Третичный радиальный отстойник

Общий расчетный объем отстойника при продолжительности отстаивания 1,5 часа:

м³; (2.18)

где Q_max – часовой приход сточных вод из аэротенков, м³/ч;

T – продолжительность отстаивания, ч (T = 1,5 часа),

V_общ3 = 4,85*1,5 = 7,28 м³;

Так как количество отстойников должно быть не меньше трех рабочих, то принимаем N=3.

Объем зоны отстаивания V _з.о.:

N = V_общ3/V_зо; (2.19)

V _з.о. = 7,28/3 = 2,43 м³.

В аэротенке БПК снижается на 70-80%, т.е. на входе в третичный радиальный отстойник БПК будет:

L_a = 115*0,3 = 34,5 мг/л

В третичном радиальном отстойнике БПК снизится еще на 20%:

L_a = 34,5*0,8 = 27,6 г/л

Концентрация взвешенных веществ при эффекте осветления

Э = 50%:

В = 4,875/2 = 2,44 мг/л

Выбираем отстойник с параметрами, приведенными в таблице 4.

Таблица 2.4 – Параметры третичного радиального отстойника

Диаметр, м	Количество, шт	Фактический объем, м3	Фактическая продолжительность отстаивания, ч
2,5			1,8

2.3.9 Илоуплотнитель

Илоуплотнитель предназначен для уменьшения влажности, а следовательно, и объема избыточного активного ила. Продолжительность уплотнения – 10 ч.

Необходимый объем уплотнителя:

V_n = q_max*T; (2.20)

q_max = (П_max*Q)/(24*C); (2.21)

где q_max – максимальный расход активного ила;

П_max – концентрация избыточного активного ила.

П_max = 1,38*П_р; (2.22)

П_max = 1,38*53,76 = 74,2 г/л;

q_max = (74,2*25)/(24*4000) = 0,019 м³/ч;

V_n = 0,019*10 = 0,19 м³;

Нагрузка на зеркало уплотнителя:

q₀ = q_max/N*π*R; (2.23)

где N – количество уплотнителя, принятое 0,017;

R – радиус отстойника, м;

q₀ = 0,04/0,0017*3,14*11² = 0,0062 м³/(м²*ч);

Нагрузка находится в допустимых пределах для радиальных уплотнителей.

2.3.10 Характеристика воды

Состав сточной воды до и после очистки проводили в лаборатории Кармаскалинского ЛПУ МГ.

Таблица 2.5 - Характеристика воды до и после биологической очистки Кармаскалинского ЛПУ МГ

N, п\п	Наименование вещества	Ед. измер.	ПДКв	Фактический сброс загрязняющего вещества до биологической очистки	Фактический сброс загрязняющего вещества после биологической очистки
	Взвешенные вещества	мг/л		9,75	7,43
	Сухой остаток	мг/л
	Хлориды (Cl-)	мг/л		14,18
	Сульфаты	мг/л
	БПК	мг/л		23,8	2,89
	Нефть и нефтепродукты	мг/л	0,3	0,11	0,09
	Нитриты	мг/л	3,3	0,17	0,04
	Нитраты	мг/л		14,02	26,4
	Железо (по Fe)	мг/л	0,1	0,2	0,09
	ХПК	мг/л			14,3
	Ион аммония	мг/л	1,5	1,3	0,05
	Фосфаты (по Р)	мг/л		0,22
	СПАВ	мг/л	0,5	0,21	0,08

Таким образом, после внедрения в установку биологической очистки сточных вод Кармаскалинского ЛПУМГ коагуляционной установки, обеспечивается приемлемое качество воды для хозяйственно-бытовых нужд.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

На фоне кризиса состояния окружающей среды все большее значение приобретают способы биологической очистки нефтезагрязненных земель как наиболее эффективные и экологически безопасные.

Комплекс методов очистки грунтов с использованием метаболического потенциала биологических объектов называется биоремедиацией.

К преимуществам биоремедиации относят недеструктивный характер в отношении окружающей среды, возможность целенаправленного и дозированного применения технологии в нужном месте в нужное время, высокая скорость и эффективность усвоения и переработки микроорганизмами органических отходов и загрязнений, искусственно заданные характеристики процесса утилизации, учет индивидуальных особенностей загрязнений, почвенной микрофлоры и климата [31].

3.1 Выделение и активация аборигенных микроорганизмов

3.1.1 Идентификация аборигенных микроорганизмов

В качестве объекта исследования использовали нефтезагрязненный грунт, отобранный в районе Туймазинского месторождения (Республика Башкортостан).

Выделение чистой культуры проводили методом Коха путем высева на агаризованные питательные среды – мясо-пептонный агар (МПА) [32].

Метод заключался в следующем: проводили предварительную стерилизацию МПА в автоклаве в течение 30 минут при температуре 110ºC, давлении 0,2 МПа и стеклянной посуды в суховоздушном шкафу при температуре 160 ºC.

Нефтезагрязненный грунт в количестве 1 г вносили в пробирку с 9 мл водопроводной стерильной воды – это первое разведение (10^-1). Полученное разведение тщательно перемешивали стерильной пипеткой, отбирали 1 мл суспензии и переносили во вторую пробирку, получая второе разведение (10^-2). Таким же образом готовили последующее разведение (10^-3).

Высев на плотную среду проводили из двух последних разведений. В чашки Петри вносили 0,05 мл суспензии соответствующего разведения и распределяли стерильным стеклянным шпателем по поверхности среды.

Культивирование проводили в термостате в течение 3 суток при температуре 28-30ºC. Предварительную идентификацию типичных колоний микроорганизмов проводили по культурально – морфологическим признакам (рост на плотных средах, способность к спорообразованию, форма и размер клеток, окраска по Граму).

Рост на плотных средах: круглые колонии неправильной формы, выпуклые, пастообразные, цвет от грязно-белого до желтого.

