1.7. Выбор методов очистки производственных сточных вод, их технологическая последовательность

Выбор метода очистки производственных сточных вод в зависимости от их состава и концентрации загрязняющих веществ (табл. 1.4) позволяет облегчить технологическая последовательность очистки (рис. 1.2).

Таблица 1.4

Методы очистки производственных сточных вод

Концентрация, мг/л	Методы очистки сточных вод, содержащих вещества
	преимущественно органические с температурой кипения, оС			преимущественно неорганические
	< 120	120 – 250	> 250
< 500	биологический, химический, сорбционный		химический, сорбционный	механический, химический, сорбционный
500 –5000	химический (озонирование и хлорирование), сорбционный, жидкофазное окисление с биохимической доочисткой, сжигание в печах	химический, сорбционный, экстракционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах	сорбцион-ный, жид-кофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах	механический, сорбционный, выпаривание
5000 –30000	химический, экстракционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах			механический, выпаривание, сброс в море, захоронение в земле, сушка в кипящем слое
> 30000	экстракционный, жидкофазное окисление с биологической доочисткой, сжигание в печах			то же

Рис. 1.2. Технологическая последовательность и взаимосвязь методов очистки производственных сточных вод

1.8. Примеры расчетов

Пример 1.1. Определить, требуется ли добавка биогенных элементов для обработки бытовой сточной воды биологическим путем.

Решение. Требуемое минимальное число биогенных элементов определяется соотношением, указанным в СНиП 2.04.03-85, т.е. БПК_полн :N:P = 100:5:1.

В бытовых водах соотношение этих значений может быть подсчитано из норм загрязнений на одного жителя. При этом следует учесть, что на сооружения биологической очистки сточная вода, как правило, поступает после прохождения сооружений механической очистки, в результате чего концентрация фосфатов понижается примерно на 20-30 %.

БПК_полн осветленной воды находят из нормы 40 г/сут на одного человека. Количество аммонийного азота составляет 8 мг/л. При подсчете концентрации фосфора учитывают эффективность отстаивания в первичных отстойниках и, кроме того, производят пересчет с концентрации в единицах P₂O₅ на Р, т.е. 3,3·0,7·0,437 = = 1,01 г/сут на 1 чел., где 0,437 – отношение двух атомных масс фосфора (62) к молекулярной массе фосфорного ангидрида (142).

Таким образом, в бытовой воде, поступающей на биохимическую очистку, будем иметь БПК_полн :N:P = 40:8:1,01 или, принимая БПК_полн за 100, получим БПК_полн :N:P = 100:20:2,5.

На каждые 100 мг/л БПК_полн в воде будет 20 мг/л аммонийного азота и 2,5 мг/л фосфора. Это больше, чем минимально допустимые количества, и поэтому добавки биогенных элементов в бытовые воды не требуется. Результат расчета годен при любой норме водопотребления.

Пример 1.2. В биохимически очищенной воде найдено 1,5 мг/л азота нитритов и 10 мг/л нитратов. Определить запас химически связанного кислорода, обеспечивающего компенсацию остаточной БПК воды, а следовательно, стабильность очищенной воды.

Решение. Подсчитаем количество кислорода, которое выделяется в результате денитрификации нитритного и нитратного азота:

4HNO₂ = 2H₂O + 2N₂ + 3O₂ ;

4HNO₃ = 2H₂O + 2N₂ + 5O₂ .

На один атом азота нитритов приходится 1,5 атома выделяющегося кислорода, или 1,71 мг О₂ на 1 мг N, а на 1 атом азота нитратов – 2,5 атома кислорода, или 2,86 мг О₂ на 1 мг N. Следовательно, запас связанного кислорода в очищенной воде составляет: 1,7·11,5 + 2,86·10 = 31,2 мг/л.

Вода с таким содержанием нитритов и нитратов стабильна, т.к. в ней высок запас связанного кислорода.

Пример 1.3. По данным гидрометеорологической службы среднемесячный расход воды в реке при 95 %-й обеспеченности составляет в расчетном створе Q = 30 м³/с. На участке реки от места выпуска сточных вод до расчетного створа средняя скорость течения равна 0,64 м/с при глубине Н = 1,2 м. Извилистость русла на участке слабо выражена, т.е. φ = 1. Выпуск сточных вод с расходом q = 0,6 м³/c проектируется у берега, т.е. ζ = 1. Расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру составляет 3,5 км. Определить степень смешения сточных вод в водоеме у расчетного створа.

Решение. Коэффициент турбулентной диффузии Е находим по формуле (1.4)

Е = 0,64·1,2/200 = 0,00384.

