Разработка технологической схемы очистки сточных вод

Сравнив показатели качества усредненных смешанных сточных вод (табл.4) и рассчитанные показатели качества нормативно чистой сточной воды (табл.6) отмечаем те, по которым необходимо произвести очистку сточных вод.

1 - концентрация взвешенных веществ (161,44 мг/л – исходный показатель, 9,05 мг/л и 5,76 мг/л – требуемый в летний и зимний период соответственно);

2 - величина БПК_полн (180,97 мг/л - исходный показатель, 19,2 мг/л – требуемый в летний период и 6 мг/л – в зимний период);

3 - температура (30,06 ºС - исходный показатель, корректируем в зимний период, в летний период исходное значение этого показателя ниже значения для нормативно чистых сточных вод);

4 - концентрация растворенного кислорода (1 мг/л – исходный показатель, 6 мг/л и 4 мг/л – требуемый в летний и зимний период соответственно);

5 - активная реакция среды (5,75 – исходный показатель, 7,3 – фоновый показатель водного объекта);

6 - Coli-индекс (3*10¹³ шт/л – исходный показатель, 1000 шт/л – показатель нормативно чистых вод).

Для разработки технологической схемы необходимо произвести расчет показателей эффективности очистки сточных вод:

1 - требуемая степень очистки, %,

где: С₀ – исходное значение рассматриваемого показателя качества сточных вод;

С_тр – требуемая глубина очистки по рассматриваемому показателю качества сточных вод.

2 - степень очистки по отношению к исходному значению, %,

здесь, Сi – глубина очистки по рассматриваемому показателю в данном сооружении.

3 - степень очистки по отношению к предыдущему значению, %,

при чем, С_i-1 – глубина очистки по рассматриваемому показателю качества в предыдущем сооружении.

Результаты расчета сведены в таблицу 7.

В соответствии с формулой (14) требуемая степень очистки, δ_тр %, составит:

1 - по концентрации взвешенных веществ:

- в летний период

- в зимний период

2 – по величине БПК_полн:

- в летний период

- в зимний период

3 – по температуре:

- в зимний период

4 – по концентрации растворенного кислорода:

- в летний период

- в зимний период

5 – по активной реакции среды:

- в летний период

- в зимний период

6 – по Coli-индексу

Первый этап очистки сточных вод - механическая очистка, применяется для выделения из сточной воды грубодисперсных минеральных и органических примесей. Назначение - подготовка стоков для их последующей более глубокой очистки биохимическими, физико-химическими или другими методами.

Механические методы очистки состоят из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания, центрифугирования, гидроциклонирования и фильтрации.

При механической очистке обеспечивается выделение взвешенных веществ из сточных вод на 90-95% и снижение органических загрязнений (по БПК_полн) на 20-25%.

Решетки.

В состав смешанного стока от населенного пункта входят хозяйственно-бытовые сточные воды от населения и гостиницы, а также бытовая сточная вода от промышленного предприятия.

Следовательно, в нем будут присутствовать крупнофракционные включения, которые при попадании на очистные сооружения могут привести к поломке насосов, засорению труб и каналов, нарушению работы отстойников или поломке движущихся частей оборудования (цепей, колес и т.п.).

Для извлечения их из сточных вод необходимо использовать решетки. В данном случае применим решетки:

а - по способу установки – подвижные (они более удобны для проведения ремонтных и других регламентных работ, чем неподвижные);

б - по способу удаления задержанных примесей – с механизированным удалением (ручное удаление задержанных примесей допустимо при их объеме не более 0,1 м³ в сутки);

в - по совмещению с дробилками – с отдельно стоящими дробилками (они проще в конструктивном отношении и более надежны в работе, чем комбинированные сооружения – решетки-дробилки).

Так как, показатели качества сточных вод, приведенные в задании, не учитывают крупнофракционные включения, то эффективность работы решеток не рассчитывается.

Песколовки.

Для удаления из воды минеральных нерастворимых примесей используем песколовки. Тип песколовки выбираем с учетом расхода сточных вод Q =108725 м³/сут и концентрации взвешенных веществ, равной 161,44 мг/л.

В виду значительного расхода и относительно высокой концентрации взвешенных веществ в рассматриваемом варианте будем использовать аэрируемые песколовки, это позволит насытить сточные воды кислородом и повысить эффективность очистных устройств комплекса биохимической очистки сточных вод.

