Тема занятия: «Расчет эффективности очистки сточных вод»
Цель практического
занятия:
сформировать представление о структуре
и составе сточных вод промышленных
предприятий; познакомиться с основными
принципами очистки сточных вод и
основными примерами их конструктивной
реализации; научиться рассчитывать
эффективность очистки сточных вод по
различным загрязняющим веществам.
Теоретическая часть
Очистка сточных
вод – обработка сточных вод с целью
разрушения или удаления из них определенных
веществ. Одно из важных мероприятий
охраны природы и окружающей среды от
загрязнения. Производится разными
способами: механическим (отстаивание,
фильтрация, флотация), физико-химическими
(коагуляцией, нейтрализацией, обработка
хлором и т.д.) и биологическими (на полях
орошения, в биофильтрах и т.д.). Выбор
метода и соответствующего оборудования
определяется характеристиками
загрязнений, их концентрацией, физическими
и химическими свойствами, а также
требованиями эффективности очистки
сбросов.
Глубина очистки
сточных вод очистными сооружениями и
вынос примесей в водные объекты
устанавливаются на основе нормативов
предельно допустимых сбросов (ПДС) и
временно согласованных сбросов (ВСС).
Методика выполнения работы
Показателями
качества воды – несущей среды сбросов
– являются значения концентраций в ней
вредных веществ сi.
Необходимая эффективность очистки ηi
сточных вод от i-го загрязняющего вещества
определяется по формуле:
где Сст
– концентрация
вещества в сточной воде поступающей на
очистку, мг/л;
Соч
– концентрация загрязняющего вещества
на выходе из устройства, разрешенный к
сбросу в водный объект, мг/л.
где r – разрешенное
увеличение содержания загрязняющего
вещества в воде водного объекта в
расчетном створе;
Q – расход водотока,
м3/с;
q – расход сточных
вод, м3/с;
γ – коэффициент
смешения для рассматриваемого участка
водоема;
Сф
концентрация веществ в воде водного
объекта до сброса сточных вод, мг/л.
Эффективность
очистки имеет, по существу, смысл
коэффициента полезного действия (КПД)
соответствующего устройства. Вследствие
большого разнообразия свойств примесей
(например, их фазового состояния,
фракционного состава, температуры и
др.) в потоке сточных вод решить задачу
приемлемой очистки в каком-либо одном
устройстве практически невозможно.
Отмеченное, определяет необходимость
применения системы n последовательно
соединенных аппаратов, которая дает
общую эффективность по i-й примеси:
где ηij
– эффективность очистки от i-й примеси
в j-м устройстве.
Конструктивные
решения устройств очистки весьма
разнообразны, однако, заложенных в них
принципов вывода загрязняющих веществ
немного: гравитационное осаждение
(отстаивание), фильтрование, флотация,
инерционное разделение, биологическая
очистка и ряд других. В данной работе
рассмотрим технические устройства,
действие которых основано на реализации
фильтрации, флотации, инерционного
разделения, биологической очистке. В
сложных системах очистки сточных вод
эти устройства могут выступать в качестве
отдельных элементов.
Задание
1. Произвести расчет
необходимой эффективности очистки
сточных вод от загрязняющих веществ
(представленных в таблице №13) сбрасываемых
предприятием в водные объекты, учитывая
его назначение.
2. На основе
произведенных расчетов для каждого
вещества предложить очистное сооружение
из представленных в таблице №14, либо
их комбинацию обеспечивающих необходимую
степень очистки.
