Проектирование систем подачи и очистки воды для базы отдыха

Нейтрализацию осуществляют: смешением  кислых и щелочных сточных вод, добавлением  реагентов, фильтрованием кислых вод  через нейтрализующие материалы  и абсорбцией кислых газов щелочными  водами или абсорбцией аммиака кислыми  водами.

На практике реагент вводят в  избытке (на 10 % больше расчетного количества).

В кислых и щелочных сточных водах  всегда присутствуют ионы металлов, поэтому  дозу реагента следует определять с  учетом выделения в осадок солей  тяжелых металлов.

Смесители. Для смешивания сточной  воды с коагулянтом применяют  смесители: дырчатые, перегородчатые, вертикальные и с лопастными мешалками.

Камеры хлопьеобразования. Назначение камер - обеспечить образование хлопьев  коагулянта. Используются следующие  камеры: перегородчатые, вихревые, водоворотные и с мешалками.

Установки хлорирования. Хлорирование применяют для удаления из сточных  вод фенолов, крезолов, цианидов, сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, а также для борьбы с биологическими обрастаниями сооружений.

Для обеззараживания сточных вод  из хлорсодержащих реагентов приготавливают водный раствор, смешивают его со сточной водой и смесь направляют в контактные резервуары.

Установки для озонирования. Озонирование применяется для очистки сточных  вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. Для окисления  этих веществ озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссоциирует. Растворимость озона в воде зависит от ее рН. В слабощелочной среде озон диссоциирует очень быстро, а в кислотной проявляет большую стойкость.

Флотационные установки используют для удаления из сточных вод масел, нефтепродуктов, жиров, смол, гидроксидов, ПАВ и других органических веществ, твердых частиц с гидравлической крупностью менее 0,01 мм/с, полимеров, волокнистых материалов, а также для разделения иловых смесей.

Процесс флотации заключается в  молекулярном слипании частиц примесей и пузырьков воздуха, диспергированных в воде, и всплывании комплексов пузырек-частица на поверхность воды, при этом происходит концентрирование частиц в образовавшемся пенном слое, затем пена удаляется с поверхности воды.

Для интенсификации образования агрегатов  пузырек-частица в воду добавляют  различные реагенты: собиратели, пенообразователи, регуляторы, которые увеличивают  гидрофобизацию поверхности частиц, дисперсность и устойчивость газовых пузырьков. В качестве реагента используют соли железа и алюминия, флокулянты ВПК-101, ПЭИ, ППС, ППА. Для создания оптимальной рН среды используют известь, едкий натр и кислоты.

В зависимости от метода насыщения  воды пузырьками воздуха различают  следующие способы флотационной очистки сточных вод: флотация с  выделением воздуха из раствора (вакуумная, напорная, эрлифтная); флотация с механическим дисперигированием воздуха (импеллерная, безнапорная, пневматическая); барботажная (подача газа через пористые или перфорированные элементы); электрофлотация; химическая и биологическая флотация.

Экстракционные установки. Установки  жидкостной экстракции применяют для  очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. В качестве экстрагентов используют органические растворители (бензол, тетрахлорметан, бутилацетат и др.).

Адсорбция используется для глубокой очистки вод замкнутого водопотребления  и доочистки сточных вод от органических веществ, в том числе и от биологически жестких. Ионный обмен является одним из основных способов умягчения, опреснения и обессоливания вод, а также способом рекуперации растворенных ионных компонентов.

Методы мембранного разделения, используемые в технологии очистки  воды, условно делятся на микрофильтрацию, ультрафильтрацию, обратный осмос, испарение  через мембраны, диализ, электродиализ. Наибольшие успехи в отношении эффективности  и технологичности очистки сточных  вод от растворенных примесей достигнуты при использовании обратного  осмоса, ультрафильтрации и электродиализа.

 

1.1.3 Электрохимическая очистка

Устройства, в которых проводят те или иные процессы электрохимического воздействия на водные растворы, имеют  общее название - электролизеры.

В электрофлотационных установках для проведения процесса флотации используют газообразные продукты - водород и кислород, выделяющиеся на электродах при электролизе обрабатываемой воды. На катоде происходит разряд молекул воды с образованием водорода

2Н₂О + 2е > Н₂ + 2ОН-

На аноде процесс окисления  сопровождается выделением кислорода

2Н₂O > O₂ + 4Н+ + 2e

Размер пузырьков газа определяется природой и формой электродов, а  также условиями проведения электролиза (плотностью тока, температурой и др.). Принципиально электролиз позволяет  получить заранее заданное распределение  пузырьков газа по размерам. Электролитическое  диспергирование газа обеспечивает также получение наиболее высокодисперсной газовой фазы, что позволяет использовать электрофлотаторы для очистки воды от устойчивых коллоидных загрязнителей.