Из полученной колонии выделили чистую культуру микроорганизмов. Морфологическую характеристику клеток бактерий изучали на микроскопе МИКМЕД – 2 с цифровой системой. Клетки имели форму прямых и слабоизогнутых палочек, подвижны.

Способность к спорообразованию осуществляли следующим образом:

суспензию 5-7 – суточной культуры аборигенных микроорганизмов в количестве 2 мл переносили в стерильную пробирку. Эту пробирку и пробирку с таким же объемом воды и термометром ставили на водяную баню. Режим пастеризации проводили в течении 10 минут при 80ºC. По прошествии этого времени суспензию высевали на поверхность скошенной среды МПА. Инкубирование проводили в термостате в течении 3 суток при температуре 28-30ºC [33].

В результате отмечали отсутствие спор; выделенная культура бактерий относится к неспорообразующим.

Для идентификации также провели окраску по Граму.

На одном обезжиренном стекле делали мазки разных микроорганизмов: в центре – мазок исследуемой культуры, слева и справа, соответственно, грамотрицательные микроорганизмы рода Pseudomonas и грамположительные микроорганизмы рода Rhodococcus. Мазки высушивали на воздухе и фиксировали над пламенем горелки.

В течении 1-2 минут, мазки окрашивали карболовым генциановым фиолетовым, затем краситель сливали и обрабатывали раствором Люголя в течении 1-2 минут до почернения. Сливали раствор Люголя и обрабатывали препарат для обесцвечивания – 0,5 – 1,0 минут 96%-ным этиловым спиртом с добавлением йода (2 мл 10%-го спиртового раствора йода на 100 мл этанола).

Препарат промывали водой и дополнительно окрашивали водным фуксином в течении 1-2 минут. Краситель сливали, препарат промывали водой, высушивали и микроскопировали с иммерсионной системой [33].

Наблюдали красный цвет фуксина, что свидетельствует о грамотрицательном характере микроорганизмов.

В результате, штаммы бактерий предположительно являются представителями родов Pseudomonas.

Способность выделенных микроорганизмов использовать нефть в качестве единственного источника углерода определяли по методу лунки. В стерильной чашке Петри с твердой питательной средой Раймонда в центре вырезали лунку. В лунку вносили 2-3 капли нефти. Микроорганизмы высевали радиальными штрихами от лунки к периферии чашки. Чашки помещали в термостат строго горизонтально, не переворачивая. Через 5-7 суток отметили наличие роста по штриху в сравнении с контролем – ростом на среде без нефти [32], что указывает на их принадлежность к нефтеокисляющим бактериям.

3.1.2 Наработка суспензии аборигенных микроорганизмов

Наработку суспензии аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов проводили в колбах на 250 мл со средой Маккланга следующего состава:

дистиллированная вода – 1 л;

NaNO₃ – 2.0 г;

K₂HPO₄ – 1.0г;

MnSO₄ – 0.013 г;

MgSO₄*7H₂O – 0.5 г;

ZnSO₄ – 0.002 г;

pH среды доводим до 6,8-7,0.

В колбы вносили 1 г нефтезагрязненного грунта, отобранного в районе Туймазинского месторождения (Республика Башкортостан).

В качестве фактора роста использовали дрожжевой автолизат в количестве 0,05мл. В качестве единственного источника углерода и энергии использовали нефть Туймазинского месторождения в количестве 1% масс.

Культивирование микроорганизмов проводили на термостатированной качалке при частоте вращения 100 об/мин при температуре 28 – 30ºC в течение 3 суток.

Наработанную суспензию аборигенных микроорганизмов использовали для дальнейшего исследования биологического разложения нефти.

3.2 Биоремедиация нефтезагрязненных грунтов

На следующем этапе работы проводили изучение процесса биодеструкции нефти наработанной суспензией аборигенных микроорганизмов и известным углеводордокисляющим штаммом Rhodococcus erythropolis АС 1339 Д.

Для этого в 3 контейнера добавили по 99 г почвы и внесли по 1% масс нефти. В первый контейнер внесли наработанную суспензию в количестве 3% масс; во второй – монокультуру Rhodococcus erythropolis AС 1339 Д в количестве 3% масс; третий контейнер служил контролем, без внесения микроорганизмов. Культивирование проводили в течение 5 суток при комнатной температуре. Влажность грунта в контейнерах составляла 60%.

О нефтеокисляющей способности микроорганизмов судили по убыли нефти. Содержание нефти определяли весовым методом [33], результаты расчета представлены в таблице 3.1 и на рисунке 3.1.

Таблица 3.1 – Расчет количества нефти

Название	Вес пустого бюкса, г	Вес бюкса с нефтью, г	Вес нефти, г
	14,6981	15,2148	0,5167
	15,4938	15,5938	0,1
	15,6315	16,4986	0,8671

Рисунок 3.1 – Степень биодеградации: консорциум – аборигенные микроорганизмы; RQ – монокультура Rhodococcus erythropolis AC 1339 Д; контроль – без микроорганизмов.

Косвенно о степени биодеструкции судили по приросту нефтеокисляющих микроорганизмов. Численность микроорганизмов определяли по методу Коха путем высева на твердую питательную среду Раймонда [33].

Статистическая обработка данных проводилась в соответствии с методическими рекомендациями [34].

Таблица 3.2 – Прирост численности микроорганизмов, растущих на питательной среде Раймонда

№ №	Серия	Численность микроорганизмов, кл/г абс.сух.почвы
Начальная	Конечная (через 5 суток)
	Аборигенные микроорганизмы Rhodococcus erythropolis AC 1339 Д Контроль	(3 ± 0,1)*106 (1 ± 0,1)*106 (2 ± 0,3)*102	(5 ± 0,5)*107 (1 ± 0,2)*107 (3 ± 1,3)*103

Активированные аборигенные нефтеокисляющие микроорганизмы, разлагают нефть в среднем на 9-12% эффективнее, чем известный углеводородокисляющий штамм Rhodococcus erythropolis AС 1339 Д.

