Окремими випусками

МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ ВОДИ

методичні вказівки до виконання курсового проекту

для студентів напряму підготовки 6.04010601

“Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування ”

денної та заочної форми навчання

РЕДАКЦІЙНО-ВИДАВНИЧИЙ ВІДДІЛ

ЛУЦЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

Луцьк 2010

УДК 628.3 (075.8)

ББК (38.761.2)

Б 81

Методи очищення води. Методичні вказівки до виконання курсового проекту для студентів напряму підготовки 6.04010601 “ Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування ” денної та заочної форми навчання/ Бондарчук С.П., Бондарчук Л.Ф. -Луцьк: ЛНТУ, 2010

Укладачі: Бондарчук С.П., к.с.-г. наук, доцент кафедри екології;

Бондарчук Л.Ф., ст..викладач кафедри охорони праці та БЖД.

Рецензент: Мерленко І.М., к.с.-г. наук, доцент кафедри екології.

Відповідальний

за випуск: О.Ф. Картава.

Затверджено науково-методичною радою ЛНТУ,

протокол № від 2010 р.

Затверджено науково-методичною радою ФЕПЕС,

протокол № від 2010 р.

Затверджено на засіданні кафедри екології,

протокол № від 2010 р.

Видання друге виправлене і доповнене © Бондарчук С.П., 2010

Вступ

Сучасні водні ресурси світу й України обмежені. Перед суспільством все в більшому масштабі постають завдання забезпечення населення, промисловості, сільського господарства водою належної якості. Як свідчать дані досліджень, щороку не лише зменшуються запаси водних ресурсів, а й прогресивно знижується якість води через всезростаюче забруднення. При цьому, за даними ВОЗ понад 80% захворювань в світі спричинені споживанням неякісної води.

Аналіз шляхів надходження забруднюючих компонентів у водні джерела показує, що 70-80% забруднень попадає із недостатньо очищеними або взагалі неочищеними стічними водами різного походження. Тому, для вирішення даної проблеми необхідно передбачати системи очищення стічних вод від забруднюючих речовин.

Стічні води можуть бути побутовими, атмосферними та промисловими. Вибір технології очищення стічних вод залежить від характеристик та кількості стічних вод, потрібного ступеня їх очищення, методів обробки осаду та місцевих умов.

Забруднення стічних вод бувають мінерального, органічного та бактеріального походження і можуть перебувати в розчиненому стані. Ступінь забруднення стічних вод визначають за рядом показників санітарно-хіміч­ного аналізу,

У процесі освоєння дисципліни “Методи очищення води” студенти повинні ознайомитись із загальними відомостями про необхідність забезпечення очищення рідких відходів, оволодіти сучасними методами очищення стічних вод.

Виконання курсового проекту із дисципліни “Методи очищення води” дозволить студентам практично усвідомити значення охорони водних ресурсів в практичній діяльності людини, а також освоїти основні технічні засоби очищення води, комплексної переробки продуктів водоочищення.

У результаті виконання курсового проекту студенти повинні вміти:

· встановлювати масштаби та концентрації забруднюючих компонентів у стічних водах різного походження.

· визначити необхідну потребу в очищенні стічних вод;

· визначати необхідні умови скиду стічних вод у водні об’єкти;

· встановлювати необхідні способи, методи та технічні засоби очищення води в залежності від її якості;

· запроектувати технічні засоби для очищення води.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ВИТРАТ ТА КОНЦЕНТРАЦІЙ ЗАБРУДНЕНЬ СТІЧНИХ ВОД, ЯКІ УТВОРЮЮТЬСЯ В БАСЕЙНІ ВОДОЙМИ

В басейні водойми розташовані кілька джерел утворення стічних вод: житлові квартали населеного пункту та промислові підприємства.

Вихідними даними для проектування системи знешкодження рідких відходів є розрахункові витрати стічних вод, концентрації та витрати забруднюючих речовин, які утворюються від цих джерел (табл.1-4 завдання).

1.1. Витрати стічних вод

Для кожного з джерел водовідведення визначаються: добова Q_max середня за годину Q_c та секунду q_a максимальна за годину Q_max та секунду q _max витрати.

1.1.1. Витрати стічних вод населеного пункту

Добова кількість стічних вод від населення визначається за формулою:

; (м³/добу) (1.1)

де N_ж - кількість жителів, чол.; q₀ - норма водовідведення на 1 жителя, л/добу, яка залежить від ступеня благоустрою житла (приймається за табл.2 завдання).

