Методы очистки активацией микрофлоры

Методы очистки активацией микрофлоры

1.3 Общие сведения о предприятии ОАО «Газпром трансгаз» (на примере ООО «Газпром трансгаз Уфа» управление аварийно-восстановительных работ и Кармаскалинского линейного производственного управления ОАО «Газпром трансгаз Уфа»)

1.4 Основные сведения об очистных сооружениях БИО – 25 КС «Кармаскалы»

1.4.1 Описание работы очистных сооружений БИО – 25 КС «Кармаскалы»

1.4.2 Существующее положение системы очистки сточных вод БИО – 25 КС «Кармаскалы»

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Недостатки существующей системы очистки сточных вод БИО – 25 КС «Кармаскалы»

2.1 Расчет материального баланса биологической очистки

2.1.1 Промышленные загрязненные стоки

2.1.2 Смеситель

2.1.3 Аэротенк

2.1.4 иловая площадка с аэротенка

2.1.5 Вторичные отстойники

2.1.6 Биофильтр

2.1.7 Третичный отстойник

2.1.8 Хлораторная

2.1.8.1 Установка обезвоживания осадка

2.1.8.2 Термическая обработка обезвоженного осадка

2.2 Материальный баланс

Расчет оборудования

Смеситель

2.3.2 Аэротенк

2.3.3 Иловая площадка

2.3.4 Вторичные радиальные отстойники

2.3.5 Биофильтр

Коагуляционная установка

2.3.7 Установка обеззараживания сточных вод

Третичный радиальный отстойник

2.3.9 Илоуплотнитель

2.3.10 Характеристика воды

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

3.1 Выделение и активация аборигенных микроорганизмов

3.1.1 Идентификация аборигенных микроорганизмов

3.1.2 Наработка суспензии аборигенных микроорганизмов

3.2 Биоремедиация нефтезагрязненных грунтов

3.3 Подбор стимуляторов роста нефтеокисляющих микроорганизмов

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

4.1 Расчет капитальных затрат

4.2 Определение годовых эксплуатационных расходов

4.2.1 Затраты на коагулянт «Ферикс-3»

4.2.2 Затраты на электроэнергию

4.2.3 Затраты на воду

4.2.4 Фонд заработной платы

4.2.5 Отчисления на социальные нужды

4.2.6 Отчисления на амортизацию

4.2.7 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО)

4.2.8 Прочие затраты

4.2.9 Общехозяйственные расходы

4.3 Оценка предотвращенного экологического ущерба от антропогенного воздействия

4.4 Экономическая эффективность предложенной коагуляционной установки

4.5 Выводы по экономической части

5 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

5.1 Описание формул

5.1.1 Расчет аэротенка

5.1.2 Иловая площадка

5.1.3 Вторичные радиальные отстойники

5.2 Таблица констант неизвестных параметров

5.3 Блок – схема программы

5.4 Текст программы

5.5 Результаты расчета

6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

6.1 Характеристика производства

6.2 Пожарная безопасность

6.3 Электробезопасность

6.4 Санитарно-гигиенические требования

6.4.1 Освещение

6.4.2 Отопление и вентиляция

6.4.3 Средства индивидуальной защиты рабочих

6.4.4 Санитарно-гигиенические условия в производственных помещениях

6.4.5 Водоснабжение и канализация

6.5 Охрана окружающей среды

6.6 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

6.6.1 Защита рабочих в чрезвычайных ситуациях. Использование защитных сооружений

6.6.2 Применение средств индивидуальной защиты

6.6.2.1 Виды средств защиты органов дыхания и их использование

6.6.2.2 Средства защиты кожи и их использование

6.6.3 Виды медицинских средств защиты и их использование

6.7 Создание безопасных условий труда работников

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В системе транспортировки газа рассматривается проблема очистки площади управления аварийно-восстановительных работ. Причиной загрязнения грунтов и сточных вод являются промывные воды автомобильных хозяйств и автотранспорта. Концентрация различных нефтепродуктов и моющих средств может достигать 10 г/л [1].

Такие воды, попадая в природные водоемы, губительно влияют на флору и фауну.

В данной дипломной работе рассматриваются два филиала предприятия ООО «Газпром трансгаз Уфа» – Управление аварийно-восстановительных работ (УАВР) и Кармаскалинское линейно-производственное управление магистрального трубопровода (ЛПУМГ).

УАВР производит ремонт автотранспорта, в результате которого происходит активное загрязнение почвы нефтепродуктами (бензин, моторные масла, трансмиссионные масла и т.д.), которые на предприятии очищаются микробиологическим препаратом «Девороил» [2].

Ввиду отсутствия централизованного водоснабжения, в филиале Кармаскалинского ЛПУМГ производится локальная биологическая очистка сточных вод.

Целью дипломной работы является усовершенствование локальной системы очистки сточных вод от нефтепродуктов и моющих средств и грунтов, загрязненных нефтепродуктами.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

- проведение анализа существующих методов очистки нефтезагрязненных грунтов и сточных вод;

- исследование биодеструкции нефти и нефтепродуктов в почве ассоциацией аборигенных микроорганизмов-деструкторов;

- анализ эффективности очистки нефтезагрязненных грунтов с помощью активаторов роста нефтеокисляющих микроорганизмов;

- усовершенствование технологии локальной очистки сточных вод с использованием коагулянта;

- расчет материального баланса усовершенствованной установки;

- расчет выбросов в атмосферный воздух загрязнений от нефтешлама на программе УПРЗА «Эколог».

 

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Методы очистки сточных вод и нефтезагрязненных грунтов

1.1.1 Методы очистки сточных вод Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, совместное применение нескольких методов очистки называется комбинированным.Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения – нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве [3].Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и неорганических веществ.Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности. Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования [4].Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки [5].В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.Аэротенк – аэробная установка, использующая для очищения стоков активный ил. Для его создания стоки обогащают нагнетаемым атмосферным воздухом, и находящиеся в нем бактерии биологически окисляют органические соединения. Активный ил — сложное сообщество микроорганизмов различных систематических групп и некоторых многоклеточных животных. Активный ил биологических окислителей формируется под влиянием химического состава обрабатываемой сточной воды, растворенного в ней кислорода, температуры, рН и окислительно-восстановительного потенциала. По внешнему виду активный ил представляет собой хлопья светло-серого, желтоватого или темно-коричневого цвета, густо заселенные микроорганизмами, заключенными в слизистую массу [6].Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды.Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

 

1.1.2 Методы очистки нефтезагрязненных грунтов

 

Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности продукты переработки нефти, не только губят флору и фауну, но и наносят прямой вред здоровью человека. Положение усугубляется тем, что решение этого вопроса (как, впрочем, и большинство других экологических проблем) долгие годы откладывалось на будущее [7].

Среди методов очистки загрязнений нефтепродуктов в грунте выделяются следующие группы методов:

1 Механические: обваловка загрязнения, откачка нефтепродуктов в емкости насосами и вакуумными сборщиками, замена почвы, вывоз почвы на свалку для естественного разложения. Проблема очистки при просачивании нефтепродуктов в грунт не решается.

