Измерение концентрации вредных веществ, для которых установлены ПДК, проводят на различных ступенях технологической схемы очистки, в том числе перед выпуском сточной воды в водоем. Для этих целей используют газовые и жидкостные хроматографы, фотоэлектроколориметры, химические методы.
Определение допустимого состава сточных вод проводят в зависимости от преобладающего вида примесей и с учетом характеристик водоема, в который сбрасываются сточные воды.
Расчет допустимого состава сточных вод по концентрации взвешенных веществ.
где концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в него сточных вод;
ПДКвзв предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в водоеме;
n кратность разбавления.
Расчет допустимого состава сточных вод по концентрации растворенных вредных веществ.
Допустимую концентрацию каждого из растворенных вредных веществ в очищенных сточных водах определяют по формуле:
где концентрация i-го вещества в воде водоема до сброса сточных вод;
максимально допустимая концентрация того вещества с учетом макcимальных концентраций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе ЛПВ, вычисленная по формуле:
Расчет кратности разбавления сточных вод в водоемах.
Разбавление сточных вод это процесс уменьшения концентрации примесей в водоемах, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются. Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется кратностью разбавления "А".
Для водоемов с направленным течением кратность разбавления определяют по формуле:
m = (mQв + Qv)/Qv,
где Qv объемный расход сточных вод, сбрасываемых в водоем с объемным расходом воды Qв;
m коэффициент смешения, показывающий какая часть расхода воды в водоеме участвует в смешении.
Коэффициент смешения определяют по формуле:
где k = коэффициент, характеризующий гидравлические условия смешения;
коэффициент, характеризующий место расположения выпуска сточных вод (для берегового выпуска = 1, для выпуска в сечение русла = 1,5);
= L/Ln коэффициент извилистости русла;
L длина русла от сечения выпуска до расчетного створа;
Ln расстояние между этими же параллельными сечениями в нормальном направлении;
DТ коэффициент турбулентной диффузии, определяемый по формуле Караушева:
DT = gHx/Mcш,
где g ускорение силы тяжести;
Н средняя глубина русла по длине смешения;
x средняя по сечению русла скорость течения реки на удалении L от места выпуска сточных вод;
Сш 40...44 м0,5/с коэффициент Шези;
М функция коэффициента Шези, для воды М=22,3 м0,5/с.
Расчет разбавления сточных вод в озерах и водоемах проводят двумя методами: метод Руффеля и метод Лаптева. Эти методы приведены в книге Н.Н. Лапшева "Расчеты выпусков сточных вод", М., Стройиздат, 1977 г.
На основе анализа систем водоснабжения определяют объем воды, потребляемой и сбрасываемой машиностроительными предприятиями. Затем эти нормы используют при проектировании и реконструкции предприятий.
В ряде случаев необходимо определить количество сточных вод, сбрасываемых из аппаратов и образующихся при отдельных технологических процессах. Расчетные суточные, часовые и секундные расходы бытовых сточных вод на промышленных предприятиях определяются по смене с максимальным числом рабочих часов в смену по следующим формулам:
где n1, n2 число работающих в сутки в цехах при нормах водоотведения соответственно 25 и 45 л на одного человека (холодные и горячие цехи);
n3, n4 максимальное число работающих в смену при тех же нормах водоотведения;
k1, k2 коэффициенты часовой неравномерности, соответствующие тем же нормам водоотведения и равные 3 и 2,5.
14. Очистка сточных вод
При выборе способов и технологического оборудования для очистки сточных вод от примесей необходимо учитывать, что заданная эффективность и надежность работы любого очистного устройства обеспечивается в определенном диапазоне значений концентраций примесей и расходов сточной воды.
Сточные воды машиностроительных предприятий содержат, в основном, следующие примеси: взвешенные твердые частицы минерального происхождения, окалину, масла, нефтепродукты, щелочи и кислоты, растворы солей тяжелых металлов, эмульсии, ПАВ, органические растворители.
