстойник; 1 – аэробная зона
(биологическая очистка с нитрификацией); 2 – аноксидная зона
(денитрификация); 3 – мешалка; 4 – вода из первичного отстойника;
5 – активный ил (рециркуляция); 6 – вода после очистки
Принципиальная схема аэротенка-нитрификатора, совмещенного с
денитрификатором приведена на рис. 4. Циркуляция иловой смеси
обеспечивается погруженными мешалками. В сооружении чередуются
аэрируемые и не аэрируемые участки, в которых создаются аэробные и
17
аноксидные условия. В аэробных зонах проходит параллельная
биохимическая очистка и нитрификация, а также отдувка молекулярного
азота, в аноксидных идет денитрификация.
Аэротенк-денитрификатор
Предназначен для восстановления азот нитратов до атомарного азота, а
также частично окислять органические примеси. Сооружение биологической
очистки, предназначенное для удаления из воды нитратов. Для
осуществления процесса денитрификации в качестве источника углерода в
сточные воды искусственно добавляют биологически неконсервативные
органические вещества (метанол, этанол, органические кислоты) или
исходные сточные воды из расчета 3-6 мг БПК на 1 мг N-NO3.
При одностадийной схеме устраивают аэротенки с продленной
аэрацией, одна секция в которых выделяется для восстановления азота
нитратов до газообразного азота (рис.5) [4].
1
2
Рис. 5. Денитрификатор одностадийный.
1 – денитрификатор, 2 –
вторичный отстойник.
Сорбционный фильтр с введением хлора (химическая адсорбция)
Комбинированное использование для удаления аммонийного азота и
других ингредиентов гипохлорита натрия с фильтрованием воды через
активированный уголь обеспечивает эффективные процессы окисления и
дихлорирования воды. Процесс окисления аммонийного азота и
дихлорирования воды протекает на поверхности активированного угля.
Фильтрующая загрузка обеспечивает доочистку стоков от
образующихся хлораминов и других загрязнений, поступающих со сточными
водами. Хлор, находящийся в воде, препятствует образованию
биологической пленки на поверхности гранул активированного угля, что
увеличивает срок эксплуатации сорбционных фильтров до двух лет.
На сорбционные фильтры следует направлять стоки, в которых
концентрация взвешенных веществ 5 мг/л.
18
Рисунок 6. Сорбционный фильтр
1 - Вентиляционный стояк; 2 - Подводящий трубопровод; 3 - Отводящий трубопровод;
4 - Переливной патрубок; 5 – Задвижка; 6 - Отсекающая заслонка; 7 - Разгрузочная труба;
8 – Сорбент; 9 - Дренажный насос; 10 - Распределитель воздуха; 11 - Воздушный
трубопровод; 12 - Перфорированное днище; 13 - Круговой сборный лоток; 14 –
Компрессор.
Для сточных вод, прошедших полную биологическую очистку,
рекомендуется дозу хлора принимать равной 3 г/м3.
Скорость фильтрования через загрузку из активированного угля
принимается в пределах 3–7 м/ч.
Наибольший эффект удаления аммонийного азота происходит при
скорости фильтрования 3 м/ч.
Исследования, проведенные на фильтрах, показали, что при дозе хлора
10 мг/л и скорости фильтрования 5 м/ч и концентрации аммонийного азота 1
мг/л удаляется 95 % NH4+ – N.
19
С повышением концентрации аммонийного азота до 5–10 мг/л из
сточной воды удаляется 95–98 % NH4+ – N.
Установка ультрафиолетового обеззараживания
Рисунок 7. Установка ультрафиолетового обеззараживания
Очистка воды ультрафиолетовым излучением, в основном, базируется
на фотохимических реакциях, в результате которых происходят необратимые
повреждения ДНК и РНК бактерий и вирусов. Бактерицидный ультрафиолет
избирательно действует только на микроорганизмы и не оказывает
воздействие на химический состав среды. Так же как и озон,
ультрафиолетовое обеззараживание не требует введения в воду
дополнительных химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды, при
этом действует не только на бактериальную флору, но и на бактериальные
споры. Наиболее чувствительны к воздействию ультрафиолетового
излучения вирусы и бактерии в вегетативной форме (палочки, кокки),
например такие известные специалистам возбудители заболеваний:
Salmonella typhosa (брюшной тиф), Vibrio cholerae (холера), Shigella
dysenteriae (дизентерия), Hepatitis virus (вирусный гепатит А), Mycobacterium
tuberculisis (туберкулез) и многие другие.
Минимально допустимой дозой облучения при обеззараживании (по
СанПиН) является 16 мДж/см2.
