Характеристика стічних вод та методи захисту водного середовища

Скачати

 

Водні ресурси є національним багатством кожної держави, важливим природним ресурсом і визначають можливості розвитку більшості галузей господарського комплексу України. В даний час, на фоні збільшення водоспоживання та підвищення вимог до якості води, спостерігається тенденція до зниження в Україні запасів прісних вод та їх прогресуючого забруднення шкідливими стоками, що порушило рівновагу екологічних систем та призвело до втрати їх самовідновної здатності.

Все більш широкий розвиток техногенного середовища, взаємодія якого з природним середовищем набуває нових форм і призводить, як правило, до порушення екологічної рівноваги між природою і суспільством. Це призводить до погіршення стану природних водних ресурсів, що є однією з найбільш гострих екологічних проблем нашої країни. Причиною значного дефіциту водних ресурсів є не тільки кількісна їх обмеженість, але і якісне виснаження внаслідок незадовільної еколого-водогосподарської ситуації на більшості поверхневих водних об'єктів.

Одним з найістотніших чинників, що негативно впливають на якість поверхневих вод, є їх антропогенне евтрофування (“цвітіння”), яке на відміну від природного, є наслідком діяльності людини і полягає у швидкому підвищенні трофності водойм внаслідок надходження до них біогенних елементів і органічних речовин у кількостях, що значно перевищують звичайні природні рівні. На сьогодні вирішення водогосподарських задач неможливо виконати без забезпечення стабільного функціонування екосистем водних об'єктів, без збереження їх цілісності та стійкості. Це можливе лише за умов високого рівня їх вивченості як об’єктів із складною структурою та розгалуженою системою природних і господарських зв’язків, наявністю вірогідної інформації щодо їх екологічного стану, яка необхідна для своєчасного прийняття управлінських рішень, розроблення прогнозів і обґрунтування комплексу водоохоронних заходів.

Контроль екологічного стану та охорона біорізноманіття водних екосистем займають важливе місце в загальній системі охорони природи і є важливими компонентами, які визначають сталий розвиток суспільства. Проте теоретичні та практичні аспекти автоматизованого контролю екологічного стану водних екосистем розвинуті недостатньо, оскільки інтегральні показники, за якими оцінюється їх стан, у значній мірі є відносними і суб’єктивними. Мета: дослідження природоохоронних технологій очищення стічних вод. Об’єкт вивчення: стічні води.

 

 

1 ХАРАКТЕРИСТИКА СТІЧНИХ ВОД ТА МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

1.1  Характеристика забруднень

Найбільш широко розповсюдженим видом забруднень стічних вод є нерозчинні домішки або, як їх часто називають, завислі речовини.
Відносна кількість завислих речовин в 1 л стічних вод коливається в надзвичайно широких межах – від 0,005 до 0,5% її маси. По розмірах і густині окремих частин нерозчинні домішки дуже (надто) різноманітні, особливо велика їх різноманітність у виробничих стічних водах.
Забруднені домішки, що надходять у водоймища, поділяють на мінеральні, органічні і біологічні.
До мінеральних належать: пісок, глина, золи і шлаки, розчини і емульсії солей, кислот, лугу і мінеральних масел та інших неорганічних сполук. Ці домішки погіршують фізико-хімічні та органолептичні властивості води, отруюють фауну водоймищ, сприяють замуленню водоймищ.
Органічні забруднення містять різні речовини рослинного і тваринного походження (рештки рослин, овочів, плодів тощо). До цієї групи відносять також смоли, феноли, барвники, спирти, альдегіди, органічні сполуки, які вміщують сірку і хлор, різні пестициди, що змиваються у водоймища із сільськогосподарських угідь, синтетичні активні речовини та ін.
Біологічні забруднення (хвороботворні бактерії і віруси, збудники інфекцій) потрапляють у водоймища з побутовими стічними водами і стоками деяких виробництв, у тому числі і з виробництва тваринницької продукції.
Використання таких природних вод для пиття, купання, миття посуду, овочів, фруктів призводить, як правило, до захворювання холерою, інфекційним гепатитом, дезинтерією, черевним тифом, різними видами гельмінітів та ін.
Найнебезпечнішим для природних вод, здоров'я людей, тварин і риб в забруднення водоймищ різними радіоактивними відходами. У організмах рослин, риб і тварин відбуваються процеси біологічної концентрації радіоактивних речовин. Дрібні організми, що містять ці речовини в невеликих дозах, поглинаються більшими, в яких уже виникають небезпечні концентрації. Тому окремі прісноводні риби в декілька тисяч разів радіоактивніші за водне середовище, в якому вони живуть. У зв'язку з цим усі стічні води з радіоактивністю понад 100 Кі/л зливають у спеціальні підземні резервуари чи закачують у глибокі підземні безстічні басейни.
Застосовується також обезводнювання з наступним виготовленням "блоків" і їх захороненням у відповідних місцях.
Шкідливі речовини забруднюють природні води, завдають великої шкоди природі і економіці. Вони порушують екологію водоймищ, скорочують їх біологічні ресурси.

