ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Кафедра химии и экологии Направление бакалавриата 20.03.02 Природообустройство и водопользование Курсовая работа По дисциплине: Технологии переработки и утилизации отходов. Безотходные и малоотходные технологии На тему: «Проект утилизации сточных вод техногенного комплекса» Вариант №13 Выполнил: Свердлова Ю.П, студент группы ПО-41 «________» _____________ 20___ г _______________ (подпись) Проверил: Растрыгин Николай Васильевич «________» _____________ 20____ г _______________ (оценка/ подпись) Санкт-Петербург 2024 г. СОДЕРЖАНИЕ 1. ПЛАН-СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА .......................................................5 2. БАЛАНСОВАЯ СХЕМА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО КОМПЛЕКСА ............................................................6 3. РАЗРАБОТКА ЗАМКНУТОЙ (БЕССТОЧНОЙ) СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО КОМПЛЕКСА ............................................................7 3 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время в условиях постоянно развивающегося экологического кризиса одним из наиболее важных направлений компенсации негативных последствий названного кризиса является комплексное и рациональное использование водных ресурсов и, таким образом, снижении антропогенной нагрузки на водные объекты, проявляющейся в резком снижении количества доступных водных ресурсов. Особенно актуально это для техногенных комплексов, где наблюдаются большие потери воды, при ее использовании в технологических процессах и, зачастую, низкая эффективность работы очистных сооружений. Действенной мерой по исправлению такой ситуации является осуществление мероприятий по утилизации сточных вод путем создания замкнутых (бессбросных) или с минимальным сбросом сточных вод систем водного хозяйства, основанных на оборотном и повторно-последовательном использовании воды. В соответствии с вышесказанным цель курсовой работы заключается в разработке, замкнутой (бессточной) системы производственного водообеспечения техногенного комплекса. Достижение поставленной цели предусматривает решение основных задач: – анализ существующей системы производственного водообеспечения техногенного комплекса на основе исходных данных; – разработка замкнутой (бессбросной) системы производственного водообеспечения техногенного комплекса; – разработка технологических схем водоподготовки и очистки сточных вод; – сравнительная оценка эффективности использования водных ресурсов при исходной и проектируемой системам производственного водообеспечения техногенного комплекса. 4 1. ПЛАН-СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА По данным табл. 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 дается условное начертание сетей водоснабжения и водоотведения. На схеме также приводятся использованные сокращения и условные обозначения. Расстояния от контрольного створа до водозабора и выпуска сточных вод указываются в виде дроби (числитель — «расстояние по фарватеру»; знаменатель — «расстояние по прямой»). Рис. 1. Пример ситуационного плана-схемы техногенного комплекса 5 2. БАЛАНСОВАЯ СХЕМА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО КОМПЛЕКСА Балансовая схема системы водообеспечения представляет собой графическое отображение водохозяйственного баланса техногенного объекта. В работе балансовой предполагается схемы (рис. 2). построение Она вертикально-ориентированной предполагает расположение объектов водоснабжения (источников сточных вод) в порядке их следования сверху вниз в виде столбца. С левой стороны от них указываются характеристики водоснабжения, а с правой – водоотведения (в работе эти характеристики представляются расходами, соответственно, потребляемой и сточной воды, приводимыми над соответствующими стрелками, отражающими те или иные потоки воды). Потери воды в результате ее использования на промышленных предприятиях и ее обработки (водоподготовки и очистки сточных вод) представляются в виде вертикальных стрелок, направленных в никуда. Объемы 6 потерь указываются справа от названных стрелок. При этом потери воды в производстве определяются как разница между водопотреблением и водоотведением 𝑄𝑖п = 𝑄𝑖вп − 𝑄𝑖во , где Qiвп — расход потребляемой i-м промышленным объектом, м3/ч; Qi во — расход сточных вод, отводимых от i-го промышленного объекта, м3/ч. Потери воды в результате ее очистки зависят от принятой при этом технологии и в среднем составляют для водопроводных очистных сооружений 10– 15 %, а для канализационных очистных сооружений — 10–20 % (в отдельных случаях могут достигать 30 % и более). 3. РАЗРАБОТКА ЗАМКНУТОЙ (БЕССТОЧНОЙ) СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО КОМПЛЕКСА Из сравнения данных о режимах водоснабжения и водоотведения промышленных объектов № 1 и № 2 видно, что: – потери воды в производстве составляют соответственно ∆п = ∆п = 𝑄1вп −𝑄1во 𝑄1вп 𝑄2вп −𝑄2во 𝑄2вп ∙ 100 = ∙ 100 = 500−300 500 ∙ 100 = 40%; 1000−6000 1000 ∙ 100 = 40%, т.