Материал: Реконструкция очистных сооружений города Новотроицка
многие технологические решения по существующей технологии очистки и обработке осадка морально устарели и не эффективны.
Решением данных проблем является реконструкция очистных сооружений с целью повышения эффекта их работы следующими мероприятиями:
) реконструкция существующих аэротенок. Они разбиваются на зоны нитри - денитрификации; устанавливаются мешалки для перемешивания иловой смеси;
2) строительство реагентного хозяйства для удаления из сточных вод фосфора.
) замена системы обеззараживания воды хлором на ультрафиолетовые установки, которые менее сложны и неопасны в эксплуатации;
) проектировка сооружения для обработки осадка;
.1.2 Литературный обзор путей решения существующих проблем
) Одним из показателей загрязнения сточных вод является наличие в них
аммонийного азота и фосфора. В процессе очистки происходит трансформация и
частичное изъятие аммонийного азота и фосфора из сточных вод. При этом в ходе
очистки протекают процессы аммонификации и последующей нитрификации азота, а
так же гидролиз соединений фосфора. Соединения азота и фосфора, находящиеся в
сточных водах, получили название биогенных элементов. Проблема удаления азот- и
фосфорсодержащих соединений возникла в связи с ухудшением качества воды рек и
водохранилищ, вызванным эфтрофикацией, которая обусловливается наличием
избыточного количества питательных элементов в поверхностных слоях воды, что
вызывает усиленный рост водорослей и макрофитов, мешает прохождению света в
глубь водоема, потребляя растворенный кислород. Среди методов очистки сточных
вод от соединений азота известны следующие: биологические, физико-химические,
электро - химические, методы отдувки, ионного обмена. Фосфаты удаляют
химическими, физико-химическими и биологическими методами. представлена
сравнительная характеристика методов очистки сточных вод в таблице 6.
Таблица 6 - Сравнительная характеристика очистки сточных вод различными методами
|
Наименование |
Принцип действия |
Недостатки |
Достоинства |
|
|||||||||
|
Азот и его соединения: |
|
||||||||||||
|
Биологический метод |
Основан на процессах биологического окисления азота до нитратов и нитритов. В ходе денитрификации происходит окисление органических веществ при восстановлении азота нитратов до свободного азота |
Высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей. |
Эффективное удаление азота |
|
|||||||||
|
Физико - химические методы: |
|
||||||||||||
|
Обратный осмос |
Характеризуется использованием мембран с минимальным размером пор, соизмеримым с размером одиночных ионов, поэтому извлекаются все растворенные ионы азота и органические молекулы |
Процесс требует тщательной предварительной очистки и умягчения воды |
Применение полупроницаемых мембран позволяет достигать эффект очистки от азотсодержащих соединений до 98,5% |
|
|||||||||
|
Окисление озоном |
Аммиак полностью окисляется в нитрат, в результате весь кислород расходуется на окисление азота |
Эффективного удаления аммиака можно достигнуть только при поддержании щелочной среды |
Аммиак полностью окисляется в нитрат, в результате устраняется расход кислорода на окисление азота в отходах |
|
|||||||||
|
Отдувка |
Способ удаления аммиака осуществляют после обработки сточной воды известью. Основан на отдувке из раствора воздухом с pH = 11 в охладительной башне. Нагнетаемый воздух пропускают через загрузку для извлечения аммиака из капель воды. |
Требуется предварительная обработка известью |
Простота этого процесса делает его наиболее дешевым методом денитрификации в тех случаях, когда предварительно удаляется фосфор путем обработки сточной воды известью |
|
|||||||||
|
Наименование |
Принцип действия |
Недостатки |
Достоинства |
|
|||||||||
|
Ионный обмен |
Этот метод применяется, когда нужно обеспечить очень низкую концентрацию азот в воде после очистки. Высокой избирательной способностью по отношению к иону аммония обладает клиноптилолит-естественный неорганический цеолитовый материал |
Ионообменная смола имеет свой ресурс или «ёмкость» поэтому процесс обмена не бесконечен, и сорбент нуждается в периодической регенерации. |
