Методичка по теме Водопотребление и водоотведение (2) (4). Водопотребление и водоотведение

• Название: Водопотребление и водоотведение
• Дата: 04.05.2023
• Размер: 3.42 Mb.
• Имя файла: Методичка по теме Водопотребление и водоотведение (2) (4).docx
• Тип: Методические указания; #1108803
• страница: 1 из 2

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Государственное Образовательное Учреждение

Высшего Образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

О.М. Пирогова, Е.С. Зинькович, Д.А. Терехова

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к решению задач по курсу «Экология» на тему: «Водопотребление и водоотведение»

(для студентов всех специальностей)


Москва 2019

ВВЕДЕНИЕ

На предприятиях пищевой промышленности воду используют для
мойки оборудования, тары, мытья полов производственных и служебных
помещений, для работы технологических и паросиловых установок, а также для хозяйственно-бытовых нужд. Часть воды входит в состав производимой продукции.

Водоснабжение предприятий осуществляется из городского водопровода или артезианских скважин. Вода, направляемая на технологические нужды, должна соответствовать воде питьевого качества. Для охлаждения компрессоров холодильных, установок и воздуходувок, а также для поливки территории предприятия можно использовать техническую воду.

Система водоснабжения пищевых предприятий включает прямоточное, оборотное и повторное использование воды.

Расход сточных вод, сбрасываемых предприятием, составляет 80-85% от расхода потребляемой свежей воды. Расход технической воды из системы оборотного водоснабжения может достигать 80% от общего объема водопотребления.

Производственные загрязненные сточные воды образуются в основном в процессе мойки оборудования, тары, при уборке производственных помещений. Они относятся к категории высококонцентрированных по органическим загрязнениям.

Обычно предприятия располагаются на территории населенных пунктов и сточные воды направляются в городские канализационные системы. Однако в ряде случаев сточные воды подвергаются локальной (предварительной) очистке на - территории предприятия. Как правило, локальная очистка сводится к снижению концентрации взвешенных веществ и жиров. Этим достигается защита канализационных сетей от засорений и возможность извлечения из сточных вод содержащихся в них ценных веществ, а также загрязнений, затрудняющих последующую биологическую очистку общего стока предприятия или населенного пункта. Если предприятие находится вне населенного пункта, то требуется сооружение специальной станции биологической очистки сточных вод.

Методические указания предназначены для оказания помощи студентам при изучении методов расчета систем оборотного водоснабжения и устройств для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности в курсе "Экология".

1.ОБОРОТНЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1.1. ТИПЫ СИСТЕМ

Открытая сеть (однократное прохождение).


Забор холодной воды производят из реки, из артезианского колодца или из распределительной сети. Она проходит через источник тепла (теплообменник, нуждающийся в охлаждении агрегат и т, п.), а затем сбрасывается в реку

или канализацию (рис.1).


Закрытая сеть.

Вода циркулирует в замкнутой сети (рис.2), например, в контур встраивают, источник охлаждения, второй теплообменник "вода - вода" или "вода - воздух".

Наиболее типичный пример закрытой системы тепловые двигатели с водяным охлаждением. Потери воды (утечки и т. п.) должны, быть минимальными, контакт с воздухом исключен.

П
олуоткрытая сеть с рециркуляцией воды, использующая атмосферный охладитель(градирню).

В такой сети (рис.3) происходит рециркуляция воды, но охлаждение обеспечивается за счет испарения и конвекции при контакте с воздухом в охлаждающей колонне с естественной или принудительной тягой.

Эта система оборотного водоснабжения получает все большее распространение.




1.2. РАСЧЕТ ПОЛУОТКРЫТОЙ СЕТИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ ГРАДИРНЮ.

Любая сеть характеризуется следующими параметрами.

Объем сети V(м³) – общее количество воды в сети(резервуары, трубопроводы и т. п.).

Циркулирующий объем Q (м³/ч).

Перепад температур ∆t = t₁ – t₂ – разность между температурой воды на входе и на выходе градирни.

Тепловая мощность градирни W (ккал/ч), которая выражается произведением:

W = 1000 • Q • ∆t. (1)

Объем испаряющейся воды Е (м³/ч) – количество испаряющейся воды, поступившей в градирню, затраченной на охлаждение воды в сети. Она состоит из чистой воды, не содержащей никаких растворенных солей и определяется по формуле:

Е = Q • ∆t /560, (2)

где величина в знаменателе соответствует скрытой теплоте парообразования воды (560ккал/кг).