Таблица индивидуальные
данные
|
№ |
Q м3/с |
q м3/с |
γ |
Назначение |
|
1 |
35 |
0,6 |
0,73 |
Рыбохозяйственное |
|
2 |
30 |
0,5 |
0,66 |
Рыбохозяйственное |
|
3 |
31 |
0,65 |
0,65 |
Рыбохозяйственное |
|
4 |
32 |
0,75 |
0,68 |
Рыбохозяйственное |
|
5 |
33 |
0,8 |
0,67 |
Рыбохозяйственное |
|
6 |
34 |
0,45 |
0,68 |
Рыбохозяйственное |
|
7 |
36 |
0,65 |
0,69 |
Рыбохозяйственное |
|
8 |
29 |
0,55 |
0,70 |
Рыбохозяйственное |
|
9 |
37 |
0,4 |
0,71 |
Рыбохозяйственное |
|
10 |
28 |
0,7 |
0,72 |
Рыбохозяйственное |
|
1 |
35 |
0,6 |
0,73 |
Хозяйственно-питьевое |
|
2 |
30 |
0,5 |
0,66 |
Хозяйственно-питьевое |
|
3 |
31 |
0,65 |
0,65 |
Хозяйственно-питьевое |
|
4 |
32 |
0,75 |
0,68 |
Хозяйственно-питьевое |
|
5 |
33 |
0,8 |
0,67 |
Хозяйственно-питьевое |
|
6 |
34 |
0,45 |
0,68 |
Хозяйственно-питьевое |
|
7 |
36 |
0,65 |
0,69 |
Хозяйственно-питьевое |
|
8 |
29 |
0,6 |
0,70 |
Хозяйственно-питьевое |
|
9 |
37 |
0,5 |
0,71 |
Хозяйственно-питьевое |
|
10 |
28 |
0,4 |
0,72 |
Хозяйственно-питьевое |
Таблица расчетные
данные
|
Наименование |
Разрешенное |
Сст, концентрация |
Сф, концентрация |
|
|
Хозяйственно-питьевого |
Рыбохозяйственного |
|||
|
Взвешенных веществ |
0,25 |
2 |
250 |
3 |
|
Медь |
0,05 |
0,03 |
12,5 |
0,02 |
|
Нефтепродукты |
0,05 |
0,03 |
12,1 |
0,09 |
|
Фенолы |
0,0008 |
0,0009 |
4,95 |
0,01 |
|
Цинк |
0,8 |
0,01 |
79,5 |
1,2 |
|
Свинец |
0,05 |
0,05 |
9,8 |
0,1 |
|
Кадмий |
0,005 |
0,002 |
14,5 |
0,007 |
|
Мышьяк |
0,009 |
0,009 |
7,9 |
0,005 |
|
Сероуглерод |
0,8 |
0,8 |
67 |
0,9 |
Таблица очистные
сооружения
|
Наименование технического средства очистки |
Используемый принцип |
Удаляемые Загрязнители |
Эффективность |
|
Флотатор |
Флотация |
Нефтепродукты, ПАВ |
до 0,99 |
|
Взвешенные вещества |
0,99 |
||
|
Фенолы |
0,65 |
||
|
Азот аммонийный |
0,25 |
||
|
Фосфаты, медь, мышьяк, |
0,65 |
||
|
Железо, кадмий, цинк, свинец |
0,7 |
||
|
Гидроциклон |
Инерционное разделение |
Нефтепродукты |
0,5 |
|
Взвешенные вещества |
0,7 |
||
|
Мышьяк, сероуглерод |
0,6 |
||
|
Медь, цинк, свинец, кадмий |
0,56 |
||
|
Установка биологической |
Биологическая очистка |
Нефтепродукты |
0,999 |
|
Взвешенные вещества, цинк |
0,6 |
||
|
Кадмий |
0,5 |
||
|
Медь |
0,65 |
||
|
Мышьяк, свинец |
0,4 |
||
|
Фенолы |
0,8 |
||
|
Азот аммонийный |
0,35 |
||
|
Скоростной зернистый |
Фильтрация |
Нефтепродукты, |
0,7 |
|
Взвешенные вещества |
0,99 |
||
|
Фенолы |
0,45 |
||
|
Азот аммонийный |
0,25 |
||
|
Фосфаты, медь, мышьяк |
0,5 |
||
|
Железо, кадмий, цинк, свинец |
0,75 |
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Расчёт эффективности системы пылегазоочистки
Эффективность очистки газов. Эффективность очистки газов η (степень очистки, коэффициент полезного действия) обычно выражается отношением количества уловленного материала к количеству материала, поступающего в газоочистной аппарат с пылегазовым потоком, за определенный период времени. Суммарную степень очистки газов η, достигаемую в нескольких последовательно установленных аппаратах, определяют по формуле
η=1-(1-η1)∙ (1-η2)∙ (1-ηn), где η1, η2, ηn — степень очистки газов соответственно в первом, втором и n-ном газоочистителе.
