Безопасность и экологичность технических систем

 

 

Состав и расчет выпусков сточных вод в водоемы

 

 

Основными источниками загрязнений водоемов являются производственные, бытовые и поверхностные сточные воды.

Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах. Типовой состав примесей сточных вод представлен в табл. 10.3. Сточные воды сварочных, монтажных, сборочных, испытательных цехов содержат механические примеси, маслопродукты, кислоты и тому подобные вещества в значительно меньших концентрациях, чем в рассмотренных видах цехов и участков. Наибольшую опасность в машиностроении представляют стоки гальванического производства.

 

 

 

Таблица 10.3. 

 

Состав сточных вод [3] 

 

Тип цеха, участка	Вид сточных вод	Основные примеси	Концентрация примесей, кг/м3	Температура сточных вод, °С
Металлурги-ческие             Литейные                                        Кузнечно-прессовые                     Механичес- кие                                        Термические                                    Травильные                                    Гальвани- ческие	От охлаждения печей             От влажной газо- очистки    От грануляторов стержневых смесей    От гидровыбивки отливок и регенерации   смеси    От охлаждения поковок и оборудо-вания                Отработанные сма- зочноохлаждающие жидкости    Из гидрокамер окрасочных отделений    Из отделений гид- равлических испытаний     Промывные растворы         Из закалочных ванн                     Промывные воды            Отработанные рас- творы                Промывные воды        Отработанные электролиты	Взвешенные вещества Масла        Мелкодисперсная минеральная пыль    Песок, частицы шлака     Песок, окалина, глина Органические вещества     Взвешенные вещества минераль-ного происхождения Окалина Масла    Взвешенные вещества Сода Масла Органические растворители Масла, краски    Взвешенные вещества Масла    Окалина Щелочи Масла    Взвешенные веще- ства минерального происхождения Тяжелые металлы Масла Цианиды Механические Маслоэмульсии Щелочи Кислоты Механические    Маслоэмульсии Щелочи Кислоты    Хром Циан    Тяжелые металлы    Кислоты Щелочи Масла Хром Циан	0,01… 0,05    0,01        2…5        20...40        0,5...15    0,05        0,1…0,2            5…8 10…15    0,2…1    5…10 0,5…3 0,1…0,2    0,1…0,3    0,1…0,2    0,03…0,05    0,02…0,03 0,02…0,03 0,01…0,02    0,05…0,25        0,03…0,15 0,001…0,01 0,002…0,05 0,4 0,05…0,1 0,02…0,2 0,02…0,25 10…20    10 20…30 30…50    0,005…0,2 0,005…0,15    0…10    0,04…20 0,02…30 0,02…0,05 5…200 10…100	40…45                65        50        15...20                30…40                        15…20            15…25            15…20            50…60            30…40                    15…25            15…25                    20…30        20…25

 

 

 

Состав загрязнений сточных вод других видов производств определяется, в основном, исходными материалами и видами технологических процессов, в которых используется вода. Например, сточные воды целлюлозно-бумажных предприятий содержат, в основном, органические вещества, кислоты, щелочи и их соли. Сточные воды нефтеперерабатывающих предприятий характеризуются большим содержанием нефтепродуктов и других видов органических веществ, включая трудноразлагаемые органические составляющие и т. п.

Бытовые сточные воды, образующиеся в раковинах, санитарных узлах, душевых и т. п., содержат крупные примеси (остатки пищи, тряпки, песок, фекалии и т. п.); примеси органического и минерального происхождения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях; различные, в том числе болезнетворные бактерии. Концентрация указанных примесей в бытовых сточных водах зависит от степени их разбавления водопроводной водой.

Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имеющихся на поверхности грунтов, на крышах и стенах зданий и т. п. Основными примесями поверхностных сточных вод являются механические частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические стружки, пыль, сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, используемые в двигателях транспортных средств).

