Тема роботи: Визначення необхідного ступеня очищення стічних вод

Мета: ознайомитися з методикою оцінки необхідного ступеня очищення стічних вод.

Теоретичні відомості

Стічні води, що виводяться з території підприємства, умовно розділяються на три групи:

· виробничі - використовуються у технологічних процесах;

· побутові - із санітарних вузлів, душових установок, їдалень тощо;

· атмосферні - дощові води та води від танення снігу тощо.

Для стічних вод промислових підприємств характерні чотири групи домішок:

· суспензії, емульсії та патогенні мікроорганізми, спричиняють каламутність води;

· колоїдні розчини, сприяють процесам окислення та зміні кольору води;

· молекулярні розчини (розчинені у воді гази, розчинники, розріджувачі), зумовлюють неприємний смак і запах води;

· йонні розчини – електроліти - мінералізують воду.

Розрізняють наступні види забруднення стічних вод:

· хімічне забруднення, є наслідком потрапляння у воду хімічних шкідливих домішок органічної та неорганічної природи (фанерні, опоряджувальні цехи, цехи ДСП, ДВП та ін.);

· фізичне забруднення, як наслідок надходження у воду нерозчинних суспензій домішок (пісок, тирса, відходи синтетичних смол), радіоактивних речовин тощо (лісопильні, фанерні корувальні цехи, цехи ДСП, ДВП, ДШП та ін.);

· теплове забруднення, виникає при подачі у водоймища стічних вод з підвищеною температурою (сушильні, фанерні цехи, цехи ДСП, ДВП, ДШП, котельні агрегати та ін.);

· біологічне забруднення, що спричиняється надходженням у воду різних видів мікроорганізмів (санвузли, душові, їдальні та ін.).

Очищення виробничих стічних вод на промислових підприємствах може здійснюватися шляхом:

· очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;

· очищення стічних вод після їх забруднення на заводських, надалі на міських очисних спорудах з наступним випуском їх у водоймища;

· безперервне очищення виробничих стічних вод і розчинів у локальних очисних спорудах протягом певного часу, після чого вони передаються в обіг, і лише після з’ясування неможливості регенерації усереднюються і передаються на заводські очисні споруди та утилізуються.

Основні способи очищення виробничих стічних вод поділяються на: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні та комплексні.

Необхідний ступінь очищення виробничих стічних вод визначають за наступниками показниками:

· вмістом шкідливих речовин (домішок) у стічних водах;

· кількістю зважених речовин у стічних водах;

· кислотністю, температурою, запахом, забарвленням і вмістом мінеральних солей у стічних водах.

Розглядаючи вищезгадані показники, які враховуються при визначенні необхідного ступеня очищення стічних вод, вважають, що найважливішим із них є вміст шкідливих речовин (домішок) у стічних водах.

Необхідний ступінь очищення стічних вод перед скиданням їх у водоймища з урахуванням наступних факторів визначають за:

а) вмістом шкідливих речовин (домішок):

, (1.1)

де S_bm - необхідний ступінь очищення стічних вод, визначений за допустимим вмістом в них шкідливих речовин, %;

С - фактична концентрація забруднювальних речовин у стічній воді до її очищення, мг/л;

б) допустимою температурою стічних вод:

(1.2)

де Т_б - температура води перед її очищенням, t °С_;

Т_доп - допустима температура стічної води після її охолодження:

°С, (1.3)

в) зміни активної реакції води та концентрації кислот і лугів:

100% (1.4)

де pH - водневий показник (кислотність) стічної води до її очищення;

рН_доп - допустимий водневий показник стічної води після її очищення.

Методика оцінки необхідного ступеня очищення стічних вод

1.У ємності, об’ємом 2-3 л налити водопровідної води. Заміряти її температуру, кислотність і концентрацію шкідливих домішок.

2. Додати у воду шкідливі домішки (формальдегід, розчинники тощо).

3. Підготувати ємність із фільтром.

4. Профільтрувати досліджувану воду.

5. Заміряти температуру, кислотність і концентрацію у очищеній воді.

6. Визначити за відомими формулами необхідний ступінь очищення води.

7. Дані вимірювань та розрахунківзанести у таблицю.

