Флотационная очистка сточных вод».

Ц е л ь р а б о т ы:

– ознакомиться с различными методами флотации сточных вод;

– определить влияние технологических параметров на эффективность очистки.

О с н а щ е н и е р а б о ч е г о м е с т а:

– компрессор;

– электроячейка;

– электроды;

– эксикатор;

– весы;

– стаканы для отбора проб;

– беззольный фильтр;

– синтетические моющие средства;

– химические колбы.

О с н о в н ы е с в е д е н и я и з т е о р и и

Флотация является перспективным методой очистки сточных вод от ма­сел, жиров, нефтепродуктов, а также и ПАВ. Достоинствами метода является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капиталь­ные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделе­ния примесей. Кроме этого для сточных вод прачечных важно, что флотация дает возможность получения шлама более низкой влажности, обеспечивает вы­сокую степень очистки (до 95 – 98 %), возможность рекуперации удаляемых веществ.

Положительным качеством флотации является одновременная аэрация сточ­ных вод, что приводит к обезвреживанию легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Таким образом, после флотационной очистки сточные воды можно повторно использовать в производстве. Элементарный акт флотации заключается в слипании пузырьков воздуха или газа с твердой гидрофобной частицей и всплытие этого комплекса на поверхность воды, где пузырьки со­бираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц. Вероятность слипания зависит от смачиваемости частицы, которая характе­ризуется краевым углом смачивания. Чем больше краевой угол смачивания, тем эффективней флотация. На процесс флотации существенное влияние ока­зывает наличие в сточных водах ПАВ. В таком случае флотацию называют пен­ной. Метод пенной флотации основан на способности ПАВ адсорбироваться на границе раздела «жидкость – газ». Всплывшие пузырьки образуют пену, в которой аккумулируется удаляемое вещество. Результаты пенной флотации характеризуется коэффициентом распределения, который определяется по формуле:

(2.1)

где С_в , С_н – концентрация ПАВ соответственно в верхнем адсорбционном слое и в сточной воде.

Ориентировочные расчеты показывают, что концентрация ПАВС_в, примерно в 100 тыс. раз выше С_н.Это указывает на возможность интенсивной очистки сточных вод методом пенной флотации.

На скорость процесса пенной флотации оказывают влияние:

1) время, необходимое для достижения адсорбционного равновесия на межфазной границе «газ – водный раствор ПАВ»;

2) концентрация ПАВ в сточной воде;

3) размеры и число пузырьков, методы их получения;

4) конструктивные особенности установок.

Исследования показывают, что время, необходимое для достижения адсорбционного равновесия изменяется от долей секунды до нескольких часов.

Это время увеличивается с уменьшением концентрации ПАВ. В нашем случае концентрация ПАВ велика (свыше 1000 мг/л), следовательно, можно ожидать быстрого адсорбционного равновесия на межфазной границе «газ – водный раствор ПАВ». Степень извлечения ПАВ из раствора увеличивается с повышением концентрации. Кроме того, концентрация ПАВ в сточной воде оказывает существенное влияние на объем образующейся пены. В процессе очистки в пену мо­жет переходить до 10 %воды, что нежелательно. Следовательно, необходимо предусмотреть конструктивные методы уплотнения пены и снижения, тем самым, потерь воды.

Уменьшение диаметров пузырьков газа приводит к повышению эффективности очистки. Кроме того, важно знать количество газовых пузырьков необ­ходимых для очистки. Естественно, с увеличением концентрации ПАВ количес­тво пузырьков газа должно возрастать.

На эффективность флотации оказывают влияние другие факторы: концентрация примесей, высота столба жидкости, аппаратурное оформление процесса.

Аппаратурное оформление пенной флотации определяется методом диспергирования газа в сточной воде.

Существуют следующие методы флотации:

– флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумная, напорная);

– флотация с механическим диспергированием воздуха (механическими турбинками – импеллерами, форсунками, с помощью пористых пластин);

– электрофлотация (электролизом растворов).