Объем унесенных водяных капель E_V (м³/ч) – количество воды, выносимое в атмосферу в виде мельчайших капелек с уходящим из градирни воздухом.

В отличие от испаренной воды, эта вода имеет тот же химический состав, что и вода в сети, и поэтому учитывается при расчете сливов. Е_V меняется в зависимости от конструкции градирни и определяется по формуле:

E_V = Q /1000. (3)

Конструкторы стремятся максимально сократить потери воды, связанные с уносом водяных капель. Значения Е_V могут достигать 0,001 от Q.

Объем сливов Р (м³/ч).

Испарение вызывает увеличение концентрации растворенных в циркулирующей воде солей. Во избежание чрезмерно высокой концентрации солей, которая может привести к различным отложениям, необходимо отвести из сети и сбросить часть воды в канализацию.

Суммарные потери G (м³/ч), связанные с уносом водяных капель E_V, сливом Р и всевозможными потерями воды в сети (неконтролируемые утечки), сопровождающимися снижением количества солей:

G =E_V + P. (4)

Объем подпитки А (м³/ч). Он компенсирует все потери водной фазы в сети (т.е. потери воды, происходящие при испарении и уменьшении концентрации солей в результате уноса водяных капель, сливов и утечек):

А = Е + G. (5)

Коэффициент концентрации С-соотношение содержания солей, растворенных в циркулирующей воде и воде подпитки С=S_q/S_a , где S_q-засоленность циркулирующей воды; S_A-засоленность воды подпитки, г/м³ .

Величина коэффициента С определяется на основе баланса содержания солей. Если засоленность подпитывающей воды S_A(г/м³), а соленость циркулирующей воды С•S_A, тогда количество попадающих в систему растворенных солей - S_A•A, а количество выводимых из системы растворенных солей - C•S_A•G.

Количество входящих и выходящих растворенных солей должно быть одинаковым :S_A•A=C•S_A•G, откуда C=A/G, а поскольку A=E+G , то

. (6)

Пример 1 .Рассчитать объем подпитки системы оборотного водоснабжения предприятия.

Исходные данные:

расчетный расход воды Q=300 м³ /сут=12,5 м³/ час;

снижение температуры в градирне ∆t = 10⁰C;

коэффициент концентрации С=3.

Решение:

1.Находим требуемую тепловую мощность градирни по формуле(1):



2.Находим количество воды, испаряющейся в градирне по формуле (2):



3. Находим количество воды, унесенной воздушным потоком из градирни в атмосферу по формуле (3).



4. находим суммарные потери воды по формуле (6):



5. Находим объем сливов, пользуясь формулой (4):



6. Находим объем подпитки оборотной системы по формуле (5):



Таким образом, объем подпитки составляет 2,6% от объема воды, циркулирующей в оборотной системе.

2. ЛОКАЛЬНАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

При очистке жирсодержащих сточных вод система локальной очистки предусматривает устройство канализационных решеток и горизонтальных песколовок перед жироулавливающими сооружениями. Решетки улавливают попадающие в канализацию крупные примеси. После решеток сточная вода направляется в песколовки, в которых задерживается песок и другие минеральные примеси, а также часть тяжелых взвешенных веществ. Затем сточная вода направляется на сооружения, предназначенные для улавливания жира (жироловки).

Взвешенные вещества и жиры выделяются из сточных вод методом простого отстаивания. В основу расчета песколовок и жироловок положен принцип гравитационной сепарации, который заключается в разности плотностей воды и частиц примесей (песка или нерастворимого жира). В ламинарном режиме, течения, который характерен для промышленных сепараторов и соответствует числу Рейнольдса менее 800, скорость погружения или всплытия частицы сферической формы в воде определяется законом Стокса, согласно которому скорость подъема капли жира (погружения частицы) можно рассчитать по формуле:

(7)

где ρ – плотность воды,

ρ' – плотность частица (песка или жира),

g – ускорение свободного падения,

η – динамическая вязкость воды,

d – диаметр частица, м.

