Расчет нормативов сброса сточных вод

Введение

Целью данной курсовой работы является составление и расчет схемы очистных сооружений предприятия.

Очистка сточных вод необходима для того, чтобы концентрация веществ в воде, сбрасываемой в водный объект с данного предприятия, не превышала нормативы предельно допустимого сброса (ПДС).

Сточные воды с предприятия нельзя сбрасывать загрязненными, так как вследствие этого в реке могут погибнуть живые организмы, происходит загрязнение речной воды, подземных вод, почв, атмосферы; это приводит к нанесению вреда здоровью человека и окружающей природной среде в целом.

Раздел 1. Характеристика предприятия

Полиэтилен низкого давления (высокой плотности) производят на заводах пластмасс.

Полиэтилен получают полимеризацией этилена в бензине при температуре 80 ⁰С и давлении 3 кг *с / см ² в присутствии катализаторного комплекса диэтил-алюминий хлорида с четырёххлористым титаном.

В производстве полиэтилена вода расходуется на охлаждение аппаратуры и конденсата. Система водоснабжения - оборотная с охлаждением воды на градирне. Водоснабжение осуществляется тремя системами: оборотной, свежей технической и питьевой воды.

Для технических нужд (промывка полимеров аппаратов и коммуникаций цеха полимеризации, приготовление реагентов инициаторов и добавок для полимеризации) используется конденсат пара.

Характеристика сточных вод приведена в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика сточных вод выпускаемых в водоёмы от производства полиэтилена.

	Единица измерения	Сточные воды
		до очистки	после очистки
Температура	0С	-	23-28
Взвешенные вещества	мг/л	40-180	20
Эфирорастворимые	мг/л	Следы	-
pH	-	6,5-8,5	6,5-8,5
Сухой остаток	Мг	до 2700	до 2700
Cl2	Мг	до 800	до 800
SO4	Мг	до 1000	до 1000
ХПК	МгО/л	1200	80-100
БПКг	мгО2/л	700	15-20
Al3+	мг/л	до 1	до 1
Ti4+	мг/л	Следы	Следы
Углеводороды	мг/л	до 10	Следы
Изопропанол	мг/л	до 300	-

Данное предприятие имеет I Б класс опасности. Санитарно защитная зона равна 1000 м. Находится в Киевской области.

Для дальнейших расчётов выбираем реку в данной области – р. Десна, узнаём по этой реке данные для 97% обеспеченности, с помощью переводного коэффициента переводим эти данные для 95% обеспеченности. Значения q_пром и q_быт (расход воды на единицу водовыпуска продукции в промышленных и бытовых сточных водах соответственно) равны: q_пром=21м³ , q_быт=2,2м^3. Затем из справочника по водным ресурсам Украины узнаём С_ф, если не указано, то С_ф=0,4 ПДК.

Расчёт расхода сточных вод.

Q=Пq, м³/год

П. - производительность, 7500 м³/год.

Q – расход воды на единицу выпускаемой продукции.

Q_пром =7500•21=1575000 м³/год

Q_быт=7500•2,2=165000 м³/год

О_{пром, быт} – расход производственных и бытовых сточных вод.

Q_см=4,315+452=4767 м³/сут.

Расчёт концентрации веществ в сточной воде.

С_iсм=(q_x/б•С_х/б+Q_пр•С_iпр)/Q_см

С_{iх/б, пр}-концентрация веществ в х/б и производственных сточных водах, мг/дм³.

С_см^{в-х вв.}=(452•120+4315•40)/4764=46,6 мг/дм³

С_см^мин.=(452•500+4315•2700)/4767=2491,4 мг/дм³

С _см^Cl=(452•300+4315•800)/4764=752.6 мг/дм³

С _см^SO4=(452•500+4315•1000)/4767=952.6 мг/дм³

С_см^ХПК=(452•300+4315•1200)/4767=1115 мг/дм³

С_см^БПКп=(452•150+4315•700)/4767=677,85 мг/дм³

С_см^Al=(452•0+4315•1)/4767=0.9 мг/дм³

С_см^{изопр-л}=(452•0+4315•300)/4767=271,55 мг/дм³

С_см^аз.ам=(452•18+4315•0)/4767=1,7 мг/дм³

Раздел 2. Расчёт нормативного сброса сточных вод

Расчёт кратности основного разбавления n_o.