 

1.2 Методи захисту водного середовища

У нашій країні умови функціонування водних об'єктів регламентуються водним законодавством та іншими правовими актами. У них сформульовано вимоги до стану водних об'єктів. Вони зросли у зв'язку з поглибленням знань з екології, соціології, економіки, техніки та ін. Охорона водних об'єктів забезпечується системою організаційних, технічних, економічних, юридичних та меліоративних заходів, спрямованих на запобігання наслідкам забруднення, засмічення, виснаження та їх усунення.
Основні принципи охорони вод викладені в "Санитарных правилах и нормах охраны поверхностных вод от загрязнений" (1968) У них чітко сформульовано вимоги до умов скидання стічних вод у водоймища, приведені уточнені нормативи якості води, що скидається у водоймища; у спеціальному параграфі зазначається, що при скиданні стічних вод у межах міста або населеного пункту, це місто чи населений пункт є першим розрахунковим пунктом водокористування; приведені умови відведення стічних вод у водоймища, порядок контролю за ефективністю очищення, знезараження і знешкодження стічних вод.
Згідно з Правилами вимоги до складу і властивостей води водних об'єктів поблизу пунктів господарсько-питного (І категорія) і культурно-побутового (II категорія) водокористування , такі:

  • вміст завислих речовин після скидання стічних вод не повинен збільшитися більше як на 0,25 мг/л для господарсько-питного водокористування, а також для водопостачання харчових підприємств і на 0,75 мг/л для культурно-побутового водокористування;
  • на поверхні водоймищ не допускається утворення плаваючих плівок, плям мінеральних масел та інших домішок;
  • вода має бути без сторонніх запахів і присмаку;
  • кількість розчинного кисню у воді повинно бути не менше 4 мг/л в любий час року в пробі, взятій о полудні при температурі 20°С;
  •  біохімічна потреба в кисні (БПК), тобто кількість кисню витрачуваного на біохімічне окислення органічних речовин, при температурі 20° С не повинна перевищувати 3 мг/л і 6 мг/л для водоймищ і водогонів відповідно першої і другої категорій;
  • при скиданні у водоймище суміші виробничих і побутових стічних вод реакція рН (водневий показник) не повинна виходити за мені 6,5...8,5;
  • не допускається вміст у водоймищі отруйних речовин здібних виявити шкідливу дію на людей і тварин;
  •  вода не повинна вміщували збудників хвороби;
  • підвищення температури в водойми чи водотоці при спусканні в нього стоків допускається не більше як на 3°С (порівняно з максимальною температурою води в літній період);
  • мінеральний склад сухого залишку не повинен бути більше 1000 мг/л (в тому числі хлоридів – 350 мг/дм3 і сульфатів – 500 мг/дм3).

Підприємства, організації та заклади, діяльність яких впливає на стан вод, зобов’язані здійснювати заходи, які б забезпечували охорону вод від забруднень, а також поліпшували їх стан.
Кардинальним вирішенням проблеми захисту водних ресурсів від промислового забруднення на сьогодні є:

  • утворення безвідходних і маловідходних виробництв;
  • улаштування зворотних та замкнутих систем водопостачання;
  • скорочення чи припинення надходження домішок в стічні води шляхом упорядкування чи зміною технологічних процесів виробництв;
  • ліквідація відвалів виробничих і побутових відходів, з яких продуктом відходів змиваються поверхневим чи дренажним стоком;
  • очистка стічних вод;
  • закачування в глибокі поглинаючі горизонти стічних вод, до яких поки ще не знайдено ефективного способу очищення.

Великого значення надається комплексу заходів по запобігання забруднення водоймищ добривами» пестицидами та відходами тваринницьких комплексів.

1.3  Визначення необхідного ступеню очищення стічних вод

Розрахунок необхідного ступеню очищення стічних вод, які спускаються у водоймища, проводиться по наступних показниках:

  • по кількості завислих речовин;
  • вмісту розчиненого у воді водоймища кисню;
  • допустимої температури стічних вод;
  • зміні значення величини активної реакції рН;
  • по вмісту шкідливих речовин.

1.3.1 Розрахунок необхідного ступеню очищення стічних вод по завислих речовинах.

 Гранично допустимий вміст (ГДВ) завислих речовин , г/м3, в стічних водах знаходиться по формулі

                                 ,                                                  (1.1)                          

де  – коефіцієнт змішування;
с – допустиме санітарними нормами збільшення вмісту завислих речовин у водоймищі після спуску стічних вод, г/м3;
 – найменша середньомісячна витрата води у водоймищі 95%-го забезпечення, м3/с;
 – кількість стічних вод, які поступають у водоймище, м3/с;
С – вміст завислих речовин у водоймищі до спуску в нього стічних вод, г/м3.
Якщо а складі очисної станції передбачено біологічне очищення, то винесення мулу із вторинних відстійників не повинно перевищувати величини , тобто гранично допустимого вмісту завислих речовин.
Ступінь необхідного очищення по завислих речовинах , %, визначається по формулі

                                    ,                                                    (1.2)                               

де  – кількість завислих речовин в стічній воді до очищення, мг/л.

