1.1. Существующие методы производства готового продукта и их краткая характеристика. Выбор метода, его преимущества.
1.2. Теоретические основы принятого метода.
1.3. Основные физико-химические свойства исходного сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции, характеристика их качества согласно ГОСТ и ТУ.
2. Технологическая и эксплуатационная характеристика процесса.
2.1. Описание технологической схемы производства.
2.2. Выбор средств контроля и управления технологическим процессом.
3.2. Технологический расчет основного аппарата и подбор вспомогательного оборудования.
3.3. Тепловой баланс.
4. Экономика производства.
5. Охрана труда и противопожарная защита.
Заключение.
Литература.
Введение.
Значение пресной воды как природного сырья постоянно возрастает. При использовании в быту и промышленности вода загрязняется веществами минерального и органического происхождения. Такую воду принято называть сточной водой.
В зависимости от происхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества и возбудители различных инфекционных заболеваний. Водохозяйственные системы городов и промышленных предприятий оснащены современными комплексами самотечных и напорных трубопроводов и других специальных сооружений, реализующих отведение, очистку, обезвреживание и использование воды и образующихся осадков. Такие комплексы называются водоотводящей системой
. Водоотводящие системы обеспечивают также отведение и очистку дождевых и талых вод. Строительство водоотводящих систем обуславливалось необходимостью обеспечения нормальных жилищно-бытовых условий населения городов и населенных мест и поддержания хорошего состояния окружающей природной среды.
Промышленное развитие и рост городов в Европе в XIX в. привели к интенсивному строительству водоотводящих каналов.
Большинство систем водоотведения обеспечивало отведение сточных вод по подземным самотечным трубопроводам и сброс неочищенных стоков в водоемы.
Комплексное развитие систем водоотведения с очистными сооружениями началось после установленных норм очистки сточных вод при выпуске их в реку, разработанных в Англии в 1876 г. Достижения науки и техники способствовали повышению степени благоустройства городов до уровня современной цивилизации.
Особое значение имеет развитие современной системы водоотведения бытовых и производственных сточных вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей природной среды от загрязнений. Наиболее существенные результаты получены при разработке новых технологических решений в вопросах эффективного использования воды систем водоотведения и очистки производственных сточных вод.
Предпосылками для успешного решения этих задач при строительстве водоотводящих систем являются разработки, выполняемые высококвалифицированными специалистами, использующими новейшие достижения науки и техники в области строительства и реконструкции водоотводящих сетей и очистных сооружений.
Биологические методы очистки сточных вод основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов. Микроорганизмы, как известно, обладают целым рядом особых свойств, из которых следует выделить три основных, широко используемых для целей очистки:
1. Способность потреблять в качестве источников питания самые раз нообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для
получения энергии и обеспечения своего функционирования.
2. Во-вторых, это свойство быстро размножаться. В среднем число бактериальных клеток удваивается через каждые 30 мин.
3. Способность образовывать колонии и скопления, которые сравни тельно легко можно отделить от очищенной воды после завершения про цессов изъятия содержавшихся в ней загрязнений.
В живой микробианальной клетке непрерывно и одновременно протекают два процесса - распад молекул (катаболизм) и их синтез (анаболизм), составляющие в целом процесс обмена веществ - метаболизм. Источником питания для гетеротрофных микроорганизмов являются углеводы, жиры, белки, спирты и т.д., которые могут расщепляться ими либо в аэробных, либо в анаэробных условиях.
При биологической очистке значительная часть загрязнений, содержащихся в сточных водах, трансформируется в биологическую массу или, иными словами, растворенные и инертные взвешенные органические вещества в результате метаболической активности микроорганизмов и сорбционной способности активного ила превращаются в биологическую массу, сравнительно легко отделимую от очищенной воды.
Процесс биологической очистки сточных вод на ГУП «БОС» - непрерывный, производится на двух параллельных потоках:
· 1-ый поток –
мощность 100000 м3
/сутки; производится очистка смешанных промышленных и городских сточных вод в соотношении (1:4);
· 2-ой поток -
мощность 222000 м3
/сутки; производится очистка сточных вод предприятий г. Чебоксары и Новочебоксарска и собственные сточные воды.
1. Физико-химическая характеристика процесса.
1.1. Существующие методы производства готового продукта и их краткая характеристика. Выбор метода, его преимущества.
Химизм процесса, характеристика основных и побочных реакций процесса. Стадии и химизм технологического процесса.
Технологическая схема производства биологической очистки сточных вод состоит из следующих стадий:
Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии:
На первой стадии,
сразу же после смешения активного ила со сточными водами, на его поверхности происходит адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц, несущих органические вещества). Высокое содержание поступающих загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглощаемости, что приводит к практически полному потреблению кислорода в зоне поступления сточных вод в аэротенк. На первой стадии за 0,5-2,0 часа содержание органических загрязняющих веществ снижается на 50-60%.
На второй стадии
продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идет их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми из активного ила), гетеротрофными бактериями, причем в первую очередь на энергетические потребности (реакция 1) и на синтез биомассы (реакция 2):
С5
Н7
NО2 –
среднестатическое соотношение основных элементов клеточного вещества.
Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в иловой смеси накапливается растворенный кислород. На второй стадии за 2,0-4,0 часа экзоферментами окисляется до 75% органических загрязняющих веществ.
На третьей стадии
происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами, автотрофными бактериями, окисляющими клеточное вещество (стадия внутриклеточного питания активного ила, (реакция 3), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты (реакция 4), регенерация активного ила.
Скорость потребления кислорода на этой стадии вновь возрастает. Продолжительность третьей стадии составляет 4-6 часов для бытовых стоков и может удлиниться до 15 часов при совместной очистке бытовых и промышленных сточных вод. Таким образом, общая продолжительность процесса биологической очистки в аэротенках может составлять от 6-8 часов до 10-20 часов.
1.2. Теоретические основы принятого метода.
Метод биологической очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов использовать различные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности.
