Проблемы предотвращения негативного антропогенного воздействия на окружающую среду, в том числе проблемы защиты водоемов от загрязнения сточными водами, с каждым годом становятся все актуальнее. В решении этих проблем наряду с созданием природоохранной нормативно-правовой базы, совершенствованием технологических процессов и производственного оборудования важная роль отводится разработке и внедрению систем очистки сточных вод.

Выбор и разработка высокоэффективных методов очистки стоков являются сложной инженерной задачей.

Под очисткой сточных вод подразумевается их обработка различными методами с целью разрушения или извлечения содержащихся в них минеральных и органических веществ до степени, позволяющей сбрасывать эти воды в водоёмы или повторно их использовать. К очистке воды относится также ее обезвреживание и обеззараживание, удаление вредных для человека, животных или растений веществ и устранение из воды болезнетворных микробов и вирусов.

В данной курсовой работе разработана технология очистки сточных вод от гальванического и травильного производств, рассчитано технологическое оборудование (расчет основных характеристик аппаратов водоочистки) и разработана схема очистки сточных вод. Также будет разработано оборудование для обработки осадка и приведен чертёж одного из аппаратов водоочистки.

1 Разработка функциональной схемы для очистки сточных вод

Сначала сточные воды проходят очистку по отдельности.

Сточные воды гальванического производства поступают в усреднитель, где происходит их усреднение. После усреднения они направляются в отстойники, где улавливаются минеральные нерастворимые загрязнения. После очистки воды в отстойниках образуется осадок, который выгружается с определенной периодичностью и направляется на уплотнение в гравитационный илоуплотнитель, а затем на захоронение.

Сточные воды травильного производства сначала поступают в песколовки для выделения из них минеральных частиц с гидравлической крупностью не менее , а затем в усреднитель, так как эти воды характеризуются неравномерностью состава. Далее сточные воды поступают в вертикальный смеситель, где происходит их смешение с реагентами. После смесителя воды направляются в нейтрализатор, а уже затем в отстойники, где происходит удаление из них осадка. Осадки, образующиеся после очистки сточных вод в песколовках, нейтрализаторах и отстойниках объединяются в один трубопровод и направляются на шламовые площадки.

После того, как сточные воды прошли очистку по отдельности, они объединяются. Для этого устанавливается промежуточная емкость для смешения сточных вод гальванического и травильного производств.

Объединенный поток поступает на механические фильтры с зернистой загрузкой для глубокой очистки после отстаивания. Пройдя через механические фильтры, вода поступает на ионообменную очистку в ионообменные фильтры. Здесь происходит извлечение из сточных вод катионов сильных оснований и анионов сильных кислот.

Очищенная вода собирается в сборной емкости, а затем либо используется в качестве оборотной для промывки фильтров, либо направляется в производство.

Функциональная схема очистки сточных вод представлена на рис. 1.

Рисунок 1 − Функциональная схема очистки сточных вод

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АППАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

2.1 Расчет аппаратов для очистки сточных вод гальванического производства

2.1.1 Расчет усреднителей

В составе очистных сооружений для очисткисточных вод гальванического производства предусматриваем усреднитель концентраций проточного типа, который выполняется в виде многокоридорного резервуара.

Принцип действия такого усреднителя основан на дифференцировании потока, который, поступая в аппарат, делится на ряд струй, протекающих по коридору разной длины. В результате в сборном лотке смешиваются струи воды с различной концентрацией примесей, поступившие в аппарат в различное время.

Расчёт усреднителей представлен в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

1. Рассчитываем коэффициент усреднения:

,

где − максимальная концентрация загрязнений в сбросе;

− средняя концентрация загрязнений в сбросе;

− допустимая концентрация загрязнений в сбросе из условия нормальной работы последующих очистных сооружений.

2. Определим суммарный объем аппаратов при залповом сбросе:

,

где − средний часовой расход сточных вод гальванического производства;

− период залпового сброса.

3. Установим 2 усреднителя. Объем каждого из них:

,

где − число усреднителей.

4. Примем высоту аппарата . Тогда площадь сечения аппарата:

.