1.3.2 Розрахунок необхідного ступеня очищення стічних вод по розчиненому у воді водоймища кисню.

Згідно з правилами спуску вод у воді водоймища після змішування з стічною водою вміст розчиненого кисню повинен бути не нижче 4 мг/л, а для рибогосподарських водоймищ – 6 мг/л. Виходячи з цього, можна визначити допустиму для даного водоймища максимальну БПК стічних вод , г/м3

                  ,                                      (1.3)

де  – повна біохімічна потреба кисню відповідно стічними водами і річковою водою,
 – вміст розчиненого кисню в річковій воді до місця спуску стічних вод, г/м3;
О – мінімальний вміст кисню у воді (3 чи 6 г/м3)
0,4 – коефіцієнт для перерахунку БПКП0ВН в двохдобове.
Біохімічну потребу в кисні (БПК) стічної рідини визначають лабораторним шляхом, БПК в 5-добовій пробі при температурі 20° С позначається БПК5. Основним показником для розрахунків очисних споруд служить величина БПКП0ВН, тобто кількість кисню, який витрачається для повного окислення біохімічним шляхом органічних речовин стічних вод. Для багатьох видів стічних вод для завершення повного біохімічного процесу необхідно 20 діб, тобто БПКП0ВН = БПК20.
По нормах проектування систем каналізації БПКП0ВН відстояної рідини приймається рівним 40 г/добу на одного жителя, а БПКП0ВН невідстояної – 7,5 г/добу (табл. 1.1).

 

Таблиця 1.1 - Норми забруднюючих воду речовин на одного жителя


Показник

, г/добу

Завислі речовини

65

БПКП0ВН неосвітленої води

75

БПКП0ВН освітленої води

40

Азоталюмінісвих солей

8

Фосфати Р2О5

3,3

в т.ч. від мийних речовин

1,6

Хлориди СІ

9

Поверхнево-активні речовини

2,5

Концентрація стічних вод по БПК20 , г/м3, в залежності від норми водовідведення може бути визначена по формулі

                               , г/м3,                                                      (1.4)
   

де  – БПК20, г/м3;
   – норма забруднюючих воду речовин на одного жителя,г/доб (табл. 1.1);
 – норма водовідведення, л/доб на одну людину.
Для більш повної оцінки вмісту органічних речовин в стічній воді визначають хімічну потребу в кисні (ХПК) – загальну кількість кисню, необхідного для переведення вуглецю органічних з'єднань у вуглекислоту, водню у воду, азоту в аміак, сірки в сірчаний ангідрид.
Розрахунок необхідного ступеню очищення стічних вод по БПКП0ВН другим методом враховує самоочищення стічних вод у водоймищі за рахунок біологічних процесів, а також розбавлення стічних вод водами водоймища

         ,                                          (1.5)

де  – константи швидкості потреб кисню стічною і річковою водою;
 – гранично допустима БПКП0ВН суміші річкової і стічної води в розрахунковому створі (рис. 1.1);
для водоймищ питного і культурно-побутового водокористування І і II категорії ця величина відповідно рівна 3 і 6 мг/л;
 – БПКП0ВН річкової води до місця випуску стічних вод, мг/л;
 – тривалість перемішування води від місця випуску стічних вод до розрахункового створу, рівна відношенню відстані по фарватеру між місцем випуску вод і розрахунковим створом до середньої швидкості течії води в річці на даній ділянці , діб.
Необхідний ступінь очищення , %,  визначають

                                 ,                                             (1.6)

де  – БПКП0ВН стічних вод, які поступають на очищення.

Рисунок 1.1 -  Розміщення створу контролю якості води на річці [1].

1.3.3  Розрахунок допустимої температури стічних вод перед спуском у водоймище.

Розрахунок на підвищення температури проводять, виходячи з умов, що температура води літом (максимальна температура) не повинна підвищуватися в місці спуску стічних вод більше як на 3°С. Температура стічних вод, які скидаються у водоймище , °С, повинна задовольняти умову

                         ,                                                (1.7)

     
де  – допустиме по санітарних нормах підвищення температури води ё         водоймища, °С;
 – кратність розбавлення води

                                   ,                                               (1.8)

Тут  – коефіцієнт, залежний від гідравлічних умов змішування. Коефіцієнт  знаходиться по формулі

                                        ,                                            (1.9)

де  – коефіцієнт, який враховує місце розташування випуску (для берегового випуску , для руслового );
 – коефіцієнт звивистості русла – відношення довжини русла від випуску до розрахункового створу по фарватеру до відстані міх цими параметрами по прямій;
 – коефіцієнт турбулентної дифузії, який знаходиться по формулі

                                       ,                                                 (1.10)
Тут  – середня швидкість течії води в річці на ділянці між випуском води і розрахунковим створом, м/с;
 – середня глибина річки на тій же ділянці» м [2].

1.3.4 Визначення необхідного ступеню очищення води по змінюванні рН.

