38852

Фотокаталітичне очищення стічних вод від біогенних елементів

Дипломная

Экология и защита окружающей среды

Представлено та описано технологічну схему очищення стічних вод від біогенних елементів фотокаталітичною технологією за допомогою солей Ti(IV) та Zr(IV). Виконано розрахунок і вибір основного та допоміжного обладнання у відповідності з задоною продуктивністю установки. Надано його характеристику.

Украинкский

2013-09-30

5.96 MB

17 чел.

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

ХІМІКО – ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра технології неорганічних речовин та загальної хімічної технології

До захисту допущено

Зав. кафедри д.т.н., професор

______________/І.М.Астрелін/

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ ОСВІТНЬО-КВАЛІФІКАЦІЙНОГО РІВНЯ „БАКАЛАВР”

з напряму підготовки 6.051301 Хімічна технологія

(професійне спрямування: Хімічна технологія неорганічних речовин)

на тему:

Фотокаталітичне очищення стічних вод від біогенних елементів

Керівник:                                     Виконавець:

                                                           Студентка групи ХН-91

__________/к.т.н. Кримець Г.В./                     __________/Молюга А.І./

              підпис, посада, прізвище                                підпис, прізвище     Консультанти:

з програмування розрахунків                 ______________ /доц. Концевой А.Л./

з автоматичного регулювання                ______________ /доц. Лукінюк М.В./

з екологічної безпеки                                ______________ /ас. Концевой С.А./

з економіко-організаційних рішень        ______________ /доц. Підлісна О.А./

з охорони праці                               ______________/ к.т.н., доц. Орленко А.Т./

                                                                                      підпис                                                 посада, прізвище 

Київ 2013


Хіміко-технологічний факультет НТУУ „КПІ”

Кафедра технології неорганічних речовин та загальної хімічної технології

                                                                                               "Затверджую"

 Завідувач кафедри, д.т.н., професор

                                          __________ І.М.Астрелін   

ЗАВДАННЯ

на дипломний проект освітньо-кваліфікаційного рівня „бакалавр”

студентка гр. ХН-91 Молюга Анна Іванівна

прізвище, ім'я, по батькові

1. Тема проекту: “Фотокаталітичне очищення стічних вод від біогенних елементів”.

затверджена наказом від "____"____________ 2013 р. №_____

2. Вихідні дані: продуктивність 600 м3обу.

3. Зміст проекту (перелік питань, які підлягають розробці)

Зміст проекту в цілому визначається Методичними рекомендаціями (МР) до виконання дипломного проекту, зміст пояснювальної записки конкретизується розділами МР. Технологічна частина: згідно розділам 1 – 6 МР, консультант –    к.т.н. Кримець Г.В. Автоматичне регулювання та контроль виробництва: згідно розділу 8 МР, консультант – доц. Лукінюк М.В. Програмування технологічних розрахунків: згідно розділу 7 МР, консультант – доц. Концевой А.Л. Економіко-організаційні розрахунки: згідно розділу 9 МР, консультант – доц. Підлісна О.А.  Екологічна безпека виробництва: згідно розділу 10 МР, консультант – ас. Концевой С.А. Техніка безпеки проведення виробничого процесу: згідно розділу 11 МР та вимог консультанта, консультант – к.т.н., доц. Орленко А.Т.

Перелік графічної документації: згідно МР.

4. Термін подання дипломного проекту до захисту 15 червня 2013 р.

5. Дата видачі завдання 1 лютого 2013 р.

Керівник                                    _____________/к. т.н. Кримець Г.В./

                                                                                                                 Підпис

Завдання прийняв до виконання   _____________

           Підпис

 

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН-ГРАФІК

                              виконання дипломного проекту

Зміст роботи

Термін виконання

1

Обґрунтування та вибір способу і технологічної схеми виробництва. Описання технологічної схеми виробництва. Креслення технологічної схеми на форматі А4.

15 лютого

2

Характеристика продукції, сировини, допоміжних матеріалів, енергетичних носіїв.

Характеристика прийнятого методу виробництва. Хімізм та теоретичні основи і обґрунтування норм технологічних режимів.

25 лютого

1 березня

3

Визначення витратних коефіцієнтів з сировини, напівпродуктів, допоміжних матеріалів та енергетичних носіїв

21 березня

4

Характеристика технологічного обладнання:

  •  розрахунок та вибір основних  реакторів;
  •  розрахунок і вибір допоміжного технологічного обладнання.

2 квітня

12 квітня

5

Комп‘ютерний набір технологічної частини пояснювальної записки.

20 квітня

6

Програмування технологічних розрахунків.

5 травня

7

Автоматичний контроль та керування виробництвом.

15 травня

8

Економіко – організаційні розрахунки.

20 травня

9

Екологічна безпека виробництва.

28 травня

10

Техніка безпеки проведення виробничого процесу.

5 червня

11

Оформлення пояснювальної записки, виконання креслень та ілюстративних плакатів

8 червня

12

Попередній захист

15 червня

Керівник_____________    Студент_______________

  Підпис       Підпис

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка:  103 ст., 5 рис., 17 табл., 10 посилань, 1додаток. 

Розроблено проект очищення стічних вод від біогенних елементів за допомогою фотокаталітичної технології.

В проекті обґрунтовано вибір технологічної схеми та реагентів обробки води. Охарактеризовано домішки – біогенні елементи, що треба видалити з води, і вибрані найбільш раціональні методи їх видалення з води. Розглянуто вимоги до характеристики води, що буде скинутою до каналізаційної мережі та фізико-хімічні основи процесу фотокаталітичного очищення.

Представлено та описано технологічну схему очищення стічних вод від біогенних елементів фотокаталітичною технологією за допомогою солей Ti(IV)  та Zr(IV). Виконано розрахунок і вибір основного та допоміжного обладнання у відповідності з задоною продуктивністю установки. Надано його характеристику. З використанням комп’ютера виконано багатоваріантний розрахунок витрат Ti(IV) та Zr(IV)  для очищення води в залежності від забрудненості води біогенними елементами.  Запропоновано схему автоматичного регулювання та контролю виробництва. Надано економіко-організаційний розрахунок собівартості фото каталітичного очищення води. Розглянуто питання екологічної оцінки виробництва та техніки безпеки проведення виробничого процесу.

ДОМІШКИ ВОДИ, СТІЧНІ ВОДИ, ФОТОКАТАЛІТИЧНА ТЕХНОЛОГІЯ, БІОГЕННІ ЕЛЕМЕНТИ, ВИТРАТНИЙ КОЕФІЦІЄНТ, РЕГЕНЕРАЦІЯ, ФОТОКАТАЛІТИЧНИЙ РЕАКТОР.


Реферат

Пояснительная записка: 65 с., 5 рис., 17 табл., 10 ссылок, 1 приложение. 

Разработано проэкт очистки сточных вод от биогенных элементов с помощью фотокаталитической технологии.

В проэкте описано выбор технологической схеми и реагентов обработки воды. Охарактеризованы примеси – биогенные элементы, которые нужно удалить из воды, и выбраны наиболее рациональные методы их удаления из воды. Были рассмотрены требования к характеристике воды, которая будет сброшена в канализационные сети и физико-химические основы процесса фотокаталитической очистки.

Представлена и описана технологическая схема очистки сточных вод от биогенных элементов фотокаталитической технологией с помощью солей Ti (IV) и Zr (IV). Выполнен расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования в соответствии с заданной производительностью установки. Предоставлено его характеристику. С использованием компьютера выполнен многовариантный расчет расхода Ti(IV) и Zr(IV)  для очистки воды в зависимости от загрязнения воды биогенными элементами.  Предложена схема автоматического регулирования и контроля производства. Предоставлен экономико-организационный расчет себестоимости очистки фотокаталитического очищения воды. Рассмотрены вопросы экологической оценки производства и техники безопасности проведения производственного процесса.

ПРИМЕСИ ВОДЫ, СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, РАСХОДНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ, РЕГЕНЕРАЦИЯ, ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР.


Abstract

The explanatory note: 65 p., 5 ill., 17 tables, 10 references, 1 appendice.

The project purification wastewater from biogenic elements by photocatalytic technology has been developed.

In the project described choice technological scheme and water treatment chemicals. Characterized  impurities – biogenic elements which need to remove the water, and selected the most rational methods of removing them from the water. Сonsidered the requirements for a water, that will be reset to the sewerage  and physico-chemical basis of photocatalytic purification process.

Considered technological scheme purification wastewater from biogenic elements by photocatalytic technology using salts Ti (IV) and  Zr (IV). The calculation and selection of main and auxiliary equipment in accordance with defined productivity are granted. Its characteristics are given. Using computer multivariate calculations expense Ti (IV) and Zr (IV) for water purification according to the contamination of water nutrients has been performed. Control and management automation scheme is herewith applied. Economic and organizational calculation cost purification wastewater from biogenic elements by photocatalytic technology  has been provided. The problems of environmental assessment and safety of the production process are suggested.

Impurities OF water, WASTEWATER, photocatalytic TECHNOLOGY, BIOGENIC ELEMENTS, Expendable COEFFICIENT, REGENERATION, photocatalytic REACTOR


ЗМІСТ

[1]
ЗМІСТ

[2]
ВСТУП

[3]
Обґрунтування та вибір способу виробництва

[4]
Характеристика продукції, сировини, допоміжних матеріалів

[4.1] Характеристика  сировини – TiCl4

[4.2] Характеристика сировини – ZrCl4

[4.3] Характеристика продукції

[5]
Характеристика прийнятого методу виробництва. ХІМІЗМ та теоретичні основи і обґрунтування норм технологічних режимів

[5.1] Очищення води у головному апарату – фотокаталітичному реакторі

[5.2] Біологічне очищення стічних вод

[6] Опис технологічної схеми виробництва

[7] Визначення витратних коефіцієнтів з сировини, напівпродуктів, допоміжних матеріалів та енергетичних носіїв

[7.1] Розрахунок для Ti4+

[7.1.1] Багатоваріантний розрахунок для Ti4+

[7.2] Розрахунок для Zr4+

[7.2.1] Багатоваріантний розрахунок для Zr4+

[8] Характеристики технологічного обладнання

[8.1] Розрахунок решітки

[8.2] Розрахунок баку-усереднювача

[8.3] Розрахунок механічного фільтра

[8.4] Вибір основного апарату – фотокаталітичного реактора

[8.5] Розрахунок біологічного ставка

[8.6] Розрахунок допоміжного обладнання

[8.6.1] Розрахунок і вибір насоса

[9] ПРОГРАМУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РОЗРАХУНКІВ НА ПЕРСОНАЛЬНОМУ КОМП’ЮТЕРІ

[9.1] Розрахунки для видалення фосфатів з води

[9.2] Визначення ZrOCl2

[9.3] Фотокаталітичне очищення води

[10] АВТОМАТИЧНЕ РЕГУЛЮВАННЯ ТА КОНТРОЛЬ ПРОЦЕСУ ФОТОКАТАЛІТИЧНОГО ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД БІОГЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ

[10.1] Аналіз технологічного процесу як об’єкта автоматизації

[10.2] Опис розробленої схеми автоматизації процесу

[10.3] Розрахунок похибки вимірюваного каналу

[11] ЕКОНОМІКО-ОРГАНІЗАЦІЙНІ РОЗРАХУНКИ

[11.1] Технологічна підготовка виробництва

[11.2] Виробничі процеси цеху

[11.3] Оптимальний вид руху предметів праці

[11.4] Розрахунок показників цеху

[11.5] Графік змінності

[11.6] Технічний контроль

[11.7] Матеріальна, документальна та організаційно-технічна підготовка виробництва

[11.7.1] Паспорт якості на вид продукції:

[11.7.2] Калькуляція на вид продукції.

