Принцип разработки бессбросных систем водообеспечения техногенных объектов

Введение

В настоящее время необходимо задуматься о рациональном использовании водных ресурсов и снижении антропогенной нагрузки на водные объекты в связи с резким ухудшением качества воды в большинстве водоисточников. Особенно актуален этот вопрос для техногенных комплексов, где наблюдаются большие потери воды, при ее использовании в технологических процессах и, зачастую, низкая эффективность работы очистных сооружений.

Целью выполнения данного курсового проекта является ознакомление с принципом разработки бессбросных систем водообеспечения техногенных объектов. Основными путями решения этой задачи является создание на техногенных комплексах систем оборотного и повторного водообеспечения.

Результатом выполнения курсового проекта является составление замкнутой балансовой схемы водообеспечения техногенного комплекса. В этой схеме исключен сброс сточных вод в водный объект, и значительно уменьшен расход свежей воды, забираемой из водного объекта.

1. Исходные данные

Таблица 1 Расположение водозабора и выпуска сточных вод по отношению к контрольному створу

Таблица 2 Режимы водопотребления на промышленных объектах

Таблица 3 Режимы водоотведения на промышленных объектах

Таблица 4 Характеристики источника водоснабжения

Таблица 5 Требования к качеству воды, подаваемой на промышленные объекты

Таблица 6 Характеристики сточных вод промышленных объектов

2. Обработка исходных данных

В курсовом проекте решается задача создания замкнутой (бессбросной) системы производственного водообеспечения техногенного комплекса, включающего в себя 5 промышленных объектов. На данный момент все объекты комплекса снабжаются водой из одного водоисточника (реки), который также является приемником сточных вод. Система водообеспечения техногенного комплекса характеризуется наличием одного водозабора, общей станции водоподготовки для всех объектов, общесплавной системой водоотведения с едиными очистными сооружениями и одним выпуском СВ. Исходные данные для проектирования представлены в таблицах 1…6 (см. п. 1). На основании исходных данных составляются ситуационный план-схема и схема существующего варианта производственного водообеспечения техногенного комплекса.

2.1 Составление ситуационного плана-схемы техногенного комплекса

По данным таблицы 1 составляется ситуационный план-схема техногенного комплекса (рис. 1), на котором схематично, в произвольном масштабе, отображается водный объект, комплекс промышленных объектов, расположение водозабора и выпуска сточных вод относительно контрольного створа, водопроводные и канализационные очистные сооружения, а также даётся условное начертание сетей водоснабжения и водоотведения. На схеме также показываются использованные сокращения и условные обозначения.

2.2 Составление исходного варианта схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса

Аналогично п. 2.1. составляется балансовая схема производственного водообеспечения техногенного комплекса при существующих условиях его функционирования (рис.2). По данным таблиц 2 и 3 на полученной схеме в виде дроби указываются расходы (м³/час) подаваемой и отводимой воды (в числителе), а также коэффициенты неравномерности водопотребления и водоотведения (в знаменателе). В курсовом проекте условно принято, что значения этих коэффициентов для определенного потребителя равны между собой. Также на схеме указываются потери воды при ее обработке на водопроводных и канализационных очистных сооружениях и при использовании в производственных процессах промышленными объектами. А потерями воды при ее транспортировании по сетям водоснабжения и водоотведения в курсовом проекте пренебрегаются.

3. Разработка замкнутой системы производственного водообеспечения техногенного комплекса

.1 Предварительное определение основных параметров и составление схемы замкнутой системы водообеспечения техногенного комплекса

Для решения задачи, поставленной в данном курсовом проекте, показатели качества сточных вод от промышленных объектов сравниваются с требованиями, предъявляемыми к качеству потребляемой воды на объектах. Основываясь на принципе близости качественно-количественного состава и расходов сточных вод, разрабатывается проектный вариант схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса.

Промышленный объект № 2

В сточной воде этого объекта содержатся высокие концентрация взвешенных веществ (8000 мг/л), значения показателей БПК_полн (2000 мг/л), ХПК (5000 мг/л), хлоридов (6000 мг/л), сульфатов (3000 мг/л) по сравнению со сточной водой с других промышленных объектов. На объекте № 2 предъявляются достаточно низкие требования к качеству потребляемой воды по сравнению с требованиями к воде на других промышленных объектах по таким показателям как взвешенные вещества, БПК_полн, ХПК, азоту аммонийному, хлоридам, сульфатам, ионам тяжелых металлов и нефтепродуктам. поэтому сточную воду нецелесообразно направлять на водоснабжение других промышленных объектов.

Наиболее выгодно применить оборотную систему водоснабжения на этом объекте, т.к. этом случае не потребуется применение дорогостоящих методов очистки сточных вод, а также расход воды, поступающий с локальных очистных сооружение с учетом потерь, будет равен 1100 м³/ч, что составляет больше 50 % от требуемого на данном объекте (2000м³/ч).

