Составление водных балансов

Исходные данные Данные по населенному пункту

Показатели
Характеристика населенного пункта: -  площадь жилой застройки, га -  плотность населения, чел./га -  норма водопотребления (водоотведения), л/чел. × сут	1500 320 290
Дополнительные данные: -  потребный расход воды на орошение пригородных с/х полей (в летний период), тыс. м3/сут -  расход ливневых вод (в летний период), тыс. м3/сут	50 28

Состав ливневых сточных вод:

рН = 7,2; БПК_полн. = 30 мг/л; нефтепродукты =10 мг/л; взвеси = 60 мг/л

солесодержание общее = 250 мг/л.

Норма вносимых загрязнений бытовых сточных вод (г/чел. сут):

взвеси = 65; БПК_полн. = 75; БПК_{полн.(осветл.)} = 40; хлориды = 9 мг/л, ХПК = 87 мг/л; азот(общий) = 8 мг/л;

Р₂ О₅=1; ПАВ= 0,2.

Требование к качеству питьевой воды:

Ц £ 20 град; взвеси £ 1,5 мг/л; БПК_полн £ 1,3 мг/л; ХПК £ 10 мг/л; N_об £ 1,8 мг/л; СС £ 1000 мг/л;

Ж_к £ 7,0 мг – экв/л.

Характеристика реки

Показатели
Расходы воды, м3/с	6
Мутность (max), мг/л	150
Цветность (max), град	70
Температура, оС	0,1–22
Активная реакция среды – рН	7,1
Жесткость общая, мг-экв/л	5,3
Жесткость карбон., мг-экв/л	3,1
Окисляемость, мг/л	8,5
Железо (общ.), мг/л	0,5
Кислород растворенный, мг/л	6,5
Азот аммонийный, мг/л	0,5
Азот нитритный, мг/л	0,001
Азот нитратный, мг/л	5,4
Щелочность, мг-экв/л	3,1
Фтор, мг/л	0,75
Марганец, мг/л	0,1
Кремний, мг/л	6
Углекислота свободная, мг/л	6,5
Углекислота гидрокарб., мг/л	189
Сульфаты, мг/л	156
Хлориды, мг/л	100
Сухой остаток, мг/л	568
Колититр, л	0,015
БПК (полн.), мг/л	2,2

Характеристика подземных вод

Показатели
Гарантированный дебит скважин, м3 /с	0,3
Мутность (max), мг/л	4
Цветность (max), градусы	9
Температура, oС	7
Активная реакция среды – рН	7,7
Жесткость общая, мг-экв/л	9,6
Жесткость карбонатная, мг-экв/л	3,6
Окисляемость, мг/л	2
Железо (общ), мг/л	0,3
Кислород растворенный, мг/л	0,4
Азот аммонийный, мг/л	-
Азот нитритный, мг/л	-
Азот нитратный, мг/л	0,4
Щелочность, мг-экв/л	3,8
Фтор, мг/л	0,7
Марганец, мг/л	0,1
Кремний, мг/л	5
Углекислота свободная, мг/л	19,5
Углекислота гидрокарб., мг/л	220
Сульфаты, мг/л	210
Хлориды мг/л	90
Сухой остаток, мг/л	1000
Колититр, л	>333
Число колоний, шт.	3
Na + K, мг/л	30
Кальций, мг/л	100
Магний, мг/л	50

Завод фосфорных удобрений (ПП №2)

Завод фосфорных удобрений	Показатели
Мощность по выпускаемой продукции, усл. ед/сут	400
Водопотребление, м3/ед. прод.: -  техническая вода 1-й категории -  техническая вода 2-й категории -  техническая вода 3-й категорииё – вода питьевого качества	20 200 50 10
Потери воды в производстве, м3/ед. прод.: -  техническая вода 1-й категории -  техническая вода 2-й категории -  техническая вода 3-й категории -  вода питьевого качества	2 50 5 -
Водотведение, м3/ед. прод.: м3/ед. прод: -  незагрязненные производственные сточные вода – 1-й поток -  загрязненные производственные сточные воды – 2-й поток -  загрязненные производственные сточные воды – 3-й поток -  бытовые сточные воды – 4-й поток	18 150 45 10
Характеристика сточных вод: 1-й поток – увеличение температуры, 0С 2-й поток – норма вносимых загрязнений, кг/ед. прод.: -  по взвешенным веществам -  по БПКполн -  по ХПК -  по солесодержанию -  по нефтепродуктам 3-й поток – норма вносимых загрязнений, кг/ед. прод.: -  по взвешенным веществам -  по БПКполн -  по ХПК -  по солесодержанию -  по нефтепродуктам	9 22,5 19,5 30 75 0,45 10,17 11,25 18 58,5 0,45

Требования к качеству питьевой воды такие же, как и у населенного пункта.