Если скорость получается положительной, то происходит всплытие частицы, и наоборот, если скорость отрицательна, то частица погружается.

В расчетах можно пренебречь влиянием температуры на плотность и вязкость воды и принять плотность воды и вязкость .

2.1. РАСЧЕТ ПЕСКОЛОВКИ

При проектировании песколовок согласно строительным нормам количество осадка принимается равным 0,015-0.02% от расхода сточных вод, т.е. 0,15-0,2 л/м³.

При расчете песколовок следует определять их длину L_П, м, по формуле

(8)

где К_П – коэффициент, принимаемый по таблице 1;

Н_П – расчетная глубина песколовки, м, принимаемая для аэрируемых песколовок равной половине общей глубины:

W_П – скорость движения сточных вод, , принимаемая по таблице 2;

v – скорость погружения частиц песка (гидравлическая крупность песка), , вычисленная по формуле (7).

Таблица 1.

Значения коэффициента К_П для песколовок различного типа

Диаметр задерживаемых частиц песка, мм	Значение КП в зависимости от типа песколовок и отношения ширины В к глубине Н аэрируемых песколовок
	горизонтальные	аэрируемые
		В:Н = 1	В:Н = 1,25	В:Н = 1,5
0,15	-	2,62	2,50	2,39
0,20	1,7	2,43	2,25	2,08
0,25	1,3	-	-	-

Таблица 2

Расчетные параметры для проектирования песколовок

Тип песколовки	Скорость движение сточных вод WП,	Глубина Н, м
Горизонтальная	0,15 – 0,3	0,5 – 2
Аэрируемая	0,08 – 0,12	0,7 – 3,5

При проектировании песколовок следует принимать общие расчетные параметры по табл. 2. Кроме этого необходимо выполнить следующие требования:

а) для горизонтальных песколовок – продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке не менее 30 с (для поддержания в горизонтальных песколовках постоянной скорости движения сточных вод на выходе из песколовки надлежит предусматривать водослив с широким порогом);

б) для аэрируемых песколовок следует предусмотреть установку аэраторов из дырчатых труб – на глубину 0,7 Н_П вдоль одной из продольных стен над лотком для сбора песка; интенсивность аэрации – 3 – 5

ч); поперечный уклон дна к песковому лотку – 0,2 – 0,4; впуск воды – совпадающий с направлением вращения воды в песколовке, выпуск – затопленный; отношение ширины к глубине отделения – В:Н =1:1,5

Пример 2. Рассчитать горизонтальную песколовку при B:H=1.

Исходные данные:

Расчетный расход сточных вод . Диаметр задерживаемых частиц D=0,2 мм, плотность частиц – 2600 .

Решение:

1. По формуле (7) вычисляем скорость погружения частицы:



2. По таблице 1 находим коэффициент К_П=1,7.

3. По таблице 2 находим скорость движения сточных вод и выбираем расчетную глубину песколовки Н_П=1 м. соответственно при В:Н=1:1 ширина песколовки В_П=1 м.

4. По формуле (8) рассчитываем необходимую длину песколовки:



5. Площадь поверхности песколовки находим по формуле:



6. Нагрузка на песколовку определяется по формуле:



7. Количество образующегося осадка определяется расходом сточных вод:



8. Продолжительность протекания сточных вод в песколовке находим по формуле:



Найденное значение превышает минимальное время (30 с), следовательно, расчет следует считать завершенным.
2.2. РАСЧЕТ ЖИРОЛОВКИ

Жироловка позволяет выделить из воды жир, который находится в сточной воде в виде отдельных сравнительно крупных твердых частиц, а также в эмульгированном и растворенном состоянии.

В процессе отстаивания жирсодержащих сточных вод жир всплывает, увлекая за собой часть взвешенных веществ. В результате этого на поверхности воды образуется слой плавающих веществ (жиромасса).

Тяжелые взвешенные вещества, осаждаясь, образуют осадок, при этом они увлекают за собой часть жира. Для отстаивания жирсодержащих сточных вод применяют отстойные жироловки, как правило горизонтального типа (рис.4). Они оборудованы скребковым механизмом для сбора всплывшей жиромассы, которая сгребается в специально предусмотренный бункер. ,

Отстойные жироловки рассчитывают на продолжительность отстаивания сточной воды в течение 30 мин. Эффективность задержания жира 50—55%, причем 20—25% жира задерживается вместе с осадком, а 30% всплывает на поверхность воды. Взвешенные вещества задерживаются в количестве 50%.

