Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологические аспекты бережливых производств. Учебно-методическое пособие
.pdf
Известны аэробные и анаэробные методы биохимической
очистки сточных вод. Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода; их используют главным образом для обезвреживания
осадков. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп
организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный
приток кислорода и температура 20–40 °С. При изменении кислородного и температурного режима состав и число микроорганизмов меняются. Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать
в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или биофильтрах.
Расчет аэротенка-смесителя с регенератором. Задачей техноло-
гического расчета аэротенков является определение основных параметров системы: объем аэротенка и регенератора, гидравлическую
нагрузку на вторичном отстойник.
Для определения параметров аэротенка-смесителя с регенератором, используемого для очистки сточных вод, используется следующая
последовательность расчета.
1. Коэффициент рециркуляции определяется по формуле
R = / [ ( 1 000 / I ) – ], (3.79)
где – доза ила в аэротенке, г/л;
I – иловый индекс, см3/г.
Формула справедлива при I < 175 см3/г и 5 г/л. Значение R
должно быть не менее:
– 0,3 – для отстойников с илососами;
– 0,4 – для отстойников с илоскребами;
– 0,6 – для отстойников при самотечном удалении ила.
2. Средняя скорость окисления загрязняющих примесей нахо-
дится по формуле
р = р
[(LexCo) / (LexCo+KCo+KoLex)] [1/(1 + )], (3.80)
max
где р
– максимальная скорость окисления, мгБПКполн на 1 г без-
max
зольного вещества ила за 1 ч;
Leх – БПК
очищенной воды, мг/л;
полн
С0 – концентрация растворенного кислорода, мг/л;
121
К – константа, характеризующая свойства органических загрязня-
Сточные воды
р
max
,
мгБПК
полн
/гч
К,
мг БПК
п
олн
/л
К0,
мг О2/л
,
л/г
S
Городские
85
33
0,625
0,07
0,3
Производственные:
первая система
33 3 1,81
0,17
–
вторая система
59
24
1,66
0,158
–
ющих веществ, мгБПКполн/л;
К0 – константа, характеризующая влияние кислорода, мг О2/л;
– коэффициент ингибирования активного ила продуктами распада, л/г.
Необходимые для расчета константы приведены в табл. 3.23.
3. Общий период окисления определяется по формуле
t = (Len – Lex) / [ (1 – S) p], (3.81)
где Len – БПК
поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;
полн
S – зольность ила (табл. 3.12)
4. Общий объем аэротенка и регенератора определяют по формуле
Wa + Wp = Qв t (3.82)
где Wa – объем аэротенка, м3;
Wp – объем регенератора, м3;
Qв – расход поступающей на очистку воды, м3/ч.
Таблица 3.23
Константы для расчета аэротенка-смесителя по сточным водам
5. Объем аэротенка определятся по формуле
где Rr – степень регенерации.
Для расчета аэротенков-смесителей, предназначенных для
очистки производственных сточных вод, степень регенерации задается
по данным исследований или по опыту эксплуатации.
6. Объем регенератора определяется по формуле
Wa = (Wa + Wp) / [1 + Rr / (1 – Rr)], (3.83)
122
Wp = Qв t – Wa, (3.84)
Сточные воды
Иловый индекс I, см3/г, при нагрузке на ил
qi, мг/гсут
100
200
300
400
500
600
Городские
130
100
70
60
95
130
Производственные
–
120
70
60
120
160
С учетом величины периода окисления следует уточнить нагрузку
на ил и значение илового индекса.
7. Нагрузка на ил определяется по формуле
qi = 24 (Len – Lex) / [ (1 – S) t]. (3.85)
8. Значение илового индекса (I) уточняется по табл. 3.24 в зависи-
мости от полученного значения нагрузки на ил.
9. С учетом нового значения илового индекса уточняется коэффи-
циент рециркуляции (Ri) согласно формуле (3.79).
10. Для расчета вторичного отстойника уточняется доза ила
в аэротенке в соответствие с формулой
i = [(Wa + Wp) ] / {Wa + [1 / (2 Ri) + 1] Wp}. (3.86)
Таблица 3.24
Значение илового индекса сточных вод в зависимости от нагрузки
11. Гидравлическая нагрузка на вторичном отстойнике определя-
ется по формуле
q
= [4,5 Kss H
ss
0.8
] / (0.1 Ii I)
set
0,5 – 0,001 t
, (3.87)
где Kss – коэффициент использования объема зоны отстаивания;
H
– глубина зоны отстаивания, м;
set
t – содержание ила в осветленной воде, мг/л.
Коэффициент Kss принимается:
0,4 – для радиальных отстойников;
123
0,35 – для вертикальных отстойников;
0,5 – для вертикальных отстойников с периферийным выпуском;
0,45 – для горизонтальных отстойников.
Пример решения задачи
Задание. Рассчитать параметры аэротенка-смесителя с регенера-
тором для очистки сточных вод I ступени второй системы канализации
нефтеперерабатывающего завода.