Биологическому окислению подвергаются органические вещества, находящиеся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворенном состоянии. Кроме органических веществ переработке подвергаются некоторые неокисленные неорганические соединения, такие как сероводород, аммиак, аммонийные соли.
Биологическая очистка сточных вод производится в аэротенках-смесителях в аэробных (в присутствии кислорода) условиях под действием зооглейных скоплений микроорганизмов – активного ила.
Основная роль в процессе очистки сточных вод принадлежит бактериям, число которых в расчете на 1г сухого вещества ила колеблется от 108
до 1014
клеток. Ил имеет развитую поверхность – до 100м2
на 1г сухой массы, что способствует интенсивному изъятию загрязнений из сточной воды. В зависимости от условий существования, в иле развивается 5-8 родов бактерий, среди них представители Psenljmonos,
кокковые формы, бациллы и другие.
Кроме бактерий в активном иле развиваются простейшие микроорганизмы – жгутиковые инфузории, ресничные инфузории (аспедиски, фортицеллы) и более сложные организмы – коловратки и другие.
Роль простейших многопланова, они питаются бактериями, поддерживая в иле бактериальное равновесие. Поедая, наряду с молодыми клетками старые, простейшие обеспечивают омолаживание ила и развитие новых жизнеспособных клеток. Простейшие также питаются частицами загрязнений, находящихся в сточной жидкости, благодаря чему происходит дополнительное осветление воды.
По численности и видовому составу простейших, по их состоянию можно судить о работе аэротенков таблица 1.
Таблица 1.- Зависимость работы аэротенка от наличия простейших микроорганизмов в активном иле.
№ п/п
Характеристика работы аэротенков-смесителей
Амебы
Бесцветные жгутиковые
Ресничные инфузории
Коловратки
1.
Плохая
Преобладают
Отсутствуют
2.
Неудовлетворительная
Преобладают
В малых количествах
3.
Удовлетворительная
Единичные
Преобладают разноресничные
Преобладают
4.
Хорошая
Отсутствуют
Преобладают кругло - и брюхоресничные
Преобладают
1.3. Основные физико-химические свойства исходного сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции, характеристика их качества согласно ГОСТ и ТУ.
Осветленные сточные воды со стадии механической очистки
– содержат в своем составе химические загрязняющие вещества и бакзагрязнения.
Активный ил
– суспензия аэробных микроорганизмов в виде мелких хлопьев от светло – коричневого до черного цвета.
Биологически очищенные сточные воды
– имеют остаточные патогенные микроорганизмы.
Факторы влияющие на развитие и жизнедеятельность активного ила:
- температура, [15] 0
С 20-28
- рН среда, [15] 7-8
- содержание растворенного кислорода в иловой смеси, [15] мг/дм3
2,0
- наличие питательных веществ
- наличие токсинов.
Для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов, более полного и устойчивого процесса биологической очистки производственных сточных вод, их разбавляют бытовыми сточными водами, содержащими в своем составе все необходимые биогенные элементы.
Кроме основных элементов (С - углерода, Н - водорода, N - азота) для построения клетки необходимы и другие элементы (К, Са, Мg, Fе). Азота и фосфора может не хватать, поэтому при необходимости их добавляют в виде растворов суперфосфата или сульфата аммония до соотношения:
БПК / N / P = 100 / 5 /1
Длительный недостаток азота приводит к образованию труднооседающего активного ила и к потерям его в результате выноса из вторичных отстойников.
Роль фосфора в жизни бактерий чрезвычайно велика, т.к. он входит в состав наиболее активных веществ клетки. При недостатке фосфора в сточных водах в иле развиваются нитчатые формы бактерий, обуславливающие медленное его оседание, кроме того, происходит замедление роста активного ила и снижается интенсивность окисления органических соединений.
Таблица 3. - Эффективность работы очистных сооружений по загрязняющим веществам.
№п/п
Наименование показателя
Степень очистки, %
2
Аммоний солевой
73
3
БПК
80,0
4
Взвешенные вещества
85,4
5
Железо общее
70,8
7
Кобальт
76
8
Кальций ион
17,2
9
Медь
52,8
10
Минеральный состав по сухому остатку
13
11
Метиленхлорид
100
12
Мягчитель М-2
-
13
Натрий ион
52
14
Нефтепродукты
88,5
15
Никель
82,2
16
Нитраты
Увеличивается в 31,5 раз
17
Нитриты
Увеличивается в 2,9 раза
18
Нитробензол
-
19
ОП-10
-
21
Роданиды
89
22
Свинец
52,8
23
Сульфанол
74,9
24
Сульфаты
29
25
Фенолы
97,4
26
Фосфаты
Увеличивается в 1,2 раза
27
Хлориды
7
28
Хлороформ
85
29
ХПК
82,6
30
Хром3+
82,4
31
Хром6+
63
32
Хлорбензол
-
33
Цианиды
-
34
Цинк
54,2
35
ЧХУ
100
2. Технологическая и эксплуатационная характеристика процесса.
2.1. Описание технологической схемы производства.
Сточные воды по трубопроводам поступают в приемную камеру на стадию механической очистки
. Для очистки от крупных загрязнений (мусор, отходы, грубые отбросы и т.д.) и частично взвешенных веществ, сточные воды по каналам направляются на решетки.
Очищенные от крупных загрязнений сточные воды после решеток направляются на песколовки для удаления тяжелых минеральных частиц, преимущественно песка. Осаждение
песка в процессе движения сточных вод происходит за счет силы тяжести частиц со скоростью, соответствующей крупности и удельному весу частиц. По мере накопления, осевший на дно песколовки песок, сгребается механическим скребковым механизмом в приямок, расположенный в начале песколовки. Из приямка песок удаляется при помощи гидроэлеватора на пескоплощадки. После песколовок сточные воды поступают по подземному трубопроводу в нижнюю центральную часть распределительной чаши первичных отстойников.