3.3 Подбор стимуляторов роста нефтеокисляющих микроорганизмов

В качестве стимуляторов роста аборигенных нефтеокисляющих микроорганизмов, использовали: органический экстракт, полученный из активного ила; активный ил; избыточный активный ил (возраст 1 год); избыточный активный ил (возраст 5 лет).

Получение органического экстракта описано ниже.

Для проведения исследования готовились экстрагенты путем добавления к дистиллированной воде 25%-го гидроксида аммония. Добавления проводились до концентрации 10%-го раствора гидроксида аммония. Для этого в термостойком стакане смешивались навески:

40 мл 25% раствора гидроксида аммония + 60 мл дистиллированной воды. Затем, в колбу на 250 мл вносилась навеска – 10г подготовленной пробы избыточного ила, туда же наливали 100 мл 10%-го раствора гидроксида аммония и ставили для перемешивания на магнитную мешалку с подогревом на 30 минут. Подогрев производили до 60-70°С.

После 30 минут перемешивания полученную суспензию фильтровали для отделения иловой воды. Полученный фильтрат нейтрализовали фосфорной кислотой до нейтральной реакции (pH 7,0).

Эксперимент проводили следующим образом: в 5 контейнеров добавили по 100 г почвы, вносили по 3% масс. нефти и по 3% масс аборигенных микроорганизмов (кроме контрольного контейнера).

В первый контейнер прилили 1% масс активного ила; во второй – 1% масс избыточного ила (возраст 1 год); в третий – 1% масс избыточного ила (возраст 5 лет); в четвертый – 1% масс органический экстракт, полученный из активного ила (5 мл).

Контролем служил контейнер без внесения микроорганизмов.

Культивирование проводили в течение 7 суток при комнатной температуре, поддерживая влажность грунта 60%.

Остаточное содержание нефти определяли методом ИК – спектрометрии на приборе ИКН – 025 [35].

Результаты представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Содержание нефти, мг/дм³

№	Серия	Концентрация нефти, мг/ дм3
Начальная	Конечная (через 7 суток)
	Активный ил Избыточный активный ил (1 год) Избыточный активный ил (5 лет) Органический экстракт Контроль	26,7 26,7 26,7 26,7 26,7	4,1 6,9 5,3 2,3

Степень биодеградации представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Степень разложения нефти: АИ – активный ил; ИАИ 1 год – избыточный активный ил, возраст которого 1 год; ИАИ 5 лет – избыточный активный ил, возраст которого 5 лет; ГВ – экстракт гуминовых веществ; контр – контроль, без микроорганизмов.

Как видно из рисунка, наибольшая степень биодеструкции нефти достигается при использовании органического экстракта в качестве стимулятора роста нефтеокисляющих микроорганизмов.

Вывод: аборигенные нефтеокисляющие микроорганизмы, выделенные из нефтезагрязненного грунта (Туймазинское месторождение, РБ) могут быть использованы для очистки нефтезагрязненных почв.

Использование органического экстракта в качестве фактора роста повышает степень биодеструкции нефти. Степень биодеструкции нефти без гуминового экстракта составляет 86,2%, с гуминовым экстрактом – 91,38%, что повышает эффективность разложения на 5,18%.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

В данной дипломной работе предлагается усовершенствование существующей системы очистки сточных вод БИО-25 на предприятии ООО «Газпром трансгаз Уфа» (рисунок 1.1) – внедрение коагуляционной камеры с использованием коагулянта «Ферикс-3», с помощью которого можно очистить сточную воду от фосфатов до показателей, позволяющих использовать очищенную воду в оборотном водоснабжении.

4.1 Расчет капитальных затрат

Капитальные затраты – это единовременные вложения по созданию основных фондов строящегося объекта. Исчисление предстоящих капитальных вложений в объект принято называть определением сметной стоимости (цены) оборудования [36].

Затраты на приобретение оборудования приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Стоимость оборудования

Наименование	Марка прибора	Стоимость единицы, руб	Количество, шт	Сумма, руб
Коагуляционная камера	CO-25\1-V

Стоимость основных фондов проектируемой коагуляционной камеры CO-25/1-V равна 41600 руб.

Сметная стоимость оборудования складывается из следующих элементов [37]:

- отпускных цен.

- расходов по доставке оборудования от завода-изготовителя до приобъектного склада стройки, включая транспортные и погрузочно-разгрузочные расходы (принимаются 5 % к отпускной цене оборудования):

41600·0,05=2080 руб.

- расходов на тару и упаковку (принимаются 1 % к цене оборудования):

41600·0,01=416 руб.

- наценок снабженческих или сбытовых организаций (принимаются 10% к цене оборудования):

41600*0,1=4160 руб.

- расходов на комплектацию (принимается 0,5% к цене оборудования):

41600·0,005=208 руб.

- заготовительно-складских расходов (принимается 1% к цене оборудования):

41600·0,01=416 руб

- запасных частей (принимается 2% к цене оборудования):

41600·0,02=832 руб.

- сметная стоимость работ по монтажу принимается в размере 15% от стоимости оборудования в отпускных ценах:

41600* 0,15=6240 руб.

Таким образом, сметная стоимость нового оборудования составляет:

К = Ц + + + + + Р_зч + + Р_монт, (4.1)

К=41600+2080+416+4160+208+416+832+6240 = 55952 руб.

- затраты на заработную плату:

Монтаж ведут 3 слесаря 5 разряда в течение 14 дней. Продолжительность рабочего дня - 8 часов. Часовая тарифная ставка ЧТС-45 руб/час.

Оплата по тарифу 14 дней работы трех рабочих 3_зп составляет:

3_зп = ЧТС*Д*Н*Р, (4.2)

где Д - продолжительность рабочего дня, ч;

Н - число рабочих дней;

Р - число рабочих.

руб.

По действующему премиальному положению предусматривается премия в размере 70 % от оплаты по тарифу:

, (4.3)

руб.