 

Требования к качеству технической воды 2-й и 3-й категорий предприятия химической промышленности (№1)

Категория и качество воды	Завод Фосф.удобрений
Техническая вода 2-й категории:
Температура, оС	28
РH	6,5 – 7,5
Взвешенные вещества, мг/л	20
БПК (полн.), мг/л	20
ХПК, мг О2 /л	25
Солесодеpжание, мг/л	600
Нефтепpодукты, мг/л	0,5
Азот (общий), мг/л	2
Фосфоp (общий), мг/л Фенол	1,5 -
Хлориды, мг/л	300
СПАВ, мг/л	-
Техническая вода 3-й категории:
Температура, оС	28
РH	6,5 – 7,5
Взвешенные вещества, мг/л	20
БПК (полн.), мг/л	20
ХПК, мг О2 /л	25
Солесодеpжание, мг/л	600
Нефтепpодукты, мг/л	0,5
Азот (общий), мг/л	2
Фосфоp (общий), мг/л	1,5
Хлориды, мг/л	300

Требования к качеству воды различных категорий

КАТЕГОРИЯ ВОДЫ		Вода, используемая для сельскохоз. орошения	Сточные воды, сбрасываемые в водоем	Производств. сточн. воды, сбрасываемые в горканализацию	Техническая вода 1-й категории
П О К А З А Т Е Л И	Т, ОС	10–25	Увеличение на 3о	10–40	Не более 20
	рН	6,5–8,5	6,5–8,5	6,5–8,5	6,5–8,5
	Взвешенные вещества, мг/л	15	Увеличение на 0,25 мг/л	500	10
	Нефтепродукты, мг/л	0,3	0,05	1,0	0,5
	Жесткость, мг-экв/л	Не нормируется	н/н	н/н	н/н
	Солесодержание, мг/л	2000	2000	10000	1000
	БПК, мг/л	25	3	500	5
	СПАВ, мг/л	0,5	0,5	1,0	0,5
	Окисляемость бихроматная, мг/л	50	10	750	50
	Cl, мг/л	н/н	н/н	1000	–
	SO4, мг/л	н/н	н/н	700	–
	Ионы тяж. мет., мг/л	0,5	0,1	0,3	–
	Fe+, мг/л	0,5	0,5	0,5	0,5
	Фенол, мг/л	0,01	0,01	0,05	–
	Азот (общ.), мг/л	н/н	1	–	2
	Фосфор (общ.), мг/л	н/н	0,2	–	0,5

1. Составление водных балансов по отдельным объектам

Населённый пункт

Определение потребного водопотребления:

где:

F − площадь жилой застройки, принимаемая из задания, га;

Пл − плотность населения, принимаемая из задания, чел./га;

норма водопотребления, принимаемая из задания, л/чел. сут.

Объём водоотведения принимается равным объёму водопотребления.

Расход ливневых вод: Q_л=28000 м³/сут.

W_хб=139200 м³/сут

Q_п=139200 м³/сут

W_л=28000 м³/сут

Предприятие химической промышленности (Завод фосфорных удобрений)

Определение водопотребления:

Определение водоотведения:

где Р-мощность по выпускаемой продукции

Определение потерь воды в производстве:

Вода первой категории нагревается на 9 ^оС.

Хоз-бытовые сточные воды также как и в населенном пункте.

Водный баланс:

Q₁ + Q₂ + Q₃₊ Q_п = (q₁ + q₂ + q₃+ q_хб)+ (W₁ + W₂ + W₃ W_хб)

8000+80000+20000+4000= (800+20000+2000)+(7200+60000+18000+4000)

112000= 112000

Q_I=8000 м³/сут Q_II=80000 м³/сут Q_III=20000 м³/сут Q_п=4000 м³/сут

2. Расчёт концентраций добавочных загрязнений

Населённый пункт

где:

норма вносимых загрязнений по i-му веществу, принимаемая из задания, г/чел. сут.;

норма водоотведения, принимаемая из задания, л/чел. сут.,

 

Предприятие химической промышленности (Завод фосфорных удобрений)

Техническая вода первой категории не загрязняется, но нагревается на  поэтому требуется только охлаждение. Для производственно-бытовых сточных вод, а также технической воды 2-й и 3-й категорий требуется очистка.