Середня годинна та секундна витрати стічних вод від населення становлять:

; (м³/год) (1.2)

. (м³/с) (1.3)

Для розрахунку максимальних витрат визначається загальний коефіцієнт нерівномірності водовідведення K_год, який показує, у скільки разів максимальна витрата перевищує середню. Коефіцієнт K_год, приймають за табл. 2 залежно від ступеню благоустрою будинків, кількості змін на промислових підприємствах тощо. Для міст України з чисельністю жителів 40-100 тис.чол дана величина коливається в межах 1,4-1,8, причому більші значення K_год характерні для менших міст.

Максимальні витрати становлять:

; (м³/год) (1.4) ; (м³/с) (1.5)

1.1.2. Витрати стічних вод підприємств

Добові витрати стічних вод підприємств задані в табл. 3,4 завдання на проектування. Середні годинні і секундні витрати стічних вод підприємств знаходять за формулами:

; (м³/год) (1.6)

. (м³/с) (1.7)

Враховуючи, що підприємства мають відчутну нерівномірність утворення стічних вод та можуть працювати нецілу добу, для забезпечення нормальної роботи очисних споруд їх стічні води, як правило, усереднюються. У цьому випадку максимальні витрати стічних вод за годину та секунду рівні відповідним середнім витратам:

, (м³/год) (1.8)

. (м³/с) (1.9)

1.2. Концентрації та маси забруднень стічних вод

Для кожного з джерел водовідведення визначаються: концентрації С_j усіх видів забруднень, які містяться у стічних водах, і добові витрати V_j (маси) цих забруднень.

1.2.1. Забруднення стічних вод населеного пункту

У стічних водах, які утворюються в житловому секторі, визначають кількісну характеристику таких показників забруднення: завислі речовини, БСК в освітленій воді, хлориди, поверхнево-активні речовини (ПАР).

Норма забруднень, які надходять до системи водовідведення від населення, наведена в табл. 1. Добова витрата забруднень від населення V _ж/j, т/добу, визначається за формулою:

; (т/добу) (1.10)

Таблиця 1

Середня кількість забруднюючих речовин, що утворюється в житловому секторі, a_j, (г/люд. за добу)

№ з.п	Забруднююча речовина	Кількість забруднюючих речовин, aj, (г/люд. за добу)
	Завислі речовини
	БСКП
	Хлориди Cl^-
	ПАРн	2,5

Концентрація забруднень у стічній воді від населення С _ж/j, мг/л, визначається за формулою: ; (мг/л), (1.11)

Результати розрахунків забруднень стічних вод від населення потрібно оформити за формою табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Забруднення стічних вод, які утворюються від населення

№	Назва показника забруднення	aj, г/люд. добу	Сж/j, мг/л	Vж/j, m/добу

1.2.2. Забруднення стічних вод підприємств

У стічних водах, які утворюються на підприємствах, присутні забруднюючі речовини у концентраціях С_н/j, мг/л, які наведені в табл. 3,4 завдання на проектування.

Добові витрати забруднень підприємств визначаються за формулою:

. (т/добу) (1.12)

Результати розрахунків необхідно подати у таблиці за формою 1.2.

Таблиця 1.2

Забруднення стічних вод, які утворюються на промислових підприємствах

№	Назва показника забруднення	Підприємство 1	Підприємство 2
Сn/j, мг/л	Vn/j, m/добу	Сn/j, мг/л	Vn/j, m/добу

2. РОЗРАХУНОК УМОВ СКИДУ СТІЧНИХ ВОД ДО ВОДОЙМИ

Можливі варіанти окремого, спільного і комбінованого скиду стічних вод, які утворюються від населення і промислових підприємств, до водойми.

У курсовому проекті пропонується визначити та оцінити умови скиду стічних вод для окремих випусків від кожного джерела водовідведення та спільного випуску. Мета розрахунків - встановлення допустимих до скиду концентрацій забруднень у стічних водах С_скид, при яких концентрації цих забруднень у воді водойми С_вод не перевищать граничнодопустимих для водойми величин С_гдк, а також визначення технологічних заходів для забезпечення зниження забрудненості стічних вод випусків до встановленої межі. Водойма віднесена до другої категорії рибогосподарського водокористування.