е. более 20%; Для сточных вод рассматриваемых объектов возможна совместная очистка. Величины показателей качества смешанных сточных вод (табл.7) в этом случае определяются в соответствии с формулой во 𝐶1,2𝑗 во во во во 𝐶1𝑗 𝑄1 + 𝐶2𝑗 𝑄2 = 𝑄1во + 𝑄2во где Cво1,2j — величина j-го показателя качества смешанных сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2; Cво1j и Cво2j — значения j-го показателя сточных вод, соответственно, от промышленного объекта № 1 и промышленного объекта № 2. ∆с во во 𝐶1𝑗 −𝐶1,2𝑗 во 𝐶1𝑗 ∙ 100. Для компенсации потерь воды в производстве следует использовать свежую 7 воду с водопроводных очистных сооружений, что объясняется достаточно «жесткими» требованиями к качеству потребляемой на промышленном объекте №1 и 2 воды (отсутствие нефтепродуктов и ионов меди, цинка, марганца, железа). Полученные значения показателей качества нужно сравнить с требования к качеству воды, подаваемой на промышленный объект (таблица 7). Из результатов расчетов (табл. 7) видно, что смешанные сточные воды довольно близки сточным водам от промышленного объекта № 2 по количественному составу. Превышение рекомендуемой величины отклонения показателей качества (25%) наблюдается по взвешенным веществам (26,68%), концентрации хлоридов (26,8%), концентрации ионов железа (30%), концентрация ионов марганца (40%) и нефтепродуктов (28%). Но при заданных значениях этих показателей качества изменение технологии очистки не потребуется. Таблица 7 Показатели качества сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2 смешанных сточных вод от этих объектов В смешанных сточных водах Отклонение (%) величины показателя качества смешанных сточных вод по отношению к сточным водам от промышленного объекта Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН В сточных водах от промышленного объекта №2 Наименование показателей В сточных водах от промышленного объекта №1 Показатели качества сточных вод Значения показателей 250 150 183,3 26,68 1000 1200 750 1000 833,3 1066,6 16,67 11,11 300 200 233,3 22,23 50 150 0,01 0,03 5,0 7,0 30 100 0,03 0,01 3,0 6,5 36,6 116,6 0,023 0,016 3,6 6,6 26,8 22,26 30 46,6 28 5,71 8 Подводя итог вышесказанному, можно заключить, что смешение сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2 является целесообразным. Эти смешанные сточные воды после очистки следует использовать для водоснабжения промышленного объекта № 3. Тогда процесс очистки этих вод не потребует корректировки следующих показателей (табл. 8): хлориды, сульфаты, ионы металлов, рН. Принципиальная схема водообеспечения промышленных объектов №1, №2 и №3 представлена на рисунке 3. Таблица 8 Показатели качества смешанных сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2 и требования к качеству потребляемой на промышленном объекте № 3 воды Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН 9 Смешанные сточные воды от промышленных объектов № 1 и № 2 Наименование показателей Требования к качеству воды, подаваемой на промышленный объект №3 Показатели качества сточных вод Значения показателей 10 5 30 3 50 150 0,1 0,05 0,1 0,03 0,5 6,5…8,5 183,3 833,3 1066,6 233,3 36,6 116,6 0,023 0,016 3,6 6,6 Рис. 3. Принципиальная схема водообеспечения промышленных объектов №1, №2 и №3 Из сравнения данных о режимах водоснабжения и водоотведения промышленного объекта № 3 и № 5 видно, что: – потери воды при ее использовании в производстве составляют ∆п = ∆п = 𝑄3вп −𝑄3во 𝑄3вп 𝑄5вп −𝑄5во 𝑄5вп 750−600 ∙ 100 = ∙ 100 = 750 1200−1000 1200 ∙ 100 = 20%; ∙ 100 = 16,6%. – Различия в качественном составе сточных вод (табл. 9) не потребуют изменения технологии очистки сточных вод при их смешении по сравнению с раздельной их очисткой. Для сточных вод рассматриваемых объектов возможна совместная очистка. Величины показателей качества смешанных сточных вод (табл. 9) в этом случае определяются в соответствии с формулой во 𝐶3,5𝑗 = во во во во 𝐶3𝑗 𝑄3 +𝐶5𝑗 𝑄5 𝑄3во +𝑄5во , где Cво3,5j — величина j-го показателя качества смешанных сточных вод от промышленных объектов № 3 и № 5; Cво3j и Cво5j — значения j-го показателя сточных вод, соответственно, от промышленного объекта № 3 и промышленного объекта № 5. Полученные значения показателей качества нужно сравнить с требованиями к качеству воды, подаваемой на промышленный объект (таблица 10). ∆с во во 𝐶5𝑗 −𝐶1,5𝑗 во 𝐶5𝑗 10 ∙ 100. Таблица 9 Показатели качества сточных вод от промышленных объектов № 3 и № 5 смешанных сточных вод от этих объектов В смешанных сточных водах Отклонение (%) величины показателя качества смешанных сточных вод по отношению к сточным водам от промышленного объекта Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН В сточных водах от промышленного объекта №5 Наименование показателей В сточных водах от промышленного объекта №3 Показатели качества сточных вод Значения показателей 600 5000 3350 33,0 500 1000 300 600 375 750 25,0 