20
РАСЧЕТ АППАРАТОВ
Накопительная емкость
При суточном расходе Q = 400 м3/сут и продолжительности
образования сточных вод 16 часов, требуется установка накопительной
емкости для выравнивания расхода на 24 часа.
qчас = Q/24 = 400/24 = 16,7 м3/час
W = Q ∙ (1 −
𝑇
𝑇раб
) = 400 ∙ (1 -
16
) = 135 м3
24
Первичный вертикальный отстойник
1. Значение гидравлической крупности:
𝑢0 =
1000 ∙ 𝐻𝑠𝑒𝑡 ∙ 𝐾𝑠𝑒𝑡
1000 ∙ 3 ∙ 0,35
=
0,07 = 0,7 мм/с
𝐻𝑠𝑒𝑡 ∙ 𝐾𝑠𝑒𝑡 𝑛2
3
∙
0,35
𝑡𝑠𝑒𝑡 ∙ (
)
2160 ∙ (
)
ℎ1
500
где Hset - глубина проточной части в отстойнике, м;
Kset - коэффициент использования объема проточной части отстойника(для
вертикальных отстойников – 0,35);
tset - продолжительность отстаивания, соответствующая заданному эффекту
очистки и полученная в лабораторном цилиндре в слое h1; для городских
сточных вод данную величину допускается принимать по табл. 30 СНиП
2.04.03-85;
n2 - показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе
осаждении; для городских сточных вод следует определять по черт. 2 СНиП
2.04.03-85.
где 𝜗- скорость накопления осадка в отстойнике, не менее 30 мм/с
2. Расход сточных вод, м3/ч;
𝑞=
𝑄 400
=
= 16,7м3 /ч
𝑇
24
3. Диаметр центральной трубы, м
21
𝑑=√
𝑞∙4
=√
𝜗 ∙ 3,6 ∙ 𝜋
16,7 ∙ 4
30 ∙ 3,6 ∙ 3,14
=3м
4. Площадь для прохода воды
𝐹=
𝑞
16,7
=
= 22 м2
𝜗 ∙ 3,6 ∙ 𝐾𝑠𝑒𝑡 30 ∙ 3,6 ∙ 0,35
5. Диаметр отстойника
𝐷 = √(𝐹 +
𝜋𝑑 2
3,14 ∙ 32
√(22
=
+
)
) = 29 м
4
4
Флотатор с реагентом FeSO4
1. Объем флотатора
𝑊ап = 𝑞 ∙ 𝑡пр = 16,7 ∙ 0,3 = 5 м3
где 𝑞 - расход сточных вод, м3/ч;
𝑡пр – необходимое время нахождения воды во флотаторе, т.е.
продолжительность флотации, ч; (время нахождения воды в флотаторе
составляет 20 мин, т.е. 0,3 ч)
2. Площадь флотатора
𝐹=
𝑊ап
5
=
= 3,3 м2
𝐻
1,5
С учетом полученных значений принимаем, глубина 𝐻 = 1,5 м; ширина 𝐵 =
1,5 м; длина L = 2,2 м.
3. Доза реагента FeSO4
Согласно СНиП 2.04.03-85 (табл.55) доза реагента, необходимого для
очистки сточных вод от взвешенных веществ и БПКполн , должна составлять
Dp = 40-50 мг/л для FeSO4 .
Мр = q ∙ Dp
22
где q – часовой расход очищаемых сточных вод, q=16,7 м3/ч
Dp – доза реагента, 40-50 мг/л (г/м3) для FeSO4
Мр час = 16,7 ∙ 40=668 г/ч
Мр сут = 0,668 ∙ 24 = 16 кг/сут
Аэротенк-нитрификатор
1) Удельная скорость роста нитрификаторов
𝜇=
𝐾𝑝𝐻 ∙ 𝐾𝑇 ∙ 𝐾𝑂𝐶 ∙ 𝐾𝐶 ∙ 𝜇𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑁
𝐾П + 𝑁
𝐾𝑝𝐻 - коэффициент, учитывающий значение рН. для рН=6,5, 𝐾𝑝𝐻 =0,31
𝐾𝑇 - коэффициент, учитывающий влияние температуры жидкости. для
Т=24℃ , 𝐾𝑇 = 1,8
𝐾𝑂𝐶 - коэффициент, учитывающий влияние концентрации растворенного
кислорода:
𝐶𝑂 – концентрация растворенного кислорода в иловой смеси. 𝐶𝑂 = 2 мг/л
𝐾𝑂 – константа полунасыщения. 𝐾𝑂 = 0,6 мг / л.
