Пример курсовой работы по геологии: Проект локальных очистных сооружений гальванического производства

Содержание

ВВЕДЕНИЕ3

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ5

1.1 Характеристика гальванического производства, как источника образования сточных вод5

1.2 Характеристика сточных вод гальванического производства и требования к очищенной воде8

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ11

2.1 Выбор и обоснование предполагаемого технологического решения11

2.1.1 Станция нейтрализации площадки «А»14

2.1.2 Технологическая схема очистки сточных вод16

2.2 Описание технологических решений17

2.2.1 Описание технологической схемы18

2.3 Технологические расчеты19

2.3.1 Расчет решеток19

2.3.2 Расчет скорого напорного фильтра21

2.3.3 Расчет усреднителя23

2.3.4 Расчет сорбционного фильтра25

2.3.5 Расчет электродиализатора26

2.3.6. Расчет анионообменных колонн для сорбции цинка27

2.3.7 Расчет катионообменной колонны для сорбции ионов цинка и меди29

2.3.8 Расчет емкостей для десорбентов и элюатов30

2.4 Контроль за технологическим процессом31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ32

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ34

ПРИЛОЖЕНИЕ 135

ПРИЛОЖЕНИЕ 236

ПРИЛОЖЕНИЕ 338

Выдержка из текста работы

Крючкова Н.А., Пояснительная записка к семестровому заданию по курсу промышленная экология. — Челябинск: ЮУрГУ, Хим — 434, 49 с., 2 табл., 18 ил., библиогр. список — 30 наим.

В данном семестровом задании проанализирована существующая схема очистки городских сточных вод г. Троицка, выявлен ряд её проблем, разработан проект реконструкции очистных сооружений канализации г. Троицка, изложены современные технологии очистки бытовых сточных вод и обработки осадков городских сточных вод.

Размещено на http://www.//

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

1.1.1Механическая очистка бытовых сточных вод

1.1.2Биологическая очистка сточных вод

1.2ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

1.3СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

1.4ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗОВАННЫХ ПРОЕКТОВ РЕКОНСТРУКЦИИ ОСК В РФ

2.СУЩЕСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА ОЧИСТКИ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД г. Троицка

3.ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ПРОЕКТА

4.ПРЕДЛАГАЕМЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ КАНАЛИЗАЦИИ г. Троицка

5.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

С ростом городов и их благоустройством, а также развитием промышленных предприятий повышается водопотребление, водоотведение, что требует увеличения мощности существующих очистных сооружений и повышения степени очистки сточных вод. В результате это приводит к постоянному увеличению массы осадков, которые выделяются при очистке сточных вод, их необходимо в дальнейшем правильно утилизировать.

Существующие очистные сооружения канализации (ОСК) введены в эксплуатацию в 1990 году. Проектная мощность ОСК — 50000 м3/сут, которая больше фактической мощности в 6,6 раз, т.е. очистные сооружения загружены лишь на 1/7 от проектной мощности.

Целью данного семестрового задания является анализирование работы очистных сооружений канализации г. Троицка, выявление недостатков работы станции и предложение её варианта реконструкции.

Задачи семестрового задания:

провести анализ работы очистных сооружений канализации г. Троицка;

предложить проект реконструкции очистных сооружений;

провести укрупненный расчет существующих сооружений водоподготовки;

провести укрупненный расчет предлагаемого варианта реконструкции.

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Сточные воды — пресные воды, которые в результате производственной и бытовой деятельности человека изменили свои физико-химические показатели.

Различают:

— бытовые сточные воды (как правило, образуются в коммунальных, административных и жилых зданиях);

— производственные сточные воды (образующиеся в результате производства товаров);

— атмосферные сточные воды (являются результатом таяния снега и выпадения дождей как на территории промышленных предприятий, так и на жилой территории).

Существует несколько методик очистки сточных вод:

механическая;

биологическая;

физико-химическая [1].

1.1.1Механическая очистка бытовых сточных вод

Механическая очистка сточных вод используется для задержания нерастворимых примесей. Сооружения механической очистки включают в себя: решетки, сита, песколовки, фильтры различных конструкций и отстойники. Решетки очищают от крупных загрязнений минерального и органического происхождения. Песколовки предназначены для выделения песка. Отстойники предназначены для отстаивания плавающих и оседающих загрязнений сточных вод.

Сооружения механической очистки устанавливаются перед сооружениями биологической очистки и задерживают до 60 % нерастворимых примесей.

Решетки

Отбросы крупного размера, которые содержатся в сточных водах, являются отходами производственной и хозяйственно-бытовой деятельности человека и содержат бумагу, упаковочные материалы, остатки пищи и т.д. Далее эти отбросы при прохождении по сетям водоотведения способны адсорбировать органические соединения и жиры, содержащиеся в сточных водах. В результате на поверхности отбросов образуется адгезионный слой, способствующий налипанию на них различных минеральных частиц (шлака, песка). Так образуются крупноразмерные минеральные составляющие отбросов. Их плотность приближенна к плотности воды и это облегает пронос песка через песколовки на крупных загрязнениях, проскакивающих через решетки [1].

Решетки — первый элемент технологической схемы очистки сточных вод, которые изготавливаются круглых или прямоугольных металлических стержней. Классификация решеток в зависимости от их конструктивных данных приведена в таблице 1.

Таблица 1 — Классификация решеток [1]

Параметр	Тип решетки*
	РМН	RS-16	RS-35	РГД	РСФ-01
Ширина, мм	2100	1200	1900	1200	1455
Длина решетки, мм	2660	1800	1800	1800	1480
Ширина прозоров, мм	6-10	5	3	10	4
Толщина фильтрующих пластин, мм	10	3	3	10	3
Максимальный уровень жидкости перед решеткой, мм	2000	600	2000	600	600
Масса , кг	3750	900	4300	2100	2400

* РМН — решетки механизированные наклонные,

RS — ступенчатая механическая решетка фирмы «MEVA»,

РДГ — дуговая гидравлическая решетка,

РСФ-01 — механическая ступенчатая решетка.

Конструкция решетки содержит расположенные параллельно друг другу стальные стержни, которые закреплены в раме. Загрязнения, задерживаемые стержнями снимаются механическими граблями, расположенные перед или после стержней. Решетки, как правило, должны быть размещены в отдельном отапливаемом помещении. Проходы между решетками должны составлять не менее 1,2 м [1]. Решетки бывают подвижными и неподвижными. В настоящее время наиболее распространены неподвижные. Решетки устанавливают под углом 60-70° для удобного съема загрязнений (рис. 1) [2].

Решетки с тонкими прозорами считаются наиболее эффективными, они позволяют увеличить скорость движения воды и вследствие этого, возрастает их пропускная способность. Данные решетки эффективно задерживают нефтепродукты, жиры, волокнистые и пленочные материалы [3].

Рисунок 1 — Решетка с прозорами 6 мм типа РМН (продольный разрез): 1 — подводящий канал, 2 — грабли, 3 — стержни решетки, 4 — сбрасыватель, 5 — канат [1]

Эффективное удаление загрязнений из сточных вод решетками обеспечит нормальный режим работы песколовок, отстойников, метантенков и трубопроводов с повышением качества очистки сточных вод [1].

Ступенчатые решетки устанавливаются на очистных сооружениях в здании решеток после грубой механической очистки (решеток с большими прозорами), которая защищает решетку от попадания на нее особо крупных отбросов. Ступенчатые решетки — сооружения тонкой очистки, предназначенные извлечения из сточных вод средних и мелких отбросов, с их последующей механизированной выгрузкой в контейнер сбора мусора.

Загрязнения задерживаются на решетке за счет плоско-параллельных круговых движений подвижного пакета пластин и движутся вверх по ступеням до линии сброса, где попадают в мусороприемник.

На рабочей поверхности ступенчатой решетки создается слой загрязнений, который формирует дополнительный процеживающий эффект. Этот эффект позволит задерживать на решетке с прозорами 5 мм загрязнения, значительно меньшие по размеру [4].

В Российской Федерации и зарубежом на некоторых очистных станциях используют самоочищающиеся ступенчатые решетки для процеживания осадков и сточных вод.

Часть для процеживания ступенчатых решеток состоит из стационарного и подвижного пакета, состоящего из двух параллельных пластин. Движущиеся подвижные пластины поднимают собранные отбросы вверх на одну ступень, поднимающиеся до точки выгрузки и в результате попадают в контейнер для сбора мусора.

Таким образом, преимуществом ступенчатых решеток является фильтрация сточной воды через слой уловленных загрязнений, что позволяет задерживать мелкодисперсные примеси.

Песколовки

Песколовки в схеме очистки сточных вод предназначены для выделения из них минеральных нерастворенных примесей (в основном песка) под действием силы тяжести.

Песколовки делятся на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением воды, в зависимости от ее направления движения [1]. Разновидностью горизонтальных песколовок являются горизонтальные с круговым движением воды. Аэрируемые песколовки являются разновидностью песколовок с вращательным движением воды. Аэрируемые и горизонтальные песколовки устанавливаются при расходах более 10 000 м3/сут [2].

Вертикальные песколовки имеют цилиндрическую форму, подвод воды производится с двух сторон в основании по касательной и удобны для накопления больших объемов осадков. Для сбора выпавшего осадка предназначена конусная часть. Кольцевым лотком производится сбор и отвод воды. Песок осаждается вниз при вертикальном движении воды вверх. Отсюда следует, что гидравлическая крупность песчинок улавливаемого песка должна быть больше скорости восходящего потока жидкости. Вертикальные песколовки принято применять на станциях очистки поверхностных вод и в полураздельных системах (рис. 2) [1].

Рисунок 2 — Вертикальная песколовка с вращательным движением воды: 1 — подводящий канал , 2 — сборный кольцевой лоток , 3 — ввод воды в рабочую зону, 4 — отводной канал [1]

Горизонтальная песколовка с круговым движением воды создана с целью упрощения выгрузки осадка. В верхней части поперечного сечения проточная часть песколовки имеет прямоугольную форму, а основание имеет треугольную форму с щелью внизу. В эту щель в осадочную часть, имеющую коническую форму, проваливается весь улавливаемый осадок. Для выгрузки осадка устанавливают гидроэлеватор. Их применяют при небольших расходах — до 70 000 м3/сут (рис. 2) [1,2].

Рисунок 3 — Горизонтальная песколовка с круговым движением воды: 1 — гидроэлеватор, 2 — трубопровод для отвода всплывающих примесей, 3 — желоб, 4 — затворы, 5 — подводящий лоток, 6 — пульпопровод, 7 — трубопровод рабочей жидкости, 8 — камера переключения, 9 — устройство для сбора всплывающих примесей, 10 — отводящий лоток, 11 — полупогружные щиты [1]

Аэрируемые песколовки имеют удлиненную форму в плане и прямоугольное, полигональное или близкое к эллиптическому поперечное сечение. На рисунке 3 представлена аэрируемая песколовка с трапецеидальным поперечным сечением. Важнейшими элементами песколовок являются входная и выходная части, бункер для сброса осадка и песковой лоток. Песковой лоток располагается вдоль продольной стенки сооружения. В поперечном сечении днище песколовки имеет уклон в сторону лотка. Аэратор устроен вдоль одной из стенок песколовки на 2/3 глубины от общей гидравлической и выполнен из дырчатых труб. Гидродинамическая система удаления (смыва) осадка состоит из смывного трубопровода со спрысками, который уложен по днищу лотка. Также для удаления осадка применяют скребковые механизмы [1].