для 2-й категории:

для 3-й категории:

3. Выбор источников водоснабжения. Разработка 1-ой схемы комплексного водоснабжения

Для водоснабжения населенного пункта и на хозяйственно-питьевые нужды промпредприятий используем водные ресурсы данного поверхностного источника.

Эксплуатационный расход составляет 20% от Q_р.

Потребный постоянный расход для Н.П. и промпредприятий составляет:

Полезная производительность подземного источника – скважины равна:

Q_скв = 0,3*3600*24 =25920 м³ / сут.

Ресурсов поверхностного источника хватает для обеспечения всех потребителей водой питьевого качества. Скважина в резерве.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населённого пункта и промышленного предприятий принимается река. Забираемая вода очищается на водопроводных очистных сооружениях (ВОС) до требований СанПиН «Вода питьевая» и подаётся в водопроводную сеть города и на П1.

Отводимые от населённого пункта бытовые стоки и производственно-бытовые сточные воды предприятий поступают на канализационные очистные сооружения (КОС). В летний период часть бытовых стоков после очистки на КОС смешивается с очищенными ливневыми стоками и направляется на орошение сельскохозяйственных полей. Другая часть очищенных сточных вод в течение всего года направляется на подпитку оборотных систем воды 1-й, 2-й и 3-й категории предприятий. Оставшийся объём очищенных сточных вод сбрасывается в водоём.

Для обеспечения технической водой 1-ой категории на всех предприятиях устраиваются оборотные системы водоснабжения. Оборотная вода после охлаждения возвращается обратно в производство.

Загрязнённые производственные сточные воды (2-й и 3-й категории) Завод удобрений после очищаются на заводских очистных сооружениях ЛОС2 и ЛОС3 до качества, соответствующего требованиям технических вод 2-й и 3-й категории соответственно. Далее эти воды отправляются в систему повторно.

4. Выбор методов очистки и расчёт сооружений   Водопроводные очистные сооружения (ВОС №1).

1)  Состав вод, поступающих на ВОС

Концентрация загрязнений на входе в ВОС:

ВВ = 150,0 мг/л

БПК_полн = 2,2 мг/л

ХПК = 8,5 мг/л

Cl = 11,0 мг/л

СС =100 мг/л

Ц = 70 мг/л

Fe= 5,3 мг/л

Требования к качеству воды на выходе из ВОС:

Выбор методов очистки

Метод	Сооружение	Эi, %.	мг/л.	мг/л.
Процеживание	Решетки	ВВ=10	ВВ=150	ВВ=135
Отстаивание с коагулированием	Отстойник	Вв = 90; Fe= 80; Ц = 60	ВВ=135 Fe= 5,3 Ц = 70 град	ВВ=13,5 Fe= 1,0 Ц = 28 град
Фильтрование	Осветлительный фильтр	ВВ=60	ВВ=13,5	ВВ=5,4
Ультрофильтрация	Ультро-фильтр	ВВ=92	ВВ=5,4	ВВ=0,4

Доза коагулянта (Al₂(SO₄)₃) определяется по двум показателям мутности и цветности:

а) Dк=f(M0)=48 мг/л (по СНиП, табл. 16).

б) Dк=4ÖЦмах=4Ö70=33,5 мг/л.

Принимаем большее значение. Dк=48 мг/л.

Определение потерь на водопроводных очистных сооружениях:

 где:

Вл − влажность осадка, принимаемая Вл = 80%;

ρ − плотность осадка, принимаемая для минерального осадка ρ = 1,5;

масса осадка по сухому веществу, т/сут.:

 где:

исходная концентрация взвешенных веществ, принимаемая из расчёта, мг/л;

концентрация взвешенных веществ на выходе из сооружения, принимаемая из расчёта, мг/л;

Q − производительность сооружения, м³/сут.

В осветлителях:

Общие потери на очистных сооружениях составят:

  Канализационные очистные сооружения (КОС).

