Инженерные системы обеспечения экологической безопасности

5. Расчет и выбор основного оборудования

Расчет технических параметров очистной установки выполнен на основании научных исследований НИИ ВОДГЕО, других организаций, имеющих опыт разработки систем очистки поверхностных стоков, положений СНИП 3.04.03-85 "Канализация. Наружные сети и сооружения", "Временных рекомендаций по проектированию сооружений для очистки поверхностного стока с территорий промышленных предприятий и расчету условий выпуска его в водные объекты"(М.ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР, ВНИИВО Минводхоза СССР, 1985г) СН 496-77 "Временной инструкции по проектированию сооружений для очистки поверхностных сточных вод", М. Стройиздат, 1078г.

1. Аппарат поз. Е 1 Мусоросборная корзина.

Назначение - извлечение из сточной воды крупных механических включений - мусора, веток, листьев и пр.

Количество мусора, задерживаемое корзиной, составит не более 0,15 л с 1м ³ очищаемого стока. Влажность мусора - около 60 %. Содержимое периодически выгружается из корзины в закрытый контейнер с последующим вывозом на городскую свалку.

Расчетное удельное количество задерживаемого корзиной мусора составит:

весовое - Р_уд.м. = 0,15 • 0,95 = 0,1425 кг/м ³, где 0,95 - объемный вес мусора, кг/м ³.

Суточное количество улавливаемого мусора 0,1425 • 20,1 /2/1000 = 0,0014 т/сут.

Годовое количество улавливаемого мусора 0,1425 •3479,9/1000 = 0.4959 т/год, где 20,1 - объем расчетного дождя, подлежащего приему, накоплению и очистке;

2 сут - период накопления и переработки расчетного дождя;

3479,9 - годовой объем стоков.

Принимается мусоросборная корзина объемом 40 л с параметрами:

габаритные размеры: длина - 300 мм;

ширина - 400 мм;

глубина - 400 мм;

ширина прозоров - 10 мм.

Материал - сталь углеродистая с антикоррозийным покрытием.

Всего устанавливается 1 аппарат.

Мусоросборная корзина устанавливается на входе в песколовку в колодце №8.

Принимается периодичность выгрузки мусора из корзины - 1 раз в 2 месяца.

Максимальное расчетное количество мусора, накопившегося за 2 месяца работы очистной установки:

Объемное - (0,15•3479,9)•2/9/1000 = 0,116 м³;

Весовое - 0,116•0,95 = 0,11 т.

Где 9 - средний в году период поступления поверхностных стоков в аккумулирующий резервуар, мес.

Объем мусоросборной корзины поз. Е 1 составляет 0,04 м ^3. Коэффициент заполнения мусоросборной корзины поз. Е 1:

0,116/0,04 = 2,75.

2. Аппарат поз. Е 2 Песколовка.

Назначение - извлечение из сточной воды крупных механических включений, песковых частиц и грубодисперсных примесей.

Рабочий объем песколовки рассчитывается исходя из трехминутной продолжительности пребывания очищаемого стока, что обеспечивает выделение песка и грубодисперсных примесей с гидравлической крупностью более 25-30 мм/с.

Минимальный гидравлический объем песколовки, исходя из 3-х минутного времени отстаивания: Q_оч • 3/60 = 59,23•3/60 = 2,962 м ³.

В качестве песколовки используется колодец №8, который выполняется в виде прямоугольного резервуара из сборного/монолитного железобетона с пирамидальным днищем и внутренними размерами:

длина - 1500 мм;

ширина - 1500 мм;

глубина проточной части - 1000 мм;

осадочная часть - 450х 450х 500 мм.

В осадочной части песколовки установлен пескосборный контейнер поз. Е 2.

Учитывая, что количество механических примесей с гидравлической крупностью более 25-30 мм/с составляет не менее 30 % от суммарного содержания взвешенных веществ в поверхностном стоке, эффективность их удаления составит 30 %. Остаточное содержание взвешенных веществ в стоке на выходе из песколовки составит:

С_п.вых = 1000-1000•30/100 = 700 мг/л.

