Методические указания и пример выполнения курсового проекта
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
КАФЕДРА ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
С.А. Алексеев
ПРОЕКТ УТИЛИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД
ТЕХНОГЕННОГО КОМПЛЕКСА
Методические указания к выполнению курсового проекта
по дисциплине "Утилизация сточных вод"
Санкт-Петербург
УДК
ББК
Рецензент: к.т.н., профессор Н.Н. Лимарь, кафедра Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики.
Алексеев С.А. Проект утилизации сточных вод техногенного комплекса: Методические указания к выполнению курсового проекта. - СПб.: СПГУВК, 2006. - 52с.
Рассмотрена задача создания замкнутой системы производственного водообеспечения техногенного комплекса. Даны указания по обоснованию и выбору такой схемы, технологических схем очистки сточных вод, расчёту характеристик процессов очистки сточных вод, сравнительной оценке эффективности использования водных ресурсов для исходного и проектного вариантов системы производственного водообеспечения техногенного комплекса. Приведены исходные данные, пример выполнения и правила оформления курсового проекта.
Предназначено для студентов 5-го курса гидротехнического факультета, обучающихся по специальности 320600 "Комплексное использование и охрана водных ресурсов".
УДК
ББК
Алексеев С.А., 2006.
Санкт-Петербургский государственный
Университет водных коммуникаций, 2006.
Содержание
Введение………………………………………………………………………....4
1. Методические указания и пример выполнения курсового проекта…….…6
2. Обработка исходных данных………………………………………………...8
2.1. Составление ситуационного плана-схемы техногенного комплекса…...8
2.2. Составление исходного варианта схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса……………………………………9
3. Разработка замкнутой системы производственного водообеспечения техногенного комплекса……………………………………………………….11
3.1. Общие рекомендации по обоснованию предлагаемого варианта схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса………….....11
3.2. Составление и обоснование проектируемого варианта балансовой схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса………….....15
4. Разработка технологических схем очистки сточных вод……....................20
Расчёт показателей качества совместно утилизируемых сточных вод…......20
Составление, обоснование и краткая характеристика технологических схем очистки утилизируемых сточных вод. Расчёт основных характеристик процессов очистки сточных вод…………………………………………….....21
5. Сравнительная оценка эффективности использования водных ресурсов в исходном и проектируемом вариантах системы производственного водообеспечения техногенного комплекса…………………………………....35
6. Исходные данные к курсовому проекту……………………………...…......38
Приложения……………………………………………………………...………50
Введение
В настоящее время остро встает вопрос о рациональном использовании водных ресурсов и снижении антропогенной нагрузки на водные объекты в связи с резким ухудшением качества воды в большинстве водоисточников. Особенно актуален этот вопрос для техногенных комплексов, где наблюдаются большие потери воды, при её использовании в технологических процессах и, зачастую, низкая эффективность работы очистных сооружений. Действенной мерой по исправлению такой ситуации является осуществление мероприятий по утилизации сточных вод на основе создания систем оборотного и повторно-последовательного водообеспечения, замкнутых систем водного хозяйства.
Целью выполнения курсового проекта является разработка замкнутой (бессбросной) системы производственного водообеспечения техногенного комплекса (промышленного предприятия, производства или группы производств, промузла).
Задачами выполнения курсового проекта является:
· анализ исходных данных;
· составление план-схемы техногенного комплекса;
· составление балансовой схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса для существующего варианта;
· составление нового (проектного) варианта схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса, разработанного на основе реализации принципов утилизации сточных вод, с обязательным обоснованием принятых решений;
· разработка технологических схем очистки сточных вод, в соответствии с предложенным вариантом схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса с обязательным обоснованием критериев выбора методов и технических средств обработки воды;
· расчёт основных характеристик процессов очистки сточных вод, в соответствии с требуемыми глубинами и степенями очистки;
· сравнительная оценка эффективности использования водных ресурсов для исходного и проектного вариантов схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса с обязательным анализом полученных результатов.
Результатом выполнения курсового проекта является составление замкнутой схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса. В этой схеме исключён сброс сточных вод в водный объект и значительно уменьшен расход воды, забираемой из источника водоснабжения.
Выполнение курсового проекта рассмотрено на примере.
Оформление курсового проекта производится в соответствии с установленными требованиями.
В связи с большим количеством справочного материала, который невозможно привести в рамках настоящих методических указаний в полном объёме, при выполнении курсового проекта рекомендуется использовать следующую литературу.
1. Алексеев С.А. Утилизация сточных вод: Учебное пособие (электронный вариант). СПб.: СПГУВК, 2006. – 197 с.