[11.8]
Розрахунок основних та оборотних фондів в цеху

[11.9] Розрахунок техніко-економічних показників:

[11.10] Посадова інструкція на виконавця технологічних обов’язків цеху

[12]
Екологічна безпека виробництва

[12.1] Аналіз джерел та розрахунок кількості відходів, що утворюються

[12.2] Можливі варіанти екологізації виробництва

[12.3] Екологічний моніторинг

[12.4] Розрахунок екологічних платежів

[13]
Охорона праці

[13.1] Виявлення та аналіз шкідливих небезпечних виробничих факторів на проектному об’єкті. Заходи з охорони праці

[13.1.1] Повітря робочої зони

[13.1.2] Виробниче освітлення

[13.1.3] Захист від виробничого шуму та вібрацій

[13.1.4] Електробезпека

[13.1.5] Безпека технологічних процесів та обслуговування обладнання

[13.2] Пожежна безпека

[14] Д

[15]
Список використаної літератури

[16]
Висновки

[17] Перелік посилань


ВСТУП

У міру збільшення чисельності населення Землі, поглиблення урбанізації, розвитку промисловості зростає кількість міських стоків, які потребують очищення. Головними забрудниками, присутніми у міських стоках є органічні речовини та біогенні елементи, які необхідно вилучати для недопущення погіршення якості природних вод, розвитку процесів евтрофікації та, як наслідок, загибелі водної біоти. Екологічна безпека водних джерел оцінюється ступенем досягнення нормативних показників по сполуках азоту і фосфору. Відповідно до світових тенденцій дана тематика є надзвичайно актуальною і потребує негайного вирішення. А врахувавши той факт, що застарілі системи водоочищення у містах України не в змозі справлятися з масштабними скидами забрудненої води, можна лише здогадуватись, яка величезна кількість фосфатів потрапляє у наші річки і озера.

Згідно оцінок науковців близько 2% енергії, що споживається суспільством, витрачається на очищення стоків. Вимоги до якості очищення міських стоків постійно зростають і відповідно зростає вартість реалізації  технологій очищення. Тому зусилля великої кількості науковців направлено на дослідження та розробку нових енергоефективних процесів очищення стоків. Одним із найважливіших напрямків є очищення стічних вод за допомогою фотокаталітичної технології.

У сучасних умовах пильна увага приділяється інтенсифікації процесів очищення стічних вод, вдосконаленню існуючих технологій очищення і розробці нових ефективних методів очищення води, впровадженню ресурсозберігаючих технологій і модернізації існуючих методів і конструкцій водоочисних апаратів. Особлива увага приділяється ресурсозберігаючим технологіям очищення стічних вод, що дозволяють заощадити матеріальні та природні ресурси. Для підвищення ефективності очищення стічних вод від біогенних елементів застосовують солі Ti (IV) та   Zr (IV).

Недоліком фотокаталітичного очищення стічних вод є те, що в процесі очищення утворюється осад Ti3(PO4)4 (Zr3(PO4)4) , біомаса з біоставка та газові викиди. Однак Ti3(PO4)4 (Zr3(PO4)4) регенерують знову для отримання Ti4+ (Zr4+) і знову використовують для очищення води. Відпрацьована біомаса використовується для корму мікроорганізмам з біоставка; концентрація газових викидів СОх, NOх відповідає ГДК  і тому вони не є небезпечними для навколишнього середовища.

Тому дослідження, направлені на пошуки вирішення проблеми видалення біогенних елементів зі стічних вод, є актуальними і важливими для технології водоочищення.

Метою даної роботи є критичний огляд і аналіз теоретичних засад очищення стічних вод від біогенних елементів за допомогою фотокаталітичної технології, компонування принципової технологічної схеми та аргументований вибір апаратів.

  1.  
    Обґрунтування та вибір способу виробництва

Фосфор і його сполуки надзвичайно широко використовуються у промисловості, у комунальному і сільському господарстві, медицині тощо. В основному, виробляється фосфорна кислота, а на її основі вже фосфорні добрива і технічні солі – фосфати. В  харчовій промисловості, наприклад, ортофосфорна кислота застосовується для регулювання кислотності желеподібної продукції і безалкогольної продукції, у вигляді добавок фосфату кальцію у хлібобулочні вироби, для підвищеного вмісту води у деяких харчових продуктах, в медицині – для виробництва ліків, в металургії – в якості розкислювача і легуючої добавки у сплави, у хімічній промисловості – для виробництва знежирюючих і неетичних миючих засобів на основі триполіфосфату натрію, в комунальному господарстві – для попередження утворення накипу за рахунок додавання поліфосфатів у воду, що підлягає обробці.

Загальний фосфор, що існує в оточуючому людину середовищі, складається з мінерального і органічного. Середній вміст його у земній корі складає 9,3·10-2 %, в основному, у гірських і осадових породах. За рахунок інтенсивного обміну між мінеральними і органічними формами, а також, живими організмами, фосфор забезпечує масштабні місця залягання апатитів і фосфоритів. Процеси вивітрювання і розчинення фосфоровмісних порід, природні біопроцеси обумовлюють вміст у воді загального фосфору (як мінерального H2PO4- при pH< 6,5 і HPO42- pH> 6,5, так і органічного) і  фосфатів у діапазоні концентрацій від одиниць до сотень мкг/дм3 (в розчиненому вигляді, або у вигляді частинок) для незабруднених природних вод.

В результаті забруднення водних басейнів сільськогосподарськими (з полів 0,4-0,6 кгP/1га), промисловими і побутовими (0.003-0.006 кг/добу на одного мешканця) стоками концентрація загального фосфору може істотно підвищуватися – аж до 10 мг/дм3, приводячи найчастіше до процесів евтрофікації водойм.

Фосфор – один з найважливіших біогенних елементів, необхідних для життєдіяльності всіх організмів. У клітинах фосфор міститься у вигляді ортофосфорної і пірофосфорної кислот та їх похідних, входить до складу фосфоліпідів, нуклеїнових кислот, аденазинтрифосфорної (АТФ) кислоти та ін. органічних сполук, що впливають на процеси обміну речовин, зберігання генетичної інформації, акумулювання енергії. Фосфор в організмі людини міститься переважно в кістковій тканині (до 80%) в концентрації 5г% (на 100г сухої речовини), і обмін фосфору, кальцію і магнію тісно взаємопов'язаний. Нестача фосфору призводить до розрідження кісткової тканини, підвищенню її ламкості. У тканинах мозку фосфору міститься близько 4г%, а в м'язах - 0,25 %. Добова потреба організму людини у фосфорі - 1,0 -1,5 г (велика потреба у дітей). Найбільш багаті фосфором продукти - молоко, сир, сири, яєчний жовток, волоські горіхи, горох, квасоля, рис, курага, м'ясо. Нормативні документи, зокрема, СанПіН 10-124 РБ 99 встановлюють ГДК елементарного фосфору 0,0001 мг/дм3 за санітарно-токсикологічною ознакою до 1 класу небезпеки (надзвичайно небезпечні) [4]. Що стосується поліфосфатів Men (PO3) n, Men +2 PnO3n +1, MenH2PnO3n +1, то вони малотоксичні, в особливості гексаметафосфат, що застосовують для квазіпом’якшення  питної води. Встановлена ​​для них допустима концентрація становить 3,5 мг/дм3 (по PO43-) з лімітуючим показником шкідливості по органолептичною ознакою.

На сьогоднішній час використовується багато різноманітних миючих засобів, які в своєму складі містять сполуки фосфору. Скидання  стічних вод з надлишковим вмістом фосфатів призводить до значних проблем.

Фосфор стимулює надмірний ріст і розвиток рослин (евтрофікація) в струмках, озерах, річках і океанах. Через помутніння води і неприємний запах знижується цінність і якість водоймищ, які використовуються як місця відпочинку людей. Якщо ж дана водойма слугує джерелом питної води, то знову ж через неприємний запах і смак, викликані наявністю безмежної кількості органічних речовин та життєдіяльністю водоростей, серйозно погіршується якість очистки води, як з технічної, так і з комерційної сторони.

Фосфати наносять величезну шкоду навколишньому середовищу. Потрапляючи у водойми, які містять неочищені від фосфатів стічні води, фосфати діють на синьо-зелені водорості як добрива, викликаючи і стимулюючи їх бурхливий ріст і розвиток. При цьому, вода у водоймищах стає каламутною і не пропускає сонячне світло, внаслідок чого, у рослин, які знаходяться на дні водоймищ, припиняються процеси фотосинтезу. В результаті ці рослини перестають синтезувати кисень. В умовах відсутності необхідної кількості кисню і забрудненості води продуктами життєдіяльності синьо-зелених водоростей, відбувається поступове відмирання фауни водоймища і порушення хиткого екологічного балансу водоймища.

Для того щоб уповільнити або попередити евтрофікацію, необхідно обмежити потрапляння фосфору у природні водойми. Зниження концентрації фосфору в стоках можна досягнути, вилучивши його в детергентах. Проте найбільш розповсюдженим шляхом вирішення цієї проблеми є очищення стічних вод.  

Відповідно до світових тенденцій дана тематика є надзвичайно актуальною і потребує негайного вирішення. А врахувавши той факт, що застарілі системи водоочищення у містах України не в змозі справлятися з масштабними скидами забрудненої води, можна лише здогадуватись, яка величезна кількість фосфатів потрапляє у наші річки і озера.