При скиданні у водоймища стічних вод, вміщуючи розчини кислот чи лугів, спостерігається зміна лужності і активної реакції вода водоймища. Кислоти, взаємодіючи з бікарбонатами кальцію, знижують лужність води і підвищують вміст вільної вуглекислоти. При надходженні у водоймище лужних стоків останні нейтралізуються вільною вуглекислотою і бікарбонатами.
Зв'язок між концентрацією водневих іонів рН, бікарбонатною вугільною кислотою НС03 і вільною вугільною кислотою СО2 виражається у вигляді слідуючих залежностей: при скиданні кислих стоків

                                        (1.11)

де  – активна реакція води в розрахунковому створі при фактичному режимі;
 – мінусовий логарифм першої константи дисоціації вугільної кислоти; Пр, Пф – розрахункова і фактична кратність розбавлення;


                                                      (1.12)

 – концентрація бікарбонатів, мг-екв/л;
 – концентрація вільної вугільної кислоти, мг/л, при скиданні лужних стічних вод

                                             (1.13)

де
параметр В визначається так само, як і при скиданні
кислих стічних вод.
Таким чином, при скиданні лужних і кислих стоків необхідно, щоб рН природної води не виходила за межі 6,5...8,5 (для водоймищ питного і культурно-побутового водокористування).
Для визначення максимального вмісту кислоти Ск і лугів Сл, допустимого при скиданні вод у водоймище, необхідні дані

Рисунок 1.2 -  Номограма для розрахунку допустимого скидання у водоймище кислих і лужних вод.
про рН і лужності природної води. Для забезпечення точності підрахунку вмісту Ск і Сл розроблений графічний метод розрахунку по номограмах (рис. 1.1), де суцільні криві використовуються при знаходженні Ск, а штрихові – при визначенні Сл. Кількість кислот і лугів, які нейтралізуються 1 л води водоймища, розраховуються в мг-екв.на 1 л розчину [6].
Допустима кількість кислот  чи лугів  у стічній воді в мг-екв/л з умови розбавлення їх водою джерела в  раз визначається по формулах:

                   ;                                                      (1.14)
                      ;                                                       (1.15)

1.3.5  Розрахунок необхідного ступеню очищення свічних вод по вмісту шкідливих речовин.

Шкідливі і отруйні речовини нормуються по принципу лімітуючого показника шкідливості (ЛПШ) залежно від найбільш можливої несприятливої дії.
Санітарний стан водоймища при скиданні в нього із стічними водами шкідливих і отруйних речовин вважається задовільним, якщо дотримуються дві основні умови: гранично допустима концентрація кожної речовини, яка входить у визначений лімітуючий показник шкідливості, зменшення в стільки разів, скільки одиниць шкідливих речовин знаходиться в стічних водах і водоймищі; сума відношень концентрацій (С1, С2, .... Сп) декількох шкідливих речовин до відповідних гранично допустимих концентрацій (ГДК1, ГДК2, … , ГДКп) не повинна перевищувати одинці

                   .                                     (1.16)

звідки виходить, що кожна речовина в розрахунковому створі водокористування повинна мати концентрацію

                                                                   (1.17)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  ПРИРОДООХОРОННІ ТЕХНОЛОГІЇ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

 

2.1 Способи очищення стічних вод

Велика кількість різних забруднень у виробничих стічних водах обумовлює і численні способи, методи і технологічні схеми, які використовуються при їх очищенні.
Нині широко застосовуються механічне, фізико-хімічне та біологічне очищення стічних вод.
Механічне очищення передбачає відокремлення нерозчинних речовин у процесах відстоювання, фільтрування і центрифугування, його застосовують у випадках, коли стічні води після проходження через вищезазначене устаткування можуть бути використані Для потреб виробництва, та як попередній при використанні інших засобів очищення.
Хімічні та фізико-хімічні засоби застосовуються для очищення виробничих стічних вод від колоїдних і розчинних речовин забруднення. Це такі:
коагулювання з введенням у стічні води речовин – коагулянтів, здатних прискорити видалення з них нерозчинної і частини розчинної речовини забруднення;
нейтралізація з введенням у стічні води речовин з кислою або лужною реакцією з метою забезпечення в них водневого показника в межах 6,5 ....8,5 рН.
При фізико-хімічному очищенні використовуються такі методи:

  • сорбція – здатність деяких речовин поглинати або концентрувати на своїй поверхні речовини забруднення, що містять у собі стічні води;
  • екстракція – введення в стічні води речовини, яка б не зміщувалась з ними, але могла вилучати забруднення, що в них містяться;
  • флотація-пропускання через стічну воду повітря, бульбашки якого, рухаючись вгору, підхоплюють речовини забруднення;
  • евапорація – пропускання через нагріту стічну воду водяної пари для відгону забруднюючих легких речовин;
  • іонний обмін – вилучення із розчинених аніонів і катіонів у стічних водах забруднень іонітами (наприклад, штучних іонообмінних смол);
  • електродіаліз – пропускання струму через електроди, що розміщені у стічних водах. Це сприяв розчиненню матеріалу електродів у воді і утворенню пластівців коагулянту, осаджуючих забруднення стічних вод;
  • реагентний метод використання флокулянтів, які сприяють більш повному очищенню стічних вод у первинних і підвищують ступінь їх освітлення у вторинних відстійниках. Застосовують їх для очищення стічних вод і підвищення ступеню ущільнення активного мулу, внаслідок чого використання флокулянтів дає змогу значно підвищити навантаження аеротенків.