Рисунок 4 — Аэрируемая песколовка с гидромеханической системой удаления осадка: а, б — продольный и поперечный разрез соответственно; 1 — трубопровод подачи промывной воды; 2 — песковой лоток; 3 — спрыски; 4 — аэратор; 5 — воздуховод; 6 — гидроэлеватор [1]

Главная особенность аэрируемых песколовок состоит в непрерывном аэрировании потока очищаемой воды. Поток воды приобретает вращательное движение за счет расположения аэратора вдоль стенки песколовки и над песковым лотком и движется от одной стенки песколовки к другой, а также к песковому лотку. Это обеспечивает концентрацию осадка в песковом бункере, который расположен с одной стороны песколовки.

Таким образом, скорость движения воды в аэрируемых песколовках сохраняется постоянной при значительных изменениях расхода, что в свою очередь поддерживает органические вещества в потоке во взвешенно состоянии.

Аэрируемые песколовки также улавливают всплывающие загрязнения (жиры, нефтепродукты и др.). Для этого вдоль всей песколовки необходимо пристроить специальное отделение для накопления и выделения всплывающих загрязнений. Это отделение огораживают полупогружной решетчатой перегородкой от пескоулавливающего отделения. Для удаления всплывших загрязнений в отделении предусматривают периодически затопляемый бункер и отводящий трубопровод. Всплывшие загрязнения не удаляются на последующие сооружения, а всплывающие загрязнения эффективно отделяются из спокойного потока движущейся сточной воды [1].

Первичные отстойники

Первичные отстойники используются для предварительного отстаивания сточных вод, которые затем поступают на физико-химическую или биологическую очистку и устанавливаются непосредственно за песколовками. Они предназначены для выделения взвешенных веществ из сточных вод [1].

В зависимости от направления движения потока воды первичные отстойники подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные. В вертикальных отстойниках подача воды осуществляется снизу вверх, в радиальных — поток жидкости закручивается и вода движется из центра к периферии, в горизонтальных — вода движется горизонтально [5].

При производительности очистных сооружений до 20 000 м3/сут следует применять вертикальные отстойники, более 15 000 м3/сут — горизонтальные, более 20 000 м3/сут — радиальные [2].

Горизонтальные отстойники — прямоугольные резервуары, которые разделяются продольными перегородками на несколько отделений. В них поток осветляемой воды движется горизонтально в направлении водослива сборного канала. Осадок, который выпадает по длине осадка — перемещается скребком в иловые приямки, расположенные на входе в сооружение. Далее осадок выгружается в самотечный трубопровод с отводом на насосную перекачивающую станцию. Основным недостатком горизонтальных отстойников, особенно в зимнее время, является неудовлетворительная надежность работы используемых механизмов для сгребания осадка. Также горизонтальные отстойники, в отличие от радиальных, имеют более высокий расход (на 30-40 %) железобетона на единицу строительного объёма. А эффект осветления воды по взвешенным веществам около 50-60 %, который достигается отстойником, а также возможность их компактного расположения с аэротенками и высокий коэффициент использования объема являются преимуществами горизонтальных отстойников.

Схема горизонтального отстойника приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 — Горизонтальный отстойник: 1 — подводящий лоток, 2 — впускные отверстия, 3 — скребковая тележка, 4 — жиросборный лоток, 5 — водосборный водослив, 6 — трубопровод выпуска осадка и опорожнения, 7 — отстойная зона, 8 — осадочный бункер [1]

Вертикальный отстойник — цилиндрический резервуар с коническим днищем. В восходящем потоке воды отстойника происходит осаждение. Высота зоны осаждения 4-5 м. С определенной скоростью под действием силы тяжести частицы движутся вниз, а с водой — вверх. В результате разные частицы будут занимать разное положение в отстойнике. Говоря о эффективности осаждения, можно сказать что данные отстойники на 10-20 % эффективнее горизонтальных [6].

Преимуществом вертикальных отстойников является простота конструкции, удобство в их эксплуатации. А большая глубина сооружений, ограничивающая их максимальный диаметр (9 м) и невысокая эффективность осветления воды являются недостатками вертикальных отстойников.

С технологической точки зрения наиболее совершенными являются вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим потоком осветляемой воды. В них зона осветления разделена на две равные части по площади зеркала воды полупогружной перегородкой. В них сточная вода поступает по лотку в центральную часть и отражательным козырьком через зубчатый водослив распределяется по площади зоны осветления, где и происходит нисходящее движение потока осветляемой воды. Такое движение потока обеспечивает лучшее совпадение направлений векторов движения потока воды и выпадение агломерирующейся взвеси.

Схема первичного вертикального отстойника с нисходяще-восходящим потоком представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 — Вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком: 1 — приемная камера; 2 — подающий трубопровод; 3,4 — трубопровод и воронка для удаления плавающих веществ; 5 — зубчатый распределительный водослив; 6 — отражательный козырек; 7 — распределительный лоток; 8 — периферийный сборный лоток; 9 — отводящий трубопровод; 10 — кольцевая зона восходящего движения; 11 — кольцевая перегородка; 12 — трубопровод для выпуска осадка [1]

Под действием гидростатического давления осадок выгружается через центральный илопровод, а через приемную воронку и самотечный трубопровод удаляются всплывающие вещества из центральной части. В данных отстойниках коэффициент использования объема повышается до 0,65, а по снижению концентрации взвешенных веществ эффективность осветления воды достигает 60-65 %.

Радиальный отстойник — резервуар, круглый в плане, в котором сточная вода движется от центра к периферии и подается в центр. Выпадающие в осадок взвешенные вещества, перемещаются скребками на вращающейся ферме в иловый приямок. С помощью центробежных и плунжерных насосов удаляется осадок, снижает его влажность до 93-93,5 %. Радиальные отстойники задерживают 50-55 % взвешенных веществ. Благодаря круглой в плане форме уменьшается необходимая толщина стеновых панелей с применением высокопрочной предварительно напряженной арматуры, что приводит к сокращению их удельной материалоемкости. Простоту эксплуатации радиальных отстойников обеспечивает вращающаяся ферма. Вследствие всего выше сказанного — радиальные отстойники получили широкое распространение на очистных сооружениях сточных вод (рис. 7) [1].

Рисунок 7 — Первичный радиальный отстойник: 1 — илоскреб; 2 — распределительная камера; 3 — подводящий труборовод; 4 — трубопровод выгрузки осадка; 5 — жиросборник; 6 — насосная станция перекачки; 7 — трубопровод отвода осветленной воды; 8 — жиропровод [1]

1.1.2Биологическая очистка сточных вод

Основой биологической очистки сточных вод является способность микроорганизмов в качестве источников питания использовать частицы из загрязненных сточных вод, при этом осуществляется полное или частичное разрушение загрязнителей [7]. Биологическая очистка имеет значительные преимущества перед другими методами. Во-первых, микроорганизмы производят полное разложение бытовых сточных вод до нейтральных продуктов (газ и вода), что обеспечивает круговорот веществ в природе. Во-вторых, биологическая очистка менее затратна и почти не требует эксплуатационных расходов, за исключением капитальных вложений. А также основной рабочий компонент — активный ил, самовоспроизводится при благоприятных условиях. Азот бактерии извлекают из аммиака, нитратов, аминокислот, калий и фосфор — из минеральных солей, содержащихся в водах. Активный ил, в свою очередь, получает материал для роста и формирования бактерий. Их скорость роста напрямую зависит от состава сточных вод.

Методы биологической очистки делятся на аэробные и анаэробные. В аэробных микроорганизмы используют растворенный кислород в сточных водах, в анаэробных доступа к кислороду у микроорганизмов нет. Представителями аэробных методов являются аэротенки, биофильтры, биоблоки и различные новейшие технологии очистки. Анаэробные методы представляют различные сбраживатели, септиктенки, биофильтры с обратной фильтрацией, но они не получили широкого применения из-за ограничений по взвесям в стоках, необходимости трудоемкой периодической промывки биофильтров и высокой стоимости высокопористых насадок [8].

Аэротенки

Аэротенк — сооружение биологической очистки, где медленно перемешивается и движется смесь очищаемой сточной воды и активного ила с помощью подачи сжатого воздуха для лучшего контакта. Воздух в аэротенк должен поступать непрерывно для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Активный ил — биоценоз микроорганизмов, который сорбирует на своей поверхности органические вещества очищаемой сточной воды и окисляет их. Хорошо работающий активный ил содержит хлопья средних размеров.

Окислительная способность активного ила и его качество, а также эффект очисткисточной воды в аэротенках зависят от гидродинамических условий перемешивания, состава и свойств сточной воды, наличия элементов питания, активной реакции среды и температуры.

Биологическая очистка воды в аэротенках происходит в результате поглощения органических веществ аэробными микроорганизмами. Это приводит к частичной или полной минерализации органических веществ с участием кислорода воздуха, который подается в аэротенк [9].

Существует пять фаз работы и развития активного ила в аэротенках:

I фаза: биосорбция органики хлопьями активного ила. Происходит прирост массы активного ила;

II фаза: фаза логарифмического роста — окисляются легко окисляемые углеродсодержащие вещества, выделяющие энергию, которая затем используется для синтеза клеточного вещества активного ила микроорганизмами;

III фаза: стационарная фаза, в которой при замедленной скорости процесса происходит синтез клеточного вещества активного ила;

IV фаза: фаза эндогенного дыхания — отмирание или постепенное уменьшение массы ила;

V фаза: фаза глубокого самоокисления ила — нитрификация и денитрификация с дальнейшей минерализацией и деградацией активного ила.

Прямоугольные аэротенки с пневматической аэрацией и с механической системой аэрации используют на крупных очистных сооружениях. На небольших станциях очистки сточных вод используют и круглые, и прямоугольные аэротенки с разными видами аэрации: пневматической, пневмомеханической и механической. Аэротенки связаны с сооружениями последующего разделения иловой смеси — это их существенная характеристика. В связи с этим оборудуются отдельные отстойные сооружения в аэротенках, где работа аэротенков и вторичных отстойников с гидравлическим режимом работы аэротенков не зависят друг от друга и аэротенки-отстойники, в которых отстойники и аэротенки взаимозависимы [1].

Рисунок 8 — Аэротенк-отстойник: 1 — впуск сточной воды; 2 — отвод очищенной воды; 3 — зона отстаивания; 4 — удаление (сброс) активного ила; 5 — воздух [1]

С целью создания более универсального и надежного способа обработки активного ила и установки для его осуществления, обеспечивающей при эффективной дегазации лучший фракционный состав суспензии, поступающей в камеру отсасывания газа и выходящей из нее, большую эффективность удаления сорбированных газовых частиц рядом авторов было предложено транспортировать суспензию из резервуара в камеру отсасывания газа в виде ламинарного потока путем подачи в подающий коллектор пузырьков воздуха вдоль оси потока в пульсирующем режиме. В результате этого наблюдается резкое снижение слипания частиц активного ила, содержащего сорбированный газ, в коллекторе.