2 Физико-химические:

- сжигание (экстренная мера при угрозе прорыва нефтепродуктов в водные источники). В зависимости от типа нефтепродукта таким путем уничтожается от 1/2 до 2/3 разлива, остальное просачивается в грунт. При сжигании из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефтепродуктов. Грунт после сжигания необходимо вывозить на свалку (так называемая "горелая земля");

- предотвращение возгорания – применяется при разливах в цехах, жилых кварталах, на автомагистралях, где возгорание опаснее загрязнения грунта; в этом случае изолируют разлив сверху противопожарными пенами или засыпают сорбентами;

- промывка почвы – проводится в промывных барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или емкостях, где впоследствии производится их разделение и очистка;

- дренирование грунта – разновидность промывки почвы на месте с помощью дренажных систем; может сочетаться с биологическими методами, использующими нефтеразлагающие бактерии;

- экстракция растворителями. Обычно осуществляется в промывных барабанах летучими растворителями с последующей отгонкой их остатков паром;

- сорбция. Сорбентами засыпают разливы нефтепродуктов на сравнительно твердой поверхности (асфальте, бетоне, утрамбованном грунте) для поглощения нефтепродукта и снижения опасности пожара;

- термическая десорбция (крекинг). Применяется при наличии соответствующего оборудования, но позволяет получать полезные продукты вплоть до мазутных фракций;

- химическое капсулирование. Новый метод, заключающийся в переводе углеводородов в неподвижную нетоксическую форму.

3 Биологические:

- фитомелиорация. Устранение остатков нефтепродуктов путем высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока), активизирующих почвенную микрофлору; является окончательной стадией рекультивации загрязненных почв;

- биоремидиация. Применение нефтеразлагающих бактерий; необходима запашка культуры в почву, периодические подкормки растворами удобрений; ограничения по глубине обработке, температуре почвы; процесс занимает 2-3 сезона [8].

В настоящее время рекультивация нефтезагрязненных земель проводится, как правило, без достаточного научного обоснования. При сжигании нефтепродуктов, засыпке загрязненных участков грунтом, вывозе загрязненной почвы в отвалы, т.е. при ликвидации разливов нефтепродуктов на почвы последствием часто может быть необратимое уничтожение плодородного слоя почвы. Такие способы рекультивации совершенно неприемлемы. Механические и физические методы не могут обеспечить полного удаления нефтепродуктов с почвы, а процесс естественного разложения их в почвах чрезвычайно длителен, поэтому в настоящее время наиболее приемлемыми являются биологические методы [9].

 

1.2 Достоинства и недостатки биологического метода очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений

Главным преимуществом биологического метода очистки является его экологическая безопасность.

Основной недостаток большинства биологических методов очистки сточных вод заключается в необходимости удаления излишней биомассы, сложности поддержания популяции бактерий и сохранения их активности. Установки, использующие в своей работе активный ил, указанных недостатков не имеют [10].

К сожалению, и этот метод не лишен недостатков, главный из которых – сложность достижения равновесия между процессами расщепления примесей и сохранения постоянного количества биомассы бактерий. Без достижения такого равновесия вода не будет очищена. Поэтому работу реакторов контролируют, постоянно следя за состоянием активного ила.

Показано, что для биологической очистки нефтезагрязненных почв значительному ускорению разложения нефтепродуктов в лабораторных опытах и in situ способствует применение штаммов нефтеразрушающих микроорганизмов. Однако их рост лимитируется недостатком кислорода, азота и фосфора, что требует периодического внесения извне составов, содержащих названные биогены, а также стимуляторов роста микроорганизмов, что усложняет технологию очистки от нефтяного загрязнения и значительно удорожает ее [11].

К недостаткам также следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость дополнительных мер очистки в случае высокой концентрации примесей.

Известны также методы, направленные на активизацию жизнедеятельности естественной почвенной микрофлоры, однако они трудоемки и связаны с большими материальными затратами [12].

Большинство известных схем рекультивации включает, как правило, следующие основные этапы:

- снятие верхнего загрязненного слоя с вывозом за пределы зоны рекультивации с последующим складированием и обезвреживанием;

- доставка и нанесение вместо удаленного загрязненного слоя почвы плодородного грунта.

Применяют также методы буртования, заключающиеся в сооружении фундамента бурта (земляной насыпи) вокруг загрязненного участка и подготовке почвы к закладке в бурт (рыхление, внесение минеральных питательных веществ, инертных структурообразователей и т.д.). Однако этот метод имеет ограничения, поскольку его нельзя применять в случае тонкодисперсного сложения почв, в присутствии большого количества неорганических соединений и при высокой токсичности почв [13].

Проблема использования микроорганизмов также состоит в сложности подбора минеральных удобрений для питательной среды. По результатам недавних исследований, однократное стартовое внесение даже небольших доз азотных минеральных удобрений хотя и стимулирует на первых этапах рекультивации жизнедеятельность углеводородокисляющих микроорганизмов, но в дальнейшем приводит к резкому замедлению процессов микробиологической деструкции нефтепродуктов из-за полного подавления активности азотфиксирующих бактерий и значительных непроизводительных потерь азота из почвы вследствие интенсивно протекающих в нефтезагрязненной почве процессов микробиологической денитрификации. В результате этого через короткий промежуток времени, несмотря на внесение удобрений, в почве наблюдается резкий дефицит азота и для дальнейшего стимулирования процессов биодеструкции нефтепродуктов требуется новое дополнительное внесение азотных удобрений, что в свою очередь опять неминуемо приведет к новым выбросам молекулярного азота из почвы в атмосферу [14].

Как показывает практика, применение биопрепаратов оправдывает себя только в системах интенсивной очистки, предполагающих перемещение загрязненного грунта на специально оборудованные технологические площадки в условиях, оптимальных для функциональной активности входящих в состав препаратов нефтеокисляющих микроорганизмов. Тогда как интродукция активных штаммов биопрепаратов в почву в неблагоприятных условиях чаще всего оказывается неэффективной.

Очевидно, что методы биологической очистки грунта от нефтепродуктов имеют как достоинства, так и недостатки, что открывает возможности для их усовершенствования.

1.2.1 Применение биологические метода очистки на практике

1.2.1.1 Методы очистки нефтезагрязненных грунтов внесением культур

Механические и физические методы не могут обеспечить полное удаление нефтепродуктов из почвы, а процесс естественного разложения загрязнений в почвах чрезвычайно длителен. Разложение нефти и нефтепродуктов в почве в естественных условиях – процесс биогеохимический, в котором главное и решающее значение имеет функциональная активность комплекса почвенных микроорганизмов, обеспечивающих полную минерализацию нефтепродуктов до углекислого газа и воды [15].

Методы внесения культур микроорганизмов применяются в тех случаях, когда необходимая аборигенная микрофлора отсутствует. Они находят применение при массированном и аварийном загрязнении, в сложных условиях, при отсутствии развитого естественного биоценоза.

