Курсовая работа (т): Расчет очистной канализационной станции города

Расчет очистной канализационной станции города

Содержание

Введение

. Характеристика сточных вод. Источники образования сточных вод

. Выбор и обоснование технологической схемы очистки сточных вод

. Определение расходов хозбытовых сточных вод

. Расчет сооружений технологической схемы

.1 Приемная камера

.2 Решетки

.3 Песколовки

.4 Горизонтальный отстойник

.4 Расчет денитрификатора

.5 Расчет аэротенка

.6 Расчет нитрификатора

.7 Определение размера отделений

.8 Расчет системы аэрации

.9 Подбор воздуходувок

.10 Расчет вторичного отстойника

. Сооружения по обработке осадков

.1 Песковые площадки

.2 Илоуплотнители

.3 Иловые площадки

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

Доочистка сточных вод от соединений азота и фосфора требуется в случае, если при сбросе очищенных сточных вод в водоем содержание этих веществ превышает предельно допустимые концентрации, что может представлять опасность, а именно поступление в водоем со сточными водами биогенных веществ вызывает в нем нарушение естественного равновесия, в частности, их эвтрофикацию.

В настоящее время не всегда подвергают подобной очистке очищаемые сточные воды из-за высокой стоимости очистки.

Существует несколько способов очистки сточных вод от соединений азота. Среди которых лидирует биологический.

В курсовом проекте будут рассмотрены возможные варианты удаления соединений азота и фосфора из бытовых сточных вод, выбрана одна из наиболее выгодных и рассчитаны ее сооружения для сточных вод города, объемом 50 000 м³/сут.

1. Характеристика сточных вод. Источники образования сточных вод

В зависимости от происхождения, вида и качественной характернее тики примесей сточные воды подразделяют на три основные категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и дождевые (атмосферные).

К бытовым относятся воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, а также хозяйственные воды, образующиеся при мытье помещений. Они поступают как от жилых и общественных зданий, так и от бытовых помещений промышленных предприятий. По природе загрязнений они могут быть фекальные, загрязненные в основном физиологическими отбросами, и хозяйственные, загрязненные всякого рода хозяйственными отходами.

Сточные воды загрязнены всевозможными примесями органического и минерального происхождения, которые могут находиться в них в виде раствора, коллоидов, суспензии и нерастворимых веществ. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т. е. массой примесей в единице объема в мг/л или г/м³.

Бытовые сточные воды кроме органических и минеральных примесей содержат биологические примеси, состоящие из бактерий, в том числе и болезнетворных, а поэтому они потенциально опасны.

Соединения азота и фосфора поступают на очистные сооружения преимущественно в виде аммонийного азота, азота нитратов, азота нитритов и азота, связанного в органических соединениях. В хозяйственно-бытовых сточных водах концентрация общего азота составляет от 50 до 60 мг/дм³ и может изменяться в зависимости от происхождения сточных вод. Соотношение массовых концентраций различных форм азота не является постоянным и зависит от стадии переработки сточных вод. Изменение состава начинается уже в процессе транспортировки сточных вод на городские очистные сооружения. В частности, органическое соединение карбамид (мочевина), содержащийся в хозяйственно-бытовых сточных водах, в результате взаимодействия с бактериями распадается с образованием аммоний-иона (процесс аммонификации). Соответственно, чем протяженнее канализационная сеть, тем глубже протекает данный процесс. Содержание аммоний-иона на входе в городские очистные сооружения может составлять от 20 до 50 мг/дм³.

Содержание нитрат-ионов на входе в очистные сооружения невелико, большое количество нитратов (до 50 мг/дм³ и выше) образуется за счет преобразования аммонийного азота в процессе нитрификации. В городских сточных водах содержание нитрит-ионов незначительно (в большинстве случаев менее 1 мг/дм³), так как нитрит-ион обычно не образует стабильных азотных связей и появляется на канализационных очистных сооружениях в качестве «промежуточной фазы» при переходе к нитрат-иону. Под «органическим» понимают азот, входящий в состав органических веществ, таких, как протеины и протеиды, полипептиды (высокомолекулярные соединения), аминокислоты, амины, амиды, карбамид (низкомолекулярные соединения). В сточные воды органические соединения (в том числе и азотсодержащие) попадают в составе либо хозяйственно-бытовых сточных вод, либо сточных вод предприятий пищевой промышленности. Содержание органического азота в сточных водах не является постоянной величиной. При поступлении сточных вод в канализационную сеть содержание органического азота может достигать 50…70% суммарного количества соединений азота, а в результате процессов аммонизации, протекающих при транспортировании, на входе в очистные сооружения доля органического азота снижается до 10…15%.