Для восполнения потерь в системе водоснабжения используется очищенная сточная вода от других промышленных объектов, которая удовлетворяет требованиям к качеству потребляемой воды на данном объекте, а использование воды от ВОС нецелесообразно, т.к. вода будет более высокого качества, что не требуется на данном объекте (см. ниже).

Очистку сточной воды от объекта № 2 будет производиться по взвешенным веществам, БПК_полн, ХПК, аммонийному азоту, а также необходимо осуществлить корректировку pH.

Здесь невозможно применить биохимическую очистку, т.к. отношение ХПК/БПК_полн >1,5 (ХПК/БПК_полн=2,5), также сточная вода объекта № 2 не удовлетворяет еще одному условию: содержание хлоридов в воде должно быть меньше 300 мг/л , и сульфатов - меньше 500 мг/л , также в ней присутствуют ионы токсичных металлов (Cu, Zn, Mg).

Промышленных объектов № 3, № 4, № 5

Анализируя количественный и количественный состав потребляемой воды на этих объектах, можно отметить, что требования, предъявляемые к качеству потребляемой воды на объекте № 5, являются одними из самых жестких, т.к. в ней должны отсутствовать аммонийный азот, хлориды, сульфаты, ионы тяжелых металлов и нефтепродукты. Поэтому следует обеспечить этот объект необходимым количеством воды от ВОС.

Сточные воды объектов № 3, № 4, № 5 можно объединить в один поток , так как они имеют высокие концентрации взвешенных веществ, БПК_полн, ХПК, хлоридов, сульфатов и нефтепродуктов. Данный поток смешивать со сточной водой объектов № 2 (см. промышленный объект № 2) и № 1 нецелесообразно из-за существенного различия концентраций взвешенных веществ, БПК, ХПК и ионов токсичных металлов Fe, Cu, Zn, а ионы Mg в сточной воде объекта № 1 отсутствуют, это может привести к усложнению и удорожанию обработки сточных вод.

Смешанные сточные воды, поступающие на локальные очистные сооружения (ЛОС), имеют усредненные по концентрациям значения (приведенные в табл. №7).

Расчет производится по формуле для расчета показателей качества смешанных СВ:

,

где    - значение i-го показателя качества смешанной воды, мг/л;

- значение i-го показателя качества СВ 3, 4-го и 5-го объектов, мг/л;

- значение расходов СВ , соответственно 3, 4-го и 5-го объектов канализирования, мг/л.

Таблица 7 Показатели качества сточных вод объектов № 1 и №3

Поток, образованный в результате смешения сточных вод от этих промышленных объектов, будет иметь высокие концентрации хлоридов и сульфатов и содержать ионы токсичных металлов (см. табл. 7). После очистки эту сточную воду целесообразно использовать для водоснабжения объекта № 2, на котором значения показателей хлоридов и сульфатов не нормируются, а концентрации ионов металлов будут удовлетворять предъявляемым требованиям. Но на объект № 2 пойдет часть этого потока (900 м³/ч) необходимого для подпитки оборотной системы, принимаемой на этом объекте.

Очистку сточных вод от промышленных объектов № 3, №4, №5 следует провести для объекта № 2 по взвешенным веществам, БПК_полн, ХПК и нефтепродуктам

Остальная же часть (350 м³/ч) будет направлена на водоснабжение объекта № 3, т.к. этот поток полностью удовлетворяют требованиям к качеству воды, подаваемой на этот объект, по таким показателям как аммонийный азот, хлориды, сульфаты, ионы марганца и pH. Перед тем как подать воду на объект необходимо осуществить доочистку этих вод по следующим показателям: взвешенные вещества, БПК_полн, ХПК, ионы железа, цинка и меди.

Здесь нельзя применить биохимическую очистку, т.к. отношение ХПК/БПК_полн >1,5, также в воде присутствуют ионы токсичных металлов (см. табл. 7).

Водоснабжение промышленного объекта № 4 будет осуществляться за счет сточной воды оставшихся объектов или от ВОС (см. ниже).

Промышленных объектов №1 и № 4

Анализируя количественный и количественный состав потребляемой воды на этом объекте, можно отметить, что требования, предъявляемые к качеству потребляемой воды, являются одними из самых жестких. В ней должны отсутствовать хлориды, сульфаты, ионы тяжелых металлов и нефтепродукты, и допустимо низкое содержание аммонийного азота в подаваемой воде, поэтому запитка сточной водой от других промышленных объектов нецелесообразна, т.к. очистка до таких жестких требований потребует применение дорогостоящих методов очистки сточных вод. Поэтому следует обеспечить объект № 1 необходимым количеством воды от ВОС, т.к. ВОС удовлетворяет требованиям к качеству воды этого объекта.