Недостатком вакуумной флотации является незначительная степень насыщения сточных вод пузырьками газа, поэтому её нельзя применять при высокой концентрации примесей и взвешенных частиц (не более 250 – 500 мг/л). Недостатком напорной флотации следует считать образование турбулентных потоков, разбивающих и перемешивающих пенообразную массу, а также труд­ность регулирования размеров пузырьков. Во флотационных машинах импеллерного типа с увеличением скорости вращения турбины также резко воз­растает турбулентность потока, что приводит к разрушению пены. Кроме этого, образуется большое количество шлама, достигающего 30 %от объё­ма очищаемой воды. Флотация с помощью пористых пластин сопровождается частым засорением и зарастанием пористого материала. Часто трудно по­добрать материалы с одинаковыми отверстиями, обеспечивающими образование мелких и равных по размерам пузырьков.

Определенными достоинствами обладает метод электрофлотации: высокой эффективностью, простотой регулировки и эксплуатации, небольшими габаритами установки, высокой плотностью осадка. Электрофлотация с успехом применяется для очистки сточных вод кожевенно–обувной, текстильной промышленности, на предприятиях химчистки и т.д. Это дает основание считать, что указанной метод может применяться для очистки сточных вод от ПАВ.

При электролизе воды на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. В зависимости от рН раствора механизм электродных процессов различен.

В кислотном растворе (рН<5) на катоде происходит разряд ионов водорода

2Н⁺+2е →Н₂(2.2)

а на аноде – разряд молекул воды:

Н₂О →1/2 О₂ +2Н⁺ +2е (2.3)

В щелочных растворах (рН>8) вследствии низкой концентрации в них водородных ионов на катоде происходит восстановление молекул воды:

2Н₂О +2е →Н₂ +2ОН^– (2.4)

а на аноде — разряд ионов гидроксида:

2ОН^– →1/2 О₂ +Н₂О +2е (2.5)

В нейтральной среде (рН=7) возможно протекание обоих рассмотренных выше процессов. Одновременно при электролизе воды наблюдается восстановление на катоде растворенного в растворе водорода и окисление на аноде растворенного воздуха.

В результате каждого из этих процессов образуется вода.

Выход по току приближается к 95 – 98 %.

Напряжение на электролизере складывается из падения напряжения на всех участках цепи и определяется по формуле:

(2.6)

где U_р – напряжение разложения воды при стандартных условиях, В;

φ_а, φ_к – потенциалы (перенапряжение) анода и катода, В;

∆U_э – падение напряжения в электролите, В;

∆U_к – падение напряжение в контактах, В;

Напряжение разложения воды составляет U_р=1,23 В.

Перенапряжение водорода и кислорода на электродах (5 % раствор NaОН) приведен в таблице 2.1.

Таблица – 2.1 Перенапряжение водорода и кислорода

Электрод	Плотность тока, А/дм2 при 18 °С
1,0	5,0	10,0
Катод:
– железо, цинк	0,26	0,35	0,39
– никель	0,37	0,46	0,51
Анод :
– графит	0,8	1,1	1,2
– никель	0,55	0,77	0,82

Из приведенных данных видно, что большая часть потерь электрической энергии приходится на преодоление сопротивления в электролите и перенапряжения на электродах. Последнее зависит от материала электродов, состояния их поверхности, плотности тока, температуры растворов и других факторов.

Электропроводность чистой воды незначительна: при 18 °С она составляет

2·10^–8 ÷10^–8 Ом ^–1· см ^–1. Поэтому для электролиза используют водные растворы электролитов (щелочей, солей, кислот).

В простейшем случае напряжения в электролите могут быть выражены формулой:

(2.7)

где i – плотность тока, А/см²

q – удельное сопротивление в электролите, Ом^-1·см^-1;

l – расстояние между электродами, см;

K_э – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления электролита за счет газоснабжения (1,15 ÷ 1,35).

С учетом добавления в воду соли (NaCl), а также ПАВ удельная электропроводность составит 0,1 ÷ 0,15 (Ом^–1·см^–1).

Расход электроэнергии на электролиз воды определяется произведением количества затраченного электричества на напряжение к электродам по формуле:

(2.8)

где U – напряжение, В;

К – количество электричества, Кл.