Единственный метод, дающий возможность выборочно, селективно извлекать из раствора некоторые компоненты, например, соли жесткости, тяжелые металлы |
|
|||||||||
|
Электро - химический метод |
Основан на электролизе морской воды с выделением на аноде хлора, в результате которого выделяющаяся гидроокись магния вступает в реакцию с содержащимся в сточных водах ионами аммиака с образованием нерастворенной комплексной соли |
Пока не нашёл применение в промышленных масштабах |
Дает возможность в большинстве случаев отказаться от применения реагентов, реагентного хозяйства, что наряду со снижением стоимости электроэнергии, позволяет прогнозировать на ближайшее время еще более широкое их распространение |
|
|||||||||
|
Фосфор |
|
||||||||||||
|
Химический |
Ионы реагента взаимодействуют с растворными солями ортофосфорной кислоты, вследствие чего происходит образование мелкодисперсного коллоидного осадка фосфата |
Требуется добавление дорогостоящих реагентов; вторичные загрязнения, образующиеся после применения коагулянта. |
При использовании этого коагулянта помимо удаления фосфора достигается более полное удаление бактерий |
|
|||||||||
|
Наименование |
Принцип действия |
Недостатки |
Достоинства |
||||||||||
|
физико-химический |
|
||||||||||||
|
Адсорбционный метод |
Фосфор поглощается поверхностью сорбента |
Эффект удаления органического фосфора зависит от эффекта удаления взвешенных веществ, не экологичный |
Физико-химические методы, основанные на контакте сточных вод с электродами, отличаются высокой эффективностью |
Основан на выращивании кристаллов фосфатов на центрах кристаллизации с последующим их удалением их из системы |
Требуется установка дорогостоящего оборудования |
- |
|
||||||
|
Биологический |
Основным методом биологического изъятия фосфора является метод с анаэробной обработкой возвратного рециркулирующего активного ила. При использовании такой схемы поочередной аэробной и анаэробной обработке подвергается смесь сточной жидкости и активного ила, а фосфор из системы выводится с избыточным илом |
Биологическая очистка воды на станциях очистки воды, как и любой процесс, имеет свои пределы, так, после превышения некоторого критического предела загрязнений микроорганизмы погибают. Одним из основных факторов биологической очистки воды является интенсивность размножения бактерий, выполняющих окисление загрязнителей. |
При правильном проведении процесса возможно эффективное изъятие фосфатов из сточной жидкости. |
|
|||||||||
|
БПКполн |
|
||||||||||||
|
Биохимический метод |
Основан на окисление в аэротенке |
Большие капитальные затраты, необходимость предварительного удаления токсичных веществ, строгое соблюдение технологического режима очистки. |
Несложное аппаратное оформление, невысокие эксплуатационные затраты |
|
|||||||||
2) В настоящее время применяется много различных методов обработки осадков с целью их последующего использования в хозяйственной деятельности или ликвидации. При обработке осадков достигается их стабилизация (или минерализация), обезвоживание (уменьшение объема) и обеззараживание. Стабилизация или минерализация органического вещества осадка может осуществляться в анаэробных условиях (метановое брожение) и в аэробных условиях (окисление органического вещества бактериями при аэрации осадка воздухом). Аэробной стабилизации может подвергаться неуплотненный и уплотненный избыточный активный ил и его смесь с осадком первичных отстойников.
Для обезвоживания осадков может быть принят как метод обезвоживания в
естественных условиях, то есть на иловых площадках, так и механический метод обезвоживания
осадков. Но так как в городах с развитой инфраструктурой использование
процессов естественной сушки осадков нерационально с экономической точки
зрения, то механическое обезвоживание осадков является оптимальным методом их
переработки. Сопоставление характеристик сооружений для механического
обезвоживания осадков показывает, что каждое сооружение имеет определенные
преимущества и недостатки и представленные в таблице 7.