Ефективним заходом очищення стічних вод є також озонування, позитивна якість якого полягає у здатності руйнування забруднень, що не окисляються при біохімічному очищенні.
Біохімічне очищення базується на здатності деяких мікроорганізмів використовувати для свого розвитку органічні речовини, що містяться в стічних водах у колоїдному і розчиненому стані. Цей спосіб застосовується після очищення стічної води від мінеральних і нерозчинних органічних речовин. Він дає змогу майже повнієте видалити забруднення органічного походження. Біохімічне очищення проводять у природних (на полях зрошення фільтрації або в біологічних ставах) і штучних умовах (в біологічних фільтрах, аеротенках, окислювальних каналах та інших типах окислювачів).
Виробничі і побутові стоки, що пройшли біологічне очищення, втрачають більшу частину бактерій, які в них містяться, але повністю вони можуть бути знищені тільки за допомогою дезінфекції – хлоруванням, електролізом, використанням бактерицидного промелю тощо.
Одним із методів, що збільшує ефективність біохімічного розкладання, є мікробний, який полягає у спеціальному вирощуванні мікроорганізмів, адаптованих до високих (на кілька порядків вище за середніх) концентрацій токсичних і важкоокислюваних вод, речовин, внаслідок чого процес очищення стічних вод стає ефективнішим. Перспективним є також підвищення фізіологічної активності мікроорганізмів різними хімічними мутагенами.
Вибір методу і технологічної схеми очищення стічних вод залежить від характеру та кількості забруднень, їх подальшого використання, необхідного ступеню очищення тощо.
На рис. 1.3 показана розповсюджена схема очищення побутових стічних вод і суміші побутових і виробничих стічних вод в разі використання для біохімічного очищення біологічних фільтрів. По такій схемі проектують очисні станції на середній витраті води від 5 до З0 тис. м3/доб.
Стічні води механічно і біохімічно очищаються, а потім дезінфікуються. Осад зброджують в метантанках, а обезводнюють і сушать на мулових майданчиках.
Механічне очищений полягає в проціджуванні стічної води через решітки, уловлювання піску в пісколовлювачах і освітленні води в первинних відстійниках. Забруднення, задержані на решітках; дробляться на спеціальних дробарках і повертаються в потік очищуваної води до або після решіток. Ці забруднення можна відправляти і на зброджування в метантанки. Осад з пісколовлювачів складається в основному з піску. Його обробка звичайно полягає в обезводнювання на піскових майданчиках. Тверда фаза осаду, який утворився у відстійниках, переважно має органічне походження, в зв'язку з чим осад направляється на зброджування в метантенки.

Рисунок 1.3 -  Схема механічного і біологічного (на біологічних фільтрах) очищення стічних вод.

Біологічне очищення стічних вод на біологічних фільтрах здійснюється аеробними мікроорганізмами, які розвиваються на фільтруючій загрузці споруд у вигляді так званої біологічної плівки. Вона періодично відмирає і виноситься з очищеною водою. Для її уловлювання застосовують вторинні відстійники. З метою зниження ступеня забруднення води, яка поступає на біологічні фільтри, частику очищеної вода повертають для розбавлення неочищеної (рециркуляція води).
Осад із вторинних відстійників також направляють в метантенки. Для дезінфекції води використовують хлор. Приготовлену в хлораторній хлорну воду змішують з очищеною водою.
Обеззараження води відбувається в контактних резервуарах.
При зброджуванні осаду в метантанках утворюється газ, основою якого є метан. Цей газ використовують на потреби станції, в току числі для підігріву осаду в метантенках.

2.2 Механічне очищення стічних вод

2.2.1 Решітки

При механічному очищенні із стічної води видаляються забруднення, які знаходяться в ній, головним чином, в нерозчинному і частково колоїдному стані. Великі покидьки, ганчірки, напір, залишки овочів і фруктів та різні виробничі відходи задержуються решітками. Покидьки, задержувані на решітках, направляються в дробарки. Застосовуються також решітки-дробарки, в яких одночасно задержуються і роздрібнюються великі покидьки.
Основна маса забруднень мінерального походження (пісок), питома вага частинок яких значно вища питомої ваги води, осаджується в пісколовлювачах. Пісок з пісколовлювачів направляється звичайно у вигляді піщаної пульпи на піщані майданчики, де він обезводнюється і періодично видаляється.
Забруднення органічного походження, які знаходяться в завислому стані, виділяються із стічних вод у відстійниках. Речовини, питома вага яких більша питомої ваги води, осідають на дно. Речовини більш легкі, як вода (жири, масла, нафта, смоли), випливають на поверхню і їх відділяють від стічної рідини [7].
До споруд механічного очищення відкосяться: осередники, гідроциклони, центрифуги, двохярусні відстійники і освітлювачі – перегнивачі, з допомогою яких вода освітлюється, а також обробляється випавший осад. Механічне очищення стічних вод являється остаточною стадією в тому випадку, коли по місцевих умовах і у відповідності з санітарними правилами стічні води можна спустити після дезінфекції у водоймище. Частіше ж механічне очищений – попередня стадія перед біологічним очищенням.
Решітки – це перший пристрій в схемі очисних споруд. Вони мають вигляд закріплених на рамі металевих стержнів з просвітами різної ширини (просвіт) в залежності від необхідного ступеню очищення. Стержні решіток бувають прямокутними, рідше – круглими. Решітка встановлюється вертикально чи похило на шляху руху стічних вод. Кут нахилу решітки до горизонту складає 60 – 80° [3].
Решітки бувають рухомі і нерухомі, а по способу їх очищення від задержаних забруднень – найпростіші і механізовані.
Найпростіші решітки (рис. 2.1) встановлюють при кількості затримуваних забруднень менше 0,1 м3/добу. Їх очищають вручну металевими граблями. Домішки скидають на дренуючі площадки або дірчасті жолоби, а потім вивозять в закритих контейнерах в спеціально відведені місця і знезаражують.