Вибрация суспензии в камере происходит под действием пульсирующего воздушного потока при попадании в камеру отсасывания газа, благодаря чему частицы ила, содержащие газ перемещаются в верхние слои, а частицы, которые прошли дегазацию — в нижние, откуда отправляются в выпускной коллектор.

Использование рассматриваемого способа обработки активного ила позволяет повысить десорбцию газа, сорбированного на частицах активного ила, в 3-9 раз по сравнению с известными аналогичными решениями [10].

Яркой особенностью аэротенка является возможность регулирования процесса биологической очистки до необходимой степени по местным условиям. Эффективность очистки воды зависит от длительности процесса аэрации, а также от количества воздуха и активного ила [9].

Биофильтры

Биофильтр — аппарат, где сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биопленкой, которая образуется колониями микроорганизмов. Он состоит из фильтрующей загрузки, водораспределительного устройства, дренажного устройства и вентиляционного устройства (рис. 9)

Рисунок 9 — Схема биофильтра: 1 — подача сточных вод; 2 — водораспределительное устройство; 3 — фильтрующая загрузка; 4 — дренажное устройство; 5 — очищенная сточная вода; 6 — вентиляционное устройство [1]

Фильтрующая загрузка помещается в резервуар круглой или прямоугольной формы. Водораспределительное устройство обеспечивает равномерное орошение поверхности загрузки биофильтра сточной водой. Дренажное устройство удаляет очищенную сточную воду. Вентиляционное устройство подает воздух, необходимый для окислительного процесса.

Биофильтр способен за счет саморегулирования возвращаться в исходное состояние по эффективности работы после отклонений от стабильного режима и пропускной способности при воздействии окружающей среды. Пропускная способность и эффективность биофильтров зависит от состава и режима сточных вод, эксплуатации, влияния окружающей среды, видового состава биопленки, конструкции биофильтров [1].

Биоблоки

Очистка на биоблоках предусматривает две стадии:

Биологическая очистка в биоблоке, включающая в себя аэротенк + отстойник

Доочистка в отстойниках-фильтрах.

Биологическая очистка осуществляется в биоблоке без первичного отстаивания. Установка решеток тонкой очистки прозором решеток 5 мм позволяет увеличить эффективность механической предварительной очистки. Блок биологической очистки является сблокированным сооружением и состоит из зоны аэрации (аэротенк, работающий в режиме вытеснения), которая разделена на ступени для стабильной работы системы и зоны отстаивания (вторичный радиальный отстойник).

Для очистки сточных вод таким методом принята технология сочетания прикрепленной к загрузке и взвешенной микрофлоры. Процесс очистки осуществляется за счет микроорганизмов, прикрепленных к полимерной загрузке и свободноплавающих микроорганизмов. При биологической очистке с применением микроорганизмов, закрепленных на поверхности загрузочных материалов осуществляются многостадийные биологические процессы, которые обеспечивают клетки микроорганизмов защитой от воздействия отрицательных факторов и высокую концентрацию микроорганизмов. Оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в очистке воды обеспечивает блок биологической загрузки (ББЗ).

Доочистка производится в комбинированном сооружении (отстойнике-фильтре) в две стадии:

— осветление эмульсии путем отстаивания;

— фильтрование осветленной воды снизу вверх через слой ББЗ.

MBR-технология

MBR-технология (Membrane Bio Reactor) есть мембранная фильтрация, встроенная в процесс биологической очистки с активным илом. В качестве барьера для высокоселективной очистки от загрязнений служат мембранные ультрафильтры. Ил не попадает в сбрасываемую очищенную воду, т.к. размер его частиц крупнее пор в мембранах. В этом случае мембраны служат заменой вторичных отстойников и фильтров доочистки. Также ультрафильтрованные мембраны отражают все бактерии и вирусы от попадания в очищенный сток, тем самым обеспечивая обеззараживание сточных вод.

За счет увеличения концентрации активного ила (до 6-14 г/л) биологическая очистка сточных вод по данной технологии более устойчива к изменению качества исходных сточных вод и более эффективна. В результате обеспечивается очистка сточных вод со стабильным и высоким качеством, которое требуется санитарными нормами.

Внедрение этой технологии для очистки сточных вод обеспечивает высокую эффективность удаления загрязнений и меняет традиционные схемы очистки коренным образом (рис. 10).

Рисунок 10 — Изменение схем очистки после внедрения MBR-технологии [11]

За счет компактности очистных сооружений канализации, увеличения концентрации активного ила в аэротенке и окислительной мощности станции, снижения объема избыточного активного ила и увеличения его водоотдающих свойств, повышения надежности и увеличения эффективности работы очистных сооружений канализации использование MBR-технологии позволяет усовершенствовать существующие технологические решения.

Значительный экономический эффект возможен за счет кардинального улучшения качества очистки в виде:

— повторного использования сточных вод на муниципальные, технические и другие цели, что экономит источники питьевой воды;

— прекращения изъятия земель под новые накопители, трассы коллекторов, иловые площадки;

— пополнения запасов питьевой воды;

— предотвращения экологических катастроф, связанных с накопителями сточных вод;

— прямого сброса очищенных сточных вод в подземные и поверхностные водоемы.

При эксплуатации мембран следует учитывать их срок службы (5-10 лет).

SBR-технология

SBR-технологию следует использовать для очистки средних объемов (более 1000 м3/сут) хозяйственно-бытовых сточных вод. Эта технология идеальна для создания компактных и эффективных очистных сооружений, отличающихся от традиционных сооружений проточного действия в том плане, что процесс биологической очистки происходит в одной емкости последовательно во времени — реакторе SBR (Sequencing Batch Reactor — реактор переменного действия), который включает в себя наполнение сточной водой, перемешивание с активным илом, аэрация, седиментация активного ила, отвод очищенной воды, отвод избыточного ила (рис. 11).

Рисунок 11 — Цикл биологической очистки в SBR-реакторе [11]

В зависимости от состава сточной воды, которая поступает на очистку и желаемой степени очистки длительность отдельных стадий процесса очистки и цикл работы в реакторе можно регулировать. При небольшой занимаемой площади и небольших затратах с помощью этой технологии можно очищать сточные воды до нормативных показателей для сброса в водоемы. Автоматизированная система управления может изменить любые параметры при минимальном количестве обслуживающего персонала, при этом регулируя качество очищенной воды.

USBF-технология

USBF-технология — флюидная фильтрация суспензии через взвешенный слой осадка (Up flow Sluge Blanket Filtration), разработанная на теории поверхностных сил, является модификацией традиционного процесса с активным илом. В технологии USBF отсутствуют первичные и вторичные отстойники.

После механической очистки и первичного удаления нерастворимых веществ, вода поступает в первый объем, в котором в анаэробных условиях происходит дефосфоризация (рис .12).

Рисунок 12 — Процесс USBF-технологии: 1 — анаэробная зона (дефосфоризация); 2 — анэксическая зона (денитрификация); 3 — рециркуляция ила; 4 — аэробная зона (нитрификация, биодеградация); 5 — сепарация-фильтрация через взвешенный слой осадка (USBF); А — приток; В — отток; С — удаление избыточного ила [11]

С суспензией, поступающей из анэксической зоны вода смешивается в соотношении 1:1. Затем смесь поступает в анэксическую зону, где происходит денитрификация. Также в анэксическую зону из зоны сепарации поступает возвратный ил, который после обработки в аэробной зоне нитрификации прошел сепарацию в реакторе. По сравнению с анаэробной зоной концентрация ила в смеси увеличивается в два раза. Далее вода поступает в аэрируемую зону из анэксической, в которой происходит стабилизация активного ила и нитрификация. Затем вода идет в реактор призматической формы, ориентированный вершиной ко дну резервуара. Со скоростью от 2 до 6 м/с в полностью флюидированный слой ила снизу в реактор вводится суспензия, свободную от неё жидкость выводят над поверхностью слоя ила. Эта поверхность есть поверхность раздела между свободной от суспензии жидкости со скоростью восходящего потока воды от 1,6 до 2,2 м/ч и псевдоожиженным слоем [11].

Вторичные отстойники, оборудованные тонкослойными модулями

Вторичные отстойники служат для осветления сточных вод, которые прошли физико-химическую и биологическую очистку. Особенность вторичных отстойников, оборудованных тонкослойными модулями заключается в разделении отстойной зоны полочными секциями и трубчатыми элементами на неглубокие слои (тонкослойные слои). Тонкослойное отстаивание также применяется для предварительного разделения иловой смеси, поступающей из аэротенка. Вторичные отстойники практически не отличаются от первичных по конструктивным особенностям [1,2].

1.2ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

Для снижения бактериологической опасности сточной воды и уничтожения патогенных бактерий применяется обеззараживание сточных вод. Для выбора способа обеззараживания учитывают количество и качество очищаемой сточной воды, требования к очищенной сточной воде, наличие возможности автоматизации процесса. Обеззараживание рекомендуется производить УФ-излучением, но допускают и процессы окисления, окислителями для которых являются хлор, озон, гипохлорит натрия, пероксид водорода с соблюдением обязательного дехлорирования обеззараженных сточных вод в соответствии с [п. 9.2.11.2, 12].

УФ-излучение является наиболее эффективным и перспективным и перспективным методом обеззараживания, т.к. его использование исключает образование побочных продуктов, влияющих на здоровье человека и окружающую среду, а также исключает влияние на процесс обеззараживания температуры воды и величины pH. Также оно не ухудшает органолептических показателей воды, имеет высокую эффективность в отношении вирусов и цист простейших, обладает компактностью оборудования, имеет низкие эксплуатационные расходы и энергопотребление. Управление и обслуживание процесса является простым. После обработки в воде не обнаруживаются мутагенные и токсичные соединения. УФ-излучение с длиной волны 250-260 нм обладает наибольшим противомикробным действием, т.к. оно необратимо повреждает ДНК молекулы микроорганизмов. Доза ультрафиолетового излучения принимается не менее 30 мДж/см2 [12,14,15].

А при проведении обеззараживания хлорсодержащими реагентами воду обрабатывают препаратами, содержащими активный хлор (хлор, который входит в состав хлорсодержащих соединений и способный выделять эквивалентное количество йода из водных растворов йодида калия при определенных условиях) или газообразным хлором. Это хлорная известь (Ca(Cl)OCl), хлорит (NaClO2) и гипохлорит натрия (NaClO•5H2O) и др. Бактерицидное действие хлора является результатом химической реакции между бактериальной клеточной структурой и HClO, в результате парализуются клеточные жизненные процессы и бактерии погибают. Степень обеззараживания зависит от времени контакта, концентрации активного хлора, температуры воды и значения pH. В настоящее время хлорирование использовать не рекомендуется [13].

