Выбор и расчет параметров технологической схемы очистки сточных вод

     1) возможность удаления из сточных  вод токсичных биохимически неокисляемых  органических загрязнений; 

     2) достижение более глубокой и  стабильной степени очистки; 

     3) меньшие размеры сооружении;

     4) меньшая чувствительность к изменениям  нагрузок;

     5) возможность полной автоматизации; 

     6) более глубокая изученность кинетики  некоторых процессов, а также  вопросов моделирования, математического  описания и оптимизации, что  важно для правильного выбора  и расчета аппаратуры;

     7) методы не связаны с контролем  за деятельностью живых организмов;

     8) возможность рекуперации различных  веществ.

     Выбор того или иного метода очистки (или  нескольких методов) производят с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемых к очищенным производственным сточным водам с целью дальнейшего  их использования, а также с учетом количества сточных вод и концентрации загрязнений в них, наличия необходимых  материальных и энергетических ресурсов и экономичности процесса.

     Коагуляция  — это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты — более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае — жидкости). Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией.

     В сточных водах могут содержаться  твердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы. Сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001…0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1…10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более.

     В процессе механической очистки из сточных  вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативно устойчивую систему. Для их очистки применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами.

     Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.

     Эффективность коагуляционной очистки зависит  от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и степени дисперсности; наличия в сточных водах электролитов и других примесей; величины электрокинетического потенциала.

     В качестве коагулянтов используют соли алюминия, соли железа, а также смеси солей Аl2(SО4)3 и FeCl3 в соотношении от 1:1 до 1:2 и алюминийсодержащие отходы, травильные растворы, шлаки, пасты и смеси.

     Для интенсификации образования хлопьев  гидроксидов алюминия и железа используют флокулянты: активную кремниевую кислоту (хSiO2*yН2О) и полиакриламид. Дозу полиакриламида при вводе перед отстойниками или осветлителями со взвешенным осадком принимают равной от 0,4 до 1,5 мг/л; дозу кремниевой кислоты — 2…3 мг/л.

     При использовании в качестве коагулянтов  солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок.

     Процесс очистки сточных вод методом  коагуляции или флокуляции включает приготовление водных растворов коагулянтов или флокулянтов, их дозирование, смешение со всем объемом сточной воды, хлопьеобразование, выделение хлопьев из нее.

     Приготовление и дозирование коагулянтов производят в виде растворов или суспензий. Растворение коагулянтов осуществляют в баках (не менее двух). Концентрация раствора коагулянта в растворных баках должна составлять 10…17 %. Продолжительность растворения при температуре воды 10 °С принимают равной 10…12 ч. 

     Реагентное  хозяйство

     В процессах обработки воды применяется  большое количество реагентов и  материалов: соли, кислоты щелочи сорбенты. Реагенты поставляются в твердом, жидком или газообразном состоянии. От свойств  реагента зависят условия его  хранения и подготовки к дозированию  в воду.

     В состав реагентного хозяйства входит склад хранения коагулянта и флокулянта, растворные баки (не менее 3), расходные  баки (не менее 2), насосы-дозаторы, воздуходувки и трубопроводы.

     На  складах должен храниться запас  реагента на срок до 30 суток в зависимости  от Q_сут.. В данном курсовом проектировании предусматривается хранение реагента в сухом виде.

     Суточный  расход реагентов подсчитывается по формуле:

     

     где Д – доза реагента, мг/л;Q_сут – полная производительность станции, м³/сут; ρ – содержание активного вещества в реагенте, %.

     Схема приготовления коагулянта при сухом  хранении представлена на рисунке 1. Транспортирование  коагулянта по складу и загрузка в  растворные баки осуществляется с помощью  кран – балки и подвесного грейфера емкостью до 0,5 м³ с помощью дистанционного пульта. 
 

     

     Рис.1: Схема реагентного хозяйства с сухим хранением реагента:

     1 — автосамосвал; 2 – склад; 3 – растворные баки; 4 – кран – балка с грейфером; 5 – насос; 6 – расходные баки; 7 – насос – дозатор; 8 – воздуходувка; I – трубопровод холодной воды; II – трубопровод горячей воды; III – сжатый воздух; IV – раствор коагулянта

     Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды.

     Соли  железа как коагулянты имеют ряд  преимуществ перед солями алюминия: лучшее действие при низких температурах воды, более широкая область оптимальных значений рН среды, большая прочность и гидравлическая крупность хлопьев; возможность использовать для вод с более широким диапазоном солевого состава; способность устранять вредные запахи и привкусы, обусловленные присутствием сероводорода. Однако имеются и недостатки: образование при реакции катионов железа с некоторыми органическими соединениями сильно окрашивающих растворимых комплексов; сильные кислотные свойства, усиливающие коррозию аппаратуры; менее развитая поверхность хлопьев.