Рисунок 2.1 -  Схема найпростішої решітки: 1 – решітка; 2 – настил.

Таблиця 2.1 - Основні параметри механізованих решіток


Марка

Номінальні
розміри каналу (ВхН), мм

Ширина
камери
в місці встановлення, мм

Число
просвітів

Товщина стержня
мм

Радіус
повороту і мм

Маса,
кг

МГ5Т

2000 х 3000

2290

84

8

3810

2691

МГ9Т

1000 х 1200

1140

39

8

2050

1329

МГ10Т

1000 х 2000

1200

39

8

2850

1436

МГ-І2Т

1600 х 2000

1790

64

8

2850

1949

РМУ-І

600 х 800

685

21

6

-

650

РМУ-4

1500 х 2000

2035

60

б

-

1560

РМУ-7

2500 х 3000

3035

107

6

-

2300

Таблиця 2.2 - Основні параметри решіток-дробарок типу РД


Марка

Максимальна пропускна здібність,
м3/г

Ширина щілинних отворів,
мм

Діаметр
барабана,
мм

Частота обертів
барабана,
хв.-1

Потужність
Електродвигуна,
кВт

Маса
агрегату,
кг

РД-1ОО

30

8

100

65

0,27

85

РД-200

60

8

180

53

0,6

320

РД-400

420

10

400

ЗІ

0,8

660

РД-600

2000

10

635

ЗІ

1,5

1800

Загальні вимоги
При розрахунку решіток приймають:

  • просвіти (ширину) між металевими стержнями мм;
  • швидкість руху стічних вод в просвітах решітки при максимальному притоці в механізованих решітках  м/с, в просвітах решіток-дробарок – 1,2 м/с;
  • об'ємна маса відходів – 750 кг/м3;
  • коефіцієнт годинної нерівномірності (табл. 2.3).

– кут нахилу решітки до горизонту, приймається 60-80°;

  • норма відходів на одну людину в рік, яка затримується решітками, становить 0,008 м3/люд. рік/, густиною 750 кг/м3, відносною вологістю 80%;
  • норма водовідведення на одну добу становить 0,25 м3/люд. х доб.

2.2.2  Осередники

Концентрація забруднень в стічних водах може сильно коливатися в часі. Ці коливання обумовлені технологічним процесом і можуть бути: циклічними, довільними, залповими. Впливають також вид і кількість завислих речовин.
Для поліпшення роботи очисних споруд проводиться осереднення витрат і концентрації забруднень стічних вод в контактних чи проточних осередниках. При невеликих витратах і періодичному водоскиді використовуються контактні осередники. Частіше приміняються проточні осередники, які залежно від характеру змішування води, бувають:

  • багатоканальні;
  • з механічним переміщуванням стічних вод;
  • барботажні.

В багатоканальних осередниках осереднення відбувається за рахунок диференціювання потоку, який при вході ділиться на декілька струменів, протікаючих по каналах різної довжини. Внаслідок у збірному лотку зміщуються струмені води різної концентрації. Такі осередники рекомендується використовувати для осереднення стічних вод з невеликою кількістю завислих речовин в стічній воді. їх об'єм , м3, розраховують по формулі:

                                                                            (2.6)

де  – витрата стічних вод, м3/г;
 – тривалість залпового водоскиду, г;
К – коефіцієнт усереднення:

                                                  (2.7)

тут  – максимальна концентрація забруднень в залповому водоскиді, мг/л;
 – середня концентрація забруднень в стічних водах, мг/л, г/м3;
 – концентрація забруднень, допустима по умовах роботи наступних споруд, мг/л.
В осередниках з механічним перемішуванням стічних вод осереднення проводиться спеціальними мішалками або циркуляцією води в резервуарах, створювану насосами. Такі осередники використовуються для осереднення стічних вод з вмістом завислих речовин більше 500 мг/л.
В барботажних осередниках змішування води відбувається барботуванням її повітрям. Вони використовуються для осереднення стічних вод з вмістом завислих речовин до 500 мг/л [2].
Об'єм осередників з перемішуючими пристроями при залповому водоскиді знаходиться по формулах:

при К < 5                                                                     (2.8)

при                                                            (2.9)

Рисунок 2.2 -  Схема багатоканального осередника:
1 –  приймальна камера; 2 – розподільний лоток; 3 – данні випуски і бічний водозлив; 4 – канали; 5 – система гідрозмиву; 6 – видалення осаду гідроелеваторами; 7 – камера осереднених вод; 8 – акумулююча ємність; 9 – водозлив.

