4. Условия выгрузки осадка.

Исходя из объема образующегося осадка и вместимости зоны накопления его в отстойнике следует определять интервал времени между выгрузками осадка. При удалении осадка под гидростатическим давлением вместимость приямка первичных отстойников и вторичных отстойников после биофильтров надлежит предусматривать равной объему осадка, выделенного за период не более 2 сут, вместимость приямка вторичных отстойников после аэротенков - не более двухчасового пребывания осадка.

При механизированном удалении осадка вместимость зоны накопления его в первичных отстойниках надлежит принимать по количеству выпавшего осадка за период не более 8 ч.

Перемещение выпавшего осадка к приямкам надлежит предусматривать механическим способом или созданием соответствующего наклона стенок (не менее 50°).

Удаление осадка из приямка отстойника надлежит предусматривать самотеком, под гидростатическим давлением, насосами, предназначенными для перекачки жидкости с большим содержанием взвешенных веществ, гидроэлеваторами, эрлифтами, ковшовыми элеваторами, грейфером и т. д.

Гидростатическое давление при удалении осадка из отстойников бытовых сточных вод необходимо принимать, не менее, кПа : первичных - 15, вторичных - 12 после биофильтров и 9- после аэротенков.

Для вторичных отстойников рекомендуется предусматривать возможность изменения высоты гидростатического напора.

Диаметр труб для удаления осадка необходимо принимать не менее 200 мм.

Для удержания всплывших загрязняющих веществ перед водосборным устройством следует предусматривать полупогруженные перегородки и удаление накопленных на поверхности воды веществ.

Глубина погружения перегородки под уровень воды должна быть не менее 0,3 м.

Высоту борта отстойника над поверхностью воды надлежит принимать 0,3 м.

Водоприемные лотки должны быть оборудованы водосливами с тонкой стенкой. Крепление водослива к лотку должно обеспечивать возможность его регулирования по высоте. Водосливная кромка может быть прямой или с треугольными вырезами. Нагрузка на 1 м водослива не должна превышать 10 л/с.

IV. Рассмотрение выгодности внесения отстойников в систему очистки сточных вод на примере получения npk-удобрения (нитроаммофоска)

Система очистки сточных вод азотной промышленности представлена на рис. 10.

Начальная стадия очистки сточных вод характеризуется наличием взвешенных частиц (2,5 – 3,0 г/дм³), которые оседают в отстойнике2. Учитывая необходимые объемы осветления воды, в качестве отстойника берется горизонтальный отстойник. Осадок, образующийся в процессе отстаивания, идет на переработку. На стадииIвозможны:

• образование веществ в результате химической реакции;

• кристаллизация малорастворимых соединений;

• адсорбция ионов на поверхности твердой фазы с образованием двойного электрического слоя.

На второй стадии осветленная вода поступает в зону фильтрования 3, где проходит стадию механической очистки. В данной системе водоочистки используют фильтры скоростного типа. Промывка этого фильтра сопровождается также осаждением в отстойнике2.

Основным сырьем для получения нитроаммофоски является апатит (Ca₅F(PO₄)₃), который под действием разложения азотной кислотой (реакц. 1) приводит к образованию азотнокислотной вытяжки – раствора, содержащего нитрат кальция и свободную фосфорную кислоту.

Осадок

Осадок

Рис. 11. Функциональная схема получения нитроаммофоски на основе азотнокислотного разложения фосфатов

Ca₅F(PO₄)₃ + 10HNO₃ 3H₃PO₄ + 5Ca(NO₃)₂ + HF. (Реакция 1)

Существует ряд методов дальнейшей обработки азотнокислотной вытяжки. Во многих процессах вытяжку нейтрализуют аммиаком, получая фосфаты аммония (NP-удобрений). Если перед гранулированием нейтрализованной пульпы к ней добавляют соли калия (KCl,K₂SO₄), то получают тройноеNPK-удобрение – нитроаммофоску.

Азотнокислотный метод разложения фосфатов позволяет наряду с получением NPK-удобрений попутно выделить из сырья такие ценные вещества, как стронций, находящий применение в различных отраслях народного хозяйства. На рисунке 11 приведена схема безотходного получения нитроаммофоски и попутных продуктов – оксидов редкоземельных элементов, фторида кальция, аммиачной селитры и т. п.

1. Оценка экономического ущерба сброса сточных вод.

Сточные воды химических предприятий представляют собой многокомпонентные концентрированные растворы сильных электролитов с высоким содержанием твердой фазы и обладающие значительной коррозионной и накипеобразующей активностью. В таблице 7 приведен состав сточных вод химического завода после их усреднения в шламонакопителях.