Таблица 7 - Сравнение основных характеристик сооружений механического обезвоживания осадков сточных вод
|
Аппараты, применяемые для обезвоживания осадка |
Принцип действия |
Основные преимущества |
Основные недостатки |
|
|
Вакуум - фильтры |
Основан на удалении воды из плотного слоя осадка рас-ого на мелкоячеистой сетке (ткани), вакуумом, создаваемым со стороны противо-ной осадку |
Возможность обработки осадков без выделения песка и распространения запаха; сокращение топливно - энергетических расходов на термосушку; отсутствие быстроизнашивающихся узлов |
Применение минеральных реагентов, вакуум-насосов; периодические замены фильтровальной ткани, повышенный расход электроэнергии |
|
|
Центрифуги |
Происходит процесс разделение твердой и жидкой фаз в поле центростремительных сил, с применением минеральных коагулянтов |
Компактность установок, возможность работы по реагентным и безреагентным схемам и с применением флокулянтов |
Необходимость извлечения из осадков крупных включений и песка, периодической наплавки или замены шнеков; повышенные по сравнению с вакуум-фильтрами топливно-энергетические расходы на термосушку |
|
|
Ленточные фильтр - прессы |
Пресс имеет верхнюю и нижнюю фильтровальные ленты. Фильтрование и отжим осуществляются в пространстве между этими лентами. Обезвоженный осадок срезается ножом и сбрасываетс в конвейря |
Отсутствие быстроизнашивающихся деталей и узлов; сокращение расхода электроэнергии; отсутствие необходимости выделения крупных включений и песка из осадков |
Повышенные габариты по сравнению с центрифугами; возможность распространения запаха; увеличенные по сравнению с вакуум - фильтрами топливно - энергетические расходы на термосушку; необходимость периодической замены фильтровальной ткани |
|
|
Камерные и рамные фильтр - прессы |
Кондиционированный осадок подается на фильтр-пресс насосами при возрастающем давлении. Давление фильтрования поднимается до 1,5Мпа. |
Низкая влажность обезвоженного осадка и топливно - энергетические расходы на термосушку и сжигание |
Низкая удельная производительность (с единицы поверхности); повышенный расход реагентов; периодичность действия; необходимость замены фильтровального полотна по мере износа |
|
) Осадки, выделяемые при очистке сточных вод, по химическому
составу относятся к ценным органоминеральным смесям. Поэтому их целесообразно
использовать в сельском хозяйстве в качестве удобрений, содержащих необходимые
для развития растений микроэлементы. Сжигание осадков осуществляется, если их
утилизация в исходном виде невозможна или экономически нецелесообразна.
Сравнительная характеристика методов утилизации осадков представлена в таблице
8
Таблица 8 - Методы использования и утилизации осадков
|
Процесс утилизации осадка |
Принцип действия |
Основные недостатки метода |
Основные преимущества метода |
|
Сжигание |
При сжигании осадков большинство их используется как топливо. Зола, образующаяся при сжигании осадков, может использоваться для подщелачивания почв |
Необходимость эффективной очистки отходящих газов, потребность в квалифицированном персонале |
Значительно сокращаются транспортные расходы, возможно получение дополнительной теплоты |
|
Использование в качестве удобрения для сельско-хозяйственных культур |
В качестве удобрения можно использовать те осадки сточных вод и избыточный активный ил, которые предварительно были подвергнуты обработке, гарантирующей последующую их незагниваемость, а также гибель патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов. |
Осадок используется только в теплый период времени |
Содержится большое количество органических веществ, внесение осадков значительно уменьшает кислотность почв |
Патогенные микробы не могут быть полностью удалены из сточных вод ни при
отстаивании, ни при биологической очистке. Поэтому для их удаления необходимо
применить метод обеззараживания сточных вод. Обеззараживание сточных вод имеет
целью уничтожение оставшихся в них патогенных бактерий и снижение
эпидемиологической опасности при сбросе в водоемы. В дипломном проекте
предлагается заменить систему хлорирования на ультрафиолетовые установки, так
как бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода,
прошедшая через установку, может сразу же поступать непосредственно в систему оборотного
водоснабжения или в водоем. Ниже приведены методы обеззараживания сточных вод
таблица 9.