Для підвищення ефективності очищення стічних вод від грубо дисперсних і колоїдних забруднень було використано реагенти TiCl4 (ZrCl4). Очищення відбувається за наступними механізмами:

(1.1)

(1.2)

  1.  
    Характеристика продукції, сировини, допоміжних матеріалів

  1.  Характеристика  сировини – TiCl4

Завдяки високій корозійній стійкості в воді титан і його сполуки знаходять застосування в суднобудуванні для виготовлення гребних гвинтів, обшивання морських судів, підвідних човнів. Поступово області застосування титану розширюються. Титан і його сплави застосовують у хімічній, нафтохімічній, целлюлозно-паперовій і харчовій промисловості, кольоровій металургії, енергомашинобудуванні, електроніці, ядерній техніці, гальванотехніці, при виробництві озброєння, для виготовлення броньових плит, хірургічного інструмента, хірургічних імплантатів, опріснювальних установок, деталей гоночних автомобілів, деталей ручних годин і навіть прикрас. Азотування титану приводить до утворення на його поверхні золотавої плівки, по красі не уступає дійсному золоту.

Ціна – от що ще гальмує виробництво і споживання, титану. У земній корі його багато – 0,63%. Мінерали, що містять титан знаходяться повсюдно. Найважливіші з них титаномагнетити FeTi3·nFe3O4, ільменіт FeTi3, сфен CaTiSi5 і рутил Ti2. Найбільші родовища титанових руд знаходяться на Уралі; а найбільший виробник Верхне-Салдинське ПО. Висока ціна титану – наслідок складності витягу його з руд і застосування вакуумного устаткування при переплавлянні. При промисловому одержанні титану чи руду концентрат переводять у діоксид титану, що потім хлорують. Однак навіть при 800-1000°С хлорування протікає повільно. З достатньою для практичних цілей швидкістю воно відбувається в присутності вуглецю, що зв'язує кисень в основному в CO2:

 TiO2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO2 (2.1)

  1.  Характеристика сировини – ZrCl4

Застосовується для отримання Zr, як каталізатор при очищенні води чи в органічному синтезі.

Отримується хлоруванням ZrO2 (чи ZrO2·SiO2) за наявності вугілля при температурі вище 800°С; хлорурованням ZrC.

Фізичні і хімічні властивості: безбарвні кристали, Тплавл=437°С, густина рівна 2,8 г/см3. Гігроскопічний, легко розчиняється у воді, спирті, ефірі, концентрованій соляній кислоті, хлоридах лужних металів. Розчин гідролізується з утворенням ZrOCl2·8H2O. Приєднує аміак.

Взаємодіє з металами для отримання Zr:

  1.  Характеристика продукції

Забруднювальні речовини з урахуванням витрати стічних вод для промислових підприємств, підключених до міської каналізації, рекомендується враховувати по кожному випуску кожного підприємства за фактичними або проектними даними, отриманими від цього підприємства.

За даними, отриманими за показниками очистки стічних вод, навантаження на каналізацію у перерахунку на одного умовного жителя складає: кількість стічних вод – від 50 до 400 дм3/(жит.добу); забруднення стічних вод, г/(жит.добу): БСК5 – 15-80; ХСК – 25-200; азот – 2-15; фосфор – 1-3.

Рекомендації щодо очищення стічних вод і обробки осаду розроблені з застосуванням поняття “еквівалентне число жителів”, яке обчислюється за усередненим максимально добовим сумарним забрудненням по БСК5 =60 гО3 на одного еквівалентного жителя. При розрахунковій кількості еквівалентних жителів понад 500 додатково до механічної і повної біологічної очистки стічних вод слід передбачати видалення сполук азоту в процесі нітрифікації – денітрифікації, тоді як видалення також сполук фосфору біологічним методом або з використанням реагенту не є обов'язковим і обґрунтовується в проекті умовами скидання очищених стічних вод у водойму. Реагентне видалення фосфору рекомендується для очисних споруд при еквівалентній кількості жителів понад 5000.

Таблиця 2.1 – Кількість забруднювальних речовин на 1 жителя

Показник

Кількість забруднювальних речовин на 1 жителя, г/добу

Завислі речовини

65

БСК5

54

БСКповн неосвітленої рідини

75

ХСК неосвітленої рідини

87

Азот загальний (N), 

в тому числі азот амонійних солей (N)

11

8

Фосфор загальний (Р),

в тому числі фосфор фосфатів

1,8

1,44

Хлориди

9

ПАР

2,5

В результаті усвідомлення впливу мікроелементів на “евтрофікацію” водойм та погіршення якості води в багатьох водних об'єктах, важливість усунення мікроелементів із стічної води є широко пропагована сьогодні у багатьох розвинених країнах. Прийняття Директиви Європейської Комісії про очищення побутових стічних вод країнами-членами Євросоюзу запровадило нові ліміти на викид забрудників з станцій очищення стічних вод .

Ліміти в значній мірі відрізняються в залежності від того, у який водний об'єкт проводиться скид очищених стоків, та яка їх кількість. Кількість стоків виражається у числі еквівалентів населення (е.н.). 1 е.н. – це навантаження органічними забрудниками, що мають показник біохімічного споживання кисню (БСК) рівний 60  г О2/день, та яке приблизно відповідає навантаженню, що створюється внаслідок життєдіяльності однієї людини.

Вимоги до очищення побутових стоків в великій мірі залежать від того чи належить водний об'єкт, у який проводиться скид очищених стоків, до “чутливої зони”. Чутливі зони – водні об'єкти або їх частини, які є евтрофними або під загрозою такими стати, або які впадають в евтрофний водний об'єкт. Також до чутливих зон відносяться водні об'єкти, з яких проводиться водозабір для питного використання і в яких, внаслідок скиду очищених стоків, може перевищуватись допустима концентрація нітратів. Вилучення біогенних елементів із побутових стічних вод, що скидаються у водні об'єкти чутливих зон, встановлені у Директиві 91/271/EEC [5]  та наведені у таблиці 2.2. У випадку скиду очищених стоків у водні об'єкти, що не належать до чутливих зон, вимоги до вилучення загального азоту (ЗА)  та загального фосфору (ЗФ) не накладаються.

Таблиця 2.2 – Вимоги до вилучення біогенних елементів із побутових стічних вод, що скидаються у водні об'єкти чутливих зон, встановлені у Директиві 91/271/EEC

Кількість стоків

ЗА, мг/дм3

Ступінь вилучення ЗА, %

ЗФ, мг/дм3

Ступінь вилучення ЗФ, %

менше 10000 е.н.

вода повинна очищатись до такого ступеня, щоб задовольнялись умови якості води об'єкту-приймача після змішування із очищеними стоками

10000-100000 е.н.

15

70-80

2

80

більше 100000 е.н.

10

1

Вимоги  до води, призначеної для вживання людиною регламентують показники якості води, готової до споживання, а не тої, яка збирається з водного об'єкту. Ці вимоги наведені в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 – Показники якості поверхневих вод відповідно до типу водокористування

Назва забруднюючої

Речовини

Вода, призначена для вживання людиною

Вода, призначена для вирощування риб порід Лососевих/Коропових

Азот амонійний, мг/дм3

0,39

0,78

Азот нітритний, мг/дм3

0,15

0,003-0,009

Азот нітратний, мг/дм3

9,03

-

ЗФ, мг/дм3

-

0,2-0,4

Для нітратів обов'язкові вимоги не встановлюються, тому наводяться рекомендаційні значення. Для озер глибиною 18-300 м навантаження фосфатами визначається аналітично.

Використовується підхід, згідно з яким гранично допустима концентрація забруднюючої речовини у зворотних водах підприємства розраховується таким чином, щоб після перемішування зворотної води із водами водного об'єкта концентрація речовини не перевищувала нормативів якості води відповідно до виду водокористування водойми. Для розрахунку гранично-допустимих скидів (ГДС) основними параметрами є фонові концентрації забрудників, концентрації їх у очищеній стічній воді і кратність розбавлення. У разі, якщо фонові концентрації речовин перевищують нормативні значення, гранично допустима концентрація їх у зворотних водах встановлюється на рівні нормативної.

Існує три види водокористування – господарсько-питне, комунально-побутове і рибогосподарське (першої і другої категорій) – для яких нормативи якості, і відповідно граничні концентрації сполук азоту і фосфору є різними. Відносно азоту і фосфору нормативи господарсько-питного і комунально-побутового користування не відрізняються між собою.

Таблиця 2.4 – Граничні концентрації сполук азоту та фосфору відповідно до виду водокористування

Назва речовини

Господарсько-питне та комунально-побутове

Рибогосподарське

Азот амонійний, мг/дм3

2,0

0,39

Азот нітритний, мг/дм3

1,0

0,024

Азот нітратний, мг/дм3

10,16

9,03

Фосфати, мг/дм3

3,5

3,12

Необхідність вилучення азоту із стічної води є різною у кожному окремому випадку. При очищенні побутових стічних вод регламентується не лише концентрація азоту та фосфору у очищених стічних водах, але і мінімальний ступінь вилучення цих компонентів із стоків. В такому випадку випадку значно зменшується залежність скиду мікроелементів у водне середовище від схеми збору  стічних вод (роздільна чи загальна схема збору побутових та дощових стоків) чи від споживання води на душу населення.

Зовсім інша ситуація, коли водоносність річки є високою порівняно із кількістю зворотної стічної води. У цьому разі, за умови низької фонової концентрації, вилучення азоту є необов'язковим. Хоча статтею 13 Водного Кодексу України вказується, що “державне управління в галузі використання і охорони вод і відтворення водних ресурсів здійснюється за басейновим типом”, у більшості випадків, вимоги до якості очищення стічних вод водокористувача, що скидає стоки нижче за течією, обумовлюються фоновою концентрацією до скиду, тобто залежать від навантаження на річку з боку водокористувачів, що скидають свої зворотні води вище за течією [6].

Граничною нормою для питної води є вміст 3,5 мг/ л, а для природного водоймища 3,2 мг/л. Але при завищеному в рази змісті фосфатів процеси очищення стічної води набувають дещо інший характер. В процесі очищення стоків концентрація фосфору в стічній воді знижується, однак як показує практика водоочищення, вміст фосфору в стічній воді після біологічний очищення перевищує значення ГДК по фосфору для випуску очищених стічних вод у поверхневі водойми в 2-5 разів. Для зниження вмісту фосфору в очищених стічних водах передбачають додаткові заходи, які реалізуються фізичним, фізико-хімічним шляхом, на стадії біологічного очищення стоків або комбінованим способом. Метод біологічної дефосфатизації стічних вод не представляється можливим реалізувати без додаткового будівництва та реконструкції споруд. Крім того, як показує практика, очищення стічних вод метод біологічної дефосфатизації стоків далеко не завжди ефективний.