2. Алексеев С.А. Технология и техника обработки воды: Учебное пособие (электронный вариант). СПб.: СПГУВК, 2006. – 188 с.
3. Зубрилов С.П., Растрыгин Н.В. Охрана вод: Учебное пособие. В 3-х частях. СПб.: СПГУВК, 2001-2003.
4. Паль Л.Л. Справочник по очистке природных и сточных вод/ Л.Л. Пааль, Я.Я. Кару, Х.А. Мельдер.- М.: Высш. шк., 1994.- 336 с.
Методические указания и пример выполнения курсового проекта
Обработка исходных данных
В курсовом проекте решается задача создания замкнутой (бессбросной) системы производственного водообеспечения техногенного комплекса, включающего в себя 5 промышленных объектов. Принято, что на данный момент все объекты комплекса снабжаются водой из одного водоисточника (реки), который также является приемником сточных вод. Система водообеспечения техногенного комплекса характеризуется наличием одного водозабора, общей станции водоподготовки для всех объектов, общесплавной системой водоотведения с едиными очистными сооружениями и одним выпуском СВ. Исходные данные для проектирования представлены в таблицах №№ 1…6 (см. п. 1). На основании исходных данных составляются ситуационный план-схема и схема существующего варианта производственного водообеспечения техногенного комплекса.
Составление ситуационного плана-схемы техногенного комплекса
По данным таблицы 1 составляется ситуационный план-схема техногенного комплекса (рис. 1), на котором схематично, в произвольном масштабе, отображается водный объект, комплекс промышленных объектов, расположение водозабора и выпуска сточных вод относительно контрольного створа, водопроводные и канализационные очистные сооружения, а также даётся условное начертание сетей водоснабжения и водоотведения. На схеме также показываются использованные сокращения и условные обозначения.
Составление исходного варианта схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса
Аналогично п. 2.1. составляется балансовая схема производственного водообеспечения техногенного комплекса при существующих условиях его функционирования (рис.2). По данным таблиц 2 и 3 на полученной схеме в виде дроби указываем расходы (м3/час) подаваемой и отводимой воды (в числителе), а также коэффициенты неравномерности водопотребления и водоотведения (в знаменателе). В курсовом проекте условно принято, что значения этих коэффициентов для определенного потребителя равны между собой. Кроме того, на схеме указываются потери воды при её обработке на водопроводных и канализационных очистных сооружениях и при использовании в производственных процессах промышленными объектами. Потерями воды при её транспортировании по сетям водоснабжения и водоотведения в курсовом проекте пренебрегаем.
3. Разработка замкнутой системы производственного водообеспечения техногенного комплекса
Общие рекомендации по обоснованию предлагаемого варианта схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса
Обоснование должно включать (по каждому из производственных объектов):
1. Анализ возможности создания схемы оборотного водообеспечения.
2. Анализ возможности повторного использования сточных вод данного объекта на другом объекте (объектах) (после соответствующей обработки).
3. Анализ возможности смешения и совместной очистки сточных вод данного объекта со сточными водами другого (других) объекта (объектов).
4. Анализ возможных вариантов водоснабжения данного объекта.
Примечание. Начинать обоснование удобнее с того объекта (объектов), где целесообразна схема оборотного водообеспечения.
3.1.1. Анализ возможности создания схемы оборотного водообеспечения
Схема оборотного водообеспечения является целесообразной, если:
1. Расход сточных вод ≥ 80% расхода потребляемой воды (т.е. потери при использовании не велики).
2. Сточные воды данного объекта не содержат высоких концентраций трудноудаляемых загрязнений, для очистки воды от которых требуется применение дорогостоящих методов очистки (адсорбция, ионный обмен, мембранное разделение, реагентное окисление, экстракция, дистилляция и т.п.).
3. Качественный и/или количественный состав сточных вод данного объекта значительно отличается от состава сточных вод других объектов, что не позволяет объединить сточных вод данного объекта со сточными водами других объектов для совместной очистки.
4. Подача сточных вод данного объекта (после очистки) на другие объекты представляется нецелесообразной из-за значительной разницы в расходах или по концентрациям загрязняющих веществ.
5. Технология обработки сточных вод данного объекта заведомо будет существенно отличаться от технологии очистки сточных вод других объектов (например, возможно применение биохимических методов очистки или возможно применение хлорирования, тогда, как на других объектах можно применить только озонирование или требуется применение дорогостоящих методов очистки).
6. Подача свежей воды с водопроводных очистных сооружений или сточных вод других объектов на данный объект нецелесообразна (по расходам сточных вод или концентрациям загрязняющих веществ).