Завдання

Визначити необхідний ступінь очищення води за відомими вихідними даними:

Практична робота №13

Тема: Розрахунок умов очищення стічних вод методом реагентної нейтралізації

Мета: ознайомитися з процедурою розрахунку умов очищення стічних вод методом реагентної нейтралізації; навчитися здійснювати розрахунок.

Теоретичні відомості

Хімічне очищення стічних вод проводиться з метою видалення розчинних речовин і змулених частинок. Його проводять перед подачею стічних вод на біологічне очищення або для доочищення стічних вод за такими методами: нейтралізація, коагулювання і флокулювання, окислення та відновлення.

Нейтралізація - це хімічна реакція між двома речовинами з властивостями кислоти та лугу, в результаті якої відбувається втрата характерних властивостей обох речовин. Їй піддають зазвичай стічні води, що містять мінеральні кислоти і луги. Нейтралізовані води повинні мати рН = 6,5-8,5.

Нині існує декілька способів нейтралізації: взаємна нейтралізація кислих і лужних стічних вод; нейтралізація реагентами; фільтрування через нейтралізаційні матеріали.

Вибір способу нейтралізації визначається за такими факторами: видом та концентрацією кислот або основ, що забруднюють стічні води, витратою і режимом надходження стічних вод на нейтралізацію, наявністю реагентів тощо.

Метод взаємної нейтралізації кислих і лужних стічних вод використовують тоді, коли на одному хімічному підприємстві (частіше на сусідніх підприємствах) є кислі та лужні стічні води. Оскільки режими скидання стічних вод неоднакові, то передбачають установлення регулюючих та усереднюючих пристроїв, за допомогою яких забезпечується максимальне використання лужних та кислих компонентів стічних вод. У результаті цього в каналізацію рівномірно випускаються нейтралізаційні води.

У хімічній промисловості здебільшого застосовується метод нейтралізації реагентами. Його використовують на підприємствах, що мають або кислі, або лужні стічні води. Як реагенти використовують гідроксиди натрію, калію, соду, аміачну воду, карбонати кальцію, магнію, доломіт, цемент, вапняне молоко із вмістом активного вапна до 10%, відходи виробництва, наприклад, води виробництва сірчаної кислоти тощо. Вибір реагенту для нейтралізації залежить від виду кислот або основ, їх концентрації, розчинності солей, що утворяться під час нейтралізації.

Кислотовмісні стічні води поділяють на три види: зі слабкою кислотою (вугільною, оцтовою); із сильною кислотою (соляною, азотною); із сірчаною та сірчистою.

Нейтралізацію соляно-кислотних і азотно-кислотних стічних вод проводять основними реагентами, зокрема вапняним молоком. Нейтралізацію сірчано-кислотних стічних вод теж можна проводити вапняним молоком. Для запобігання забиванню трубопроводу сульфатом кальцію, що утворюється, до стічних вод додають пом’якшувач гексаметафосфат.

Реагентну нейтралізацію виробничих стічних вод проводять на нейтралізаційних установках або станціях, що складаються з резервуарів усереднювачів, складів нейтралізаційних агентів, баків для готування робочих розчинів реагентів, дозаторів робочих розчинів, нейтралізаторів, відстійників, осадоущільнювачів, споруджень для знешкодження осадів, пристрою для контролювання процесу нейтралізації.

Методика розрахунку очищення стічних вод
методом реагентної нейтралізації

Важливим параметром, що характеризує процес очищення стічних вод шляхом реагентної нейтралізації, є доза реагенту, яку визначають із умови повної нейтралізації наявних у стічних водах кислот або лугів і приймають на 10% більше, ніж розрахункова. В даний час існують норми витрати широко розповсюджених реагентів для нейтралізації кислот та лугів (табл. 1).

Необхідно відзначити, що у кислих та лужних водах практично завжди присутні іони металів. Тому дозу реагенту для нейтралізації необхідно визначати з урахуванням виділення в осад солей важких металів (табл. 2).

Таблиця 1.

Витрата реагентів (кг/кг) для нейтралізації 100%-их кислот і лугів

Примітка. Над рискою зазначено витрату лугу, а під рискою - витрату кислоти.