Для того щоб зберегти чистоту природи і навколишнього середовища, достатньо відмовитися від застосування побутової хімії на основі фосфатів. Перехід на безпечні миючі засоби позитивно вплине не лише на навколишню природу і питання очищення стічних вод, але і на здоров'я людини.

Метою даного проекту є вибір і дослідження оптимального режиму очищення води, розробка фізико-хімічних засад процесу очищення, розробка схеми очистки води від біогенних елементів за допомогою комбінованої фотокаталітичної технології (так вміст іонів PO43- знижуватиметься до рівня, за якого живі організми гарно розвиватимуться), а також, визначення умов скиду стічних вод до локальних очисних споруд.

  1.  
    Характеристика прийнятого методу виробництва. ХІМІЗМ та теоретичні основи і обґрунтування норм технологічних режимів

Очистка стічних вод від біогенних елементів є великою проблемою у всьому світі. Присутність лише 10  мг сполук фосфатів в 1 м3 поверхневих вод викликає бурхливий розвиток фітопланктону та інтенсивне розмноження водоростей, особливо синьо-зелених, які в процесі свого біологічного розвитку утворюють токсичні речовини і викликають масову загибель гідрофауни. Потрапляння цих сполук у водойми стає причиною вторинного забруднення води, підвищення кольоровості, температури, зниження концентрації розчиненого кисню та погіршення органолептичних показників, викликає “цвітіння ” води. „Цвітіння" води в природних водоймах надзвичайно ускладнює її використання для водопостачання населених місць і промислових підприємств. Прісна вода стає непридатною для пиття і небезпечною для життя. Евтрофікована водойма втрачає своє біогеоценотичне значення.

До числа біогенних відносять ті хімічні елементи, які є головними в складі тканин живих організмів. В першу чергу це вуглець, водень, азот і фосфор. Вуглець надходить у водні екосистеми у вигляді вуглекислоти з атмосфери і перетворюється в органічну матерію шляхом фотосинтезу, який здійснюється водоростями; цей елемент, поряд з воднем, не є дефіцитним. Азот в засвоюваній організмами формі нітрат-іона та іонів амонію надходить в озера в основному з їх водозбірних басейнів і з атмосфери, а частково – за рахунок діяльності деяких синьо-зелених водоростей, здатних утилізувати елементарний азот з атмосфери. Розчинні сполуки фосфору надходять у озера з водами їх приток і з атмосферними опадами. Крім того, згадані біогенні елементи надходять у воду озер при розкладанні відмерлих організмів з озерних опадів. Концентрації біогенних елементів у воді та їх співвідношення визначають якість вод.

Фосфати потрапляють у природні води в результаті розчинення фосфатовмісних порід, при надходженні у водойми добрив, синтетичних миючих засобів. На частку фосфатів приходиться більше 10 %  забруднень прісних водойм України.

Фотокаталітичне очищення стічних вод від біогенних елементів – дуже корисний для застосування на практиці метод. Перевагою біологічного очищення стічних вод є висока швидкість і використання речовин в низьких концентраціях.

До факторів, які діють на ефективність очистки також відноситься температура стічної води. Оптимальна температура – 20-30°С, при цьому біоценоз при сприятливих умовах представлений найбільш різноманітними й добре розвиненими мікроорганізмами (на заключному етапі очищення – у біоставку). Якщо температурний режим не відповідає оптимальному, то швидкість процесів очищення помітно нижча максимальних значень.

Залежно від складності будови фосфатів і їх властивостей, процес окислення здійснюється з різною швидкістю. Такі результати отримуються через серйозні ускладнення викликані специфічним впливом фосфатів в результаті очистки досліджуваного зразка води.

Залишкова кількість розчинених фосфатів із стічних вод найбільш простим способом може бути видалена переведенням їх в нерозчинні з’єднання в результаті хімічної взаємодії сполук фосфору з коагулянтами і флокулянтами.

  1.  Очищення води у головному апарату – фотокаталітичному реакторі

Фотокаталітичний реактор, здатний виробляти світло за рахунок споживання топлива, яке містить органічний матеріал. Реактор містить топливний елемент прямого окислення, який включає в себе анод і катод. Анод містить фотокаталізатор на поверхні електропроідної підкладки, розміщеної так, щоб вона була сприйнятливою до світла, і світлопропускну протонпровідну мембрану, розміщену між анодом і катодом, при чому ця протонпровідна мембрана знаходиться в контакті з фотокаталізатором, так що світло проходить через мембрану в якості кінцевої стадії на оптичному шляху до фотокаталізатора, при чому фотокаталізатор здатний промотувати окислення органічного матеріала и генерувати електрони, а реактор споряджений засобами для введення топлива і засобами для з'єднання із зовнішньою електричною мережею.

Існують наступні види фото каталітичних реакторів:

  1.  Фотокаталітичний реактор, в якому протонпровідна мембрана утворена із світлопровідного матеріалу.
  2.  Фотокаталітичний реактор, в якому мембрана містить протонпровідне скло.
  3.  Фотокаталітичний реактор, в якому протонпровідну мембрану від катоду відділяє протонпровідна металева плівка.
  4.  Фотокаталітичний реактор, в якому мембрана представляє собою твердий електроліт, який здатний проводити світло на фотокаталітичну поверхню аноду.
  5.  Фотокаталітичний реактор, в якому світлопровідний твердий електроліт є хімічно модифікованим для посилення пропускання світла на фотокаталітичну поверхню.
  6.  Фотокаталітичний реактор, в якому світлопровідний твердий електроліт є фізично модифікованим для посилення пропускання світла на фотокаталітичну поверхню.
  7.  Фотокаталітичний реактор, в якому анод містить матеріал, здатний проявляти фотокаталітичні ефекти, при чому цей матеріал містить системи оксидів металів із стабільними змешаними валентностями.
  8.  Фотокаталітичний реактор, в якому анод містить матеріал, здатний проявляти фотокаталітичні ефекти і зроблений із індіюікелю, оксидів вольфраму, оксидів титану і їх комбінацій по меншій мірі з одним із оксидів вольфраму, оксидів молібдену і азоту.
  9.  Фотокаталітичний реактор, в якому фотокаталізатор активується видимим світлом (400-750 нм).
  10.  Фотокаталітичний реактор, в якому катод вибраний із сітки, пористого елементу чи перфорованної полоски.
  11.  Фотокаталітичний реактор, в якому катод виконаний із матеріалу, вибраного із благородних металів, каталітичних сплавів чи кераміки. Джерело електроенергії містить множину модифікованих
  12.  Фотокаталітичний реактор, функціонально з'єднаний в проточному виконанні з лінією подачі потоку середовища, що рухається і містить забруднювачі, які використовують в якості топлива для топливного елемента прямого окислення.
  13.  Фотокаталітичний реактор, в якому протонпровідна мембрана знаходиться в контакті з анодом і катодом.
  14.  топливних елементів прямого окислення, в яких анод представляє собою діючий за допомогою фотокаталізу анод, який містить фотокаталізатор на поверхні електропровідної підкладки, разміщеної так, щоб вона була сприйнятливою до світла, і світлопропусну протонпровідну мембрану, розміщену між анодом і катодом, при чому ця протонпровідна мембрана знаходиться в контакті з фотокаталізатором, так що світло проходить через мембрану в якості кінцевої стадії на оптичному шляху до фотокаталізатору, при чому фотокаталізатор здатний промотувати окислення органічного матеріалу і генерувати пари електронів, а згадані топливні елементи разміщені з утворенням батареї.

Фотокаталітичний реактор 1 застосовується для здійснення фотокаталітичної реакції в стічній воді, яка піддається обробці. Реактор містить реакційну камеру 1, яка містить: ультрафіолетову лампу 2, перфорований елемент 3, який підтримує множину рухомих частинок фотокаталізатора, розмір і густина яких така, що при роботі реактора вони залишаються на перфорованому елементі 3. Також реакційна камера 1 містить пристрої аерації (на рисунку не показані), які допомагають утворюватися газовим бульбашкам подніматися від перфорованого елементу і перемешувати рухомі частинки фотокаталізатора. Реактором може бути проточний реактор. Фотокаталітичний реактор використовується для очищення стічних вод з використанням сполук Ti (Zr).

Принципова схема фото каталітичного реактора зображена на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Фотокаталітичний реактор.

Фотокаталітичний реактор містить корпус, що включає стінку 4 з днищем 5, завантажувальний 6 і розвантажувальний вузли 7. Елементи корпусу з'єднані герметично, завантажувальний і розвантажувальний вузли виконані герметично. Зверху реактора розміщений газовідвідний патрубок, для відведення NOx, COx.

Процес освітлення вод в реакторі відбувається наступним чином: через завантажувальний люк вода потрапляє  до реактора разом із частинками каталізатора TiO2. На воду діє ультрафіолетове світло, яке випромінюється ультрафіолетовою лампою. При цьому відбувається освітлення води, що призводить до видалення забруднень з води.  Газові викиди NOx, COx відводяться через газовідвідний патрубок.

Процес очищення води у фото каталітичному реакторі є екологічно чистим, через те, що грубо дисперсна частина осаду Ti3(PO4)4 відводиться на регенерацію, частинки меншого розміру осаду Ti3(PO4)4 – використовуються в якості каталізатора. Через це значно знижується витрата реактивів на одиницю продукції, запезпечуючи їх повторне використання. Крім того, через регенерацію осаду забезпечується можливість видалення шламів – баласних компонентів, які містять домішки, присутність яких може призвести до втрат якості оксидів титану. Крім того, забезпечується можливість примусового видалення вмісту реактора при ремонті чи його аварійних зупинках.

Витрати енергії значно знижуються на одиницю продукції і виключається забруднення навколишнього середовища, через те, що концентрація газових викидів NOx, COx відповідає ГДК.

Патрубки для вводу та виводу води виконані в виді відрізка труби із матеріалу, стійкого до дії забруднювачів, які присутні у воді. Нижній кінець патрубка опущений в порожнину реактора до мінімального рівня розчину в реакторі. Газовідвідний патрубок виконаний в виді відрізка труби із матеріалу, стійкого до дії парів. Крім того, в реакторі відбувається контроль за режимом роботи реактора (температурою, об'ємом завантаження, кислотністю середовища та іншими робочими параметрами).