Максимальное количество выделяющегося песка в песколовке от расчетного дождя (за двое суток) составляет:

(С_{п.вх. -}С_п.вых.)W/10/(100-Вл_п) = (1000-700)•20,1/10/(100-60) = 15,075 кг/дождь,

где С_п.вх. и С_п.вых - начальная и конечная концентрация взвешенных веществ в зоне пескоулавливания, мг/л;

Вл_п - расчетная влажность песка, равная 60 %.

Объемное количество песка от расчетного дождя составит:

15,075/1,4 = 10,768 л/дождь,

где 1,4 объемный вес песка, кг/л.

Удельное количество улавливаемого песка составляет:

Весовое (С_п.вх. - С_п.вых.)/10/(100-Вл_п) = (1000-700)/10/(100-60) = 0,75 кг/м³;

объемное 0.75/1,4 = 0536 л/м ³.

Суточное количество улавливаемого песка составляет:

весовое 15,075/2 = 7,538 кг/сут;

объемное 10,768/2 = 5,38 л/сут.

Годовое количество улавливаемого песка:

весовое 0,75•3479,9/1000 = 2,61 т/год;

объемное 0,536•3479,9/1000 = 1,865 т/год.

К установке принимается нестандартный аппарат объемом 72 л с габаритными размерами 400х 450х 400 мм. Материал - сталь углеродистая с антикоррозийным покрытием. Всего устанавливается 1 аппарат.

Принимается периодичность выгрузки песка из контейнера - 1 раз в месяц.

Максимальное расчетное количество песка, накопившегося за 1 месяц работы очистной установки:

весовое (0,75•3479,9)/9/1000 = 0,29 м;

объемное 0,29/1,4 = 0,207 м ³.

Объем пескосборного контейнера составляет 0,072 м ³. Коэффициент заполнения пескосборного контейнера:

0,207/0,072 = 2,88.

3. Аппарат поз. Е 3. Аккумулирующий резервуар.

Назначение - накопление и усреднение стоков, а также предварительная механическая очистка сточной воды от основной массы среднедисперсных взвешенных веществ и свободно плавающих нефтепродуктов.

Расчет производится на основании:

- расчетного объема поступающих стоков;

- расчетной отметки подводящего трубопровода;

- прогнозируемой эффективности отстаивания, принятой на основании нормативных справочных материалов;

- величины гидравлической крупности осаждения задерживаемых взвешенных веществ;

- расчетной скорости всплывания частиц нефтепродуктов и их размера;

- расчетных объемов образующихся отходов и периодичности их удаления.

В соответствии с приведенным ниже расчетом к установке принимается резервуар, выполненный на основе "Резервуара стального горизонтального для нефтепродуктов" ТП 704-1-111. Резервуар оснащен патрубками для подвода трубопроводов и люками для периодической откачки осадка и прочистки дна.

Габаритные размеры:

диаметр - 2650 мм;

длина - 4250 мм;

общий объем - 25 м³;

гидравлический объем - 25 м³.

Всего устанавливается 1 резервуар.

Наличие аккумулирующей емкости указанного объема обеспечивает:

- эффективное усреднение и предварительное отстаивание стока;

- минимальную производительность и, как следствие, наименьшую стоимость оборудования комплекса глубокой доочистки стоков;

- равномерную работу комплекса глубокой доочистки с наиболее выгодным коэффициентом рабочей загрузки оборудования.

Эффективность отстаивания сточных вод в аккумулирующем резервуаре. Эффективность отстаивания сточных вод в аккумулирующем резервуаре определена на основании:

- продолжительности отстаивания, составляющей от 2 до 44 часов;

- данных нормативных и справочных материалов (в том числе экспериментальных данных НИИ ВОДГЕО) о степени очистки поверхностных сточных вод при отстаивании в аккумулирующих резервуарах и прудах-отстойниках;

- экспериментальном распределении по размерам и гидравлической крупности частиц нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Исходя из указанных данных интегральная эффективность снижения содержания загрязнений в результате отстаивания составит не менее:

- нефтепродуктов - 90 % при остаточной концентрации 5,0 мг/л;

- взвешенных веществ - 91,4 % при остаточной концентрации 60 мг/л;

- органических веществ по БПК_полн - 37,5 % при остаточной концентрации 25 мг/л;

- органических веществ по ХПК - 20 % при остаточной концентрации 80 мг/л.