Распределительная чаша имеет четыре незатопляемых водослива с широкими порогами, оборудованные щитовыми затворами, позволяющими регулировать подачу сточных вод по отстойникам. Сюда же по отдельным трубопроводам направляются дренажные стоки из резервуара дренажной насосной станции, осветленная вода из илоуплотнителей и сточные воды при опорожнении первичных отстойников. Предусмотрена также подача избыточного активного ила для укрупнения (хлопьеобразования) взвешенных веществ с целью лучшего осаждения их в первичных отстойниках. Из распределительной чаши сточные воды поступают в первичные отстойники.
Осветленные сточные воды со стадии механической очистки сточных вод из кольцевого лотка первичных отстойников по подземному трубопроводу поступают на биологическую очистку
через успокоительную камеру УК1 в верхний канал аэротенков-смесителей АС1 и АС2.
Аэротенк-смеситель
представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар. Состоящий из верхнего распределительного лотка и трубчатой аэрационной системы, четырех коридоров, разделенных между собой продольными перегородками не доходящих до противоположной торцевой стены аэротенка (1-ый коридор является регенератором) и нижнего сборного лотка иловой смеси.
Верхний лоток аэротенков предназначен для равномерного распределения
осветленных сточных вод между четырьмя аэротенками.
Нижний лоток служит для отвода иловой смеси из аэротенков.
Подача осветленной воды в каждую секцию аэротенка осуществляется по
распределительному лотку, расположенному на стене между вторым и третьим коридорами
каждой секции. Распределительный лоток имеет 10 отверстий, оборудованных щитовыми затворами, по пять с каждой стороны.
Подача сточной воды в аэротенк производится одновременно из четырех отверстий с
учетом необходимого объема регенератора согласно таблице 4.
Таблица 4. - Зависимость объема регенератора от распределения сточных вод.
Объем регенератора, %
№ шибера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Количество сточных вод подаваемых через шибера в % от общего расхода поступающих стоков
25
10
35
35
20
31
10
35
35
20
37
10
35
35
20
42
10
35
35
20
48
10
35
35
20
52,5
10
35
35
20
58
10
35
35
20
Подача возвратного активного ила осуществляется 4 насосами Н1 установленными в иловой насосной станции из прямоугольного резервуара активного ила РАИ1 по подземному трубопроводу (снизу) в центральную часть распределительной чаши активного ила РЧ1. Распределительная чаша имеет четыре незатопленных водослива с широкими порогами (один на перспективу), оборудованными щитовыми затворами, позволяющими регулировать подачу активного ила по аэротенкам АС1. Из распределительной чаши активный ил равномерно подается на 6 – 8 аэротенки по самостоятельным трубопроводам, проходящим под днищами аэротенков и оканчивающимися ниже горизонта воды в начале первого коридора.
В 5 аэротенк активный ил подается в первый коридор (сверху) со стадии биологической
очистки сточных вод первого потока.
Количество возвратного активного ила 4000-5000м3
/час контролируется и
регулируется вручную визуально с помощью запорной арматуры на каждый аэротенк в отдельности.
Для обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, поддержания
активного ила во взвешенном состоянии во всем объеме аэротенка и интенсивного перемешивания его со сточными водами, предусмотрена подача сжатого воздуха воздуходувными нагнетателями от воздуходувной станции 1-го потока по общему стальному воздухопроводу в каждый коридор 5 – 8 аэротенков. Распределение воздуха в аэротенке производится при помощи трубчатых аэраторов, уложенных в каждом коридоре по дну аэротенка. Аэратор трубчатый предназначен для диспергирования воздуха в воде, состоит из
опорной трубы, поверхность которой имеет двухслойное диспергирующее покрытие, обеспечивающее мелкопузырчатую аэрацию, в результате чего увеличивается коэффициент использования кислорода. Содержание растворенного кислорода в иловой смеси при этом должно быть не менее 2,0мг/дм3
. Для предотвращения оседания взвешенных веществ в верхнем лотке и активного ила в нижнем лотке аэротенков, предусмотрена подача воздуха в верхний и нижний лотки аэротенков.
Активный ил, смешиваясь со сточной жидкостью, в виде иловой смеси проходит
последовательно из одного коридора в другой и выходит из четвертого коридора в нижний
лоток аэротенков. При этом температура иловой смеси в аэротенке составляет 10-300
С в зависимости от температуры окружающей среды. При соответствующих условиях (наличие кислорода, температуры 10-300
С, рН среды 6,5-8,5) под действием аэробных микроорганизмов происходит биологическое окисление органических загрязнений, содержащихся в сточных водах.
Технологический процесс биологической очистки сточных вод контролируется
аналитически. Доза ила при этом должна быть в пределах 4 – 2г/дм3
- по весу, иловый индекс - 120-60 (по ходу от первого коридора к четвертому).
Иловая смесь из четвертого коридора 5 аэротенка
через водослив поступает в
нижний лоток и направляется по подземному трубопроводу через щитовой затвор на схему биологической очистки сточных вод первого потока в общий нижний лоток аэротенков.
Иловая смесь из четвертого коридора 6 – 7 аэротенков
через водослив
поступает в общий нижний лоток 6 – 8 аэротенков, который имеет глухую перегородку с 8
аэротенком, откуда по подземному трубопроводу поступает в нижнюю центральную часть распределительной чаши РЧ2 вторичных отстойников.
Иловая смесь из четвертого коридора 8 аэротенка
через водослив поступает в
нижний лоток и по подземному трубопроводу поступает в нижнюю центральную часть распределительной чаши РЧ2 вторичных отстойников
Распределительная чаша (длина – 6м, ширина – 2,5м) имеет незатопленные водосливы с широкими порогами, оборудованные щитовыми затворами, позволяющими регулировать подачу иловой смеси по вторичным отстойникам ВО1. Из распределительной чаши РЧ2 иловая смесь равномерно подается на четыре отстойника ВО1, из другой распределительной чаши – на два отстойника (1 – 2) по самостоятельным трубопроводам, проходящим под днищами отстойников, в центральное распределительное устройство, представляющее собой вертикальную стальную трубу, переходящую вверху в плавно расширяющийся раструб,
оканчивающийся ниже горизонта воды в отстойнике.