Таблиця 2. Витрата реагентів (кг/кг) для видалення металів

За табл. 1 визначають дозу реагенту, що необхідно для нейтралізації (кг/кг) кислоти або лугу в стічній воді.

Далі розраховують кількість реагенту (кг) для нейтралізації стічних вод хімічного підприємства:

( 1)

де К - коефіцієнт запасу витрати реагенту у порівнянні з теоретичним; для вапняного молока його беруть 1,1, а для сухого вапна - 1,25;

В - кількість активної частинки у товарному продукті, %;

Q- кількість стічних вод, що підлягає нейтралізації, м³;

А- концентрація кислоти або лугу кг/м³;

d - витрата реагенту, кг/кг.

При нейтралізації кислих стічних вод, що містять важкі метали, визначають додаткову витрату реагенту для видалення металів (дозу реагенту з табл. 2):

(2)

де С₁,...С_п- концентрація металів у стічних водах, кг/м³;

В₁,...В_п - витрата реагентів, необхідних для переведення металів з розчиненого стану в осад, кг/кг.

Загальна витрата реагентів на нейтралізацію складається з витрати на нейтралізацію кислот або лугів і витрати на видалення металів.

Задача 1

Розрахувати кількість гашеного вапна, необхідного для нейтралізації стічних вод, що надходять після травлення чорних металів сірчаною кислотою. При нейтралізації протікають реакції:

Н₂SO₄ + Са(BIН)₂ → СаSO₄ + 2 Н₂ПРО;

FеSO₄ + Са(ВІН)₂ → Fе(ВІН)₂ + СаSO₄

Вихідні дані

Кількість стічних вод, що піддаються нейтралізації, 1000 м³; концентрація сірчаної кислоти у свічній воді 5,8 кг/м³; концентрація сульфату заліза у стічній воді 0,16 кг/м³; вміст активної частки у використовуваному реагенті - 90%.

Задача 2

Розрахувати кількість негашеного вапна для нейтралізації виробничих стічних вод, що містять оцтову кислоту.

Вихідні дані

Кількість стічних вод, що йдуть на нейтралізацію, 2500 м³; концентрація кислоти у стічній воді 1%; вміст активної частки в негашеному вапні - 85%.

Практична робота №14

Тема: Розрахунок устаткування для очищення стічних вод методом іонного обміну

Мета: ознайомитися з методикою і навчитися здійснювати розрахунок устаткування для очищення стічних вод методом іонного обміну.

Теоретичні відомості

Очищення виробничих стічних вод передбачає широке використання фізико-хімічних методів очищення стічних вод. Їх призначення - видалення із стічних вод тонко-диспергованих твердих або рідких частинок, неорганічних та органічних речовин, розчинених газів. Фізико-хімічні методи очищення застосовуються як самостійно, так і в поєднанні з механічними, хімічними, біологічними методами.

Найбільш розповсюдженими з фізико-хімічних методів є флотація, адсорбційне очищення, іонний обмін, екстракція, випарювання, ректифікація, кристалізація. Важливе місце серед зазначених методів займає іонний обмін.

Іонний обмін - це процес обміну між іонами, що знаходяться в розчині, і іонами, присутніми на поверхні іоніту. За допомогою іонного обміну із стічних вод вилучають цінні домішки, радіоактивні та поверхнево- активні речовини й очищають стічні води до гранично допустимих концентрацій з подальшим використанням вод у технологічних процесах.

За знаком заряду іонів іоніти поділяють на катіоніти та аніоніти. Іоніти поділяють на природні і штучні. Провідне значення належить синтетичним іонітам - іонообмінним смолам.

Розрізняють такі види іонітів.

1. Сильнокислотні катіоніти, що містять сульфогрупи, і сильноосновні іоніти, що містять четвертинні амонієві основи.

2. Слабокислотні катіоніти, що містять карбоксильні групи і фенольні групи, дисоціюють за рН>7, а також слабоосновні аніоніти, що містять аміногрупи і іміногрупи, дисоціюють за рН <7.

3. Іоніти змішаного типу, що виявляють властивості суміші сильних та слабких кислот, основ.