Рисунок 2.3 - Схема осередника з повітряним барботером:
І – об'єм для осереднення по концентрації; II – об'єм для осереднення по витратах» ІІІ – випускна камера; 1 – подаючий розподільний лоток; 2 – барботер; 3 – випускний пристрій; 4 – поплавок.

2.2.3   Пісколовлювачі

Однією з найпростіших і стародавніх споруд, працюючих па принципу відстоювання, є пісколовлювачі. Вони використовуються для задержування важких нерозчинних домішок (переважно піску) при продуктивності очисних споруд понад 100 м3/доб, що полегшує роботу наступних послідовно з'єднаних очисних споруд. Разом з мінеральними домішками в пісколовлювачах відстоюються речовини органічного походження, гідравлічна крупність яких близька до гідравлічної крупності піску. Кількісне співвідношення між задержаними мінеральними і органічними речовинами залежить від категорії стічних вод і від умов експлуатації пісколовлювачів. При очищенні побутових стічних вод пісколовлювачі задержують частинка діаметром 0,25 мм і більше.. Кількість органічних речовин в задержаній масі складає 15...20%.
Залежно від направлення основного потоку стічної води пісколовлювачі бувають (рис. 2.5):

  • горизонтальні, а яких вода рухається в горизонтальному напрямку, з прямолінійним чи круговим рухом;
  • вертикальні, в яких вода рухається вертикально уверх;
  • аераційні і тангенціальні з гвинтовим (поступально-обертальним) рухом води.

Горизонтальні і аераційні пісколовлювачі використовуються при витратах води більше 10000 м3/добу. Тангенціальні пісколовлювачі рекомендується застосовувати при витратах води до 50000 м3/доб. Вертикальні пісколовлювачі працюють неефективно і використовуються у виняткових випадках [5].
При проектуванні пісколовлювачів необхідно приймати загальні розрахункові параметри для пісколовлювачів різних типів по табл. 2.4.
Видалення задержаного піску з пісколовлювачів необхідно передбачати: вручну – при об'ємі його до 0,1 м3/доб; механічним чи гідравлічним методом – при об'ємі його більше 0,1 м3/доб,
Загальні вимоги:
1. Для горизонтальних пісколовлювачів тривалість протікання стічних вод при максимальному притоці – не менше 30 секунд.

Рисунок 2.5 -  Схеми горизонтального /а/ і вертикального /б/ пісколовлювачів: 1 – подача стічних вод; 2 – відвід очищеної води; З – видалення пульпи (осаду).

 

Рисунок 2.5 - Основні схеми пісколовлювачів: в/ аераційного, г/ тангенціального;
1 – подача стічних вод; 2 – відвід води; 3 – видалення пульпи; 4.– повітровід; 5 – повітророзподільник; 6 – змив спливаючих речовин; 7 – відвід спливаючих речовин.

 

 

 

 

 

 


3. ПРОГНОЗУВАННЯ СТАНУ КОНЦЕНТРАЦІЙ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН У СТІЧНИХ ВОДАХ
                                           
     Проводимо прогнозування забруднення приземного шару за допомогою MS Excel на основі даних спостережень за один місяць. Для прогнозу використовуємо різні залежності:

  • лінійну;
  • поліноміальну (2, 3 порядків);
  • експоненціальну;
  • логарифмічну;
  • степеневу.

     Тепер згідно свого варіанту вводимо дату та дані спостереження. Потім, використовуючи дану програму проводимо прогнозування, будуючи відповідні графіки (рисунки 4.1 – 4.4) [10].

         Рисунок 3.1 – Прогнозування за допомогою лінійної залежності

Рисунок 3.2 – Прогнозування за допомогою логарифмічної залежності

                           

         Рисунок 3.3 – Прогнозування за допомогою поліноміальної залежності 3-го порядку
     При використанні експоненційної та степеневої залежностей побудова графіків не може бути здійснена. Таким чином, потрібно сказати, що в даному випадку  для прогнозування забруднення приземного шару не варто використовувати ці залежності.
     Після побудови графіків можна сказати, що найкраще для прогнозування наступних можливих значень концентрацій використовувати поліноміальну залежність 3-го порядку. Адже в цьому випадку похибка прогнозування R2 найближча до одиниці на відміну від інших залежностей (R2 = 0,8344) [10].
     Прогноз здійснюємо на три точки вперед. Зобразимо отримані дані на рисунку 3.4. 

