Техника защиты окружающей среды

     Функционирование  оборудования основано на процессе выделения  пузыриков электролитических газов малого диаметра (20-70 мкм) в процессе электролиза сточной воды и эффекта флотации - всплыния нерастворимых загрязняющих веществ на поверхность сточной воды в электрофлотаторе.

     Электрофлотаторы  МУОВ включают в себя: корпус из полипропилена - высоконадежного и химически  инертного иатериала, блок нерастворимых  электродов на титановой основе, автоматическое скребковое устройство для сбора шлама с поверхности очищаемой воды, стабилизированный источник питания, крышку - зонт для подвода вытяжной вентиляции.

     Электрофлотаторы  обеспечивают работу очистных сооружений в непрерывном режиме (до 24 часов в сутки), не требует сменных элементов и расходных материалов. Оборудование предназначено для использования как на локальных очистных сооружения сточных вод, так и на общепромышленных станциях очистки и подготовки воды, и обеспечивает эффективное извлечение гидроксидов металлов Cu(OH)2, Ni(OH)2, Zn(OH)2, Cd(OH)2, Cr(OH)3, Al(OH)3, Pb(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)2 Ca(OH)2, Mg(OH)2, взвешенных частиц, анионных и неионогенных СПАВ, нефтепродуктов в независимости от анионного состава очищаемой воды.

       Метод электрокоагуляция

     Узел  электрокоагуляции

     

     Сущность  электрохимической обработки воды заключается в том, что при  подаче напряжения постоянного тока на электроды начинается процесс  растворения железных анодов. В результате электрохимической обработки в аппарате поз. ЭК осуществляется ряд процессов:

     изменение дисперсного состояния примесей за счет их коагуляции под действием  электрического поля продуктов электродных  реакций и закрепление пузырьков электролитического газа на поверхности коагулирующих частиц, что обеспечивает их последующую флотацию;

     сорбция тяжелых металлов на поверхности  электролитически получаемых оксидов металлов;

     химическое  восстановление ионов Cr6+ до ионов Cr3+.

     Образующиеся  соединения нерастворимого гидроксида железа сорбируют на своей поверхности ионы тяжелых металлов и выпадают в осадок.

     Исходные  кислотно-щелочные воды поступают в  сборник-накопитель Е0 . Из накопителя Е0 насосом Н1 усредненный сток подается на электрокоагулятор ЭК, в котором по описанному выше механизму происходит восстановление ионов шестивалентного хрома и очистка от примесей тяжелых металлов. Предварительно из емкости Е2(Е3) дозирующим насосом НД1(НД2) подается раствор едкого натрия или кислоты для корректировки рН. Из электрокоагулятора водная суспензия направляется в отстойник поз.ТО для разделения суспензии на осветленную жидкость и осадок. Для ускорения процесса осаждения отстойник комплектуется тонкослойным модулем. Осветленная вода, сливается в емкость поз.Е1 и насосом Н2 подается на фильтр механической очистки Ф и затем на узел доочистки ИО, где с помощью ионного обмена вода очищается от следовых количеств тяжелых металлов, а затем направляется на слив в канализацию.

     Осадок  из электрокоагуляторов и отстойника поступает на фильтр-пресс поз. ФП, где обезвоживается, и с влажностью до 80% утилизируется. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Задача. 

    Рассчитать  очистные сооружения (аэротенк - смеситель) для очистки сточных вод производства продуктов органического синтеза  производительностью 120 м³/час. Концентрация загрязняющих веществ по БПК₂₀ равняется 320 мг/л. Температура сточной воды 25 ⁰С.

     Решение:

     Расчет  аэротенков  ведется согласно [1] и включает определение вместимости сооружения, объема требуемого воздуха и избыточного активного ила.

     Принимаем двухступенчатую технологическую схему биологической очистки сточных вод. В качестве первой ступени принимаем аэротенк-смесители с регенерацией, обеспечивающие в нашем случае 70%-ный эффект снижения органических загрязнений.

     БПК_полн поступающих в аэротенк сточных вод с учетом рециркуляционного расхода определяется по формуле:                                                              

       L_a¹ = (L_a + L_t ∙ R) / (1 + R),                         (1)

     где L_a¹ - БПК_полн поступающих в аэротенк сточных вод с учетом рециркуляционного расхода, мг/л;

     L_a – БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;

     L_t - БПК_полн очищенных сточных вод, мг/л;

     R - степень рециркуляции активного ила.

     БПК_полн сточных вод после первой ступени биологической очистки составит:

     L₁ = L_a × (100-70) / 100,                         (2)

                                L₁  = 320 × (100 - 70) / 100 = 96 мг/л.

     Рассчитаем  аэротенк-смеситель с регенератором. По данным [1] принимаем максимальную скорость окисления r_макс = 33 мг/(г×ч); константы K_L= 3 мг/л и К_о = 1,81 мг/л; коэффициент ингибирования j = 0,17 л/г.