Исходные данные:
– расход поступающей на очистку воды Qв = 1100 м3/ч;
– БПК
– БПК
поступающей в аэротенк сточной воды Len = 280 мг/л;
полн
очищенной воды Leх = 95 мг/л;
полн
– степень регенерации Rr = 0,3;
– иловый индекс I = 100 см3/г;
– средняя доза ила = 3,5 г/л;
– концентрация ила в осветленной воде t = 10 мг/л;
– концентрация растворенного кислорода С0 = 2 мг/л;
– среднегодовая температура сточных вод t
в
Решение.
1. Коэффициент рециркуляции определяется по формуле (3.79):
R = 3,5 / [ (1 000 / 100) – 3,5] = 0,54.
2. Средняя скорость окисления загрязняющих примесей нахо-
дится по формуле (3.80). Необходимые для расчета константы берутся
из табл. 3.23: р
= 59; К = 24; К0 = 1,66; = 0,158. Отсюда
max
р = 59 [(95 2)/(95 2 + 24 2 + 1,66 95)] [1/ (1 + 0,158 3,5)]=
= 18,24 мгБПК
полн
/гч.
3. Для расчета общего периода окисления (t) значение зольности
ила (S) берется из табл. 3.23, исходя из формулы (3.81) получим
t = (280 – 95) / [3,5 (1 – 0) 18,24] = 2,90 ч.
4. Общий объем аэротенка и регенератора определяют по фор-
муле (3.82):
Wa + Wp = 1100 2,90 = 3190 м3.
124
5. Объем аэротенка определятся по формуле (3.83), причем степень регенерации задается по данным исследований или по опыту эксплуатации. В данном случае Rr = 0,3 (объем, занятый регенератором
составляет 30 %).
Wa = 3 190 / [1 + 0,3 / (1 – 0,3)] = 2233 м3.
6. Объем регенератора определяется по формуле (3.84):
Wp = 3 190 – 2 233 = 957 м3.
С учетом величины периода окисления следует уточнить нагрузку
на ил и значение илового индекса.
7. Нагрузка на ил определяется по формуле (3.85):
qi = 24 (280 – 95) / [3,5 (1 – 0) 2,90] = 437,44 мг/(гсут).
8. Значение илового индекса уточняется по табл. 3.22 в зависимости от полученного значения нагрузки на ил. Иловый индекс находится
интерполяцией следующим образом:
Ii = (120 – 60) / (500 – 400) (437,44 – 400) + 60 = 82,46 см3/г.
9. С учетом нового значения илового индекса уточняется коэффициент рециркуляции согласно формуле (3.79):
Ri = 3,5 / [(1000 / 82,46) – 3,5] = 0,41.
10. Для расчета вторичного отстойника уточняется доза ила
в аэротенке в соответствии с формулой (3.86):
i = [3 190 3,5] / {2 233 + [1 / (2 0,41) + 1] 957} = 2,56 г/л.
11. Гидравлическая нагрузка на вторичном отстойнике определяется по формуле (3.87), причем принимаем радиальный отстойник с коэффициентом K
q
= [4,5 0,4 3
ss
= 0,4 и глубиной отстаивания H
ss
0.8
] / (0,1 82,46 2,56)
0,5 – 0,001 10
125
3 м:
set =
= 0,973 м3/ (м2ч).
Вывод. Для очистки сточных вод I ступени второй системы канализации нефтеперерабатывающего завода необходимо поставить аэротенк-смеситель с регенератором со следующими параметрами: объем
аэротенка – 2233 м3; объем регенератора 957 м3; гидравлическая
нагрузка на вторичном отстойнике 0,973 м3/ (м2ч).
4 . П Е Р Е Р А Б О ТКА И И С П О Л Ь З О В А Н И Е
Т В Е Р Д Ы Х О Т Х О Д О В
Химическая промышленность относится к многоотходным отраслям производства. Твердые отходы складируются на больших площадях и в ряде случаев оказывают пагубное воздействие на почву, водные
источники и атмосферу. Органические производства дают специфические отходы, которые в случае бесконтрольного размещения представляют большую опасность, в то же время сами являются ценным источником сырья. Многотонажными отходами химической промышленности являются шламы отстойников станций биологической очистки,
в которых содержится микрофлора. При обращении отходов следует
придерживаться понятий:
– размещение отходов – хранение и захоронение их;
– хранение отходов – содержание отходов в объектах размещения
в целях их последующего захоронения, обезвреживания или использования;
– захоронение отходов – изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую среду;
– использование отходов – применение отходов для производства
продукции, выполнения работ или получения энергии;
– обезвреживание отходов – их обработка, в том числе сжигание
и обеззараживание на специальных установках.
В технической литературе часто встречается понятие утилизация
отходов. Утилизация представляет собой переработку отходов с целью
использования полезных свойств отходов или их компонентов. Так,
например, органические отходы, смолы, концентрированные сточные
воды могут быть полностью переработаны на товарную муравьиную
или уксусную кислоты. Процессы утилизации могут быть эффективны
для отходов нефтепереработки и нефтехимии, отходов резины, шин,
пластмассовых отходов.
Методы переработки твердых отходов. Для переработки твердых
отходов применяются процессы дробления и измельчения, классификация
и сортировка, электрическая сепарация, сушка и грануляция и т. д.