Максимальные расчетные суточные количества, выделяющиеся в аккумулирующем резервуаре осадка и пленки нефтепродуктов. Расчетное удельное количество выделяющегося в аккумулирующем резервуаре осадка составит:

Весовое: [(С_вв.вх - С_{вв, вых})•99+(С_{нп.вх. -} С_нп.вых)•5]/1000/(100-Вл_ос) = [(700-60)•99 +(50-5)•5]/100/(100-90)= 6,36 кг/м³,

где С_вв.вх. и С_вв.вых - начальная и конечная концентрации взвешенных веществ, мг/л;

С_нп.вв. и С_нп.вых. - начальная и конечная концентрации нефтепродуктов, мг/л;

99-процентное количество задержанных взвешенных веществ, переходящих в осадок;

5-процентное количество задержанных нефтепродуктов, переходящих в осадок;

Вл_пл - расчетная влажность осадка, составляющая 90 %;

1,1 - объемный вес осадка, кг/л.

Вместе с промывными водами от песчаного фильтра в аккумулирующий резервуар поступает дополнительное количество загрязнений, которые так же улавливаются и выпадают в осадок:

[(С_ф.в.вх. - С_{ф.вв.вых.})+(С_{ф.нп.вв.} - С_{ф.нп.вых.})]/10/(100-Вл_ос)= [(60-12)+(5-2,5)]/10/(100-90) = 0,51 кг/м ³.

где С_{ф.вв.вх.} - концентрация взвешенных веществ в очищаемой воде на входе в механический фильтр с песчаной загрузкой, мг/л;

С_{ф.вв.вых. -} концентрация взвешенных веществ в очищаемой воде на выходе из механического фильтра с песчаной загрузкой, мг/л;

С_{ф.нп.вв.} - концентрация нефтепродуктов на входе в песчаный фильтр, мг/л;

С_{ф.нп.вых. -} концентрация нефтепродуктов на выходе из песчаного фильтра, мг/л;

Вл_п - расчетная влажность осадка, составляющая 90 %.

Таким образом, суммарное расчетное удельное количество выделяющегося в аккумулирующем резервуаре осадка составит:

Весовое Р_{ос. уд.} = 6,36 + 0,51 = 6,87 кг/м ³

Объемное W_{ос. уд.} = 6,87/1,1 = 6,25 л/м ³,

где 1,1 - объемный вес осадка, кг/л.

Суточное количество образующегося осадка:

Весовое: Р_{ос. сут.} = Р_{ос. уд.}•20,1/2/1000 = 6,87•20,1/2/1000 = 0,069 т/сут;

Объемное: W_{ос. сут.} = 0,069/1,1 = 0,063 м ³/сут,

где 20,1 м ³ - объем расчетного дождя, подлежащего приему, накоплению и очистке.

Годовое количество образующего осадка:

весовое Р_{ос. год.} = Р_{ос. уд.} •2435,93 /1000 = 6,87•2435,93/1000 = 16,73 т/год;

объемное W_{ос. год.} = 16,73/1,1 = 15,209 м ³/год,

где 2435,93 м ³/год - 70 % годового объема стоков.

Расчетное удельное количество нефтешлама, выделяющегося в аккумулирующем резервуаре в виде пленки нефтепродуктов составит:

Весовое Р_ип.уд. = [(С_{нп.вх. -}С_нп.вых.)•95+(С_{вв.вх. -}С_вв.вых.)•1]/1000/(100-Вл_п)=

= [(50-5)•95+(700-60)•1]/1000/(100-40) = 0,082 кг/м ³,

где С_нп.вв. и С_{нп.вых. -} начальная и конечная концентрации нефтепродуктов, мг/л;

С_вв.вх и С_вв.вых. - начальная и конечная концентрация взвешенных веществ, мг/л;

95-процентное количество задержанных нефтепродуктов, переходящих в пленку;

1-процентное количество задержанных взвешенных веществ, переходящих в пленку;

Вл_п - расчетная влажность пленки, составляющая 40 %;

0,9 - объемный вес пленки, кг/л.