Y=2.5∙√n_ш-0,13-0,75√R(√n_ш-0,1)=2,5∙√0,05-0,13-0,75√3(0,05-0,1)=0,26

п_ш-коэффициент шероховатости русла реки.

R-гидравлический радиус.

S_n=R^y/n_ш=3^0,26/0,05=26,6

S_n-коэффициент Шези.

Д=g∙V_ф∙h_ф/(37 n_ш∙Sh²)=9.81∙0,02∙3/(37∙0,05∙26,6)=0,012 м/с²

g-ускорение свободного падения, м/с².

Д-коэффициент требуемой диффузии.

V_ф-средняя по сечению водотока скорость.

h_ф-средняя глубина реки, м.

α=ζ∙φ∙√Д/О_ст=1,5∙1,2∙√0,012/0,03=1,3

ζ-коэффициент, характеризующий тип выпуска сточных вод.

φ-коэффициент, характеризующий извилистость русла реки.

Q_ст-расход сточных вод.

β= ^-α√L=2.75^{-1.3∙√500=0.00003}

L-расстояние от места выпуска до контрольного створа.

γ=(1-β)/(1+(О_ф/ О_ст)β)=(1-0,00003)/(1+(0,476/0,0)∙0,00003)=0,99

γ-величина коэффициента смещения.n_о=(Q_ст+γ∙Q_ф)/Q_ст=(0,03+0,99∙0,476)/0,03=16,86

Расчёт кратности начального разбавления n_н.

l=0.9B=0.9∙17.6=15.84

l-длинна трубы рассеивателя, м.

В-ширина реки в маловодный период, м.

В=Q_ф/(H_фV_ф)=1,056/(3∙0,02)=17,6 м

l₁=h+0.5=3+0.5=3.5 м

l₁-расстояние между оголовками

0,5-технологический запас

N=l/l₁=15.84/3.5=4.5≈5-количество оголовковd₀=√4Q_ст/(πV_стN)=√ (4∙0.05)/(3.14∙2∙5)=0.08≥0.1N=4Q_ст/(πV_стd₀²)=0.2/(3.14∙3∙0.1²)=3.2≈3

V_ст=4Q_ст/(πN d₀²)=0.2/(3.14∙3∙0.1²)=2.1

d₀=√4Q_ст/(πV_стN)= √0.2/(3.14∙2.1∙3)=0.1

d₀-диаметр оголовка,

V_ст-скорость истечения,

L₁=L/n=15.84/3=5.2

Δv_m=0,15/(V_ст-V_ф)=0,15/(2,1-0,02)=0,072

m=V_ф/V_ст=0,02/2,1=0,009-соотношение скоростных напоров.

=7,465/√(Δv_m[Δv(1-m)+1,92m])=√7.465/(0.072[0.072(1-0.09)+1.92∙0.09])=20.86-относительный диаметр трубы.

d=d₀∙ =0.1∙20.86=2.086<h-абсолютный диаметр струи.

n_н=0,2481/(1-m)∙ ²=[√0.009²+8.1∙(1-0.009)/20.86-0.009]=13.83

Кратность общего разбавления:

n=n₀∙n_н=16,86∙1383=233,2

Таблица 2 Расчёт С_пдс

Название	Сор	Сст1	ПДК	ЛВП	Спдс1	РАС
Взвешенные вещества	30	46,6	30,75	-	46,66	+
Мин-ция	331	2491,4	1000	-	505,9	+
Cl-	17.9	752.6	300	С.-т.	75	-
SO4-	25	952.6	100	С.-т.	40	-
ХПК	29,9	1119	15	-	15	-
БПКГ	1,2	677,9	3	-	117,8	+
Al	0.2	0.9	0.5	С.-т.	0.175	-
ИЗОПР-Л	0,004	271,6	0,01	т.	0,008	-
АЗАМ.	0,2	1,7	0,5	т.	0,1	-
Неф-ты	0,04	0	0,1	С.-т.	0	-
СПАВ	0,04	0	0,1	т.	0	-

Для проведения расчётов определяем, соответствует ли РАС.