Выходя из распределительного устройства, иловая смесь попадает в пространство,
ограниченное стенками направляющего металлического (или выполненного из полимерного материала) цилиндра, который обеспечивает заглубленный выпуск иловой смеси в отстойную зону отстойника.
Вторичный отстойник –
цилиндрический резервуар радиального типа, оборудован илососом.
Вторичные отстойники предназначены для разделения иловой смеси на биологически-очищенные сточные воды и активный ил.
Процесс разделения иловой смеси происходит за счет:
· способности активного ила к хлопьеобразованию и седиментации;
· изменения скорости и направления движения иловой смеси в отстойнике, вследствие заглубленного выпуска ее в отстойник, что обеспечивается конструктивными особенностями отстойника;
· времени пребывания иловой смеси в отстойнике, не менее 1,5часа.
Активный ил, осевший на дно отстойника, удаляется под действием гидростатического давления через камеру выпуска ила ИК1, в резервуар активного ила РАИ1.
В камере выпуска ила установлен щитовой затвор с подвижным водосливом, при помощи которого производится регулирование гидростатического напора от 0 до 140см.
Активный ил из резервуара активного ила РАИ1 постоянно откачивается насосами Н1 в общий коллектор активного ила, из которого направляется в распределительную чашу РЧ1, затем по отдельным трубопроводам в первые коридоры аэротенков-смесителей АС1 и АС2, таким образом активный ил циркулирует по схеме:
Количество возвратного ила при этом должно быть не менее 60% от среднечасового
поступления сточных вод.
Избыточный активный ил, образующийся в аэротенках в процессе биосинтеза, при дозе ила по весу более 4г/дм3
, откачивается насосами из резервуара активного РАИ1 на схему обработки осадка (в илоуплотнители, шламонакопители). Предусмотрена подача избыточного активного ила на стадию механической очистки сточных вод 2-го потока (в распределительную чашу первичных отстойников) насосами или через дренажную насосную станцию второго потока по системе трубопроводов опорожнения камеры выпуска ила ИК1 или вторичного отстойника ВО1.
Для опорожнения каждого аэротенка-смесителя АС1, вторичных отстойников ВО1 предусмотрены отдельные трубопроводы опорожнения в систему дренажной канализации со сбросом сточных вод в резервуар дренажной насосной станции ПР1. Опорожнение 5 аэротенка-смесителя производится с помощью насоса Н2 со сбросом иловой смеси в верхний канал 5 аэротенка. Насос Н2 используется также для опорожнения напорного коллектора активного ила.
Сток охлаждающей жидкости с сальников насосов (в иловой насосной станции), слив с трубопроводов направляются в приямок, при заполнении которого, жидкость откачивается насосом в резервуар активного ила РАИ1.
Биологически-очищенные сточные воды через водослив поступают в сборный
кольцевой лоток и через выпускную камеру отстойника по железобетонному лотку направляются на схему дезинфекции сточных вод. В целях обеспечения более надежного выравнивания скорости движения воды на выходе из отстойника водосливы сборных кольцевых лотков выполняют в виде зубчатых переливов.
Дезинфекция
(обеззараживание) сточных вод производится хлорной водой для полного уничтожения содержащихся в них патогенных микроорганизмов. В качестве обеззараживающего реагента используется газообразный хлор.
Хлорная вода подается в камеру смешения, сюда же поступают биологически очищенные сточные воды со вторичных отстойников. После смешения с хлорной водой сточные воды из камеры смешения по подземному лотку поступают в верхний лоток контактных резервуаров и равномерно распределяются по их коридорам.
Контактный резервуар предназначен для обеспечения контакта хлора со сточной жидкостью. Очищенные и обеззараженные сточные воды после дезинфекции сбрасываются в реку Волгу.
На выходе из контактных резервуаров сточные воды контролируются на содержание
вредных веществ и патогенных микроорганизмов.
Дренажная насосная станция.
Сточные воды при опорожнении и промывке сооружений второго потока (аэротенки-смесители АС1, вторичные отстойники ВО1, камеры выпуска ИК1, контактные резервуары), дренажные воды с иловых карт, а также грунтовые воды через систему внутриплощадочного дренажа, поступают по системе канализации в приемный резервуар ПР1 дренажной насосной станции, которая работает в автоматическом режиме.
При достижении уровня в приемном резервуаре ПР1 – 1,6м (80%) включается в работу один из насосов Н3 с подачей светового сигнала на щите управления, и сточные воды откачиваются на стадию механической очистки сточных вод второго потока в распределительную чашу первичных отстойников.
При снижении уровня до 0,4м (20%) насос автоматически выключается.
В случае, если один насос не справляется с поступающим потоком дренажных вод и уровень в резервуаре поднимается до 1,8м (90%) , в работу включается второй насос с подачей светового сигнала, при достижении уровня в резервуаре 0,6м насос автоматически выключается.
Третий насос находится в резерве.
При повышении уровня в приемном резервуаре до аварийного значения 1,9м (95%) подается светозвуковой сигнал.
Таблица 5. - Характеристика основного технологического оборудования
Наименование оборудования
Техническая характеристика
Аэротенк-смеситель
Прямоугольный железобетонный резервуар с тремя перегородками, делящими его на 4 коридора, распределительным лотком стоков и трубчатой аэрационной системой.
Длина – 108 м; ширина – 3 6м; глубина -5 м; V – 19440м3
Аэротенк-смеситель
Прямоугольный железобетонный резервуар, с тремя перегородками, делящими его на 4 коридора, распределительным лотком стоков и трубчатой аэрационной системой.
Длина – 120 м; ширина – 36 м; глубина - 5,2 м; V – 22460м3
Камера (успокоительная)
Железобетон Длина - 7,8м; ширина – 4,5м; глубина – 5,0м;
V = 175м3
Насос центробежный Н2 (иловый, для опорожнения аэротенка)
Сборный, Марка ФГ 216/24
Объемная производительность Q = 216м3
/ч; Н = 24м
Эл.двигатель АО2-82-6; мощность эл.двигателя – 40кВт; частота вращения 1000об/мин.