Заработная плата рабочих за 14 дней составляет:

, (4.4)

руб.

Заработная плата с учетом районного коэффициента 1,15:

З_зп =З_пр⁰ *1,15 = 25704*1,15 = 29560 руб.

Учитываем то, что с заработной платы рабочих З_зп платится единый социальный налог в размере 34 %:

, (4.5)

руб,

З_зп=29560 + 10051 = 39611 руб.

Результаты расчета сметной стоимости оборудования приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Результаты расчета сметной стоимости оборудования

Расходы	% к цене оборудования	Сумма, руб.
Отпускная цена оборудования	-
Расходы по доставке
Расходы на тару и упаковку
Наценки снабженческих, сбытовых организаций
Расходы на комплектацию	0,5
Продолжение таблицы 4.2 – Результаты расчета сметной стоимости оборудования
Складские расходы
Запасные части
Стоимость работ по монтажу
Затраты на оплату труда	-
Отчисления на социальные нужды	-
ИТОГО	-

4.2 Определение годовых эксплуатационных расходов

Годовые эксплуатационные расходы определены по следующим элементам [38]:

- затраты на коагулянт

- затраты на электроэнергию;

- затраты на воду;

- фонд заработанной платы;

- отчисления на социальные нужды;

- амортизационные отчисления;

- РСЭО (расходы на содержание и эксплуатацию оборудования);

- прочие расходы.

4.2.1 Затраты на коагулянт «Ферикс-3»

Стоимость коагулянта за год:

З_к=365*n*C, (4.6)

где 365 – количество дней в году;

n – количество коагулянта, затрачиваемого в сутки, n = 2,557 кг;

C – стоимость одного килограмма раствора коагулянта «Ферикс-3», С = 17 руб,

З_к = 365*2,557*17 = 15866 руб.

4.2.2 Затраты на электроэнергию

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

З_эл = Н_а * Ц; (4.7)

З_эл =36163*2=72326 руб,

Н_а – количество потребляемой электроэнергии, КВт/ч;

Ц – цена за ед. руб;

4.2.3 Затраты на воду

Зв = Цв* V_ст.вод, (4.8)

где Цв – тариф на водоснабжение (23 руб/м³);

V_ст.вод - объем сточных вод;

V_ст.вод = 365*Q, (4.9)

где Q – количество сточных вод, проходящих через БОС, Q = 25 м³/сутки;

V_ст.вод =25*365=9125 м³,

Зв = 23 * 9125= 209875 руб.

4.2.4 Фонд заработной платы

Исходными данными к расчету фонда заработной платы являются: законодательные положения по труду и заработной плате; штатное расписание; элементы тарифной системы; положения о премиальных системах; элементы балансов рабочего времени по режимам труда и продолжительности рабочего дня [38].

Расчет производится из условия, что на установке действует восьмичасовой рабочий день, затраты на заработную плату оператора 5 разряда рассчитываются на 1 оператора 5 разряда. Часовая тарифная ставка ЧТС =100 рублей за час [39].

Оплата по тарифу за год работы одного оператора 3_зп составляет:
, (4.10)

где Д - продолжительность рабочего дня, ч;

Н - число рабочих дней;

Р - число рабочих.

руб/год.

Заработная плата с учетом районного коэффициента 1,15:

З_зп =З_зп *1,15=220000*1,15=253000 руб.

Премия оператору 5 разряда за 100% выполнение плана составляет 30 % от оплаты по тарифу:

, (4.11)

руб.

Заработная плата оператора составляет:

, (4.12)

руб.

4.2.5 Отчисления на социальные нужды

Учитываем то, что с заработной платы рабочих З_зп платится единый социальный налог в размере 34 % [40]:

, (4.13)

руб,

З_зп=319000+108460=427460 руб/год.

4.2.6 Отчисления на амортизацию

Отчисления на амортизацию рассчитываются по формуле:

, (4.14)

где ОФ – основные фонды, руб.;

– норма амортизации, %.

Норма амортизации принимается равной 3 %. Стоимость основных фондов установки ОФ = 55952 руб.

А = 55952*0,03 = 1679 руб.

4.2.7 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО)

Затраты на текущий ремонт З_тр составляют 4 % от капитальных затрат:

З_тр = 0,04*К, (4.15)

где К – капитальные затраты;

З_тр = 0,04*95563 = 3823 руб.

Затраты на обслуживание 3_об составляют 1,5 % от капитальных затрат:

3_об = 0,015*К; (4.16)

3_об = 0,015*95563= 1434 руб;

Отчисления в ремонтный фонд З_рем составляют 14 % от капитальных затрат:

З_рем = 0,14*К, (4.17)

З_рем = 0,14*95563= 13379 руб,

Итого:

З_рсэо= 3_тр + 3_об + З_рем , (4.18)

З_рсэо = 3_тр + 3_об + З_рем == 3823+1434+13379 = 18636 руб.

4.2.8 Прочие затраты

Прочие затраты составляют 3 % от фонда заработной платы:

ФЗП *0,03=319000*0,03=9570 руб.

4.2.9 Общехозяйственные расходы

Общехозяйственные расходы (ОХР) составляют 30% от эксплуатационных затрат:

ОХР = 0,3*755412 = 226624 руб.

где 755412 руб – затраты на вспомогательные материалы, энергию, воду, оплату труда, отчисления на социальные нужды, амортизация, РСЭО и прочие затраты.

Таблица 4.3 – Эксплуатационные затраты на работу системы биологической очистки сточных вод после внедрения установки

Статья затрат	Сумма, руб.
Затраты на вспомогательные материалы	15 866
Затраты на энергию	72 326
Затраты на воду	209 875
Затраты на оплату труда	319 000
Отчисления на социальные нужды	10 8460
Амортизация	1 679
РСЭО	18 636
Прочие затраты	9 570
Общехозяйственные расходы	226 624
ИТОГО	982 036

Себестоимость очистки 1 м³ сточных вод:

С_оч = 982036/(25*365) = 108 руб/м³.