7. Данный объект территориально расположен на значительном удалении от других объектов или отделен от них естественными или искусственными барьерами (водораздел, значительный перепад высот, железная дорога и т.п.).
Примечание.При обосновании приводятся конкретные цифры, доказывающие правильность того или иного аргумента.
3.1.2. Анализ возможности повторного использования сточных вод
Повторное использование сточных вод данного объекта на другом объекте (после очистки) целесообразно, если:
1. Нецелесообразна схема оборотного водообеспечения.
2. Расход сточных вод данного объекта не очень сильно (до 20…30%) отличается от расхода воды, потребляемой на том объекте, где предлагается использовать сточные воды данного объекта.
3. Расход сточных вод данного объекта значительно меньше расхода воды, потребляемой на другом объекте, но сточные воды данного объекта можно использовать для восполнения потерь в системе оборотного или повторного водообеспечения другого объекта.
4. При подаче сточных вод данного объекта не требуется применение дорогостоящих методов очистки.
5. Представляется целесообразной совместная очистка сточных вод данного объекта со сточными водами другого объекта и подача их на эти же или другие объекты (т.е. возможны схемы повторно-оборотного или повторно-последовательного водообеспечения).
6. Является целесообразным снабжение данного объекта свежей водой с водопроводных очистных сооружений или очищенными сточными водами другого объекта.
7. Территориальное размещение объекта не препятствует подаче на него сточных вод другого объекта.
3.1.3. Анализ возможности смешения и совместной обработки сточных вод разных объектов
Совместная обработка сточных вод разных объектов целесообразна, если:
1. Сточные воды по расходам и коэффициентам неравномерности отличаются не более, чем на 20% и при выполнении последующих условий.
2. Качественный состав сточных вод одинаковый или очень близкий, причем различие в составе стоков не подразумевает изменения технологии их обработки.
3. Количественный состав сточных вод отличается не более чем на 20(25)%.
Совместная обработка сточных вод разных объектов возможна, если:
1. Сточные воды отличаются по многим критериям, указанным в п.1.1., но это не приводит к изменению технологии их обработки (т.е. несмотря на разные расходы и состав сточных вод, достичь требуемых параметров очистки можно одними и теми же экономически выгодными методами, а совместная обработка не приведет к увеличению себестоимости очистки).
2. При смешении разных по количеству, коэффициентам неравномерности, качественно-количественному составу сточных вод удается достичь упрощения или удешевления технологии их обработки за счет разбавления низко концентрированными стоками высококонцентрированных, взаимной нейтрализации сточных вод (если в них нет веществ, могущих привести при смешении сточных вод к образованию токсичных, взрывоопасных или трудноудаляемых соединений), становится возможным применение экономически наиболее выгодных методов очистки, исключается применение дорогостоящих методов.
3. Если предусматривается подача сточных вод на объект, требования к качеству воды на котором не влияют на возможность смешения стоков (т.е. изменение качественно-количественного состава смешанных сточных вод не ведет к усложнению или удорожанию технологии извлечения загрязняющих веществ, не увеличивается количество показателей качества воды, по которым требуется производить очистку).
4. Территориально объекты расположены поблизости друг от друга и не отделены естественными или искусственными барьерами.
3.1.4 Анализ возможных вариантов водообеспечения объекта
1. Требования к качеству воды, потребляемой на данном объекте, очень жесткие. В этом случае, объект целесообразно запитать свежей водой с водопроводных очистных сооружений, а его очищенные сточные воды использовать для водоснабжения другого объекта (объектов), на котором менее жесткие требования к качеству потребляемой воды или для восполнения потерь в системе повторного или оборотного водообеспечения других объектов.
2. Требования к качеству воды, потребляемой на данном объекте, очень низкие. Тогда целесообразно запитать этот объект предварительно очищенными сточными водами с самой высокой концентрацией загрязняющих веществ.
3. Требования к качеству воды, потребляемой на данном объекте, по большинству и по наиболее трудно- и дорогостояще удаляемым показателям совпадают с показателями качества сточных вод данного объекта. Тогда, целесообразна схема оборотного водообеспечения.
4. Требования к качеству воды, потребляемой на данном объекте, по большинству и по наиболее трудно- и дорогостояще удаляемым показателям совпадают с показателями качества сточных вод другого объекта. Тогда, целесообразна схема повторного водообеспечения.
Составление и обоснование проектируемого варианта балансовой схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса
Для решения поставленной задачи показатели качества сточных вод от промышленных объектов сравниваются с требованиями, предъявляемые к качеству воды, подаваемой на эти объекты. Исходя из принципа близости качественно-количественного состава и расходов сточных вод, разрабатывается проектный вариант схемы производственного водообеспечения техногенного комплекса.