2. Выбор и обоснование технологической схемы очистки сточных вод

Эвтрофикация - процесс роста биологической растительности водоемов, который происходит вследствие превышения баланса питательных веществ. При этом повышается температура воды, появляются привкусы и запахи, ухудшается цвет воды, чрезмерно развиваются водоросли, преобладают нежелательные виды планктона и нарушается жизнедеятельность рыб. К ускорению эвтрофикации приводят загрязнения биогенными элементами, которые попадают в водоемы со сточными и дождевыми водами, стоками с сельскохозяйственных полей, из донных отложений и т.д. Установлено, что массовое развитие водорослей в первую очередь происходит при наличии С, N и Р. Поскольку СО₂ поглощается водой из воздуха (причем этот процесс усиливается при высоких значениях рН, характерных для воды в цветущих водоемах), ограничить концентрацию углерода в воде сравнительно трудно. Наиболее целесообразно бороться с эвтрофикацией путем сведения к минимуму концентрации азота и фосфора в сточных водах, сбрасываемых в водоемы.

При наличии свободного диоксида углерода (концентрация которого зависит от бикарбонатной щелочности и рН воды), определенных ВПК и концентрации взвешенных веществ 1 мг азота продуцирует 21 - 25 мг водорослей, а1 мг фосфора - 40 - 250 мг.

Глубокая очистка сточных вод может исключить попадание N и Р в водоемы, поскольку при механической очистке содержание этих элементов снижается на 8-10%, при биологической-на 35-50 % и при глубокой очистке на 98-99 %. Кроме того, разработан ряд мероприятий, позволяющих бороться с процессом эвтрофикации непосредственно в водоемах, например искусственное увеличение содержания кислорода с помощью аэрационных установок. Такие установки работают в настоящее время в РФ, Польше, Швеции и других странах. Для снижения роста водорослей в водоемах используют различные гербициды. Однако установлено, что для условий Великобритании стоимость глубокой очистки сточных вод от биогенных веществ будет ниже, чем стоимость гербицидов, затраченных на снижение роста водорослей в водоемах. Существенным для последних является снижение концентрации нитратов, представляющих опасность для здоровья человека. Всемирной организацией здравоохранения предельно допустимая концентрация нитратов в питьевой воде принята равной 45 мг/л или в пересчете на азот 10 мг/л, такая же величина принята по санитарным нормам для воды водоемов. Количество и характер соединений азота и фосфора влияют на общую продуктивность водоемов, вследствие чего они включены в число главных показателей при оценке степени загрязнения водоисточников.

Для удаления азота, находящегося в сточных водах в виде свободного аммиака, солей аммония и нитратов, используются следующие методы: отдувка аммиака; удаление нитратов способом ионного обмена, гиперфильтрации, электролиза; восстановление нитратов до молекулярного азота химическим или биологическим способом (денитрификация).

Метод отдувки аммиака основан на подавлении диссоциации гидроксида аммония в сильнощелочной среде с образованием газообразного аммиака, который можно отдуть воздухом при многократном разбрызгивании сточной воды. Эффективность отдувки аммиака составляет около 90 %. Аммиак удаляют в дегазаторах с деревянной насадкой или в градирнях.

При применении ионообменных фильтров, заполненных селективными смолами, в частности цеолитом, удаление аммонийного азота при скорости фильтрования, равной 14,7 м/ч, составило 90 % при исходном его содержании 16 мг/л.

Биологическая денитрификация

При денитрификации концентрация аммонийного азота изменяется незначительно. По этой причине необходимо предварительно окислить аммонийный азот в нитриты и нитраты. Реакция осуществляется нитрифицирующими микроорганизмами и протекает в две стадии:

Рис. 1. Возможные схемы удаления из сточной жидкости азота методом нитрификации-денитрификации. 1-первичный отстойник; 2-аэротенк; 3-нитрификатор; 4-денитрификатор; 5- вторичный отстойник; 6-насосная станция циркулирующего активного ила; 7-циркулирующий активный ил

Удаление азота методом нитрификации-денитрификации (по Людзак-Эттингеру) может осуществляться по следующей схеме (рис. 1).

При удалении из сточной жидкости азота по данной схеме денитрификатор устанавливается в начале. Причем в качестве питательного субстрата используются загрязнения поступающей на очистку сточной жидкости. В случае недостатка питательного субстрата вводится искусственный субстрат. Если количество питательного субстрата сточной жидкости превышает количество, необходимое для восстановления поступающего в денитрификатор азота нитратного, то после денитрификации желательно предусмотреть аэротенк, в котором БПК_полн. сточной жидкости будет снижаться до 15 мг/л. Устройство нитрификатора на последней стадии очистки стоков не позволяет удалить из сточной жидкости азот, а может лишь обеспечить полное окисление азота аммонийного до азота нитратного. Концентрация N-NO₃ в очищенной сточной жидкости зависит от степени рециркуляции активного ила: чем она выше, тем ниже концентрация азота нитратного.

В состав сооружений по удалению азота методом нитрификации-денитрификации входят: аэротенки, нитрификаторы, денитрификаторы.

