Рассчитать и спроектировать очистные сооружения города Зеленодольск

Ведение
Более 70% всей поверхности планеты Земля составляет водная поверхность. Вода является главнейшим веществом на планете, т.к. без нее невозможно само существование жизни.
Особая роль принадлежит пресным водам, т.к. их объем составляет всего 2,5% от общего объема воды на Земле. И при этом, большая часть запасов пресной воды труднодоступна для людей, т.к. она находится либо в подземных источниках, либо представляет собой ледники. Поэтому перед человечеством стоит одна из наиболее важных задач – недопущение загрязнения доступных источников пресных вод.
Практически половина всей потребляемой человечеством воды пре-вращается в сточные воды и сбрасывается в водные объекты, при этом во многих случаях или после малоэффективной очистки, или вовсе без очистки.
В России остро стоит проблема качества воды, т.к. практически все города снабжаются водой из наземных открытых водных источников, а не из скважин.
При такой схеме водоснабжения, в водопроводную воду могут попа-дать загрязняющие вещества и патогенные микроорганизмы, вызывающие различные заболевания. Это связано с тем, что в России доля очищаемых сточных вод не превышает 65%, а станции водоподготовки не способны справиться с концентрацией загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами, не прошедшими очистку.
В этой связи в России остро стоит проблема разработки и внедрения эффективных технологий очистки сточных вод, как метода охраны окружающей среды от антропогенного воздействия.
Очистка сточных вод необходима для предотвращения загрязнения водных объектов. Ввиду того, что процессы самоочистки водоемов не спо-собны справиться с такими концентрациями вредных веществ, которые несут в себе сточные воды. Более того, многие вещества, попадающие в водные объекты со сточными водами, являются чужеродными для них и методов самоочистки от таких загрязнений не существует в природе.
Однако, нельзя не отметить, что в последние годы сокращается объем сброса загрязненных сточных вод в водные объекты России. Так, по данным Росстата, в 1993 году объем сбрасываемых загрязненных сточных вод составлял 27,2 млрд. куб. м, а в 2014 – 14,8. Также отмечено снижение поступления в водные объекты таких загрязняющих веществ, как сульфаты, хлориды, нитраты, аммонийный азот, нефтепродукты, тяжелые металлы.
В первую очередь это связано с внедрением новых, более эффективных технологий очистки сточных вод, а также с уменьшением доли сточных вод, сбрасываемых в водные объекты без очистки.
Нельзя не отметить, что основная доля сточных од приходится на города, т.к. в них проживает большое количество человек и в них сосредоточены основные промышленные предприятия.
Таким образом, разработка технологической схемы очистки городских сточных вод актуальна.
Цель работы – расчет и проектирование очистных сооружений города Зеленодольск.
Задачи исследования:
- выявить источники образования городских сточных вод;
- оценить влияние сточных вод на окружающую среду;
- рассмотреть методы очистки сточных вод;
- рассмотреть технологические схемы очистки сточных вод города Зеленодольск;
- изучить технологии удаления биогенных элементов;
- произвести расчет изменений расходов и показателей качества сточ-ных вод по часам суток;
- произвести расчет усреднителей сточных вод;
- определить необходимую глубину очистки сточных вод;
- разработать технологическую схему очистки сточных вод;
- произвести технологический расчет сооружений;
- дать описание технологической схемы;
- произвести экономическую оценку проектных решений.
Объект исследования – очистка сточных вод.
Предмет исследования – технологические схемы очистки городских сточных вод.
Прикладная ценность и значимость данной работы заключается в том, что предприятиям, занимающимся очисткой городских сточных вод необходимы технологии, позволяющие эффективно очищать сточные воды с минимальными материальными затратами на очистку. Данные вопросы рассмотрены в настоящей работе.