Степень очистки от взвешенных веществ составит, примерно, 22 %.

Глубина очистки, мг/л,

Песколовка – это первое сооружение, в котором происходит снижение концентрации взвешенных веществ, следовательно, степень очистки по отношению к исходному значению данного показателя будет равна степени очистки по отношению к предыдущему значению.

Усреднители.

Усреднители целесообразно установить перед отстойниками. В этом случае гидравлическая нагрузка и нагрузка по загрязняющим веществам на них будут постоянными, что позволит обеспечить наиболее благоприятных режим их работы и уменьшить габаритные размеры.

Первичные отстойники.

Исходя из суточного расхода сточных вод, подлежащих очистке, возможно использование радиальных отстойников.

Основной задачей первичных отстойников является подготовка стоков для очистки в аэротенках.

Для работы аэротенков достаточно обеспечить глубину очистки по взвешенным веществам в отстойниках до 150 мг/л, но для снижения необходимой интенсивности перемешивания сточных вод в аэротенках и, следовательно, снижения энергетических затрат, а также для снижения нагрузки на вторичные отстойники, целесообразно обеспечить максимально возможную эффективность извлечения взвешенных веществ из сточных вод перед подачей в указанные сооружения.

Тогда, исходя из концентрации взвешенных веществ на входе в первичные отстойники, степень очистки по отношению к предыдущему значению этого показателя составит 63 % (табл. 7 [3]).

Глубина очистки, мг/л,

Степень очистки по отношению к исходному значению концентрации взвешенных веществ, %,

Используются два основных типа радиальных отстойников: радиальные отстойники с центральным подводом сточных вод и радиальные отстойники с периферийным подводом сточных вод. Примем радиальный отстойник первого типа, в виду того, что в отстойниках второго типа необходимо предусматривать специальное водораспределительное устройство, которое в значительной степени усложняет конструкцию сооружения.

Так как в состав взвешенных веществ входят органические вещества, то при снижении концентрации взвеси будет снижаться величина БПК_полн. Эффективность снижения этого показателя в отстойниках составляет 20…25 %. Примем степень очистки по отношению к предыдущему значению БПК_полн равной 25 %.

Тогда глубина очистки, мг/л,

Учитывая, что величина БПК_полн до отстойников не изменялась, то степень очистки по отношению к исходному значению будет равна степени очистки по отношению к предыдущему значению.

Камера нейтрализации.

Интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов зависит от температуры их среды обитания. Для различных видов илов оптимальные температуры не одинаковы, но чаще всего оптимальной температурой является интервал 20 - 30 °С.

Превышение температуры за границы обитания приводит к гибели микроорганизмов. Понижение температуры менее опасно и приводит только к временному прекращению жизнедеятельности. Особенно неблагоприятны резкие и значительные по величине колебания температуры.

Отрицательное действие неблагоприятного температурного режима усиливается при отклонениях реакции среды (рН среды) от оптимальных значений.

Изменение концентрации водородных ионов (рН) в ту или иную сторону от 6,5 до 9,0 допустимо только при приеме сточных вод в системы городской канализации. Для нормальной работы активного ила необходимо нейтральное значение (рН), оптимум от 6,5-7,8. При понижении рН снижается обмен веществ у бактерий, происходит дефлокуляция (разрушение) хлопьев активного ила, вследствие чего ил плохо осаждается во вторичных отстойниках. Это явление объясняется влиянием активной реакции среды на ход ферментативных реакций, протекающих в бактериальной клетке.

При (рН) < 5,0 бактерии активного ила вытесняются грибами. При (рН) > 9,5 клетки активного ила гибнут.

Сточные воды в нашем случае имеют кислую среду (pH) = 5,75, поэтому необходимо осуществить нейтрализацию сточных вод, производить будем реагентным методом в начале технологической цепочки, после первичных отстойников.

Сам процесс нейтрализации будем производить в специальном резервуаре. Реагент - каустическая сода (NaOH).

Систему оснастим компонентами контроля и управления (датчиком (pH), устройством обработки измеренной величины, контроллером) и дозирующими насосами. С помощью находящихся в эксплуатации устройств представляется возможным автоматически поддерживать уровень (pH)=7,3 и регулировать подачу нейтрализующих веществ в соответствии с кислотностью воды.