Достоинством этих методов является их селективность и возможность введения штаммов микроорганизмов, разрушающих сложные токсические соединения. Однако их эффективность не всегда бывает одинаково высока, поскольку многие культуры эффективны лишь в относительно узком диапазоне условий. Кроме того, иногда происходит вырождение микроорганизмов до достижения необходимого уровня очистки. Также следует учитывать, что их применение может нарушать естественные биоценозы, поскольку при этом происходит смена состава популяций ведущих сообществ микроорганизмов.

Обычно для очистки грунтов и вод используют бактерии (Bacterium, Actinomyces, Artrobacter, Thiobacterium, Desulfotomaculum, Pseudomonas, Hydromonas, Bacillus и др.), а также низшие формы грибов. Часто применяют комплексные биопрепараты, которые содержат не только целый набор культур, но и питательные вещества. В настоящее время именно эта область – разработка искусственных биопрепаратов-деструкторов – получила во всем мире широкое распространение [16].

Различные виды дрожжей Саndida разлагают ароматические соединения с концентрацией 1% за 180-200 дней. Саndidа sр. способна также утилизировать керосин и газ. Саndida lipolytica, введенная в дозе кл/г почвы, активно разлагает сырую нефть.

Нефтезагрязненные почвы обрабатывают Acinetobacter sp., Alcalgenes sp., Pseudomonas sp., одновременно вносят растворы фосфорных и аммонийных солей. Нефтепродукты на поверхности почвы уничтожают бактерии видов Actinomycor elegans и Geotrichum marinum. Использование Actinebacter sp. дает 80%-ный эффект очистки от ароматических соединений по истечении 5 недель. Для деструкции нефти и нефтепродуктов выделены штаммы галотолерантных и галофильных архебактерий. В условиях высоких температур могут быть использованы бактерии вида Bacillus albiaxialis. Бактерия рода Desulfobacterium осуществляет деградацию салицилата в условиях сульфатредукции. Streptomyces albiaxialis разлагает углеводороды нефти при содержании соли до 30%; эффективность при оптимальной температуре 28-30°С достигает 50% [15, 16].

За рубежом довольно широко для локальной очистки сильнозагрязненных почв и других материалов используется технология "биовосстановления", являющаяся весьма эффективной, но дорогостоящей. Суть этой технологии сводится к тому, что загрязненный материал загружается в биореактор, оборудованный паровой экстракцией, трубопроводами для подвода кислорода (или воздуха), питательных веществ и системами контроля рН и температуры. Биологическую очистку можно комбинировать с физическими методами, такими, как экстракция паром или адсорбция на угле для удаления летучих соединений, или с химическими методами для удаления токсичных компонентов или металлов.

В условиях города, когда многочисленны небольшие локальные разливы нефтепродуктов, непосредственное использование биопрепаратов на месте бывает нерационально. В этих случаях наиболее рационален сбор загрязненного грунта или породы путем срезки с последующей их биологической очисткой на специальных площадках.

Технология применения биопрепаратов для очистки, в частности почвы, предусматривает одновременное внесение в почву микробиологических препаратов и минеральных компонентов, необходимых для питания микроорганизмов, в основном азота и фосфора, которые вносятся в виде минеральных удобрений. В зависимости от концентрации загрязнения почвы в комплексе с биотехнологическими методами применяются и агротехнические приемы, направленные на улучшение обеспечения кислородом микроорганизмов.

В результате многолетних исследований, максимальная скорость биодеградации нефтяного загрязнения была получена при комбинированном использовании вышеперечисленных способов.

Очевидно, что нет ни одного микроорганизма, который мог бы усваивать все группы углеводородов, составляющих основу нефти, поэтому ведутся активные разработки в области данного процесса [17].

 

Методы очистки активацией микрофлоры

 

Данные методы очистки основаны на активизации существующей (аборигенной) в почве или породе микрофлоры. В результате этого микроорганизмы начинают активно поглощать загрязнитель и вызывать его деструкцию. Методы активизации аборигенной микрофлоры направлены на создание оптимальной среды для развития определенных групп микроорганизмов, разлагающих загрязнитель. Эти методы могут быть использованы везде, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и достаточное видовое разнообразие. Очистка за счет активизации микрофлоры является медленным, но очень эффективным процессом. Наиболее часто эти методы очистки применяются для ликвидации нефтяных и углеводородных загрязнений.

К простейшим способам активизации микрофлоры относятся механические. Рыхление, частые вспашки, дискование, распашка загрязненных нефтепродуктами земель являются благоприятными факторами, стимулирующими процессы биодеградации нефтепродуктов в почве, при этом также улетучиваются легкие фракции нефти. Существует также метод смешивания загрязненной почвы с чистой, после чего в ней не только активизируется микрофлора, но и сама почва становится пригодной для выращивания растений, которые впоследствии используются в качестве субстрата, в свою очередь, ускоряя биодеградацию [18].

При очистке от нефтепродуктов почвы и горных пород in situ путем стимулирования природной микрофлоры необходимо осуществить активизацию природного микробного почвенного комплекса и особенно тех групп микроорганизмов, которые окисляют углеводороды, что ведет к активному потреблению углеводородов нефти. Например, при использовании такой технологии для переработки 10000 т почвы, удаленной с территории вблизи нефтеперерабатывающего завода (г. Роттердам, Нидерланды), за 75 дней обработки концентрация нефтепродуктов в почве снизилась до нормативного уровня [19]. Процесс очистки загрязненных материалов на оборудованных площадках является относительно дешевым методом, однако данный вариант очистки не обеспечивает оптимальных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, что ведет к существенному увеличению сроков обработки материалов.

Часто активизация биодеградации осуществляется за счет поддержания оптимальной температуры. Так, загрязненную почву зимой для повышения температуры покрывают черной полиэтиленовой пленкой, летом такую же пленку, только прозрачную, используют для снижения испарения с поверхности [19].

В настоящее время появились методы электрокинетической активизации биодеградации. За счет электрического тока обеспечивается миграция микроорганизмов, имеющих собственный заряд по загрязненной зоне, что гарантирует более быструю и равномерную очистку грунта.

Механизм активизации биодеградации с помощью ультразвука состоит в разбивке крупных почвенных агрегатов, которые особенно часто образуются при нефтяном загрязнении, что, в свою очередь, увеличивает доступность загрязнителя для микроорганизмов.

Другим широко распространенным способом активизации аборигенных микроорганизмов является улучшение условий аэрации почвы, породы или воды за счет добавок воздуха. Самой простой мерой в данном случае является продувка воздухом под различным давлением почв, пород и подземных вод. Она применяется при загрязнении летучими углеводородами, дизельным топливом и им подобными загрязнителями [20].