𝐾𝑂𝐶 =
𝐶𝑂
2
=
= 0,8
𝐾𝑂 + 𝐶𝑂 0,6 + 2
𝐾𝐶 - коэффициент, учитывающий влияние токсичных компонентов. 𝐾𝐶 =1
𝐾П - константа полунасыщения, 𝐾П = 25 мг N-NH4 /л
N – концентрация аммонийного азота в очищенной жидкости, N = 6 мг/л
𝜇𝑚𝑎𝑥 - максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов,
𝜇𝑚𝑎𝑥 = 1,77 сут -1
𝜇=
0,31 ∙ 1,8 ∙ 0,8 ∙ 1 ∙ 1,77 ∙ 6
= 0,15 сут−1
25 + 6
2) Минимальный возраст нитрифицирующего ила
𝜃=
1
𝜇
23
𝜃=
1
= 6,7 сут
0,15
3) Концентрация нитрифицирующего ила 𝑎𝑖𝑠 равна 0,017 г/л при
возрасте ила 5 суток.
4) Удельная скорость окисления органических веществ
𝜌 = КЭ +
0,0417 ∙ КР
𝜃
Кэ – энергетический физиологический коэффициент = 3,7 мг БПК полн /(г*ч)
Кр – физиологический коэффициент роста микроорганизмов активного ила,
= 864 мг БПК полн /г
𝜌 = 3,7 +
0,0417 ∙ 864
= 9,1 мг/(г ∗ ч)
6,7
5) Средняя скорость окисления
𝜌=
𝜌𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝐿𝑒𝑥 ∙ 𝐶𝑂
1
∙
𝐿𝑒𝑥 ∙ 𝐶𝑂 + 𝐾𝑙 ∙ 𝐶𝑂 + 𝐾𝑂 ∙ 𝐿𝑒𝑥 1 +∙ 𝜑𝑎𝑖
𝜌𝑚𝑎𝑥 - максимальная скорость окисления = 80 мг БПКполн / (г*ч)
𝐾𝑙 = константа, характеризующая свойства органических загрязняющих
веществ = 30 мг БПКполн / л
𝐾𝑂 - константа, характеризующая влияние кислорода = 0,6 мг О2 / л
𝐶𝑂 - концентрация растворенного кислорода = 2 мг/л
𝜑 - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила= 0,06 л/г
𝐿𝑒𝑥 - выходная концентрация по БПК = 20 мг БПКполн/л
9,1 =
80 ∙ 20 ∙ 2
1
∙
20 ∙ 2 + 30 ∙ 2 + 0,6 ∙ 20 1 + 2 ∙ 𝑎𝑖
1 + 2 ∙ 𝑎𝑖 =
80 ∙ 20 ∙ 2
20 ∙ 2 + 30 ∙ 2 + 0,6 ∙ 20 ∙ 9,1
𝑎𝑖 = 3,6 г/л
24
6) Продолжительность аэрации
𝑡𝑎𝑡𝑚 =
𝑡𝑎𝑡𝑚 =
(𝐿𝑒𝑛 − 𝐿𝑒𝑥 )
𝑎𝑖 ∙ 𝜌
(68 − 20)
= 1,5 ч
3,6 ∙ 9,1
7) Минимально допустимая концентрация аммонийного азота в
поступающей жидкости
𝐶𝑛𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛 =
0,02 ∙ 𝑎𝑡 ∙ 𝜃
𝑎𝑖𝑠
𝑎𝑡 - вынос ила из вторичных отстойников, 𝑎𝑡 =20 мг/л
𝑎𝑖𝑠 – концентрация микроорганизмов , 0,017 г/л
𝐶𝑛𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛 =
0,02 ∙ 20 ∙ 6,7
= 157,7мг/л
0,017
8) Доза нитрифицирующего ила
𝑎𝑖𝑛 = 1,2 ∙ 𝑎𝑖𝑠 ∙
∆𝐶𝑛
𝑡
𝑡 - продолжительность очистки, равная минимальному периоду аэрации для
смесителей = 10 ч.