25,0 1 20 12,875 35,6 1000 2000 5 10 5 5 50 11 350 550 1 10 5 5 1000 7,5 593,75 1093,75 2,5 10 5 5 643,75 8,81 69,6 98,9 150,0 0,0 0,0 0,0 35,6 17,5 Из результатов расчетов (табл. 9) видно, что смешанные сточные воды сильно отличаются от сточных вод промышленного объекта № 5 по количественному составу. Превышение рекомендуемой величины отклонения показателей качества (25 %) наблюдается по взвешенным веществам (33 %), азоту аммонийному (35,6 %), хлоридам (69,6 %), сульфатам (98,9 %), ионам железа (150%) и нефтепродуктам (35,6%). Но при заданных значениях этих показателей качества изменение технологии очистки не потребуется. Подводя итог, можно заключить, что смешение сточных вод от промышленных Эти смешанные объектов сточные № 3 воды и № после 5 является очистки целесообразным. следует использовать для водоснабжения промышленного объекта № 5. Тогда процесс очистки этих вод 11 не потребует корректировки следующих показателей (табл. 10): хлориды, сульфаты, ионы Fe3+, Mn2+, Zn2+, Cu2+. Таблица 10 Показатели качества сточной воды от промышленного объекта № 3 и показатели качества сточной воды на промышленном объекте № 5 Наименование показателя Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН Показатели качества Величина показателя Требования к качеству Смешанные сточные воды воды, подаваемой на от промышленных объектов промышленный объект №5 №3и№5 30 3350 30 375 50 750 3 12,875 1000 593,75 3000 1093,75 н/н 2,5 н/н 10 н/н 5 н/н 5 30 643,75 7 8,81 Принципиальная схема водообеспечения промышленного объекта №3 и №5 представлена на рис. 4. Рис. 4. Принципиальная схема водообеспечения промышленных объектов №3 и №5 Исходя из данных о режиме водообеспечения промышленного объекта № 4, требований к качеству потребляемой на этом объекте воды и составе сточных вод от него можно сделать следующие замечания: 12 – потери воды при ее использовании в производстве составляют ∆п = 𝑄5вп −𝑄5во 𝑄5вп ∙ 100 = 400−300 400 ∙ 100 = 25 %; – содержание в сточных водах (табл. 11) ионов железа, марганца, цинка и меди соответствуют требованиям к качеству потребляемой воды, что исключает применение сложной дорогостоящей технологии очистки этих сточных вод в случае оборотного водообеспечения; – на промышленном объекте № 4 следует предусмотреть оборотную систему водообеспечения, при этом для подпитки указанной системы водообеспечения использовать свежую воду, подаваемую с водопроводных очистных сооружений не рационально, так как на данном объекте самые «мягкие» требования к потребляемой воде. Для компенсации потерь воды в производстве следует использовать свежую воду с водопроводных очистных сооружений. Основываясь на этих замечаниях, можно сделать вывод о целесообразности применения на промышленном объекте № 4 оборотной системы водообеспечения. Принципиальная схема водообеспечения промышленного объекта №4 представлена на рис. 5. Рис. 5. Принципиальная схема водообеспечения промышленного объекта №4 13 Таблица 11 Требования к качеству потребляемой на промышленном объекте № 4 воды и показатели качества сточной воды от этого объекта Наименование показателя Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН Показатели качества Величина показателя Потребляемая вода Сточная вода 20,0 3000 20,0 100 40,0 300 1,00 10,0 300 250 500 400 3,00 0,5 5,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 10,0 500 6,50…8,5 10 Таким образом, замкнутая система промышленного водообеспечения техногенного комплекса (рис. 5) предусматривает забор свежей воды из источника водоснабжения в объеме 1700 м3/ч. В процессе водоподготовки потери воды составляют 50 м3/ч, следовательно, в сети водоснабжения подается 1650 м3/ч. Из них на промышленный объект №1 поступает 500 м3/ч, на промышленный объект №2 поступает 1000 м3/ч и на промышленный объект №4 поступает 150 м3/ч. Сточные воды промышленных объектов №1 и №2 смешиваются и поступают на локальные очистные сооружения в объеме 900 м3/ч (потери – 150 м3/ч), после подаются для водоснабжения промышленного объекта №3 в объеме 750 м3/ч, потери составляют 150 м3/ч, сточные воды в количестве 600 м3/ч поступают на локальные очистные сооружения (потери – 200 м3/ч). После очистки на локальных очистных сооружениях сточная вода от промышленного объекта №3 в объеме 600 м3/ч смешиваются со сточной водой промышленного объекта №5. В производстве на промышленном объекте №5 теряется 200 м3/ч, отводится 1000 м3/ч сточных вод. Сточные воды в количестве 1600 м3/ч поступают на локальные очистные сооружения. С учетом потерь при очистке сточных вод (400 м3/ч) отводится 1200 м3/ч. После очистки на локальных очистных сооружениях подаются для подпитки оборотной системы водообеспечения на промышленный объект №5. 