Часто методы продувки воздухом сочетаются с введением питательных веществ. Для удаления из массивов летучих углеводородов через горизонтальные скважины вместе с воздухом подается газообразная питательная смесь. Другим вариантом этого метода является разбрызгивание микрочастиц питательного раствора. Активизация углеводородокисляющих микроорганизмов за счет закачки в грунты химически активных пен имеет высокую эффективность благодаря своему комплексному воздействию: улучшению условий дыхания, оптимизации баланса питательных веществ, а также увеличению подвижности и доступности неводорастворимых органических загрязнений.

Идеальными для биодеструкции являются нейтральные почвы. В кислых почвах для нейтрализации широко применяют известь. В нефтезагрязненных грунтах известь дополнительно нейтрализует продукты разложения нефти и снижает подвижность токсичных веществ, ускоряет разложение метанонафтеновых структур. Наиболее эффективно для ускорения биодеградации нефти в почве внесение смеси извести и карбонатной сажи (туфа). Для нейтрализации щелочных почв используют гипс.

Активизация биодеградации в нефтезагрязненных почвах и грунтовых водах достигается за счет внесения минеральных удобрений. Однако необходимо отметить, что реакция микроорганизмов сильно варьирует в зависимости от конкретного загрязнителя и свойств добавки. Существует опыт закачки в загрязненный нефтепродуктами грунт сточных вод, обогащенных нитратами (до 0,5 г/л), для активизации биодеградации. При этом концентрация алифатических соединений снизилась с 1,5 до 0,5 мг/л, а ароматических - с 5,0 до 0,5 мг/л. При внесении азота в дозе 600 кг/га степень деградации нефтяных углеводородов в целинных почвах возрастала в среднем на 45%. Мочевина и покрытая серой мочевина ускоряют биодеградацию нефти с 14,8 до 58,6% за 21 сутки, что применяется на железнодорожных магистралях и на дренированных песчаных почвах. В серых лесных почвах наиболее эффективно ускоряет биодеградацию комплекс азотных, фосфорных, калийных удобрений и перегноя [21].

Одним из методов, обеспечивающих диспергацию нефти и вследствие этого улучшающих ее контакт с микроорганизмами, является внесение ПАВ. Моющие вещества вымывают мазут из почвы вместе с водой и влияют на активность микроорганизмов, повышение концентрации ПАВ до 5% вызывает угнетение микрофлоры. Эмульгатор нефти ЭПН-5 стимулирует численность спорообразующих грибов и бактерий при дозе 20-40%, при этом увеличение дозы до 60-100% приводит к их угнетению. С целью активизации биодеградации нефти в почве применяются также ПАВ-С1, неонол АФ-14, ПАВ ОП-10, полиакрилонитрил. Хлористый калий улучшает экстракцию нефти из почвенных агрегатов в раствор. Сочетание применения ПАВ с внесением минеральных удобрений, особенно аммонийных форм азота и фосфора, ускоряет биодеградацию нефти [22].

При поверхностном нефтяном загрязнении можно использовать препарат “Файерзайн”, содержащий ферменты, активизирующие микрофлору.

Мощность слоя обработки без выемки грунта 30-40 см, срок очистки около 4 недель. Препарат вносится с помощью брандспойта из машины, желательна также обработка грунта рыхлением. Используют “Файерзайн” и для очистки вод и донных осадков.

В 2008 году был предложен новый метод, обеспечивающий более глубокую очистку почвы и воды от нефтяных загрязнений. Новшество метода заключается во включении в биопрепарат клеток аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов, глицерин, минеральные соли и воду.

В качестве аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов биопрепарат содержит штаммы, а именно: Arthrobacter sp. BKM Ac-2272 Д и Rhodococcus sp. BKM Aс-2045 Д. Особенностью является способность к окислению нефтепродуктов при высоких температурах – 35-40ºC. Штаммы способны к деградации биологически устойчивых высококипящих нефтепродуктов, недоступных для большинства нефтеокисляющих микроорганизмов. Концентрация жизнеспособных аэробных нефтеокисляющих микроорганизмов в биопрепарате не менее 3*10¹⁰ кл/мл достаточна для его эффективного применения.

Известно, что до существующей технологии применение глицерина при очистке почв от нефтепродуктов применялось в концентрации 10% масс, для увеличения эффективности низкотемпературного хранения штаммов. Экспериментально было выявлено, что концентрация глицерина может быть и меньшей, а именно 8-10% масс, но при этом поставленная задача решается.

Входящий в состав биопрепарата глицерин является криопротектором, обеспечивающим высокую выживаемость микроорганизмов при низкотемпературном хранении. Минеральные соли служат для предотвращения осмотического шока микроорганизмов, а также для обеспечения микроорганизмов биогенными элементами на начальных стадиях очистки. Расход биопрепарата – не менее 1,4 л на тонну очищаемой нефтезагрязненной почвы [23].

 

1.3 Общие сведения о предприятии ООО «Газпром трансгаз Уфа»

 

Открытое акционерное общество «Газпром» — крупнейшее промышленное объединение Российской Федерации, одна из базовых отраслей экономики страны.

ООО «Газпром трансгаз Уфа» входит в состав Открытого акционерного общества «Газпром», это одно из крупнейших предприятий топливно-энергетического комплекса Башкортостана, было образовано в 1953 году. Первый газовый факел был зажжен на газопроводе «Туймазы—Уфа—Черниковск» [24].

По итогам деятельности в 2006 и 2007 гг. ООО «Газпром трансгаз Уфа» удостоено почетного диплома «Лучшая промышленная компания Республики Башкортостан».

Основными видами деятельности ООО «Газпром трансгаз Уфа» являются: надежное снабжение газом потребителей России и обеспечение поставок газа в страны дальнего и ближнего зарубежья по межгосударственным и межправительственным соглашениям.

Для выполнения этих задач предприятие осуществляет следующие виды деятельности:

- обеспечивает надежную и безопасную эксплуатацию газовых объектов региона;

- строит газопроводы и другие объекты транспортировки газа, а также объекты соцкультбыта на территории республики;

- охраняет окружающую среду, рационально использует природные ресурсы, применяет экологически чистые и энергосберегающие технологии при транспортировке газа;

- разрабатывает новые технологии и механизмы для ремонта и строительства газопроводов, проводит научно-исследовательские, тематические и опытно-конструкторские работы [25].

ООО «Газпром трансгаз Уфа» уделяет большое внимание экологической безопасности эксплуатируемых объектов и рациональному использованию природных ресурсов. Основными принципами экологической политики предприятия являются:

- сохранение природной среды в зоне размещения эксплуатируемых объектов, разумное и рациональное использование природных ресурсов;

- обеспечение экологической безопасности строительства и эксплуатации объектов;

- охрана здоровья и экологическая безопасность персонала и населения в местах осуществления хозяйственной деятельности;

- системное улучшение экологической обстановки во всех филиалах Общества, вовлечение всего персонала в природоохранную деятельность.