1.3СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

При очистке сточных вод наиболее важной проблемой является обработка и утилизация осадков, преимущественно органических осадков биологической очистки сточных вод. В данное время в Европе накоплено около 10 млн. т осадков. Для США это составляет 6 млн т в пересчете на сухое вещество. С учетом заработной платы персонала и потребляемой энергии затраты на обработку осадков составляют до 80 % эксплуатационных в зависимости от состава сточных вод. Как видно, снижение количества осадков сточных вод становится актуальной задачей [16].

На рисунке 13 представлена принципиальная схема переработки осадков.

Обработка осадков проводится с целью получения конечной продукции, которая наносила бы минимальный ущерб окружающей среде и была пригодна для утилизации. Это достигается с помощью трех основных процессов:

обезвоживание — обеспечивает минимальный объем осадков;

стабилизация — осадки приобретают способность не выделять продукты разложения;

обеззараживание — делает осадок безопасным по санитарным нормам.

Рисунок 13 — Принципиальная схема переработки осадков [1]

Существует несколько видов осадков:

Первичные осадки

Грубые осадки (отбросы) — задерживаются на решетках. В их состав входят крупные плавающие и взвешенные вещества. Их переработка может осуществляться на пиролизных установках вместе с другими осадками, в метантенках или же отправляются на компостирование.

Тяжелые осадки задерживают песколовки и содержат битое стекло, уголь, кирпич, песок, обломки минералов и др.

Плавающие осадки — задерживаются жироловками, могут всплывать в отстойниках.

Сырые осадки — задерживаются в первичных отстойниках.

Вторичные осадки

Активный ил — биоценоз микроорганизмов и простейших, обладающий свойством флокуляции, задерживается вторичными отстойниками после аэротенков. Активный ил отличается высокой влажностью порядка 99 %.

Шламы — выделяются в результате локальной очистки и задерживаются отстойниками после физико-химической очистки.

Сброженные осадки в анаэробных условиях — осадки черного цвета, с мелкой и однородной структурой, отличаются высокой текучестью и имеют запах асфальта [1].

Уплотнение

Уплотнение — снижение содержания воды в осадке с целью повышения его плотности. Уплотнению обычно подвергаются осадки из первичных отстойников, флотационный шлам, избыточный активный ил, илы и осадки после стабилизации. Применяют гравитационное (используются радиальные и вертикальные илоуплотнители со скребковыми устройствами) и флотационное (с применением флотаторов) уплотнение. Гравитационно уплотняют избыточный активный ил, сброженные осадки из метантенков после их промывки, биопленка из вторичных отстойников. Флотационно уплотняют активный ил. В зависимости от вида осадков уплотнение продолжается 9-30 часов. Уплотненный осадок имеет влажность около 95 % [17].

На рисунке 14 представлен радиальный илоуплотнитель для гравитационного уплотнения, сбор и удаление осадка в котором осуществляется илоскребами или илососами, отличаются большей эффективностью, чем вертикальные илоуплотнители [1].

Рисунок 14 — Радиальный илоуплотнитель со стержневой мешалкой: 1 — подводящий трубопровод; 2 — илоскреб с вертикальной решеткой [1]

Флотационное уплотнение предотвращает загнивание активного ила, сокращает объемы сооружений и продолжительность уплотнения. Для уплотнения избыточного активного ила используются флотаторы — резервуары, круглые в плане и различающиеся внутренним оборудованием [1].

Стабилизация

Стабилизация — разложение органической части осадков до простых соединений, которые имеют длительный период ассимиляции окружающей средой. Наиболее распространены методы биологической аэробной и анаэробной стабилизации. Септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели используют при небольшом количестве осадков, в них разложение органической массы происходит под влиянием внешних условий.

Септики — сооружения для осветления сточной воды и сбраживания выпавшего осадка, применяемые при очистке небольшого количества сточной воды. На дне септика накапливается осадок органического происхождения, образующийся из взвешенных веществ. Далее осадок превращается в газы и минеральные соединения под действием анаэробных микроорганизмов.

Двухъярусные отстойники осветляют сточные воды, уплотняют и сбраживают выпавший осадок, применяются на станциях с мощностью до 10 000 м3/сут. Отстойники — резервуары прямоугольной или цилиндрической в плане формы. В нижней части располагается камера сбраживания выпавшего осадка, в верхней части — проточные желоба. влажность выгружаемого осадка 90-92 %.

Осветлители-перегниватели — комбинированное сооружение, объединяющее в себе осветлитель с естественной аэрацией, располагаемый внутри перегнивателя. В них возможно загнивание сточной воды, что ухудшает качество очищенной воды.

Метантенки — предназначены для стабилизации осадков, которые отделяются в процессе очистки сточных вод. В анаэробных условиях осуществляется процесс стабилизации, который представляет собой разложение органического вещества осадков путем жизнедеятельности комплекса микроорганизмов до конечных продуктов метан и диоксид углерода (рис. 15).

Рисунок 15 — Метантенк: 1 — подача осадка; 2 — паровой инжектор; 3 — выпуск сброженного осадка; 4 — опорожнение метантенка; 5 — теплоизоляция; 6 — система сбора и отвода газа; 7 — циркуляционная труба; 8 — уровень осадка [1]

Аэробные стабилизаторы — окисляют эндогенные и экзогенные органические субстраты в аэробных условиях. Такой стабилизации подвергается неуплотненный и уплотненный избыточный активный ил, смесь ила с осадком первичных отстойников. Стабилизация продолжается в течение 2-5 суток для осадков первичных отстойников и неуплотненного ила и 8-12 суток для смеси осадка и уплотненного ила. Стабилизация обычно проводится в сооружениях типа аэротенков глубиной 3-5 м. Влажность осадка достигается порядка 96,5-98,5 %.

Обеззараживание осадков

Обеззараживание производится различными методами:

биологическими (уничтожение микроорганизмов простейшими);

биотермическими (компостирование);

физическими воздействиями (радиация, токи высокой частоты, ультразвуковые колебания, ультрафиолетовое излучение);

химическими (обработка химическими реагентами);

термическими (сжигание, прогревание, сушка).

Широко применяются химические и термические методы.

Термическое нагревание осадков до температуры 100 ?С способствует гибели яиц гельминтов и отмиранию патогенных микроорганизмов. В течение 5 минут при термическом режиме 52-56 ?С погибает большинство патогенных бактерий, а при температуре 62-74 ?С и времени до 30 минут — отмирают вирусы. Термическая пастеризация осадков является обязательной стадией их обработки.

Химическое обеззараживание возможно как для жидких, так и для обезвоженных осадков, для этого применяется аммиак, известь, мочевина, формальдегид и тиазон. При остаточном их присутствии в осадках поддерживается стабильность осадков и предотвращается реактивация патогенных микроорганизмов. Применение формальдегида, мочевины, тиазона, извести, аммиака оказывает двойное действие на осадки и почву, это приводит к снижению затрат на обеззараживание осадков и их подготовку к утилизации.

Обезвоживание осадков

Песковые бункера предусматриваются на станциях производительностью до 75 тыс. м3/сут. Их вместимость рассчитывается на 1,5-5-суточное хранение песка.

Песковые площадки предусматриваются для больших станций очистки сточных вод. Из условия напуска песка слоем до 5 м в год принимается размер площадки. Удаление воды с площадок производится водосливами с переменной отметкой порога, перекачивают воду в канал перед песколовками.

Иловые площадки предусмотрены для естественного процесса обезвоживания осадков и являются самым распространенным сооружением для этой цели. Сейчас около 90 % осадков в России обрабатывается на иловых площадках. Работа площадок в большей степени зависит от природных и климатических факторов.

Иловые пруды выполняются в виде канав, их стоимость меньше стоимости иловых площадок за счет простоты конструкции и использования естественных выемок. Важным условием для их устройства является залегание грунтовых вод ниже иловых прудов. После заполнения канавы засыпаются слоем грунта толщиной до 40 см. В течение нескольких лет осадки перегнивают, а затем используются в качестве удобрения. Канавы рекомендуется использовать при хорошо сброженных осадков, иначе может быть нанесен вред окружающей среде.

Центрифугирование — процесс разделения фаз в поле центробежных сил.

Центрифуги обезвоживают и сгущают осадки, выделяемые при в процессе различных стадий очистки сточных вод. Центрифуги делятся на осадительные и фильтрующие.

Фильтруюшие центрифуги с фильтровальной перегородкой используют для разделения суспензий, которые имеют средние и крупнозернистые примеси. Фильтрующие центрифуги делятся на центрифуги периодического и непрерывного действия. Центрифуги периодического действия работают в режиме постоянной производительности и применяются для разделения сточных вод с несжимаемыми осадками. Фильтрующие центрифуги непрерывного действия оборудуются специальной выгрузкой осадка пульсирующего типа. Загрузка и выгрузка фугата и кека в центрифугах осадительного типа непрерывного действия подается без прерывания процесса. Осадок на центрифуги подается поршневыми насосами. Фугат подается в голову очистных сооружений [18].

Центрифугирование осадков проводится с помощью или без минеральных флокулянтов и коагулянтов. Флокулянты для обработки сточных вод используются редко, т.к. промышленностью они выпускаются в малом количестве. Но под их действием после обезвоживания центрифуга приобретает большую пропускную способность, а осадки имеют меньшую влажность. Если флокулянты не применяются, то образовавшийся фугат имеет высокий уровень содержания взвешенных веществ, ХПК и БПК. Затем фугат отправляется на биологическую очистку и увеличивает при этом нагрузку на сооружения [1].

На российском рынке представлены хорошо зарекомендовавшие себя осадительные шнековые центрифуги непрерывного действия типа ОГШ (рис.16).

Рисунок 16 — Осадительная центрифуга: 1 — трубопровод для подачи осадка; 2 — отверстия для выгрузки фугата; 3 — выпуск фугата; 4 — отверстие для поступления осадка в ротор; 5 — выгрузка кека; 6 — ротор; 7 — полый шнек; 8 — отверстия для выгрузки кека [1]

Дополнительный эффект прессования в этой центрифуге создается в конической части корпуса за счет конструктивных особенностей шнека. За счет большого времени нахождения осадка в барабане, он будет разделен более эффективно. Это обеспечивается за счет экстремально низкого дифференциального числа оборотов шнека.

Осадок подается через трубу во входную камеру шнека. Затем шлам в тангенциальном направлении через распределительные отверстия в корпусе направляется в конусно-цилиндрический барабан. Барабан вращается с чслом оборотов в зависимости от заданной задачи. Шлам ускоряется до полной окружной скоростивнутри барабана. Под действием центробежных сил на внутренней поверхности барабана осаждаются примеси.

Иногда в центрифугу вводят флокулянт через смесительную трубу при сгущении осадка и усиления эффекта очистки, а также для улучшения водоотдачи. Перед попаданием осадка в зону очистки барабана происходит образование флокулл шлама, благодаря которым оптимально расходуется флокулянт.

Также центрифуги делятся на двух- и трехфазные. Двухфазные обеспечивают простое обезвоживание осадков (разделение жидкости на механические примеси и воду). Трехфазные центрифуги в свою очередь делят жидкую фазу на две составляющие (нефть и вода). Высокая эффективность разделения жидкости обеспечивается за счет скорости вращения центрифуги (2-5 тыс. об./мин).