Таблица 7

Показатели	Вода
	Сточная	Оборотная охлаждающая	поливная	Питательная для котлов (p = 1,5 мПа )	Питьевая (ГОСТ 2874 - 82)
Взвешенные вещества, г/дм^3 ХПК, мг О2/ дм^3 Общее солесодержание, г/ дм^3 Содержание ионов, г/ дм^3*10^3: Ca^2+ Mg^2+ Cl^1- SO4^2- Азот, г/ дм^3*10^3: аммонийный нитратный рН Сухой остаток, г/ дм^3*10^3 Общая жесткость, ммоль/ дм^3	12 8 11 – 15 480 7,2 6000 8000 4 14 12 - 20	1,0 - 1,5 100 - 400 2000 - - 7-10 - -	- - - 180 100 800 650 150 - 6,3 – 8,5 - -	- 1,0 10*10^-3 - - - - - - - - 0,17	- 1,0 - 180 50 350 500 0,05 - 6,5 – 8,5 1000 5

При производстве NPK-удобрений в сточных водах образуется большое количество (по массе) взвешенных частиц (см. таблицу 7), содержание которых определяет наличие соединенийSrCO₃иCaF₂.

Определим общую массу (тонны) взвешенных частиц, сброшенных со сточными водами. Учитывая, что сточные воды содержат взвешенные частицы в количестве 12 г/ дм³, или 12*10^-3 т/м³, а объемный расход составляет 1200 м³/ч, рассчитаем сброс взвешенных частиц в окружающую среду в год:

12*10^-3*1200*16*261 = 60134,4 тонны в год, при условии, что в году 261 рабочий день по 2 смены (8 часов).

По формуле оценки экономического ущерба от загрязнения водного бассейна найдем стоимость ущерба, произведенного в результате сброса взвешенных частиц в окружающую среду.

Y_эу= γ*δ_ж*М (руб/год) (13)

где γ – величина удельного ущерба, от годовых сбросов, постановление РФ № 632 от 28.02.96 и равная γ =140051,5руб./т_условнс учетом ежегодной инфляции в среднем равной 11%.

δ_ж– безразмерная константа, определяющая среднюю опасность загрязнения водоемов (временная типовая методика, определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды (Москва, Госстрой, 1983г). δ_ж= 2,6

М – приведенная масса годового сброса загрязняющих веществ данным источником в водохозяйственный участок. _q

М = ∑ A_jm_j(т_усл/год), (14)

^{i = 1}

q– общее число примесей, сбрасываемых в водохозяйственный участок.

m_j – общая масса годового сброса загрязняющего веществаjтипа (т/год).

A_j – показатель относительной опасности сброса загрязняющего веществаjтипа в водохозяйственный участок (см. таблицу 2).

A_j= 1/C_пдк(15)

1) С_пдквзвешенных частиц для водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 9,75 мг/л. Следуя из формулы (15)A_вч =1/9,75= 0,102564

2) A_вч=0,102564;m_вч=60134,4 тонны в год;q=1.

По формуле (14) М =0,102564*60134,4 = 6167,63 (т/год)

3) По формуле (13):

Y_эу =140051,5*2,6*6167,63 = 2245843166 руб/год.

Данная сумма составляет экономический ущерб от сброса растворенных в воде осадков SrCO₃иCaF₂в окружающую среду.

2. Затраты, понесенные в результате внесения в систему водоочистки отстойников горизонтального типа.

Полученный годовой экономический ущерб можно значительно снизить путем уменьшения потребляемой предприятием воды посредством внедрения в производство замкнутых систем водопользования (см. рис. 10). Данные системы позволяют пускать на вторичное производство более, чем 50 % от общего объема воды, задействованного в производстве. Это означает, что при поступлении в производство объема воды, равного 100 %, в окружающую среду сбрасывается меньше половины данного объема, что позволяет экономить многие миллионы рублей в год.

Процесс получения NPK-удобрения характеризуется образованием осадковSrCO₃иCaF₂, сброс которых приводит к внушительному экономическому ущербу (см. пункт 1 данного раздела). Выброс осадков в окружающую среду можно предотвратить путем внесения в систему очистки сточных вод отстойников горизонтального типа (на примере отстойникаSJ). Причем в отстойнике будет осаждаться только 75% взвешенных частиц, остальные 25% оседают в фильтрационных установках.

Отстойник SJ предназначен, прежде всего, для отделения и задерживания крупных загрязнений, которые находятся в сточной воде, что является важным для обеспечения правильной работы дальнейших ступеней очистки. Ввиду достаточного объема и, следовательно, времени отстаивания, он одновременно служит для сепарации частично эмульгированного масла, понижает температуру и ударно повышенную концентрацию на входе в сепаратор. Установка полупогруженной перегородки на входе в отстойник позволяет использовать всю поверхность отстойника и не допускает проскока стоков без отстаивания.