- для веществ ОТ, ед. ЛПВ

С_фi/ПДК_i<1

для веществ с од. ЛПВ

∑ С_фi/ПДК_i<1

I. Расчёт С_ПДС, когда РАС существует.

1.Взвешенные вещества

Концентрация на границе зоны общего разбавления при фактическом сбросе сточных вод:

С_Фi^к.с.=С_фi+∑(С_стi-С_Фi)/n

C_{факт в. в-в}^к.с.=30+(46,6-30)/233,2=30,0 7

Δ=0,75

С_ПДС=30+0,75 ∙233,2=204.9

С_ПДС=min(С_ПДС^расч С_ст)= minС_ст

2.Вещества из ОТ и ед. ЛПВ

-минерализация

С_факт=331+(2491,4-331)/233,2=340,3

Δ= 0,75

0,75 =Δ₁≤σ₁=9,2

С_ПДС=331+0,75 ∙233,2=505,9

С_ПДС=min(С_ПДС^расч С_ст)

-БКП

С_факт=1,2+(677,9-1,2)/233,2+(238,9-1,2)/200=5,3

Δ= 0,75

0,75=Δ₁≤σ₁=2,9

С_ПДС=1,2+0,75∙233,2=176,1

II. Расчёт С_ПДС , когда РАС существует.

1.Вещества из ОТ и ед. в своём ЛПВ

–ХПК

С_ПДС= min(С_ст; ПДК)

2.Вещества с одинаковым ЛПВ

2а -Cl^-,SO₄^2-,Al³⁺,нефтепродукты

∑K_i=C_стi/ПДК_i=752.6/300+952.6/100+0.9/0.5+0/0.1=13.8>1

С_ф/ПДК≤К_i≤С_ст/ПДК

С_ПДС=К_i∙ПДК

0,25≤K_Cl≤2.5C_пдс=0,06·300=18

0,4≤K_SO4≤9.5C_пдс=0.3·100=40

0.35≤K_Al≤1.8C_пдс=0.14·0.5=0.175

0≤K_н-ты≤0C_пдс=0,-0,1=0

2б Изопропанол, азот аммонийный, СПАВ

∑K_i=271,6/0,01+1,7/0,5+0/0,1=27163,4>1

0,8≤K_из-л≤271160C_пдс=0,6·0,01=0,008

0,2≤K_а.ам.≤3,4C_пдс=0,3·0,5=0,1

0≤K_СПАВ≤0C_пдс=0

Раздел 3. Расчёт сооружений механической очистки

Для удаления взвешенных веществ, служат сооружения механической очистки.

Для очистки сточных вод от этих веществ, для данного предприятия, необходимо поставить решётки и песколовки.

Для расчёта сооружений механической очистки необходимо расход смеси, который измеряется в м³/год, перевести в м³/сут

Расчёт решёток.

q_{ср.сек.=}4764/86400=0,055(м³/сек)·1000=55 л/с

По таблице из СНиПА, определяем К_деп.max

50-1,7

100-1,6

50-(-0,1)

45-х

х=-(45·0,1)/50=-0,09

К_деп.max=1,6-(-0,09)=1,69

q_maxсек=g_ср.сек· К_деп.max=0,055·1,69=0,093(м³/сек)

h=0.5м

V_p=1м/с

b=0.016м

S=0.006м

n=(q_maxсек·K₃)/b·h· V_p=(0.093·1.05)/(0.016·0.5·1)=12.21≈13 шт

В_р=0,016·13+14·0,006=0,292 м

Принимаем решётку РМУ-1 с размером 600 мм ×800 мм, в ней ширина между стержнями 0,016 м, толщина стержней 0,006 м. Количество прозоров между стержнями – 21.