В настоящее время осадительные шнековые центрифуги механизируют выгрузку осадка и организуют непрерывный процесс работы. Благодаря этому исключается ручной труд и технологический процесс становится автоматизированным. Чтобы снизить эксплуатационные затраты — некоторые технологические процессы могут обходиться без коагулянтов и флокулянтов.

Вакуум-фильтры обрабатывают почти все осадки. Для поддержания их нормальной работы необходимо оборудование: вакуум-насосы, ресиверы, воздуходувки и т.д. Недостатками вакуум-фильтров является низкая надежность, сложность управления, громоздкость и загрязненность рабочей среды, невозможность использования органических флокулянтов для кондиционирования осадка.

Фильтр-прессы широко распространены для обезвоживания осадков сточных вод и применяются для обработки сжимаемых аморфных осадков. Перед подачей на фильтр- пресс в осадок иногда вводят химические реагенты: известь, хлорное железо, полиакриламид.

Таким образом, на данный момент механическое обезвоживание осадков на фильтрах-прессах, вакуум-фильтрах и центрифугах обеспечивает оптимальную переработку осадков сточных вод и в основном используется в крупных городах, в которых метод естественной сушки является нерациональным [19].

Кондиционирование осадков

Кондиционирование улучшает показатели подсушенного осадка и сокращает продолжительность процесса обезвоживания. Перед подачей осадка на иловые площадки, его обрабатывают органическими флокулянтами. Влажность осадка 78-81 % достигается в два раза быстрее, чем при подсушивании осадка, необработанного флокулянтами. Кондиционирование используется для интенсификации работы иловых площадок.

Методы кондиционирования делятся на реагентные и безреагентные. Промывка является первой стадией подготовки осадка к обезвоживанию, которая применяется только для сброженных осадков. Продолжительность промывки составляет 15-20 минут. Количество промывной воды для сброженного сырого осадка равно 1-1,5 м3/м3, для сброженной в мезофильных условиях смеси избыточного активного ила и сырого осадка — 2-3 м3/м3, а в термофильных условиях — 3-4 м3/м3. Чтобы не было разделения осадка нужно перемешивание воздухом, количество которого определяется из расчета 0,5 м3/мЗ смеси промывного осадка и воды. Далее смесь направляется в уплотнители, где происходит уплотнение осадка в течение 12-24 часов. Иловая вода возвращается в начальную стадию очистных сооружений. При использовании реагентных методов для обработки осадков применяют коагулянты: соли железа и алюминия. Также используют и флокулянты.

Схема кондиционирования сброженного осадка представлена на рисунке 17 [1].

Рисунок 17 — Схема кондиционирования сброженного осадка промывкой и уплотнением: 1 — метантенк; 2 — насосная станция; 3 — промывная камера; 4 — уплотнитель; 5 — уплотненный осадок на механическое обезвоживание; 6 — подача сжатого воздуха; 7 — подача промывной воды; 8 — подача фильтрата; 9 — выпуск иловой воды [1]

Утилизация осадков

При очистке сточных вод выделяемые осадки являются ценными минерально-органическими смесями. Их принято использовать в сельско-хозяйственной деятельности в виде азото-фосфорных удобрений. Наибольшую ценность как органического удобрения представляет активный ил, т.к. он богат азотом и фосфатами. Минеральная часть осадков состоит из соединений кремния, кальция, алюминия и железа. Их внесение в почву уменьшит кислотность, увеличит содержание фосфора, азота и гумуса.

Помимо применения осадков в агротехнике актуально их использование для получения препаратов и кормовых добавок, т.к. активный ил содержит сырой протеин, витамин В12, аминокислоты, жироподобные вещества. При его сгущении и последующей сушке в мягком режиме получается сухой продукт, близкий к кормовым дрожжам.

Перспективно использование осадков сточных вод в теплоэнергетике и промышленном производстве. К тому же здесь нет жестких требований по санитарным показателям и содержанию токсичных соединений.

В случаях когда невозможно провести утилизацию осадков по техническим или экономическим причинам с учетом предотвращения возможных неблагоприятных воздействий на окружающую среду производится захоронение осадков (в траншеях и на полигонах) [1].

1.4ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗОВАННЫХ ПРОЕКТОВ РЕКОНСТРУКЦИИ ОСК В РФ

В связи с современным состоянием экономики большинства регионов России возникает стремление к уменьшению капитального строительства и максимальному применению построенных ранее сооружений и систем. Введение современных технологических процессов при реконструкции станций водоочистки требует предварительных исследований и анализа сформировавшейся ситуации.

Отправной точкой для разработки предпроектных решений и рабочей документации для конкретных объектов станций водоотведения является предварительные исследования и мониторинг работы очистных сооружений. Для разработки рекомендаций или предпроектных решений реконструкции сооружений необходимо проведение технологического исследования и изучение состояния существующих конструкций. Для уменьшения количества капитальных вложений в объекты и возможности применения современных технологий водоочистки очень важным является максимальное использование существующих строений, пригодных для каждого конкретного сооружения.

ОАО «ПО Водоканал» г. Ростова-на-Дону — одно из крупнейших коммунальных предприятий юга России — стоит в ряду наиболее современных и высокоэффективных компаний-операторов водопроводно-канализационного комплекса страны.

Стратегический инвестор Ростовского Водоканала — ОАО «Евразийский»: компания с большим опытом реализации проектов государственно-частного партнерства по привлечению инвестиций на объекты коммунальных систем.

Ростовский Водоканал сегодня является базовым в реализации двух крупных проектов в сфере водоснабжения и водоотведения. Первый проект — «Комплексная программа строительства и реконструкции объектов водоснабжения и водоотведения города Ростова-на-Дону и юго-запада Ростовской области».

В рамках «Комплексной программы» переложено около 42 км магистральных водоводов, реконструированы четыре крупнейшие насосные станции, в результате чего достигнуто стабильное водоснабжение Ростова. Построена вторая очередь подземного канализационного коллектора № 53. На Центральных очистных сооружениях водопровода пущен цех по производству гипохлорита натрия, что позволили отказаться от применения для обеззараживания воды жидкого хлора. Завершена реконструкция блока очистных сооружений на Александровских очистных сооружениях водопровода. Один из важнейших объектов первого этапа «Комплексной программы» — новый водопроводный комплекс с очистными сооружениями в районе хутора Дугино, строительство которого ведется с 2009 года. Его мощность — 150 тыс. кубометров в сутки, стоимость — 9,5 млрд. рублей. Пуск комплекса даст «зеленый свет» строительству в Ростове 6 млн. кв. метров жилья и 2 млн. кв. метров коммерческой недвижимости, будут сняты ограничения для развития предприятий в северо-западной промышленной зоне донской столицы, снизятся затраты на транспортировку воды.

Второй проект — «Чистый Дон». Его стоимость — 4,5 миллиарда рублей.

Цель проектов — создание инфраструктуры водоснабжения и водоотведения с учетом планов развития и нового строительства на территории Ростовской агломерации, повышение качества услуг по водоснабжению и водоотведению для существующих потребителей и снижение негативного антропогенного воздействия на бассейн реки Дон, Азовского и Черного морей.

Оба проекта реализуются на принципах государственно-частного партнерства, финансируются из бюджетов Ростовской области и города Ростова-на-Дону, средств Инвестиционного фонда Российской Федерации и средств частного инвестора при поддержке Внешэкономбанка [20].

В Республике Карелия реализован крупнейший инвестпроект — строительство и реконструкция водопроводных очистных сооружений (ВОС) г. Петрозаводска (I-II этапы).

II этап реализации инвестиционного проекта ВОС был осуществлен с привлечением средств бюджетов всех уровней, включая средства Инвестиционного фонда РФ. Внедрена двухступенчатая очистка, усовершенствованы технологические процессы, значительно улучшено качество водопроводной воды

Модернизация канализационных очистных сооружений была произведена с привлечением средств Северного инвестиционного банка и НЕФКО и грантов Министерства окружающей среды Финляндии и Экологического партнерства Северного измерения [21].

Проект реконструкции очистных сооружений канализации г. Черноголовка Московской обл.

Существующее положение:

Низкая степень очистки

Недостаточная производительность

Аварийное состояние технологических и вспомогательных сооружений

Устаревшее технологическое оборудование

Реализация схемы нитри-денитрификации и биологического удаления фосфора

Первичный отстойник реконструирован под бассейн перемешивания с установкой механических мешалок

Увеличена производительность сооружений с 10 000 м3/сут. до 15 000 м3/сут.

Механическая очистка:

Проектирование цеха мехочистки

Использование автоматического комплекса тонкопрозорных барабанных решеток совмещенных с песколовкой Rotomat Ro5

Биологическая очистка (аэротенки):

Применение высокоэффективной системы аэрации «Экополимер» на базе аэраторов АКВА-ПРО-М

Установка погружных рециркуляционных насосов ABS

Преимущества:

Повышение эффекта очистки по БПК и взвешенным веществам

Снижение содержания соединений азота и фосфора биологическим путем

Снижение затрат электроэнергии на аэрацию.

Иловая насосная станция:

Заменено оборудование и запорно-регулирующая арматура на новое современное оборудование

Запроектирована и реализована схема автоматической работы насосной станции

Преимущества:

Снижение затрат на перекачку ила

Увеличение производительности насосной станции

Проект реконструкции выполнен для существующей насосной станции

Установка ультрафиолетового обеззараживания производительностью 840 м3/час.

Источник финансирования: природоохранное партнёрство «Северное измерение» [22].

В результате привлечения софинансирования за счет средств Инвестиционного фонда РФ удалось реализовать крупнейший инвестиционный проект — реконструкция системы водоснабжения г. Перми

Итогом стало увеличение мощности Чусовского водозаборного узла, осуществлен проект реконструкции биологических очистных сооружений г. Перми. В результате была повышена надежность системы канализации, прекращены аварийные сбросы неочищенных стоков.

Перечень инвестиционных проектов, объем и сроки их финансирования определяются в данном случае концессионным соглашением [21].

По концессионной модели «ВООТ» («строить — владеть — эксплуатировать — передавать в эксплуатацию городу») были построены сооружения для очистки сточных вод «Южное Бутово» производительностью 80 тыс.м3 в сутки. В настоящее время решается вопрос о продлении сроков инвестиционного договора.

Технологические процессы на очистных сооружениях включают: биологическую очистку с глубоким удалением азотосодержащих и фосфорных соединений (приемная камера, решетки, аэрируемые песколовки-жироловки, фосфорные бассейны, аэротенки), доочистку (песчаные фильтры) с обеззараживанием воды ультрафиолетом (УФ-установки канального типа). Технологический процесс автоматизирован полностью.

На очистных сооружениях предусмотрена обработка осадка (избыточного активного ила), включающая уплотнение и механическое обезвоживание (фильтр-прессы) с применением реагентов (хлорное железо и известь). Обезвоженный осадок утилизируется совместно с обезвоженными осадками Люберецких очистных сооружений ПУ «Мосочиствод» ОАО «Мосводоканал» [23].