Тогда расход энергии, для выделения 1 м³ водорода при нормальных условиях определяется по формуле (Вт·ч):

(2.9)

где U – напряжение, В;

n – число Фарадеев, затраченных на выделение 1 моль Н₂(2);

F – число Фарадея, F= 26,8 А/ч;

V ₁–объем 1 моль Н₂, V ₁= 0,0224 м³.

Объем выделенного водорода в процессе электролиза можно рассчитать по формуле Фарадея:

(2.10)

где q –электрохимический эквивалент водорода, q=4,56 10^–4 м³/А·ч;

I_т – сила тока, А;

t₀ – время электролиза, ч;

η – выход по току водорода η=70%.

Таким образом, технологические параметры электрофлотационного способа очистки поддаются расчету и могут регулироваться применением токовых показателей, материалом электродов, конструкцией аппарата.

Работа выполняется на установке, схема которой приведена на риcунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Установка для электрофлотации сточных вод

1 – выпрямитель, 2 – таймер, 3 – ячейка с электролитом, 4 – плавный переключатель.

Напряжение с выпрямителя 1 подается на электроды ячейки 3. Время электролиза устанавливается с помощью таймера 2. Величина силы тока регулируется с помощью плавного переключателя 4, а контролируется по амперметру 5. В ячейку 3 наливается загрязненная сточная вода. Электроды выполнены: анод (А) — из графита, катод (К) — из стали.

П о р я д о к п р о в е д е н и я р а б о т ы.

1) Приготовить 5, 10, 20 % водные растворы синтетических моющих средств (СМС). Определить содержание в заданном объеме количества примесей m_общ.

2) Раствор СМС заливается в ячейку 3 с электродами.

3) На таймере 2 устанавливается время очистки, τ_oч, мин.

4) Регулятором тока 4 устанавливается заданная сила тока, определяемая по формуле:

(2.11)

где i_k – плотность катодного тока, А/дм²;

5) Взвешивается беззольный фильтр, m_н, г.

6) По окончании времени электролиза с поверхности раствора собирается пенный продукт на фильтре.

Фильтр просушивается при 80 – 100 °С и определяется его вес, m_к, г.

7) Определяется количество выделенного из раствора вещества по формуле:

(2.12)

8) Определяется по формуле 2.10 объем выделившегося воздуха.

9) Рассчитать объем водорода, необходимый для полного удаления примесей (до значений ПДК) исходя из соотношения:

(2.13)

где m_общ – общее содержание примесей в растворе, г;

V_общ – общий объем водорода, необходимый для удаления всех примесей из раствора, м³.

(2.14)

10) Выразить и рассчитать t_общ время электролиза, необходимое для полного удаления примесей при заданных параметрах по формуле Фарадея 2.10.

11) Определить расход электроэнергии, для полного удаления примесей, используя формулу (2.9).

12) Построить график зависимости количества примесей в растворе от времени очистки. Определить графически t_общ и сравнить с расчетным (п.10).

13) сделать выводы по работе

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы.

1. Электродные процессы при электрофлотации.

2. Какие факторы влияют на процесс электрофлотации?

3. Из чего складывается общее напряжение на электролизе?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«Очистка сточных вод от тяжелых металлов методом катодного восстановления»

Ц е л ь р а б о т ы:

– изучить метод очистки сточных вод (электролитов) катодным восстановлением ионов металла до предельно–допустимых значений;

– расчёт токовых параметров про­цесса.

О н а щ е н и е р а б о ч е г о м е с т а:

– электрохимическая установка "Катунь";

– электроды;

– электролит;

– весы аналитические;

– химические реактивы и посуда.

О с н о в н ы е с в е д е н и я и з т е о р и и.

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспер­гированных примесей применяют электрохимические методы: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляцию, электро­флотацию и электродиализ.

Все указанные процессы протекают на электродах при пропус­кании через сточную воду постоянного электрического тока. Элект­рохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологи­ческой схеме очистки, без использования химических реагентов. Очистку можно проводить периодически и непрерывно. Основной не­достаток методов – большой расход электроэнергии.

Эффективность электрохимических методов оценивается рядом факторов: плотность тока, напряжением электролизера, выходом по току и энергии.

Плотность тока является основным параметром, характери­зующим процесс электролиза и выражается отношением силы тока Iк поверхности катода S_к (катодная плотность) или S_а (анодная плотность).

