Очищення суміші промислових і побутових стічних вод для спуску води до біологічних ставків

 

Нафта і нафтопродукти в емульгованому стані	0,05	Хлорофос	0
Нікель	0,1	Цинк	0,05
Свинець	0,1	Ціаніди	0,05

 

Нормування гранично допустимого скидання інших забруднюючих речовин у водні об'єкти  здійснюється  органами  Мінекобезпеки  на місцях  за умови,  що досягнута категорія якості води при цьому не погіршиться [4].

При  наявності у воді (питній і поверхневій) декількох  речовин з однаковою лімітуючою ознакою швидкості, що відносяться до 1 і 2 класів небезпеки, , сума відношень концентрацій кожного з речовин у водному об'єкті до відповідних ГДК не повинна перевищувати одиниці:

Недотримання даних значень  ГДК призведе до погіршення екологічної ситуації у даному регіоні. В такому разі стане необхідне негайне прийняття заходів щодо підвищення ступеню очищення даних стічних вод.

 

 

2 Характеристика домішок, які треба видалити з води, за їх фазово-дисперною характеристикою

Основою класифікації домішок води за їх фазово-дисперсним станом є:

• фазово-дисперсна характеристика речовин, що визначає поведінку їх у водному середовищі, а отже, і їхнє ставлення до введених реагентів і застосованих методів очистки;
• здатність багатьох речовин у водному середовищі змінювати свій фазово-дисперсний стан під впливом фізико-хімічних факторів (рН, сольового складу, температури і т. д.), що відкриває широкі можливості для удосконалення технологічних прийомів очищення природних і стічних вод;
• відповідність певних технологічних прийомів і методів видалення домішок їх фазово-дисперсному стану.

Всі домішки води за їх відношенням до дисперсійного середовища об'єднані в чотири групи із загальною для кожної з них фізико-хімічною характеристикою [3].

Таблиця 2.1 – Класифікація домішок води [3]

Фазова характеристика	Гомогенні системи		Гетерогенні системи
Група	І	ІІ	ІІІ	ІV
Фізико-хімічна характеристика	Грубодисперсні домішки: суспензії, емульсії, планктон, віруси,	Домішки колоїдної ступені дисперсності: органічні і неорганічні речовини, віруси,	Домішки молекулярного ступеню дисперсності: гази, органічні речовини	Домішки іонного ступеню дисперсності: солі, кислоти, основи

 

Продовження таблиці 2.1

Поперечний розмір частинки α, см	10-1 -  10-5	10-6	10-7	10-8
Дисперсність D, см-1	101 -  105	106	107	108

 

Домішки І і ІІ груп (крім високомолекулярних сполук) утворюють термодинамічно нестійкі гетерогенні системи, а домішки ІІІ і ІV груп – термодинамічно рівноважні та оборотні гомогенні системи.

Зв'язок між технікою очищення води і приналежністю домішок і забруднень до тієї чи іншої групи у класифікації визначається загальними закономірностями, яким підпорядковуються процеси, що відбуваються у водному середовищі,  в залежності від фізико-хімічної характеристики цих домішок.

Домішки І групи, до яких відносяться грубодисперсні речовини, які утворюють з водою суспензії, емульсії, піни, а також планктон і патогенні бактерії – кінетично нестійкі, утримуються в зваженому стані динамічними силами водного потоку. Найбільш часто ці домішки представлені частинками глини, піску, ґрунту, мулу, а також емульсіями мінеральних масел, нафтопродуктами На поверхні частинок можуть сорбувати патогенні бактерії, віруси, радіоактивні речовини. У стані спокою для таких систем характерна седиментації частинок або спливання в залежності від їх густини. Домішки I групи ефективно видаляються з води під дією гравітаційних сил, сил злипання (адгезії) сумісного осадження.

Домішки II групи являють собою колоїдні (мінеральні та органомінеральні) частинки  грунту; гумінові та фульвокислоти, які вимиваються із лісових, торф'яних і болотистих грунтів і надають воді бурого забарвлення; високомолекулярні сполуки природного походження, а також віруси й інші мікроорганізми колоїдного ступеню дисперсності, що потрапили до водойм зі стічними водами.

Домішки II групи утворюють з водою кінетично і агрегативно стійкі системи. Кінетична стійкість даних домішок характеризується співвідношенням сил гравітаційного поля і броунівського руху (домішки практично не осідають, час їх седиментації вимірюється роками); агрегативна стійкість їх обумовлена електростатичним станом міжфазної поверхні і утворенням при цьому дифузних шарів або створенням на поверхні частинок стабілізуючих шарів. Ці домішки видаляються з води в результаті, головним чином, коагуляції, сорбції, впливу окисників.

До домішок ІІІ групи (молекулярного ступеню дисперсності) відносяться розчинені у воді гази, органічні сполуки біологічного походження, а також внесені виробничими та побутовими стоками. Органічні речовини молекулярного ступеня дисперсності є неелектролітами або слабкими електролітами. Це феноли та його похідні, ароматичні аміни, нітросполуки. Молекули домішок III групи можуть суттєво змінювати структуру води і взаємодіяти як з нею, так і одна з одною. У першому випадку відбувається гідратація молекул, у другому - асоціація.  Виключаючи випадок утворення хімічних сполук, ці  взаємодії в основному обумовлені силами Ван-дер-Ваальса. Молекулярно-розчинені речовини здатні за рахунок водневих зв'язків утворювати з водою неміцні з'єднання, що існують лише в розчині. Велике значення мають ці зв'язки і при асоціації молекул розчиненої речовини, необхідною умовою виникнення таких зв'язків є достатня полярність валентних зв'язків водню у вихідних речовинах. В процесі очищення води газоподібні речовини видаляються керування; органічні речовини - сорбцією, екстракцією.