5. Примем ширину усреднителя . Тогда длина аппарата:

.

6. Скорость движения воды в аппарате:

.

2.1.2 Расчет отстойников

После усреднителя вода поступает в отстойники. Предусматриваем вертикальные отстойники, предназначенные для улавливания из сточных вод мелкодисперсных нерастворенных примесей и имеющие круглую форму в плане.

Расчёт отстойников также ведется в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

1. Рассчитаем средний секундный расход сточных вод гальванического производства:

,

где − перевод часов в секунды.

2. Рассчитаем максимальный расчетный расход сточных вод гальванического производства:

,

где − максимальный коэффициент неравномерности притока сточных вод, принимаемый по СНиП 2.04.03-85.

3. Примем высоту зоны осаждения , а эффективность очистки . По СНиП 2.04.03-85 находим для концентрации взвешенных веществ :

− показатель, зависящий от исходной концентрации взвешенных веществ , от требуемой степени очистки и от вида взвешенных веществ;

− продолжительность отстаивания воды в цилиндре с высотой столба для достижения требуемой степени очистки .

4. Найдем гидравлическую крупность улавливаемых частиц при температуре сточных вод :

,

где − коэффициент использования объема отстойника.

5. Устанавливаем 6 отстойников. Диаметр каждого:

,

где − число отстойников;

− величина турбулентной составляющей потока.

Принимаем отстойники диаметром .

6. Диаметр центральной трубы найдем при скорости движения воды в ней (скорость принимаем по СНиП 2.04.03-85):

.

7. Найдем диаметр раструба:

.

8. Величину зазора между нижней кромкой центральной трубы и поверхностью отражательного щита найдем из условия обеспечения скорости в зазоре (скорость принимаем по СНиП 2.04.03-85):

.

9. Расстояние между нижней кромкой отражательного щита и поверхностью слоя осадка в соответствии со СНиП 2.04.03-85 примем равным (высота нейтрального слоя).

10. Возвышение борта отстойника над кромкой водосборного лотка примем равной .

11. Высота цилиндрической части аппарата:

.

12. Высота конической части при угле наклона стенок к горизонту :

13. Рассчитаем суточную массу осадка, приходящуюся на 6 отстойников:

,

где − исходная концентрация взвешенных веществ в сточной воде;

− требуемая степень очистки;

=1920− суточный расход сточных вод гальванического производства:

,

где − продолжительность работы производства в сутки.

14. Объем осадка при влажности его и плотности , приходящийся на 6 отстойников рассчитаем по формуле:

.

15. Определим объем цилиндрической части аппарата:

,

где − радиус цилиндрической части аппарата.

16. Вычислим количество выгрузок осадка из 1 отстойника в сутки:

.

17. Периодичность выгрузки:

.

Таким образом получаем, что осадок из отстойника необходимо выгружать 1 раз в 35 суток.

Осадок после отстойников направляем в гравитационный илоуплотнитель, а затем отправляем на захоронение.

2.2 Расчет аппаратов для очистки сточных вод травильного производства

2.2.1 Расчет станции нейтрализации

Так как сточные воды травильного производства характеризуются неравномерностью количества и состава, то перед нейтрализацией необходимо соответствующее усреднение. Установим 2 усреднителя проточного типа, которые выполняются в виде многокоридорных резервуаров.

Для очистки воды от взвешенных веществ перед усреднителями необходимо установить песколовки. Установим 2 горизонтальные песколовки, которые представляют собой прямоугольные в плане железобетонные резервуары. Они являются аппаратами с прямолинейным движением воды.

Расчёт станции нейтрализации ведется в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

1. Рассчитаем суточное количество сточных вод травильного производства:

,

где − средний часовой расход сточных вод травильного производства;

− продолжительность работы производства в сутки.

2. В соответствии со СНиП 2.04.03-85 для нейтрализации используют в виде по активной части известкового молока. Для получения применяют негашеную известь с содержанием активного .