Определение концентрации загрязнений на входе в КОС:

Требования к качеству воды на выходе из КОС (с/х поля):

Метод	Сооружение	Эi, %.	мг/л.	мг/л.
Процеживание	Решётка	Вв = 10.	Вв = 224,5	Вв = 202,0
Отстаивание с коагуляцией.	Отстойник	Вв = 75; БПКполн = 65; ХПК = 60; Nобщ = 10; Pобщ = 5.	Вв = 202,0; БПКполн = 259,9; ХПК = 304,8; Nобщ = 28; Pобщ = 3,4.	Вв = 50,5; БПКполн = 91; ХПК = 121,9; Nобщ = 25,2; Pобщ = 3,2
Биохимическая очистка с последующим хлорированием.	Аэротенк с дефосфотированием и денитрификацией. Отстойник	Вв = 80; БПКполн = 90; ХПК = 70; СПАВ = 95; Nобщ =92; Pобщ = 90.	Вв = 50,5; БПКполн =91; ХПК = 121,9; СПАВ = 0,7; Nобщ =25,2; Pобщ = 3,2.	Вв = 10,1; БПКполн =9,1; ХПК =36,5; СПАВ = 0,04; Nобщ = 2,5; Pобщ = 0,32.

 

Определение потерь на канализационных очистных сооружениях:

В решётках:

В первичных отстойниках

В аэротенке.

где:

ρ − плотность осадка, принимается для органического осадка ρ = 1,05;

масса осадка по сухому веществу, т/сут.:

где:

Пр − прирост, мг/л:

Общие потери на очистных сооружениях составят:

Локальные очистные сооружения (ЛОС1).

Концентрация загрязнений на входе в ЛОС.1:

Требования к качеству воды, используемой с/х полями:

Выбор методов очистки

Метод	Сооружение		Эi, %.		мг/л.		мг/л.
Отстаивание	Отстойник		Вв = 50; БПКполн = 50;		Вв = 60,0; БПКполн = 30;		Вв = 30,0; БПКполн = 15,0;
Фильтрование	Фильтр		Вв = 60;.		Вв = 30,0		Вв = 12,0
Адсорбция.		Сорбционный фильтр.		НП = 97.		НП = 10,0.		НП = 0,3.

Определение потерь:

В отстойнике:

В фильтре:

Принимаем потери W=4+3=7 м/сут.

Смешение потока КОС и ЛОС1:

ВВ = (12 × 27993 + 10× 22007) / (27993 + 22007) = 11,11 мг/л

БПК_полн = (15 × 27993 + 9,1× 22007) / (27993 + 22007) = 12,4 мг/л

ХПК = (0 × 27993 + 36,5× 22007) /(27993 + 22007) = 1,61 мг/л

N_об = (0 × 27993 + 2,5× 22007) /(27993 + 22007) =1,10 мг/л

НП=(0,3 × 27993 + 0× 22007) /(27993 + 22007) = 0,7 мг/л

СПАВ =(0 × 27993 + 0,04× 22007) /(27993 + 22007) = 0,017 мг/л

Р_об = (0 × 27993 + 0,32× 22007) /(27993 + 22007) = 1,0 мг/л

СС = (250 × 27993 + 568× 22007) /(27993 + 22007) = 390 мг/л

Локальные очистные сооружения (ЛОС2)

 

Определение концентрации загрязнений на входе в ЛОС.2:

где:концентрация i-ых загрязнений поступающих потребителю, мг/л;

добавочная концентрация i-ых загрязнений, принимается из расчёта, мг/л;

 

Требования к качеству воды на выходе из ЛОС2:

Выбор методов очистки

Метод	Сооружение	Эi, %.	мг/л.	мг/л.
Отстаивание с коагулированием.	Отстойник	ВВ = 60 БПКполн = 90 ХПК = 95 НП=40	ВВ = 170 БПКполн = 150 ХПК = 225 НП=3,5	ВВ = 68 БПКполн = 15 ХПК = 11,25 НП=2,1

 

Определение потерь:

В отстойнике с коагуляцией:

 

Общие потери

 

Локальные очистные сооружения (ЛОС3).

Определение концентрации загрязнений на входе в ЛОС3:

где:

концентрация i-ых загрязнений поступающих потребителю, мг/л;

добавочная концентрация i-ых загрязнений, принимаемая из расчёта, мг/л.