Основною властивістю іонітів є обмінна ємкість. Повна обмінна ємкість - це кількість грам-еквівалентів іонів, які знаходяться у воді, що може поглинути 1 м³ іоніту до повного насичення. Окрім повної обмінної ємкості, існує робоча обмінна ємкість іоніту, тобто кількість грам-еквівалентів іонітів, що знаходяться у воді, що може поглинути 1 м³ іоніту до початку проскакування у фільтрат іонів, що поглинаються.

Механізм іонного обміну описується моделлю пограничного дифузійного шару, згідно з якою іонний обмін протікає в декілька стадій. Вони включають дифузію іонів із розчинів через пограничну плівку рідини до поверхні іоніту, дифузію іонітів усередину зерна іоніту, хімічну реакцію обміну іонів, дифузію витиснутих протиіонів з об’єму зерна на його поверхню і дифузію протиіоніаз поверхні іоніту у розчин.

Із сильнокислотних катіонів для очищення стічних вод використовують штучні катіони КУ-1, КУ-2, а з сильноосновних катіонітів - АВ-17, АВ-16 т. ін.

Для очищення стічних вод методом іонного обміну використовують апарати безперервної та періодичної дії зі суспендованим шаром іоніту і стаціонарним шаром. Широко поширеними є іонообмінні колони з псевдо- зрідженим шаром іоніту.

Методика розрахунку устаткування для очищення стічних вод методом іонного обміну

Під час визначення основних параметрів устаткування, що складається з іонообмінних колон, спочатку розраховують сумарну площу перерізу іонообмінних колон (м²):

(1)

де Q- витрата стічних вод, м³/год ;

V_опт - оптимальна швидкість фільтрації, м³/м² год.

Далі визначають загальну кількість іонів, що повинна бути затримана в іонообмінній колоні за 1 год (кг екв/год):

(2)

де С_н, С_к- початкова і кінцева концентрації іонів, кг екв/м³

Розрахувавши загальну кількість іонів, знаходять витрату повітряно- сухого іоніту із заданою динамічною ємкістю для поглинання відомої кількості іонів (т/год):

(3)

де Е_q - динамічна обмінна ємкість іоніту, кг екв/м³ .

Далі, прийнявши, що оптимальна сумарна площа іонообмінних колон між двома регенераціями дорівнює S, визначають завантаження колон (т):

(4)

Тоді об’єм завантаження іонообмінних колон дo утворення супендованого шару (м³) може бути знайдено за формулою:

(5)

де d_н - насипна щільність іоніту, т/м³.

Використовуючи об’єм завантаження колон іонітом, знаходять висоту набухлого шару іоніту до псевдозрідження (м):

(6)

Оскільки встановлено, що оптимальне відношення висоти суспендованого шару до висоти нерухомого шару дорівнює 1,5, то висоту суспендованого шару іоніту (м) розраховують за допомогою формули:

(7)

Після цього, задавшись діаметром колони, визначають кількість іонообмінних колон, що входять до складу устаткування для очищення стічних вод:

(8)

Задача 1

Визначити кількість та основні параметри іонообмінних колон, що входять до складу устаткування для очищення стічних вод методом іонного обміну.

Вихідні дані

Витрати стічних вод 1000 м³/год; початкова концентрація іонів у стічній воді 20 мг-екв/л, кінцева концентрація іонів у воді 0,05 мг-екв/л. динамічна обмінна ємкість іойіту 360 мг-екв/л, діаметр колони 1,0 м.

Задача 2

Визначити оптимальну сумарну площу іонообмінних колон між двома регенераціями, використовуваних для очищення стічних вод.

Вихідні дані

Витрата стічних вод 700 м³/год; іонітом служить катіоніт КУ-1; початкова концентрація іонів у стічній воді 8 мг-екв/л; кінцева концентрація іонів у стічній воді 0,02 мг-екв/л.

Практична робота №15

Тема: Розрахунок біологічних ставків з природною і штучною аерацією для очищення і доочищення стічних вод

Мета: ознайомитися з методикою та навчитися здійснювати розрахунок біологічних ставків з природною і штучною аерацією для очищення і доочищення стічних вод.