В 2000 г. с ужесточением требований к качеству очищенных сточных вод, были введены в эксплуатацию очистные сооружения, рассчитанные на удаление соединений азота и фосфора, производительностью 140 тыс.м3 в сутки на территории Зеленоградской станции аэрации. Сооружения построены по концессионной модели «ВООТ» («строить — владеть — эксплуатировать — передавать в эксплуатацию городу») с привлечением иностранных инвестиций. Переход прав собственности к Правительству Москвы — с 01.07.2013.

Технологическая схема очистки воды включает в себя: биологическую очистку (трехлинейная решетка, песколовка, фосфорные бассейны, аэротенки, рассчитанные на удаления биогенных элементов, вторичные отстойники), доочистку (скорые фильтры) с обеззараживанием воды ультрафиолетом. Обработка осадка отсутствует — избыточный активный ил поступает в централизованную систему водоотведения г. Москвы на Курьяновские очистные сооружения [23].

2.СУЩЕСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ г. Челябинска

очистка сточный канализация

Очистные сооружения канализации (ОСК) введены в эксплуатацию в 1990 году. Проектная мощность ОСК — 50 000 м3/сут. Городские сточные воды через главную канализационную насосную станцию перекачиваются в приемную камеру очистных сооружений по двум коллекторам. Из камеры сточная вода по лоткам поступает в здание решеток. Для задержания крупных плавающих отбросов в здании установлены две вертикальные механизированные решетки РМУ-2, состоящие из ряда металлических стержней с прозорами 16 мм, закрепленные в раме со щеткой из капроновых прутков для очистки засоров. Снятые с решеток отбросы собираются в контейнер.

Из здания решеток сточная вода по каналу, пройдя лоток Вентури, поступает на песколовки. Минеральные вещества (в основном песок) задерживаются в двух песколовках с круговым движением воды. Осадок из песколовок перекачивается с помощью гидроэлеваторов в три песковых бункера для обезвоживания. Вода от обезвоживания песка поступает в приемный резервуар, песок вывозится автотранспортом.

Из песколовок сточная вода поступает в две распределительные камеры и далее поступает на два блока емкостей очистных сооружений, состоящих каждый из 4-х секций объединяющих первичные отстойники, аэротенки, вторичные отстойники, метантенки, минерализаторы, контактные резервуары. В работе находится один блок (блок № 1). Одна секция второго блока используется для сохранения резервного объёма активного ила.

Первичное отстаивание производится в четырёх отстойниках радиального типа. Осажденный сырой осадок должен собирается в приямках отстойника и выгружаться с помощью эрлифтов в метантенки, но на данный момент они находятся в нерабочем состоянии. Первичные отстойники обеспечивают задержание до 50 % по взвешенным веществам. Далее осветлённая сточная вода отводится в аэротенки.

Подача осветленной сточной воды производится в четыре двухкоридорных аэротенка через выпускные окна распределительного лотка, рассредоточенного по длине аэротенка. Отвод очищенной сточной воды производится в торцевой части аэротенков. Вода поступает в четыре вторичных радиальных отстойника. В них происходит разделение биологически активного ила от очищенной сточной воды. Биологически активный ил возвращается из приямков с помощью эрлифтов в аэротенки (циркуляционный ил) или в минерализаторы (избыточный активный ил). Избыточный активный ил в минерализаторах подвергается аэробной минерализации. Для обезвоживания осадков в составе очистных сооружений предусмотрены 16 иловых площадок-уплотнителей. Площадки состоят из отдельных карт, которые выполнены из железобетона, с водонепроницаемым днищем и стенками.

Очищенная сточная вода по сборному лотку отводится в контактные резервуары, предназначенные для смешивания очищенной сточной воды и обеззараживающего раствора. Обеззараживание стоков перед выпуском по проекту предусматривалось с применением жидкого хлора. В настоящее время обеззараживание не производится [3].

Очистные сооружения расположены в 500 м от берега водохранилища. Водовыпускное устройство для транспортировки сточных вод к месту выпуска представляет собой трубопровод Ш 1000 мм из контактных резервуаров до водохранилища. Выпуск располагается в верхней части водохранилища, на левом берегу, на 3,0 км ниже впадения реки Увелька, на территории г. Троицка. Показатели качества сточных вод до и после очистки представлены в таблице 2.

Таблица 2 -Эффективность работы очистных сооружений (2012-2014 гг.)

Показатели качества	Концентрация до очистки, мг/л	Концентрация после очистки, мг/л	СНДС, мг/л
	2012 г.	2013 г.	2014 г.	2012 г.	2013 г.	2014 г.
Взвешенные вещества	214,0	367,49	165,32	11,87	21,11	8,34	8,05
БПКполн	199,8	341,8	161,5	4,6	9,4	8,1	3
Азот аммонийный	27,6	57,0	27,8	0,3	1,3	0,4	0,4
Азот нитритный	—	—	—	0,02	0,13	0,02	0,02
Азот нитратный	—	—	—	11,2	13,8	15,9	9,1
Фосфор фосфатов	2,1	4,0	2,3	1,7	3,0	1,9	0,2

Качество очищенных сточных вод должно соответствовать нормативам реки II категории (устанавливается предприятием), но очистка данных показателей не соответствует данным нормативам, так как очистные сооружения технически устарели и требуется их полная реконструкция. Река «Уй» является рекой рыбохозяйственного значения, и поэтому важно соблюдение нормативов. Дальнейшее несоблюдение нормативов может привести к сокращению и вымиранию популяции различных видов рыб.

3.ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ПРОЕКТА

С учетом проведенного литературного обзора была сформулирована следующая цель курсового проекта проанализировать работу очистных сооружений канализации города Троицка и предложить мероприятия по их реконструкции.

В рамках поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

провести анализ работы станции очистных сооружений городских сточных вод г. Троицка;

предложить мероприятия по реконструкции станции;

провести укрупненный расчет существующих очистных сооружений;

провести укрупненный расчет предлагаемого варианта реконструкции.

4.ПРЕДЛАГАЕМЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ КАНАЛИЗАЦИИ г. Троицка

Анализ работы очистных сооружений канализации г. Троицка выявил ряд недостатков:

механизированные решетки не обеспечивают тщательную предварительную очистку сточных вод от загрязнений;

показатели очистки воды по азоту и фосфору не соответствуют принятым нормам допустимого сброса реки рыбохозяйственного назначения;

обеззараживание сточных вод перед сбросом в реку не производится;

илоперегниватели не обеспечивают соответствующую переработку осадков, а избыточный активный ил направляется на иловые площадки, находящиеся в нестабилизированном состоянии;

износ оборудования станции составляет порядка 80 %.

В ходе реконструкции мы предлагаем реализовать классическую схему очистки сточных вод, которая в тоже время является эффективной.

Вертикальные механизированные решетки с прозорами 16 мм предлагается заменить на ступенчатые решетки тонкой очистки с прозорами 5 мм. Это повысит эффективность удаления загрязнений из сточных вод и в дальнейшем обеспечит уменьшение затрат на ремонт оборудования и нагрузку на него, установленного за решетками.

Песколовки с круговым движением воды заменяем аэрируемыми песколовками, что улучшит осаждение песка на дно песколовки под действием аэрации.

Реконструкция существующих аэротенков с переводом их в режим денитрификации и биологической дефосфотации. Предлагается реконструкция одновременно с заменой системы аэрации, и включая выделение анаэробных, аноскидных и аэробных зон в аэротенке с помощью поперечных перегородок и различной интенсивности аэрации, а также введения рецикла иловой смеси высокопроизводительным насосом (эрлифтом).

Вторичные радиальные отстойники предлагается усовершенствовать тонкослойными модулями с целью интенсификации процесса осаждения и увеличения производительности станции. Эффективность тонкослойного осаждения обуславливается такими факторами как: равномерность сбора и распределение воды, качество подготовки хлопьев, надежность системы удаления осадка.

Осадок первичных отстойников предлагается гравитационно уплотнять, а избыточный активный ил сгущать — на центрифугах. Смесь осадков планируется сбраживать в метантенке с термофильным режимом. Газ, получаемый в результате сбраживания осадков в метантенках, будет использован в теплоэнергетическом хозяйстве очистной станции. Стабилизированный осадок предлагается компостировать на специально оборудованных площадках, перекрытых стеклопластиком, а вентиляционные выбросы подвергать очистке.

Рекомендуемая схема обеззараживания — УФ-излучение с целью повышения барьерной роли ОСК в отношении патогенных микроорганизмов, прежде всего хлорустойчивых, вирусной и паразитной природы и улучшения органолептических показателей. УФ-обеззараживание сточных вод имеет высокую эффективность в отношении вирусов и цист простейших, обладает компактностью оборудования, имеет низкие эксплуатационные расходы и энергопотребление.

Предлагаемая схема очистки городских сточных вод представлена на рисунке 19.

Рисунок 19 — Предлагаемая схема очистки городских сточных вод г. Троицка

5.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Расчет предлагаемых очистных сооружений

Существующие очистные сооружения проектированы на 50000 м3/сут. После реконструкции мощность очистных сооружений составит 15000 м3/сут. Численность населения в г. Троицка представлена в таблице 3.

Таблица 3 — Численность населения в г. Троицке

Наименование населенного пункта	Численность населения, чел
Троицк	77 000

Средний секундный расход:

, (1)

K — коэффициент неравномерности поступления отбросов, равный 1,495, тогда

. (2)

Этот расход является расчетным.

Количество загрязняющих веществ на одного жителя по БПК5 неосветленной жидкости = 60 г/сут [табл 19 СП].

= 341,8 мг/л

Число эквивалентных жителей

г О2/чел = 5127 кг О2/чел;(3)

Общая производительность очистных сооружений по поступающим органическим загрязнениям [п. 9.1.3 СП]:

ЭЧЖ;(4)

Расчет ступенчатых решеток

Исходные данные:

Принимаемые прозоры 5 мм

Для выбранной ширины прозоров — 5 мм удельное количество задерживаемых отбросов составляет q =25 л/ЭЧЖ год = 0,068 л/ЭЧЖ сут [п. 9.2.1.2, 12]

q=0,03 л/сут чел [2]

Расход сточных вод Q =15 000 м3/сут

Отбросы с решеток:

м3/сут(5)

При их плотности с = 750 кг/м3 масса загрязнений составляет:

М = 7,8·0,75 = 5,85 т/сут(6)

Принимаем две ступенчатые решетки тонкой очистки MEVA Rotoscreen RS:

Высота разгрузки: АН=3250,

Общая высота: Н=4000 мм,

Длина до линии выгрузки: AL=2500 мм,

Общая длина: L=2760 мм,

Радиус поворота: SR=3150 мм,

Эффективная ширина: G=600-1800 мм.

Влажность = 88,5% [25]

Расчет аэрируемых песколовок

Средний суточный расход воды Q = 15000 м3/сут

Средний секундный расход на станцию:

м3/с(7)

Общий коэффициент неравномерности Коб.макс.= 1,57. Отсюда максимальный секундный расход:

м3/с(8)

Принимаем два отделения песколовки и скорость движения воды в них м/с.