         Рисунок 3.4 – Прогнозування трьох наступних значень концентрації за допомогою поліноміальної  залежності 3-го порядку

     На графіках також представлено рівняння, які описують відповідну залежність, і похибка прогнозування (R2). Чим менша похибка, тим точніший прогноз.

 

 

 

 

 

 

4    РОЗРАХУНОК І ВИБІР ЕЛЕКТРОФІЛЬТРІВ

     4.1 Електрофільтри

     Користуючись тепловим розрахунком котельних агрегатів, ви­значаємо витрати газів, які необхідно очищати. Об’єм димових га­зів (при н. у.) на 1 кг спалюваного палива.

                                 м3/кг,                                 (3.1)

     де об’єм триатомних газів рівний:
              м3/кг,                 (3.2)

  •  Теоретична кількість сухого повітря, необхідна для повного згорання палива:

 

                   м3/кг                   (3.3)

 м3/кг.

  • Теоретични об’єм азоту:

 

              м3/кг,                   (3.4)

  • Теоретичний об’єм водяних парів:

 

                       м3/кг,                               (3.5)

 м3/кг.

  • Об’єм водяних парів при коефіцієнті надлишку повітря α = 1,45:
  •  

      м3/кг,        (3.6)

  • Загальний об’єм димових газів:

 

 м3/кг.

  • Об’ємні витрати димових газів, які проходять через золовловлювач з врахуванням 10 % підсмоктування атмосферного повітря:

            м3/с,                   (3.7)

  • Концентрація золи в димових газах, які поступають на очищення:

 

                                м3/с,                               (3.8)  

     де qс – це доля золи, яка виноситься з газами; для пиловугільних топок з сухим шлаковивантаженням qс = 0,9.

  • Приймаємо швидкість газу в активному перерізі електрофільтра V = 1,8 м/с. Тоді необхідна площа активного перерізу:

                                              м2,                                         (3.9)

  • Враховуючи необхідну ефективність очищення газів, розрідження в апараті і площу активного перерізу застосовують:
  • два уніфікованих чотирипільних горизонтальних електрофільт­ри площею активного перерізу 37 м2 кожний марки УГ 2-4-37 (питомі витрати електроенергії qe=0,30 кВт на 1000 м3 /год. газу);
  • один горизонтальний електрофільтр з уніфікованими вузлами ЕГА 1-30-9-6-3 площею активного перерізу 73,4 м2 (питомі витрати електроенер­гії           qe = 0,20 кВт на 1000 м3/год. газу);
  • один уніфікований горизонтальний трисекційний електрофільтр УВ-3х24 площею активного перерізу 72 м2 (питомі витрати електроенер­гії 0,11 кВТ на 1000 м3/год. газу).

     Таким чином враховуючи необхідну ефективність очищення газів в даному випадку можна використати один уніфікований горизонтальний трисекційний електрофільтр УВ-3х24 площею активного перерізу 72 м2.

     4.2  Магнітні фільтри  

Вибрати газоочисний апарат для вловлювання пилу у відхідних газах при таких даних: при великому вмістові (13%) частинок з розмірами 0…5 мкм і необхідному ступеню очищення (0,95) попередньо вибираємо пиловловлювач класу електрофільтра.

  • При робочій температурі об’ємні витрати газу:

  м3/с,                     (3.10)

  • Площа перерізу активної зони для прийнятої швидкості газу (V = 0,8 м/с):

 

                           м2,                                          (3.11)

де Кс – коефіцієнт запасу, приймається рівним 1,1.

  • Згідно даних таблиці 3.1 таку площу можуть забезпечити одиночні фільтри УГ 2-3-37,  ЕГА 1-20-7-6-2 або вертикальний фільтр УВ-2х16.

     Таблииця 3.1 – Фракційний склад пилу


de, мкм

0,5

1

5

8

10

15

20

30

R (δ)

0,02

0,03

0,08

0,1

0,15

0,12

0,3

0,2

Для визначення оптимального варіанту розраховуємо витрати електро­енергії для кожного фільтра, використовуючи значення питомих витрат електроенергії з таблиці  3.1. 
Тоді:

  • для електрофільтра УГ 2-3-37:

                               кВт,                           (3.12)

  • для електрофільтра ЕГА 1-20-7-6-2:

 

  кВт;

  • для електрофільтра  УВ-2х16:

 

 кВт.

  • З трьох апаратів за мінімальними енергозатратами вибираємо пило­вловлювач УВ-2хІ6 з такими параметрами: L = 7,4 м; B = 0,275 м; l = 0,25 м і                     R1 = 0,0015 м. Напруга на електродах U = 60 кВ.
  • Відносна густина газу:

 

                       ,                             (3.13)

  • Критична напруженість поля:

 

В/м,   (3.14)

  • Критична напруга корони буде рівна:

                             ,                                         (3.15)

В.

  • Лінійна густина струму корони при:

 

                              ,                              (3.16)

К = 2,1·10-4 м2/(В·с).

                         ,                                   (3.17)

 А/м.

  • Напруженість електричного поля:

 

                   В/м.               (3.18)

 

Скачати

Види навчальних матеріалів: 
Оцінка: 
0
No votes yet