По закінченні часу, який визначається, наприклад, емпіричним шляхом з урахуванням температурних параметрів, концентрації реагентів – для концентратів, які відрізняються за вмістом корисного компоненту, чи відбором проб із реактора і їх експрес-аналізом, із реактора видаляють воду (через патрубок для відводу води), осад.

  1.  Біологічне очищення стічних вод

Пошук рішення для подолання можливих великомасштабних негативних наслідків впливу на навколишнє середовище від скиду недостатньо очищених каналізаційних стоків у водойми країни зводиться до створення комплексного біологічного очищення стічних вод для малих та середніх міст України. Використання сирих осадів, як компенсаційного субстрату у процесах очищення

стічної води від сполук азоту та фосфору,  і відповідно зменшення обсягів осадів та повернення у навколишнє середовище безпечних продуктів для повторного використання.

Існуючі каналізаційні очисні споруди, що побудовані за класичними біотехнологіями передбачені для окислення тільки розчинених або умовно розчинених органічних забруднень. Видалення завислих речовин, що містять до 70% органічної речовини, відбувається механічним способом відстоюванням стічних вод. Зневоднення видалених осадів в основному організовується на мулових майданчиках, що займають значні земельні ділянки та у більшості випадках створюють небезпеку для довкілля із-за подальшого розкладу органічних домішок і виливу осадів з переповнених мулових майданчиків.

Вказані очисні споруди не передбачені для глибокого біологічного вилучення сполук азоту і фосфору. Процес деградації органічних забруднень відбувається до , , або у кращому випадку до , , . Взагалі, за таких технологій, при очищенні міських стоків, тільки частина азоту (~28%) і фосфору (~23%) із розчину може бути асимільована аеробними гетеротрофами (для будови клітин), які у подальшому з надлишковим мулом видаляються з технологічного процесу. Вивантажені осади, за звичай, містять 2%–3% сухої речовини (за масою), а все інше вода. Разом з цим, вони як технологічні відходи утворюють складні структури, мають особливий розподіл та стан води, що обумовлює значний час та невелику глибину їх зневоднення. Скид недостатньо очищених стічних вод від біогенних речовин викликає цвітіння водойм (інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей) і, як наслідок, призводить до суттєвого погіршення якості води у поверхневих джерелах питного водопостачання.

Технологічне рішення базується на нових підходах щодо формування трофічного ланцюгу мікроорганізмів та умов забезпечення їх селекції і життєдіяльності, компенсації дефіциту поживного субстрату при проведенні процесів видалення сполук вуглецю, азоту і фосфору зі стічної води. Для цього використовуються внутрішні джерела видалення сполук вуглецю, азоту і фосфору зі стічної води. Для цього використовуються внутрішні джерела енергії каналізаційних стоків – гідролізуються та піддаються анаеробній конверсії первинні осади, частково – аеробній конверсії надлишковий стоків - гідролізуються та піддаються анаеробній конверсії первинні осади, частково - аеробній конверсії надлишковий мул. Посилюється конкурентна здатність за легкий поживний субстрат фосфоракумулюючих організмів (ФАО).

У біоставку, завдяки тому, що швидкість щільного осадження залежить від концентрації, розширений шар зберігається у широкому діапазоні швидкостей висхідного потоку. При зміні швидкості висхідного потоку, за гідродинамічними законами щільного осадження, автоматично змінюється об'ємна концентрація частинок у шарі. Кожному значенню швидкості потоку відповідає реальна концентрація частинок. Чим більша швидкість, тим менша концентрація. Коли швидкість наближається до швидкості вільного осадження частинок, що знаходяться у завислому шарі, шар розпливається, відбувається винос частинок з потоком. Таким чином, швидкість вільного осадження є верхньою межею існування розширеного шару. Також є нижня межа існування розширеного шару – це така мінімальна швидкість потоку, при якій гідродинамічний вплив на частинки шару менший сили ваги частинок. У цьому випадку частинки з щільною масою осядуть на дно.

Під час руху рідини через завислий шар, що знаходиться у стані динамічної рівноваги, сила тиску рідини на шар (втрати тиску ΔР) урівноважується вагою частинок розширеного шару.

Вага частинок шару у рідині дорівнює:

 (3.1)

де: ρ2 – густина часток шару;

ρ1 – густина рідини;

ε – доля вільного об'єму у шарі по відношенню до вільного об'єму (порозність – об'ємна доля рідини);

L – висота шару.

Тоді:

(3.2)

де: F – площа поперечного перерізу шару.

Отже падіння гідродинамічного тиску у розширеному потоком рідини шарі мулу дорівнює вазі частинок цього шару у рідині з одиничною площею основи.

При проходженні рідини через нерухомий шар мулу з поступовим збільшенням швидкості потоку, починаючи з мінімальної, весь шар мулу перейде у розширений стан. При подальшому збільшенні швидкості, шар мулу буде розширюватися (збільшуватися за об'ємом) і при досягненні швидкості вільного осадження, він почне руйнуватися (винесення частинок). Винесення частинок буде збільшуватися із збільшенням швидкості і так до переходу полідисперсної системи у гідротранспортний режим. Розширений шар мулу, що формується з господарчо-побутових або прирівняних до них стоків, представляє дисперсну систему частинок різної гідравлічної крупності.

Межа доцільного розмиву шару повинна знаходитись між величинами освітлення Е=64-70%, що обумовлюватиме винесення завислих частинок з апарату 85-100 мг/дм3.

За об'ємами мулу, визначених за гідродинамічних та біологічних умов, уточнюють необхідний об'єм мулу у системі для забезпечення необхідного освітлення стічних вод. Розрахункові характеристики природніх біоставків з розширеним шаром мулу для обробки стічних воднаведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Розрахункові характеристики природніх біоставків з розширеним шаром мулу для обробки стічних вод

Характеристики

процесу

Одиниці

вимірювання

Рекомендовані

величини

1

Номінальна швидкість висхідного потоку

м/год

1

2

Концентрація мулу в реакторі і у розширеному шарі

кг/м3

17

3

Зольність мулу у розширеному шарі реактору

%

35

4

Об'ємне навантаження на споруду

кгХСК/м3·доб

0,9

5

Вік мулу

Доб

70

6

Мінімальний час гідравлічного утримання стоків у споруді

Год

4

7

pH

6-8

8

Досягнута температура стічної води у реакторі в холодний період року

°С

14

За гідродинамічним режимом роботи першої біологічної ступені – з біоставка виноситься 80-100 мг/дм3 мулу. Добре структуровані носії заселяються новими активними мікроорганізмами, які знаходяться у безперервному русі  і покращують седиментаційні властивості мулу. Також у біоставку вивільняються додаткові джерела енергії зі стічної води – це покриває дефіцит субстрату для глибокого біологічного видалення азоту і фосфору, створює умови для вирішення проблеми безпечних відходів зі зменшенням їх обсягів у 3-4 рази.

Основні положення методики розрахунків та умови протікання процесів нітрифікації, денітрифікації, дефосфатизації можна подати наступним чином:

  1.  Розрахунок органічної речовини і баланс речовини в системі проводиться за комплексними показниками – ХСК, БПКповн.
  2.  Органічна речовина сирих осадів:

, (3.3)

де: БРБ – беззольна речовина біомаси (осадів);

1,42 – перевідний коефіцієнт, отриманий з рівняння аеробної конверсії органічної речовини:

(3.4)

звідки – усереднена органічна речовина міських стоків. Біологічні інертні частки розчиненої і не розчиненої органічної речовини, інертний азот при розрахунках не враховується і вважається, що вони виводяться з очищеними стічними водами і вивантажуються з мінералізованими осадами. Їх кількість оцінюється за наступними величинами: інертна розчинена органічна речовина міських стоків від загальної кількості розчиненої речовини ХПК – 8,5 %; інертні в БРБ – ХПК=35%; інертний розчинений азот від загальної кількості азоту – 2 %; інертний органічний азот в завислих від загальної кількості азоту – 12 %.

Для компенсації дефіциту розчиненого субстрату в системі використовуються ферментовані гідролізати сирого осаду і надлишкового мулу аеробної ступені. Дефіцит розчиненого субстрату у міських стоках, при біологічному видаленні надлишкового азоту і фосфору складає 60 % від загальної потреби за класичної технології.

На практиці нітрифікацію виконує обмежена група автотрофів, вони мають незначний приріст біомаси (0,15 кг БРБ на 1 кг нітрифікованого азоту), тому час нарощування в одномулових системах ефективних концентрацій цих мікроорганізмів (2%) повинен бути не менше 12 діб. Вік мулу визначається за ефективною масою автотрофів у мулі і добовим приростом нітрифікуючих мікроорганізмів. Процес нітрифікації можна описати:

(3.5)

Розрахунок об'єму денітрифікатора проводиться за питомою об'ємною швидкістю процесу і за масою азоту, що підлягає денітрифікації. Дефіцит субстрату для мікроорганізмів денітрифікації компенсується гідролізантами (ЛЖК), отриманих в сирих осадів в анаеробному реакторі та з надлишкового мулу. Необхідна розрахункова кількість субстрату для гетеротрофів денітрифікації – . Для проведення денітрифікації  потрібне фінішне насичення киснем суміші активного мулу, для видалення молекулярного азоту – продукту денітрифікації. Він може бути використаний для подачі (розчинення) хімічних реагентів дефосфатизації. Біоставок забезпечує доочищення від залишків нітратів і зменшує концентрації завислих речовин у воді.

Біологічне видалення фосфору ґрунтується на здатності гетеротрофних фосфоракумулюючих організмів поглинати і накопичувати в аноксидних і анаеробних умовах полі фосфати, в аеробних – ортофосфати зі стічної води. Для вказаних організмів характерне резервування великої кількості енергетичних речовин (глікогену). Вказані резерви у сприятливих умовах використовуються організмами для генерації нового життя. Розрахункова величина біологічного видалення фосфору складає 20 % від загальної кількості фосфору. Спожитий фосфор з розчину виводиться зі станції з надлишковими осадами. Обов'язковою умовою біологічного видалення фосфору є наявність органічних речовин за зразком ЛЖК, яка також регенерується як додатковий субстрат. Необхідна розрахункова кількість субстрату для гетеротрофів дефосфатизації – . За питомими витратами ЛЖК визначається необхідна кількість розчиненого субстрату для забезпечення процесу дефосфатизації.