Сточные воды, содержащие значительное количество азота нитратной формы, перед подачей на общие очистные сооружения целесообразно подвергать обработке на локальных установках. Для этой цели могут быть использованы аппараты с контактной средой, в частности, пленочные фильтры-денитрификаторы конструкции ВНИИ ВОДГЕО.

Пленочные денитрификаторы (рис. 2), работающие по принципу биофильтров, могут применяться для очистки сточных вод с широким диапазоном исходных концентраций нитратного азота. При концентрациях, не превышающих 500 мг/л, используется одноступенчатая схема обработки, при концентрациях 500-1000 мг/л рекомендуется двухступенчатая схема, которая состоит из денитрификатора I ступени, где происходит снижение концентрации нитратного азота до 350-500 мг/л, и денитрификатора II ступени, где концентрация снижается до требуемых пределов. Для обеих ступеней могут быть использованы одинаковые сооружения. Продолжительность пребывания сточных вод в пленочных денитрификаторах 2-3 ч.

В качестве контактной среды используются пластмассовые рулонные материалы (пленки винипластовые каландрированные, перфорированные, гофрированные и т.д.), стоимость которых составляет 7,2-13,1 руб/м³изделия. Основным преимуществом использования этих материалов является возможность установки их в аппарате по направлению движения воды. Это не препятствует нормальному росту денитрифицирующей биопленки и способствует смыву ее избыточного количества, чем исключается специальная регенерация загрузки.

Рис 2. Пленочный денитрификатор: 1 - подача исходной воды; 2 - распределительная система; 3-водослив: 4-поливинилхлоридные пленки; 5-зона осветления: 6-отстойная зона; 7-выпуск осадка

Глубокая очистка сточных вод от соединений фосфора

При концентрации фосфора в воде водоема менее 0,001 мг/л эвтрофикация не наблюдается. Величина допустимой концентрации фосфора в сточных водах зависит от разбавления сточных вод в водоеме, фоновой концентрации в нем фосфора, наличия прочих источников фосфатов в сточной воде и обычно принимается равной 0,01-0,1 мг/л.

Основным источником фосфора в производственных сточных водах являются синтетические ПАВ. Концентрация фосфора в таких сточных водах может быть различной в зависимости от назначения воды в промышленности. Большая часть фосфора находится в сточной воде в растворенном состоянии.

Среди различных методов биологическая очистка производственных сточных вод в аэротенках, по-видимому, является наиболее эффективной для снижения содержания фосфора. Остаточное количество фосфора после обработки в аэротенках и вторичных отстойниках может быть удалено на скорых фильтрах с обработкой сточных вод химическими реагентами - солями алюминия и железа, полиэлектролитами. Расходы реагентов определяются опытным путем. Наименьший расход реагентов наблюдается при введении их в биологически очищенные сточные воды перед скорыми фильтрами путем использования метода контактного коагулирования.

При загрязнениях, характерных для бытовых сточных вод (содержание общего фосфора 15-20 мг/л в пересчете на РО^3-₄, фосфатов 7-9 мг/л), введением максимально допустимых доз коагулянта снижают содержание фосфора на 90 %; остаточное содержание фосфора в очищенной воде в этом случае составляет 2-3 мг/л, а фосфатов - 0,2- 0,4 мг/л. Одновременно с этим благодаря коагулированию достигается весьма высокая эффективность глубокой очистки: содержание взвешенных веществ в фильтрате 3 мг/л, снижение БПК₅ до 60-80 % и ХПК до 40-60 %.

Лучшим реагентом для химико-биологического извлечения фосфора считается сернокислый алюминий. При использовании этого коагулянта помимо удаления фосфора достигается более полное удаление бактерий, чем при применении других коагулянтов. При этом величина рН остается в пределах нормы для биологической очистки сточных вод.

В качестве коагулянтов при введении их перед аэротенком можно применять отходы производств, содержащие двухвалентное железо.

Добавление в аэротенк кислых растворов солей трехвалентного алюминия, или железа может разрушить активный ил, если в результате гидролиза алюминия щелочность воды снизится до, нуля, поэтому для сточных вод с низкой щелочностью рекомендуется их подщелачивание. Учитывая, что нитрификация снижает щелочность, биологический процесс очистки сточных вод, сочетающийся с химическим осаждением фосфора, в низкощелочных водах рекомендуется вести до стадии нитрификации.

В НИИ КВОВ разработаны технологические схемы очистки сточных вод от соединений фосфора с введением коагулянта.

Опыты показали, что доза реагента зависит от начальной концентрации фосфора в сточных водах. При содержании фосфора до 10 мг/л необходимая доза реагента должна отвечать соотношению А1: Р =1 : 1, при содержании фосфора в исходных сточных водах более 10 мг/л доза реагента должна быть увеличена в 1,5 раза.