2.1. Визначення кратності розведення стічної води випуску водою водойми

Коефіцієнт змішування (у) стічної води з водою водойми (річки) визначає, яка частка витрата річки Q_p бере участь в розведенні стічної води, що надійшла з випуску з витратою q_в. Коефіцієнт змішування залежить від витрат річки Q_p мінімальна середньомісячна 95% забезпеченості) і випуску q_в (максимальна розрахункова) та відстані до розрахункового перерізу русла ріки L (м) та визначається за формулою Фролова-Родзиллера:

, (2.1)

де a - коефіцієнт, який враховує гідравлічні фактори ріки, ; де - коефіцієнт звивистості ріки (табл.2 завдання); φ - коефіцієнт, який залежить від місця випуску стічних вод: φ =1,0 при береговому випуску φ = 1,5при зосередженому випуску в фарватер; φ =3,0 при розсіяному випуску в фарватер; Е - коефіцієнт турбулентної дифузії, який для рівнинних річок визначається за формулою ; де v - швидкість течії ріки, м/с; h - глибина русла (табл. 1 завдання).

Відстань до розрахункового перерізу при випуску в річку рибогосподарського водокористування береться не більше L = 500 м, для водойми ж культурно-побутового водокористування L - відстань від місця випуску до найближчого пункту водокористування за течією ріки. Кратність розведення n визначається з формули:

. (2.2)

Кратність розведення розраховується окремо для кожного випуску стічних вод.

2.2. Визначення нормативних показників забруднення води водойми

Забруднюючі речовини за характером впливу на екосистему рибогосподарської водойми віднесеної до кількох груп лімітуючих ознак шкідливості (ЛОШ): С - санітарно-токсикологічної, Т - токсикологічної, О - органолептичної.

Гранично-допустимі концентрації забруднень у воді водойми С_гдк, що визначені нормами, встановлені за умови, що у воді водойми присутній лише той, що розглядається, представник певної групи ЛОШ. Для врахування спільного впливу різних забруднень однієї групи ЛОШ, для кожної групи визначається інтегральний показник шкідливості І_(ЛОШ) води водойми, який не повинен перевищувати 1.

Нормативні показники забруднень, які присутні у стічних водах усіх категорій, потрібно подати формі табл. 2.1. Таблицю варто доповнити відомостями про граничнодопустимі концентрації забруднень при прийманні стічних вод до мережі комунального господарства С_мер, та на міські споруди біохімічної очистки (БХО) С_бхо, а також про орієнтовну ефективність очистки від різних забруднень на спорудах БХО (графи 5,6,7 додатку 1).

Розрахунок слід починати з визначення інтегрального показника шкідливості кожної групи ЛОШ для води водойми перед випуском в неї стічних вод, тобто для фонових концентрацій забруднень. При цьому враховуються усі n видів забруднень кожної групи ЛОШ, які присутні у водоймі до випуску стічних вод з концентраціями С_фон/j:

; (2.3)

Таблиця 2.1

Нормативні показники забруднень стічних вод

№	Назва показника забруднення	Група ЛОШ	ГДК, мг/л	Ефект видалення на спорудах БХО, %
у воді водойми Сгдк/j	у випуску до мережі Смер/j	на вході до споруд БХО, Сбхо/j

Якщо І_{(ЛОШ)/фон} < 1, це свідчить про наявність резерву для прийому до водойми забруднень цієї групи ЛОШ. Якщо І_{(ЛОШ)/фон} > 1, то водойма не має резерву для прийому забруднюючих речовин цієї групи ЛОШ і в такому випадку необхідне ретельне очищення стічних вод, щоб допустимих до скиду концентрацій забруднень у стічних водах С_скид не перевищували С_гдк. Віднесення певної забруднюючої речовини до тієї чи іншої групи ЛОШ вказане у додатку 1 методичних вказівок.

Граничнодопустимі концентрації С_{гдк/ j} забруднень у водоймі після скиду стічних вод визначаються по групах ЛОШ через розрахунок І_(лош), для кожного випуску окремо, виходячи із співвідношення

; (2.4)

Якщо у скидах присутні кілька речовин однієї групи ЛОШ, С_{гдк/ j} у водоймі визначаються за формулою:

С_{гдк/ j} = (2.4)

де n – кількість видів забруднюючих речовин даної групи ЛОШ, які присутні у випуску (випусках) стічних вод.