3.2.1. Промышленный объект №5
Рассмотрим промышленный объект №5. Глядя на расходы подаваемой и отводимой воды, можем сказать, что на данном объекте расход сточных вод составляет более 85% расхода потребляемой воды (т.е. потери при использовании не велики), что говорит нам о возможности создания здесь оборотного водообеспечения. Анализируя качественно-количественный состав подаваемой и отводимой воды ПО №5, видим полное отсутствие хлоридов и сульфатов в обоих случаях. Так же можем отметить полное отсутствие в сточных водах аммонийного азота, невысокие концентрации ионов металлов и нефтепродуктов. Следовательно, мы можем попытаться внедрить здесь систему оборотного водообеспечения. Это подтверждается еще и невысокими затратами на отчистку сточных вод перед оборотным использованием (очистку следует провести лишь по следующим показателям качества: ВВ, БПК, ХПК, нефтепродукты и ионы железа, для которых, скорее всего, не придется применять ионный обмен из-за их низкой концентрации). В качестве подпиточной воды будем использовать воду с ВОС, по причине жестких требований предъявляемых к качеству подаваемой воды (полное отсутствие хлоридов, сульфатов, нефтепродуктов, низкие концентрации ионов металлов) и нецелесообразности повторного использования сточных вод других объектов, которые имели бы более высокие затраты на очистку стоков, чем очистка сточных вод ПО №5.
Предварительная схема водообеспечения ПП №5 представлена на рис.3.
3.1.2. Промышленные объекты №2 и №4
Рассматривая ПО № 4, можем отметить схожую ситуацию с ПО №5, т.е. расходы подаваемых и отводимых вод позволяют использовать оборотную систему. Говоря о качественно-количественном составе подаваемых и отводимых вод, видим, что в сточных водах в больших концентрациях присутствуют хлориды и сульфаты, от которых придется избавляться при подаче этих стоков на другие объекты (что проблематично из-за больших концентраций), и для которых необходимость очистки отпадает при оборотном использовании, т.к. их концентрации не нормируются в подаваемой воде. Таким образом, если будем внедрять оборотную систему, то СВ следует очищать лишь следующим, показателям качества: ВВ, БПК, ХПК, нефтепродукты и ионы железа, для которого, предположительно, не придется использовать ионный обмен из-за их невысокой концентрации. А вот в качестве подпиточной воды для этого объекта целесообразней применить стоки с других объектов, 
т.к. к этому объекту предъявляются самые низкие требования к качеству подаваемой воды и нецелесообразно подпитывать его водой с ВОС. Сюда можно направить стоки с объекта №2, т.к. они удовлетворяют по величине расхода воды, и в этих стоках придется понизить лишь только концентрации ВВ, БПК и ХПК, что требует меньших затрат по сравнению с очисткой сточных вод от объектов №1 и №3.
Далее объект №2. Требования, предъявляемые к качеству подаваемой воды, здесь самые высокие (полное отсутствие ионов металлов), следовательно, данный объект будем, питать водой с ВОС. О стоках этого объекта уже говорилось ранее (они полностью направляются на ПО №4 после локальной очистки).
Предварительная схема водообеспечения ПО №2 и №4 представлена на рис. 4.
3.1.3. Промышленные объекты №1 и №3
Далее, рассматривая объекты №1 и №3, видим возможность смешения их сточных вод. Расходы СВ и коэффициенты неравномерности отличаются незначительно, схожесть качественного и количественного составов и подобная технология обработка сточных вод -все это позволяет использовать смешение стоков. Смешенные стоки мы можем направить на объект №3, где более низкие требования к качеству воды по сравнению с объектом №1, этому же сопутствует равенство расхода смешанных сточных вод и подаваемой воды на объект №3. Еще, исходя из низких требований, предъявляемых к подаваемой воде на объект №3, заметим что, очистка смешанных стоков будет требовать меньших затрат, нежели очистка СВ при подаче этих стоков на объект №1.
Для того чтобы обеспечить объект №1 свежей водой, используем воду с ВОС, т.к. стоки с остальных объектов уже распределены и к воде подаваемой на этот объект предъявляются средние требования. Конечно, мы могли бы запитать объект №1 стоками с объекта №5, но это нецелесообразно по причине большого расстояния между этими объектами (сложность и большие затраты проведения водопроводных сетей), и большой разницы в расходах СВ объекта №5 и подаваемой воды на объект №1.
Схема водообеспечения ПО №1 и№3 представлена на рис.5.
Предлагаемая балансовая схема производственного водообеспечения техногенного комплекса представлена на рис. 6.
Рис. 6. Балансовая схема производственного водообеспечения техногенного комплекса (проектируемый вариант).