Эффективность улавливания пыли может быть выражена в виде коэффициента проскока частиц, который представляет собой отношение количества вредных веществ за газоочистителем к количеству вредных веществ, поступающих в газоочистной аппарат. Коэффициент проскока ε рассчитывается по формуле ε = 100 — η.
Эффективность очистки может быть определена различными методами. Метод, основанный на использовании экспериментальных данных. В
данном случае эффективность очистки определяется по содержанию вредных веществ в газах до поступления в газоочистной аппарат и на выходе из него:
где М ул — масса вредных веществ, уловленных в единицу времени, г/с; Мвх, Мвых — массовый расход вредных веществ в газах, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, г/с; Qвх , Qвых, — объемный
Рекомендуемые материалы
расход газов, соответственно поступающих и выходящих из газоочистного аппарата, м3/с; Свх ,Свых — концентрация частиц в газах, соответственно по-
ступающих и выходящих из газоочистного аппарата, г/м3.
Если объемный расход газов, проходящих через газоочистной аппарат, изменяется за счет подсоса воздуха, эффективность аппарата определяют в соответствии с объемным расходом воздуха при подсосе, исходя из концентрации какого-либо газового компонента, не вступающего в аппарате в реакции (обычно S02 или С02):
где Кп — коэффициент подсоса, равный отношению концентраций анализируемого газового компонента в газах,% (объемная), после и до аппарата.
Если имеются экспериментальные данные по фракционным степеням очистки ηф (для взвешенных частиц), то может использоваться формула
где Ф1, Ф2,… Фn — содержание данной фракции на входе в фильтр,%. Фракционная эффективность очистки ηф выражается формулой
где Фвх, Фвых — содержание данной фракции в газах соответственно на входе и на выходе из фильтра,%.
Для расчета по формуле (5.3) могут быть использованы кривые фракционных эффективностей (степени очистки) ηф = f {d4), полученные экспериментальным путем для некоторых типов пылеуловителей (5.3). К кривым фракционной эффективности даются условия, при которых они были получены (по плотности пыли, диаметру аппарата и т. д.), а также поправочные формулы для пересчета на конкретные условия очистки выбросов. Для сокращения расчетов могут быть использованы номограммы.
2. Метод расчета, основанный на вероятностном подходе к процессу пылеулавливания. В некоторых случаях кривая фракционной эффективности аппарата ηф =f(d4) при построении в вероятностно-логарифмической системе координат приобретает вид прямой линии, свидетельствующей о том, что она подчиняется логарифмически нормальному закону распределения и может быть записана в виде интеграла вероятности
где lg (d4/d50) — логарифм отношения текущего размера частиц dч к диаметру частиц d50, осаждаемых в аппарате при данном режиме его работы на 50%; lg σn — стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки.
Значение d соответствует ординате графика ηф = f(dч), равной 0,5 (50%), a Lg σ находится из соотношения
Бесплатная лекция: “Опасность и вероятность кризисов в тенденциях циклического развития организации” также доступна.
где dl5,97 — значение абсциссы, ордината которой равна 0,1597 (15,97%); d84,13 — значение абсциссы, ордината которой равна 0,8403 (84,03%).
Если распределение подлежащих улавливанию частиц пыли на входе в аппарат является нормально-логарифмическим, то зависимость полного коэффициента очистки можно найти по формуле
Значения нормальной функции распределения Ф (х) в зависимости от величины х приведены в табл. метод. указаний.
Таким образом, зная dm и σч (характеристику улавливаемой пыли), d50 и σn (характеристику пылеулавливающего аппарата), можно определить эффективность очистки проектируемого аппарата.
Необходимо иметь в виду, что расчет эффективности по формуле (5.6) возможен только для пылеуловителей, работающих в тех режимах, при которых были найдены значения d50 и σn. Если условия работы отличаются от экспериментальных, то необходимо скорректировать величину d50.