4.3 Оценка предотвращенного экологического ущерба от антропогенного воздействия

Оценка предотвращенного экологического ущерба от антропогенного воздействия рассчитывается по формуле [41]:

У ^в_{прr n}= ⅀(У^в_{уд rj} *⅀М^в_nk) * К^в_эг, (4.19)

где У ^в_прr - предотвращенный экологический ущерб водным ресурсам врассматриваемом r-том регионе, в результате осуществления n-го направления природоохранной деятельности по к-му объ­екту (предприятию) в течение отчётного периода времени, руб.;

У^в_удrj- показатель удельного ущерба (цены загрязнения) водным ресурсам, загрязняющих веществ на конец отчётного периода для j-гo водного объекта в рассматриваемом r-том регионе, (9750,10 руб./усл.т.);

М^в_nk - приведенная масса загрязняющих веществ, не поступивших (не допущенных к сбросу) в j-й водный источник ск-го объекта в результате осуществления n-го направления природоохранной деятельности в r-м регионе в течение отчётного периода времени, тонн;

К^в_эг - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водных объектов по бассейнам основных рек (1,10).

Приведенная масса загрязняющих веществ рассчитывается по следующей формуле:

для к-го конкретного объекта (или водоохранного мероприятия)

М^в_nк =⅀mi^в К^вэi,

где m ^в_i - фактическая масса снижаемого (недопущенного к попаданию в водный источник) i-ro загрязняющего вещества или группы веществ с одинаковым коэффициентом относительной эколого-экономической опасности на к-том объекте (или в результате осуществления к-гo водоохранного мероприятия) в течение отчётного периода времени, тонн;

К^вэi - коэффициент относительной эколого-экономической опасности для i-гo загрязняющего вещества или группы веществ;

i-вид загрязняющего вещества или группы веществ;

к - количество объектов (предприятий, производств), осуществляющих
водоохранную деятельность или количество водоохранных
мероприятий, не допускающих (снижающих) сбросы загрязняющих
веществ в водные источники;

N - количество учитываемых загрязняющих веществ.

Величина предотвращенного экологического ущерба П после внедрения коагуляционной установки [42]:

П = 9750,10*1,10 *⅀( М^вдо_nк – М^вдо_nк), (4.20)

где М^вдо_nк – приведенная масса загрязняющих веществ до внедрения коагуляционной установки;

М^вдо_nк – приведенная масса загрязняющих веществ после внедрения коагуляционной установки;

П = 9750,10*1,10*((0,00000975-0,00000743)*0,15 + (0,000591 –

– 0,000401)*0,05 + (0,00001418 – 0,000023) * 0,05 + (0,000031 –

–0,000038)*0,05 + (0,0000238 – 0,00000289)*0,30 + (0,00000011 –

–0,00000009)*20,0 + (0,00000017 – 0,00000004)*0,20 + (0,00001402 – – 0,0000264)*0,20 + (0,0000002 – 0,00000009)*1 + (0,000023 –

– 0,0000143)*0,30 + (0,0000013 – 0,0000005)*1,00 + (0,00000022 –

– 0)*1,00 + (0,00000021 – 0,00000008)*11,00) = 193 руб/тонн.

Согласно табл. 2.5 в 1 м³ воды содержится 709 г. Следовательно в 25м³ воды – 0,018 тонн. Величина предотвращенного экологического ущерба:

П' = 193*0,018*365 = 1269 руб.

4.4 Экономическая эффективность предложенной коагуляционной установки

Для расчета экономической эффективности внедрения предлагаемой коагуляционной установки сначала определим все виды эффектов от использования данного оборудования [43].

1. Предотвращенный экологический ущерб от антропогенного воздействия:

П_г = 1269 руб/год.

2. Стоимость экономии воды за счет использования оборотного цикла водоснабжения (используется до 70% сточной воды) составляет в год при суточном объеме 25 м³ и стоимости 1м³ воды – 36 рублей:

Эв = (25*0,7*36)*365 = 229 950 руб/год,

Принимая во внимание вышеназванные виды эффекта, которые получает предприятие от внедрения коагуляционной установки, можно рассчитать эффективность внедрения данного оборудования для предприятия и срок его окупаемости [44].

Эффективность внедрения данного оборудования равна:

Е = (П_г +Эв)/( КВ*0,12 + С_эз), (4.21)

где КВ – капитальные вложения в оборудование (коагуляционную установку);

С_эз – сумма эксплуатационных затрат;

Е = (1269 + 229950)/(982036 + 95563*0,12) = 0,23.

Если учесть, что Е_н = 0,1, то предлагаемое мероприятие эффективно.

Срок окупаемости Т_ок предлагаемого мероприятия составит:

Т_ок = КВ/ Э_общ, (4.22)

где КВ – капитальные вложения в оборудование;

Э_общ – общая экономия после внедрения коагуляционной установки;

Т_ок = 95563/229950 = 0,42 года.

Рентабельность издержек производства:

Р = (Эв /С_эз)*100% ; (4.23)

Р = (229950/982036)*100% = 23,4%.

4.5 Выводы по экономической части

В экономическом разделе проведен расчет основных технико-экономических показателей проектируемой установки. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.5.

Таблица 4.5– Основные технико-экономические показатели

№	Наименование	Значение
	Капитальные затраты, руб
	Эксплуатационные затраты, руб
	Экономическая эффективность, %
	Срок окупаемости, год	0,42
	Предотвращенный экологический ущерб, руб
	Рентабельность издержек производства, %	23,4

Результаты расчетов показали, что внедрение коагуляционной установки является выгоднее, чем простой сброс загрязненных сточных вод в водоем, т.к. суммарный эффект, получаемый от использования установки покроет все затраты на её монтаж и эксплуатацию за 0,42 года

5 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

В данном разделе приведена программа расчета аэротенка, иловой площадки и вторичного радиального отстойника с использованием программного обеспечения Delphi 7.