Напряжение электролизера складывается из разности элект­родных потенциалов и падения напряжения в растворе и определяется по формуле:

(3.1)

где φ_а, φ_к – потенциалы анода и катода соответственно, В;

α – коэффициент, учитывающий потери напряжения в растворе за счет газонаполнения;

I – сила тока на электролизере, А;

R_эл – сопротивление раствора, Ом.

β – коэффициент, учитывающий падение напряжения в контактах.

Расчет напряжения электролизера производится применительно к столбу раствора сечением 1 м² и длиной l, равной расстоянию между катодом и анодом.

В таком случае вместо силы тока I (3.1) принимается средняя плотность тока i_ср, равная среднеквадратичному значению анодной i_а и катодной i_к плотностей тока:

(3.2)

Сопротивление электролита определяется из соотношения:

(3.3)

где l –расстояние между электродами, см;

S – площадь сечением в 1 дм ²=100 см² ;

χ – удельная электропроводность раствора, Ом^–1 ·см ^–1.

Значения i_ср и R_эл подставляются в формулу (3.1).

При электролизе растворов на аноде протекают процессы электрохимического окисления, а на катоде – процессы восстановления. При выделении из растворов металлов на катоде происходят побочные процессы: выделение водорода, восстановление органических веществ и др. В результате этого суммарное количество электричества, затрачиваемое на выделение вещества, превышает количество электричества, рассчитанное по закону Фарадея.

Это определяется выходом по току и рассчитывается по формуле:

(3.4)

где g_Т, g_n – количество электричества теоретически и практически расходуемые на осаждение единицы вещества соответственно;

m_ф, m_Т – количество вещества, фактически и теоретически выделившиеся на электроде соответственно.

На практике значение выхода по току η определяются отношением количества металла, осаждённого на катоде m_ф, к количеству металла, рассчитанному по закону Фарадея m_Т.

Катодное восстановление можно использовать для очистки сточных вод (электролитов), содержащих ионы тяжёлых металлов, например, Cu²⁺, Cr^B+, Zn²⁺ и др.

Катодное востонавление металлов происходит по схеме:

Meⁿ⁺ + ne^– → Me⁰

Металлы осаждаются на катоде и могут быть рекуперированы.

В качестве анодов используют материалы электрохимические нерастворимые: графит, двуокись свинца и др. Поэтому процесс катодного восстановления металлов происходит при постоянном снижении концентрации извлекаемого металла до минимально возможных значений.

Важным показателем процесса является расход электроэнергии, требуемый для очистки электролита от металлов до значений предельно допустимых концентраций.

Удельный расход электроэнергии на единицу массы выделившегося металла можно определить (Вт∙ч/г) по формуле:

(3.5)

где – сила тока, А;

– напряжение электролизёра, В;

t – время электролиза, ч;

– электрохимический эквивалент металла, г∕(А∙ч);

– выход по току.

Величина обратная удельному расходу электроэнергии W_уд называется выходом по энергии (г/Вт∙ч) и определяется по формуле:

(3.6)

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы.

Работа выполняется на электрохимической установке «Катунь». В качестве электродов используются: катод – листовая медь, анод – графит.

Состав раствора с ионами меди следующий (г∕л):

– медный купорос CuSO₄∙5H₂O – 200 г∕л;

– серная кислота H₂SO₄ – 50 г∕л.

Работа выполняется в следующем порядке:

1) Медные пластинки – катоды перед покрытием зачищаются наждачной бумагой и обезжириваются в органическом растворителе (ацетоне), после чего промываются в проточной воде.

2) После просушивания образцы взвешиваются и определяются их начальный вес m_н, г.

3) Пластики – катод опускается в раствор до заданной глубины, определяющей площадь покрытия S_к.

4) Устанавливается заданное межэлектродное расстояние l, плотность тока i_к, время электролиза t.

5) По окончании электролиза катод извлекается из раствора, промывается в проточной воде и сушится.

6) Катод с осадком меди взвешивается и определяется его вес m_к.