3. Найдем суточный расход товарной извести по формуле:

,

где − коэффициент запаса при жидкостном дозировании реагента;

− расход на нейтрализацию серной кислоты;

− расход на нейтрализацию сульфата железа:

,

где − расход на нейтрализацию растворенного железа;

− молекулярная масса железа;

− молекулярная масса сульфата железа;

− расход на нейтрализацию сульфата никеля:

,

где − расход на нейтрализацию растворенного никеля;

− молекулярная масса никеля;

− молекулярная масса сульфата никеля;

− концентрация серной кислоты в сточных водах;

− концентрация сульфата железа в сточных водах;

− концентрация сульфата никеля в сточных водах;

− содержание в .

Подставив все в исходное выражение, получим:

.

4. Для гашения извести предусмотрим растворные баки, оборудованные механическими перемешивающими устройствами. Объем каждого бака определим по формуле:

,

где − количество растворных баков;

− количество заготовок известкового молока в сутки;

− концентрация известкового молока по активной части.

Примем количество растворных баков и количество заготовок известкового молока в сутки . Подставив значения в формулу, получим объем каждого растворного бака:

.

5. Примем глубину воды в баке . Тогда площадь сечения бака будет равна:

.

6. Определим диаметр расходного бака:

.

7. Известковое молоко подается в растворные баки, а оттуда при помощи насосов-дозаторов в смеситель. Расход известкового молока составит:

.

8. Суммарный расход воды через станцию нейтрализации:

.

2.2.2 Расчет смесителя

Данные аппараты предназначены для быстрого и равномерного смешения реагентов с обрабатываемой водой, что необходимо для более быстрого и полного протекания соответствующих реакций.

Предусмотрим вихревой смеситель, который представляет собой круглый в плане резервуар с конической передней частью.

Расчет ведется в соответствии со СНиПом 2.04.03-85.

1. Рассчитаем секундный суммарный расход сточных вод:

,

где − перевод часов в секунды.

2. Рассчитаем диаметр цилиндрической части аппарата исходя из условия обеспечения скорости исходящего потока, равной :

.

3. Определим диаметр на входе в аппарат, диаметр на выходе из аппарата, а также диаметры патрубков для подвода реагентов. Рассчитаем исходя из условий обеспечения скоростей :

;

4. Определим объем смесителя сточных вод травильного производства с реагентами для продолжительности смешения :

.

5. Определим высоту конической части. Примем центральный угол между наклонными стенками конической части :

.

6. Определим объем конической части:

,

где − радиус цилиндрической части аппарата;

− радиус входного патрубка.

7. Объем цилиндрической части определим по формуле:

.

8. Определим высоту цилиндрической части по формуле:

.

9. Примем величину возвышения стенки цилиндрической части .

10. Уточним полную высоту цилиндрической части аппарата:

.

11. Определим полную высоту аппарата:

.

2.2.3 Расчет нейтрализатора

1. В нейтрализаторе должно осуществляться непрерывное перемешивание потока, поэтому определим объем нейтрализатора из расчета времени пребывания в нем сточных вод в течение получаса, то есть :

.

Камера реактора имеет квадратную форму в плане.

2. При глубине проточной части нейтрализатора определим площадь сечения аппарата:

.

3. Определим длину сторон аппарата:

.

Таким образом, получаем реактор размером .

2.2.4 Расчет отстойников

После нейтрализатора направляем воду в отстойник. Предусматриваем 2 вертикальных отстойника с продолжительностью отстаивания .

Расчёт ведем в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

1. Принимаем скорость входящего потока , высоту зоны отстаивания . Рассчитаем продолжительность отстаивания:

.

2. Определим площадь сечения отстойника по формуле:

.

3. Определим диаметр отстойника:

.

Примем отстойник диаметром .

3. Определим количество сухого осадка:

,

где − количество активной извести, необходимой для осаждения железа и никеля:

,

где − количество активной извести, необходимой для осаждения железа:

;

− количество активной извести, необходимой для осаждения никеля:

.

.

− количество активной извести, необходимой для нейтрализации серной кислоты:

;

− количество образующихся гидроксидов железа и никеля:

,

где − количество образующегося гидроксида железа:

,

где − молекулярная масса гидроксида железа;

− количество образующегося гидроксида никеля:

,

где − молекулярная масса гидроксида никеля.

.