𝑎𝑖𝑛 = 1,2 ∙ 0,017 ∙
(68 − 20)
= 0,1 г/л
10
9) Общая концентрация беззольного ила в иловой смеси аэротенка
𝑎 = 𝑎𝑖 + 𝑎𝑖𝑛 = 3,6 + 0,1 = 3,7 г/л
10)
Удельный прирост избыточного ила
𝐾𝑔 =
𝐾𝑔 =
11)
4,17 ∙ 𝑎 ∙ 𝑡𝑎𝑡𝑚
(𝐿𝑒𝑛 − 𝐿𝑒𝑥 ) ∙ 𝜃
4,17 ∙ 3,7 ∙ 1,5
= 0,07 мг/(мг БПКполн)
(68 − 20) ∙ 6,7
Суточное количество избыточного ила
25
𝐺=
𝐺=
12)
𝐾𝑔 ∙ (𝐿𝑒𝑛 − 𝐿𝑒𝑥 ) ∙ 𝑄
1000
0,07 ∙ (68 − 20) ∙ 400
= 1,35 кг/сут
1000
Объем нитрификатора
𝑊𝑛 =
𝑊𝑛 =
𝑄 ∙ 𝑡𝑎𝑡𝑚
𝑡
400 ∙ 1,5
= 25 м3
24
Высота Н аэротенков принимается не менее 4 м, поэтому Н=4 м, В=1,8 м,
L=3,5м .
Аэротенк-денитрификатор
Для обеспечения работы денитрификатора требуется введение углеродного
питания (этанол) в соотношении 4 : 1 (ХПК : NO3-).
В сточной воде присутствует 60 г/м3 ХПК, т.о. необходимо добавить углеродное
питание в количестве 𝐷эт = 316 г/м3.
Часовой расход этанола:
𝑞эт = (𝑞 ∙ 𝐷эт ∙ 0,001)/𝜌эт = (16,7 ∙ 316 ∙ 0,001)/789 = 0,007 м3 /ч
1) Предельная доза денитрифицирующего ила при Ji=100 см3/г
1000 ∙ 𝑠 1000 ∙ 0,15
𝑎𝑖𝑑𝑛 =
=
= 1,5 г/л
𝐽𝑖
100
2) Удельная скорость денитрификации
𝜌
𝑑𝑛
=
𝑑𝑛
𝜌𝑚𝑎𝑥
𝐿𝑑𝑛
1
𝑒𝑥
∙ ( 𝑑𝑛
)∙(
)
𝐿𝑒𝑥 + 𝐾𝑑𝑛
1 + 𝜑𝑑𝑛 𝑎𝑖𝑑𝑛
𝑑𝑛
𝜌𝑚𝑎𝑥
для этанола = 44,9 мг N-NO3 / (г*ч)
𝐾𝑑𝑛 для этанола = 25 мг N-NO3 /л
𝜑𝑑𝑛 для этанола = 0,17 л/г
𝜌𝑑𝑛 = 44,9 ∙ (
11
1
)∙(
) = 11, " мг/(г ∙ ч)
11 + 25
1 + 0,17 ∙ 1,5
3) Продолжительность пребывания в смесителе с денитрификатором
𝑡𝑎𝑡𝑚 =
𝑑𝑛
(𝐿𝑑𝑛
𝑒𝑛 − 𝐿𝑒𝑥 )
𝑎𝑖𝑑𝑛 ∙ (1 − 𝛼) ∙ 𝜌𝑑𝑛
26
𝑡𝑎𝑡𝑚 =
(20 − 11)
=1ч
1,5 ∙ (1 − 0,3) ∙ 8,5
4) Объем реактора
𝑊𝑑𝑛 =
𝑄 ∙ 𝑡𝑎𝑡𝑚 400 ∙ 1
=
= 17 м3
24
24
Высота аэротенка принимается Н=4 м, тогда В=1,5 м, L=2,8 м.
Сорбционный фильтр с введением хлора
1) Максимальная сорбционная емкость (по ХПК – стр.108 «Техника защиты
окружающей среды» часть II)
⁄
1 2
𝑚𝑎𝑥
𝑎𝑠𝑏
= 253 ∙ 𝐶𝑒𝑛
= 253 ∙ (36 ∙ 0,001)1⁄2 = 48 мг⁄л
0,001 – переводной коэффициент из г/л в мг/л
2) Общая площадь одновременно и параллельно работающих адсорберов,м2
𝐹𝑎𝑑𝑠 =
𝑞𝑤 16,7
=
= 1,7 м2
𝑣
10
где 𝑞𝑤 - среднечасовой расход сточных вод, м3/ч;
𝑣 - скорость потока (принимаемая не более 12 м/ч).