 

Требования к качеству воды на выходе из ЛОС3:

Выбор методов очистки

Метод	Сооружение	Эi, %.	мг/л.	мг/л.
Отстаивание	Отстойник	ВВ = 80 БПКполн = 85 ХПК = 80 НП=60	ВВ = 306 БПКполн = 275 ХПК = 430 НП=11	ВВ = 61,2 БПКполн = 41,25 ХПК = 86 НП=4,4
Отстаивание с коагулированием.	Отстойник	ВВ = 90 БПКполн = 95 ХПК = 90 НП=60	ВВ = 61,2 БПКполн = 41,25 ХПК = 86 НП=4,4	ВВ = 6,12 БПКполн = 2,06 ХПК = 8,6 НП=1,76
Ионный обмен	Ионнообменый фильтр	СС=50	СС=2300	СС=1150

 

Определение потерь:

В отстойнике:

В отстойнике с коагуляцией:

 

Общие потери:

 

Смешение потоков, вышедшего из ЛОС2, и ЛОС3:

ВВ = (6,12 × 18000 + 68× 60000) / (18000 + 60000) = 52,2 мг/л

БПК_полн =(2,06 × 18000 + 15× 60000) / (18000 + 60000) = 12,0 мг/л

ХПК = (8,6 × 18000 + 11,25× 60000) / (18000 + 60000) = 10,6 мг/л

НП=(1,76 × 18000 + 2,1× 60000) / (18000 + 60000) = 2,02 мг/л

СС=(1150 × 18000 + 1100× 60000) / (18000 + 60000) = 1111 мг/л

N_общ. =(2,5 × 18000 + 2× 60000) / (18000 + 60000) = 2,11 мг/л

Р_общ. =(2,0 × 18000 + 1,5× 60000) / (18000 + 60000) = 1,6 мг/л

Требования к качеству воды на выходе из ЛОС4:

Выбор методов очистки

Метод	Сооружение	Эi, %.	мг/л.	мг/л.
Отстаивание	Отстойник	ВВ = 60 БПКполн = 50 ХПК = 50 НП=60	ВВ = 52 БПКполн =12,0 ХПК =10,6 НП=2,02	ВВ = 20,8 БПКполн = 6 ХПК = 5,3 НП=0,8
Отстаивание с коагулированием.	Отстойник	ВВ = 90 БПКполн = 65 ХПК = 65 НП=60	ВВ = 20,8 БПКполн = 6 ХПК = 5,3 НП=0,8	ВВ = 2,08 БПКполн = 2,1 ХПК = 1,8 НП=0,3
Ионный обмен	Ионнообменый фильтр	СС=50	СС=530	СС=265

Определение потерь:

В отстойнике:

В отстойнике с коагуляцией:

 

Общие потери:

 

Смешение потоков, вышедшего из КОС, и ЛОС4:

ВВ = (10 × 22074 + 2,08× 77926) / (22074 + 77926) = 3,82 мг/л

БПК_полн = (9,1 × 22074 + 2,1× 77926) / (22074 + 77926) = 3,64 мг/л

ХПК = (36,5 × 22074 + 1,8× 77926) / (22074 + 77926) = 9,4 мг/л

НП= (0× 22074 + 0,3× 77926) / (22074 + 77926) = 0,23 мг/л

СС= (568 × 22074 + 265× 77926) / (22074 + 77926) = 332,0 мг/л

СПАВ = (0,04 × 22074 + 0 × 77926) / (22074 + 77926) = 0,008 мг/л

N_об = (2,5 × 22074 + 2,11 × 77926) / (22074 + 77926) = 2 мг/л

Р_об = (2,2 × 22074 + 1,6 × 77926) / (22074 + 77926) = 1,5 мг/л

Станция доочистки (СДО).

Требования к качеству воды на выходе из СДО:

СПАВ≤0,5 мг/л; N≤2,0 мг/л; Р≤0,5 мг/л

Выбор методов очистки

Метод	Сооружение	Эi, %.	мг/л.	мг/л.
Адсорбция.	Сорбционный фильтр.	Вв = 60 БПКполн = 70 ХПК=70 Nоб=65 Pоб=90	Вв = 10 БПКполн = 9,1 ХПК=36,5 Nоб=1,0 Pоб=0,32	Вв = 4 БПКполн = 2,7 ХПК=10 Nоб=0,4 Pоб=0,032

Определение потерь:

В фильтре:

Общие потери: W=3,0 м/сут

Подбор и расчет охладительных сооружений

Охладители технической воды 1-й категории Завод красителей (Охл.1).

Расчёт был выполнен на компьютере с помощью программы по расчёту «чистого» цикла оборотной системы водоснабжения промышленного предприятия. «КИВР» ver.1.00.

Характеристика				Охл1
Концентрация СС после ПП
Концентрация СС после Охл
Концентрация СС после ввода подпит воды
Расход воды после ПП
Расход воды после Охл
Расход воды после ввода подпит воды
Число циклов
Равновесная концентрация С0
Расход подпит воды
Потери на испарение
Потери на унос
				башенная градирня с водоуловителем