Для зменшення витрат енергоносіїв треба:

  •  збільшити розчинність кисню в аеробних резервуарах за рахунок доведення їх до глибини 7 м, застосувати дрібнобульбашкову аерацію, проводити контроль концентрації кисню;
  •  застосувати ефективне насосне і повітродувне обладнання.

  1.  Опис технологічної схеми виробництва

В наш час багато уваги приділяється питанням охорони довкілля. В світі все більше країн ставлять на перше місце екологічні аспекти виробництва, яке потребує значних витрат.

Підтримання нормального функціонування наземних і підземних екосистем залежить від багатьох факторів, проте одним з найголовніших був і залишається якість води. Вода, що наповнює океани, моря, озера і ріки, покриває більше двох третин земної поверхні. Біогенні елементи – хімічні елементи, які постійно входять до складу живих організмів і виконують певні біологічні функції. В першу чергу це вуглець, водень, азот і фосфор. Екологічна безпека водних джерел оцінюється ступенем досягнення нормативних показників, у тому числі і за сполуками азоту й фосфору, оскільки про якість води частіше за все судять по двом показникам, а саме, по концентраціям у воді розчинених сполук азоту і фосфору. При  «нормальних» умовах азот і фосфор зустрічаються у низьких концентраціях та можуть майже повністю використовуватись рослинами у ході їхньої життєдіяльності. Згідно зі статистикою, основним джерелом надходження азоту амонійного та фосфатів у стічні води є побутовий сектор.

Зміна основного джерела надходження стоків з промислового на побутовий, яка відбувається протягом останніх десяти років, зумовила зменшення кількості чистої води, що потрапляє в каналізацію, а широке використання миючих засобів призвело до появи у стоках нових типів хімічних сполук. Їх специфічні якості викликають серйозні ускладнення при біохімічній очистці. Навіть незначна їхня кількість, а також поверхнево активні речовини викликають порушення кисневого балансу, створюючи негативні умови для розвитку біоценозу.

В бакалаврському проекті було розроблено особливу схему очищення води від біогенних елементів. Подальший розвиток дослідження можливостей застосування очищення стічних вод за допомогою фотокаталітичної технології необхідний – для покращення енергоефективності очищення стоків. Також дана схема передбачає:

- зростання ефекту освітлення стоків, зниження масового навантаження на апарати;

- вищу якість очищених стоків;

- простішу промивку механічного фільтра;

- капітальні та експлуатаційні витрати в кілька разів нижче.

Дана схема складається з таких апаратів: решітка (позиція 1); бак-усереднювач (позиція 2); змішувач (позиція 3); фотокаталітична установка 1 ступеня (позиція 4);  фотокаталітична установка 2 ступеня (позиція 5); механічний фільтр (позиція 6); біоставок (позиція 7); насоси (позиції 8).

Стічна вода  потрапляє на механічну решітку 1, де стічна вода очищається від домішок великого розміру (сміття, різних предметів). Далі потік води насосом направляється в бак-усереднювач 2, де збираються і змішуються кислі та лужні стоки – усереднюються концентрації забруднюючих речовин, а потім відбувається усереднення витрат води.

Після цього усереднена вода подається у змішувач 3, куди подається ТiCl4 (ZrCl4). Із змішувача 3 виводиться осад Тi3(PO4)4  (Zr3(PO4)4) та очищена вода від колоїдних домішок. Очищення відбувається внаслідок проходження реакції взаємодії:

 (4.1)

відбувається утворення осаду Ti3(PO4)4. Грубодисперсні частинки осаду відводяться через розвантажувальний люк. Частинки меншого розміру відділяються і відводяться до фотокаталітичного реактора, де використовуються в якості каталізатора.

Люк подачі твердого компонента виконаний в виді отворів в верхній частині корпуса реактора, який споруджений поворотною заслонкою, яка герметично перекриває отвір. Об'єм бункера, з якого завантажується каталізатор відповідає об'єму порції твердого компоненту, який одноразово завантажується в реактор. Далі в реактор завантажують нову порцію компонентів, і все повторюється.

Далі вода проходить фотокаталітичні установки 1 та 2 ступеня 4, 5 в яких відбувається освітлення води. Процес освітлення вод в реакторі відбувається наступним чином: через завантажувальний люк вода потрапляє  до реактора разом із частинками каталізатора Ti3(PO4)4. На воду діє ультрафіолетове світло, яке випромінюється ультрафіолетовою лампою. При цьому відбувається освітлення води, що призводить до видалення забруднень з води.  Газові викиди NOx, COx відводяться через газовідвідний патрубок.

Процес очищення води у фотокаталітичному реакторі є екологічно чистим, через те, що грубо дисперсна частина осаду Ti3(PO4)4 відводиться на регенерацію, частинки меншого розміру осаду Ti3(PO4)4 – використовуються в якості каталізатора. Через це значно знижується витрата реактивів на одиницю продукції, запезпечуючи їх повторне використання.

Після цього вода потрапляє до механічного фільтра 6, де очищається від осаду, що можливо був винесений із змішувача. Після цієї стадії вода скидається до природної водойми – біоставка, де вода остаточно доочищується від домішок за допомогою біомаси.

Рисунок 3.1 – Технологічна схема очищення води від біогенних       елементів ДОРОБИТЬ

1 – решітка; 2 – бак-усереднювач; 3 – бак-змішувач; 4 – фотокаталітична установка 1 ступеня; 5 – фотокаталітична установка 2 ступеня; 6 – механічний фільтр; 7 – біоставок; 8 – насоси.

Суттєвим недоліком при обробці стічних вод, що містять біогенні елементи є високі проблеми, пов'язані з обробкою та утилізацією відходів.

Відходами є осад Zr3(PO4)4  (Ti3(PO4)4) , біомаса з біоставка та газові викиди. Шляхи переробки Zr3(PO4)4  (Ti3(PO4)4) – на регенерацію і отримання ZrСl4 (TiCl4); відпрацьована біомаса – на корм мікроорганізмам з біоставка; газові викиди СОХ, NOX можливо очищати одним із наступних методів:

— промивання викидів розчинниками, що не сполучаються із забруднювачами (метод абсорбції);

— промивання викидів розчинами, що вступають в хімічне з'єднання з забруднювачами (метод хемосорбції);

— поглинання газоподібних забруднювачів твердими активними речовинами (метод адсорбції);

— термічна обробка викидів;

— осаджування в електричних та магнітних полях;

— виморожування.

  1.  Визначення витратних коефіцієнтів з сировини, напівпродуктів, допоміжних матеріалів та енергетичних носіїв
    1.  Розрахунок для Ti4+

Реакція протікає за наступним механізмом:

 (5.1)

Концентрація фосфатів на вході: ; концентрація фосфатів на виході: .

  1.  Перерахуємо вихідну концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Перерахуємо кінцеву концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на виході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Ступінь перетворення:

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– концентрація фосфатів на виході ().

  1.  Витратний коефіцієнт:

де:  х – ступінь перетворення;

– концентрація фосфатів на вході ();

3 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , ;

4 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , .

  1.  Кількість осаду :

де: – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Багатоваріантний розрахунок для Ti4+

Концентрація фосфатів на вході:  концентрація фосфатів на виході:  

  1.  Перерахуємо вихідну концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Перерахуємо кінцеву концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на виході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Ступінь перетворення:

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– концентрація фосфатів на виході ().

  1.  Витратний коефіцієнт:

де:  х – ступінь перетворення;

– концентрація фосфатів на вході ();

3 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , ;

4 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , .

  1.  Кількість осаду :

де: – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Розрахунок для Zr4+

Реакція протікає за наступним механізмом:

(5.2)

Концентрація фосфатів на вході: ; концентрація фосфатів на виході: .

  1.  Перерахуємо вихідну концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Перерахуємо кінцеву концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на виході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Ступінь перетворення:

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– концентрація фосфатів на виході ().

  1.  Витратний коефіцієнт:

де:  х – ступінь перетворення;

– концентрація фосфатів на вході ();

3 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , ;

4 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , .

  1.  Кількість осаду :

де: – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Багатоваріантний розрахунок для Zr4+

Концентрація фосфатів на вході:  концентрація фосфатів на виході: .

  1.  Перерахуємо вихідну концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Перерахуємо кінцеву концентрацію фосфору на :

де:  – концентрація фосфатів на виході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Ступінь перетворення:

де:  – концентрація фосфатів на вході ();

– концентрація фосфатів на виході ().

  1.  Витратний коефіцієнт:

де:  х – ступінь перетворення;

– концентрація фосфатів на вході ();

3 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , ;

4 – стехіометричний коефіцієнт перед ;

– молярна маса , .

  1.  Кількість осаду :

де: – концентрація фосфатів на вході ();

– молярна маса , ;

– молярна маса , .

  1.  Характеристики технологічного обладнання
  2.  ГАБАРИТНІ РОЗРАХУНКИ АПАРАТІВ
    1.  Розрахунок решітки
  3.  Число прозорів:

(6.1)

де: Q –продуктивність по оброблюваній воді, 600 м3/добу=0,007 м3/с;

bширина прозорів між стержнями, b=20 мм;

hpглибина води в решітці, hp=1,2 м;

Vpшвидкість проходження води через решітку, Vp=1 м;

Кз – коефіцієнт запасу Кз=1,1.

  1.  Загальна ширина решіток:

(6.2)

де: S – ширина стержня решітки, S=10 мм.

  1.  Кількість решіток:

(6.3)

де: В – ширина стандартної решітки, вона знаходиться із таблиці 3.

Таблиця 6.1 – Розміри решіток в залежності від продуктивності

Q, м3/c

Розмір решіток В·Н, мм

0,028-0,11

1000×1000

0,28-0,38

1000×1000

0,61-1,14

800×1400

1,39-2,2

1400×2000

2,45-2,7

1400×2000

 

  1.  Розрахунок баку-усереднювача

При необхідності усереднення складу і витрат промислових стічних вод потрібно встановлювати баки-усереднювачі.

Тип усереднювача (барботажний, з механічним перемішуванням, багатоканальний) потрібно обирати із врахуванням характеру коливань концентрації забруднюючих речовин (циклічні, мимовільні коливання і залпові викиди), а також виду і кількості зважених речовин.

Число секцій усереднювачів треба приймати не менше двох, причому обидві робочі.

При наявності в стічних водах зважених речовин слід продумувати міри по недопущенню осадження їх в усереднювачі.