Оглавление
Ведение 5
1. Аналитический обзор 8
2. Технико-экономическое обоснование выбранного метода очистки сточных вод 20
2.1. Источники образования сточных вод 20
2.2. Влияние городских сточных вод на окружающую среду 24
2.3. Методы очистки сточных вод 30
3. Инженерные решения, предлагаемые в проекте 35
3.1. Технологические схемы очистки сточных вод г. Зеленодольск 35
4. Технологическая часть 42
4.1. Расчет изменений расходов и показателей качества сточных вод по часам суток 42
4.1.1. Расчет почасовых расходов сточных вод 42
4.1.2 Расчет изменения показателей качества смешанных сточных вод по часам суток 48
4.2. Расчет усреднителей сточных вод 57
4.3. Определение необходимой глубины очистки сточных вод 66
4.3.1 Расчет разбавления сточных вод при их выпуске в водный объект 66
4.3.2 Расчет показателей качества нормативно чистых сточных вод 72
4.4. Разработка технологической схемы очистки сточных вод 77
4.5. Технологический расчет сооружений 89
4.5.1. Расчет механических решеток 89
4.5.2. Расчет аэрируемых песколовок 91
4.5.3 Расчет радиальных отстойников 98
4.5.4. Расчет аэротенка-вытеснителя 103
4.5.5. Расчет системы аэрации аэротенка 108
4.5.6. Вторичные отстойники 111
4.5.7. Расчет регенератора активного ила 116
4.6. Описание технологической схемы 120
5. Охрана труда 122
6. Экономическая оценка проектных решений 126
Заключение 129
Список использованной литературы 132

Заключение
Для разработки технологической схемы очистки сточных вод были поставлены следующие задачи:
- выявить источники образования городских сточных вод;
- оценить влияние сточных вод на окружающую среду;
- рассмотреть методы очистки сточных вод;
- рассмотреть технологические схемы очистки сточных вод города Зеленодольск;
- изучить технологии удаления биогенных элементов;
- произвести расчет изменений расходов и показателей качества сточ-ных вод по часам суток;
- произвести расчет усреднителей сточных вод;
- определить необходимую глубину очистки сточных вод;
- разработать технологическую схему очистки сточных вод;
- произвести технологический расчет сооружений;
- дать описание технологической схемы;
- произвести экономическую оценку проектных решений.
В результате выполнения работы были выявлены основные источники образования городских сточных вод. Основным источником образования городских сточных вод являются жилые дома и бытовые помещения учреждений. Объем хозяйственно-бытовых сточных вод значительно превышает объемы других городских сточных вод. Следующим по значимости идут сточные воды, образующиеся на промышленных предприятиях в процессе производства продукции. Данные сточные воды характеризуются большим перечнем загрязняющих веществ, которые находятся в сточных водах в достаточно высоких концентрациях. Третьим источником образования городских сточных вод является ливневый сток. Объем ливневого стока зависит от многих факторов, среди которых площадь городской застройки, особенности рельефа местности, климатические характеристики района расположения города. Также была дана краткая характеристика данных сточных вод.
На основании приведенной характеристики сточных вод, была проведена оценка негативного воздействия на окружающую среду сточных вод, которая показала, что основное негативное влияния сточные воды оказывают на водные объекты, ухудшая качество воды в водоемах, тем самым ухудшая условия жизни гидробионтов. Но помимо негативного воздействия сточных вод на водные объекты, они способны оказывать негативное воздействие на атмосферный воздух и почвы. Загрязняющие вещества, которые попадают в водные объекты, в атмосферный воздух и в почву являются токсичными и могут вызвать различные заболевания людей.
Проведенная оценка негативного воздействия сточных вод на окружающую сред позволила рассмотреть методы очистки сточных вод. А также изучить конкретные методы очистки сточных вод от конкретных загрязняющих веществ. К таким методам относятся механические, физико-химические и биологические методы очистки. Выбор метода очистки сточных вод зависит от качественного и количественного состава сточных вод. Как правило, в целях эффективной очистки сточных вод применяются комбинированные методы. И процесс очистки состоит из последовательно применяемых различных методов очистки сточных вод.
В качестве конкретного примера были рассмотрены технологические схемы очистки сточных вод города Зеленодольска. В общем виде технологическая схема очистки сточных вод города Зеленодольска представляет собой цепочку последовательных методов очистки сточных вод. Начинается она с механической очистки, на решетках и песколовках которой удаляются из сточных вод крупный мусор и взвешенные вещества. На некоторых очистных станциях города Зеленодольска следующим этапом очистки служат отстойники, в которых удаляются крупные частицы органических загрязнений. Но первичные отстойники применяются далеко не везде. Существуют схемы, где после механической очистки сточные воды сразу поступают, а биологическую очистку, которая осуществляется в аэротенках с помощью активного ила и служит для удаления органических веществ. После биологической очистки, сточные воды попадают во вторичные отстойники, где происходит удаление частиц активного ила, часть которого возвращается в технологический процесс, а избыточный ил отправляется на утилизацию. Завершающим этапом очистки сточных вод служит доочистка и обеззараживание.
В технологической части настоящей работы был произведен расчет изменений расходов и показателей качества сточных вод по часам суток, расчет усреднителей сточных вод, определена необходимой глубины очистки сточных вод. На основе полученных данных была разработана технологическая схема очистки сточных вод. Произведен технологический расчет сооружений и дано описание технологической схемы очистки сточных вод.
На заключительном этапе проекта было произведена экономическая оценка целесообразности проекта, которая показала снижение платы за негативное воздействие на окружающую среду в сто раз при применении очистки сточных вод перед выпуском их в водный объект.
Таким образом, разработка и внедрение новых технологий очистки сточных вод имеет очень важное научное и прикладное значение.
Внедрение новых технологий очистки сточных вод необходимо реализовать на всех очистных станциях сточных вод в городах. Это позволит минимизировать негативное воздействие на окружающую среду, а также извлечь экономическую выгоду в виде получения альтернативных источников энергии и использования осадков сточных вод.
В дальнейшем может быть проведено исследование использование сточных вод в качестве альтернативных источников энергии, а также исследования использования осадков сточных вод для получения удобрений и почвогрунта.
Совмещение минимизации негативного воздействия на окружающую среду с получением экономической выгоды в процессе очистки сточных вод является самым перспективным направлением охраны окружающей среды в будущем.

Список использованной литературы
1. Медоуз Донелла Х., Медоуз Деннис Л., Рэндерс Йорген, Беренс III Вильям. Пределы роста / Пер. с англ.; Предисл. Г.А. Ягодина. – М.: Изд-во МГУ. – 1991. С. 57-63
2. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рэндерс Й. За пределами роста. – М.: Издательская группа «Прогресс», «Пангея», 1994. – 304 с.
3. Проблема минеральных удобрений в мире с особым выделением факторов населения и экологии. Problematica vestackih dubriva u svetu sa posebnim osvrtom na populaciyu i ecologiyu / Jankovic Vladisav // Hemical industry. – 2010. – 47, № 1-3. – С. 11-15
4. Федеральный закон от 03.06.2006 г. (в ред. от 28.11.2015г.) № 74-ФЗ «Водный кодекс Российской Федерации»
5. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения, утвержденные приказом Росрыболовства от 18.01.2010 г. № 20
6. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических ве-ществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, утвержденные Постановлением Главного госу-дарственного санитарного врача Российской Федерации от 30.04.2003 г. (в ред. От 16.09.2013г.) № 78 «О введении в действие ГН 2.1.5.1315-03»
7. Новая технология интенсификации процесса удаления биологи-ческих элементов на городских канализационных сооружениях за счет предварительной обработки сточных вод в вихревых гидродинамических устройствах. Андреев С.Ю., Гришин Б.М., Шистеров А.С., Петрунин А.А., Кулапин В.И., Колдов А.С. / Труды международного симпозиума «Надежность и качество», 2011, том 1.
8. Методы биологической очистки сточных вод. Субботина Ю.М. / Ученые записки Российского государственного социального университета, № 6, 2011, С. 385-389
9. Анализ эффективности работы городских очистных сооружений в отношении ряда приоритетных загрязняющих веществ. Рязанов А.В., Можаров А.В., Завершинский А.Н. / Международный научно-исследовательский журнал, № 4-2 (23), 2014, С. 58 - 59
10. Обзор методов биологической очистки сточных вод. Максимов С.П., Алексеев И.А./ Технические науки – от теории к практике, № 41, 2014.
11. Биологическая очистка сточных вод с использованием болотных биогеоценозов. Савичев О.Г. / Известия Томского политехнического университета, № 1, том 312, 2008, С. 69-74
12. Городские сточные воды. Нормы объема и качества. Черников Н.А., Ефремова М.В., Миронова Д.И. / Бюллетень результатов научных исследований, № 4 (3) 2012, С. 178 - 181
13. Анализ влияния дозы ила на процессе нитрификации на город-ской станции очистки сточных вод. Волков В.А., Марунин В.И., Николаева С.Н. / Труды международного симпозиума «Надежность и качество», том 2, 2014 г.
14. Биологическое удаление из сточных вод азота и фосфора в аэротенках Минской очистной станции аэрации. Маркевич Р.М., Рымовская М.В., Лазовская О.И., Холодинская Н.В. / Труды Белорусского государственного технологического университета, № 4, том 1, 2009, С. 242 - 246
15. Проектирование стенда очистки сточных вод от соединений азота. Ильяшевич С.А., Шаталова Н.Н., Тасейко О.В. / Актуальные проблемы авиации и космонавтики, № 8, том 1, 2012, С. 233-234
16. Фосфор в сточных водах города Тараз. Альжанова Л.А., Винокуров И.Ю., Сейтказиев А.С., Бимурзаева З.Е./ Мир науки, культуры, образования, № 4 (23), 2010, С. 270-273.