Суточное количество образующейся пленки нефтепродуктов:

весовое Р_нп.сут. = Р_нп.уд.•20,1/2 = 0,082•20,1/2=0,0008 т/сут.;

объемное W_нп.сут. = 0,0008/0,9 = 0,0009 м ³/сут;

Годовое количество образующейся пленки нефтепродуктов:

весовое Р_нп.год. = Р_нп.уд. •2435,93/1000 = 0,082•2435,93/1000=0,2 т/год;

объемное W_нп.год. = 0,2/0,9=0,222 м ³/год.

Принимается периодичность откачки осадка из аккумулирующего резервуара - 1 раз в 2 месяца.

Максимальное расчетное количество осадка, накопленного в аккумулирующем резервуаре за 2 месяца работы очистной установки:

объемное W_{ос. 2.}= W_{ос. уд.}•(2435,93/9)•2 = 6,25•(2435,93/9)•2 = 3383,2 л;

весовое Р_{ос. 2} = 3383,2•1,1 = 3721,6 кг,

где 2435,93 м ³/год - 70 % годового объема стоков;

9 - средний в году период поступления поверхностных стоков в аккумулирующий резервуар, мес;

2 - продолжительность работы очистной установки между откачками осадка, мес.

Максимальное расчетное количество пленки нефтепродуктов, уловленных в аккумулирующем резервуаре за 2 месяца работы очистной установки:

объемное W_нп.2 = W_нп.уд.•2435,93/9•2 = 0,091•2435,93/9•2 = 49,26 л;

Р_нп.2 = 49,26•0,9 = 44,3 кг.

Качественный состав слоя осадка (весовой):

вода - 90 %;

Нефтепродукты

[(С_{вв.вх. -} С_{ф.вв.вых.})•95]/(1000•Р_нп.уд.)= [(50-5)•95]/(1000•0,082)= 52,2 %.

взвешенные вещества [(С_{вв.вх. -} С_вв.вых.)•1]/(1000•Р_{ос. уд.}) = (700-60)/(1000•0,082)= 7,8 %.

4. Аппарат поз. Н 4. Насос.

Назначение - подача осветленной сточной воды из аккумулирующего резервуара на глубокую очистку.

К установке принимается насосный агрегат марки МХSM 204 фирмы "CALPEDA POMPE", Италия.

Производительность - 0,4-4,5 м ³/час.

Напор - 45,516,0 м.

Мощность электродвигателя - 1,2 кВт.

Габаритные размеры: высота - 448 мм.

Диаметр - 130 мм.

Вес - 14,1 кг.

Всего устанавливается 1 рабочий насос.

5. Аппарат поз. Ф 5. Песчаный фильтр.

Назначение - глубокая очистка сточной воды.

К установке принимается нестандартный аппарат. Материал - полиэтилен марки ПНД средний.

Габаритные размеры:

диаметр - 250 мм;

высота - 1500 мм.

Фильтрующая загрузка - кварцевый песок ТУ 5717-001-16767071-95, размер фракций - 0,7-1,2 мм.

Высота фильтрующего слоя - 0,7 м.

Площадь фильтрования, F_ф - 0,04 м ².

Объем фильтрующей загрузки, W_ф.з. - 0,03 м ³.

Всего устанавливается 1 аппарат.

Расчет фильтра с песчаной загрузкой. Фильтрование происходит при движении воды сверху вниз через слой загрузки.

Скорость фильтрования составляет:

V_ф = Q_гл.оч./F_ф = 0,4 /0,04 =10,0 м/ч.

Расход промывной воды при промывке фильтра составляет:

Q_пр = 3,6•q•F_ф = 3,6•10•0,04 = 1,44 м ³/ч.

Объем промывной воды при промывке фильтра составляет:

W_пр = Q_пр•Т_пр =1,44•10/60 = 0,24 м ³,

где q - интенсивность промывки, л/(с•м ²);

Т_пр- продолжительность промывки, мин.