Для двох видів показників якості води: БСК та завислих речовин, які комплексно відображають її забрудненість, інтегральний показник шкідливості визначається для кожного окремо. Гранична величина БСК для водойм рибогосподарського та господарсько-питного водокористування С_{норм/БСК} =3,0 мг/л, для водойм культурно-побутового водокористування С_{норм/БСК} =6,0 мг/л.

Граничне збільшення концентрації завислих речовин після скиду стічних вод для водойм 1 виду ∆ С = 0,25 мг/л, для водойм 2 виду - ∆ С = 0,75 мг/л. Тому величина ГДК завислих речовин становить ; (мг/л)

3. РОЗРАХУНОК УМОВ СКИДУ СТІЧНИХ ВОД

ОКРЕМИМИ ВИПУСКАМИ

У випадку, коли кожний з водокористувачів скидає стічні води до водойми власним випуском, розрахунок слід здійснювати у порядку, який відповідає черговості надходження скидів до водойми за течією ріки.

3.1. Визначення граничнодопустимих концентрацій забруднень

у воді водойми

Особливість розрахунку каскаду випусків полягає у тому, що якісний показник води водойми повинен відповідати вимогам у всіх розрахункових перерізах, у тому числі, і після останнього випуску. Тому задача не має однозначного розв'язку і при вирішенні її потрібно творчо використати резерв якості води водойми і технічні можливості забезпечення зниження забрудненості стічних вод, щоб при мінімальних зусиллях на очищення стічних вод (в першу чергу, економічних) не допустити забруднення водойми понад встановлені нормами концентрації.

Розрахунок наступного випуску каскаду розпочинають після завершення розрахунків попереднього.

Для кожного випуску граничнодопустима концентрація C_{cкид/ j} кожної забруднюючої речовини стічних вод визначається з урахуванням кратності розведення стічних вод водою водойми п:

; (мг/л) (3.1)

Якщо отримані значення C_{скид/ j} перевищують концентрацію забруднень, якої можна досягти загальноприйнятими методами, наприклад, повним біологічним очищенням для стічних вод міста, то вони коригуються до величини концентрації після такого очищення. Наприклад, якщо за розрахунком C_{скид/БСК} - отримане 18,0 мг/л, а при повному біологічному очищенні маємо 15 мг/л, то C_{скид/БСК} = 15 мг/л.

Якщо C_скид/j менша, ніж концентрація відповідного інгредієнта у неочищеній стічній вод (С_вип/j), це свідчить про необхідність її очищення перед скидом до водойми. Отримані дані про фактичні та граничнодопустимі концентрації забруднюючих речовин у спільному випуску необхідно занести у табл.3.1.

3.2. Визначення фактичних концентрацій забруднень

у стічних водах, які випускаються до водойми

Технологія очищення стічних вод кожного з водокористувачів визначається шляхом аналізу літературних джерел [3.4.5] з обов'язковим дотриманням умови, що концентрації забруднень в очищеній воді С_оч/j не перевищують вимог до скиду:

С_оч/j<=С_скид/j . (3.2)

При цьому варто зважити на те, що очищення стічних вод можна здійснювати різними методами, які мають різну ефективність, конструктивне та апаратурне оформлення, різну собівартість, матеріалo- та енергомісткість. Тому вибір технології - процес відповідальний і творчий.

Таблиця 3.1

Порівняльна таблиця фактичних та гранично-допустимих до скиду

концентрацій забруднюючих речовин стічних вод окремих випусків

№	Назва показника забруднення	Концентрація, мг/л	Необхідність очищення (+, -)
Свип/j	Сскид/j
Випуск від населеного пункту
Випуск від підприємства 1
Випуск від підприємства 2

Споруди механічного очищення стічних вод (решітки, пісковловлювачі, відстійники тощо) розраховуються і влаштовуються таким чином, щоб в очищеній воді концентрація завислих речовин не перевищувала 15 мг/л, тобто С_{оч/зав.реч} = 15 мг/л. Це здійснюється виходячи з умов роботи споруд біологічного очищення, які розташовані після апаратів механічного очищення.

Споруди біохімічного очищення стічних вод (біофільтри, аеротенки) розраховуються і влаштовуються на повне біологічне очищення, тобто таким чином, щоб в очищеній воді концентрація БСК не перевищувала 15 мг/л, тобто С_оч/БСК = 15 мг/л.