Электрокоагулятор обычно представляет собой корпус прямоугольной или цилиндрической формы, в который помещают электродную систему - ряд электродов. Обрабатываемая вода протекает между электродами. По форме и расположению электродов электрокоагуляторы разделяют на аппараты с плоскими и цилиндрическими электродами, расположенными обычно вертикально, хотя известны конструкции и с горизонтальными плоскими электродами. Предпочтительно вертикальное положение электродов, что объясняется большей жесткостью конструкции и неизменностью размеров электродной системы, а также лучшими условиями удаления выделяющихся газов и протекания процесса флотации.

Электрохимические установки для  извлечения металлов. Использованию  электролиза для извлечения металлов из разбавленных растворов препятствует низкая удельная производительность электролизеров, особенно с плоскими электродами, по сравнению с такими процессами очистки  металлов, как цементация или химическое выделение.

Для увеличения интенсивности процессов  электроизвлечения металлов из сильно разбавленных по ионам металла растворов используют объемные электроды. Принцип работы электролизеров с такими электродами заключается в том, что подвергаемый обработке раствор пропускают через каналы в теле объемного электрода, потенциал которого поддерживают на уровне, обеспечивающем протекание процесса извлечения с максимально возможной скоростью, т. е. при предельной силе диффузионного тока.

 

1.1.4 Биохимическая очистка

Аэротенки. Процессы очистки вод от многих органических и некоторых неорганических загрязнений сложным сообществом бактерий, простейших и некоторых высших организмов (в условиях аэробиоза) основаны на реакциях биохимического окисления загрязнителей (например, СxНyОzN) вод: окисления для удовлетворения энергетических потребностей микроорганизмов и окисления с продуцированием биомассы, имеющей среднестатистический состав клеточного вещества C₅H₇NO₂.

Аэробная биологическая очистка  больших количеств сточных вод обычно осуществляется в аэротенках - емкостных проточных сооружениях со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности. Непременным условием эффективности биологических процессов метаболизма в аэротенке является обеспечение их растворенным в воде кислородом, что достигается аэрацией и перемешиванием смеси воды и активного ила пневматическими, механическими или смешанного типа устройствами.

Биофильтры. В этих сооружениях  биоразлагаемые органические вещества жидких отходов сорбируются и окисляются в аэробных условиях популяций гетеротрофных факультативных бактерий, образующих биологическую пленку на поверхности насадки (загрузочного материала, субстрата). Для орошения насадки вода с загрязнениями периодически или непрерывно подается в верхнюю часть сооружения через неподвижные разбрызгиватели (спринклеры) или реактивные вращающиеся водораспределители. Активная часть биопленки распространяется на глубину 70-100 мкм. В слоях пленки, прилегающих к насадке, создаются анаэробные условия, образуются органические кислоты (и газы СН₄ и H₂S), величина рН снижается, происходит частичное отмирание клеток. Под воздействием гидравлической нагрузки такие части пленки отрываются от субстрата и выносятся с водой.

Сооружения для биохимической  очистки в анаэробных условиях. В  системах очистки концентрированных  биоразлагаемых стоков и переработки органических твердых, полужидких веществ и осадков в анаэробных условиях нет внешних акцепторов водорода. Цель анаэробного окисления - стабилизация органических соединений, содержащихся в необработанных отходах. Окисление происходит в процессах брожения и анаэробного дыхания по следующей схеме:

Органические вещества + Факультативные и облигатные анаэробные бактерии + Дополнительные питательные вещества > Прирост клеток + Летучие органические кислоты + Спирты + H₂ + CO₂;

Летучие органические кислоты + H₂ + CO₂ + Дополнительные питательные вещества + метановые бактерии > Прирост клеток + CH₄ + H₂O

Сооружения для анаэробного  сбраживания, работающие по принципу реакторов  с полным перемешиванием - метантенки. Различают метантенки открытого и закрытого типов (последние - с жестким или плавающим перекрытием).

В окислительных прудах переработка  органических и ряда других примесей сточных вод и отходов обеспечивается анаэробным разложением осадка в  придонной зоне и окислением растворённых и коллоидных органических веществ при аэробном метаболизме бактерий в средней части объёма воды.