Камера выпуска ила со вторичных отстойников
Прямоугольный железобетонный резервуар, разделен перегородками на 3 отсека, снабжен щитовым затвором для регулирования гидростатического давления.
2.2. Выбор средств контроля и управления технологическим процессом.
В основе управления процессом лежит правильно построенная система химического контроля кА отдельных стадий так и всего производства в целом.
Для контроля и регулирования производства широко применяются контрольно – измерительные, автоматические, регулирующие и сигнализирующие устройства.
2.2.1. Выбор параметров, подлежащих контролю.
На трубопроводе подачи воды после механической очистки в АС контролируется расход воды.
Расход воздуха контролируется на трубопроводе подачи воздуха в АС и на подаче активного ила из РЧ в АС.
В верхних и нижних лотках АС, а также в РАИ контролируется температура.
В ВО и АС контролируется уровень активного ила.
2.2.2. Выбор сигнализируемых величин.
Сигнализация по уровню дренажных стоков в ПР дренажной насосной станции.
Сигнализация по уровню в ВО.
2.2.3. Выбор параметров блокировки.
Автоматическая блокировка на включение и отключение насосов по уровню дренажных стоков в ПР дренажной насосной станции.
2.3. Выбор средств автоматизации.
Таблица 6. - Перечень преобразователей, средств измерения и средств автоматизации.
Позиция по функциональной схеме
Параметр контроля или регулирования
Тип, характерис
тики преобразо
вателей, средств автоматизации, средств измерения
Наименование преобра
зователей, средств авто
матизации, средств измерений
Коли
чество
1 – 1
Контроль температуры в верхнем лотке аэротенка
t = 10-30 0
С
ТХА – 0292
- 400 +600 0
С
Термоэлектрический термометр
1
1 – 2
Контроль температуры в верхнем лотке аэротенка
t = 10-30 0
С
КСМ 4
0 – 100 0
С
Электронный автоматический уравновешенный мост
1
2 – 1
Контроль температуры в нижнем лотке аэротенка
t = 10-30 0
С
ТХА – 0292
- 400 +600 0
С
Термоэлектрический термометр
1
2 – 2
Контроль температуры в нижнем лотке аэротенка
t = 10-30 0
С
КСМ 4
0 – 100 0
С
Электронный автоматический уравновешенный мост
1
3-1
Контроль расхода сжатого воздуха
Не более 5000 м3
/ч
ДК6
Диафрагма камерная нормальная
1
3 – 2
Контроль расхода сжатого воздуха
Не более 5000 м3
/ч
13ДД11
Преобразователь давления
1
4 – 1
Контроль расхода иловой смеси
Не более 4300 м3
/ч
ДК6
Диафрагма камерная нормальная
1
4 – 2
Контроль расхода иловой смеси
Не более 4300 м3
/ч
13ДД11
Преобразователь давления
1
5 – 1
Сигнализация уровня во вторичном отстойнике
СУФ42
Не более 0,7 м
Датчик сигнализатор уровня
1
5 – 2
Сигнализация уровня во вторичном отстойнике
СУФ42
Электронный сигнализатор уровня
1
6 – 1
Сигнализация, блокировка по уровню в ПР
Электроды
0,4 – 1,6м
0,4 – 1,8 м,
9м
Электроды сигнализатор уровня
1
6 – 2
Сигнализация, блокировка по уровню в ПР
АТВ
Электронный сигнализатор уровня
1
7 – 1
Сигнализация, блокировка по уровню в ПР
Электроды
0,4 – 1,6м
0,4 – 1,8 м,
9м
Электроды сигнализатор уровня
1
7 – 2
Сигнализация, блокировка по уровню в ПР
АТВ
Электронный сигнализатор уровня
1
8 – 1
Сигнализация, блокировка по уровню в ПР
Электроды
0,4 – 1,6м
0,4 – 1,8 м,
9м
Электроды сигнализатор уровня
1
8– 2
Сигнализация, блокировка по уровню в ПР
АТВ
Электронный сигнализатор уровня
1
9 – 1
Сигнализация давления в линии нагнетания насоса
ЭКМ14
Электро-контактный манометр
1
10 – 1
Сигнализация давления в линии нагнетания насоса
ЭКМ14
Электро-контактный манометр
1
11 – 1
Сигнализация давления в линии нагнетания насоса
ЭКМ14
Электро-контактный манометр
1
2.4 Отходы производства, их применение.
Охрана окружающей среды от загрязнений является главной задачей работы современных химических предприятий, чтобы сохранить природу пригодную для жизнедеятельности нынешних и будущих поколений людей.
Одним из способов защиты охраны окружающей среды от загрязнений является безотходное производство. Но полностью ликвидировать отходы нельзя, но можно сократить их, то есть использование отходов в других производствах вместо природного сырья.
Отработанное турбинное масло ТП-22 сточных вод – повторное использование, передача на регенерацию
Сточные воды очищаемых стоков:
Условно чистые стоки после охладителей, после охлаждения подшипников насосов - возвращаются в резервуар дренажной насосной станции.
Твердые отходы в производстве биологической очистки сточных вод:
- грубые отбросы со стадии механической очистки сточных вод размещаются в шламонакопителе или вывозятся на городскую свалку;
- обезвоженный песок со стадии механической очистки сточных вод используется для планировки территории;
- обезвоженный осадок выдержанный в естественных условиях не менее 2-х лет на иловых картах и в шламонакопителях в соответствии с ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 и СанПиН 2.1.7.573-96 могут применяться при благоустройстве территорий, рекультивации полигонов, нарушенных земель, в промышленном цветоводстве и т.д., в т.ч. могут быть использованы на благоустройство территории. В соответствии с СанПиН 2.1.7.1322-03 и СП 2.1.7.1038-01 могут размещаться на территории предприятия в шламонакопителях.