7) Устанавливается количество осажденной меди по формуле:

8) Определяется теоретическое количество меди по закону Фарадея:

где q – электрохимический эквивалент меди, q =1,186 г∕А∙ч=0,33 мг∕Кл;

I – сила тока, А;

t – время электролиза, ч.

9) Определить выход по току .

10)Определить напряжение электролизера по формуле (3.1) при следующих данных:

φ_а= + 0,35 В, φ_к= + 0,25 В, α = 0, β = 0,02, χ = 0,5 Ом^–1 ·см ^–1

11) Определить удельный расход электроэнергии (Вт∙ч∕г) и выход по энергии.

12) Построить графики зависимости:

а) Концентрации меди в растворе С_Си от времени электролиза t при заданных токовых параметрах, (предварительно необходимо рассчитать начальную концентрацию меди в растворе).

13) Определить время и расход электроэнергии, необходимые на очистку раствора от меди до значений предельно – допустимой концентрации в 1мг∕л.

14) Выводы по работе.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы.

1. Какие процессы могут протекать на электродах при катодном восстановлении?

2. Какой анодный материал можно применять при катодном восстановлении и почему?

3. Какие факторы определяют напряжение на электродах?

4. От чего зависит эффективность очистки раствора электрохимическими методами?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

«Исследование газопылевых выбросов в атмосферу.

Определение предельно – допустимых выбросов (ПДВ)»

Цель работы: Определение концентрации газопылевых выбросов весовым методом, расчет приземной концентрации вредных веществ и установление предельно – допустимого выброса (ПДВ).

Оборудование и приборы:Аспиратор М–822, газовая камера, компрессор, аэрозольные фильтры АФА, аналитические весы.

Краткие сведения из теории

Выбросы вредных веществ в атмосферу резко снижают экологическую безопасность, оказывают непосредственное, отрицательное влияние на здоровье человека и окружающую среду. В связи с этим поступление вредных веществ в атмосферу ограничивается нормативами: предельно –допустимой концентрацией (ПДК) и предельно – допустимым выбросом (ПДВ). ПДК подразделяются на ПДК максимально разовые (ПДК м.р.) и среднесуточные (ПДК ср.с.).

ПДВ является технологическим показателем и устанавливается для контроля над выбросом вредных веществ в атмосферу непосредственно из источника. ПДВ представляет собой количество вредного вещества (г/с), которое при попадании в атмосферу не создает в приземном слое воздуха концентрацию, превышающую ПДК. Таким образом, для установления ПДВ необходимо определить максимальную предельную концентрацию вещества.

Норматив выброса загрязняющего вещества в атмосферный воздух – это норматив, устанавливаемый для передвижных и стационарных источников выбросов, технологических процессов и оборудования, отражающий максимально допустимую массу выброса каждого вещества в атмосферу.

Пример распространения выбросов в атмосферу показан на (рис. 3).

Рисунок 3 – Распространение выбросов в атмосфере

Начинать расчет необходимо с определения фоновой концентрации С_Ф, которая не должна превышать ПДК. Выбросы в атмосферный воздух вредных веществ из устья источника характеризуются двумя параметрами мощностью выброса М (г/с) и концентрацией концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ С (мг/м³), которые, в свою очередь, создают максимальную приземную концентрацию С_М.

Описание лабораторной установки

Установка (рис. 4) состоит из газопылевой камеры 1, служащей ёмкостью для создания загазованного воздуха. Передняя стенка камеры откидная, уплотняемая. Бункер – дозатор 2, наполненный пылью. Пыль и газы развеваются с помощью сжатого воздуха, поступающего от компрессора 3. На боковой стенке камеры имеется отверстие 4 для снятия пробы воздуха, в которое вставляется патрон с фильтром 5. Запыленный воздух по трубопроводу 6 поступает в аспиратор 7, имеющий ротаметры 8, которые позволяют определить расход воздуха.

Рисунок 4 – Схема установки.

Воздух, проходя через фильтры, оставляет содержащиеся в нем примеси. Таким образом, пропускается через фильтр известный объем запыленного или загазованного воздуха и установив массу задержанных примесей можно рассчитать их концентрацию.

Таблица 1 – Результаты измерений.