 

1.4 Основные сведения об очистных сооружениях БИО – 25 КС «Кармаскалы»

1.4.1 Описание работы очистных сооружений БИО – 25 КС «Кармаскалы»

 

В состав комплекса очистных сооружений входят следующие основные здания и сооружения:

- аэротенк – отстойник, где происходит биологическая очистка сточных вод;

- биофильтры «Оксипор»;

- третичный отстойник;

- контактный резервуар, предназначенный для обеззараживания и дезинфекции сточных вод, прошедших очистку;

- иловая площадка для приема избыточного активного ила из аэротенка – отстойника;

- блок-бокс производственных зданий, где находятся хлораторная и воздуходувные агрегаты, подающие воздух в аэротенк;

- малогабаритная канализационная насосная установка, предназначенная для перекачки канализационных стоков (4 шт).

Сточные воды от зданий и сооружений, расположенных на территории компрессорной станции, поступают на очистные сооружения, где первоначально попадают в приемный резервуар малогабаритной насосной установки, оборудованной решеткой-контейнером с ручным удалением осадка для задержания крупных взвесей.

После канализационной насосной установки сточные воды под напором поступают в аэротенк – отстойник, представляющий собой сооружение продленной аэрации, соединенный в единый блок со вторичным отстойником.

Работа аэротенков – отстойников основана на методе «полного» окисления. В их аэрационной зоне проводится одновременно очистка сточных вод и минерализация активного ила, а в отстойной части происходит осветление биологически очищенных сточных вод. Подача кислорода в камеру аэрации производится из блока производственных помещений. После аэротенков – отстойников стоки для доочистки поступают в биофильтры «Оксипор». Затем дочищенные стоки отстаиваются в третичных отстойниках и, для обеззараживания раствором хлорной извести, направляются в контактный колодец. После обеззараживания очищенные стоки поступают на другую малогабаритную канализационную насосную установку, насосы которой перекачивают их в сбросной коллектор.

Установка БИО представляет собой аэротенк – отстойник с продленным циклом аэрации (табл.1.1).

 

Таблица 1.1 – Расчетные параметры аэротенков продленной аэрации

Продолжительность аэрации, (ч)	24…72
Продолжительность отстаивания, (ч)	2…2,5
Концентрация ила в аэротенке по сухому веществу, (г/л)	3…6
Нагрузка на ил по беззольному веществу, (г БПКполн./г ила в сутки)	0,15…0,18
Объемная нагрузка, (г БПКполн./м³ в сутки)
Скорость окисления органических веществ, (г БПКполн./г ила в сутки)	0,15
Прирост ила, (г ила/г БПКполн.)	0,45
Возраст ила, (сутки)	10…40
Иловый индекс, (мл/г сухого вещества ила) не более	100…150
Расход кислорода, (г,/1гснижения БПК5)	1,42

 

Продолжительность аэрирования смеси сточной воды и активного ила в среднем 24 ч. За это время происходит, кроме окисления содержащихся в сточной воде органических веществ, минерализация активного ила, и таким образом количество образуемого избыточного ила сокращается. Минерализованный ил не имеет запаха и не требует дальнейшей обработки. Удаление избыточного ила из аэрационной части сооружения производится 2—3 раза в год с помощью ассенизационных машин.

Для очистки сточных вод в количестве 25 м³/сутки разработан типоразмер аэротенка – отстойника БИО-25. Суточная нагрузка по БПК₅ составляет 8 кг/сутки. Количество обслуживаемого населения от 150 до 1200 человек [26].

Аэротенки-отстойники типа БИО состоят из металлических торцовых и средних секций. Секции привозятся на стройплощадку, где происходят монтаж установки и присоединение аэротенка к подводящему коллектору, на трайлерах.

В отдельном помещении находятся воздуходувки и хлораторная. При привязке в состав сооружений могут быть дополнительно включены контактный резервуар и иловые площадки.

Аэротенк – отстойник типа БИО – 25 состоит из двух основных частей: камеры аэрации и вторичного отстойника. Продолжительность аэрации смеси составляет в среднем 1 сутки, а возраст ила – 25 суток. Аэротенк – отстойник рассчитан в среднем на полную биохимическую очистку сточных вод – снижение БПК₅ на 80-85%. Осажденный активный ил засасывается циркулирующим в аэрационной камере и межкамерной щели потоком смеси через донное отверстие обратно в аэрационную часть установки. Избыточный активный ил периодически удаляется на иловую площадку.

Концентрацию избыточного активного ила в аэротенке рекомендуется контролировать по объему в течение получасового отстаивания. Для этого необходимо иметь стеклянные цилиндры с делениями или стеклянную посуду. Критические деления следует отмечать красной линией. Когда объем ила достигает 50-70% объема отобранной пробы, необходимо удалять избыточный активный ил путем опорожнения установки на 1/2 - 1/3 объема аэрационной зоны.

При работе аэротенка в зимнее время его нормальная работа может обеспечена только при условии поддержания температуры сточных вод не ниже 10ºC [27].

Техническое обслуживание и эксплуатация аэротенка – отстойника включает в себя следующие виды работ:

- своевременное удаление образовавшейся на водной поверхности, на подводящих или отводящих желобах и на стенках аэротенка – отстойника пленки, иловой корки, удаление осадка и шлама из донной поверхности аэрационной камеры и вторичного отстойника;

- контроль температуры сточных вод в зимнее время;

- поддержание общей чистоты установки, своевременное устранение свищей и подтеков;

- своевременное восстановление защитного покрытия;

- контроль над концентрацией и состоянием активного ила, его своевременное удаление;

- контроль качества аэрации;

- контроль над равномерностью подачи стоков в аэротенк. Остановка воздуходувок или аэратора при техническом обслуживании допускается на срок не более 1-2 часа [28].

Нормальное функционирование аэротенков – отстойников обеспечивается при равномерной подаче сточных вод имеющих следующие показатели:

а) рН – выше 6,5 и ниже 8,5;

б) температуру выше 10ºC и не выше 35 ºC;

в) БПК_полн. менее 250 мг/л;

г) отсутствие нерастворимых масел, смол, мазута, биологически жестких ПАВ;

д) соотношение биогенных элементов на каждое 10 мг/л БПК_полн.:

5 мг/л азота: 1 мг/л фосфора.

Во избежание нарушения нормальной работы аэротенка – отстойника нельзя допускать:

- постоянной перегрузки по количеству сточных вод и количеству поступающих с ними загрязнений;

- внезапного изменения состава сточных вод по сравнению с тем, на которые были рассчитаны сооружения;

- залпового поступления большого количества вод и токсических веществ;

- остановки воздуходувок.

Подача воздуха в аэротенки должна производиться непрерывно с такой интенсивностью, чтобы обеспечивать содержание растворенного кислорода в каждой точке аэротенка и на выходе аэротенка не менее 2 мг/литр, при этом удельный расход воздуха при высоте слоя воды в аэротенке 3 м составляет 15-25 м³/м³. Ликвидация временных отклонений в составе сточных вод от установленных норм производится:

- по токсичным веществам – путем отведения части сточных вод в аварийные емкости с постепенным спуском их на очистные сооружения с концентрацией токсичных веществ в пределах допустимых;

- по рН – путем добавления к сточным водам 10%-го раствора щелочи или кислоты в количествах, установленных расчетом, при обеспечении полного перемешивания реагента со сточной водой;

- по биогенным элементам – путем добавления к сточным водам 10%-го раствора азотных или фосфорных солей в количествах, устанавливаемых расчетом;

- при температуре – путем разбавления условно-чистыми водами;

- по температуре – путем изменения интенсивности аэрации за счет включения и отключения дополнительных воздуходувок, а также прочистки фильтросных труб;

- при увеличенной нагрузке – путем временного уменьшения потока сточных вод.