− количество сульфата кальция, образующегося при осаждении никеля и железа:

,

где − количество сульфата кальция, образующегося при осаждении железа:

,

где − молекулярная масса сульфата кальция;

− количество сульфата кальция, образующегося при осаждении никеля:

.

.

− количество сульфата кальция, образующегося при нейтрализации серной кислоты:

,

где − молекулярная масса серной кислоты.

Подставляя полученные значения в исходное уравнение, получим:

.

5. Влажность осадка не может превышать следующей величины:

,

где − влажность осадка, %;

− процентное содержание сухого вещества в воде:

.

Отсюда найдем максимальную влажность осадка:

.

6. Процентное количество влажного осадка образующегося от нейтрализации воды определим по формуле:

,

где − влажность удаляемого осадка. Принимаем .

7. Определим суточный объем осадка:

.

8. Определим высоту конической части отстойника при угле наклона стенок к горизонту :

.

9. Определим объем конической части отстойника:

,

где − радиус цилиндрической части аппарата.

10. Определим количество выгрузок осадка из каждого отстойника в сутки:

,

где − число отстойников.

Осадок направляем на шламовые площадки непосредственно из отстойников.

2.3 Расчет аппаратов для очистки объединенных потоков сточных вод гальванического и травильного производств

2.3.1 Объединение потоков сточных вод гальванического и травильного производств

После того, как сточные воды этих производств прошли отдельную очистку, можно объединить их в один поток. Предусмотрим промежуточную емкость для смешения сточных вод.

1. Объем емкости найдем из условия пребывания в ней воды в течение получаса, то есть :

.

2. Рассчитаем концентрацию взвешенных веществ в воде после объединения потоков по формуле:

,

где − концентрация взвешенных веществ в сточной воде

гальванического производства после аппаратов очистки;

− концентрация взвешенных веществ в сточной воде травильного производства после аппаратов очистки.

Так как мы принимали эффективность очистки сточных вод гальванического производства , то пройдя все аппараты очистки вода осталась загрязнена лишь на . Рассчитаем концентрацию взвешенных веществ в сточной воде гальванического производства после аппаратов очистки:

.

Примем концентрацию взвешенных веществ в сточной воде травильного производства после аппаратов очистки .

Подставляя концентрации в исходное выражение, получим:

.

2.3.2 Расчет механических фильтров

После смешения потоков воду направляем на фильтры. Установим фильтры с зернистой загрузкой с восходящим потоком. Достоинством таких фильтров является реализация принципов фильтрования в направлении убывания крупности загрузки.

Расчёт фильтров проводим в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

1. Определим суммарную площадь фильтров:

,

− среднесуточный расход сточных вод:

,

где − продолжительность работы производства в сутки;

− коэффициент суточной неравномерности водоотведения;

− количество промывок фильтра в сутки;

− скорость фильтрации;

− интенсивность первоначального взрыхления загрузки;

− продолжительность взрыхления;

− интенсивность подачи воды при водовоздушной промывке, продолжительностью ;

− интенсивность собственно промывки, продолжительностью ;

− продолжительность простоя фильтра в связи с промывкой (без учета , , );

Подставляя все значения в исходную формулу, получим:

.

2. Определим количество фильтров на станции:

.

3. Фильтры могут работать в нормальном и форсированном режиме. Форсированный режим возникает, когда часть фильтров находится в ремонте. При работе фильтров в форсированном режиме должно соблюдаться условие:

,

где − число фильтров, находящихся на профилактике или ремонте.

Примем и проверим выполнение условия с учетом, что скорость фильтрации в форсированном режиме :

.

Условие не выполняется, поэтому устанавливаем 3 фильтра с зернистой загрузкой.

4. Найдем площадь одного фильтра:

,

где − общее число фильтров.

5. Определим количество воды, необходимой для промывки фильтров:

,

где − количество воды, необходимой для водовоздушной промывки:

;

− количество воды, необходимой для собственно промывки:

.

Подставив все в исходную формулу, получим:

.

2.3.3 Расчет ионообменных фильтров

Процессы ионообменной очистки производим в фильтрах с плотным слоем загрузки. Они наиболее распространены.