5.1 Описание формул

5.1.1 Расчет аэротенка

Расчет ведем для аэротенка-отстойника.

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

(5.1)

где L_en– БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании), L_en = 230 мг/л; L_ex– БПК_полн очищенной воды, L_ex=35 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:

(5.2)

где p _max – максимальная скорость окисления, мг/(г*ч), p _max = 85 мг/(г*ч); C_O – концентрация растворенного кислорода,Co = 2 мг/л;

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

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

φ – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила,

φ = 0,007 л/г.

Степень регенерации активного ила R:

(5.3)

где J – иловый индекс, г/см³; J = 130 г/см³.

Доза ила в регенераторе a_p:

(5.4)

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

(5.5)

(5.6)

Расчетные параметры аэротенка БИО-25 приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Расчетные характеристики аэротенка БИО-25

Число монтажных элементов	Длина, м	Ширина, м	Высота, м	Объем аэротенка, м3	Объем отстойника, м3
	5,6	3,5	3,0		10,5

5.1.2 Иловая площадка

Суточный объем сброженного осадка из осветлителей – перегнивателей определяется их его объема за счет уплотнения и сбраживания:

(5.7)

где V_n – суточный объем осадка, загружаемого в осветлитель – перегниватель, V_n = 2,1 м³/сут;

а – коэффициент уменьшения объема осадка в результате распада его при сбраживании, а=2;

b – коэффициент уменьшения объема осадка в результате уменьшения влажности с 95 до 90%, b = 2.

Полезная площадь иловых площадок:

(5.8)

где Д – среднегодовая загрузка на иловые площадки, Д=2 м³;

n – климатический коэффициент, n = 1.

Принимаем 2 карты площадью:

(5.9)

Дополнительная площадь иловых площадок, занимаемая валиками, дорогами, канавами:

(5.10)

где k₁ – коэффициент, учитывающий дополнительную площадь от полезной.

Принимаем k₁ = 0,3.

Общая площадь иловых площадок:

(5.11)

Принимаем рабочую глубину карт 0,5 м, высоту оградительных валиков 0,8 м, ширину валиков по верху 0,5 м, уклон дна разводящих лотков 0,01 м.

Иловые площадки проверяются на намораживание:

(5.12)

где Т – продолжительность периода намораживания, число дней в году со среднесуточной температурой воздуха не ниже 10ºC, Т=150 дней;

k₂ – коэффициент, учитывающий уменьшение объема осадка вследствие зимней фильтрации, k₂ = 0,8;

k₃ – коэффициент, учитывающий уменьшение объема осадка вследствие испарения, k₃ = 0,75.

Объем подсушенного осадка (влажностью 80%) за год, м³:

(5.13)

Уборка подсушенного осадка осуществляется экскаватором Э-352 с заменой ковша стругом и дальнейшей нагрузкой осадка на самосвалы типа ГОВ-93. Производительность экскаватора – 35 т/ч. В течение года экскаватор будет работать, ч:

(5.14)

5.1.3 Вторичные радиальные отстойники

После аэротенков сточная вода поступает во вторичные радиальные отстойники. Они предназначены для выделения активного ила из иловой смеси, поступающей из аэротенка.

Общий расчетный объем вторичного отстойника при продолжительности отстаивания 2 часа:

V_общ2 = Q_max*T, (5.15)

где Q_max – максимальный расход потока, Q_max = 4,85 м³/ч.

Конструктивные характеристики вторичного радиального отстойника примем согласно пп 6,61 – 6,63 [30].

H_s – рабочая глубина части, H_s = 1,5 м;

a_t – концентрация ила в осветленной воде, a_t = 10 мг/л;

K_s – коэффициент использования объема зоны отстаивания, для радиальных отстойников, K_s = 0,4;

B_set –ширина, B_set = 3 м;

Z –зона отстаивания, Z = 3 м³;

v_w – скорость рабочего потока, v_w = 5 мм/с;

N – количество отстойников, N = 3 шт;

D_s – диаметр отстойника, D_s = 2,5 м;

d – диаметр впускного устройства, d = 1,5м;

u ₀ – гидравлическая крупность задерживаемых частиц, u₀ = 1,4 мм/с;

ν_t – турбулентная составляющая, принимаемая в зависимости от u₀, ν_t = 0 мм/с.

Вторичные отстойники всех типов после аэротенков надлежит рассчитывать по гидравлической нагрузке q_s , м³/(м² ×ч), с учетом концентрации активного ила в аэротенке a_i , г/л, его индекса J, см³/г, и концентрации ила в осветленной воде a_t , мг/л, по формуле:

(5.16)

Производительность отстойника q_о,м³/ч:

(5.17)

Количество отстойников (N) должно быть не менее трех рабочих.

Фактическая продолжительность отстаивания T_f:

(5.18)

В отстойнике происходит снижение БПК на 20%:

(5.19)

Снижение концентрации B₁ (B₁ =78 мг/л) взвешенных веществ на 50%:

(5.20)

Выбираем радиальные отстойники, параметры которых приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Параметры выбранного радиального отстойника

Диаметр, м	Количество отстойников, шт	Общий объем, м3	Фактическая продолжительность отстаивания, ч
2,5		9,7	1,86

5.2 Таблица констант неизвестных параметров

Описание констант неизвестных параметров программы расчета аэротенка-отстойника, иловой площадки, вторичного радиальные отстойника, приведено в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Константы неизвестных параметров