В биофильтрах «Оксипор» (окисление на пористой поверхности) в качестве загрузки используется недробленый керамзит размером 5-10 мм. В нижнюю часть загрузки, в противоток очищаемой воде подаваемой сверху вниз, через распределительную трубчатую систему постоянно подается воздух. Доочистка сточных вод в этом фильтре происходит путем механического задержания взвешенных веществ и биологического окисления растворенных загрязнений. Активный ил, находясь в аэрируемой части фильтра, попадает в благоприятные условия для развития аэробных форм микроорганизмов, способных окислять даже трудноокисляемые загрязнения [29].

Для постоянной подводной загрузки, даже при периодическом поступлении стоков, предусмотрен сифон.

Регенерация фильтрующей загрузки осуществляется путем обратной водо-воздушной промывки в среднем 1 раз в месяц. Вода для промывки фильтра подается с помощью насосов малогабаритной канализационной насосной установки (МКНУ) очищенной воды в нижнюю дырчатую приемную трубу с одновременной подачей воздуха в нижнюю распределительную дырчатую трубу. При этом задвижка, находящаяся в сухом колодце и запорная арматура на сифоне должна быть перекрыта. Для промывки необходимо применять нехлорированную воду.

Интенсивность фильтрования должна быть не менее 10 л/сек на 1 м² поверхности фильтра в течении 10 минут.

Нормальная эксплуатация биофильтра обеспечивается при соблюдении тех же условий, что и для аэротенка.

Третичный отстойник, составляющий с биофильтром технологически связанное сооружение, служит для отделения от очищенной жидкости вынесенного из тела биофильтра активного ила и биологической пленки. Продолжительность отстаивания должна быть не менее двух часов.

При эксплуатации третичного отстойника необходимо соблюдать установленную нагрузку, своевременное и полное удаление из отстойника уплотненного ила. Во избежание ухудшения качества очистки стоков следует избегать большого накопления и залеживания активного ила на дне отстойника. При длительном пребывании ила в отстойнике начинается его загнивание, что может привести к вторичному загрязнению очищенных сточных вод. Одновременно наблюдается увеличение выноса взвешенных веществ.

При нормальной эксплуатации сооружений выносится небольшое количество взвешенных веществ – не более 3-5 мг/литр.

В связи с этим, основным показателем работы третичного отстойника является величина выноса взвешенных веществ.

Техническое обслуживание и эксплуатация третичного отстойника включает в себя следующие виды работ:

- своевременное удаление образовавшейся на водной поверхности, на подводящих или отводящих желобах и на стенках отстойника пленки, иловой корки;

- своевременное удаление осадка и шлама из донной поверхности отстойника;

- поддерживание общей чистоты на установке, своевременное устранение неполадок;

- обеспечение равномерной подачи стоков для отстаивания.

Обеззараживание сточных вод производится с целью уничтожения содержащихся в них патогенных микроорганизмов и устранения опасности заражения водоема этими микробами при спуске в него очищенных сточных вод.

Обеззараживание очищенных стоков производится в контактном колодце раствором хлорной извести (CaOCl₂) или гипохлоридом кальция (Ca(OCl)₂). Бактерицидная эффективность хлорного раствора находится в прямой зависимости от продолжительности контакта, возрастая с увеличением действия хлора. Продолжительность взаимодействия хлора со сточной водой в контактном резервуаре следует принимать не менее 30 минут.

Согласно СНИП 2.04.03 – 85, расчетную дозу активного хлора (г/м³) следует принимать после полной биологической очистки.

Дозу хлорирования в процессе эксплуатации уточняет химик-лаборант. Она зависит от состава бактериальных загрязнений, состоянием водной среды и условиями, в которых происходит обеззараживание. При этом доза остаточного хлора в обеззараженной воде после контакта должна составлять 0,3-1,0 мг/л, а коли-индекс – не менее 1000 кл/л.

Раствор приготавливают следующим образом: определенное количество хлорной извести засыпают в растворный бак и тщательно размешивают с небольшим количеством воды; получившееся тесто через спускную трубу смывают в один из расходных баков, разбавляют его до 1-2%-й концентрации по активному хлору, хорошо размешивают и дают отстояться. Отстоянный раствор сливают в дозировочный бачок, откуда и вводят его в обрабатываемую жидкость в требуемых количествах.

Расходные баки работают поочередно: в одном приготавливают раствор, из другого подают его на обеззараживание.

Растворный бак помещается над расходными баками для обеспечения поступления раствора самотеком.

Полезная вместимость растворного бака должна составлять около 10% от вместимости расходного бака и не должна быть менее 24 литров.

Расходные баки оборудуются двумя кранами. Один кран служит для отвода хлорной воды в дозирующий бачок и расположен над днищем на расстоянии 1/3 общей высоты расходного бака, что предотвращает попадание осадка в дозировочный бачок. Другой кран находится в днище бака и используется для спуска шлама.

Для лучшего перемешивания раствора баки оборудуются ручными или механическими мешалками. В крупных установках на дно укладывают дырчатые трубы, по которым подают сжатый воздух.

Для предотвращения распространения запаха хлора в рабочем помещении баки прикрывают крышками.

Растворные и расходные баки изготавливают из железобетона или дерева с обязательным внутренним оштукатуриванием цементным раствором по металлической сетке [27].

Трубопроводы и арматуру применяют из резины или винипласта – материалов, устойчивых к воздействию хлорной извести. В случае использования металлических труб последние внутри покрывают асфальтовым лаком. Запорную арматуру также необходимо применять из хлороустойчивого материала (например, из эбонита).

Главной составной частью дозирующего бачка является поплавковый клапан, который регулирует поступление хлорной извести из расходного бака и поддерживает уровень раствора в бачке. Количество раствора, подаваемого в обрабатываемую жидкость, регулируется с помощью градуированного крана, снабженного шкалой с показателем расхода или калиброванных диафрагм.

Оперативный запас хлорнесущего вещества хранится в помещении хлораторной БИО – 25.

Иловая площадка предназначена для подсушивания избыточного активного ила образующегося в аэротенке – отстойнике в процессе биологической очистки и осадка из третичного отстойника. Отвод иловой воды происходит через дренажную систему, укладываемую в центре площадки вдоль её длинной стороны. В зимнее время иловые площадки работают на замораживание. Осадок последовательно напускается на площадку слоем 10-20 см. В весенне-летнее время осадок подсушивается и вывозится. В летнее время осадок вывозится постоянно по мере сброса и подсушивания ила (при влажности 70-80%).