Сточные воды от объекта №1 целесообразно направить на биохимическую очистку, как экономически наиболее выгодный метод очистки. Биологическая очистка (БОС) применяется при отношении ХПК/БПК_полн £1,5, а в данном случае для данного объекта оно равно 1,2. В ней также не содержатся в высоких концентрациях ионы токсичных металлов (Cu, Zn, Mg), а наличие в этой воде аммонийного азота благоприятно сказывается на условиях биохимического окисления.

Смешение сточных вод от объекта №1 со сточными водами других объектов нецелесообразно из-за существенного различия концентраций ВВ, БПК_полн, ХПК, аммонийного азота, хлоридов, сульфатов, ионов металлов и нефтепродуктов, что может привести к нарушению соотношения ХПК/БПК_полн £1,5 и к увеличению токсичности сточной воды, что потребует применение более дорогостоящих методов очистки по сравнение с биохимическим методом.

В курсовом проекте разрабатывается замкнутая система водообеспечения техногенного комплекса, поэтому водоснабжение промышленного объекта № 4 будет осуществляться за счет сточной воды другого объекта: очищенные сточные воды от промышленного объекта № 1. Сточные воды объекта № 1, в отличие от сточных вод других промышленных объектов, удовлетворяют требованиям к качеству воды, подаваемой на этот объект, по таким показателям как хлориды, сульфаты, ионы цинка и меди, pH и в этой воде отсутствуют ионы марганца. А по остальным показателям: взвешенным веществам БПК_полн, ХПК, азоту аммонийному, ионам железа и нефтепродуктам необходимо будет произвести очистку до требуемых значений.

4. Разработка технологических схем очистки сточных вод

4.1 Разработка технологической схемы комплекса очистных сооружений промышленного объекта №1

Расчетные характеристики процесса очистки сточных вод объектов № 1 представлены в таблице 8. Технологическая схема очистки сточных вод приведена на рис. 7.

Технологическая схема очистки сточных вод включает в себя 4 блока: механической, физико - химической, биохимической и химической очистки.

Механическая очистка состоит из процеживания (решетка), отстаивания (отстойник).

Решетка является предварительным этапом обработки сточных вод для исключения вероятности попадания в основные сооружения особо грубодиспергированных примесей, что предотвращает поломки основных сооружений. По способу установки применяется подвижные решетки, а удаление задержанных примесей механизировано, т.к. суточной накопление мусора превышает 0,1 м³.

Особенностью данной схемы является отсутствие песколовки в технологии обработки сточной воды. Песколовка применяется при расходах  и при концентрации взвешенных веществ более 100 мг/л (в сточной воде объекта № 1 концентрация взвешенных веществ составляет 50 мг/л).

Для последующей обработки данного потока используется комбинированный метод механической и физико-химической очистки, а именно сочетание отстаивания с коагулированием и флокулированием, который позволяет извлечь из СВ диспергированные минеральные вещества и нерастворенные органические примеси. Для очистки сточных вод данных объектов целесообразно применять тонкослойный радиальный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования (расход сточных вод составляет 48000 м³/сут). Отстойник имеет круглую форму в плане, движение потока жидкости радиальное от центра к периферии. Осадок постоянно удаляется скребковыми механизмами. Для более эффективного осаждения примесей используются тонкослойные блоки, делящие зону осаждения на неглубокие слои полочными секциями (пластинами) и трубчатыми элементами. Наличие тонкослойных блоков «ламинаризует» поток жидкости и осаждение примесей становится более интенсивно. Использование таких блоков увеличивает производительность отстойника, тем самым, снижает продолжительность отстаивания сточных вод. Тонкослойные блоки устанавливаются перед водосливом. А для еще более эффективной работы сооружения сточную воду обрабатывают реагентами (коагулянтом, флокулянтом). В качестве реагентов используется сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ и полиакриламид ПАА.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 20 мг/л при исходной концентрации 50 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 60%;

по БПК составляет 400 мгО₂/л при исходной концентрации 500 мгО/л , степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 20 %;

по ХПК составляет 600 мгО₂/л при исходной концентрации 450 мгО₂/л , а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 25,0%.

Затем сточная вода подвергается биохимической очистке.

Биологическая очистка - группа методов обработки сточных вод, в основе которой лежит способоность живых организмов в процессе своей жизнедеятельности поглощать органические вещества. Данный вид очистки применяется для извлечения из сточной воды растворенных и мелкодиспергированных органических веществ, в основном она используется для извлечения растворенных веществ.

Биохимическое окисление будет происходить в 2 ступени.