Измельчение твердых отходов на органической основе осуществляется в машинах, принцип которых основан на распиливании, резании
и ударе. Используют дробилки, мельницы.
127
Для разделения твердых материалов на фракции по крупности используют просеивание через сита и решета.
Для сепарирования и обогащения твердых материалов используют:
– гравитационный метод, основанный на использовании различ-
ной плотности разделяемых материалов;
– флотационный метод обогащения (аналогичен методам флотации);
– методы магнитной и электрической сепарации используют соот-
ветствующие поля.
Среди химических процессов для обезвреживания твердых отходов
наиболее подходящими являются термические процессы: сжигание или
пирролиз. При сжигании органических отходов образуются газообразные продукты: CO2, N2, NOx, H2O, HF, HC1, HBr, SO2 и др. Целесообразно проводить дожигание газов с получением продуктов, используемых в производственном цикле в качестве сырья или промежуточных
продуктов. Выделяющееся тепло также используется. Пирролизу подвергают в основном пластмассовые отходы.
Обработка осадков сточных вод. Основная задача – уменьшить
объем осадка (сушка) и возможность утилизации в качестве удобрения,
топлива или сухие осадки сжигаются в печах. Основные компоненты
сырых осадков углеводороды, жиры. Для переработки влажного осадка
применяют отстойники, в которых идут процессы перегнивания. В результате образуются метан, диоксид углерода небольшие количества
аммиака сероводорода.
Расчет количества осадка, который возможно использовать в ка-
честве удобрения. Осадок, образовавшийся при очистке хозяйственно-
бытовых сточных вод предприятия, содержит ряд элементов. С учетом
допустимых фоновых концентраций этих элементов в почве определяют
массу и объем осадка, образовавшегося при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод предприятия, чтобы в дальнейшем использовать его
в качестве удобрения для сельскохозяйственных объектов.
Методика расчета включает определение ряда показателей.
Первоначально составляется уравнение материального баланса,
исходя из условия равномерного смешивания осадка с плодородным
слоем почвы:
Сф·М + Сос·m = Ссм (М + m), (4.1)
где Сф – фоновая концентрация i-го вещества в почве, мг/кг почвы;
М – масса плодородного слоя почвы, кг;
128
С
Вещества
ПДК, мг/кг
Медь
3,0
Марганец
1000
Ванадий
150
Нитраты
130
– концентрация i-го вещества в осадке, мг/кг осадка находят по
ос
формуле
С
=C(i)/pос ; (4.2)
ос
M – масса осадка, кг;
Ссм – концентрация i-го вещества в почве после смешивания ее
с осадком, мг/кг почвы.
Для того чтобы осадок можно было использовать в качестве удобрения, необходимо соблюдение следующего основного условия для
каждого вещества:
С
≤ ПДК, (4.3)
см
где ПДК – предельно-допустимая концентрация i-го вещества в почве,
мг/кг почвы. ПДК для некоторых веществ приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1.
Предельно допустимые концентрации веществ
Объем (W) и масса (M) плодородного слоя почвы на участке определяется по формулам
W = H·S, (4.4)
M = W·pп (4.5)
где Н – мощность почвенного слоя, м;
S – площадь с/х объекта (участка), м2;
pп – плотность почвы, т/м3.
Масса осадка (m), подлежащего размещению на участке, определяется по формуле (4.1):
m = M·(C
– Cф)/(Сос – Ссм).
cм
129
Максимальный объем осадка (V), предназначенного для размещения на участке, составит
V = m/pос, (4.6)
где pос – плотность осадка, т/м3.
Высота осадка будет равна
h = V/S. (4.7)
Пример решения задачи
Задание. Определить массу и объем осадка, образовавшегося при
очистке хозяйственно-бытовых сточных вод предприятия, с целью
дальнейшего использования его в качестве удобрения для сельскохозяйственных объектов.
Исходные данные:
– содержание меди в осадке C(Cu) = 14 г/м3;
– содержание нитратов в осадке С(NO
– плотность осадка p
– площадь лесного участка S = 0,5 га;
– плодородный слой участка мощностью Н= 0,3 м;
– плотность плодородного слоя участка pп = 1,55 т/м3;
– фоновая концентрация меди в почве участка Cф (Cu) = 0,3 мг/кг;
– фоновая концентрация нитратов в почве участка Сф(NO
= 40 мг/кг.
Решение. Объем и масса плодородного слоя почвы на участке пло-
щадью S=0,5 га составят
W = 0,3м · 5000 м2 = 1500 м3, М = 1500 м3 · 1,55 т/м3 = 2325 т.
Для определения массы осадка по уравнению материального ба-
= 1,30 т/м3;
ос
–
) = 4 50 г/м3;
3
–
) =
3
ланса сначала необходимо найти концентрацию меди и нитратов из расчета на 1 кг осадка:
Сос(Cu) = 14·103мг/м3 /1,3·103кг/м3 = 10,8 мг/кг,
Сос(NO
-
) = 450·103мг/м3 /1,3·103кг/м3 = 346,2 мг/кг.
3
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]