Техническое обслуживание и эксплуатация иловой площадки включает:

- своевременную прочистку водоприемного устройства и дренажной системы при их заливании;

- промывку горячей водой водоприемного устройства и дренажной системы с целью освобождения ото льда в весенний период;

- своевременный ремонт асфальтового покрытия основания площадки при его разрушении;

- содержание в чистоте и порядке площадки и прилегающего участка;

- контроль состояния подсушиваемого ила и его своевременный вывоз;

- обеспечение возврата дренажных вод в голову очистных сооружений.

В аэрационную зону аэротенка – отстойника и биофильтра подают воздух, необходимый для биохимического окисления органических загрязнений, поддержания ила в аэротенке во взвешенном состоянии и обеспечения возврата ила из вторичного отстойника в аэратор (через эрлифты). Расход воздуха на эти цели для очистных сооружений составляет:

- на аэраторы – 12 л/сек;

- на эрлифты – 0,25 л/сек;

- на биофильтр – 12 л/сек.

Итого – 24,25 л/сек.

Техническое обслуживание и эксплуатация шестеренчатых пневматических воздуходувок осуществляется согласно требованиям инструкции по технической безопасности.

Техническое обслуживание и эксплуатация МКНУ включает в себя следующие виды работ:

- техническое обслуживание фекальных насосов и подъемных механизмов согласно требований инструкции по технической эксплуатации;

- своевременное удаление из водной поверхности пленки, всплывающих частиц (корки), шламов и мусора из днища приемного резервуара;

- своевременное удаление задержанного мусора из решетки – контейнера;

- регулировка автоматики защиты и включения насосов;

- регулировка включения насосов с целью обеспечения равномерной подачи стоков в аэротенк.

 

1.4.2 Существующее положение системы очистки сточных вод БИО – 25 КС «Кармаскалы»

 

В настоящее время хозяйственно-бытовые и производственные стоки промышленной площадки КС «Кармаскалы» самотеком поступают в канализационные насосные станции 1 и 2, откуда насосами подаются в аэротенк – отстойник, представляющий собой сооружение продленной аэрации, скомпонованной в единый блок со вторичным отстойником (рисунок 1.1).

 

 

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема очистных сооружений БИО-25 КС «Кармаскалы»: 1,2 – канализационные насосные станции; 3 – аэротенк; 4 – вторичный отстойник; 5 – иловая площадка; 6 – биофильтры; 7 – контактный резервуар; 8 – канализационная насосная установка; 9 – третичный отстойник.

 

В аэрационной зоне для биологической очистки применяется закрепленный активный ил. Закрепление активного ила осуществляется в блочных затопленных полимерных загрузках. После аэротенка – отстойника стоки для дальнейшей очистки поступают в биологический фильтр типа «Оксипор», где обеспечивается их более глубокая очистка. Носителем активного ила в биофильтре является керамзитовая загрузка.

После биофильтра стоки поступают в третичный отстойник, затем в контактный резервуар для обеззараживания раствором хлорной извести. Подача воздуха в аэрационную камеру аэротенка и в толщу загрузки биофильтра производится из воздуходувной.

Избыточный активный ил периодически удаляется на иловую площадку, очищенные и обеззараженные стоки поступают в канализационную насосную станцию (КНС), откуда насосами по напорному коллектору сбрасываются в реку Караелга.

Из аналитического обзора литературы следует, что локальная система очистки сточных вод на предприятии транспортировки газа требует усовершенствования.

Целью дипломной работы является усовершенствование локальной системы очистки сточных вод от нефтепродуктов и моющих средств и грунтов, загрязненных нефтепродуктами.

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Недостатки существующей системы очистки сточных вод БИО – 25 КС «Кармаскалы»

 

В связи с вводом в эксплуатацию на КС дополнительных объектов водоотведения (АВП, АБК и т.д.), наблюдается ухудшение работы биофильтра «Оксипор», не обеспечивается глубокая очистка. Сбрасываемые воды полностью соответствуют ПДС, но не соответствуют ПДК вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, ввиду высокого содержания фосфатов.

Предложено разместить коагуляционную установку для очистки вод от фосфатов и сделать систему очистки цикличной: часть воды сбрасывать в водоем (реку Караелга), а часть возвращать на предприятие для дальнейшего использования.

 

2.1 Расчет материального баланса биологической очистки

2.1.1 Промышленные загрязненные стоки

 

Приход: 25 м³/сут.

 

2.1.2 Смеситель

 

В смесители стоки смешиваются с биогенными добавками.

Суточная потребность в фосфоре n_Р - 3 мг/л по чистому веществу.

Фосфор поступает в сточные воды в виде раствора суперфосфата Са(Н₂Р0₄)₂*H₂O.

Суточная потребность в суперфосфате n_{Са(Н2Р04)2*H2O}:

, (2.1)

г/м³;

n=13,06*10^-3*25=0,33 кг/сут;

где 270 г/моль – молекулярный вес суперфосфата;

31 г/моль - молекулярный вес фосфора.

Суточная потребность в азоте n_N - 15 мг/л по чистому веществу.

Азот поступает в сточные воды в виде аммиачной селитры NH₄NO₃.

Суточная потребность в аммиачной селитре :

г /м³;

n=42,86*10^-3*25= 1,07 кг/сут;

где 80 г/моль - молекулярный вес аммиачной селитры;

14 г/моль - молекулярный вес азота.

Коэффициент активной части биогенных добавок 0,6. Соответственно суперфосфата и аммиачной селитры потребуется .

n _{Са(Н2Р04)2*H2O} =0,33/0,6=0,55 кг/сут;

n _NH4NO3 =1,07/0,6=1,8 кг/сут;

Рассчитаем объем биогенных добавок.

ρ _{Са(Н2Р04)2*H2O} =1050 кг/м³;

ρ _NH4NO3=1014 кг/м³;

V _{Са(Н2Р04)2*H2O} =0,55/1050= 0,00052 м³/сут;

V _NH4NO3 =1,8/1014= 0,0018 м³/сут;

Таким образом, материальный баланс смесителя:

Приход: Расход:

сточная вода 25 м³/сут; сточная воды с биогенными

биогенные добавки 0,0023 м³/сут. добавками 25,0023 м³/сут.

 

2.1.3 Аэротенк

 

В аэротенке происходит процесс окисления органических соединений микроорганизмами активного ила при интенсивной аэрации. Расход воздуха – 30 м³/м³ стоков, т.е.:

25,0023*30 = 750,07 м³/сут;

На регенерацию ила расходуется 60% от общего количества воздуха, поступающего в аэротенк:

750,07 *0,6 = 450,04 м³/сут;

Количество активного ила, поступающего в аэротенк, составляет 70% от поступающих стоков:

25,0023*0,7 = 17,5 м³/сут;

Прирост активного ила П_р:

П_р = 0,7*(0,8*В+0,3* L_a), мг/л; (2.2)

где В – среднее значение концентраций взвешенный веществ по потокам, поступающим в аэротенк, мг/л;

L_a – БПК поступающей воды.