Площадь живого сечения отделения определяем по формуле:

м2(9)

Живое сечение одного отделения песколовки равно:

м2(10)

Скорость:

м/с(11)

Минимальный диаметр частиц песка, которые улавливаются песколовкой dp= 0,2 мм, для них мм/с. Для приняты размеров песколовки (см. табл. 2.1 [26]): и

Длину песколовки найдём по формуле (2.15) [26]:

м(12)

Осадок удаляется из песколовки гидроэлеваторами, располагаемыми в бункерах, устроенных в начале песколовок и имеютокруглую в плане форму диаметром Dб = 1,5 м. Длина пескового лотка и смывного трубопровода:

м(13)

При норме водоотведения n = 300 л/(чел.-сут) приведенное число жителей:

(14)

Объем осадка в сутки (при задержанном количестве осадка на одного человека 0,02 л/сут):

(15)

Предусматриваем выгрузку осадка 1 раз в смену. При поступлении в бункер 20 % всего осадка в песковом лотке отделения должно быть:

(16)

При ширине пескового лотка b = 0,5 м высота слоя осадка в нем будет:

(17)

Глубина пескового лотка при е = 0,1:

(18)

Восходящая скорость воды в лотке по формуле (2.23) [26] при эквивалентном диаметре зерен песка температура сточной воды 28 , при котором динамическая вязкость

(19)

Общий расход промывной воды в лотке найдем по формуле

(20)

При скорости диаметр смывного трубопровода равен:

(21)

Принимаем диаметр смывного трубопровода Отсюда фактическая скорость движения воды в начале этого трубопровода будет равна:

(22)

Напор в начале смывного трубопровода находим по формуле:

(23)

При расстоянии между спрысками Z = 0,5 м число их на смывном трубопроводе равно:

(24)

Диаметр отверстия спрысков найдем по формуле:

(25)

Подсасываемый из песколовки гидромеханической системой расход определяем по формуле:

(26)

Расход поступающий в бункер будет равен:

(27)

Площадь бункера равна:

(28)

Нагрузка на 1 м2 площади бункера составит:

(29)

Для исключения выноса песка следует рекомендовать периодическое включение гидромеханической системы в работу.

Расчет первичных радиальных отстойников

Содержание взвешенных веществ в воде С0 = 367,5 мг/л. Требуемый эффект осветления Э = 50 %.

Принимаем четыре отделения отстойника с глубиной проточной (рабочей) части Н1 = 3,1 м.

Для достижения заданного эффекта осветления продолжительность отстаивания в цилиндре с h1 = 500 мм должна быть: t1 = 512,7 с (табл. 2.2) [26]. По формуле при n = 0,1 (рис. 2.8) [26] определим условную гидравлическую крупность:

(30)

При t = 10 °C по формуле:

,(31)

где мл и мп — динамическая вязкость воды, полученная в лабораторных и производственных условиях.

Определим вертикальную турбулентную составляющую в предположении, что = 3,5 мм/с. По формуле щ = 0,05 = 0,05·3 = 0,175 мм/с. Для радиальных отстойников k = 0,45 (табл. 2.3) [26]. Диаметр отстойника определяем по формуле:

(32)

Скорость на половине радиуса:

(33)

Теоретическое время осветления воды равно:

.(34)

Масса уловленного осадка

.(35)

При самотечном удалении влажность осадка Wос = 95 %. Объем уловленного осадка отстойниками при плотности его с = 1 т/м3

.(36)

Высоту зоны накопления осадка у внешней стенки отстойника принимаем равной: Н2 = 0,3 м, а возвышение борта отстойника над кромкой сборного кольцевого водослива Н3 = 0,5 м. Таким образом, общая высота отстойника Н = Н1 + Н2 + Н3 = 3,1 + 0,3 + 0,5 = 3,9 м. Принимаем 4 отстойника с диаметром 7 м.

Расчет аэротенка работающего с биологическим удалением азота и фосфора по технологической схеме UCT.

Вода после первичных отстойников с концентрациями:

БПК5=341,80,7 = 239,3 мг/л

Азот аммонийный 57•0,7 = 40 мг/л

Фосфор общий 4•0,7 = 2,8 мг/л

Расход сточных вод 15000 м3/сут

Коэффициент суточной неравномерности — 1,2. Принимаем возраст ила 15 сут. Тогда по рис. 3 [27] нагрузка на ил составит 0,11 г/г сут.

Объем сооружений при средней дозе ила 3.5 г/л составит:

(37)

Прирост ила составит:

(38)

Объем зоны нитрификации:

(39)

Объем анаэробной зоны:

(40)

Объем зоны денитрификации:

(41)

К проектировнию с учетом неравномерности следует принять:

Общий объем:

(42)

Объем зоны нитрификации:

(43)

Объем анаэробной зоны:

(44)

Объем зоны денитрификации:

(45)

Времена пребывания по среднему притоку составят:

Общее часа, аналогично в зоне нитрификации 8,3 часа, в анаэробной зоне 4,3 часа, в зоне денитрификации 5,3 часа.

Поскольку нитрификация принималась полной (возраст ила взят по верхней части поля) концентрация азота аммонийного в очищенной воде менее 0,25 мг/л.

При данной нагрузке согласно рис. 4 средняя величина БПК5 в очищенной воде составит 6 мг/л, а максимальное значение не будет превышать 12 мг/л.

Количество фосфора, которое может быть удалено из воды составит:

? Р = (БПК5 * 0,275 *1,45)/20 = = 4,77 мг/л.

Остаточное количество фосфора может составлять 4,0-4,77= 0,77 мг/л.

данная величина говорит о том что при данном соотношении удаление фосфора не ограничено субстратом, однако реально с учетом кинетических ограничений величина остаточного фосфора не менее 0,9-1 мг/л.

При эффективности денитрификации 70% и общем коэффициенте рециркуляции 1,75 (включая рециркуляцию ила из вторичных отстойников) концентрация азота нитратов в очищенной воде составит:

N — NO3ex = N-NH4en(1-Э/100) = 40*(1-70/100) = 12 мг/л. (46)

Расход кислорода составит:

M(О2) = 0.87 БПК5 + (N — NH4en — N-NH4ex) * 4.6 — (N — NH4en — N-NO3ex)*2,86 = 239,3*0,87+(40-0,25)*4,6 — (40-9)*2,86 = 302,4 мг/л.(47)

Подберем типовой проект аэротенка № 902-2-120/72 с следующими характеристиками:

Число секций nat =8;

Число коридоров ncor =4;

Рабочая глубина Hat =5,2м;

Ширина коридора bcor =9м;

Объем рабочей секции Vраб=21680 м3;

Длина секции lat= 120 м [28].

Расчет реагентов для химического удаления фосфораЗначение фосфора фосфатов Р=0,9 г/м3. Необходимо очистить до значения 0,2 г/м3.

(48)

На каждый килограмм фосфора необходимо 3 кг ила в сутки.

(49)

Также необходимо добавить железо в активный ил.

При использовании реагентов следует предусматривать следующие соотношения для достижения концентрации фосфора фосфатов менее 1 мг/л с использованием железа — 2,7 кг железа/кг осажденного фосфора. Для получения концентраций фосфора фосфатов менее 0,5 мг/л необходимо увеличить указанное соотношение не менее, чем в два раза, менее 0,2 мг — не менее, чем в три раза.

(50)

Добавляем реагент Ferix-3(фирмы Kemira). Сульфаты железа Kemira — эффективные первичные коагулянты, основанные на трёхвалентном железе (Fe3+), отлично подходят для подготовки питьевой воды и обработки канализационных стоков, а также обработки осадков. Продукты предотвращают образование запаха устранением образования сульфида водорода.

Содержание трёхвалентного железа в продукте — 19-21%. Продукты растворимы в воде до концентрации примерно 10% по железу (около 36% Fe2(SO4)3). Объем поставки сульфата железа Ferix-3, водный раствор, наливом в автоцистерне — 21 тонна (около 15м3). Поставки сульфата железа наливом осуществляются с завода-изготовителя ЗАО «Кемира Эко» в Санкт-Петербурге [29].

(51)

Дополнительный прирост избыточного активного ила следует принимать при улучшенном биологическом удалении фосфора — 3 кг сухого вещества/кг удаленного общего фосфора и 2,5 кг сухого вещества/кг добавленного железа.

Плотность раствора ср=1,4 кг/м3.

(52)

Прирост ила:

(53)

Расчет вторичного радиального отстойника с тонкослойным модулем TUBEdek FS41.84

Рассчитаем вторичные отстойники после аэротенков на полную очистку, работающих с дозой активного ила а=3,5 г/л. Расход сточных вод Q=15000м3/сут. В соответствии с расчетом требуемой очистки сточных вод вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников должен быть не более аt=5 мг/л. Установим два радиальных вторичных отстойника.

Средний секундный расход сточных вод на очистную станцию:

(56)

Общий коэффициент неравномерности Коб.макс. =1,5 [4]. Максимальный часовой расход воды:

(57)

Проектируем радиальные отстойники. Расчет их выполняем по нагрузке. Принимаем расчетную глубину отстойников Н1=3 м. Нагрузку определяем по формуле при J=80 см3/г:

(58)

Расчет количества осадков

Примем производительность станции 15 000 м3/сут

Масса уловленного осадка с первичных отстойников:

(65)

При самотечном удалении влажность осадка Wос=9 %. Объем уловленного осадка отстойниками при плотности с=1 т/м3:

(66)

Количество осадка из первичных отстойников, поступающих в осадкоуплотнитель, по весу Р = 3,3 т/сут, по объему Q = 66 м3/сут = 2,75 м3/ч с влажностью 95 %, влажность уплотненного осадка 94 %.

К установке принимаем 3 центрифуги (одна резервная). Параметры центрифуги указаны в таблице 3.

Таблица 3 — Параметры принимаемой центрифуги.

Центрифуга	Производительность (при 20-часовой работе цеха)
ОГШ-45/601 Л-01 (г.Харьков, «Экомаш»)	30 м3/ч (600 м3/сут.)

Время работы цеха принимаем 16-20 ч, остальное время предназначено для технического обслуживания оборудования.

Влажность исходного осадка (усредненная) составляет Wос=99,4% (зависит от качества исходных сточных вод, количества и свойств осадка (сырой осадок, активный ил, смесь осадков), способов его предварительной обработки).

Метантенки

Сбраживание в условиях термофильного режима при t=53°C.

Расход осадка первичных отстойников влажностью 94 % = 13,2 м3/сут, расход уплотненного избыточного активного ила влажностью 95 % = 1339,9 м3/сут, объем смеси осадков 1353,1 м3/сут. Выбор дозы загрузки по табл. 3.8 [31] принимаем d = 17 %.

Средневзвешенная влажность смеси осадка и ила, загружаемой в метантенки:

(83)

Расчетный объем метантенка

(84)

Принимаем по табл. 3.1 [52] n = 1 метантенк D = 15 м по Т. п. 902-2-228 с полезным объемом Vф=1600 м3, Н в.к = 2,35 м; Нц = 7,5 м; Нн.к= 2,6 м; Нобщ= 12,45; Нг= 1,5 м.