Название	Обозначение
В блок-схеме	В программе
Продолжительность аэрации	tatm	Tatm
Объем поступающей сточной воды	Q	Q
БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды	Len	Len
БПКполн очищенной воды	Lex	Lex
Доза ила с учетом работы вторичных отстойников	ai	Ai
Удельная скорость окисления	p	P
Зольность ила	s	S
Максимальная скорость окисления	p max	Pmax
Концентрация растворенного кислорода	CO	C
Константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ	Kl	Ki
Коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила	φ	Fi
Степень регенерации активного ила	R	R
Иловый индекс	J	J
Доза ила в регенераторе	ap	Ap
Продолжительность пребывания сточных вод в аэротенке с учетом разбавления циркулирующим раствором	ta	Ta
Суточный объем сброженного осадка из осветлителей – перегнивателей	Vc	Vc
Суточный объем осадка, загружаемого в осветлитель	Vn	Vn
Продолжение таблицы 5.4 – Константы неизвестных параметров
Коэффициент уменьшения объема осадка в результате распада его при сбраживании	а	a
Полезная площадь иловых площадок	Fпол	Fpol
Среднегодовая загрузка на иловые площадки	Д	D
Климатический коэффициент	n	n1
Площадь карты	f	f
Дополнительная площадь иловых площадок	Fдоп	Fdop
Коэффициент, учитывающий дополнительную площадь от полезной.	k1	k1
Общая площадь иловых площадок	F	Frez
Намораживание иловых площадок	hнам	H
Продолжительность периода намораживания	Т	T
Коэффициент, учитывающий уменьшение объема осадка вследствие зимней фильтрации и испарения	k2	k2
Объем подсушенного осадка	V	V
Продолжительность работы экскаватора	Тр	Tp
Общий расчетный объем отстойников	Vобщ2	Vob
Максимальный расход потока	Qmax	Qmax
Рабочая глубина части	Hs	Hs
Коэффициент использования объема зоны отстаивания	Ks	Ks
Гидравлическая нагрузка вторичных отстойников	qs	Qs
Производительность вторичного отстойника	qо	Qo
БПК во вторичном отстойнике	La	La
Фактическая продолжительность отстаивания	Tf	Tf
Концентрация взвешенных веществ до вторичных отстойников	B1	B1
Концентрация взвешенных веществ после вторичных отстойников	В	В
Количество секций вторичного отстойника	N	Nsec
Зона отстаивания вторичного отстойника	Z	Zona
Диаметр отстойника	Ds	Dss
Диаметр впускного устройства	d	Den
Продолжение таблицы 5.4 – Константы неизвестных параметров
Гидравлическая крупность задерживаемых частиц	u 0	Uo
Турбулентная составляющая	νt	Vt
Концентрация ила в осветленной воде	at	At
БПК сточной воды после разбавления циркулирующим раствором	Len’	Len1

5.3 Блок – схема программы

Блок – схема программы расчета аэротенка-отстойника, иловой площадки, вторичного радиальные отстойника, коагуляционной установки, установки обеззараживания сточных вод, третичного радиального отстойника представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Блок схема программы

5.4 Текст программы

// Заголовок и перечень используемых библиотек. К стандартным добавляется библиотека Math для расчета сложных степеней и извлечения корня.

unit Dautova;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls, Math, Menus;

//Конструктор используемых объектов графического окна. TLabel – статичные надписи, TEdit – окно текста с изменяемым содержимым для вывода результатов расчета, TButton – кнопка запуска расчета.

type

TForm1 = class(TForm)

lbl1: TLabel;

lbl2: TLabel;

edt1: TEdit;

edt2: TEdit;

btn1: TButton;

lbl3: TLabel;

lbl4: TLabel;

edt3: TEdit;

edt4: TEdit;

lbl5: TLabel;

edt5: TEdit;

lbl6: TLabel;

lbl7: TLabel;

edt6: TEdit;

lbl8: TLabel;

edt7: TEdit;

lbl9: TLabel;

edt8: TEdit;

lbl10: TLabel;

edt9: TEdit;

lbl11: TLabel;

edt10: TEdit;

lbl12: TLabel;

edt11: TEdit;

Label1: TLabel;

edt12: TEdit;

lbl13: TLabel;

edt13: TEdit;

lbl14: TLabel;

edt14: TEdit;

lbl15: TLabel;

edt15: TEdit;

lbl17: TLabel;

edt17: TEdit;

lbl18: TLabel;

edt18: TEdit;

lbl16: TLabel;

edt16: TEdit;

procedure FormCreate (Sender: TObject); //Конструктор процедуры создания диалогового окна.

procedure btn1Click(Sender: TObject); // Конструктор процедуры обработки нажатия на кнопку в диалоговом окне.

// Объявление переменных

private

{ Private declarations }

public

D, Q, Len, Lex, Pmax, C, Ki, J, a, n1, B1, T, Nsec, Zona, At, Vt :Integer;

B, La, Tf, Qo, Qs, Ks, Vob, Qmax, Frez, H, Hs, V, Tp, P, Tatm, Ai, S, Ko, fi, R, Ap, Len1, Ta, x, k2, k3, Vc, Vn, Fpol, f, Fdop, k1, Dss, Den, Uo :Real;

end;

// Начало программы.

var

Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

// Процедура создания основного окна программы, основной текст программы.

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

// Вывод окна стандартных размеров 1024*768

Form1.Width := 1024;

Form1.Height := 768;

// Присвоение значений переменным для расчетов.