В качестве сооружений биохимической очистки применяем следующие сооружения:

. аэротенк- смеситель;

. аэротенк - вытеснитель;

. вторичный и третичный радиальные отстойники;

. регенераторы активного ила.

Основой работы аэротенка-смесителя является постоянное перемешивание поступающей сточной воды с жидкостью находящейся в сооружении и активным илом. Быстрое перемешивание позволяет равномерно распределить органические загрязнения и растворенный кислород, что обеспечивает работу сооружения при высоких нагрузках. Затем сточная вода направляется аэротенк-вытеснитель. Основой работы такого сооружения является то, что поступающая сточная вода практически не перемешивается с ранее поступившей, и, таким образом, как бы вытесняет ее по мере поступления. Аэротенки-вытеснители представляют собой коридорные сооружения, в которых порция поступающей воды с активным илом проходит предварительную очистку без полного смешения с объемом жидкости, находящейся в сооружении. После аэротенков предусмотрены вторичный и третичный радиальные отстойники для отделения от СВ избыточного активного ила выносимого с очищаемой водой. Для восстановления поглощающей способности активного ила используется регенераторы.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по БПК составляет 15мгО₂/л при исходной концентрации 400 мгО₂/л, степень очистки по отношению к предыдущему значению 96,25%, степень очистки по отношению к исходному значению 97,0 %;

по ХПК составляет 25мгО₂/л при исходной концентрации 450 мгО₂/л, степень очистки по отношению к предыдущему значению 94,44%, степень очистки по отношению к исходному значению 95,83 %.

Для дальнейшей обработки сточных вод применяется фильтрование, в результате этого процесса происходит снижение концентраций взвешенных веществ, БПК_полн, ХПК. Для этого используется каркасно-засыпной фильтр (КЗФ), который представляет собой скорый фильтр с нисходящим движением сточной воды и низким отводом промывной воды. Загрузка КЗФ включает в себя два элемента: гравийный каркас и песчаную засыпку. Применение этого фильтра обусловлено большей эффективностью очистки сточных вод от взвешенных частиц, БПК_полн, ХПК по сравнению с однослойным и двухслойным фильтрами.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 8,0 мг/л при исходной концентрации 20 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 60%, по отношению к исходному значению - 84%;

по БПК составляет 6,0 мгО₂/л при исходной концентрации 15 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к исходному значению 98,8 %;

по ХПК составляет 10 мгО₂/л при исходной концентрации 25 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к исходному значению 98,35%.

Далее для обработки сточной воды применяется комбинированный метод очистки, который включает в себя химический (окисление) и механический (фильтрование) методы. Для доочистки сточных вод до требуемых значений по БПК_полн используется окисление гипохлоритом натрия (NaClO) в контактной камере. Хлорирование является методом борьбы с биологическим обрастанием трубопроводов в системах повторного (оборотного) водообеспечения и снижения концентраций загрязняющих веществ до требуемых значений.

Применение NaClO обусловлено еще и тем, что в воде, потребляемой объектом №4, допускается высокое содержание хлоридов (50мг/л). Также хлорирование является методом борьбы с биологическим обрастанием трубопроводов в системах повторного (оборотного) водообеспечения. Этот способ окисления так же менее затратен по сравнению с озонированием или др. альтернативными методами химической обработки воды.

В качестве сооружения для окисления используется контактный резервуар, где происходит эффективное смешивание окислителя со стоками, устройство для дозирования реагентов и складское хозяйство (реагентное). Очень важный фактор - возможность получения гипохлорита натрия непосредственно на очистных сооружениях. При фильтровании используется однослойный фильтр, который представляет собой прямоугольный резервуар (в плане). Фильтрующий материал располагается на поддерживающем слое, в котором расположена дренажная система. Движение потока жидкости нисходящее. Распределение воды по поверхности фильтра происходит посредством двух желобов. В качестве фильтрующего материала будем применять кварцевый песок. Сочетание работ этих сооружений дает нам необходимый эффект очистки.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 5,0 мг/л при исходной концентрации 8,00 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 37,5%, по отношению к исходному значению - 90%;

по БПК составляет 3,0 мгО₂/л при исходной концентрации 6,0 мгО₂/л , степень очистки по отношению к предыдущему значению 50 %, степень очистки по отношению к исходному значению 99,5 %;

по ХПК составляет 5,0 мгО₂/л при исходной концентрации 10 мгО₂/л , а степень очистки по отношению к предыдущему значению 50 %, степень очистки по отношению к исходному значению 99,2%.

После всех выше перечисленных ступеней очистки вода соответствует требованиям к качеству воды, потребляемой на объекте № 4.

4.2 Разработка технологической схемы комплекса очистных сооружений промышленных объектов №2

очистной сооружение производственный водообеспечение

Расчетные характеристики процесса очистки сточных вод объекта № 2 представлены в таблице № 9.