Более широко, чем окислительные  пруды, используют искусственные аэрируемые пруды с плавающими и стационарными  механическими аэраторами или с  пневматической аэрацией.

Анаэробные пруды (лагуны) предназначены  для разрушения и стабилизации концентрированных  жидких, полужидких и твердых отходов  при нагрузках (по БПК5) 300-2300 кг О₂/га. Как и в метантенках, в этих прудах анаэробное брожение сложных веществ отходов происходит в два этапа: превращение сложных органических веществ в летучие жирные кислоты с последующим их преобразованием в газообразные продукты (преимущественно метан и диоксид углерода). Анаэробные пруды используют в основном в условиях теплого климата для переработки отходов производства мяса и птицы, консервных заводов, боен, для переработки картофельных и свекольных отходов, навоза и пр. Для получения стока, пригодного для сброса в естественные водоемы, за анаэробной лагуной обычно предусматривают аэробное сооружение, например окислительный пруд или аэрируемую лагуну [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчетно-практическая часть: проектирование систем подачи и очистки воды для базы отдыха

2.1 Описание базы отдыха, используемый в проекте

База отдыха представляет из себя небольшой поселок котеджного типа вместимостью 30 человек, расположенного на 2 га земли в 15 км от черты города с развитой инфраструктурой. Поблизости расположена горная речка, база отдыха находится непосредственно в лесу, на ее территории также расположен небольшой бассейн. Наличие главного корпуса, в котором располагаются кафе, установлен бильярд, тренажеры, сауна, релаксационные комнаты, игровые детские помещения, наличие спортивных площадок, беседок и нескольких комфортабельных домиков. База отдыха предоставляет различные услуги, такие как конные прогулки, катания на лодках, купание, стрельба из лука и т.д. Главный недостаток турбазы - это ее сезонность, в зимние - осенние месяцы базу отдыха переоборудуют. Появляются новые виды развлечений: зимняя рыбалка, катание на коньках и др..

 

2.2 Выбор источника водоснабжения  и элементов забора, очистки воды

В качестве источника водоснабжения принята река, на берегу которой расположена база отдыха. Предпочтение отдано именно этому источнику, так как река способна обеспечивать бесперебойное снабжение водой потребителей при минимальных затратах на ее очистку и транспортировку.

На основании анализа объемов  потребления воды отдельными категориями  потребителей в проекте принята  объединенная хозяйственно-питьевая и  противопожарная система водоснабжения  поселка. Таким образом, проектируемая  система водоснабжения подачи воды характеризуется:

• по виду источника водоснабжения - с использованием поверхностных вод (река);
• по способу подачи воды - нагнетательная (вода потребителям подается насосами);
• по назначению - объединенная (хозяйственно-питьевая, противопожарная);
• по территориальному охвату водопотребителей - централизованная, обеспечивающая водой всех потребителей, расположенных в городе;

Элементами забора воды в  данном проекте служат водозаборное сооружение, насосная станция, дополнительная емкость и промышленный фильтр (Гейзер ТВТ, очищающий воду любой степени  загрязненности - умягчение, обезжелезивание  поверхностных вод), который производит очистку и в дальнейшем подается к потребителям. Система зациклированна, замкнута, после использования воды потребителями, вода снова подается в фильтр, там очищается и сбрасывается в реку в соответствующем качестве.

 

2.2.1 Характеристика источника  водоснабжения с анализом ее  химического состава

Источник водоснабжения  представляет собой горную реку Плёсная с глубиной более 3 м, длиной около 835 км, с площадью бассейна 58 тыс. км² с хорошо проглядываемым, каменистым, неровным дном. По ее берегам расположены высокоствольные тополевые леса. Горные породы являются ведущим фактором формирования минерализации и химического состава природных вод. Главными растворимыми минералами, определяющими в основном химию природных вод являются: галит, гипс, кальцит, деломит. Залегающая на глубине каменная сель обогощает воды натрием, хлоридами. Характеризуется гидрокарбонатно-кальциевым составом и умеренной минерализацией. Уровень минерализации достигает 212-601 мг/дм³, общая жесткость 20-29 ммоль/дм³. Вода этих источников более жесткая (2,74-3,68 мг-экв/дм³). Значения pH изменяются от 7,5 до 8,1. Характеристика условий забора воды: Мутность меньше 500мг/л, устойчивость берегов и дна.

     

 

          2.3 Расчетная часть