В XXI веке проблема загрязнения окружающей среды выходит на первый план. Проблема связана в первую очередь с несанкционированным сбросом сточных вод в природные источники. Государство обращает внимание на незаконную утилизацию бытовых и промышленных отходов. Ежегодно принимаются новые директивы в отношении необходимости переработки и утилизации стоков перед их сбросом.
Руководители промышленных предприятий обязаны установить очистные сооружения, на этих установках сточная вода перерабатывается, а затем в очищенном виде сбрасывается в водоемы, которые для этого предназначены.
На этом фоне сложно переоценить значение эффективности утилизации сточных вод. Для расчета этого показателя предназначены специальные формулы. На основе точных вычислений можно выбрать технологию очистки, чтобы с максимальной степенью гигиенической эффективности очищать стоки от примесей.
Формула оценки эффективности очистки стоков
При расчете эффективности процесса используют следующую формулу:
hi = (сi ci вых)/ сi, где:
ci концентрация конкретной примеси, образующаяся на входе в очистное сооружение (мг/л);
ci вых концентрация этой примеси на выходе из устройства, (мг/л).
В зависимости от сложности состава загрязнений выбирают методику, которая наилучшим образом решает задачу утилизации стоков. В формулу можно подставить значения концентрации веществ, которые обычно составляют вредные примеси. К этим веществам относятся нефтепродукты, фенолы, другие химические соединения.
При расчетах используются также математические формулы для вычисления состава веществ, при помощи которых происходит процесс очистки: к ним относят железо, медь, азот, биологические компоненты. Окончательные расчеты показывают значение гигиенической эффективности операций очистки по той или иной технологии.
Методы утилизации загрязнений
Развитие инновационных технологий позволяет применять несколько методов очистки. Сточные воды можно очистить механически, с применением законов физики, а также химических веществ, которые растворяют вещества в жидких отходах.
Выбор способа основывается в первую очередь на степени загрязнений. К примеру, для нефтехимического предприятия недостаточно механических процессов по фильтрации воды, так как в ней содержатся агрессивные вещества, которые требуют переработки. Напротив, для ливневых стоков, которые не проходят по загрязненным территориям, достаточно применить методику фильтрации.
Другим основанием к выбору методики является экономическая целесообразность. Нет смысла устанавливать сложную и дорогостоящую очистную установку в месте, где не ожидается сильно загрязненных стоков.
На фоне модернизации технологий новое значение приобретают биологические методики. Разработанные на основе правил защиты окружающей среды они наилучшим образом справляются с поставленными задачами. Далее рассмотрим особенности каждого метода очистки и степень эффективности их применения.
Методики очистки: особенности
Развитие науки и техники позволило применять несколько способов очистки сточных вод. От выбора технологической методики зависит оценка эффективности процесса и результат утилизации стоков. Хорошим результатом их переработки является 95–98% очистки загрязнений в сточных водах.Наиболее востребованными методами являются следующие:
- механический: когда примеси удаляются с поверхности загрязненных жидкостей при помощи фильтров и других приспособлений. К ним также относятся решетки, способные задерживать крупные фракции мусора, а также листву, палки, камешки и т.д. Методика подходит для переработки ливневых стоков, которые не загрязнены ядовитыми химикатами. Для промышленных отходов требуются другие способы;
- физико-химическим способом удаляют загрязнения в промышленных жидких отходах. Эта технология предполагает использование физических процесов. Применяют коагуляцию, основанную на внесении в очистные установки солей аммония и железа. Флокуляция происходит под влиянием добавок диоксида кремния и синтетического полиакриламида, а также добавляют реагенты и поддерживают заданную температуру. Адсорбция: технология, основанная на способности некоторых веществ поглощать вредные примеси. К таким веществам относят активированный уголь, торф, силикатные материалы. Экстракционный метод предполагает применение экстракта: соединения двух компонентов. Вредные примеси концентрируются в экстракте, а потом удаляются вместе с ним. Технология ионного обмена особенно эффективна при высоком содержании токсикантов в составе сточных примесей;
- биологические методы предполагают применение микроорганизмов, под воздействием воздуха бактерии вступают в контакт с примесями, разлагая их. Биологическое очищение загрязнений происходит в аэротенках, некоторые из них оснащены специальным компрессорным оборудованием для подачи воздуха и откачки отработанной воды. Разработчики относят эту технологию к передовым, что связано с ее экологической чистотой и безотходностью процесса утилизации. На выходе оказывается чиста вода, которая может использоваться для технического полива и других хозяйственных нужд;
- химическая технология с применением реактивов: озона, хлора, соды, извести, кислот. Реактивы способны преобразовать вещества, содержащиеся в загрязненных средах, во взвеси, которые легко удаляются с поверхности загрязненной воды. Очистка стоков химическим способом предполагает проведение химических реакций нейтрализации и окисления. В первом случае кислоты и щелочи можно смешивать в виде жидкостей, при окислении реагентами выступают озон, калий, хлор и др. Озон дорогостоящий реагент, взрывоопасен, поэтому его нечасто применяют в комплексах очистки.