Скорость отбора пробы U ,м3/c	Время отбора пробы τ,c	Объем воздуха прошедшего через фильтр VT ,м3	Температура	Давление	Объем воздуха	Масса загрязняющего вещества	Концентрация

Таблица 2 – (Исходные данные для расчетов)

Вариант	tг°C	tВ°C	H,м	Д,м	Вредное вещество	ПДК м.р. Мг/м3	γ=
					пыль

Концентрацию пыли в воздухе рассчитываем по формуле:

мг/м³ (1),

Где

– разность между массой фильтра до отбора пробы и массой фильтра после отбора пробы

V₀– объём воздуха, прошедшего через фильтр при нормальных условия (T = 273°K и P₀ = 0.1013 МПа), м³

В свою очередь

_, м³(2),

Где

Т_г – температура анализируемого воздуха, K;

P_в – барометрическое давление, МПа;

V_t – Объём воздуха, прошедшего через фильтр при Т_в и P_в, м³

, м³ (3),

Где

V – скорость отбора пробы

T – время отбора пробы

Максимальная приземная концентрация вредного вещества С_м, которая может установиться на некотором расстоянии от места выброса при неблагоприятных метеорологических условиях для нагретых выбросов определяется по формуле:

мг/м³ (4)

Где

А – коэффициент, зависящий от метеорологических условий и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе,

М – масса вредно вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, мг/с

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе,

m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Н – высота источника выбросов, м.

∆Т – разность между температурой газовоздушной смеси Т₂ и температурой окружающего воздуха Т_в, К°,

V_l – объём газовоздушной смеси, м³/с

Масса вредного вещества определяется по формуле:

(5)

Где

С – концентрация вредного вещества, мг/м³

– объём газовоздушной смеси при нормальных условиях, м³

(6)

Объём газовоздушной смеси определяется по формуле:

(7)

Безразмерный коэффициент m рассчитывается по формуле:

(8)

Где

f – вспомогательный параметр

м/с² ·К°(9)

Где

W₀ – скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника, м/с

D – диаметр устья источника, м

Скорость выхода W₀определяется по формуле:

м/с (10)

Безразмерный коэффициент n рассчитывается в зависимости от величины вспомогательного параметра V_m:

(11)

При параметр

При параметр

Опасная скорость ветра U_m также определяется с учетом величины V_m

Расстояние от источника выброса X_m на котором достигается максимальная приземная концентрация C_М равно

(14)

Где α – безразмерный коэффициент.

Для нагретых выбросов

Предельно–допустимый выброс рассчитывается по формуле:

(16)

Где С_ф – фоновая концентрация веществ, создаваемая другим источником:

При выполнении данной лабораторной работы мы ознакомились с такими понятиями, как предельно–допустимая концентрация (ПДК), какие виды ПДК существуют. Также мы изучили механизм работы лабораторной установки, с помощью которой определяется концентрация вредных веществ в воздухе. Также мы научились рассчитывать ПДВ вредных веществ в атмосфере.

Из расчета, сделанного мною в лабораторной работе, мы видим, что предельная концентрация вредного вещества C_М больше чем ПДК всего на 0.3 и уровень ПДВ не превышает ПДК, следовательно нет необходимости осуществлять какие–либо мероприятия по снижению уровня ПДВ вредных веществ в атмосферу, и высоту источника выбросов увеличивать также не требуется.

Выводы по работе.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы.

1. Обосновать необходимость расчета ПДВ.

2. Определить минимальную высоту источника выбросов, позволившую снизить С_М до допустимого значения.

3. В каком случае расчет ПДВ теряет смысл?

4. Сущность весового метода анализа концентрации вредных веществ в воздухе?

Практические занятия.