Домішки IV групи (іонний ступінь дисперсності) утворюються в результаті дисоціації у воді солей, кислот і основ. Це речовини з іонним або сильно полярним зв'язком, які в результаті характерної полярної будови молекул води розпадаються на йони. Домішки цієї групи видаляються з води в результаті утворення малорозчинних або малодисоційованих сполук. Крім того, вилучення їх здійснюється за допомогою іонообмінної сорбції, електродіалізом, зворотним осмосом, а також шляхом зміни агрегатного стану самої води.

Таблиця 2.2 – Методи видалення домішок з води [10]

Гетерогенні системи			Гомогенні системи
Групи
І(10-2 -10-4 см)	ІІ(10-5 - 10-6 см)	ІІІ(10-6 - 10-7 см)		ІV(10-7 - 10-8 см)
Механічне безреагентне розділення	Діаліз,ультрафільтрування	Аерування, евапорація, десорбція газів і летких органічних сполук при керуванні		Гіперфільтрування
Окиснення хлором, озоном та ін.	Окиснення хлором, озоном та ін.	Окиснення хлором, оксидом хлору (ІV), перманганатом		Переведення йонів у малорозчинні сполуки
Адгезія на гідроксидах алюмінію, феруму, а також на зернистих і високодисперсних матеріалах	Адсорбція на гідроксидах алюмінію і феруму, а також на високодисперсних глинистих мінералах	Адсорбція на активованому вугіллі та інших сорбентах і матеріалах		Фіксація йонів на твердій фазі іонітів
Флотація суспензій і емульсій	Коагуляція колоїдних систем	Екстракція органічними роз.		Сепарація йонів
Електрофільтрування і електроутримання мікроорганізмів	Електрофорез і електродіаліз	Поляризація молекул в електричному полі		Використання рухливості йонів в електричному полі
Бактерицидний вплив на патогенні  мікроорганізми і спори	Віруліцидна дія	Біохімічне розкладання		Вилучення йонів металів мікроорганізмами

          За умовою завдання даної роботи необхідно очистити суміш промислових і побутових стічних вод з наведеними нижче характеристиками [9].

Таблиця 2.3– Характеристики та показники якості води, що проходить обробку [9]

Потужність станції, м3/год	рН	Завислі речовини, мг/дм3		Кольоро- вість, град	Запах, бал	ХСК, мг О2 на 1 дм3	БСК, мг О2 на 1 дм3	Розчинені гази, мг/дм3	Речовини-забруднювачі, мг/дм3	Загальний солевміст, мг/дм3	Колі-індекс
		грубо-дис-персні	колоїд-ні
800	7,2	150	70	500	5	400	250	-	250 (нафтопродукти)	1500	-

 

Після очищення вода повинна  скидатись до біологічних ставків.

Таблиця 2.4 – Показники якості води після обробки [9]

рН	Завислі речовини, мг/дм3		Кольоро- вість, град	Запах, бал	ХСК, мг О2 на 1 дм3	БСК, мг О2 на 1 дм3	Розчинені гази, мг/дм3	Речовини-забруднювачі, мг/дм3	Загальний солевміст, мг/дм3	Колі-індекс
	грубо-дис-персні	колоїд-ні
6,5- 8,5	40	20	10	3	40	25	-	25,0 (нафтопродукти)	500	-

 

Показник pH забрудненої води змінювати не потрібно (рН вихідної води - 7,2, рН очищеної води – 6,5 - 8,5).

Грубодисперсні речовини (а також частково речовини забруднювачі, у даному випадку нафтопродукти) відносять до І групи. Вміст грубодисперсних речовин необхідно зменшити від 150 до 40 мг/дм³ , а також БСК, що залежить від цього вмісту – від 250 до 25 мг кисню на 1 дм³ .

Колоїдні  речовини  відносять до ІІ групи. За умовою потрібно зменшити вміст цих колоїдних частинок від 70 до 20 мг/дм³ (також зменшиться БСК, що залежить від вмісту колоїдних частинок) і частково зменшиться кольоровості води.

Нафтопродукти належать до І групи. На поверхні цих забруднювачів можуть затримуватись віруси а також патогенні мікроорганізми, радіоактивні речовини. Щодо умови завдання, то необхідно зменшити вміст нафтопродуктів від 250 до 25,000 мг/дм³, відповідно частково зменшиться кольоровість ( до 12 град ) та запах (а також зменшиться  ХСК ).

Домішки, які характеризують загальний солевміст  системи, відносяться до IV групи . За умовою потрібно зменшити загальний солевміст від 1500 до 500 мг/дм³ .

 

3 Принципова технологічна схема, вибір та розрахунок обладнання

3.1 Принципова технологічна схема очистки суміші промислових і побутових стічних вод

Складемо технологічну схему очищення вихідної води до якості, що вимагається при спуску вод до біологічних ставків (рисунок 3.1).

Стічна вода

Решітки

Відстійник-нафтовловлювач

     Стічна вода

 

Флотація

Відстійник

 

Коагуляція

Біологічні пруди

 

Біохімічна очистка

 

 

 

Рисунок 3.1 –  Технологічна схема очистки суміші промислових і побутових вод

3.2 Головні апарати та їх розрахунок

Решітки

Для утримання сміття  і застереження подальшої поломки  споруд встановлюють решітки, сітки  перед первинними відстійниками.Решітки – металічні рами прямокутної форми з натягнутими перегородками на яких розположені стержні.

 

Потужність по воді, що обробляється:

Q = 800 м³/год = 0,22 м³/с.

1. Число прозорів розраховується за формулою:

n = = ,

де b– ширина прозорів між стрижнями (0,016 0,020 м);

h_p  - глибина у воді, м (0,8 1,2 м);