Концентрация взвешенных веществ (В) составляет 9,75 мг/л,

БПК – 230 мгО₂/л;

П_р = 0,7*(0,8*9,75+0,3*230) = 53,76 мг/л;

Количество избыточного активного ила по сухому веществу:

И_сух = 53,76*1,2*25,0023*10^-6 = 0,0016 т/сут;

Количество избыточного активного ила влажностью W = 99,2% и удельным весом 1,1 т/м³:

И = 0,0016*100/((100-99,2)*1,1) = 0,18 м³/сут;

Приход: Расход:

стоки – 25,0023 м³/сут; стоки во вторичные

активный ил – 0,18 м³/сут; отстойники – 78,9 м³/сут;

прирост активного ила – 53,76 м³/сут.

Всего: 78,9 м³/сут.

 

2.1.4 Иловая площадка с аэротенка

 

Влажность поступающего ила 99,2%.

Влажность уплотненного ила 96%.

Количество уплотненного ила:

53,76*(100-99,2)/(100-96) = 10,75 м³/сут;

Количество иловой воды:

53,76 – 10,75 = 43 м³/сут.

Приход: Расход:

ил – 53,76 м³/сут; уплотненный осадок 10,75 м³/сут;

иловая вода 43 м³/сут;

Всего: 53,75 м³/сут.

 

2.1.5 Вторичные отстойники

 

Вторичные отстойники предназначены для отделения очищенной воды от активного ила.

Приход: Расход:

активный ил 53,93 м³/сут; стоки в биофильтр 25,0023 м³/сут;

стоки 25,0023 м³/сут: возврат активного ила 53,76 м³/сут;

активный ил на площадки 0,18 м³/сут.

Всего: 78,94 м³/сут.

 

2.1.6 Биофильтр

 

Расход воздуха 12 м³/м³ сточной воды:

78,94*12 = 947,28 м³/сут;

На регенерацию активного ила расходуется 60% воздуха:

947,28*0,6 = 568,37 м³/сут;

Количество активного ила, поступающего в аэротенк, составляет 70% от поступающих стоков:

78,94*0,7 = 55,26 м³/сут;

Концентрация взвешенных веществ:

В = 9,75*0,5 = 4,875 мг/л;

Прирост активного ила:

Пр = 0,7*(0,8*4,875 + 0,3*115) = 26,88 мг/л;

Количество избыточного активного ила по сухому веществу:

И _сух = 26,88*1,2*78,94*10^-6 = 0,0025 т/сут;

Количество избыточного активного ила влажностью W = 99,2%:

И = 0,0025*100/(100-99,2) = 0,3 м³/сут;

Приход: Расход:

стоки 78,94м³/сут; стоки 106,12 м³/сут.

активный ил 0,3 м³/сут;

прирост активного ила 26,88 м³/сут.

Всего: 106,12 м³/сут.

 

2.1.7 Третичный отстойник

 

Возврат активного ила в аэротенк 97,2%.

0,3*0,972 = 0,29 м³/сут;

Приход: Расход:

стоки 133,3 м³/сут; возврат активного ила 0,29 м³/сут;

ил на площадки 26,88 м³/сут;

стоки 106,12 м³/сут.

Всего: 133,3 м³/сут.

 

2.1.8 Хлораторная

2.1.8.1 Установка обезвоживания осадка

 

Количество стоков 25 м³/сут.

Влажность уплотненного ила 95%.

Количество уплотненного ила:

V_уп.ил = 25*(100-99,2)/(100-95) = 4 м³/сут;

 

Количество иловой воды:

25 – 4 = 21 м³/сут;

Приход: Расход:

стоки 25 м³/сут; уплотненный осадок 4 м³/сут;

иловая вода 21 м³/сут.

 

2.1.8.2 Термическая обработка обезвоженного осадка

 

Термическая обработка проводится для обеззараживания и снижения влажности осадка.

Расход термически обработанного осадка составит:

4*(100-80)/(100-10) = 0,89;

Удаляемая влага:

4– 0,89= 3,11 м³/сут;

Приход: Расход:

осадок 80% влажности высушенный осадок 0,89 м³/сут;

4 м³/сут; удаляемая влага 3,11 м³/сут.

 

2.2 Материальный баланс

 

Таблица 2.1 – Материальный баланс сточных вод

Приход	м3/сут	Расход	м3/сут
Стоки		Высушенный осадок	0,89
Биогенные добавки	0,0023	Ил из аэротенка	53,76
Прирост активного ила в аэротенке	53,76	Ил из биофильтра	26,88
Прирост активного ила в биофильтре	26,88	Иловая вода
Удаляемая влага	3,11
Потери
Итого	105,64	Итого	105,64

 

Расчет оборудования

Смеситель

 

Расход сточных вод, поступающих в смеситель, составляет 25 м³/сут, следовательно, в час:

25/24 = 1,04 м³/ч;

Продолжительность смешения – 12 минут. Для смешения сточных вод и биогенов используется воздух в объеме 5 м³/м³.

Требуемый объем смесителя:

V = 1,04*12/60 = 0,2 м³;

V_возд = 25*5 = 125 м³/сут;

 

2.3.2 Аэротенк

 

Период аэрации t_atm, ч, в аэротенках, следует определить по формуле

t_atm = (L_en – L_ex)/(a_i (1-s) p); (2.3)

где L_en– БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании), мг/л;

L_ex– БПК_полн очищенной воды, мг/л;

a_i – доза ила, определяемая технико-экономическим расчетом с учетом работы вторичных отстойников, a=3,2 г/л;

s –зольность ила, принимаемая 0,3;

p – удельная скорость окисления, мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч, определяемая по формуле:

p = p _max*((L_ex*C_O)/ (L_ex*C_O + K_l*C_O + К_О* L_ex))* 1/(1+φ*a_i); (2.4)

где p _max -максимальная скорость окисления, мг/(г*ч), принимаемая 85 мг/(г*ч);

C_O – концентрация растворенного кислорода, мг/л;

K_l – константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, принимаемая 33 мг/л;

К_О – константа, характеризующая влияние кислорода, принимаемая 0,625 мгО₂/л;

j – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, л/г, принимаемый 0,007 л/г.

p = 85*((35*2)/ (35*2 +33*2 +0,625*35))* 1/(1+0,07*3,2) = 36,8 мг/(г*ч);

t = (230-35)/(3,2*(1-0,3)*36,8) = 2,36 ч;

Степень регенерации активного ила R_t:

R_t = a_i/(1000/J – a_i); (2.5)

где J – иловый индекс, г/см³;

По таблице 41 [30] находим J = 130 см³/ч.

R_t = 3,2/ (1000/130 – 3,2) = 0,71;

Доза ила в регенераторе a_p:

a_p = 0,5*R*a_i; (2.6)

a_p = 0,5*0,71*3,2 = 1,136г/л;

Продолжительность пребывания сточных вод в аэротенке с учетом разбавления циркулирующим раствором t_a:

t