При выборе схемы станции очистки и технологического оборудования необходимо знать расход сточных вод и концентрацию содержащихся в них примесей, а также допустимый состав сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Допустимый состав сточных водрассчитывают с учетом «Правил охраны поверхностных вод». Эти правила предназначены для предупреждения избыточного загрязнения сточными водами водных объектов. Правила устанавливают нормы на ПДК веществ, состав и свойства воды водоемов.

Расчет допустимой концентрации примесей в сточных водах, сбрасываемых в водоемы, проводят в зависимости от преобладающего вида примесей сточных вод и характеристик водоема.

При преобладающем содержании взвешенных веществ их допустимая концентрация в очищенных сточных водах

 

 

 

 

где св — концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м3; п — кратность разбавления сточных вод в воде водоема, характеризующая часть расхода воды водоема, участвующую в процессе перемешивания и разбавления сточных вод; ПДК — предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в воде водоема, кг/м3.

 

 

При преобладающем содержании растворенных веществ допустимая концентрация каждого из них в очищенных сточных водах

 

 

 

 

 

 

где сВi. — концентрация i-гo вещества в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м3; cmi — максимально допустимая концентрация того же вещества в воде водоема с учетом максимальных концентраций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе лимитирующих показателей вредности, кг/м3:

 

 

 

 

Кратность разбавления сточных вод в воде водоема

 

 

 

 

где с0 — концентрация загрязняющих веществ в сбрасываемых сточных водах, кг/м3; св и с — концентрации тех же веществ вводе водоема до и после сброса в них сточных вод, кг/м3.

 

Для водоемов с направленным течением кратность разбавления

 

 

 

 

где Qв — объемный расход сточных вод, сбрасываемых в водоем с объемным расходом Qp, м3/ч; т — коэффициент смешения, показывающий долю расхода воды водоема, участвующей в процессе смешения:

 

 

 

 

где k =  - коэффициент, характеризующий гидравлические условия смешения, м-1/3; ψ — коэффициент, характеризующий месторасположение выпуска сточных вод (для берегового выпуска ψ = 1; для выпуска в сечении русла ψ = 1,5);  
φ = L/Lп — коэффициент извилистости русла; L — длина русла реки от сечения выпуска до расчетного створа, м; Lп — расстояние между этими же параллельными сечениями в нормальном направлении, м;  
Dт — коэффициент турбулентной диффузии в водоеме, м2/с;  
Dт = gHW/MCш (g — ускорение свободного падения, м/с2; Н — средняя глубина водоема по длине смешения, м; W— средняя по сечению водоема скорость течения на расстоянии L от места выпуска сточных вод, м/с; Сш = 40...44 м0,5/с — коэффициент Шези [7.16]; М —функция коэффициента Шези, равная 22,3).

 

 

Условия смешения сточных вод с водой озер и водохранилищ существенно отличаются от условий их смешения в реках и каналах. Концентрация примесей сточных вод в начальной зоне смешения уменьшается более существенно, однако полное их перемешивание происходит на значительно больших расстояниях от места выпуска, чем в реках и каналах. Расчет разбавления сточных вод в озерах и водохранилищах приведен в [16].

Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека неразрывно связано с выполнением гигиенических требований к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.

Существующие санитарные нормы применяют к воде, предназначенной для потребления населением в питьевых и бытовых целях, для использования в процессах переработки продовольственного сырья и производства пищевых продуктов, их хранения и торговли, а также для производства продукции, требующей применения воды питьевого качества.

Качество питьевой воды, подаваемой системой водоснабжения, должно соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.559—96.

Основными параметрами качества питьевой воды являются: запах, привкус, цветность, мутность, рН, общая жесткость, общая минерализация, окисляемость перманганатная, допустимая концентрация взвешенных и растворенных веществ, а также эпидемиологические и радиационные показатели.

Для примера в табл. 10.4 приведены основные эпидемиологические показатели качества питьевой воды.