Теоретичні відомості

Біохімічні методи очищення стічних вод засновані на здатності мікроорганізмів використовувати у процесі своєї життєдіяльності як джерело карбону органічні речовини та деякі неорганічні сполуки. Ці способи знайшли широке застосування на підприємствах хімічної промисловості.

У процесі біохімічного очищення мікроорганізми частково роз’єднують органічні речовини. Продуктами роз’єднання, тобто біохімічного окислювання, є вода, діоксид карбону, нітрит, сульфат-іони тощо. Частина органічних речовин, що не піддається окислюванню йде на утворення біомаси - активного мулу або біоплівки, тобто витрачається у процесі біосинтезу.

З біохімічних методів у технології використовують аеробні й анаеробні способи очищення стічних вод. Аеробні способи засновані на використанні аеробних мікроорганізмів, для життєдіяльності яких необхідний приплив кисню, а також температура 20-40°С. Анаеробні методи (зброджування) протікають без доступу кисню. Тут органічні речовини роз’єднуються анаеробними мікроорганізмами. Найбільшою поширення знайшов аеробний шлях очищення стічних вод.

Сучасна технологія біологічного очищення заснована на безперервному культивуванні мікроорганізмів, які під час аеробного очищення культивуються в активному мулі або біоплівці. Склад активного мулу або біоплівки визначається природою домішок стічних вод, умовами біологічного очищення. Активний мул - це амфотерний колоїд, що становить дрібні пластівці від світлого до темно-коричневого кольору. Пластівці складаються з багатошарово розташованих кліток. Біоплівка утворюється на частинках наповнювача і становить слизуваті утворення товщиною 1-3 мм.

Активний мул включає комплекс мікроорганізмів різних груп, наприклад бактерій, грибків. Між цими мікроорганізмами складаються або ворожі, або взаємокорисні відносини. В активному мулі спостерігається явище метабіозу, коли продукти життєдіяльності одних мікробів є джерелом харчування для інших.

Біоплівка має бактеріальний склад, що змінюється по висоті. Поверхневий шар біоплівки складається головним чином зі скупчень бактерій та грибків. У біоплівці виявлено такі ж мікроорганізми, що й у активному мулі.

Аеробні методи очищення стічних вод на хімічних підприємствах проводять у природних умовах або в штучних спорудженнях. У природних умовах біохімічне очищення проводять на полях зрошення, біохімічних ставках. Штучними очисними спорудженнями є аеротенки, біофільтри тощо. Вибір шляхів очищення визначається об’ємом промислових стічних вод, концентрацією домішок, характером кліматичних умов, місцезнаходженням підприємства тощо.

Біологічні ставки - це штучно створені водойми, у яких для очищення стічних вод використовують природні процеси. Вони призначаються для очищення, а також для доочищення стічних вод підприємств хімічної і нафтохімічної промисловості.

Біологічні ставки становлять каскад із трьох або п’яти ставків, крізь які з невеликою швидкістю протікає попередньо очищена стічна вода. У ставках під дією бактерій відбувається окислення органічних домішок. Продукти, що утворюються, під дією фотосинтезу можуть засвоюватися мікроводоростями.

Розрізняють біологічні ставки аеробні й анаеробні. Аеробні ставки поділяються на ставки з природною та штучною аерацією. Штучну аерацію проводять за допомогою механічних аераторів або шляхом продувки повітря крізь товщу води. Для більшого прогрівання води, її освітлення й аерації ставки з природною аерацією є неглибокими (1 м). За наявності штучних аераторів глибину збільшують до 3 м, щоб запобігти розмиванню дна ставків.

Період окислення органічних речовин у ставках із природною аерацією складає 60-66 діб, а-в ставках зі штучною аерацією - 11-24 доби.

Методика розрахунку біологічних ставків для очищення і доочищення стічних вод

Розрахунок біологічних ставків із природною аерацією, призначених для очищення і доочищення стічних вод, проводять згідно з методикою.

Період перебування стічної води у ставку (с) знаходять за формулою:

(1)

де К₁| - константа швидкості процесу, названа коефіцієнтом неконсервативності, с^-1 ;

L₀, L₁ - біологічне споживання кисню (повне) води, відповідно, що надходить і що виходить зі ставка, мг/л.