V_p==(q_maxсек·K₃)/b·h·n=(0.093·1.05)/(0.016·0.5·21)=0.58 м/с

N_пр=Q_ср.сут/q_вод.от=4767/0,4=11918 человек

V_сут=(N_пр·W)/(1000·35)=0.26 м³/сут =·V_сут=750·0,26=195 кг/сут

Расчёт песколовок. Песколовки – тангенсыальные-круглые, т.к. Q_ср.сут=4764 м³/сут, т.е.<50000 м³/сут

q_ср.сек=4767/86400=0,055 м³/сут

q_maxS=K_депmax·q_ср.сек=1,6·0,055=0,088 м³/сут

Д=(q_maxсек·3600)/n·q·S=(088·3600)/2·1·10=1.44 м²

H=Д/2=072 м

Н_К=√Д^2-Н²=1,61 м

V_к=(π∙Д²∙Н_к)/3∙4=3,14∙1,44²∙0,72)/12=0,39 м³

N_пр=11918 человек

V_ос=(11918∙0,02)/1000=0,24 м³/сут

t=V_k/V_oc=0.39/0.24=1.625 сут

Расчет аэротенка - смесителя с регенерацией

Применяется для очистки производственных сточных вод со значительными колебаниями состава и расхода стоков с присутствием в них эмульгированных и биологически трудно - окисляемых компонентов

Исходные данные:

q_w =198.625 м₂/ч

Len =677.9мг/л

Lex =117.8мг/л

r _max =650 БПК полн/(г *ч)

К_ч=100 БПК полн/(г *ч)

К_о=1,5 мгО ₂/Л

j = 2

S = 0.16

а_i = 3.5 г/л

Коэффициент рециркуляции равен:

R_i = 3,5/((1000/150)-3,5)=1,1

Средняя скорость окисления:

r=(650*117.8*2)/(117.8*2+100*2+1.5*117.8)*(1/(1+2*3.5))=31.26 мгБПК_п/(г *ч)

Общий период окисления:

T_atm = (Len-Lex)/(a_i(1-S)r)=(677.9-117.8)/(3.5(1-0.16)650) = 0.29ч

Общий объем аэротенка и регенератора:

W_atm+W_r = q_w*t_atm = 198.625*0.29 = 58.1 м³

Общий объем аэротенка:

Wa_atm= (W_atm+ W_r)_/(1 + (R_r/1+R_r)) = 58.1/(1+(0.3/1+0.3)) = 47.23 м³

Объем регенератора:

W_r = 58.1-47.23 = 10.87 м³

Нагрузка на ил:

q_i= 24(Len-Lex)/a_i(1-S)t_atm = 750

Значение I_i принимаем равным 150 ( приблизительно близкое значение для q_i )

Доза ила в аэротенке:

a_i = (58.1*3.5)/(47.23+(01/1.1*2)*0.87) = 3.2 г/л

Расчет вторичного вертикального отстойника

Q_ср.сут = 4767 м³/сут

а = 3,5 г/л

a _t = 15 мг/л

Количество отстойников принимаем равным:

q = 4.5*K_set*H_set^0.8/(0.1*I_i*a_atn)0.5-0.01^at = 1.23 м³

К_set для вертикальных отстойников равно 0,35(табл.31 СниП) -коэффициент использования объема,

H_set 3-рабочая глубина (2,7-3,5)

F =q_max.ч/n*q = 176 м²

Диаметр отстойника:

Д = (4*F)/p*n) = 8.6 м

Подбор вторичного отстойника:

Номер типового проекта 902-2-168

Отстойник вторичный из сборного железобетона

Диаметр 9м

Строительная высота конической части 5,1 м

Строительная высота цилиндрической части 3м

Пропускная способность при времени отстаивания 1,5ч-111,5 м³/ч

Расчет аэротенка - нитрификатора

q = 4767 м³/сут

Len = 677.9 мг/л

C_nen = 1.7мг/л

Lex = 117.8 мг/л

C_nex = 0.1 мг/л

T = 22⁰C

Co₂ = 2 мг/л

PH = 7.8

r_max = 650 мг БПК_п/г*ч

j = 0,14 л/ч

К_t = 65 мг/л

К_o = 0,625 мг/л

По формуле 58 СниП находим m:

m = 1*0,78*(2/2+2)*1*1,77*(2/25+2) = 0,051сут^-1

Минимальный возраст ила находим по формуле 61 СНиП:

1/m = 1/0,051 = 19,6 сут.

r = 3,7+(864*0,0417)/19,6 = 5,54 мгБПК_п/г*ч

Находим концентрацию беззольной части активного ила при Lex = 117,8 мг/л

a_i = 41.05 г/л

Продолжительность аэрации сточных вод:

t_atm = (677.9-117.8)/(41.05*5.54) = 2.46

Концентрация нитрифицирующего ила в иловой смеси при возрасте ила 19,6 суток определяется по данным таблицы 19 с использованием формулы 56 СНиП:

a_in = 1.2*0.055*(1.7-0.1/2.46) = 0.043 г/л

Общая концентрация беззольного ила в иловой смеси аэротенков составляет:

a_i+a_in = 41.05+0.043 = 41.09 г/л

С учетом 30% зольности доза ила по сухому веществу составит:

a = 41.09/0.7 = 58.7 г/л

Удельный прирост избыточного ила К₈ определяется по формуле:

К₈= 4,17*57,8*2,46/(677,9-117,8)*19,6 = 0,054 мг/

Суточное количество избыточного ила:

G = 0.054*(677.9-117.8)*4767/1000 = 144.18 кг/сут

Объем аэротенков-нитрификаторов

W = 4767*2.46/24 = 488.62 м³

Расход подаваемого воздуха рассчитывается по формуле

1,1*(C_nen-Cne_nex)*4.6 = 8.096

Подбор аэротенка:

Ширина коридора 4м

Рабочая глубина аэротенка 4,5м

Число коридоров 2

Рабочий объем одной секции 864м³

Длина одной секции 24м

Число секций от 2 до 4

Тип аэрации низконапорная

Номер типового проекта 902-2-215/216

Повторный расчет и подбор вторичного отстойника

Расчет адсорбера

Производительность q_w= 75000 м³/год или 273 м³/сут

C_en (начальная величина азота ам.) = 271,6 мг/л

C_ex = 0.008 мг/л

a_sb^min = 253*Cex^1/2 = 0.71

V = 10 м/ч

t_agc = 24ч

Y_sb^каж= 0.9

Y_sb^нас = 0.45

H_abs = 2.5м

K_sb = 0.7

D = 3.5

Определяем максимальную сорбционную емкость a_sb^max в соответствии с изотермой, мг /г:

a_sb^max =253*C_en^1/2 = 131.8

Общая площадь адсорберов, м² :

F_ad = q_w/V = 273/24*10 = 1.14

Колличество параллельно и одновременно работающих линий адсорберов при D = 3,5 м, шт

N_ads^b = F_ads/f_ags = 1.14*4/3.14*3.5 2 = 0.12

Принимаем к работе 1 адсорбер при скорости фильтрации 10 м/ч

Максимальная доза активированного угля,г/л:

D_sb^max = C_en-C_tx/K_sb*a_sb^max = 2.94

Доза активного угля выгружаемого из адсорбера:

D_sb^min = C_en-C_ex/a_sb^min=35.5г/л

Ориентировочная высота загрузки, обеспечивающая очистку ,м

H₂ = D_sb^max*q_w*t_ads/F_ads*Y_sb = 204

Ориентировочная высота загрузки, выгружаемая из адсорбера,м

H₁=D_sb^min*q_w*t_ads/F_ads*Y_sb^нас=1,57

H_tot=H ₁+H₂+H₃=1.57+204+1.57=208

Общее количество последовательно установленных в 1-ой линии адсорберов

N_ads=83 шт

Продолжительность работы адсорбционной установки до проскока, ч

t_1ads=(2*C_ex(H₃=H₂)*E*(a_sb^max+C_en))/V*C_en 2=0.28

E=1-0.45/0.9=0.5

Продолжительность работы одного адсорбера до исчерпания емкости, ч

t_2ads=2*C_en*K_sb*H₁*E*(a_sb^max+C_en)/V*C_en²=48.6

Таким образом ,требуемая степень очистки может быть достигнута непрерывной работой одного адсорбера, где работает 10 последовательно установленных адсорберов ,каждый адсорбер работает в течении 48 часов ,отключение одного адсорбера в последовательной цепи на перегрузку производится через каждые 0,3 часа.