В усереднювачах з барботуванням або механічним перемішуванням при наявності в стоках легколетучих ядовитих речовин слід поставити перекриття і вентиляційну систему.

  1.  Необхідний коефіцієнт усереднення:

(6.4)

де:  Сmax — концентрація забруднень в залповому скиді, Сmax=45 мг/дм3;

Сmid — середня концентрація забруднень в стічних водах, Сmid=8 мг/дм3;

Сmin — концентрація, допустима за умовами роботи наступних споруд, Сmin=4 мг/дм3.

  1.  Об'єм усереднювача Wус, м3, при залповому викиді необхідно розраховувати за формулами:
  2.  при при Kvс до 5:                      

 , (6.5)

  1.  при Kvс = 5 і більше:

 , (6.6)

де: q — витрата стічних вод, q=25 м3/год;

tус — тривалість залпового викиду, tус =4 год;

Kус — необхідний коефіцієнт усереднення;

Кус більше 5, тому об'єм усереднювача розраховуємо за формулою (1.6):

  1.  Розрахунок механічного фільтра
  2.  Загальна площа фільтрування:

(6.7)

де: Q0 – продуктивність фільтрів по проясненій воді з урахуванням витрати води на їхні власні нестатки, Q0=25 м3/год;

ω – швидкість фільтрування при нормальному режимі роботи фільтрів, ω=10 м/год.

  1.  Кількість фільтрів:

(6.8)

де: F' – загальна площа фільтрування, F'=2,75 м2.

  1.  Необхідна площа фільтрування фільтра:

(6.9)

де: n – число фільтрів, n=2.

Підбираємо площу фільтрів, що випускаються заводами з окргленням значення у бік збільшення (). Обираємо 2 однокамерні фільтри марки ФЛ1000:

  1.  площа фільтрування кожного фільтра– f=3,2  м2;
  2.  діаметр D=1230 мм;
  3.  висота шару Ншару=2600 мм.

  1.  Витрата води на розпушення:

(6.10)

де: f – площа фільтрування кожного фільтра, f=3,2  м2;

і – інтенсивність розпушування, і=10 л/(м2);

tрозп – тривалість розпушування фільтра, tрозп=5 хв.

  1.  Витрата води на відмивання фільтрів шляхом спуску в дренаж першого мутного фільтрату зі швидкістю 4 м/c протягом 10 хв:

(6.11)

де: ω – швидкість фільтрування, ω=4 м/год;

tвідм – тривалість відмивання фільтра, tвідм=10 хв.

  1.  Годинна витрата води на власні нестатки фільтрів:

(6.12)

де: mкількість відмивань кожного фільтра на добу,  m=3;

n – число фільтрів, n=2;

– витрата води на розпушення,

– витрата води на відмивання фільтрів шляхом спуску в дренаж першого мутного фільтрату зі швидкістю 4 м/c протягом 10 хв,  

  1.  Продуктивність фільтрів з урахуванням витрати води на їх власні нестатки:

(6.13)

де: Q0 – продуктивність фільтрів по проясненій воді з урахуванням витрати води на їхні власні нестатки, Q0=25 м3/год;

– годинна витрата води на власні нестатки фільтрів,

  1.  Дійсна швидкість фільтрування при роботі усіх фільтрів:

(6.14)

де: Qв.н. – продуктивність фільтрів з урахуванням витрати води на їх власні нестатки;

n – число фільтрів, n=2;

f – площа фільтрування кожного фільтра, f=3,2  м2.

  1.  Швидкість фільтрування при роботі вимкненні одного з фільтрів на промивку:

(6.15)

де: Qв.н. – продуктивність фільтрів з урахуванням витрати води на їх власні нестатки;

n – число фільтрів, n=2;

f – площа фільтрування кожного фільтра, f=3,2  м2.

  1.  Вибір основного апарату – фотокаталітичного реактора

Фотокаталітичний реактор обираємо виходячи з необхідного діапазону опромінення та продуктивності за вихідною водою. Для даних умов підходять фотокаталітичні реактори Ecosoft UV E-360.

Рекомендується: для знезараження попередньо очищеної води з різних джерел, з продуктивністю 1,36-2,72 м³/год.

Регенерація: без регенерації, після закінчення терміну експлуатації ультрафіолетовий випромінювач підлягає заміні.

Переваги установки ультрафіолетового знезараження Ecosoft UV E-360:

 - висока ефективність і надійність знезараження води;

 - висока якість комплектуючих: корпус лампи виготовлений з сталі 304, рукав із кварцового скла;

 - немає зливу в каналізацію - економія води;

 - компактний дизайн;

 - фізичний метод знезараження - не вимагає застосування додаткових хімічних реагентів.

Рисунок 6.1 – Ультрафіолетова лампа для фото каталітичної установки Ecosoft UV E-360

  1.  Розрахунок біологічного ставка

Біологічні ставки слід застосовувати для очищення і глибокого очищення міських, промислових і поверхневих стічних вод, які містять органічні речовини.            

Біологічні ставки допускається проектувати як із природною, так і з штучною аерацією (пневматичною чи механічною).

При очищенні в біологічних ставках стічних вод, вони не повинні мати БПКповн вище 200 мг/дм3 — для ставків з природною аерацією і вище 500 мг/дм3 — для ставків з штучною аерацією.

При БПКповн вище 500 мг/дм3 слід виконувати попередню очистку стічних вод.

В ставки для глибоко очищення допускаєтся направляти стічну воду після біологічного чи фізико-хімічного очищення з БПКповн не більше 25 мг/дм3 — для ставків з природною аерацією і не більше 50 мг/дм3 — для ставків з природною аерацією.

Перед ставками для очищення слід ставити решітки з прозорами не більше 16 мм і відстоювання стічних вод на протязі не менше 30 хв.

Після ставків з природною аерацією необхідно проводити відстоювання очищеної води на протязі 2—2,5 год.

Біологічні ставки слід встановлювати на нефільтруючих чи слабофчльтруючих грунтах.

Біологічні ставки слід розміщувати з підвітряного по відношенню до забудованого боку направлення вітру в теплий період року. Направлення руху води в ставку повинно бути перпендикулярним цьому направленню вітру.

Біологічні ставки слід проектувати не менше ніж із двох паралельних секцій з 3-5 послідовними ступенями в кожній, з можливістю відключення будь-якої секції ставка для очищення чи профілактичного ремонту без порушення роботи інших.

Відношення довжини до ширини ставка з природною аерацією повинно бути не менше 20. При менших відношеннях потрібно встановлювати конструкції впускних і випускних пристроїв, які забезпечують рух води по всьому живому перерізі ставка.

В ставках з природною аерацією відношення сторін секцій може бути будь-яким, при якому аеруючі пристрої повинні забезпечувати рух води в будь-якій точці ставка зі швидкістю не менше 0,05 м/с. Форма ставків в плані залежить від типу аераторів: для пневматичних чи механічних ставків можуть бути прямокутними, для механічних — круглими.

Відмітка лотка перепускної труби із одної ступені в другу повинна бути вище дна на 0,3-0,5 м. Випуск очищеної води слід здійснювати через збірний пристрій, розміщений нище рівня води на 0,15-0,2 глибини ставка.

Хлорувати воду потрібно, як правило, після ставків. В окремих випадках допускається хлорування перед ставками.

Концентрація залишкового хлору в воді після контакту не повинна перевищувати 0,25-0,5 г/м3.

Робочий об'єм ставка потрібно визначати за часом перебування в ньому середньодобової витрати стічних вод.

  1.  Час перебування води в ставку з природною аерацією t, доба, слід визначати за формулою:              

 , (6.16)

де: N  число послідовних ступенів ставка – одна ступінь;

Klag — коефіцієнт об'ємного використання кожної ступені ставка;

K'lag — коефіцієнт об'ємного використання останьої ступені ставка;

Klog і K'log приймаються для штучних ставків з відношенням довжини секцій до ширини 20:1 і більше — 0,8-0,9; при відношенні 1:1 — 3:1; чи для ставків, встановлених на основі природних місцевих водойм (озер) — 0,35;

Len — БПКповн води, яка потрапляє в дану ступінь ставка,      БПКповн=120 мг/дм3;

L'en — БПКповн води, яка потрапляє в останню ступінь ставка;

Lex — БПКполн води, яка виходить із даної ступені ставка,       БПКповн=30 мг/дм3;

L'ex — БПКполн води, яка виходить із останьої ступені ставка;

Lfin — залишковий БПКповн, обумовлений внутрішньоводоємними процесами і який приймається літом 2-3 мг/дм3 (для ставків, які цвітуть — до 5 мг/дм3), зимою — 1-2 мг/дм3;

k — константа швидкості поглинання кисню, доба; для промислових стічних вод встановлюється експериментальним шляхом; для міських і   

близьких до них по складу промислових стічних вод при відсутності експериментальних даних k для всіх проміжних секцій очисного ставка може бути прийнята рівною 0,1 доба–1, для останнього ступеня k' = 0,07 доба–1 (при температурі води 20 °С).

Для ставків глибокого очищення k слід приймати, доба–1: для 1-го ступеня — 0,07; для 2-го ступеня — 0,06; для інших ступеней ставка — 0,05—0,04; для одноступінчатого ставка k = 0,06 доба–1.

Для температур води, яка відрізняється від 20 °С, значення k повинно бути скоректовано за формулами:

  1.  для температури води від 5 до 30 °С:

(6.17)

  1.  для температури води від 0 до 5 °С:

(6.18)

де: k — коефіцієнт, який визначається в лабораторних умовах при температурі води 20 °С.

  1.  Загальна площа дзеркала води ставка Flag, м2, з природною аерацією треба визначати за формулою:

(6.19)

де: — витрата стічних вод, Q=600 м3/доба;

Ca — розчинність кисню повітря в воді, Ca =38,52 мг/дм3; 

Cex — концентрація кисню, яку необхідно підтримувати в воді, яка виходить із ставка, Cex =30 мг/дм3;

ra — величина атмосферної аерації при дефіциті кисню, рівному одиниці, приймається ra =3 г/(м2·доба).

  1.  Розчинність кисню повітря в воді, мг/дм3, визначається за формулою:

(6.20)  

 де: ha — глибина залягання біоставка, ha=5 м;

CT — розчинність кисню в воді в залежності від температури і атмосферного тиску, яка приймається з довідкових даних. При температурі 20°С і атмосферному тиску: CT=3,1 мг/дм3. Насиченість води киснем залежить від багатьох факторів: температури, тиску, мінералізації, кількості інших газів.

 Найбільший вплив має температура: чим тепліша вода, тим менше в ній кисню.