Технологическая схема очистки сточных вод приведена на рис. 8.

Технологическая схема очистки сточных вод включает в себя 4 блока: механической, химической и физико-химической очистки.

Механическая очистка производственных сточных вод состоит из процеживания (решетка), кратковременного отстаивания (песколовка), отстаивания (отстойник).

Решетка является предварительным этапом обработки сточных вод (см. пункт 4.1).

После предварительной очистки для извлечения из сточных вод тяжелых минеральных примесей применяется кратковременное отстаивание. Используется тангенциальная песколовка, т.к. применение вертикальной песколовки будет нецелесообразно, т.к. она применяется при расходах до 8000 м³/сут (расход сточных вод на объекте № 2 равен 31200 м³/сут). Также могла быть использована горизонтальная песколовка, т.к. она применятся при расходах от 10000 до 50000 м3/сут, но тангенциальная песколовка имеет ряд преимуществ перед горизонтальной: обладает большей эффективностью и требует меньших размеров сооружения.

Тангенциальная песколовка имеет круглую форму в плане. Движение потока жидкости вращательное (тангенциальное). Осадок выпадает в конусную часть сооружения и затем удаляется гидроэлеватором.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 1600 мг/л при исходной концентрации 8000мг/л, а степень очистки по отношению к исходному значению - 80%.

В качестве метода химической очистки сточной воды применяется нейтрализация.

Реакция нейтрализации - химическая реакция между веществом, обладающим свойствами кислоты, и веществом, обладающим свойствами основания, в результате которой эти вещества теряют свои характерные свойства. Нейтрализации следует подвергать сточные воды с pH ниже 6,5 и выше 8,5 (pH=11,0). Применяется метод реагентной нейтрализации. Данный процесс происходит в камере нейтрализации с введением раствора серной кислоты .

В сточной воде содержится высокая концентрации взвешенных веществ, БПК_полн, ХПК и в этой воде наблюдается щелочная среда, поэтому процесс нейтрализации осуществляется перед отстаиванием, несмотря на то, что это приведет к увеличению расхода реагента.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по pH составляет 8,5 при исходной значении 11, а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 22,75%.

Также в этом процессе происходит снижение концентрации БПК_полн до 1280 мгО₂/л при исходной концентрации 1600 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 20%, по отношению к исходному значению - 36,0%; ХПК до 2812 мгО₂/л при исходной концентрации 3750 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 25%, по отношению к исходному значению - 43,8%;

Для дальнейшей обработки сточной воды используется комбинированный метод механической и физико-химической очистки: сочетание отстаивания и коагулирования, который позволяет извлечь из этой воды диспергированные минеральные вещества и нерастворенные органические примеси. Для очистки сточных вод данного объекта целесообразно применять тонкослойный радиальный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования, т.к. расход сточных вод более 20000 м³/сут (см. пункт 4.1).

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 320 мг/л при исходной концентрации 1600 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 80 %, по отношению к исходному значению - 96%;

по БПК составляет 1600 мгО₂/л при исходной концентрации 2000 мгО₂/л , степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 20 %;

по ХПК составляет 3750 мгО₂/л при исходной концентрации 5000 мгО₂/л , а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 25 %.

На следующей ступени обработки стоков следует применить флотацию. Этот способ основан на поверхностном прилипании примесей к пузырькам газа и последующем всплытии образовавшихся флотокомплексов (частица загрязнения + пузырек) на поверхность и образовании пены, в последствии удаляемой механическим способом. В данном случае используем реагентную пневматическую флотацию. В качестве реагента используем сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃. Измельчение пузырьков воздуха в этом случае осуществляется путем впуска воздуха во флотационную камеру через сопла, которые располагаются на воздухораспределительных трубках. Применение пневматической флотации обусловлено большими расходами (31200 м³/сут), и она менее чувствительна к изменению концентраций примесей, по сравнению с также широко применяемой напорной флотацией.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 20 мг/л при исходной концентрации 320 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 93,75%, по отношению к исходному значению - 99,75%;

по БПК составляет 128 мгО₂/л при исходной концентрации 1280 мгО₂/л, степень очистки по отношению к предыдущему значению 90 %, степень очистки по отношению к исходному значению 93,6 %;

по ХПК составляет 281 мгО₂/л при исходной концентрации 2812 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 90 %, степень очистки по отношению к исходному значению 94,38%.

Для снижения концентрации БПК и ХПК используется адсорбция на березовом активированном угле (БАУ) (многоярусный адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента). Применение данного сооружения обусловлена высокой производительностью, и работа в псевдоожиженном слое позволяет наиболее полно использовать сорбент.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по БПК составляет 23 мгО₂/л при исходной концентрации 128 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 82 %, по отношению к исходному значению 98,85%;

по ХПК составляет 50,6 мгО₂/л при исходной концентрации 281 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 82 %, по отношению к исходному значению 99 %.