14 В оборотном цикле системы водообеспечения промышленного объекта № 4 находится 400 м3/ч воды при общем водопотреблении 300 м3/ч, потерях в производстве — 100 м3/ч, объеме водоотведения —250 м3/ч и потерях при очистке сточных вод на локальных очистных сооружениях — 50 м3/ч. Рис. 6. Балансовая схема системы замкнутого (бессточного) водообеспечения техногенного комплекса 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВОДОПОДГОТОВКИ И ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Исходные значения показателей качества воды принимаются по табл. 4, а требуемая глубина очистки — по наиболее «жестким» требованиям к потребляемой на промышленных объектах воде (табл. 12). 15 Таблица 12 Требования к качеству воды, потребляемой на промышленных объектах № 1, № 3 и №4 и требуемые глубины очистки воды на водопроводных очистных сооружениях Требования к качеству воды, потребляемой на промышленном объекте Показатели качества воды №1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН 5 5 15 0,5 10 30 0,05 №2 №4 3 3 10 6,50…8,50 20,0 20,0 40,0 1,00 300 500 3,00 5,00 3,00 3,00 10,0 Требуемая глубина очистки воды на водопроводных очистных сооружениях 3 3 10 6,50…8,50 В соответствии с требованиями к качеству воды, подаваемой в систему водоснабжения техногенного комплекса, на водопроводных очистных сооружениях необходимо обеспечить полное удаление из воды ионов металлов, нефтепродуктов, азота аммонийного, хлоридов и сульфатов. Обеспечить полное удаление из воды ионов металлов в настоящее время может метод химического осаждения. Осадительная установка в этом случае, как и установка реагентной нейтрализации, включает в себя реакционную камеру, где осуществляется перевод металлов из ионного раствора в нерастворимое состояние при взаимодействии с реагентом, и разделителей, предназначенных для отделения от воды продуктов химических реакций и непрореагировавшей части реагента. В качества реакционной камеры примем реактор с механической мешалкой лопастного типа, так как исходная вода имеет рН = 7, т. е. она является неагрессивной. В качестве реагента целесообразно использовать гашеную известь. В этом случае в результате химической реакции будут образовываться легко осаждаемые гидроксиды. Кроме того, известь являясь коагулянтом позволит значительно снизить величину ХПК (на 30 %), а также несколько скорректировать 16 величину БПКполн (на 15 %) и концентрацию аммонийного азота (на 10 %). При этом рН повысится до 8,4. Для отделения от воды продуктов химических реакций и несработавшей части реагента применим отстаивание в радиальных отстойниках с последующим фильтрованием на барабанных микрофильтрах. С целью полного удаления из воды хлоридов и сульфатов следует использовать установку обратного осмоса с мембранами, селективными к анионам Cl- и SO42-. Для устойчивой работы такой установки необходимо обеспечить концентрацию взвешенных веществ в воде не более 2 мг/л и величину ХПК — не более 8 мг/л. Такую концентрацию взвешенных веществ можно достигнуть путем фильтрования воды на двухступенчатых фильтрах. При этом будет наблюдаться снижение величин БПКполн (на 45,5 %) и ХПК (на 74,6 %) и концентрации азота аммонийного (на 10 %). Полностью удалить из воды нефтепродукты позволит окисление озоном. В этом случае солевой состав воды не изменится и, будет обеспечена полная очистка по таким показателям как БПКполн, ХПК и концентрация азота аммонийного. В результате будут выполнены требования по устойчивой работе установки обратного осмоса. Расчетные характеристики процесса очистки воды на водопроводных очистных сооружениях представлены в табл. 13, а технологическая схема приведена на рис. 7. 17 Рис. 7 Технологическая схема водопроводных очистных сооружений 18 Таблица 13 6 – 15 30 10 – – 100 100 100 100 – -19,7 19 7 – 3,825 31,5 0,45 – – 0 0 0 0 – 8,4 8 80 53,77 82,22 19 – – – – – – – – 9 80 45,5 74,6 10 – – – – – – – – Глубина очистки 5 – 15 30 10 – – 100 100 100 100 – -19,7 По отношению к предыдущему значению 4 3 3 10 0 0 0 0 0 0 0 0 7,0 По отношению к исходному значению 3 70 33,33 77,77 100 100 100 100 100 100 100 100 – Глубина очистки Требуемая глубина очистки 2 10 4,5 45 0,5 45 20 0,4 0,06 0,02 0,01 0,03 7,0 По отношению к предыдущему значению Требуемая степень очистки, % 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН Характеристики процесса очистки воды Метод: химическое осаждение Метод: фильтрование Сооружение: осадительная установка Сооружение: двухступенчатый фильтр радиальный отстойник Степени очистки, % Степени очистки, % По отношению к исходному значению Показатели качества сточных вод Исходное значение Характеристики процесса очистки воды на водопроводных очистных сооружениях 10 2 2,08 8 0,405 – – – – – – – – Таблица 13 (окончание) Сооружение: барботажная колонна Сооружение: установка обратного осмоса 12 – 100 100 100 – – – – – – 100 – 13 – 0 0 0 – – – – – – 0 – 20 По отношению к предыдущему значению 11 – 100 100 100 – – – – – – 100 – Степени очистки, % По отношению к исходному значению Глубина очистки Степени очистки, % По отношению к предыдущему значению 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН Метод: обратный осмос По отношению к