Концентрация этих примесей составляет от 0,001 кг/м (например, содержание хрома в отработанных электролитах), что во много раз превышает предельно допустимые концентрации этих веществ в водах различных водоемов. Поэтому перед сбросом этих вод в водоемы или для повторного использования в оборотном цикле необходимо их очищать.
Большинство цехов машиностроительных предприятий характеризуется постоянством расхода и состава сточных вод. Однако, в термических, травильных и гальванических цехах наблюдаются залповые сбросы, которые вызывают существенное увеличение концентрации тяжелых металлов в сточных водах. Для обеспечения нормальной работы очистных сооружений в указанных случаях необходимо усреднение примесей или расхода сточной воды, а иногда, и того и другого. С этой целью на входе в очистные сооружения устанавливаются усреднители, выбор и расчет которых определяются характеристиками залповых сбросов.
Расчет усреднителя примеси
где Кп -- коэффициент подавления;
Сmax -- максимальная концентрация примесей в залповых сбросах;
Сер -- средняя концентрация примесей в воде на входе в очистные соору-жения;
Сд -- допустимая концентрация примесей в сточной воде, при которой обеспечивается нормальная работа очистного сооружения;
При Кп>5
При Кп<5 ,
где V -- объем усреднителя.
-- превышение расхода сточных вод;
-- продолжительность залпового сброса.
При расчете объема усреднителя выбирают необходимое число сек-ций, исходя из условия:
,
где Н -- высота секции усреднителя; Wд=0.025 м/с -- допустимая скорость движения сточной воды в усреднителе.
Существует большое количество способов очистки сточных вод. Выбор необходимых способов при проектировании станций очистки сточных вод, как правило, основывается на виде и концентрации преобладающих примесей в сточных водах, а именно: механических (взвешенных), растворенных и органи-ческих.
2. Удаление взвешенных частиц из сточных вод.
Для удаления взвешенных частиц из сточных вод используют ги-дромеханические процессы (периодические и непрерывные), процеживание, отстаивание (гравитационное и центробежное), фильтрование. Выбор метода зависит от размера частиц примесей, физико-химических свойств и концен-трации взвешенных частиц, расхода сточных вод и необходимой степени очи-стки.
Первичная стадия очистки сточных вод
ПРОЦЕЖИВАНИЕ. Перед более тонкой очисткой сточные воды про-цеживают через решетки и сита, которые устанавливают перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы. Процеживание осуществляется пропусканием воды через решетки. Решетки изготавливают из металлических стержней с зазором между ними 5-25 мм. Они устанавливаются в коллекторах сточных вод вертикально или под уг-лом 60-70° к горизонту.
Скорость сточной воды в зазорах между стержнями не должна пре-вышать 0.8-1 м/с. При эксплуатации решетки должны очищаться. Очистка, как правило, производится механически или вручную.
Промышленность выпускает вертикальные решетки марки РММВ-1000 и наклонные марки МГ (800/1000)98; МГ(1600/2000)98. Для измельчения примесей не извлекая их из воды, промышленность выпускает решетки-дробилки марок РД-200; РД-600, с диаметром барабанов 200 и 600, соответст-венно. Средний размер измельченных примесей не превышает 10 мм.
Снятые с решеток примеси направляют на переработку. Для изме-льчения отходов используют дробилки. Расход энергии на работу меха-низированных граблей, транспортеров и дробилок составляет около 1 кВт на 1000 кубометров сточных вод.
ОТСТАИВАНИЕ. Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и ос-ветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильт-рация сточных вод через слой взвешенных частиц. Основным параметром, который используют при расчете отстойников, является скорость осажденных частиц (гидравлическая крупность) -- Woc. Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов скорость свободного осаждения шарообразных частиц вычисляют по формуле:
где -- число Рейнольдса;
Ламинарный режим движения частицы в жидкости определяется по формуле:
,
где -- динамическая вязкость воды.