     Процесс очистки СВ коагуляцией и флокуляцией  состоит из следующих стадий: дозирование  и смешение реагентов со СВ; хлопьеобразование  и осаждение хлопьев (рисунок 2). 

       

     Рис.2: Схема установки для очистки вод коагуляцией:

     1 – емкость; 2 – дозатор; 3 – смеситель; 4 – КХО; 5 - отстойник 

     Перегородчатый  смеситель

     Для очищения сточных вод от мелкодисперсных  взвешенных веществ используют методы коагуляции и флотации. Для равномерного распределения растворов реагентов в обрабатываемой воде за короткое время (1 – 2 мин) используют смесители.

       Смеситель перегородчатого типа применяют на станциях обработки воды производительностью до 1000 м/ч. Он выполняется в виде железобетонного лотка с вертикальными перегородками, установленными перпендикулярно к движению воды и снабженных отверстиями, расположенными в несколько рядов. Вода, проходя через отверстия со скоростью около 1 м/с, испытывает завихрения, что способствует хорошему смешиванию воды с реагентами. Диаметр отверстий принимают 20 ... 100 мм. Чтобы избежать насыщения воды пузырьками воздуха верхний ряд отверстий должен быть затоплен на глубину 0,1-0,15 м.  

     Осветлитель коридорный

     Осветлители со взвешенным осадком используются для удаления из воды коллоидных и взвешенных примесей после обработки воды коагулянтами и флокулянтами.

     Применение  осветлителей вертикального типа со взвешенным осадком наиболее целесообразно  на водоочистных станциях с производительностью  не менее 5000 м³/сут для осветления и обесцвечивания воды с содержанием взвешенных веществ до 2500 мг/л и любой цветностью.

     В основу работы осветлителей положен  принцип контактной коагуляции в  слое взвешенного осадка. При поддержании  определенной скорости восходящего  потока воды (0,5÷1,2 мм/с) формируется слой взвешенного осадка из скоагулированной взвеси в виде мелких хлопьев. Этот слой играет роль фильтра, способствуя лучшему осветлению воды и обесцвечиванию за счет более полного использования адсорбционной емкости хлопьев.

     По  месту расположения осадкоуплотнителей различают осветлители с вертикальными, поддонными осадкоуплотнителями и осадкоуплотнителями в нижней части зоны осветления. Они выполняются открытыми или напорными.

     

     Рис. 3: Коридорный осветлитель со взвешенным осадком с вертикальным осадкоуплотнителем:

     1 - коридоры-осветлители;  2 - осадкоуплотнитель; 3 - подача исходной воды; 4 - сборные  карманы для отвода осветленной воды; 5 - отвод осадка из осадкоуплотиителя; 6 - отвод осветленной воды из осадкоуплотиителя; 7 - осадкоприемные окна с козырьками

     Эффективность очистки таких осветлителей 70 – 80 %.

     Рассчитываем  количество задержанных мелкодисперсных  веществ:

     Вз. В-ва (192 (мг/л)·+61.25 (мг/л))·0,75 = 235.9 мг/л

     остаток: 43.9 мг/л

     Хим. В-во 3.5*0,75 = 2.62 мг/л

     остаток: 0.88 мг/л 

     Фильтр  с плавающей загрузкой

     Загрузка  такого фильтра состоит из гранул, крупность которых уменьшается  по направлению движения воды, то есть сверху вниз. Высота слоя загрузки составляет 1,0 – 1,2 м.

     Такие фильтры можно использовать для  доочистки как механически очищенных  производственных стоков, так и биологически очищенных городских сточных  вод или их смеси с производственными.

     Фильтр  регенерируется промыванием водой  при достижении предельных потерь напора, равных 1,5 – 2,5 м.

     Эффект  доочистки для таких фильтров по взвешенным веществам составляет 70 – 80 %.

     Рассчитываем  эффект доочистки на фильтре по взвешенным веществам:

     Вз. В-ва 43.9 мг/л·0,75 = 32.9 мг/л

     остаток: 10.98 мг/л

     Хим. В-во 0.88*0,75 = 0.66 мг/л

     остаток: 0.22 мг/л

     В процессе очистки от взвешенных веществ  и химического загрязнения был  достигнут эффект очистки – остаток  взвешенных веществ и химического  загрязнения после очистки не превышает норму сброса (С_{сб. вз. в.} = 12,77 мг/л, С_{сб. хим. соед.} = 2 мг/л).

1.5 Очистка от химического  загрязнения

     К химическим методам очистки сточных  вод относят нейтрализацию, окисление  и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных  реагентов, поэтому дороги. Их применяют  для удаления растворимых веществ  и в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической  очисткой или после нее как  метод до очистки сточных вод.