     Принимаем зольность S = 0,3, концентрацию кислорода С = 3 мг/л. По опыту эксплуатации аналогичных сооружений задаемся средней дозой ила а_ср = 3,5 г/л, коэффициент регенерации Р = 0,3 и иловым индексом J =100 см³/г

     Вместимость аэротенков определяют по среднечасовому поступлению сточных вод за период аэрации в часы притока. Степень рециркуляции активного ила вычисляется по формуле:

     R = a / ((1000/J) - a),                           (3)

     где  R - степень рециркуляции активного ила;

     J – иловый индекс, см³/г;

     а - доза ила в аэротенке г/л.

                                R = 3,5 / ((1000/100) – 3,5) = 0,54

     Определим скорость окисления в аэротенке-смесителе  с регенератором по формуле:

          

,                     (4)

     где r_макс – максимальная скорость окисления, мг/(г∙ч);

       С – концентрация растворенного кислорода, мг/л.

               

=   32,2 мг/(г∙ч)

     Продолжительность аэрации в аэротенке t, ч, вычисляется по формуле:

     t = (L_a - L_t )/(a · (1 - S)) · р,                       (5)

     где  t – продолжительность аэрации в аэротенке, ч;

     S - зольность ила;

     L_a – БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л; 

     L_t - БПК_полн очищенных сточных вод, мг/л; 

     а - доза ила в аэротенке г/л;

     р – удельная скорость окисления, мг БПК_полн на 1г беззольного вещества активного ила в 1 час.

       t = (320 – 96) / (3, 5 · (1 – 0, 3)) · 32, 2 = 2, 84 ч

     Вместимость аэротенков определяют по среднечасовому поступлению сточных вод за период аэрации в часы притока.

    Нагрузка на 1 г беззольного вещества ила в сутки рассчитывается по формуле (мг/г сут.):

            q _ил =  24 · (L_a¹-L_t)/(a · (1-S) · t),                     (6)

      где L_a¹ - БПК_полн поступающих в аэротенк сточных вод с учетом рециркуляционного расхода, мг/л;

     S - зольность ила;

     L_t - БПК_полн очищенных сточных вод, мг/л;

     а - доза ила в аэротенке г/л;

     t - продолжительность аэрации в аэротенках, ч.

    q _ил =  24 · (320 – 96)/(3,5 · (1 – 0,3) · 2,84) = 768 мг/г сут

     По  таблице СНиП 2.04.03-85 при q_ил = 12,52  мг/(г∙сут) иловый индекс составляет 120 см³/г [1]. Следовательно, в дальнейшем уточнение расчетных параметров нет необходимости.

     Расчетный расход вод рассчитывается по формуле:

     q _расч. = К∙q _ср.,                             (7)

     где К – общий максимальный коэффициент неравномерности водоотведения. К = 0,6 [1].

     q _расч. = 0,6 ∙ q _ср,                                           (8)

                                      q _расч. = 0,6 × 120 = 72 м³/ч

     Объем аэротенка V_a, м³, согласно [1], рассчитывается по формуле:

        V_a = t · (1+R) ∙q _расч.,                       (9)

     где  t - продолжительность аэрации в аэротенке, ч;

     R - степень рециркуляции активного ила;

     q _расч - расчетный расход сточной воды, м³/ч.

     V_a = 2,84 · (1+0,54) ∙ 72 = 315 м³.

     Принимаем объем аэротенка в соответствии [1].  Типовой проект аэротенка – смесителя 902-2-215/216, рабочий объем 864 м³, глубина – 4,5 м, ширина коридора – 4, число коридоров - 2.

     Площадь аэротенка по найденному объему V_а и глубине вычисляется по формуле:

     F = V_а / H,                             (10)

                                        F = 864 / 4, 5 = 192 м².

     Длина коридора аэротенка рассчитывается по формуле:

                 l_a = F/B,                             (11)

     где  F - площадь аэротенка, м²;

     В – ширина аэротенка, м.

                                       l_a = 192 / 8 = 24 м.

     Удельный  расход воздуха q_air, м³ /м³ очищаемой воды, при пневматической системе аэрации надлежит определять по формуле

     где  q_O - удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК_полн, принимаемый при очистке до БПК_полн 15-20 мг/л - 1,1, при очистке до БПК_полн свыше 20 мг/л - 0,9;

           K₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка f_az/f_at по табл. 42[1]; для среднепузырчатой и низконапорной K₁ = 0,75;

           K₂ - коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов h_a и принимаемый по табл. 43[1];

           K_Т – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который следует определять по формуле

                           К_Т = 1 + 0,02 (Т_W-20),                         (13)

     где    T_w - среднемесячная температура воды за летний период, °С;

             K₃ - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85; при наличии СПАВ принимается в зависимости от величины f_az/f_at по табл. 44, для производственных сточных вод - по опытным данным, при их отсутствии допускается принимать К₃ = 0,7;

     

                   Сa - растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л,

     где   C_T - растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочным данным;

     h_a - глубина погружения аэратора, м;

     С_O - средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л; в первом приближении C_O допускается принимать 2 мг/л.

                                      С_а=