Формула (1) справедлива для L_o = 300 мг/л. Якщо біологічне споживання кисню стічної води, що надходить, більше 300 мг/л, то його приймають за 300 мг/л, а у формулу (1) вводять поправку. Тоді період перебування стічної води у ставку (с) буде визначатися за формулою:

(2)

де L_н - біологічне споживання кисню (повне) води, що надходить у ставок;

Ко - коефіцієнт неконсервативності в реакціях нульового і перехідного порядку.

Необхідно відзначити, що значення коефіцієнта неконсервативності для кожного виду стічних вод приймають за експериментальними даними.

Значення біологічного споживання кисню визначають у склянках, приймаючи, що швидкості окислення у склянці і ставку однакові.

Визначивши за формулою (1) чи (2) час до необхідного рівня очищення, розраховують загальний необхідний об’єм системи, приймаючи, що у водоймах з уповільненим плином води активна зона складає 40-60% від загального об’єму біологічного ставка з природною аерацією.

Розрахунок біологічних ставків зі штучною аерацією зводиться до знаходження числа ступенів окислення і необхідної витрати повітря на аераціюсистеми.

Якщо ставки використовують для доочищення стічних вод, то місткість однієї секції приймають виходячи з 1,5 - 2-добового перебування в ній води. Для цього знаходять параметр β, що характеризує швидкість окислювання у залежності від властивостей стічної води:

(3)

де К_д - коефіцієнт неконсервативності у динамічних умовах, К_д= К₁ (5-7);

W - об’єм ступеня;

q - добова витрата стічної води.

Далі визначають число ступенів біологічного ставка:

(4)

де L_п - біологічне споживання кисню (повне) води, що виходить із системи ставків, значення якого задається при розрахунку;

L₀ - біологічне споживання кисню (повне) стічної води, що надходить.

Якщо об’єми ступенів біологічного ставка неоднакові, то при розрахунку знаходять послідовно якість води, що виходить з кожного ступеня. Потім розраховують питому витрату повітря на 1 м стічної води, що перевищує в і-му ступені, для пневматичної системи аерації:

(5)

де Z - питома витрата кисню (приймають 1,8-2 мг/мг);

L_i-1 - біологічне споживання кисню (повне) води, що надходить на і-ий ступінь;

L_i - біологічне споживання кисню (повне) води, що виходить з і-ого ступеня;

B - фактичний вміст кисню у воді і-го ступеня (приймають за 2-3 мг/л);

B_о - вміст кисню у воді, що надходить у і-ий ступінь;

К₁ - коефіцієнт, що враховує заглиблення аератора;

К - коефіцієнт використання повітря, що залежить від типу аератора;

n₁ - коефіцієнт врахування температури;

n₂ - коефіцієнт врахування складу води (при доочищенні n₂ = 0,9);

d - розчинність кисню у воді за умов очищення води.

Визначивши питому витрату повітря, знаходять загальну витрату повітря у біологічному ставку.

Загальну витрату повітря визначають як суму кількості повітря, що потребується для кожного ступеня.

Задача 1

Визначити константу швидкості процесу окислювання стічної води у біологічному ставку з природною аерацією.

Вихідні дані

Повне біологічне споживання кисню стічної води, що надходить, прийняти за 250 мг/л; повне біологічне споживання кисню вихідної води 10 мг/л; тривалість перебування стічної води у ставку 61 доба.

Задача 2

Розрахувати число ступенів біологічного ставка зі штучною аерацією, призначеного для доочищення стічних вод нафтопереробного заводу.

Вихідні дані

Об’єм одного ступеня 200 м³; добова витрата стічної води 900 м³; повне біологічне споживання кисню стічної води, що надходить, 280 мг/л; коефіцієнт неконсервативності у динамічних умовах прийняти за 5 К₁; повне біологічне споживання кисню стічної води після очищення 5 мг/л.

Практична робота № 16

• ⇐ Назад
• 33
• 34
• 35
• 36
• 37
• 38
• 394041
• 42
• 43
• 44
• 45
• 46
• 47
• 48
• Далее ⇒