Коэффициент α, учитывающий влияние гидравлических факторов смешения сточных вод, вычисляем по формуле (1.3)

.

Далее находим коэффициент смешения a сточных вод с водой водоема по формуле (1.2), принимая:

.

Тогда

.

Кратность разбавления n в расчетном створе находим по формуле (1.5)

п = (0,23·30 + 0,6)/0,6 = 12,5.

Пример 1.4. Найти разбавление сточных вод для глубинного сосредоточенного выпуска в проточное озеро, если скорость течения υ = 0,02 м/с, средняя глубина в месте выпуска воды Н = = 30 м, расчетный расход сточных вод Q = 0,32 м³/с. Расчетный створ водопользования расположен на расстоянии l = 500 м.

Решение. Поскольку рассматривается сосредоточенный выпуск, то А = 1. Найдем диаметр отверстия выпуска, м, принимая скорость истечения υ_o = 2,5 м/c:

.

Определяя диаметр оголовка выпуска d_o = 0,4 м, установим фактическую скорость истечения υ_с = 2,53 м/с.

Теперь вычислим по формуле (1.7) параметр Р:

Р = 0,2/(0,000015·2,53 + 0,02) = 0,997.

Далее по формуле (1.8) находим

.

Наименьшее разбавление на заданном расстоянии по формуле (1.6) составит:

п = 1(0,2·500/0,4)^0,997*0,884 = 130.

Пример 1.5. В реку с расходом Q = 15 м³/с сбрасываются сточные воды с расходом q =0,3 м³/с. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах, поступающих на очистную станцию, С = 200 мг/л. Участок водоема, в который сбрасываются очищенные сточные воды, относится ко II категории водоемов питьевого и культурно-бытового водопользования. Концентрация взвешенных веществ в реке до спуска сточных вод b = 5 г/м³. Коэффициент смешения а = 0,75. Определить необходимую степень очистки.

Решение. Для данного участка водоема допустимое увеличение содержания взвешенных веществ Р = 0,75 г/м³.

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в спускаемых в водоем сточных водах, мг/л, вычисляем по формуле (1.9)

m = 0,75· (0,75·15/0,3 + 1) + 5 = 34.

Необходимую степень очистки, %, определяем по формуле (1.10)

Э = (200 – 34)·100/200 = 83.

Пример 1.6. Найти необходимую степень очистки сточных вод по БПК_полн для водоема, отнесенного ко II категории водоемов питьевого и культурно-бытового водопользования при следующих условиях. Расход сточных вод q = 0,6 м³/с, расход воды в водоеме Q = 20 м³/с; средняя скорость движения воды в реке v_ср = 0,64 м/с; средняя глубина реки Н_ср = 1,2 м, выпуск сточных вод проектируется у берега, следовательно, ζ = 1. Расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до расчетного створа l = 3,5 км; извилистость русла на расчетном участке выражена слабо, т.е. φ = 1. Константа скорости потребления кислорода сточной водой k_ст = 0,16; константа скорости потребления кислорода речной водой k_р = 0,1, БПК_полн речной воды до места выпуска сточных вод l_р = 1,8 мг/л.

Решение. Коэффициент турбулентности диффузии находим по формуле (1.4)

Е = 0,64·1,2/200 = 0,00384.

Коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения, вычисляем по зависимости (1.3)

Коэффициент смешения – по формуле (1.2)

Продолжительность перемещения воды от места выпуска сточных вод до расчетного пункта, сут:

Допустимая БПК_полн сточных вод, мг/л, сбрасываемых в водоем, определяется по формуле (1.12):

Пример 1.7. Расход очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоем, равен 1 м³/с, расход воды в реке – 40 м³/с, коэффициент смешения a = 0,4. Содержание растворенного кислорода в природной воде до места выпуска сточной О_р = 6,5 мг/л. Определить, какова степень очистки сточных вод, по содержанию растворенного кислорода, если БПК_полн сточной воды = 358 мг/л, а БПК_полн в расчетном створе = 2 мг/л.

Решение. Расчетный створ водоема по виду водопользования относится к источникам для питьевых и культурно-бытовых целей II категории, поэтому ПДК растворенного кислорода, мг/л, вычисляется по формуле (1.11)

.

Степень очистки может быть определена по формуле (1.13), %:

Э_БПК = (358 – 58)·100/358 = 83.

Пример 1.8. Какой должна быть температура сбрасываемых в водоем сточных вод, если максимальная летняя температура природной воды до места выпуска сточной равна 19 ^oС, а кратность разбавления стоков n = 25?

Решение. По формуле (1.14) температура сточной воды, сбрасываемой в водоем, ^oС, должна быть Т_ст £ 25·3 + 19 £ 94.