 

 

 

 

Вышеуказанные Санитарные правила регламентируют также и организацию производственного контроля качества питьевой воды. В соответствии с этими правилами организация, осуществляющая эксплуатацию систем водоснабжения, контролирует качество воды в местах водозабора, перед поступлением в распределительную сеть, а также в точках водозабора наружной и внутренней водопроводной сети.

 

 

Средства защиты гидросферы

 

 

Рассматриваемые в данном разделе методы и средства защиты гидросферы могут использоваться для очистки всех видов воды: питьевой, технической, а также производственных, бытовых и поверхностных сточных вод. Вид очищаемой воды определяет выбор схемы и конкретного технологического оборудования, используемого для очистки.

Тем не менее для очистки любого вида воды, как правило, первой стадией очистки является механическая, второй — физико-химическая и третьей — биологическая. При этом на многих стадиях физико-химической и биологической очистки воды применяют сооружения вторичной механической очистки (как правило, вторичные отстойники) для выделения из воды нерастворимых примесей, образовавшихся в процессах физико-химической или биологической очистки.

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очищенных сточных водах. При этом необходимо иметь в виду, что требуемые эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточных вод. С этой целью применяют усреднение концентрации примесей или расхода сточных вод, а в отдельных случаях и по обоим показателям одновременно. Для этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и расчет которых зависит от параметров изменяющихся по времени сбросов сточных вод. Выбор объема усреднителя концентрации примесей сточной воды зависит от коэффициента подавления k=(cmах–сср)/(сд–сср),где  
cmах — максимальная концентрация примесей в сточной воде, кг/м3;  
сср — средняя концентрация примесей в сточной воде на входе в очистные сооружения, кг/м3; сд — допустимая концентрация примесей в сточной воде, при которой обеспечивается нормальная эксплуатация очистных сооружений, кг/м3.

При kп ≥ 5 объем усреднителя (м3)

 

 

 

 

где ΔQ — превышение расхода сточной воды при переменном сбросе, м3/с; τ3 — продолжительность переменного сброса, с; kп<5; 
V= Δ .

 

 

После расчета объема усреднителя выбирают необходимое число секций, исходя из условия ΔQh/V≤Wд, где h — высота секции усреднителя, м; Wд = 0,0025 м/с — допустимая скорость движения сточной воды в усреднителе.

В соответствии с видами процессов, реализуемых при очистке, целесообразно существующие методы классифицировать на механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка. Для очистки сточных вод от взвешенных веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокиоуловителях. В вертикальных или наклонных решетках ширина прозоров обычно составляет 15...20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверхности решеток используют ручную или механическую очистку. Последующая обработка удаленного осадка требует дополнительных затрат и ухудшает санитарно-гигиенические условия в помещении. Эти недостатки устраняются при использовании решеток-дробилок, которые улавливают крупные взвешенные вещества и измельчают их до 10 мм и менее. В настоящее время используют несколько типоразмеров таких решеток, например РД-200 производительностью 60 м3/ч и диаметром сетчатого барабана 200 мм.

 

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод целлюлозно-бумажных и текстильных предприятий используютволокноуловители, например с использованием перфорированных дисков или в виде движущихся сеток с нанесенным на них слоем волокнистой массы.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках и жироуловителях. Для расчета этих очистных устройств необходимо знать скорость свободного осаждения (всплывания) примесей (м/с):

 

 

 

 

где g — ускорение свободного падения, м/с ; dч — средний диаметр частиц, м; рч и рв — плотности частицы и воды, кг/м ;  
μ — динамическая вязкость воды, Па/с.

 

 

Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размером более 0,25 мм. В зависимости от направления, Движения сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые. На рис. 10.15 показана схема горизонтальной песколовки, ее Длина (м):

 

 

 

 

 

 

где W— скорость движения воды в песколовке, W= 0,15…0,3 м/с;  
α — коэффициент, учитывающий влияние возможной турбулентности и неравномерности скоростей движения сточной воды в песколовке,  
α = 1,3..Л,7.