Рис. 12. Принципиальная схема отстойника SJ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип - расход л/с	SJ 2			SJ 5
Нагрузка	низкая	средняя	высокая	низкая	средняя	высокая
Размер А, мм	1200	1800	5000	1200	1800	5000
Размер B, мм	800	1200		800	1200
Размер C, мм	1280
Размер D, мм	400	600		400	600
Размер E, мм	1180
Размер F, мм	1160
Диаметр подводящего и отводящего трубопровода, мм	160
Вес, кг	140	220	490	140	220	490
Объем отстойника, л	625	1660	5000	625	1660	5000

Тип - расход л/с	SJ 10			SJ 20
Нагрузка	низкая	средняя	высокая	низкая	средняя	высокая
Размер А, мм	1600	2000	3800	1600	2000	3800
Размер B, мм	1000	1400	2000	1000	1400	2000
Размер C, мм	1280
Размер D, мм	500	700	1000	500	700	1000
Размер E, мм	1130
Размер F, мм	1130
Диаметр подводящего и отводящего трубопровода, мм	200
Вес, кг	190	260	450	190	260	450
Объем отстойника, л	1125	2160	6290	1125	2160	6290

Установка состоит из пластикового резервуара с полупогруженной перегородкой на входе. Загрязненная вода поступает по подводящему трубопроводу в отстойник SJ. В резервуаре происходит сепарация крупных загрязнений и одновременно гомогенизация поступающей воды. Вода, очищенная от механических загрязнений, стекает по отводящему трубопроводу и следует на дальнейшую переработку. Резервуар и перегородки сварены из стеновых элементов из интегрированного полипропилена MOSTEN 52 492. Подводящий и отводящий трубопроводы (ПВХ) уплотнены резиновыми кольцами. Швартовы резервуара выполнены из полипропиленовых канатов. Примененный материал отстойника SJ гарантирует его коррозионную стойкость, и дальнейшие защитные покрытия не нужны.

Учитывая объемный расход воды (1200 м³/ч) целесообразно выбрать отстойникSJс расходом 20 л/с (1728 м³/сут).

Необходимое в процессе очистки сточных вод количество отстойников данного типа составляет 36 шт. (1200*24/1600) при условии, что фактический объемный расход воды в отстойнике будет составлять 1600 м³/сут, а динамический резерв будет равен 50%

1. Капитальные затраты: 36 * (30000 + 8000) = 1368000 руб., затраты на покупку и установку оборудования.

2. Амортизационные отчисления составляют 15% , следовательно,

З_аморт = 0,15 * 1368000 = 205200 руб/год

2. Поступление воды в отстойники, расположенные параллельно в один ряд, будет осуществляться за счет разницы высот: источник стока загрязненных вод необходимо расположить выше относительно отстойника с расчетом, что объемные расход в месте впадения сточной воды в отстойники не будет превышать 1200 м³/ч. Следовательно, стоимость энергозатрат (З_энерг) следует рассчитывать только на работу насосов, откачивающих осадок со дна отстойников и работающих посменно (8 часов) с учетом динамического резерва (энергозатраты на один насос составляют 2 кВт/ч) при условии, что количество рабочих дней в году составляет 261 день (восьмичасовая двухсменка), а стоимость 1кВт/ч равняется 1,30 руб.:

З_энерг = 18*2*8*261*2*1,30 = 195436,8 руб./год.

3. Для лучшего и более быстрого осаждения взвешенных частиц в процессе отстаивания используют коагулянты, добавляемые в сточную воду перед входом ее в отстойники. В качестве основного коагулянта используют сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃* 18H₂O, стоимость которого на российском рынке составляет в среднем 3300 руб. за 1 тонну. Рассчитаем стоимость коагулянта, расходуемого предприятием за год, с условием, что доза коагулянта будет составлять 30 мг/л (3*10^-5т/м³):

З_коаг = 1200*16*261*3*10^-5*3300 = 496108,8руб./год.

4. Обслуживающий персонал будет состоять из 3 человек с ежемесячной зарплатой по 12 тыс. руб.:

З_з/п = 3*12*12000 = 432000 руб./год

5. Рассчитаем приведенные затраты предприятия на механическую очистку сточных вод путем осаждения в отстойниках:

З_общие = З_кап + З_аморт + З_энерг + З_коаг + З_з/п ;

З_общие = 1368000 + 205200 + 195436,8 + 496108,8 + 432000 = 2696746 руб.

6. Осадки SrCO₃иCaF₂являются сырьем для получения материалов, необходимых в производстве полупроводников, их сбыт может компенсировать часть расходов, понесенных в результате очистки воды.