Вес фильтрующей загрузки во влажном виде:

Р_ф.з. = с_вл.з.•W_ф.з.,

где с_вл.з. - объемный вес влажной загрузки, т/м ³;

с_вл.з. = с_т.з.(1+Вл_вл.з.(100-Вл_т.з.)/100/(100-Вл_вл.з.));

с_вл.з. = 1,5(1+12(100-5)/100/(100-12)) = 1,694 т/м ³,

где с_т.з.= 1,5 т/м ³ - насыпной вес кварцевого песка (паспортные данные);

Вл_т.з. - 5 % - влажность загрузки в товарном виде (паспортные данные);

Вл_вл.з. 12 % - остаточное содержание влаги в загрузке после окончания фильтроцикла (экспериментальные данные).

Р_ф.з. = 1,694•0,03 = 0,05 т.

Замена фильтрующей загрузки - 1 раз в 10 лет.

6. Аппарат поз. Ф.6 Патронный фильтр.

Назначение - глубокая очистка сточной воды. К установке принимается патронный фильтр марки 9FP2, производство США со следующими параметрами:

Номинальная производительность - 0,5-0,7 м ³/ч;

Картридж съемный 9FA5 - размер ячеек 5 мкм;

Габаритные размеры:

диаметр - 180 мм;

высота - 350 мм;

объем - 0,008 м ^3;

вес - 3 кг.

Всего устанавливается 1 аппарат.

7. Аппарат поз. Ф.7 Адсорбционные фильтры.

Назначение - глубокая очистка сточной воды. К установке принимается нестандартный аппарат. Материал - полиэтилен марки ПНД средний.

Технологически приняты две фильтровальные ступени со следующими параметрами каждая:

Габаритные размеры:

диаметр - 250 мм;

высота - 1500 мм.

Фильтрующая загрузка - гранулированные угли марок:

АГ-ОВ ТУ 6-17-339-92, либо АГМ ТУ 6-16-2935-86.

Высота фильтрующего слоя - 0,9 м;

Площадь фильтрования, F_ф - 0,04 м ²;

Объем фильтрующей загрузки W_ф - 0,036 м ³.

Вес фильтрующей загрузки в сухом товарном виде, Р_ау - 0,036•0,7 = 0,025 т,

где 0,7т/м ³ - объемный вес загрузки в сухом (товарном) состоянии.

Фильтрование происходит при движении воды сверху вниз через слой загрузки.

Скорость фильтрования составляет:

V_ф = Q_гл.оч. /F_ф =0,4/0,04 = 10,0 м/ч.

Расход промывной воды при промывке каждой из двух ступеней фильтров составляет:

Q_пр = 3,6•q•F_ф = 3,6•6•0,04 = 0,86 м ³/ч.

Объем промывной воды при промывке фильтра составляет:

W_пр.эф. = Q_пр•Т_р= 0,86 •10/60 = 0,143 м ³,

Где q - интенсивность промывки, л/(с•м ²);

Т_пр- продолжительность промывки, мин;

Промывка фильтров производится 1 раз в 2-4 недели.

Годовое количество нефтепродуктов Р_г.нп. задерживаемых в угольной загрузке адсорбционных фильтров составит:

Р_г.нп. = (С_{аф.нп.вх.} - С_{аф.нп.вых.})(2435,93•1000), кг/год,

где С_{аф.нп.вх.} и С_{аф.нп.вых.} - начальная и конечная концентрации нефтепродуктов, мг/л;

2435,93-70 % годового объема стоков, м ³/год.

Для адсорбционного фильтра первой ступени:

Р _1г.нп. = (1.3-0,3)•2435,93/1000 = 2,435 кг/год.

Для адсорбционного фильтра второй ступени:

Р _2гнп. =(0,3-0,05)•2435,93/1000 = 0,718 кг/год.

При замене угольной загрузки адсорбционных фильтров 1 раз в год удельная грязевая загрузка на нее по нефтепродуктам составит: Р_г.ип / Р_ау, мг/г•год.

Для адсорбционного фильтра первой ступени:

2,435/0,025 = 97,4 мг/г•год.

Для адсорбционного фильтра второй ступени:

0Ю,718/0,025 = 28,7 мг/г•год.

Учитывая, что минимальная адсорбционная емкость стандартных активированных углей в условиях глубокой счистки воды от нефтепродуктов составляет до 35 мг/г на первой ступени фильтрования и до 10 мг/г на второй ступени фильтрования, срок службы адсорбционной нагрузки в фильтровальном блоке составит не менее одного года.