Тогда глубина очистки составит 7,3, а степень очистки %:

в зимний период:

в летний период:

Так как при нейтрализации допустимый вынос взвешенных веществ от установок реагентной нейтрализации должен быть не более 10 мг/л, поэтому принимаем:

глубину очистки по ВВ, С_i= 10 мг/л;

степени очистки по ВВ, %:

степени очистки по БПК_полн, = 30%:

глубину очистки по БПК_полн, С_i мг/л;

Аэротенки.

Аэротенки предназначены для снижения в сточных водах концентрации растворенных органических веществ, в основном определяющих величину БПК_полн.

Очистка сточных вод в аэротенках происходит с помощью активного ила – биоценоза организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде.

Механизм изъятия органических веществ из сточной воды и их потребление микроорганизмами схематично может быть представлен тремя этапами:

1 этап – массопередача органического вещества из жидкости к поверхности клетки. Скорость протекания этого процесса определяется законами молекулярной и конвективной диффузии веществ и зависит от гидродинамических условий в аэротенке. Оптимальные условия для подведения загрязнений и кислорода создаются посредством эффективного и постоянного перемешивания содержимого аэротенка. Первый этап протекает быстрее последующего процесса биохимического окисления загрязнений.

2 этап – диффузия через полупроницаемые мембраны в клетке или самого вещества или продуктов распада этого вещества. Большая часть вещества попадает внутрь клеток при помощи специфического белка-переносчика, который образует комплекс, диффундирующий через мембрану. Затем комплекс распадается и белок-переносчик возвращается в новый цикл переноса.

3 этап – метаболизм органического вещества с выделением энергии и образованием нового клеточного вещества. Превращение органических соединений носит ферментативный характер. Конечными продуктами распада являются такие вещества, как нитраты, сульфаты, двуокись углерода, вода.

Определяющими процессами для технологического оформления очистки воды являются скорости изъятия загрязнений и скорость разложения этих загрязнений.

В настоящее время используется различные типы этих сооружений, классифицируемые по различным признакам. В проекте примем аэротенк:

1- по количеству ступеней – одноступенчатый (величина БПК_полн сточных вод на входе в аэротенк менее 350 мг/л);

2- по гидродинамическому режиму работы – аэротенк-смеситель, использование аэротенка-вытеснителя приведет к значительному повышению ВВ (20 - 25 мг/л);

3- по нагрузкам на активный ил – средненагружаемый (величина БПК_полн сточных вод на входе в аэротенк менее 150 мг/л);

4- по способу повышения производительности – высокопроизводительный;

5- по режиму окисления органических веществ (по режиму очистки) – с полным биохимическим окислением органических веществ (полной биохимической очисткой), требуемая глубина очистки на выходе БПК_полн = 25 мг/л;

6- по наличию регенератора активного ила – без регенератора активного ила (разница между величинами БПК_полн на входе в аэротенк и на выходе из него БПК_полн = 95-25 = 70 < 150 мг/л);

7- по способу совмещения с вторичными отстойниками – с отдельно стоящими вторичными отстойниками (расход сточных вод Q >30000 м³/ч);

8- по типу системы аэрации – с пневматической среднепузырчатой системой аэрации (средние нагрузки на активный ил и не высокое содержание взвешенных веществ в сточной воде на входе в аэротенк в сочетании с невысокой дозой активного ила).

Исходя из сказанного выше, принимаем глубину очистки по БПК_полн= 25 мг/л, по взвешенным веществами – 15 мг/л.

Cтепени очистки БПК_полн по этим показателям, %, составят:

по взвешенным веществам:

В аэротенках, как и в других сооружениях биохимической очистки сточных вод, происходит снижение Сoli-индекса на 90…95 %. Примем степень очистки по отношению к предыдущему значению этого показателя равной 90 %.

Тогда глубина очистки, шт/л,

Так как величина Coli-индекса впервые изменяется в аэротенке, то степень очистки по отношению к исходному значению будет равна степени очистки по отношению к предыдущему значению.

Блок доочистки.

С целью глубокой очистки сточных вод по БПК_полн и ВВ в летний период нужно использовать простой фильтр - однослойный с крупнозернистой загрузкой. После указанного фильтра получим БПК_полн = 19 мг/л и ВВ = 8 мг/л, что соответствует требуемым глубинам очистки для этого периода.