Фактическая доза загрузки

(85)

Максимально возможное сбраживание Rlim беззольного вещества загружаемой смеси осадков определяем по формуле

(86)

Выход газа из метантенков. Принимаем равным 1 г на 1 г распавшегося беззольного вещества осадка. Плотность газа р = 1 кг/м3. Выход газа в % равен:

(87)

Удельный выход газа составит:

(88)

Количество загружаемого беззольного вещества (в кг)

(89)

где К ? количество беззольного вещества в смеси осадков, К=68,2 %;

у ? плотность смеси, у = 1,02 г/см3;

Wmudсм ? влажность смеси, Wmudсм= 95 %.

Съем газа в сутки

(90)

Съем газа с одного метантенка в сутки:

(91)

Определение размеров горловины

а) площадь живого сечения горловины:

(92)

Где Qг ? пропускная способность 1 м2 горловины в м3/ сут; принимаем 700 м3/сут на м2.

б) диаметр горловины:

(93)

Теплотехнический расчет

а)расход тепла на обогрев свежего осадка:

(94)

б) компенсация теплопотерь всего объема (за вычетом добавки свежего осадка), принимается охлаждение за сутки на 1єС:

в) общее потребное количество тепла:

(95)

г) требуемая расчетная теплопроизводительность с учетом КПД котельной установки:

(96)

— КПД котельной установки

д) расчетное потребное количество пара при теплоотдаче 1 кг пара 550ккал:

(97)

е) количество тепла, выделяемое при сжигании газа при теплотворной способности газа 5000 ккал/м3:

(98)

Количества тепла, получаемого при сжигании газа, образующегося в метантенках, недостаточно для поддержания термофильного брожения в них.

Газгольдеры

Газ, получаемый в результате сбраживания осадков в метантенках, надлежит использовать в теплоэнергетическом хозяйстве очистной станции.

Для регулирования давления и хранения газа следует предусматривать мокрые газгольдеры, емкость которых рассчитывается на двух-четырех часовой выход газа; давление под колпаком 1,5-2,5 КПа (150-250 мм вод. ст).

Подберем газгольдеры на основе данных расчета метантенков.

Определение емкости газгольдеров:

(99)

Принимаем 2 газгольдера емкостью 300 м3 по ТП 7-07-02/66 по табл. 3.11 [31].

Газгольдер мокрый стальной вместимостью 300 м3 с вертикальными направляющими и боковым вводом для хранения газов под давлением. Сейсмичность 8 баллов. Газ, получаемый в результате сбраживания осадков в метантенках, будет использован в теплоэнергетическом хозяйстве очистной станции. Стабилизированный осадок предлагается компостировать на специально оборудованных площадках перекрытых стеклопластиком, а вентиляционные выбросы подвергать очистке.

УФ-установки обеззараживания

Для оббезараживания выбираем УФ-установку ОДВ-2000А с ультрафиолетовым датчиком и блоком промывки.

Оборудование обеспечивает УФ дозу не менее 16 мДж/см2, средняя доза в оборудовании достигает 30 мДж/см2, при качестве обеззараживаемой воды: цветность — не более 35 град, содержание железа — не более 1 мг/л, мутность — не более 2 мг/л по каолину, коли-индекс — не более 10 000 КОЕ/литр. Ресурс бактерицидных УФ ламп — 12000 часов. Оборудование изготавливается из нержавеющей стали.

Рисунок 28 — УФ-обеззараживатель типа ОДВ

Внутри камеры обеззараживания, изготовленной из пищевой нержавеющей стали, размещены бактерицидные УФ лампы. Для защиты ламп и поддержания их температурного режима используются специальные чехлы, которые характеризуются высокой светопроницаемостью и изготавливаются из натурального кварца. Внешняя часть чехла контактирует с водой и подвергается обрастанию, в результате чего происходит снижение дозы облучения. Для очистки чехлов применяются слабые растворы щавелевой кислоты. На время промывки корпусное оборудование выводится из работы и изолируется из основного потока. Промывка производится при помощи циркуляции промывного раствора внутри камеры обеззараживания в течение 1,5-3 часов.

Химическая очистка эффективно удаляет большинство загрязнений, образующихся при эксплуатации оборудования в природной и сточной воде: соли железа, кальция и др.

На корпусе камеры обеззараживания имеются входной и выходной патрубок, патрубки для автоматической промывки установки. Для измерения УФ интенсивности в заданной точке УФ реактора применяется фоточувствительный детектор — УФ датчик. Датчик температуры предназначен для выдачи сигнала отключения УФ ламп в случае перегрева камеры обеззараживания.

Для автоматизации процесса используется блок управления. Контролируемые показатели: интенсивность излучения, наличие протока воды, температура внутри камеры обеззараживания, индикаторы неисправности ламп. Питание и система автоматики производиться с выносного пульта управления[32].

Для того, чтобы исключить возможность попадания промывного раствора с рН=2 в систему хозяйственно-бытовой канализации, необходимо разбавить кислотный раствор до рН=6,5-8,5.

Для разбавления используется промывная вода. Ресурс бактерицидных УФ ламп составляет 12000 часов. Периодичность их замены составит:

(100)

Т.е. каждый год и пять месяцев. Для одной промывки блока обеззараживания требуется 200 г щавелевой кислоты. Промывка производится каждые полгода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы выполнен анализ работы станции очистки сточных вод г. Троицка, предложены и рассчитаны мероприятия по повышению эффективности очистки городских сточных вод.

ОСК сильно недогружена, входе реконструкции снизим производительность станции с 50000 м3/сут на 15000 м3/сут. Реконструкция существующего аэротенка в аэротенк с выделенными зонами позволит улучшить очистку от фосфора до нормативных значений для реки рыбохозяйственного значения. Вторичные радиальные отстойники, оборудованные тонкослойными модулями, улучшат качество очистки воды.

Первичный осадок будет уплотняться в осадкоуплотнителе, а избыточный активный ил сгущаться на центрифуге, смесь осадка стабилизироваться в метантенке. Выделившийся биогаз будет использован в энергообеспечении станции. Применение ультрафиолетового обеззараживания повысит барьерную роль ОСК в отношении микроорганизмов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Воронов, Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник / Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во АСВ, 2006. — 704 с.

Ласков, Ю.М. Примеры расчетов канализационных сооружений: учебное пособие / Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов, В.И. Калицун. — 3-е изд. — М.: Изд-во Альянс, 2014. — 255 с.

Соловьева, Е.А. Очистка сточных вод от азота и фосфора / Е. А. Соловьева. — СПб. : ЗАО «Водопроект — Гипрокоммунводоканал», 2008.- 100 с.

Решетки ступенчатые РСК. — http://www.ekoton.com/produkty/reshetki-mehanizirovannye/reshetki-stupenchatye

Бабенко А.С., Стрелец И.В. Гидравлическая крупность — основная характеристика при расчете отстойников // Строительство уникальных зданий и сооружений. — 2013. — № 6 (11). — С. 34-42.

Никифоров, Д.В. Расчет вертикального отстойника // Научный вестник Технологического института — филиала ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина. — 2014. — № 13. — С. 438-442.

Новикова М.А., Романова О.Н. Характеристика биологических систем очистки сточных вод // Техника и технологии: пути инновационного развития. — 2014. — № 4. — С. 58-60.

Максимов С.П., Алексеев И.А. Обзор методов биологической очистки сточных вод // Технические науки — от теории к практике. — 2014. — № 41. — С. 95-101.

Каримов Т.Х., Кадыров К.М. Аэротенк с продленной аэрацией // Вестник КГУСТА. — 2011. — № 1 (31). — С. 119-125.

Зайцева И.С., Зайцева Н.А., Воронина А.С. Методы интенсификации биологической очистки сточных вод в аэротенках // Вестник КузГТУ. — 2010. — № 2. — С. 90-91.

РГП «Госэкспертиза» Обзорная информация о современных методах очистки // РГП «Госэкспертиза». — 2011. — 12 с.

СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. — М, 2012. — 83 с.

Решняк В.И., Посашкова С.Е. Обеззараживание сточной воды // Вестник ГУ речного и морского флота им. адмирала С.О. Макарова. — 2012. — № 2. — С. 177-182.

Саркисов Ю.С., Лашкивский Б.П., Горленко Н.П., Рехтин А.Ф., Лашкивский Б.П. Комбинированный способ очистки и обеззараживания сточных вод // Вестник ТГАСУ. — 2007. — № 3. — С. 220-225.

Пашинин В.А., Павлов А.В., Коваленко М.А. Ультрафиолетовое излучение для обработки сточных вод // Мир транспорта. — 2013. — № 1 (45). — С. 136-143.

Крупнова Т.Г., Кострюкова А.М., Машкова И.В. Обзор современных технологий обработки осадков городских сточных вод // Сельское, лесное и водное хозяйство. — 2014. — № 7 (34). — С. 3-12.

Кучерова Л.В., Аракчеева С.В. Уплотнение и обезвоживание осадков сточных вод // Вологдинские чтения. — 2009. — № 76. — С. 103-104.

Алексеев, Л.С. Контроль качества воды: учебник / Л.С. Алексеев. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2009. — 159 с.

Музыченко, О.В. Современные методы обработки осадков сточных вод // Вологдинские чтения. — 2012. — № 80. — С. 295-296.

Головко, Г. Успешный опыт Ростовского Водоканала по реализации проектов государственно-частного партнерства / Г. Головко // Газета Молот. — 2012. — 3 августа.

Дибцев, И. Государственно-частное партнерство и долгосрочное тарифное регулирование в сфере водоснабжения и водоотведения / И. Дибцев // Российская неделя государственного частного партнерства. — http://p3week.ru/images/presenatation/rks_dibcev.pdf, 2014.

Реконструкция очистных сооружений канализации г. Черноголовки Московской области: рабочий проект. — Белгород. — 2005. -200 с.

Очистные сооружения «Южное Бутово» и г. Зеленоград. — http://www.mosvodokanal.ru /.

СНиП 2.04.03 — 85. Канализация. Наружные сети и сооружения / Госстрой России. — М.: ГУП ЦПП, 2001. — 72 с.

Ступенчатая решетка тонкой очистки MEVA RS. — http://www.ekoumvelt.ru/devices/reshetki-dlya-ochistki-stochnykh-vod/rs_type_stupenchataya_reshetka/.

Ласков, Ю.М. Примеры расчетов канализационных сооружений / Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов, В.И. Калицун — М.:Стройиздат, 2008. — 256 с.

Эпов А.Н., Баженов В.И. Расчет аэротенков с удалением биогенных элементов. — М: ОАО «Лизинг экологических проектов», 2012.- 52с.

Гудков, А.Г. Биологическая очистка городских сточных вод: уч. пособие / А.Г. Гудков. — Вологда: Изд-во ВоГТУ, 2002. — 51 с.

Компания Kemira. -http://www.kemira.com/regions/russia/ru/solutionsproducts/Pages/ferricsulphate.aspx

Тонкослойные модули TUBEdek. — http://serviceok.com.ua/media

Пугачев, Е.А. Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов компьютерных информационных технологий / Е.А. Пугачев, В.И. Алексеев, Т.Е. Винокурова. — АСВ, 2003. — 176 с.

Ультрафиолетовые технологии http://lit-uv.com/ru/activities/news/terminology/

Размещено на