исходному значению Показатели качества сточных вод Метод: окисление озоном 14 – – – – 100 100 – – – – – – 15 – – – – 100 100 – – – – – – Глубина очистки Характеристики процесса очистки воды 16 – – – – 0 0 – – – – – – Локальные очистные сооружения по очистке смешанных сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2 Применение методов биологической очистки для обработки данных сточных вод целесообразно, так как отношение ХПК БПК = 1066,6 833,3 = 1,28 < 1,5. Водоотведение промышленных объектов № 1 и № 2 характеризуется высокими значениями коэффициентов неравномерности (1,5 и 1,6, соответственно). Поэтому, для обеспечения благоприятных условий работы локальных очистных сооружений, следует предусмотреть усреднение этих вод. Ввиду небольшого расхода названных сточных вод (средний суммарный расход 900 м3/ч) можно использовать проточные многокоридорные усреднители, оснащенные водоприемной камерой с выпускным устройством, обеспечивающим постоянный расход усредненных вод. Необходимо предусмотреть предварительное удаление тяжелых минеральных примесей в песколовках. Исходя из расхода сточных вод 900 м3/ч (21600 м3/сут.) следует использовать тангенциальные песколовки. При данной концентрации взвешенных веществ можно ожидать снижения этого показателя на 22,1 %. В связи с высокой загрязненностью сточных вод органическими веществами можно ожидать снижение БПКполн на 25 %, ХПК на 30 %. Дальнейшая очистка сточных вод будет осуществляться в отстойниках. Соответственно расходу этих вод следует использовать вертикальные отстойники. со встроенной камерой хлопьеобразования. Они обеспечат снижение концентрации взвешенных веществ на 70 %, БПКполн — на 50 %, ХПК — на 55 % и азота аммонийного на 20 %. Затем для очистки усредненных сточных вод предусматривается биохимическое окисление на высоконагружаемых биофильтрах. Ожидаемая глубина очистки по взвешенным веществам составит 10,0 мг/л при снижении величин БПКполн (на 98,79 %) и ХПК (на 97,55 %), концентраций азота аммонийного (на 98,4 %) и нефтепродуктам (на 98,4 %). 21 Расчетные характеристики процесса очистки смешанных сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2 приведены в табл. 14, технологическая схема локальных очистных сооружений — на рис. 8. 22 Рис. 8 Технологическая схема локальных очистных сооружений для смешенных сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2 23 Таблица 14 Характеристики процесса очистки смешанных сточных вод от промышленных объектов № 1 и № 2 По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению 3 4 5 6 7 8 9 10 183,3 94,54 10 22,1 22,1 142,8 76,63 70 42,84 833,3 1066,6 233,3 36,6 116,6 0,023 0,016 3,6 6,6 99,4 97,2 98,7 86,1 - 5 30 3 50 150 0,1 0,05 0,1 0,03 0,5 6,6 25 30 – – – – – – – – – 25 30 – – – – – – – – – 624,98 746,62 – – – – – – – – – 62,5 68,5 19,99 – – – – – – – – 50 55 20 – – – – – – – – 312,49 335,98 186,66 – – – – – – – – 24 Глубина очистки Требуемая глубина очистки 2 Глубина очистки Требуемая степень очистки, % 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН Исходное значение Показатели качества сточных вод Характеристики процесса очистки воды Метод: отстаивание + коагулирование + Метод: кратковременное отстаивание флокулирование Сооружение: тангенциальная Сооружение: вертикальный отстойник со песколовка встроенной камерой хлопьеобразования Степени очистки, % Степени очистки, % Таблица 14 (окончание) Характеристики процесса очистки воды Метод: биохимическое окисление Сооружение: высоконагружаемый биофильтр Показатели качества сточных вод По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению Глубина очистки Степени очистки, % 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН 11 94,54 99,4 99,06 98,71 – – – – – – 98,4 – 12 76,65 98,4 97,0 98,4 – – – – – – 98,4 – 13 10 5 10 3 – – – – – – 0,058 – 25 Локальные очистные сооружения по очистке смешанных сточных вод от промышленных объектов № 3 и № 5 Применение методов биологической очистки для обработки данных сточных вод не целесообразно, так как отношение ХПК БПК = 750 375 = 2,0 > 1,5. Водоотведение промышленного объекта № 3 характеризуется высоким значением коэффициента неравномерности (1,8), а водоотведение промышленного объекта № 5 характеризуется низким значением этого коэффициента (1,2). Поэтому, для обеспечения благоприятных условий работы локальных очистных сооружений, следует предусмотреть усреднение этих вод. Ввиду небольшого расхода названных сточных вод (средний суммарный расход 1600 м3/ч) можно использовать проточные многокоридорные усреднители, оснащенные водоприемной камерой с выпускным устройством, обеспечивающим постоянный расход усредненных вод. Необходимо предусмотреть предварительное удаление тяжелых минеральных примесей в песколовках. Исходя из расхода сточных вод 1600 м3/ч (38400 м3/сут) следует использовать тангенциальные песколовки. При данной концентрации взвешенных веществ можно ожидать снижения этого показателя на 