Таблица 9 - Методы обеззараживания сточных вод
|
Методы обеззараживания сточной воды |
Принцип действия |
Основные недостатки метода |
Основные преимущества метода |
|
Хлорирование |
Жидкий хлор вводят в сточную воду или непосредственно (прямое хлорирование), или при помощи хлоратора - прибора, который служит для приготовления раствора хлора в водопроводной воде и его дозирования. Бактерицидный эффект хлора зависит от его начальной дозы и продолжительности контакта с водой |
Хлорирование при дозе остаточного хлора 1,5 мг/л не обеспечивает необходимой эпидемической безопасности в отношении вирусов. Другим негативным свойством хлорирования является образование хлорорганических соединений и хлораминов. Хлорорганические соединения обладают высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью, |
Высокая эффективность в отношении патогенных бактерий |
|
Озонирование |
При взаимодействии озона с примесями воды протекает процесс их окисления |
Высокая стоимость оборудования |
Обладает высокой бактерицидной активностью и обеспечивает надежное обеззараживания воды. Благодаря сильной окислительной способности озон разрушает клеточные мембраны и стенки. Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень очистки и обезвредить различные токсичные соединения. |
|
Ультрафиолет |
Обеззараживающий эффект УФ-излучения обусловлен необратимым повреждениям ДНК и РНК микроорганизмов, находящихся в сточной воде, за счет фотохимического воздействия лучистой энергии, которое предполагает разрыв химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии излучения |
Дорогостоящее, но поскольку ультрафиолетовое обеззараживание - безреагентный процесс, со временем затраты окупаются. |
Не требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды и действует не только на бактериальную флору, но и бактериальные споры. Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода, прошедшая через установку. |
Анализ литературного обзора рассмотренных проблем позволяет сделать следующий вывод - повышение эффекта очистки сточных вод возможно с помощью применения новейших технологий и сооружений:
одним из эффективных методов удаления азота из сточных вод является биологический метод, при котором происходит окисление азота до нитратов и нитритов, а затем выведением азотосодержащего газообразного вещества;
одним из эффективных методов удаления фосфора является химический метод, при использовании реагента сернокислого железа, с последующим выведением его в осадок;
эффективными сооружениями обработки осадка являются установки сбраживания осадков метантенков и обезвоживание центрифугами;
обеззараживание сточных вод предполагается проводить установками бактерицидного
ультрафиолетового излучения, так как по сравнению с другими установками
обеззараживания УФ является одним из самых безопасных и экономичных.. Не
требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды и
действует не только на бактериальную флору, но и бактериальные споры.
Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода,
прошедшая через установку.
.3 Расчет очистных сооружений
.3.1 Принятая технологическая схема
Выбор методов очистки сточных вод и определение состава сооружений представляют собой сложную технико-экономичную задачу и зависят от многих факторов; расхода сточных вод и мощности водоема; расчета необходимой степени очистки; рельефа местности; характера грунтов и др. Технологическая схема очистки представлена на схеме 1.
Механическая очистка
Сточная вода поступает на решетки через приемный канал по железобетонным лоткам. В зависимости от того, какой шибер открыт, сточная вода попадает на первую, вторую, или третью канализационную механизированную решетку СУЭ с электроприводом.