Перечисленные методики можно сочетать, добиваясь максимальной степени эффективности на каждом из объектов.
Подготовка реагентов в основе расчета эффективности процесса очистки
Эффективность применения очистных технологий зависит от качества реагентов и их правильного соединения в условиях функционирования очистной установки. От правильного выбора формул для подготовки реагентов зависит не только степень очистки, но и эффективность работы очистного оборудования. Таким образом появляется возможность экономить ресурсы, заранее рассчитать их количество.
Для проведения процессов применяются коагулянты: сульфат алюминия, хлорид алюминия и железа, другие составляющие. Используются также сульфаты железа, соли алюминия, смешанные с солями железа. Реже в качестве коагулянтов применяют алюмоаммонийные и алюмокалиевые квасцы. Для их подготовки используют электрохимический способ, эксплуатационные показатели коагулянтов таким образом улучшаются. Главными критериями подготовки химических реагентов являются электропроводность, степень помутнения, возможность проведения окислительно-восстановительных реакций.
Научные исследования в этой области ведет ВНИИ Водгео, в институте подготавливают современные системы для смешивания и подготовки реагентов. Внимание уделяется автоматизации рабочих операций по подбору веществ и их смешиванию, что позволяет модернизировать процессы очистки и сократить производственные расходы.
ВНИИ Водгео занят также разработкой дозирующих технических комплексов для своевременного добавления коагулянтов и флокулянтов. Дозаторы раегентной очистки должны надежно подавать растворы, содержащие взвешенные частицы и осадки. Если используются растворы реагентов, которые были предварительно осветлены, понадобится установка насосов, работу этих агрегатов регулируют вручную. Реагентные растворы предварительно очищают, иначе рабочие механизмы насосов могут быть забиты частицами загрязнений.
Оптимизация процесса подготовки растворов
В процессе подготовки коагулянтов и флокулянтов важна экономическая составляющая. Для очистных сооружений требуются сотни тысяч тонн химических веществ. Их использование необходимо регулировать, для чего созданы научные методики. Регулирование количества реагентов сложная задача, так как не всегда имеется возможность предугадать, сколько примесей нужно утилизировать, и какого качества стоки поступят на переработку.
Эффективность переработки грязной воды в очистных сооружениях определяется показателем плотности структуры коагулянта. Увеличение прочности или плотности веществ можно достигнуть воздействием на них гидродинамических условий перемешивания, а также повышением количества коагулянта или флокулянта. Важно при этом точно рассчитать дозу реагента перед помещением его в воду и для обработки в дальнейшем загрязненной воды электрохимическим способом. Если дозу удастся рассчитать с высокой точностью, то можно добиться оптимизации значений плотности тока и подобрать нужный временной период для обработки, который находится в зависимости от состава сточных вод.
Применяя технологии математического моделирования, можно рассчитать оптимальный режим электрохимической обработки. Современные механизмы автоматического замера количества реагентов позволяют рассчитывать и поддерживать только их расход. Поддержание оптимальной дозы реагентов для следования качественным параметрам процесса коагуляции пока еще не представляется возможным. Ученые продолжают исследования.