60 %. В связи с высокой загрязненностью сточных вод органическими веществами можно ожидать снижение БПКполн на 10 %, ХПК — на 15 %. Для отстаивания сточных вод, в соответствии с их расходом, целесообразно применить многоярусную нефтеловушку. Они обеспечат снижение концентрации взвешенных веществ на 85 %, БПКполн — 40 %, а ХПК — 50 %, по нефтепродуктам 84,47 %, азот аммонийный – 10 %. Затем для очистки усредненных сточных вод по нефтепродуктам предусматривается напорная флотация в радиальных флотаторах. Ожидаемая глубина очистки по нефтепродуктам составит 25 мг/л при снижении величин БПКполн (на 65 %) и ХПК (на 75 %), концентраций азота аммонийного (на 30 %), концентраций ионов железа (на 40 %) и по взвешенным веществам (на 86 %). Для доочистки сточных вод по взвешенным веществам, БПКполн и ХПК используем фильтрование на однослойных крупнозернистых фильтрах. Тогда 26 концентрация взвешенных веществ снизится на 50 %, БПКполн — 20 %, ХПК — 25 %, азота аммонийного – на 10 %. Для корректировки значения pH применим нейтрализацию серной кислотой. Тогда значение pH снизится до требуемого значения 7,0. Для доочистки смешанных сточных вод по азоту аммонийному используем сорбцию на фильтрах с псевдоожиженным слоем сорбента. Тогда глубина очистки по азоту аммонийному составит 3 мг/л, также снизятся концентрации БПКполн, ХПК и нефтепродуктам на 69,57 %. При этом концентрация взвешенных веществ повысится на 20 % и составит 28,8 мг/л, что соответствует требуемой глубине очистки. Расчетные характеристики процесса очистки сточных вод от промышленного объекта № 5 приведены в табл. 15, технологическая схема локальных очистных сооружений — на рис. 9. 27 Рис. 9 Технологическая схема локальных очистных сооружений для смешенных сточных вод от промышленных объектов № 3 и № 5 28 Таблица 15 По отношению к предыдущему значению По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению 4 5 6 7 8 9 10 99,1 30 60 60 1340 92 80 258 92 93,3 76,7 95,34 20,5 30 50 3 1000 3000 н/н н/н н/н н/н 30 7 10 15 – – – – – – – – – 10 15 – – – – – – – – – 318,75 637,5 – – – – – – – – – 49 57,5 10 – – – – – – 84,47 – 40 50 10 – – – – – – 84,47 – 191,25 318,75 11,6 – – – – – – 100 – 29 Глубина очистки По отношению к исходному значению 3 Глубина очистки Требуемая глубина очистки 1 2 Взвешенные вещества, 3350 мг/л БПКполн, мг/л 375 ХПК, мг/л 750 Азот аммонийный, мг/л 12,875 Хлориды Cl-, мг/л 593,75 2Сульфаты SO4 , мг/л 1093,75 Ионы Fe3+, мг/л 2,5 2+ Ионы Mn , мг/л 10 2+ Ионы Zn , мг/л 5 Ионы Cu2+, мг/л 5 Нефтепродукты, мг/л 643,75 рН 8,81 Характеристики процесса очистки воды Метод: кратковременное отстаивание Метод: отстаивание Сооружение: тангенциальная Сооружение: многоярусная нефтеловушка песколовка Степени очистки, % Степени очистки, % Требуемая степень очистки, % Показатели качества сточных вод Исходное значение Характеристики процесса очистки смешанных сточных вод от промышленных объектов № 3 и № 5 Таблица 15 (продолжение) По отношению к предыдущему значению Глубина очистки По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН По отношению к исходному значению Показатели качества сточных вод Степени очистки, % 11 12 13 14 15 16 17 18 19 98,81 84,49 40 99,28 30 24 – – – 82,15 89,4 36,93 – – 40 – – – 96,12 – 65 75 30 – – 40 – – – 75 – 66,94 79,7 8,12 – – 1,5 – – – 25 – 85,72 92,03 43,2 – – – – – – – – 20 25 10 – – – – – – – – 53,55 59,78 7,308 – – – – – – – – – – – – – – – – – – 20,5 – – – – – – – – – – 20,5 – – – – – – – – – – 7,0 30 Глубина очистки Сооружение: радиальный флотатор Глубина очистки Метод: напорная флотация Характеристики процесса очистки воды Метод: фильтрование Метод: нейтрализация серной кислотой Сооружение: однослойный Сооружение: контактная камера крупнозернистый фильтр Степени очистки, % Степени очистки, % Таблица 15 (окончание) Характеристики процесса очистки воды Метод: сорбция Сооружение: фильтр с псевдоожиженным слоем сорбента По отношению к предыдущему значению Глубина очистки 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН По отношению к исходному значению Степени очистки, % Показатели качества сточных вод 20 99,14 94,14 96,73 76,7 – – – – – – 98,4 – 21 -20 58,95 58,95 58,95 – – – – – – 58,95 – 23 28,8 21,98 24,53 3 – – – – – – 10,26 – 31 Локальные очистные сооружения для очистки сточных вод промышленного объекта № 4 Применение методов биологической очистки для обработки данных сточных вод не целесообразно, так как отношение ХПК БПК = 300 100 = 3,0 > 1,5. Водоотведение промышленного объекта № 4 характеризуется высоким значением коэффициента неравномерности (1,3). Поэтому, для обеспечения благоприятных условий работы локальных очистных сооружений, усреднение этих вод не требуется. Необходимо предусмотреть предварительное удаление тяжелых минеральных примесей в песколовках. Исходя из расхода сточных вод 300 м3/ч (38400 м3/сут) следует использовать тангенциальные песколовки. При данной концентрации взвешенных веществ можно ожидать снижения этого показателя на 60 %. В связи с высокой загрязненностью сточных вод органическими веществами можно ожидать снижение БПКполн на 10 %, ХПК — на 15 %. Для отстаивания сточных вод, в соответствии с их расходом, целесообразно применить многоярусную нефтеловушку. Они обеспечат снижение концентрации взвешенных веществ на 80 %, БПКполн — 40 %, а ХПК — 50 %, по нефтепродуктам 84,47 %, азот аммонийный – 10 %. Затем для очистки усредненных сточных вод по нефтепродуктам предусматривается напорная флотация в радиальных флотаторах. Ожидаемая глубина очистки по нефтепродуктам составит 25 мг/л при снижении величин БПКполн (на 7,41 %) и ХПК (на 45,09 %), концентраций азота аммонийного (на 15 %) и по взвешенным веществам (на 83,33 %). Для доочистки сточных вод по взвешенным веществам, БПКполн и ХПК используем фильтрование на однослойных мелкозернистых фильтрах. Тогда концентрация взвешенных веществ снизится на 62,5 %, БПКполн — 30 %, ХПК — 35 %, азот аммонийный – 10 %. Для корректировки значения pH применим нейтрализацию серной кислотой. Тогда значение pH снизится до требуемого значения 7,0, а степень очистки соответственно, 20,5. 32 Для доочистки смешанных сточных вод по азоту аммонийному используем сорбцию на фильтрах с псевдоожиженным слоем сорбента. Тогда глубина очистки по азоту аммонийному составит 1 мг/л, также снизятся концентрации БПКполн, ХПК и нефтепродуктам на %. При этом концентрация взвешенных веществ повысится на 20 % и составит 18 мг/л, что соответствует требуемой глубине очистки. Расчетные характеристики процесса очистки сточных вод от промышленного объекта № 4 приведены в табл. 16, технологическая схема локальных очистных сооружений — на рис. 10. 33 Рис. 10 Технологическая схема локальных очистных сооружений для сточных вод от промышленного объекта № 4 34 Таблица 16 Характеристики процесса очистки сточных вод от промышленного объекта № 4 По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению 3 4 5 6 7 8 9 10 3000 99,33 20,0 60 60 1200 92 80 240 100 300 80 86,6 20,0 40,0 10 15 10 15 90 255 46 57,5 40 50 54 127,5 10,0 90 1,00 – – – 10 10 9 250 400 0,5 3,00 3,00 3,00 500 10 98 30 300 500 3,00 5,00 3,00 3,00 10,0 7 – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 80 – – – – – – – 80 – – – – – – – 100 – 35 Глубина очистки Требуемая глубина очистки 2 Глубина очистки Требуемая степень очистки, % 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН Исходное значение Показатели качества сточных вод Характеристики процесса очистки воды Метод: кратковременное отстаивание Метод: отстаивание Сооружение: тангенциальная Сооружение: многоярусная нефтеловушка песколовка Степени очистки, % Степени очистки, % Таблица 16 (продолжение) По отношению к предыдущему значению Глубина очистки По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению По отношению к исходному значению По отношению к предыдущему значению 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН По отношению к исходному значению Показатели качества сточных вод Степени очистки, % 11 12 13 14 15 16 17 18 19 98,66 83,33 40 99,5 62,5 15 – – – 50 76,67 23,5 – – – – – – 95 – 7,41 45,09 15 – – – – – – 75 – 50 70 7,65 – – – – – – 25 – 65 84,83 31,15 – – – – – – – – 30 35 10 – – – – – – – – 35 45,5 6,885 – – – – – – – – – – – – – – – – – – 30 – – – – – – – – – – 30 – – – – – – – – – – 7,0 36 Глубина очистки Сооружение: радиальный флотатор Глубина очистки Метод: напорная флотация Характеристики процесса очистки воды Метод: фильтрование Метод: нейтрализация серной кислотой Сооружение: однослойный Сооружение: контактная камера мелкозернистый фильтр Степени очистки, % Степени очистки, % Таблица 16 (окончание) Характеристики процесса очистки воды Метод: сорбция Сооружение: фильтр с псевдоожиженным слоем сорбента По отношению к предыдущему значению Глубина очистки 1 Взвешенные вещества, мг/л БПКполн, мг/л ХПК, мг/л Азот аммонийный, мг/л Хлориды Cl-, мг/л Сульфаты SO42-, мг/л Ионы Fe3+, мг/л Ионы Mn2+, мг/л Ионы Zn2+, мг/л Ионы Cu2+, мг/л Нефтепродукты, мг/л рН По отношению к исходному значению Степени очистки, % Показатели качества сточных вод 20 99,4 94,92 97,8 90 – – – – – – 99,27 – 21 -20 85,48 85,48 85,48 – – – – – – 85,48 – 23 18 5,08 6,6 1,0 – – – – – – 3,63 – 37 5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Оценка эффективности использования водных ресурсов производится на основании результатов расчетов ряда коэффициентов, отражающих техническое и экологическое совершенство системы водообеспечения техногенного комплекса. Значения коэффициентов использования оборотной воды: – для исходной системы водообеспечения 𝑘об = 𝑄об 𝑄ист +𝑄об 0 = = 0; 4235+0 – для предлагаемой системы водообеспечения 𝑘об = 𝑄об 𝑄ист +𝑄об = 250 1700+250 = 0,13, где Qоб — расход оборотной воды, м3/ч; Qист — расход свежей воды, забираемой из источника водоснабжения, м3 /ч. Значения коэффициентов использования свежей воды, забираемой из источника