Фактичні концентрації забруднень в очищеній стічній воді, яка скидається до водойми, визначаються ефективністю Е_ф/j,% застосованої технології її очищення. Для забруднень, які проходять через споруди біохімічного очищення, концентрації забруднень в очищеній стічній воді:

; (мг/л) (3.3)

де С_вип/j - концентрації забруднень, які утворюються в джерелі водовідведення розрахункового випуску (до очищення), мг/л (п. 1.2);

Е_ф/бхо/j - ефективність очищення за певною забруднюючою речовиною споруд біохімічного очищення.

Якщо С_скид/j <= С_оч/j, то в такому випадку за допомогою споруд біохімічного очищення не вдається очистити стічні води до необхідного рівня. В такому випадку для забезпечення достатнього рівня очищення стічних вод за певними показниками необхідно використання додаткових споруд очищення стічних вод (наприклад фільтрів доочищення), ефективність роботи яких може досягати залежно від типу та параметрів роботи до 95%.

; (мг/л) (3.4)

В будь-якому випадку після всіх споруд очищення повинно бути дотримане співвідношення: С_оч/j<=С_скид/j. В певних випадках є потреба у кількох ступенях додаткових споруд очищення стічних вод.

Слід зауважити, що оскільки технологія очищення стічних вод забезпечує виконання умов скиду для усіх забруднень, то для інгредієнта з найбільш жорсткими вимогами до очищення виконується умова рівності, а для усіх інших показників забруднення ця умова виконується з запасом, як нерівність.

3.3. Визначення фактичних концентрацій забруднень

у воді водойми після випуску стічних вод

Фактичні концентраті забруднень у воді водойми С_вод/j після надходження до неї стічних вод розрахункового випуску з концентраціями С_оч/j визначаються за формулою:

; (мг/л) (3.5)

Відповідно до прийнятих рішень, C_вод/j <= C_гдк/j, І_{(ЛОШ)/вод} та < 1, тобто якість води у водоймі після скиду не повинна бути гіршою, ніж вимагається правилами охорони водойм. Результати розрахунку за кожним випуском подають за зразком табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Розрахунок випуску №_ стічних вод від__________________________

№	Назва показника забруднення	Концентрація, мг/л
Свип/j	Сфон/j	Сгдк/j	Сскид/j	Еф/j	Соч/j	Свод/j

Дотримання у водоймі після скиду стічних вод нормативних показників визначаються за групами ЛОШ через розрахунок І_(лош), для кожного випуску окремо, виходячи із співвідношення:

; (3.6)

Для двох видів показників якості води - БСК та завислих речовин, які комплексно відображають її забрудненість, інтегральний показник шкідливості визначається для кожного окремо.

Якщо за певним показником І_(лош) (санітарно-токсикологічної, токсикологічної чи органолептичної групи) виявиться, що І_(лош) > 1, то це означає, що за даною групою ЛОШ спостерігається перевищення рівнів ГДК (враховуючи ефект сумації забруднень) і необхідно знижувати концентрацію забруднень даної групи. Зниження концентрації може досягатися різними шляхами – від збільшення ефективності роботи споруд систем очищення – до проектування окремих додаткових споруд.

4. РОЗРАХУНОК УМОВ СКИДУ СТІЧНИХ ВОД

СПІЛЬНИМ ВИПУСКОМ

У випадку спільного випуску стічні води від усіх, джерел водовідведення скидаються до водойми після очищення на єдиних очисних спорудах. Як правило, стічні води підприємств після певного попереднього очищення (при необхідності) подаються на очисні споруди міста. Після очищення суміші міських та виробничих стічних вод одним випуском відводиться до водойми. Якість стічних вод, які відводяться від промислових підприємств, повинна відповідати умовам прийому до каналізаційної мережі та міських очисних споруд БХО (додаток 1), які занесені в графи 5,6 табл. 2.1.

Розрахункова витрата стічних вод q_o спільного випуску дорівнює сумі максимальних секундних q_max витрат усіх випусків стічних вод, моксимально годинна та середньодобова витрата – аналогічно сумі даних витрат усіх джерел водовідведення.

; (м³/с) (4.1)

годинна максимальна: ; (м³/год) (4.2)

середньодобова: ; (м³/добу) (4.3)

Розрахункова концентрація забруднень, які утворюються на підприємствах та можуть бути спрямовані на спільні очисні споруди міста, встановлюється як середньозважена концентрація, мг/л, суміші стічних вод усіх джерел водовідведення:

; (4.4)

Дата добавления: 2015-12-07