Количество и состав отработанной (заменяемой) адсорбционной загрузки. Вес отработанной фильтрующей загрузки во влажном состоянии:

Р_ф.з. = с_вл.з. •W_ф.з.,

где с_вл.з. - объемный вес влажной загрузки, т/м ³.

Р_вл.з. = с_т.з.(1+Вл_вл.з.(100-Вл_т.з.)/100/(100-Вл_вл.з.)) =,7(1+15(100-5)/100/(100-15)) = 0,817 т/м ³,

где с_т.з.= 0,7 т/м ³ - насыпной вес активированного угля (паспортные данные);

Вл_т.з.=5 % - влажность загрузки в товарном виде (паспортные данные);

Вл_вл.з.=15 % - остаточное содержание влаги в загрузке после окончания фильтроцикла (экспериментальные данные).

Суммарный вес Р_ф.з. = 2•0,817•0,036 = 0,0588 т.

Фильтрующий материал - активированный уголь - 2•100•Р_а.у./Р_ф.з. = 2•100•0,025/0,0588= 85,03 %.

Вода - 13,32 %.

Нефтепродукты - 0,1•(Р _1г.нп.+ Р _2г.нп.)/Р_ф.з. = 0,1•(2,435+0,718)/0,0588 = 5,36 %.

Замена фильтрующей загрузки - 1 раз в год.

8. Аппарат поз. Т.7, Электрообогреватель.

Назначение - поддержание температуры воды около +5є С.

Расчетный объем обогреваемого помещения - 4,0 м³.

Расчетная температура наружного воздуха - (-10 єС).

Принимается плоский промышленный обогреватель марки ЭНПП.

Габаритные размеры:

длина - 485 мм;

ширина - 730 мм;

высота - 215 мм.

Мощность электрообогрева - 0,40 кВт.

Всего устанавливается 1 аппарат.

9. Аппарат поз. Х.6. Контейнер утепленный.

Назначение - объединение аппаратов Ф 5, Ф 6, и Ф 7 в единый блок в целях предотвращения замерзания очищаемой воды и для удобства эксплуатации.

Контейнер оснащен запирающимися дверями, позволяющими обслуживание блока глубокой очистки сточных вод.

Материал - сталь углеродистая с антикоррозийным покрытием.

Утеплитель - маты из стекловолокна без связующего.

Габаритные размеры: длина - 1800 мм, ширина - 1000 мм, высота - 2100 мм.

Всего устанавливается 1 аппарат.

Заключение

В настоящее время до 80 % водной массы, использованной в быту или на предприятиях, перед сбросом в водоемы очищается или на инженерных механических и биологических сооружениях (решетки, отстойники, биофильтры, аэротенки, метантенки и т.д.), или в естественных условиях (биопрудах, полях фильтрации, земледельческих полях орошения).

Сброс таких "условно" чистых вод в водоемы - приемники сточных вод - не является необходимым и достаточным условием экологической безопасности поверхностных водных объектов, так как на данный момент подавляющее большинство из них уже исчерпали свои биологические резервы, необходимые для их "самоочищения". Дальнейшее же увеличение объема такой сбросной воды с каждым годом еще более усложняет водную экологическую обстановку на всех средних и крупных реках.

Наиболее дешевый способ естественного восстановления экологии водного объекта - это прекращение сброса в них таких "условно" чистых стоков. После механической и биологической очистки условно чистые воды естественно не пригодны для использования в повторном водообороте предприятия.

Начиная с 80-х годов во многих развитых странах начали появляться методы полного восстановления качества использованных вод на комплексе установок, которые одновременно включают инженерные системы механической, биологической и физико-химической очистки. Качество таких вод очень высокое и они могут быть использованы не только для повторного технологического использования, но и для питьевых целей.

Список используемой литературы

1. Мазур И.И., Молдованов О.Н., Шишов В.Н. Инженерная экология. М.: Высшая школа, т.2, 1996.

2. Жуков С. В., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1977.

3. Методические рекомендации по изучению дисциплины "Инженерные системы обеспечения экологической безопасности"/рос. Гос. аграр. заочн. ун-т; Сост. А.И. Ермаков. - М, 2000.

Размещено на Allbest.ru

...