водоснабжения: – для исходной системы водообеспечения 𝑘ист = 𝑄ист −𝑄с 𝑄ист 4235−3080 = 4235 = 0,27; – для предлагаемой системы водообеспечения 𝑘ист = 𝑄ист −𝑄с 𝑄ист = 1700−0 1700 = 1. здесь Qс — расход сточных вод, сбрасываемых в водный объект, м3 /ч Значения коэффициентов безвозвратного потребления и потерь воды: – для исходной системы водообеспечения 𝑘п = 𝑄ист −𝑄с 𝑄ист +𝑄об = 4235−3080 4235+0 = 0,27; – для предлагаемой системы водообеспечения 𝑘п = 𝑄ист −𝑄с 𝑄ист +𝑄об = 1700−0 1700+250 = 0,87. здесь Qс — расход сточных вод, сбрасываемых в водный объект, м3 /ч. Значения коэффициентов водоотведения: – для исходной системы водообеспечения 38 𝑘во = 𝑄с 𝑄ист 3080 = 4235 = 0,73; – для предлагаемой системы водообеспечения 𝑘во = 𝑄с 𝑄ист = 0 1700 = 0. Значения коэффициентов использования воды: – для исходной системы водообеспечения 𝑄р = 𝑄с ∑ 0,02 0,01 + 0,01 0,001 + 0,03 0,05 𝐶𝑖 𝐶𝑖н = 3080 ∙ ( 30 7 + 4,5 3 + 45 30 + 0,5 0,39 + 45 300 + 20 100 + 0,4 0,1 + 0,06 0,01 + = 97074,72 м3 ⁄ч; 𝑘ист = 𝑄ист +𝑄об −𝑄с 𝑄ист +𝑄об +𝑄р = 4235+0−3080 4235+0+97074,72 = 0,011; – для предлагаемой системы водообеспечения 𝑘ист = 𝑄ист +𝑄об −𝑄с 𝑄ист +𝑄об +𝑄р = 1700+250−0 1700+250+0 = 1,0. где Qp — количество воды водного объекта, выступающего в роли приемника сточных вод, необходимое для разбавления сбрасываемых в него сточных вод до нормативных значений по каждому показателю качества, м3/ч (рассчитывается исходя из условия, что значения показателей сточных вод, сбрасываемых в водный объект, равны фоновым их значениям (табл. 4)); Ci — значение i-го показателя качества сточных вод, сбрасываемых в водный объект; Ci н — нормативное значение i-го показателя качества в воде водного объекта. Результаты расчетов сведены в табл. 17. Таблица 17 Результаты расчета коэффициентов использования воды в техногенном комплексе Коэффициент Значения коэффициента Исходная схема Предлагаемая схема водообеспечения водообеспечения Коэффициент использования оборотной воды Коэффициент использования свежей воды, забираемой из источника водоснабжения Коэффициент безвозвратного потребления и потерь воды Коэффициент водоотведения Коэффициент использования воды 39 0 0,13 0,27 1 0,27 0,87 0,73 0,011 0 1,0 Из результатов расчетов основных показателей использования воды техногенным комплексом видно, что предлагаемая система водообеспечения представляется технически более совершенной по сравнению с исходной системой водообеспечения (коэффициент использования оборотной воды увеличился с 0 до 0,13; коэффициент использования свежей воды, забираемой из источника водоснабжения – с 0,27 до 1,0; коэффициент использования воды — с 0,011 до 1,0, что свидетельствует о рациональном использовании воды). Так же предлагаемая система водообеспечения является более экологически безопасной (на ряду с повышением коэффициента использования свежей воды, забираемой из источника водоснабжения и коэффициента использования воды наблюдается снижение коэффициента водоотведения с 0,73 до 0, что говорит о снижении уровня антропогенной нагрузки на водный объект как в плане забора из него свежей воды, так и в плане поступления в него загрязняющих веществ со сбрасываемыми сточными водами). При этом нужно отметить, что в результате перехода от существующей прямоточной системы водообеспечения к предлагаемой замкнутой (бессточной) системе водообеспечения техногенного комплекса произойдет значительное увеличение потерь воды (коэффициент безвозвратного потребления и потерь воды увеличился с 0,27 до 0,87), что обусловлено увеличением числа сооружений по очистке сточных вод. С целью снижения названных потерь необходимо предпринять меры технологического использования характера воды в по совершенствованию производстве, а также меры технологий технико- технологического характера по снижению потерь воды при ее очистке на водопроводных и локальных очистных сооружениях, в первую очередь, связанные с рационализацией технологий обработки осадков, так как именно они главным образом определяют потери воды на названных сооружениях. 40 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Водоподготовка: справ. / Под ред. С. Е. Меликова. — М.: АкваТерм, 2007. — 240 с. 2. Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод: учеб. для вузов / Ю. В. Воронов, С. В. Яковлев. — М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. — 704 с. 3. Зубрилов С. П. Охрана вод. Очистка сточных вод: учеб. пособие: в 3 ч. / С. П. Зубрилов, Н. В. Растрыгин. — СПб.: СПГУВК, 2001. 4. Новиков А. В. Улучшение качества природных и очистка сточных вод: учеб. пособие / А. В. Новиков, Ю. Н. Женихов. — В 2 ч. — Тверь: ТГТУ, 2006. — Ч. 1. — 112 с. 5. Пааль Л. Л. Справочник по очистке природных и сточных вод / Л. Л. Пааль. — М.: Высш. шк., 1994. — 332 с. 6. Растрыгин Н.В. Экология техногенных объектов. Ч.2. Системы водоотведения промышленных предприятий, портов и судов: учеб. пособие / Н.В. Растрыгин, Ю.Е. Еремеев. – СПб.: СПГУВК, 2010. – 86 с. 41