2.5. Изменения, внесенные в проект.
В процессе проектирования биологической очистки сточных вод мною было рассмотрено следующее предложение:
удаление биогенных элементов
Эффективность работы биологических очистных сооружений зависит от концентрации растворенного кислорода, концентрации и зольности взвешенных веществ, содержания соединений фосфора и железа. Для окисления органических веществ и выведения из системы соединений азота и фосфора, требуется организовать анаэробные и бескислородные зоны (технология нитри - денитрификации). Использование технологии нитри - денитрификации является наилучшим способом для борьбы с нитчатым вспуханием активного ила (микроорганизмы-денитрификаторы являются естественными антагонистами нитчатых бактерий).
В анаэробной и бескислородной зонах, для предотвращения осаждения активного ила, устанавливаются погружные механические мешалки или производится пневматическое перемешивание. Отличие зон в том, что в бескислородной зоне концентрация растворенного кислорода близка к нулю, а в анаэробной зоне близка к нулю концентрация нитритов и нитратов, которые являются источником кислорода для многих гетеротрофных бактерий. В аэробную зону помещается мелкопузырчатая аэрационная система.
Организация таких зон позволит повысить эффективность удаления органических веществ, соединений азота и фосфора. Кроме этого, при реализации схем нитри - денитрификации, возможно снижение энергопотребления на аэрацию (поскольку вместо растворенного кислорода для окисления органики в зоне денитрификации используется кислород нитратов) и снижение объема удаляемого из системы ила за счет повышения его седиментационных свойств. Это позволит легче реагировать системе на залповые выбросы сточных вод с высоким содержанием загрязняющих веществ.
Масса ила при концентрации взвешенных веществ 0,4 %:
889,2 кг/ч – 0,4%
х – 100%
889,2 · 100
х = = 222300 кг/ч
0,4
Количество воды в иле:
222300 – 889,2 = 221410,8 кг/ч
Для поддержания концентрации ила в регенераторе 0,4% (4 г/дм3
) избыточный активный ил удаляется из системы на утилизацию в илоуплотнитель в количестве 222300 кг/ч, концентрация ила 99,6% В илоуплотнителе происходит уплотнение избыточного активного ила до 97,2%
Степень уплотнения равна:
100 – 97,2
с = = 7
100 – 99,6
Тогда количество уплотненного ила составит:
222300 / 7 = 31757,1 кг/ч – останется в илоуплотнителе, а осветленная вода возвращается в систему.
222300 – 31757,1 = 190542,9 кг/ч – вернуться в систему
Составим таблицу материального баланса стадии биологической очистки сточных вод и схему материального массового баланса.
с илоуплотнителя Вода – 5532,8 т/ч Микроор. – 22,22 т/ч
5766,12
180,94 т/ч Вода – 5743,06 т/ч Микроор. – 23,06 т/ч
Рециркуляционный активный ил 211,1
210,26 т/ч 0,84т/ч
ПО – первичный отстойник Уплотненный ил
АС – аэротенк – смеситель на утилизацию
ВО – вторичный отстойник 30,16 т/ч
РАИ – резервуар активного ила
ИУ – илоуплотнитель
Схема3. – Материального массового баланса на стадии биологической очистки сточных вод.
3.2. Технологический расчет основного аппарата и подбор вспомогательного оборудования.
Исходные данные:
Мощность, м3
/сутки 230000
Число работы установки в год, дней 365
Сточные воды
– это смесь промышленных и хозфекальных сточных вод, т.е. они, характеризуются колебанием расхода, состава и количества загрязнений. Учитывая эти факторы, выбираем аэротенк – смеситель, так как он характеризуется равномерной подачей по всей длине сооружения исходной воды и активного ила, а также равномерным отводом ила.
Использование аэротенка – смесителя
– оптимальный вариант для очистки сточных вод со значительной долей промышленных стоков.
Определим период аэрации в аэротенке по формуле:(3)
L en
– L ex
t atm
Аи(1-З)Р
где: t atm
– период аэрации, ч;
L en
– БПК полн.
, поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;
L ex
– БПК полн.
, очищенной воды, мг/л;
А и
– доза ила, г/л;
З – зольность ила;
Р – удельная скорость окисления, мг БПК полн.
На 1г беззольного вещества ила в 1час, определим по формуле:(4)
L ex
· C0
1
Р = Р max
· ·
L ex
· C0
+ K1
· C0
+ K0
· L ex
1 + φ А и
где: Р max
– максимальная скорость окисления, мг/(г · ч);
C0
– концентрация растворенного кислорода, мг/л;
K1
– константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ;
K0
– константа, характеризующая влияние кислорода;
φ – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила
Таблица 10.
Сточные воды
Р max
,
мг/(г · ч)
K1
,
мг БПК полн
/л
K0
,
мг О2
/л
φ,
л/г
З
Городские
85
33
0,625
0,07
0,3
Рассмотрим:
Р max
= 85 мг/(г · ч) [Табл. 10]
C0
= 2 мг/л [15]
K1
= 33 [Табл. 10]
K0
= 0,625 [Табл. 10]
φ = 0,07 [Табл. 10]
L en
= 152,15 мг/л [Табл. 7]
L ex
= 43,23 мг/л [Табл. 7]
А и
= 3 г/л [15]
Находим по формуле (4):
43,23 · 2 1
Р = 85 · · = 34
43,23 · 2 + 33 · 2 + 0,625 · 43,23 1 + 0,07 · 3
Рассмотрим:
L en
= 152,15 мг/л [Табл. 7]
L ex
= 43,23 мг/л [Табл. 7]
А и
= 3 г/л [15]
З = 0,3 [Табл. 10]
Р = 34 [Формула 4]
Находим по формуле (3):
152,15 – 43,23
t atm
= = 1,52 ч
3 · (1 – 0,3) · 34
Степень рециркуляции активного ила в аэротенках определим по формуле:(5)
А и
R =
1000/J и
- А и
где: А и
– доза ила в аэротенке, г/л;
J и
– иловый индекс, см3
/г;
Рассмотрим:
А и
= 3 г/л [15]
J и
= 130 см3
/г [15]
Находим по формуле (5):
3
Rи
= = 0,64 = 64%
1000/130 - 3
Находим нагрузку на ил по формуле:(6)
24 · (L en
– L ex
)
q1
=
А и
· (1 - З) t atm
где: t atm
– период аэрации, ч;
L en
– БПК полн.
, поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;
L ex
– БПК полн.
, очищенной воды, мг/л;
А и
– доза ила, г/л;
З – зольность ила;
Рассмотрим:
t atm
=1,52ч [Формула 3]
L en
= 152,15 мг/л [Табл. 7]
L ex
= 43,23 мг/л [Табл.7]
А и
= 3 г/л [15]
З = 0,3 [Табл. 10]
Находим по формуле (6):
24 · (152,15 – 43,23)
q1
= = 818,9
3 · (1 - 0,3) · 1,52
Продолжительность окисления органических загрязняющих веществ определим по формуле:(7)
L en
– L ex
t 0
=
R и ·
Аr
(1 - S) · ρ
где: R и
– степень рециркуляции активного ила;
L en
– БПК полн.
, поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;
L ex
– БПК полн.
, очищенной воды, мг/л;
З – зольность ила;
Р – удельная скорость окисления, мг БПК полн.
На 1г беззольного вещества ила в 1час, определим по формуле (4);
Аr
– доза ила в регенераторе, г/л определим по формуле:
tаt
– продолжительность обработки воды в аэротенке, ч
t0
= 2,7 ч [Формула 7]
tаt
= 0,8 ч [Формула 9]
Находим по формуле (10):
tr
= 2,7 – 0,8 = 1,9 ч
Вместимость аэротенка определим по формуле:(11)
Wаt
= tаt
· (1 + R и
) · q w
где: Wаt
– объем аэротенка, м3
tаt
– продолжительность обработки воды в аэротенке, ч;
R и
– степень рециркуляции активного ила;
q w
– расчетный расход сточных вод, м3
/ч:
tаt
= 0,8 ч [Формула 9]
R и
= 0,64 [Формула 5]
V = 230000 м3
/сут [15]
q w
= 230000/24 = 9583,3 м3
/ч
Находим по формуле (11):
Wаt
= 0,8 · (1 + 0,64) · 9583,3 = 12573,3 м3
Вместимость регенераторов определим по формуле:(12)
Wr
= tr
* R и
* q w
где: tr
– продолжительность регенерации, ч;
R и
– степень рециркуляции активного ила;
q w
– расчетный расход сточных вод, м3
/ч.:
tr
= 1,9 ч [Формула 10]
R и
= 0,64 [Формула 5]
q w
= 9583,3 м3
/ч
Находим по формуле (12):
Wr
= 1,9 · 0,64 · 9583,3 = 11653,3 м3
Прирост активного ила в аэротенках рассчитаем по формуле:(13)
p и
= 0,8 · Сcdp
+ Кg
· L en
где: Сcdp
– концентрация взвешенных веществ сточной воды, поступающей в аэротенк, мг/л;
Кg
– коэффициент прироста;
Сcdp
= 84 мг/л [Табл7]
Кg
= 0,3
Находим по формуле (13):
p j
= 0,8 · 84 + 0,3 · 152,15 = 112,8 мг/л
Удельный расход воздуха очищаемой воды определим по формуле:(14)
q0
· (L en
– L ex
)
q air
=
K1
· K2
· Kт
· K3
·(Ca
– C0
)
где: q0
– удельный расход кислорода воздуха при очистке БПК полн.
свыше 20мг/л;
K1
– коэффициент, учитывающий тип аэратора;
K2
– коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов;
Kт
- коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который определим по формуле:(15)
Kт
= 1 + 0,02 · (Тw
- 20)
где: Тw
– среднемесячная температура воды за летний период, 0
С
Тw
= 25 0
С
Находим по формуле (15):
Kт
= 1 + 0,02 · (25 – 20) = 1,1
K3
– коэффициент качества воды;
Ca
– растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определим по формуле:(16)
Ca
= (1 + hа
/20,6) Cт
где: Cт
– растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления;
hа
– глубина погружения аэратора, м;
Cт
= 8,2 [2, стр 290]
hа
= 5 м [15]
Находим по формуле (16):
Ca
= (1 + 5/20,6) * 8,2 = 10,2 мг/л
C0
– средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг
q0
= 0,9 [14]
K1
= 1,89 [14, табл. 42]
K2
= 2,92 [14, табл. 43]
Kт
= 1,1[Формула 15]
K3
= 0,85 [14, табл. 44]
Ca
= 10,2 мг/л [Формула 16]
C0
= 2 мг/л [15]
Находим по формуле (14):
0,9 * (152,15 – 43,23)
q air
= = 2,3
1,89 * 2,92 * 1,1 * 0,85 * (10,2 – 2)
Определим интенсивность аэрации по формуле:
·где: t atm
– период аэрации, ч;
Наt
– рабочая глубина аэротенка, м
t atm
= 1,52 ч [Формула 3]
Наt
= 5,2 м [15]
Находим по формуле (17):
2,3 · 5,2
Jа
= = 7,9
1,52
Число аэраторов определим по формуле:(18)
q0
· (L en
– L ex
) · Wаt
Nmа
=
Ca
– C0
1000 · Kт
· K3
· ( ) · t at
· Qmа
Ca
где: Wаt
– объем сооружения, м3
;
Qmа
– производительность аэратора по кислороду, кг/ч;
t at
– продолжительность пребывания жидкости в сооружении, ч;
q0
= 0,9 [14]
L en
= 152,15 мг/л [Табл. 7]
L ex
= 43,23 мг/л [Табл. 7]
Wаt
= 12573,3 м3
[Формула 11]
Qmа
= 100000 кг/ч
t at
= 0,8 ч [Формула 9]
Kт
= 1,1[Формула 15]
K3
= 0,85 [14, табл.]