Далее применяется химический метод очистки. Для доочистки и обеззараживания сточных вод перед повторным использованием будем применять окисление гипохлоритом натрия (NaClO) в контактной камере (см пункт 4.1).

Применение NaClO обусловлено тем, что в воде, потребляемой объектом №2, не нормируется концентрация хлоридов. Также хлорирование является методом борьбы с биологическим обрастанием трубопроводов в системах повторного (оборотного) водообеспечения. Этот способ окисления так же менее затратен по сравнению с озонированием или др. альтернативными методами химической обработки воды.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по БПК составляет 10 мгО₂/л при исходной концентрации 18,2 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 21 %, по отношению к исходному значению 99,1%;

по ХПК составляет 40 мгО₂/л при исходной концентрации 50,6 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 21 %, по отношению к исходному значению 99,2%.

После всех выше перечисленных ступеней очистки вода соответствует требованиям к качеству воды, потребляемой на объекте №2, и может использоваться в системе оборотного водообеспечения данного объекта.

Расчетные характеристики процесса очистки СВ объекта №2

Примечание:

- степень очистки сточных вод по отношению к исходному значения, %;

 - степень очистки сточных вод по отношению к предыдущему значению, %.

 4.3 Разработка технологической схемы комплекса очистных сооружений промышленных объектов №3, №4, №5

Расчетные характеристики процесса очистки сточных вод объектов №3, №4, №5 представлены в таблице №10.

Технологическая схема очистки сточных вод приведена на рис. 9.

Технологическая схема очистки сточных вод включает в себя 3 блока: механической, физико-химической и химической очистки.

Механическая очистка производственных сточных вод состоит из процеживания (решетка), кратковременного отстаивания (песколовка), отстаивания (отстойник).

Решетка является предварительным этапом обработки сточных вод (см. пункт 4.1).

После предварительной очистки для извлечения из сточной воды тяжелых минеральных примесей применяется метод механической очистки, а точнее кратковременное отстаивание. Используется тангенциальную песколовку, т.к. расход стоков равен 36000 м³/сут (см. пункт 4.2).

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 431 мг/л при исходной концентрации 663мг/л, а степень очистки по отношению к исходному значению - 35%.

Далее сточная вода направляется так же на кратковременное отстаивание, но в сооружение - радиальная многоярусная нефтеловушка. Применение этого сооружения обусловлено расходом сточных вод, наличием в воде высокой концентрации нефтепродуктов, также это сооружение имеет высокую производительность. Наличие тонкослойных элементов способствует эффективному удалению эмульгированных нефтепродуктов, что улучшает работу данного сооружения.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по нефтепродуктам составляет 288 мг/л при исходной концентрации 231 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 20 %;

по взвешенным веществам составляет 367 мг/л при исходной концентрации 431 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 15 %, по отношению к исходному значению 44,7%.

Предварительно обработанная сточная вода подается в контактный усреднитель с пневматической системой перемешивания. Здесь обеспечивается полное усреднение сточной воды, как по расходам, так и по концентрациям загрязняющих веществ. В результате исключения пиковых расходов сточных вод, поступающих на очистку, получается значительная экономия электроэнергии при эксплуатации сооружений и повышается надежность их работы. Применяем пневматический усреднитель, так как суточный расход превышает 15000 м³/сут.

Для дальнейшей обработки сточной воды используется комбинированный метод механической и физико-химической очистки, а именно сочетание отстаивания с коагулированием раствором Al₂(SO₄)₃ (см. пункт 4.2). Для очистки сточных вод данных объектов целесообразно применять радиальный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования (расход сточных вод более 20000 м³/сут).

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 36,7 мг/л при исходной концентрации 367 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 90 %, по отношению к исходному значению - 94,5%;

по БПК составляет 884 мгО₂/л при исходной концентрации 1040 мгО₂/л , степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 15 %;

по ХПК составляет 1900 мгО₂/л при исходной концентрации 2235 мгО₂/л , а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям 15 %;

по нефтепродуктам составляет 185 мг/л при исходной концентрации 231мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 20 %, по отношению к исходному значению - 35,8%;

- по ионам Fe составляет 0,17 мг/л при исходной концентрации 0,23 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям - 25 %.