Из бункеров жиромасса вакуум-воздушными установками перекачивается в автоцистерны и направляется на утилизацию. При работе скребкового механизма вместе с жиромассой в бункеры попадает некоторое количество воды. За время нахождения в них этой смеси происходит дополнительное ее расслаивание на жиромассу и воду. Последнюю перед удалением жиромассы рекомендуется сливать в канализацию.



Рис. 4. Схема жироловки.

1 – лоток для подачи сточных вод, 2 – корпус жироловки, 3 – скребковый механизм, 4 – трубопровод для подачи жиромассы к вакуумному котлу, 5 - труба с вентилем для разрядки сифона, 6 – труба для выпуска сточных вод в канализацию, 7 – бункер для жиромассы, 8 – насос для удаления осадка.

При проектировании жироловки рассчитывают три основных параметра:

1.Полезная горизонтальная площадь поверхности воды:

(9)

где Q – расход сточных вод,

F – поправочный коэффициент, который учитывает фактор турбулентности, определяемый как функция (W – горизонтальная скорость воды при пересечении отстойника, ). При этом скорость W не должна превышать .

Таблица 3.

Значения коэффициента F.

	6	10	15	20
F	1,37	1,52	1,64	1,74

2. Минимальное вертикальное сечение А:



3. Соотношение высота/ширина бассейна принимается равным от 0,3 до 0,5.

Эти параметры определяют устройство сепараторов в виде нескольких параллельных бассейнов небольшой глубины. Рекомендуется не превышать для них следующие размеры: ширина 1,8 – 6 м; глубина 0,65 – 2,4 м.
Пример 3. Определить параметры жироловки для очистки сточных вод предприятия.

Исходные данные.

Расчетный расход сточных вод – .

Плотность жира –

Средний диаметр частиц жира –

1. 
   По формуле (7) находим скорость подъема частиц жира
   

2. 
   Принимаем горизонтальную скорость сточных вод в жироловке и находим величину соотношения
   
3. 
   По таблице 3 определяем коэффициент F=1,52
   
4. 
   Полезная горизонтальная площадь поверхности воды по формуле (9):
   

5. 
   Находим минимальное вертикальное сечение А по формуле (10):
   

Принимаем отношение высоты к ширине бассейна 0,4, тогда



Следовательно

Длина бассейна

Объем бассейна

Теоретическое время пребывания сточной воды в бассейне составляет



3. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКАХ

3.1 СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКАХ

Очистка сточных вод в специальных устройствах-аэротенках происходит за счет жизнедеятельности аэробных бактерий и простейших микроорганизмов, использующих содержащиеся в сточных водах органические примеси для собственного питания. При этом общее количество микроорганизмов увеличивается за счет их синтеза и частично уменьшается в результате разложения. Сообщество аэробных бактерий и простейших микроорганизмов представляет собой активный ил.

Необходимыми условиями работы кротенка являются достаточно интенсивное перемешивание жидкости с микроорганизмами, непрерывное обеспечение процесса растворенным кислородом, установившийся режим подачи органических загрязнений на единицу массы активного ила и надлежащий температурный режим. Перемешивание жидкости и растворение кислорода обеспечивают аэраторы различного типа.

Ход процесса биохимической очистки активным илом можно проиллюстрировать следующим образом.: Порция активного ила перемешана со сточными водами и аэрируется с такой интенсивностью, чтобы в жидкости содержалось 1—3 растворенного кислорода. Изменение основных показателей показано в виде графика на рис.5. Точки t₁ – t₄ отображают характерные моменты процесса. К моменту времени t₁, соответствующему частичной очистке сточных вод, в результате интенсивного размножения бактерий БПК снижается на 50—70% (кривая 1), наблюдается наибольший прирост активного ила ΔD₁(кривая 2). В момент времени t₂, соответствующий неполной очистке жидкости, достигается эффект очистки порядка 80—90%, заметно снижается прирост активного ила ΔD₂вследствие недостатка «питания» для микроорганизмов. Полная очистка наблюдается в момент времени t₃, характеризующийся высоким эффектом очистки (выше 90%). Если продолжать процесс аэрации, то концентрация загрязнений в очищаемой воде почти не изменяется, а прирост активного ила стремится к нулю. Этот этап очистки является продленной (либо продолженной) аэрацией.