Расчет объема загрузки одного адсорбера ,м3

w_sb=f_ads*H_ads=96

Расчет сухой массы угля в 1-ом адсорбере ,т

P_sb=W_sb*Y_sb^нас=11

Затраты угля, т /ч

З_sb=W_sb^p/t_2ads=0.23,что соответствует дозе угля

D_sb=З_sb/q_w=0.02

 

Сооружения для ионообменной очистки сточных вод

Ионообменные установки следует применять для глубокой очистки сточных вод от минеральных и органических ионизированных соединений и их обессоливания. Сточные воды подаваемые на установку, не должны содержать :солей -свыше 3000 мг/л ;взвешенных веществ –свыше 8 мг/л; ХПК не должна превышать 8 мг/л.

Катиониты: Аl²- вх=0,9/20=0,0045мгэкв/л

вых=0,175/20=0,00875мгэкв/л

Аниониты:

Cl^- вх=752,6/35=21,5мгэкв/л

вых=75/35=2,15мгэкв/л

SO⁴ вх=952,6/48=19,8мгэкв/л

вых=40/48=0,83мгэкв/л

Объем катионита

W_кат= 24q_w(SC_en^k-SC_ex^k)/n_reg*E_wc^k=0,000063м³

Рабочая объемная емкость катионита по наимение сорбируемому катиону

E_wck=a_k*E_gen^k-K_ion*q_k*SC_w^k=859г*экв/м³

Площадь катионитовых фильтров Fк,м²

F_k=q_w/n_f=1,42

Число катионитовых фильтров :рабочих –два ,резервный один.

Высота слоя загрузки 2,5 метра

Скорость фильтрования 8м/ч

Размер зерен ионита 0,3-0,8

Потери напора в фильтре 5,5 м

Интенсивность подачи воды 3-4 л/(с*м²)

Продолжительность взрыхления 0,25 ч

Регенерацию следует производить 7-10 % растворами кислот (соляной, серной)

Скорость пропуска регенерационного раствора £ 2 м/ч

Удельный расход ионированной воды составляет 2,5-3 м на 1м³ загрузки фильтра

Объем анионита W_an, м³ определяется анологично объему W_кат и составляет 5,9м³

Площадь фильтрации

F_an=24q_w/n_reg*t_f*n_f=7,6

где tf -продолжительность работы каждого фильтра и составляет

t_f=24/n_reg-(t₁+t₂+t₃)=1,8

Регенерацию анионитовых фильтров надлежит производить 4-6% растворами едкого натра, кальцинированной соды или аммиака; удельный расход реагента на регенерацию равен 2,5-3 мг*экв на 1 мг*экв сорбированных анионов.

После ионирования воды предусмотрены фильтры смешанного действия для глубокой очистки воды и регулирования величины pH ионированной воды.

Вывод

В ходе данной курсовой работы, я ознакомилась со сточными водами данного предприятия, с их характеристикой. Рассчитала нормативы сброса сточных вод (С_ПДС). По этим расчетам были сделаны выводы, от каких веществ необходимо очищать сточные воды данного предприятия. Подобрала схему очистки сточных вод, которая максимально подходит для этих вод, рассчитала сооружения механической очистки, для удаления взвешенных веществ. Также были рассчитаны сооружения биологической и физико-химической очисток. После трех видов очисток вода с предприятия соответствует нормам и ее можно сбрасывать в водный объект.

Список литературы

 

1.  Укрупнённые нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности – М: Стройиздат, 1982 г.

2.  Канализация населённых мест и предприятий. Редактор Самохин В.Н. – М: Стройиздат, 1981 г.

3.  СНиП 2.04.03-85 “Канализация. Наружные сети и сооружения”.

4.  Малые реки Украины. Яцик А.В.

5.  Проектирование сооружений для очистки сточных вод. Справочное пособие к СНиП – М.: Стройиздат,1980 г.