На следующей ступени обработки сточной воды следует применить флотацию (см. пункт 4.2). В данном случае используем пневматическую реагентную флотацию. В качестве реагента применяется Al₂(SO₄)₃.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 20,0 мг/л при исходной концентрации 36,7 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 45,5%, по отношению к исходному значению - 97,0%;

по БПК составляет 133 мгО₂/л при исходной концентрации 884 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 85,0%, по отношению к исходному значению 87,5%;

по ХПК составляет 285 мгО₂/л при исходной концентрации 1900 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 85,0%, по отношению к исходному значению 87,5%;

по нефтепродуктам составляет 20,0 мг/л при исходной концентрации 185 мг/л, очистки по отношению к предыдущему значению 90,0%, степень очистки по отношению к исходному значению 93,0%;

по ионам Fe составляет 0,10 мг/л при исходной концентрации 0,17 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 40 %, степень очистки по отношению к исходному значению 56,52 %;

Для снижения концентрации БПК и ХПК используется адсорбция на БАУ: многоярусный адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента (см. пункт 4.2).

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по БПК составляет 20 мгО₂/л при исходной концентрации 133 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 85 %, по отношению к исходному значению 98 %;

по ХПК составляет 43 мгО₂/л при исходной концентрации 285 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 85 %, по отношению к исходному значению 98 %;

по нефтепродуктам составляет 4,0 мг/л при исходной концентрации 20 мг/л, очистки по отношению к предыдущему значению 80 %, степень очистки по отношению к исходному значению 99 %;

по ионам Fe составляет 0,05 мг/л при исходной концентрации 0,10 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 50 %, степень очистки по отношению к исходному значению 78,26 %;

по ионам Zn составляет 0,07 мг/л при исходной концентрации 0,11 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям - 40 %;

по ионам Cu составляет 0,14 мг/л при исходной концентрации 0,23 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему и к исходному значениям - 40 %.

На следующей ступени очистки применяем химический метод очистки.

Для доочистки и обеззараживания сточных вод применяется окисление гипохлоритом натрия  (I-ой ступени) (см. пункт 4.1).

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по БПК составляет 18,6 мгО₂/л при исходной концентрации 20 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 7,0%, по отношению к исходному значению 98,5%;

по ХПК составляет 40 мгО₂/л при исходной концентрации 43 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 7,0%, по отношению к исходному значению 98,5%.

После всех выше перечисленных ступеней очистки вода соответствует требованиям к качеству воды, потребляемой на объекте № 2.

Для того, чтобы качество воды, потребляемой на объекте № 3, соответствовало требованиям необходимо произвести доочистку этих вод по некоторым показателям.

Далее для обработки сточной воды применяется комбинированный метод очистки, который включает в себя химический (окисление  на II-ой ступени) и механический (фильтрование) методы. В качестве сооружения для окисления используется контактный резервуар (см. пункт 4.1). При фильтровании будем использовать двухслойный фильтр, который представляет собой прямоугольный резервуар (в плане). Применение этого фильтра обусловлено большей эффективностью очистки сточных вод от взвешенных частиц по сравнению с однослойным, позволяет получить эффект до 65%. (в табл. 10 степень очистки 60%). Движение потока жидкости нисходящее. Распределение воды по поверхности фильтра происходит посредством двух желобов. В качестве фильтрующего материала будем применять кварцевый песок и антрацит. Сочетание работ этих сооружений будет осуществлять необходимый эффект очистки.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по взвешенным веществам составляет 8,0 мг/л при исходной концентрации 20мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 60 %, по отношению к исходному значению - 98,79%;

по БПК составляет 5,0 мгО₂/л при исходной концентрации 20 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 73,5%, по отношению к исходному значению 99,5%;

по ХПК составляет 30 мгО₂/л при исходной концентрации 40 мгО₂/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 25%, по отношению к исходному значению 99%.

Далее для снижения значений по ионам металлов до требуемого, применяем ионный обмен - разновидность процесса хемосорбции, при котором происходит обмен одноименно заряженных ионами, находящихся в растворе и на поверхности ионита. Для этого используется катионитовый фильтр.

Глубина очистки сточных вод на данной ступени очистки:

по ионам Cu²⁺ составляет 0,05 мг/л при исходной концентрации 0,14 мг/л, а степень очистки по отношению к предыдущему значению 64,28 %, степень очистки по отношению к исходному значению 78,30%;

После всех выше перечисленных ступеней очистки вода соответствует требованиям к качеству воды, потребляемой на объекте №3.

Таблица 10 Расчетные характеристики процесса очистки СВ объектов №3, №4, №5

Примечание:

- степень очистки сточных вод по отношению к исходному значения, %;

 - степень очистки сточных вод по отношению к предыдущему значению, %.

5. Сравнительная оценка эффективности использования водных ресурсов в исходном и проектируемом вариантах системы производственного водообеспечения техногенного комплекса

Оценка эффективности проводится на основании результатов расчета следующих коэффициентов:

·коэффициент использования оборотной воды,

·коэффициент использования свежей воды, забираемой из источника,

- коэффициент безвозвратного потребления и потерь свежей воды, забираемой из источника водоснабжения,

·коэффициент водоотведения,

·коэффициент использования воды.