Ca
= 10,2 мг/л [Формула 16]
C0
= 2 мг/л [15]
Находим по формуле (18):
0,9 · (152,15 – 43,23) · 12573,3
Nmа
= = 0,02
10,2 – 2
1000 · 1,1 · 0,85 · ﴾ ﴿ · 0,8 · 100000
10,2
3.3. Тепловой баланс.
Тепловой баланс рассчитаем по аэротенкам.
Составим уравнение теплового баланса:(19)
Q1
+ Q2
+ Q3
= Q4
+ Q5
+ Q6
+ Qреакции
где: Qреакции
= 0,104 кВт
Q1
– количество тепла, вносимое со сточной водой, кВт;
Q2
- количество тепла, вносимое с воздухом, кВт;
Q3
- количество тепла, вносимое с активным илом, кВт;
Q4
- количество тепла, уносимое с иловой смесью, кВт;
Q5
- потери тепла в окружающую среду, кВт;
Q6
- потери тепла, уносимые в землю через бетонные стены и днище, кВт;
Определим количество теплоты, вносимое со сточными водами по формуле:(20)
Q1
= m * c * t
где: m – масса воды, кг/ч;
с – теплоемкость воды, кДж/кг * град.;
t - температура сточной воды, 0
С;
m = 9166700 кг/ч [Табл. 9]
с = 4,19 кДж/кг · град.[4, стр. 808]
t = 20 0
С [15]
Находим по формуле (20):
9166971· 4,19 · 20
Q1
= = 250054,59 кВт
3600
Определим количество теплоты, вносимое с воздухом по формуле (21):
В материальном балансе биологической очистки сточных вод учитывается то количество воздуха, которое участвует в реакции окисления. Воздух же в аэротенк подается так же в целях перемешивания иловой смеси.
Q2
= m · c · t
где: m – масса воздуха, кг/ч;
с – теплоемкость воздуха, кДж/кг · град.;
t - температура воздуха, 0
С;
m возд.
= 27197,6 кг/ч
с = 0,984 кДж/кг · град.
t = 50 0
С [15]
Находим по формуле (21):
27197,6 · 0,984 · 50
Q2
= = 371,7 кВт
3600
Определим количество тепла, вносимое с активным илом по формуле:(22)
Q3
= m · c · t
где: m – масса активного ила, кг/ч;
с – теплоемкость воды, кДж/кг · град.;
t - температура активного ила, 0
С;
m ак.ил
= 5807479,8 кг/ч [Табл 9]
с = 4,19 кДж/кг · град.
t = 20 0
С [15]
Находим по формуле (22):
5807479,8 · 4,19 · 20
Q3
= = 135185,2 кВт
3600
Определим потери тепла в окружающую среду. Найдем поверхность теплообмена воздуха по формуле:(23)
Fв
= β · α · n
где: β – ширина аэротенка, м;
α – длина аэротенка, м;
n – количество секций, шт.;
β = 9 м
α = 120 м
n = 4 шт.
Находим по формуле (23):
Fв
= 9 · 120 · 4 = 4320 м2
Потери тепла в воздухе определим по формуле:(24)
Q5
= Fв
· α · (Т – t) (24)
где: α – коэффициент теплоотдачи от воды к воздуху, Вт/м2
· град.;
Fв
– поверхность теплообмена воздуха, м2
;
(Т – t) = ∆ t – перепад температуры в воздухе, 0
С
α = 26,6 Вт/м2
· град.
Fв
= 4320 м2
[Формула 23]
Принимаем: Т = 25 0
С и Т = -30 0
С
∆ t = 25 – (-30) = 55 0
С
Находим по формуле (24):
Q5
= (4320 · 26,6 · 55)/3600 = 1755,6 кВт
Определим количество потерь тепла в землю по формуле:(25)
Q6
= Fзем.
· k · ∆ t
где: Fзем.
– поверхность теплообмена земли, м2
;
Поверхность теплообмена земли определим по формуле:(26)
Fзем.
= П · Н + а · в · n
П – периметр всего аэротенка, м;
Н – глубина аэротенка, м
Найдем по формуле (27):
П = 2аn · 2в
где: а – ширина аэротенка, м;
в – длина аэротенка, м;
n – количество секций, шт;
а = 9м [15]
в = 120 м [15]
n = 4 шт. [15]
Находим по формуле (27):
П = 2 · 9 · 4 · 2 · 120 = 1728
П = 17280 м [Формула 27]
Н = 5,2 м [15]
а = 9м [15]
в = 120 м [15]
n = 4 шт. [15]
Находим по формуле (26):
Fзем.
= 17280 · 5,2 + 9 · 120 · 4 = 94176 м2
k – коэффициент теплоотдачи;
Коэффициент теплоотдачи определим по формуле:(28)
1
k =
1/ α1
+ δ/λ + 1/ α2
где: α1
– коэффициент теплоотдачи воды к бетону, Вт/м2
· град;
α2
– коэффициент теплоотдачи от бетона к грунту, Вт/м2
· град;
δ – толщина стенки бетона, м;
λ – теплопроводность железобетона, Вт/м2
· град;
α1
= 500 Вт/м2
· град [5]
α2
= 70 [5] Вт/м2
· град
δ = 0,2 [5]
λ = 0,46 Вт/м2
* град [5]
Находим по формуле (28):
1
k = = 2,2 Вт/м²
1/ 500 + 0,2/0,46 + 1/ 70
∆ t = Т – t
где: Т – температура воды, 0
С;
t - температура земли, 0
С;
Т = 20 0
С
t = 8
Находим по формуле (29):
∆ t = 20 – 8 = 12 0
С
Fзем.
= 94176 м2
[Формула 26]
k = 2,2 [Формула 28]
∆ t = 12 0
С [Формула 29]
Находим по формуле (25):
Q6
= (94176 · 2,2 · 12)/3600 = 690,6 кВт
Определим количество тепла уносимое с иловой смесью по формуле:(30)