Расчет ведем в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

2.3.3.1 Расчет катионитовых фильтров

1. В качестве загрузки катионитовых фильтров выбираем ионит марки КУ-28 с полной ионообменной емкостью . Рабочая ионообменная емкость катионита составит:

,

где − коэффициент, учитывающий неполноту регенирации;

− коэффициент, учитывающий тип ионита;

− удельный расход воды на отмывку катионита;

− концентрация катионитов в отмывочной воде (отмывку проводят обессоленной водой).

2. Объем загрузки катионитовых фильтров:

,

где − концентрация катионитов в исходной воде:

;

где − средняя концентрация катионов сильных оснований;

− количество регенераций фильтра в сутки;

− концентрация катионитов на выходе из аппарата.

Подставим в исходную формулу. Получим:

.

3. Площадь катионитовых фильтров рассчитаем по формуле:

,

где − высота слоя катионита.

4. Устанавливаем работающий и резервный фильтры с диаметром каждый.

5. Примем скорость фильтрации (по СНиП 2.04.03-85 при ). Тогда пересчитаем площадь катионитовых фильтров:

.

6. Корректируем высоту загрузки:

.

7. Определим продолжительность фильтрования:

.

8. Регенерацию катионитовых фильтров проводим раствором . Расход реагента на регенерацию одного фильтра:

,

где − удельный расход реагента на регенирацию;

− эквивалентная масса ;

− содержание кислоты в товарном продукте.

9. Расход воды на регенерацию:

а) На взрыхление загрузки с интенсивностью в течение :

.

б) На приготовление раствора :

,

где − процентное содержание кислоты в регенерирующем растворе;

− плотность воды.

в) На отмывку загрузки после регенерации:

,

где − удельный расход воды на отмывку.

Суммарный расход:

.

2.3.3.1 Расчет анионитовых фильтров

1. В качестве загрузки применяем слабоосновной анионит марки АН-31 с полной ионообменной емкостью . Рабочая ионообменная емкость анионита составит:

,

где − коэффициент, учитывающий неполноту регенирации;

− коэффициент, учитывающий тип ионита;

− удельный расход воды на отмывку анионита;

− концентрация анионитов в отмывочной воде (отмывку проводят обессоленной водой).

2. Объем загрузки анионитовых фильтров, принимая периодичность регенерации − раз в трое суток, то есть :

,

где − концентрация анионитов в исходной воде:

;

где − средняя концентрация анионов сильных кислот;

− концентрация анионитов на выходе из аппарата.

Подставим в исходную формулу. Получим:

.

3. Также как и для катионитовых фильтров устанавливаем работающий и резервный фильтры с диаметром и площадью каждый.

4. Регенерацию анионитовых фильтров проводим раствором . Расход щелочи:

,

где − удельный расход реагента на регенирацию;

− эквивалентная масса ;

− содержание щелочи в товарном продукте.

5. Расход воды на регенерацию:

а. На взрыхление загрузки с интенсивностью в течение :

.

б. На приготовление раствора :

,

где − процентное содержание щелочи в регенерирующем растворе;

− плотность воды.

в. На отмывку загрузки после регенерации:

,

где − удельный расход воды на отмывку.

Суммарный расход:

.

6. Определим продолжительность фильтрования по формуле:

,

где − продолжительность взрыхления;

− продолжительность протекания регенерирования раствора со скоростью :

;

− продолжительность отмывки воды со скоростью :

.

Подставим все в исходную формулу:

.

7. Уточним площадь фильтрования с учетом, что скорость фильтрования :

.

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ОСАДКА

В результате очистки сточных вод гальванического производства в отстойниках образуется осадок. Этот осадок периодически выгружается из отстойников и направляется в емкость для сбора осадка, после чего поступает на обезвоживание в гравитационный илоуплотнитель. Прежде чем поступить в илоуплотнитель, осадок накапливаем в течение дней. В илоуплотнителе осадок находится не менее часов. Затем уже уплотненный осадок направляем на захоронение.

В результате очистки сточных вод травильного производства осадок образуется не только в отстойниках, но также еще и в песколовках и нейтрализаторах. Эти осадки объединяются в один трубопровод и без предварительного уплотнения отправляются на шламовые площадки.