17. Использование городских сточных вод для орошения многолетних трав. Алешина Н.И., Макарычев С.В./ Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2007, № 10, С. 23- 28
18. Прогнозирование содержания тяжелых металлов в почве и кор-мах при орошении сточными водами. Тиньгаев А.В. / Вестник алтайского государственного аграрного университета, № 2 (100), 2013, С. 48-51
19. Применение бадинского цеолита для удаления фосфатов из сточных вод. Назаренко О.Б., Зарубина Р.Ф. /Известия Томского политехнического университета, № 3, том 322, 2013, С. 11 – 14
20. Использование высших водных растений для доочистки канализационных сточных вод ОАО «Омскводоканал». Чачина С.Б., Гостева А.Н. / Омский научный вестник, № 2-114, 2012, С. 203--207
21. Агроэкологическая оценка осадков сточных вод городских очистных сооружений города Новосибирска. Федоровская Л.А., Углов В.А., Бородай Е.В. / Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2015, № 4, С. 275 - 279
22. Влияние осадков городских сточных вод на урожайность, структурные и физические показатели сельскохозяйственных культур. Якимова Т.С. / Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2013, № 2 (40), С. 239-241
23. Биотехнология утилизации осадков муниципальных сточных вод. Никовская Г.Н., Калиниченко К.В. / Biotechnologia Acta, № 3, том 7, 2014, С. 21-32
24. Кондиционирование осадков сточных вод. Сизых М.Р. / Вестник Бурятского государственного университета, № 3, 2013, С. 17 - 19
25. Оценка паразитологического загрязнения канализационных сточных вод г. Тюмени. Матвеева А.А., Гилева Е.М., Сибен А.Н. / Современные проблемы науки и образования, № 6, 2013, С. 1 - 7
26. Обеззараживание сточной воды. Решняк В.И., Посашкова С.Е. / Вестник Государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова, 2012, № 2 (14), С. 177 – 182
27. Способы сокращения и нейтрализации газо-воздушных выбросов бытовых сточных вод объектов курьяновских очистных сооружений (Москва). Авдосьева М.В., Харламов М.Д. / Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, № 12-1, 2013
28. Токсичность и опасность отходов очистных сооружений урбанизированных территорий. Аликбаева Л.А., Сидорин Г.И., Луковникова Л.В., Рыжков А.Л., Фомин М.В., Бек А.В. / Казанский медицинский журнал, № 4, том 90, 2009, С. 509-513
29. Экология города. Под ред. Денисова В.В./ Ростов н/Д., М.:2008. – 832 с.
30. Влияние городских ливневых сточных вод в загрязнении почвы населенных мест и воды открытых водоемов. Салимова Ф.А., Степанов Е.Г., Шафиков М.А., Парахин А.А., Фасиков Р.М., Мулдашев Н.А., Паршиков Г.П. / Успехи современного естествознания, 2004. Материалы конференции. С. 104-107.
31. Экология, окружающая среда и человек. Новиков Ю.В. / М.: 2005 – 736 с.
32. Экология города. Отв. Ред. Касимов Н.С. / М.: Научный мир, 2004. – 624 с.
33. Охрана окружающей среды. Под ред. Белова С.В. / М.: Высшая школа, 1991. – 319 с.
34. Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная. / М.:Агар, 1999. – 424 с.
35. Токсичность и опасность отходов очистных сооружений урбанизированных территорий. Аликбаева Л.А., Сидорин Г.И., Луковникова Л.В., Рыжков А.Л., Фомин М.В., Бек А.В./ Казанский медицинский журнал, 2009, том 90, № 4, с. 509-513.
36. Медицинская экология. Стожаров А.Н. / Минск: Выш. Шк., 2007. – 368 с.
37. Растрыгин Н. В. Охрана вод. Проект очистных сооружений города: Методические указания по выполнению курсового проекта. – СПб: СПГУВК, 2006 – 149 с.
38. Зубрилов С.П., Растрыгин Н.В. Охрана вод. Часть 1. Очистка сточных вод: Учебное пособие. – СПб.: СПГУВК, 2001. – 124 с.
39. Растрыгин Н.В. Сооружения механической очистки сточных вод: Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Охрана вод". – СПб.: СПГУВК, 2003 – 134 с.
40. Растрыгин Н.В. Охрана вод. Сооружения биологической очистки сточных вод. Методические указания к выполнению курсового проекта. – СПб.: СПГУВК, 2003 г. – 108 с.
41. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба, М., 1999.