Len:=230; Lex:=35; Ai:=3.2; S:=0.3; Pmax:=85; C:=2; Ki:=33; Ko:=0.625;

K:=0.44; D:=45; Qmax:=4.85; Ks:=0.4; Fi:=0.007; J:=130; k1:=0.3; a:=2; k3:=0.75; k2:=0.8; Vn:=2.1; D:=2; n1:=1; T:=150; Hs:=1.5; B1:=78; Nsec:=3; Zona:=3;

At:=10; Dss:=2.5; Den:=1.5; Uo:=1.4; Vt:=0;

// Формулы расчета

P:=Pmax*((Lex*C)/(Lex*C+Ki*C+Ko*Lex))*(1/(1+Fi*Ai));

Tatm:=(Len-Lex)/(Ai*(1-S)*P);

R:=Ai/(1000/J-Ai);

Ap:=0.5*R*Ai;

Len1:=(Len+Lex*R)/(1+R);

Ta:=2.5/sqrt(Ai)*Log10(Len1/Lex);

Vc:=Vn/4;

Fpol:=Vc*366/(D*n1);

f:=Fpol/2;

Fdop:=k1*Fpol;

Frez:=Fdop+Fpol;

H:=(T*Vc*k3)/(Fpol*k2);

V:=Vc*366*4/20;

Tp:=V/35;

Vob:=Qmax*2;

Qs:=4.5*Ks*(Power(Hs, 0.8))/(Power(0.1*J*Ai, 0.05-0.001*At));

Qo:=2.8*Ks*(Dss-Den)*(Uo-Vt);

Tf:=(Nsec*Zona)/Qmax;

La:=Len*0.8;

B:=B1*0.5;

end;

// Процедура нажатия на кнопку. Запускает вывод расчетов в окна TEdit.

procedure TForm1.btn1Click(Sender: TObject);

begin

edt1.text:=floattostr(Tatm);

edt2.text:=floattostr(P);

edt3.Text:=FloatToStr(R);

edt4.Text:=FloatToStr(Ap);

edt5.Text:=FloatToStr(Ta);

edt6.Text:=FloatToStr(Vc);

edt7.Text:=FloatToStr(Fpol);

edt8.Text:=FloatToStr(Fdop);

edt9.Text:=FloatToStr(Frez);

edt10.Text:=FloatToStr(V);

edt11.Text:=FloatToStr(Tp);

edt12.Text:=FloatToStr(H);

edt13.Text:=FloatToStr(Vob);

edt14.Text:=FloatToStr(Qs);

edt15.Text:=FloatToStr(Qo);

edt16.Text:=FloatToStr(Tf);

edt17.Text:=FloatToStr(La);

edt18.Text:=FloatToStr(B);

end;

end. // Конец программы.

5.5 Результаты расчета

Период аэрации Tatm = 2.36

Удельная скорость окисления Р = 36.86

Степень регенерации активного ила R = 0.71

Доза ила в регенераторе Ap = 1.14

Продолжительность пребывания сточных вод в аэротенке Ta = 0.87

БПК сточной воды после разбавления Len1 = 149.00

Суточный объем сброженного осадка Vc = 0.52

Полезная площадь иловых площадок Fpol = 96.07

Площадь одной карты f = 48.03

Дополнительная площадь иловых площадок Fdop = 28.82

Общая площадь иловых площадок Frez = 124.89

Высота намораживания иловых площадок H = 0.76

Объем подсушенного осадка V = 38.43

Продолжительность работы экскаватора Tp = 1.09

Объем вторичного отстойника Vob = 9.70

Гидравлическая нагрузка вторичных отстойников Qs = 1.61

Производительность вторичного отстойника Qo = 1.56

Фактическая продолжительность отстаивания сточной2 воды во вторичном отстойнике Tf = 1.85

БПК во вторичном отстойнике La = 184.00

Концентрация взвешенных веществ во вторичном отстойнике

B = 39.00

Выводы

В данном разделе дипломного проекта приведен расчет аэротенка, иловой площадки и вторичного радиального отстойника выполненный в программе Delphi 7.

6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

Основными причинами возникновения чрезвычайных положений являются ошибки, допущенные при проектировании, строительстве, эксплуатации оборудования, а также безответственное отношение обслуживающего персонала и эксплуатация изношенного оборудования, которое работает десятилетиями сверх сроков службы.

Для предотвращения возникновения чрезвычайной ситуации и обеспечения безопасной работы обслуживающего персонала необходимо на стадии проектирования производства предусмотреть все возможности возникновения аварии и принять меры по ее предупреждению.

6.1 Характеристика производства

В данном разделе рассматривается биологическое очистное сооружение Кармаскалинского ЛПУ МГ предприятия ООО «Газпром трансгаз Уфа».

Технологический процесс биологической очистки и доочистки стоков (БОС) связан с применением различных химических соединений, поэтому производство относится к категории взрывопожароопасных.

Сточные воды Кармаскалинского ЛПУ МГ составляют сточные воды от зданий и сооружений, расположенных на территории компрессорной станции.

Основными загрязнителями сточных вод, поступающих на очистные сооружения, являются продукты органического и неорганического характера, которые при определенных условиях представляют опасность для рабочих очистных сооружений.

Основными опасностями процесса являются:

- отравление парами органических веществ;

- возникновение пожара в результате воспламенения органических соединений;

- поражение электрическим током в случае выхода из строя изоляции;

- травмирование вращающимися и движущимися частями насосов, компрессоров и других механизмов в случае отсутствия или неисправности ограждений;

Основными нарушениями технологического режима, приводящими к авариям и несчастным случаям, являются:

- прекращение снабжения установки электроэнергией, при этом остановятся электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляционных систем, будет невозможен автоматический контроль загазованности помещений, не будет освещения помещений и территории установки, прекратит работу лаборатория БОС;

- прекращение подачи воздуха от вентиляционных систем для создания избыточного давления воздушной среды, вследствие чего возможна загазованность производственных помещений, скопление взрывоопасных смесей газов с воздухом, что может привести к взрыву или пожару;

- механическое повреждение схем защитного заземления, что может служить импульсом для возникновения пожаров и взрывов, также поражения электротоком.

Выделяющийся из сточных вод сероводород, углекислый газ, а также пары горючих жидкостей при определенных условиях представляют большую опасность для рабочего персонала. Активный ил, который после применения на БОС вывозится и сушится на иловых площадках, при определенных условиях может разлагаться с выделением метана.

6.2 Пожарная безопасность

Согласно НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» предприятие относится к категории Д.

Таблица 6.1 – Категории производственных помещений БОС Кармаскалинского ЛПУ МГ по взрывопожароопасности в соответствии с НПБ-105-03