Cтепени очистки БПК_полн по этим показателям, %, составят:

по взвешенным веществам:

В зимний период используем процесс фильтрования сточных вод на двухступенчатых фильтрах. Фильтр состоит из двух ступеней, расположенных рядом: первая ступень является неаэрируемой, а вторая - аэрируемой. Движение воды в первой ступени - снизу вверх, во второй - сверху вниз, в противоток воздуху.

В качестве фильтрующей загрузки используется кварцевый песок крупностью 1,0 ÷ 1,8 мм при высоте слоя 1 м. Поддерживающий слой состоит из отсортированного гравия крупностью 20 ÷ 32 мм. Высота этого слоя - 0,45 м.

Основные расчетные параметры:

- скорость фильтрования - 6 ÷ 7 м/ч;

- продолжительность фильтроцикла - 24 ч;

- интенсивность аэрации второй ступени фильтра - 3,0 ÷ 3,5;

- промывка - потоком воды с интенсивностью 16 ÷ 18 л/с*м²;

- степень очистки: по взвешенным веществам 80 ÷ 90 %, по БПК_полн 75 ÷ 80 %, по ХПК 30 ÷ 40 %;

- глубина очистки по БПК_полн - 3 ÷ 5 мг/л;

- насыщение сточной воды растворенным кислородом перед обеззараживанием - 7 ÷ 8 мг/л.

Примем следующие показатели эффективности очистки сточных вод на рассматриваемых фильтрах:

- эффективность очистки от взвешенных веществ - 70 %;

- глубину очистки по БПК_полн – 6 мг/л.

Следует учесть увеличение концентрации растворенного кислорода, которая составит -200%. Значительный эффект аэрации не требуется вследствие продолжения очистки сточных вод в результате чего будет происходить падение концентрации растворенного кислорода.

Cтепени очистки по БПК_полн, %:

Глубина очистки по взвешенным веществам, мг/л:

Степень очистки по взвешенным веществам по отношению к исходному значению, %:

Степень очистки по растворенному кислороду по отношению к исходному значению, %:

Дезинфекция сточных вод.

Дезинфекция (обеззараживание) очищенных сточных вод применяется с целью уничтожения оставшихся в ней после очистки патогенных бактерий и устранения опасности заражения водоема-приемника сточных вод.

При очистке сточных вод биохимическим методом значительная часть болезнетворных бактерий удаляется, содержание бактерий уменьшается на 95 %, при очистке на полях орошения – на 99 %. Однако полностью эти бактерии уничтожить можно только обеззараживанием сточной воды различными дополнительными методами.

Наиболее широко используется обеззараживание сточных вод с помощью сильных окислителей, в качестве окислителей при этом применяют: хлор, диоксид хлора, озон, марганцевокислый калий, пероксид водорода, гипохлорит натрия и кальция. Предпочтение отдают хлору, озону и гипохлориту натрия, которые вызывают инактивацию кишечных вирусов в результате разрушения их белковой оболочки.

Поэтому следующим этапом очистки сточных будет обеззараживание с помощью раствора гипохлорита натрия.

Глубина очистки составит 1000 шт/л, а степени очистки, %, - соответственно:

Охлаждение сточных вод.

Для охлаждения воды в зимний период используем брызгальные бассейны. Глубина очистки по этому показателю должна составить 7 ⁰С, а степени очистки, % - соответственно:

В процессе охлаждения воды, в связи со спецификой работы выбранных сооружений, будет наблюдаться увеличение концентрации растворенного кислорода, которое составит 50 %.

Соответственно, глубина очистки, мг/л, будет равна:

Степень очистки по отношению к исходному значению, %:

В летний период для достижения требуемой глубины очистки по концентрации растворенного кислорода применим процесс аэрации на водосливах-аэраторах с зубчатой стенкой.

Тогда глубина очистки составит 6 мг/л, степень очистки по отношению к исходному значению будет равна степени очистки по отношению к предыдущему значению, %:

Результаты разработки технологической схемы очистки сточных вод сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Расчетные характеристики процесса очистки сточных вод

Таблица 7 (продолжение)

Таблица 7 (продолжение)

Таблица 7 (продолжение)

Таблица 7 (окончание)