Рассчитаем площадь шламовой площадки, необходимой для данного количества осадка.

,

где − количество осадка, образующегося после очистки сточных вод травильного производства;

− удельное накопление осадка на шламовой площадке.

Примем . Тогда размеры шламовой площадки можно принять .

4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Сточные воды гальванического производства по трубопроводу поступают сначала в два усреднителя , затем из усреднителей также по трубопроводу поступают в шесть вертикальных отстойников . Осадок после отстойников по трубопроводам с помощью насоса поступает в емкость для накопления осадка . Затем также по трубопроводу осадок направляется в гравитационный илоуплотнитель , после чего по трубопроводу с помощью насоса отправляется на захоронение. Вода же после илоуплотнителя поступает в емкость для смешения сточных вод гальванического и травильного производств по трубопроводу .

Сточные воды травильного производства по трубопроводу поступают в две песколовки . После песколовок вода по трубопроводу направляется в два усреднителя 1, а затем в смеситель , куда также с помощью насоса поступает раствор реагента по трубопроводу из расходной емкости . Реагенты по трубопроводу поступают со склада реагентов в растворные баки , а потом готовый раствор реагента поступает в расходную емкость . Вода для приготовления раствора подводится по трубопроводу из емкости чистой воды . После смесителей вода по трубопроводу поступает в нейтральзатор . После него вода по трубопроводам поступает в два вертикальных отстойника , а затем направляется в емкость для смешения сточных вод гальванического и травильного производств по трубопроводу . Осадок посте песколовок, нейтрализатора и отстойников отводятся по трубопроводам и, объединяясь в один трубопровод, с помощью насоса направляются на шламовые площадки.

Из промежуточной емкости для смешения сточных вод гальванического и травильного производств вода по трубопроводу поступает на три механические фильтра . Вода для промывки фильтров поступает по трубопроводам из емкости чистой воды 17. Также подводится сжатый воздух по трубопроводу из баллонов сжатого воздуха . Вода после промывки фильтров по трубопроводу поступает обратно в шесть вертикальных отстойников .

После механических фильтров вода направляется на катионитовые фильтры . Туда же по трубопроводу подводится раствор реагента из расходной емкости . Реагенты по трубопроводу поступают со склада реагентов в растворные баки , а потом готовый раствор реагента поступает в расходную емкость . Вода для приготовления раствора подводится по трубопроводу из емкости чистой воды .

После катионитовых фильтров вода поступает в анионитовые фильтры . Туда же по трубопроводу подводится раствор реагента из расходной емкости . Реагенты по трубопроводу поступают со склада реагентов в растворные баки , а потом готовый раствор реагента поступает в расходную емкость . Вода для приготовления раствора подводится по трубопроводу из емкости чистой воды . Вода на промывку фильтров берется из емкости чистой воды по трубопроводу . Отработанные реагенты отводятся в емкости для сбора отработанных реагентов , а затем сдаются на специализированные предприятия.

Очищенная вода собирается в емкости чистой воды , а затем либо направляется в производство по трубопроводу , либо используется в качестве оборотной по трубопроводу .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате данного курсового проекта была разработана технология очистки сточных вод гальванического и травильного производств, составлена функциональная схема очистки сточных вод, рассчитаны основные характеристики аппаратов, входящих в эту схему.

В данном курсовом проекте была разработана технология обработки осадка, образующегося после очистки сточных вод.

Была разработана принципиальная схема очистки сточных вод гальванического и травильного производств и представлена на чертеже.

Также был рассчитан катионитовый фильтр и представлен на чертеже.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ласков Ю. М., Воронов Ю. В., Калицун В. И. Примеры расчетов канализационных сооружений. М.- Стройиздат, 1987 г.

2. Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Под ред. Самохина В. Н. М.- Стройиздат, 1981 г.

3. СНиП 2.04.03-85

4. Васькин С.В. Процессы и аппараты очистки сточных вод. Учебное пособие. Нижний Новгород ВГАВТ 2006г.

содержание   ..  523  524  525   ..