Производительность по отбросам более 0,1 м3/сутки, ширина прозоров между стержнями решетки 5,5 мм. Решетки установлены в пазах, сделанных в боковых стенках для удобства эксплуатации. В случае необходимости решетки заменяются другими. Удаление плавающих механических частиц из загрязненного потока жидкости, протекающего по каналу, производится при помощи граблин, которые перемещают их к верхнему краю рамы и с помощью сбрасывателя подают на конвейер. Транспортировка отбросов от решеток происходит по ленточному конвейеру, т.е. механизированно; за пределы здания отходы периодически вывозятся на свалку. Влажность удаленных с решеток отбросов составляет 80%, зольность - 7%. Скорость протока сточных вод между стержнями решетки не должна превышать 1 м/с.
Схема1 - Технологическая схема очистки сточных вод
Характеристики здания решеток представлены в таблице 10.
Таблица 10 - Оборудование здания решеток
|
Наименование |
Марка |
Мощность дв, кВт |
Число оборотов, об/мин |
Производительность, м3/час |
|
Канализационные решетки |
СУЭ 0812 №1,2,3 |
1,5 |
1385 |
|
|
Насосы |
К100/65- 250 №1,2 |
55 |
2900 |
100 |
|
Вентиляторы |
П-1 ,В-1,ц4-70 №7 |
3,9 |
950 |
9000 |
После решеток сточная вода поступает на песколовки.
Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. В них выпадают тяжелые частицы, и не выпадает легкий осадок органического происхождения. В песколовках должны задерживаться фракции песка более 0,25 мм. Задерживание песка в хорошо работающих песколовках может составлять 80 % всего количества, содержащегося в сточных водах, но в песколовках задерживается и часть органических веществ, которые по гидравлической крупности равны частицам песка (уголь, косточки ягод, кости и т.д.).
По характеру движения воды песколовки на данных очистных сооружениях приняты горизонтальные, с круговым движением воды. Песколовки сооружены из сборных железобетонных элементов унифицированных размеров. Действие горизонтальной песколовки основано на том, что при движении сточной воды в канале каждая находящаяся в ней нерастворимая частица перемещается вместе со струей воды и одновременно движется вниз под влиянием тяжести со скоростью, соответствующей удельному весу частицы. Скорость движения воды в песколовках не должна выходить из определенных пределов. Для бытовых вод такими пределами скорости по нормативам для песколовок с горизонтальным движением воды считаются 0,3 м/с (при максимальном притоке) и 0,15 м/с (при минимальном притоке). При скоростях продолжительность пребывания сточной воды в горизонтальных песколовках принимается равной от 30 до 60 секунд. Нормальная эксплуатация песколовок обеспечивается поддержанием в них проектных скоростей движения сточных вод и продолжительности их пребывания.
Эффективность работы песколовок оценивается по количеству взвешенных веществ, по зольности. Зольность осадка составляет до 90%.Содержание песка - до80 %.
Осадок от песколовок направляется в бункер. Бункеры для песка имеют вид высоконапорных гидроциклонов. Выделение взвесей в напорном гидроциклоне происходит под действием центробежных сил и силы тяжести выпадающих частиц.
Напорный гидроциклон представляет собой металлический сосуд конической формы. Обрабатываемая сточная вода подается под давлением под крышку гидроциклона по трубе Д200 мм, присоединенной тангенциально к цилиндрической части.
Песок и шлам выводится через нижнее отверстие в бункере, а осветленную воду возвращают в песколовки через верхний сливной патрубок.
Впуск воды через трубу Д 200 мм вызывает в гидроциклоне вращательное движение воды. Под влиянием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона, а затем опускаются к нижнему отверстию бункера.
Продолжительность обезвоживания 5м3 песка (включая время заполнения и промывку) - 3 часа. Обезвоживание осуществляется посредством дренажного устройства, смонтированного у горловины бункера. Дренажное устройство представляет собой систему труб с насадками в виде фарфоровых колпачков, щели-прорези которых, пропуская воду, задерживают песок. Часть осветленной воды поступает в дренажную насосную станцию. Диаметр дренажных труб - 70 мм.