Расчёт коэффициента использования оборотной воды:

K_oб=,

где    Q_об-расход оборотной воды;

Q_ист-расход воды, забираемой из источника водоснабжения;

Исходный вариант:

к_об=

Проектируемый вариант:

к_об=

Расчёт коэффициента использования свежей воды, забираемой из источника водоснабжения:

к_св.в=,

где    Q_ист - расход воды поступающей из источника водоснабжения;

Q_сбр - расход сбрасываемой воды

Исходный вариант:

 к_св.в.=

Проектируемый вариант:

к_св.в.=

Расчёт коэффициента безвозвратного потребления и потерь свежей воды, забираемой из источника водоснабжения:

к_{безв. потр..}=,

где    Q_исп-расход воды,забираемой из источника водоснабжения;

Q_сбр-расход воды сбрасываемой в источник водоснабжения

Исходный вариант:

к_{безв.потр}=

Проектируемый вариант:

к_{безв.потр.}=

Расчёт коэффициента сброса:

К_сбр=,

где    Q_ист- расход воды, забираемой из источника водоснабжения;

Q_сбр -расход воды сбрасываемой в источник водоснабжения

Исходный вариант:

к_сбр=

Проектируемый вариант:

к_сбр=

Расчёт коэффициента использования воды:

К_исп.=,

где    Q_исп-расход воды, забираемой из источника водоснабжения;

Q_сбр-расход воды сбрасываемой в источник водоснабжения

Q_об-расход оборотной воды;

Q_разб-расход воды,требуемой для разбавления СВ при их сбросе в источник водоснабжения

Q_разб=Q_сбр/ ПДК_i

где    ПДК_i - предельно-допустимая концентрация i-го вещества, мг/л.

Q_разб=128173,2 м³/час

Исходный вариант:

К_.исп.=

Проектируемый вариант:

К_.исп.=

Для сравнения полученных коэффициентов, представим их в виде таблицы 11.

Таблица 11 Сравнительная таблица коэффициентов

Вывод

Коэффициент использования оборотной воды K_oб. Характеризует техническое совершенство системы водообеспечения: в исходном варианте K_oб.=0, а в проектируемом K_oб.=0,57. Увеличения этого коэффициента объясняется тем, что технологический комплекс был переведен с прямоточной системы на оборотную систему водоснабжения. Это значительно позволяет сократить потребность комплекса в водных ресурсах источника водоснабжения.

Коэффициент использования свежей воды, забираемой из источника водоснабжения К_св.в. показывает долю потребления свежей воды в общем водопотреблении на производственные нужды: в исходном варианте К_св.в.=0,44, а в проектируемом К_св.в.=1,0. Значение этого коэффициента увеличилось за счет повторного использования воды, что позволяет значительно сэкономить водные ресурсы источника водоснабжения, также К_св.в. свидетельствует о высокой организации водопотребления.

Коэффициент безвозвратного потребления и потерь свежей воды, забираемой из источника водоснабжения, характеризует степень рационального использования воды, кроме того от отражает уровень совершенства технологии производства: в исходном варианте К_{безв.потр.}=0,441, а в проектируемом К_{безв.потр.}=0,444. Произошло незначительное увеличение этого коэффициента, что не свидетельствует об ухудшении ситуации.

Коэффициент сброса К_сбр. Показывает долю сбрасываемых за пределы предприятия в открытый водоем сточных вод в общем количестве отводимых сточных вод предприятия: в исходном варианте К_сбр.=0,56, а в проектируемом К_сбр.=0. Сброс сточных вод в водоем полностью парекращен за счет включения их в оборотный цикл, что благоприятно сказывается на состоянии водного объекта.

Коэффициент использования воды К_исп характеризует уровень комплексности использования воды и уровень экологичности производства: в исходном варианте К_исп =0,023, а в проектируемом К_исп=1,0. Произошло значительное увеличение значения этого коэффициента, что свидетельствует об значительно более рациональном использовании воды на промышленных предприятиях.

Список использованных источников

1.   Алексеев С.А. Утилизация сточных вод: Учебное пособие (электронный вариант). СПб.: СПГУВК, 2006. - 197 с.

2.      Алексеев С.А. Технология и техника обработки воды: Учебное пособие (электронный вариант). СПб.: СПГУВК, 2006. - 188 с.

.        Зубрилов С.П., Растрыгин Н.В. Охрана вод: Учебное пособие. В 3-х частях. СПб.: СПГУВК, 2001-2003 с.

.        Н. В. Растрыгин «Сооружения механической очистки сточных вод», СПб, 2003.

.        Н. В. Растрыгин «Сооружения биологической очистки сточных вод», СПб, 2003.