-- число Архимеда;
d -- диаметр частиц;
-- динамическая вязкость воды;
ПЕСКОЛОВКИ. Их применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0.2-0.25 мм) из сточных вод. Горизонтальные песколовки (рис. 14.1) представляют собой резервуары с треугольным или трапециидальным поперечным сечением.
Рис. 14.1. Схема горизонтальной песколовки
На рисунке: 1 -- подводящий патрубок, 2 -- песколовка, З -- шламосборник, 4 -- выходной патрубок. Скорость движения воды в них не превышает 0.3 м/с. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму. В них сточные воды движутся с вертикальными восходящими потоками со скоростью 0.05 м/с. Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Чаще всего используют горизонтальные песколовки.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ОТСТОЙНИКИ. Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения (рис. 14.2). Вода движется с одного конца отстойника к другому.
Рис. 14.2. Схема горизонтального отстойника
Глубина отстойников равна Н=1,5-4 м, длина 8-12Н, а ширина коридора 3_6 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м3/сутки. Эффективность отстаивания достигает 60%. Горизонтальная скорость движения воды в отстойнике принимается не более 0,01 м/с, а продолжительность отстаивания 1-3 часа.
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ОТСТОЙНИК. Отстойник (рис.З) представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем.
Рис. 14.3. Схема вертикального отстойника
На рисунке: 1 -- трубопровод для вывода очищ. воды из отстойника, 2 -- цилиндрическая перегородка, З -- кольцевой водосборник, 4 -- трубопровод для удаления шлама, 5 -- подводящий трубопровод, 6 -- корпус отстойника, 7 -- кольцевой отражатель, 8 -- шламосборник.
Сточную воду подводят по центральной трубе. После поступления внутрь отстойника вода движется снизу вверх по желобу. Для лучшего распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Высота зоны осаждения составляет 4-5 м. В вертикальных отстойниках должно выполняться условие -- вертикальная скорость движения жидкости должна быть меньше скорости осаждения частиц (Woс > V).
Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил.
Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в гидроциклонах и центрифугах.
ГИДРОЦИКЛОНЫ. Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяются для осаждения твердых примесей, а открытые - для удаления осаждающихся и всплывающих примесей.
Гидроциклоны просты по конструкции, компактны, их легко обслуживать. Они отличаются большой производительностью и невысокой стоимостью. На эффективность работы гидроциклонов влияют физические свойства жидкости и твердой фазы (вязкость, удельный вес, диаметр твердых частиц), а также конструктивные параметры гидроциклонов (диаметр аппарата, диаметры и уст-ройство входного и сливных патрубков). Из напорных гидроциклонов наи-большее распространение получили аппараты конической формы. Гидроцикло-ны изготавливаются диаметром от 10до 700 мм, высота цилиндрической части примерно равна диаметру аппарата, угол конусности равен 10-30 градусов. Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70-80%. Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат (батарею), в котором они рабо-тают параллельно. Такие аппараты называют мультигидроциклонами. Они наиболее эффективны при очистке сточных вод от тонкодисперсных твердых частиц. Производительность напорных гидроциклонов определяют по формуле:
,
где K1 -- коэффициент, зависящий от условий входа сточной воды в гидро-циклон для гидроциклонов с D=0,125-0,6 м и =30° K1=0,524
D -- диаметр гидроциклона, м; dВХ -- диаметр входного патрубка, м; -- перепад давления между сливным и входным патрубками, Па.
ОТКРЫТЫЕ (БЕЗНАПОРНЫЕ) ГИДРОЦИКЛОНЫ. Их применяют для очистки сточных вод от крупных примесей (гидравлической крупностью 5 мм/с и более). От напорных гидроциклонов они отличаются большей производи-тельностью и меньшим гидравлическим сопротивлением. Схема одного из гид-роциклонов -- с внутренним цилиндром и конической диафрагмой показана на рис. 14.4).
Рис. 14.4. Схема открытого гидроциклона