Задача№1

Определить концентрацию взвешенных веществ в сточной воде, разрешённой к сбросу в водоток после очистных сооружений, и необходимую эффективность очистки сточной воды, если известно, что в водотоке с расходом Q, м³∕с, после очистных сооружений сбрасываются очищенные сточные воды с расходом q, м³∕с. Концентрация взвешенных веществ в сточной воде. Поступающей на очистные сооружения, С_ст, мг∕л. Участок водного объекта, куда сбрасываются сточные воды, относится ко второй категории рыбохозяйственного водопользования. Концентрация взвешенных веществ в воде водного объекта до места сброса С_ф, мг∕л. Коэффициент смешения

Таблица 1.1–Исходные данные к задаче

№подварианта	Q, м3∕с	q,м3∕с	Сст, мг∕л	Сф, мг∕л		Категории водопользования водного объекта
		0,5			0,67
Рыбохозяйственная первой категории
		0,5			0,67
		0,5			0,67
		0,8			0,67	Рыбохозяйственная второй категории
		0,8			0,67
		0,8			0,67
		1,2			0,67	Хозяйственно–питьевые нужды населения
		1,2			0,67
		1,5			0,67	Коммунально–бытовые нужды населения
		1,75			0,67

Концетрацию взвешенных веществ в очищенной сточной воде, разрешённой к сбросу в водный объект, определяют из выражения:

где – концентрация взвешенных веществ в воде водного объекта до сброса сточных вод, мг∕л;

– разрешённое санитарными нормами увеличение содержания взвешенных веществ в воде водного объекта в расчетном створе, мг∕л, определяется по таблице 1.2.

Рассчитав необходимую концентрацию взвешенных веществ в очищенной сточной воде С_оч и зная концентрацию взвешенных веществ в сточной воде, поступающей на очистку С_ст, определяют потребную эффективность очистки сточных вод по взвешенным веществом по формуле:

Таблица 1.2–Допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте после сброса сточных вод

Цели водопользования	Содержание взвешенных веществ, мг∕дм3, не более
Хозяйственно–питьевые нужды населения	0,25
Коммунально–бытовые нужды населения	0,75
Рыбохозяйственная высшей и первой категории	0,25
Рыбохозяйственная второй категории	0,75
Примечание. Для водотоков, содержащих в межени более 30 мг∕дм3 природных взвешенных веществ, допускается увеличение их содержания в воде в пределах 5%. Возвратные(стачные) воды, содержащие взвешенные вещества со скоростью осаждения более 0,2% мм∕с, запрещается сбрасывать в водоёмы, а более 0.4 мм∕с – водотоки.

Задача№2

Определить экономическую оценку ущерба от загрязнения водоёмов сбросами вредных веществ в регионе за три года, если известно, что на территории рассматриваемого региона находятся следующие водные объекты: Финский залив, реки Нева и Нарва. Выяснить, как изменяется величина экономической оценки ущерба от загрязнения водоёмов. Исходные данные для расчета задачи представлены в таблице 2.1. Во всех вариантах денежную оценку единицы сбросов принять равной 12000 руб.∕усл.т.

Таблица 2.1– Исходные данные к задаче

Вариант	Наименование загрязняющего вещества	Объём сбросов по годам, т
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор
	Нитраты БПК полн. Нефть и нефтепродукты Фосфор

Экономическая оценка ущерба водоёмам проводится по формуле:

где – денежная оценка единицы сбросов в усл. т, руб. ∕усл. т;

– коэффициент, позволяющий учесть особенности водоёма, подверженного вредному воздействию, определяется по таблице 2.2;

– коэффициент приведения примеси вида I к монозагрязнителю, усл.т ∕т, определяется по таблице 2.3;

– объём сброса i–го вида примеси загрязнителя.

Таблица 2.2 –Значения коэффициента для различных водохозяйственных участков

Наименование бассейнов, рек и створов	Значение
Балтийское море
1. Финский залив	1,8
2. Нева	1,6
3. Нарва	1,4
4. Луга	1,3
5. Рижский залив	1,8
6. Западная Двина	1,4
7. Куршский залив	1,6
8. неман	1,3
9. Вислинский залив	1,7
10. Вента	1,4

Таблица 2.3 – Коэффициент приведения к монозагрязнителю

Наименование загрязняющего вещества	Коэффициент приведения
Нитраты	12,50
БП полн.	1,00
Нефть и нефтепродукты	15,00
Фосфор	2,00

Для решения данной задачи необходимо из нормативных таблиц найти коэффициенты приведения к монозагрязнителю. Эти коэффициенты следует перемножить на объёмы сбросов и результаты произведения сложить. Таким образом, будет получена величина загрязнения водных объектов с учётом вредности (в идее «монозагрязнителя») в усл. т. Поскольку никаких данных, уточняющих загрязнение отдельных водоёмов и водохозяйственного загрязнения водоёмов в данном регионе следует рассчитать как среднее арифметическое коэффициентов для разных водоёмов, находящихся на территории региона.