Рис. 5. Изменение показателей биологической очистки сточных вод активным илом: 1 – снижение БПК (ХПК) сточных вод от начальной концертрации С_Н до С – С₄; 2 – изменение концентрации активного ила с D_H до D – D₄; 3 – изменения концентрации нитритов и нитратов.

Схема взаимосвязи аэротенков с другими сооружениями очистной станции показана на рис.6. Осветленные сточные воды после первичных отстойников направляются в аэротенк, где они перемешиваются с активным илом; возвращаемым из вторичных отстойников. Впуск сточных вод в аэротенк может быть сосредоточенным либо рассредоточенным по длине или периметру сооружения. На схеме (см. рис.6) показан аэротенк с пневматической аэрацией, в котором перемешивание иловой смеси (активного ила с очищаемой водой) и растворение кислорода осуществляются сжатым воздухом. По окончании процесса очистки иловую смесь направляют во вторичный отстойник, в котором активный ил осаждается, а очищенная вода осветляется и отводится далее на дезинфекцию. Задержанный активный ил перекачивается вновь в аэротенк: часть ила, представляющего собой избыток сверх необходимого количества его в аэротенке, отводят на уплотнение либо анаэробную обработку, обезвоживание и сушку. Обычно избыточный активный ил обрабатывают вместе с осадком первичных отстойников



Рис. 6. Принципиальная схема взаимосвязи аэротенка с очистными сооружениями:

1 — первичный отстойник, 2 — аэротенк (с пневматической аэрацией). 3 — воздуходувное оборудование, 4— вторичный отстойник, 5 — насосная станция циркулирующего активного ила, 6— илоуплотнитель, В— воздух, ЦАИ— циркулирующий активный ил, ИЛ — избыточный ил, УИ— уплотненный ил, О — осадок первичных отстойников, СВ — сточные воды, ОВ— очищенная вода.

Основными эксплуатационными показателями работы аэротенка являются нагрузка на ил, возраст ила и удельная скорость окисления.

Нагрузка на ил представляет собой количество загрязнений по БПК или ХПК, поданное на единицу массы беззольного вещества ила за какой-либо промежуток времени. Обычно используют понятие суточной нагрузки по БПК.



где N_L – суточная нагрузка, мг на 1 г в сутки;

Q_C – суточный приток сточных вод,

L₀ – БПК_ПОЛН сточных вод

V_a – объем аэротенка, м³;

D – доза ила,

S – зольность ила, доли единицы.
Условная частота обмена ила в аэротенке, связанная с отводом избыточного ила, определяет «возраст» ила:

(12)

Где t_Н – «возраст» ила, сут;

Р – прирост ила, г на 1 л сточных вод.
Чем больше прирост ила, тем большее количество его отводится из аэротенка и тем быстрее происходит его обмен. Илы с большим приростом в режимах частичной и неполной очистки образуют группу «молодых», в режиме полной очистки и продолженной аэрации— группу «старых» илов. Следует учитывать, что величина прироста ила зависит от состава сточных вод и для каждой категории производства абсолютное значение «возраста» ила может довольно резко различаться.

Существенную роль в определении возраста ила играют взвешенные вещества. Известно, что большая часть взвешенных веществ при очистке сорбируется активным илом, образуя мнимый прирост его массы. Это обстоятельство искажает понятие возраста как частоты обмена ила.

Способность активного ила к осаждению и уплотнению характеризует иловый индекс. За 30 мин отстаивания в покое активный ил осаждается и занимает определенный объем. Отношение величины этого объёма ила к его массе составляет иловый индекс.

3.2. КОНСТРУКЦИИ АЭРОТЕНКОВ

Аэротенки выполняются в виде коридоров или отдельных ячеек. Однокоридорные аэротенки применяют на Сравнительно небольших очистных станциях, двухкоридорные и трехкоридорные - на станциях для совместной очистки бытовых и производственных стоков.

В аэротенках устанавливают аэраторы систем пневматической или механической аэрации. Пневмомеханические аэраторы, как более сложные в изготовлении и эксплуатации, не нашли широкого применения.