3) Число одновременно и параллельно работающих адсорберов
𝑁𝑎𝑑𝑠 =
𝐻𝑡𝑜𝑡 4,65
=
≈ 2 шт
𝐻𝑎𝑑𝑠
2,5
где 𝐻𝑎𝑑𝑠 - высота сорбционной загрузки одного фильтра, принимаемая
конструктивно = 2,5 м;
𝐻𝑡𝑜𝑡 - общая высота сорбционного слоя, определяемая по формуле
𝐻𝑡𝑜𝑡 = 𝐻1 + 𝐻2 + 𝐻3 = 2,2 + 0,25 + 2,2 = 4,65 м
здесь 𝐻1 - высота сорбционного слоя, в котором за период 𝑡𝑎𝑑𝑠
адсорбционная емкость сорбента исчерпывается до степени 𝐾,
рассчитывается по формуле
𝑚𝑖𝑛
𝐷𝑠𝑏
∙ 𝑞𝑤 ∙ 𝑡𝑎𝑑𝑠 4,16 ∙ 16,7 ∙ 24
𝐻1 =
=
= 2,2 м
𝐹𝑎𝑑𝑠 ∙ 𝛾𝑠𝑏
1,7 ∙ 450
27
здесь 𝛾𝑠𝑏 - насыпной вес активного угля, г/м3;
𝑚𝑖𝑛
𝐷𝑠𝑏
- минимальная доза активного угля, выгружаемого из адсорбера
при коэффициенте исчерпания емкости 𝐾𝑠𝑏 , определяемая по формуле
𝑚𝑖𝑛
𝐷𝑠𝑏
=
𝐶𝑒𝑛 − 𝐶𝑒𝑥
36 − 10,8
=
= 4,16 г⁄л
𝑚𝑎𝑥
𝐾𝑠𝑏 ∙ 𝑎𝑠𝑏
0,6 ∙ 10,1
здесь 𝐶𝑒𝑛 , 𝐶𝑒𝑥 - концентрации сорбируемого вещества соответственно
до и после очистки, мг/л; 𝐾𝑠𝑏 - принимается равным 0,6 – 0,8.
𝑯𝟐 - высота загрузки сорбционного слоя, обеспечивающая работу
установки до концентрации 𝐶𝑒𝑥 в течении времени 𝑡𝑎𝑑𝑠 , определяемая по
формуле
𝑚𝑎𝑥
𝐷𝑠𝑏
∙ 𝑞𝑤 ∙ 𝑡𝑎𝑑𝑠 0,45 ∙ 16,7 ∙ 24
𝐻2 =
=
= 0,25 м
𝐹𝑎𝑑𝑠 ∙ 𝛾𝑠𝑏
1,7 ∙ 450
𝑚𝑎𝑥
где 𝐷𝑠𝑏
– максимальная доза активного угля, определяемая по
формуле
𝑚𝑎𝑥
𝐷𝑠𝑏
=
𝐶𝑒𝑛 −𝐶𝑒𝑥
𝑚𝑖𝑛
𝑎𝑠𝑏
=
36−10,8
253 ∙ 0,051⁄2
= 0,45 г/л,
𝑚𝑖𝑛
где 𝑎𝑠𝑏
– минимальная сорбционная емкость активного угля, мг/л,
определяемая экспериментально
𝑯𝟑 - резервный слой сорбента, рассчитанный на продолжительность
работы установки в течении времени перегрузки или регенерации слоя
сорбента высотой 𝐻1 .
Высота слоя отработанного адсорбента, выгружаемого из адсорбера,
принимается равной загрузке одного адсорбера 𝐻1 = 2,2 м, резервная высота
загрузки 𝐻3 = 2,2 м, 𝐻2 = 0,25 м
В результате расчета получаем, что для обработки воды требуется
установка 2 параллельно и одновременно работающих адсорберов, но т.к.
фильтры нуждаются в перезагрузке, то параллельно устанавливаются 4
адсорбера.
Для сточных вод, прошедших полную биологическую очистку,
рекомендуется дозу хлора принимать 3 г/м3.
В таком случае расход реагента составит:
28
𝐷 = 𝑄 ∙ 𝑚реаг = 400 ∙ 1000 ∙ 3 = 1,2 кг/сут
1000 – переводной коэффициент из г в кг.
29
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Н. И. Лихачев, И, И. Ларин, С. А. Хаскин и др. Справочник
проектировщика «Канализация населённых мест и промышленных
предприятий», Редакционный совет Стройиздата и секции канализации
Научно-технического
совета
Всесоюзного
объединений
Союзводоканалниипроект. Рецензент — (ВНИИ ВОДГЕО).
2. С.В. Яковлев, В.Н. Богословский и др. Инженерное оборудование зданий
и сооружений, справочник, М.; Стройиздат 1994.
3. Доочистка сточных вод от аммонийного азота окислительно-сорбционным
методом, где в качестве окислителя используется хлор.
edu.dvgups.ru
4. Глубокая очистка сточных вод от соединений азота и фосфора
http://www.gaps.tstu.ru/win-1251/lab/sreda/ope/ob_ecol_html/glubochistka.html
30
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
31