Задача№3

Определить коэффициент очистки производственный сточных вод и экономичность очистки при эксплуатации очистных сооружений.

Исходные данные приведены в таблицах 3.1, 3.2.

Таблица 3.1 – Исходные данные к задаче

Величина	Подварианты
Годовой объём очищаемых сточных вод, V, тыс. м3
Текущие расходы при очистке воды С, руб. ∕тыс. м3

Таблица 3.2 – Массовые выбросы веществ

Выбрасываемые примеси	Без очистки	С очисткой	Показатель относительной опасности, усл.т∕т
Взвешенные вещества	41,0	8,0	1,33
Нитрат аммония	13,3	2,7	2,0
Циониды	30,0	–	20,0
Нитраты	7500,0	900.0	0,11
Сульфиты	6500,0	800,0	0,01
Хлориды	400,0	200,0	0,03

Коэффициент очистки сточных вод (КОВ) определяется по формуле:

где – приведённая масса выбросов, без очистки и с очисткой, соответственно, усл.т∕год.

Экономичность очистки, усл.т∕руб определяется по следующей зависимости:

где – текущие расходы при очистке воды, руб∕тыс. м³;

– годовой объём очищаемых сточных вод, тыс. м³.

Задача №4

Предприятие производит сброс в поверхностный водоём аммиака, ацетона, красителя хромового чёрного. Норматив платы за сброс 1 т аммиака – 15028 руб.; ацетона – 15028 руб.; красителя хромового чёрного – 25131 руб. Установленные предельно допустимые сбросы (ПДС) составляют 25 т аммиака; 30 т ацетона; 5 т красителя хромового чёрного. Коэффициент экологической значимости водоёма (р.Дон составляет 1,55). Установленные лимиты на загрязнение водного бассейна составляют: 50 т аммиак; 50 т ацетона; 15 т красителя хромового чёрного. Определить общую плату за сбросы загрязняющих веществ в поверхностный водоём. Исходные данные представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1– исходные данные к задаче

Фактический годовой сброс загрязняющих веществ, Мiвод, т	Подварианты
Аммиак
Ацетон
Краситель хромовый чёрный							7,5

Плата за сбросы загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов определяется по формуле:

при М_нiвод < М_iвод ≤ М_лiвод,

где П_лвод – плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов, руб.;

С_лiвод – ставка платы за выброс 1т i–го загрязнителя в пределах лимита, руб.;

М_iвод – фактический сброс i–го загрязняющего вещества, кг;

М_нiвод – ПДС i–го загрязняющего вещества;

С_лiвод = Н_блik_э

где Н_блi – базовый норматив платы за сброс 1т i–го загрязнителя в пределах лимита, руб.;

k_э – коэффициент экологической значимости.

Плата за сверхлимитный сброс определяется по следующей завистимости:

при

М_iвод > Мл_iвод.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Коробкин, В.И. Экология [Текст]: учебник для вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский.– Изд. 9–е, перераб. и доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 576 с.

2. Экология [Текст] : учебник / Л.В. Передельский, В.И. Коробкин, О.Е. Приходченко. – М. : Проспект, 2009. – 507 с. : ил. – Библиогр. : с. 499–501.

3. Экология [Текст] : учебник для вузов / Н.А. Воронков. – М. : Агар, 1999. – 424 с.

4. Промышленно–транспортная экология [Текст] : учебник для вузов / В.Н. Луканин, Ю.В. Трофименко. – М. : Высшая школа, 2001. – 437 с.

6. Цветкова, Л.И. Экология [Текст]: учебник для технических вузов / Л.И. Цветкова, Л.И. Алексеев, Ф.В. Кармазинов; под ред. Л.И. Цветковой. –СПб.: Химиздат, 2001.–552 с.

7. Занина, И.А. Экология [Текст]: пособие/ И.А. Занина. –Шахты: Изд–во ЮРГУЭС, 2004.–65 с.