  1.  Розрахункову глибину ставка Hlag, м, з природною аерацією слід визначити по формулі:

(6.21)

Робоча глибина ставка не повинна перевищувати, м: при Len вище 100 мг/дм3  0,5; при Len до 100 мг/дм3 1; для ставків глибокої очистки з Len від 20 до 40 мг/дм3  2, з Len до 20 мг/дм3  3. При можливості замерзання ставка зимою Н повинна бути збільшена на 0,5 м.

Для підвищення глибини очищення води до БПКповн 3 мг/дм3 і зниження вмісту в ній біогенних елементів (азоту і фосфору) рекомендується застосування в біоставку вищої водної рослинності рогози, троснику. Вища водна рослинність повинна бути розміщена в останній секції ставка.

  1.  Розрахунок допоміжного обладнання

У хімічній промисловості широко застосовують стискання i транспортування великих кількостей рідини і газів при тисках від атмосферного до сотень МПа. Кожне виробництво застосовує насоси і (або) компресори, так зване допоміжне обладнання, без якого робота основного обладнання неможлива.

Насоси – гідравлічні машини, які перетворюють механічну енергію двигуна в енергію рідини, що переміщується, збільшуючи її тиск. Різниця тисків рідини в насосі та трубопроводі зумовлює її рух. Найбільш розповсюдженими є відцентрові насоси, в яких всмоктування і нагнітання рідини відбувається рівномірно і безперервно під тиском відцентрової сили, яка виникає при обертанні робочого колеса з лопатками, розташованого в спіралеподібному корпусі. В поршневому насосі, які використовують для створення великих

тисків, всмоктування і нагнітання рідини відбувається при зворотно-поступальному русі поршня в циліндрі насосу.

Машини для стиснення і переміщення газів називають компресорами.

Відношення кінцевого тиску р2, створюваного компресором, до початкового р1 при якому відбувається всмоктування, називають ступенем стиснення, тобто c=р21. В залежності від значення с компресійні машини діляться на:

- вентилятори (с < 1,15) – для транспортування великих кількостей газів при низьких тисках;

- газодувки (1,15 < с < 3,0) – для транспортування значних кількостей газів при істотних гідравлічних опорах системи, у якій переміщується газ;

- компресори (с > 3,0) – для створення високих тисків. Для створення тиску нижче атмосферного(при відсмоктуванні газів), тобто вакууму, можуть бути

використані будь-які компресори, але частіше для цієї мети застосовують поршневі i ротаційні вакуум-насоси, які за принципом дії не відрізняються від компресорів.

  1.  Розрахунок і вибір насоса

Насос підбираємо для перекачування води при температурі 20°С з одного апарату в інший апарат, що працює під надмірним тиском 0,1 МПа. Витрата води Q= 0,00694 м3/с. Геометрична висота підйому води 15 м. Довжина трубопроводу на лінії всмоктування 10 м, на лінії нагнітання 40 м. На лінії нагнітання є два відведення під кутом 120° і 10 відведень під кутом 90° з радіусом повороту і 2 нормальних вентиля. На всмоктувальній ділянці трубопроводу встановлено 2 прямоточних вентиля, є 4 відведення під кутом 90° з радіусом повороту.

  1.  Вибір трубопроводу.

Для всмоктувального і нагнітального трубопроводу приймемо однакову лінійну швидкість води ω, що дорівнює 1 м/с. Тоді діаметр рівний:

(6.22)

Вибираємо сталевий трубопровід зовнішнім діаметром 95 мм і завтовшки стінки 4 мм. Тоді внутрішній діаметр d = 0,0945 м. Тоді фактична швидкість води в трубі:

 

      (6.23)

Приймемо, що трубопровід сталевий, корозія незначна.

  1.  Визначення втрат на тертя і місцеві опори.

Знаходимо критерій Рейнольдса:

(6.24)

де: μ – динамічна в'язкість води, Па·с.

Отримане значення критерію Рейнольдса вказує на турбулентний режим. Абсолютну шорсткість трубопроводу приймаємо рівною 2·10-4 м. Тоді:

(6.25)

       (6.26)

                     

Таким чином в трубопроводі має місце змішане тертя   (виконується умова   і розрахунок λ слід проводити по формулі:

(6.27)

Визначимо суму коефіцієнтів місцевих опорів окремо для всмоктувальної і нагнітальної ліній. Для всмоктувальної лінії:

  1.  Вхід в трубу (приймаємо з гострими краями): ξ1 = 0,5.
  2.  Прямоточні вентилі:   для   d = 0,076 м ξα = 0,6; для d = 0,10м  ξα = 0,5.

Інтерполяцією знаходимо для d = 0,0945 і ξα = 0,54. Множимо на поправочний коефіцієнт  0,925, одержуємо  ξ2= 0,5.

Відведення:   коефіцієнт А = 1,   коефіцієнт В = 0,09; ξ3 = 0,09.
Сума коефіцієнтів місцевих опорів у всмоктувальній лінії:

Σξ= ξ1 + 2∙ξ2 + 4∙ξ3 = 0,5 + 1,04 + 0,36 = 1,9.

Втрачений напір у всмоктувальній лінії знаходимо по формулі:

,

де l, de - відповідно довжина і еквівалентний діаметр трубопроводу.

Для нагнітальної лінії:

1) Відводи під кутом 120 °: А = 1,17, В = 0,09, ξ1 =0,105.

2) Відведення під кутом 90 °: ξ2 =0,09.

3) Вентилі: для d = 0,08 м  ξ= 4,0, для d = 0,1 м  ξα = 4,1. Приймаємо для

d = 0,0945 м   ξ3 = 4,04.

4) Вихід з труби: ξ4=1.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів в нагнітальній лінії:

Σξ= 2ξ1 + 10ξ2 + 2ξ3 + ξ4= 2·0,105 + 10·0,09 + 2·4,04 +1 = 10,2.

Втрачений напір в нагнітальній лінії:

Загальні втрати напору:  

  1.  Вибір насосу

Знаходимо напір насоса за формулою:

H = (P2 - P1)/р∙g + Нг + h = 1∙106/(998∙9,81) +  (6.28)

+15 + 1,05 = 26,26  мм.вод.ст.,

де: Р1 – тиск в апараті, з якого перекачується рідина;

Р2 – тиск в апараті, в який подається рідина, різниця тисків дорівнює надмірному тиску, Па;

Нг – геометрична висота підйому рідини.

Напір до 40 м при заданій продуктивності забезпечується відцентровими насосами.

Корисна потужність насоса визначається:

Nп = pgQH = 998∙9,81∙0,0069∙26,26·0,001=1,785 кВт. (6.29)

Приймаючи к.к.д. передачі ηпер = 1 і ηн = 0,5, знайдемо потужність на валу двигуна:

N = Nп/(ηнηпер) = 1,785/(0,5∙1) = 2,976 кВт. (6.30)

За даними подачі та напору найбільше відповідає відцентровий насос марки Calpeda-C. Агрегат типу СД – горизонтальний, одноступеневий з робочим колесом закритого типу. Параметри насоса: продуктивність якого становить до 26 м3/год, напір – до 8 м, n = 2900 об/хв.

  1.  ПРОГРАМУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РОЗРАХУНКІВ НА ПЕРСОНАЛЬНОМУ КОМП’ЮТЕРІ
    1.  Розрахунки для видалення фосфатів з води
  2.  Концентрація: г/дм3. Перерахуємо на :

Потрібно  на 1 дм3. Беремо 5 наважок  і 5 наважок .  Готуємо розчини по 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 г на 100 см3. Додаємо по  25 см3 реактиву на фосфати, доводимо водою до мітки, перемішуємо і залишаємо на 15 хвилин.

Одночасно готуємо стандартну калібрувальну криву із вмістом 0, 5, 10, 15, 20, 25 см3 стандартного розчину (з концентрацією фосфатів 0,1 г/дм3) на 100 см3. Після цього вимірюємо оптичну густину розчинів і будуємо стандартну калібрувальну криву.

Рисунок 7.1 – Стандартна калібрувальна крива для розчину з концентрацією фосфатів 0,1 г/дм3 

Вимірявши оптичну густину розчинів приготовлених розчинів (аліквота 5 см3)  для  і отримані значення =0.

З графіка отримуємо рівняння виду:

,

Розраховуємо кінцевий вміст (масу) фосфатів:

Перерахуємо отримані маси в концентрації:

Отже, фосфати повністю було видалено із води.

  1.  Концентрація:  г/дм3. Перерахуємо на :

Потрібно  на 1дм3. Беремо 5 наважок  і 5 наважок .  Для цього додаємо по 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 г в колбу на 100 см3. Додаємо по  25 см3 реактиву на фосфати, доводимо водою до мітки, перемішуємо і залишаємо на 15 хвилин. Одночасно готуємо стандартну калібрувальну криву. Для цього потрібно 0, 5, 10, 15, 20, 25 см3 стандартного розчину (з концентрацією фосфатів 0,2 г/дм3) в колбу на 100 см3. Після цього вимірюємо оптичну густину розчинів і будуємо стандартну калібрувальну криву.

Рисунок 7.2 – Стандартна калібрувальна крива для розчину з концентрацією фосфатів 0,2 г/дм3

З графіка отримуємо рівняння виду:

,

.

Проводимо вимірювання оптичної густини приготовлених розчинів та розраховуємо кінцевий вміст Р2О5 в цих розчинах.

Розраховуємо кінцевий вміст (масу) фосфатів:

Перерахуємо отриману масу в концентрацію:

Таблиця 7.1 – Оптична густина для  аліквота 20 см3

Вміст

Оптична густина

m, г

CP, г/дм3

0,1

0,185

0

0

0,3

0,33

0,00051

0,000025

0,5

0,48

0,0046

0,00023

0,7

0,62

0,0084

0,00042

0,9

0,765

0,0123

0,00062

Таблиця 7.2 – Оптична густина для аліквота 20 см3

Вміст

Оптична густина

m, г

CP, г/дм3

0,1

0,25

0

0

0,3

0,24

0

0

0,5

0,24

0

0

0,7

0,26

0

0

0,9

0,25

0

0

З отриманих даних видно, що при використанні дози 20 см3  фосфати були видалені повністю; при використанні дози 20 см3  вміст Р зменшився, про що можна свідчити з рисунку 7.3.

Рисунок 7.3 – Залишкова кількість Р, в залежності від дози

  1.  Визначення ZrOCl2

Концентрація:або 236,74 г/л. Потрібно 1 мл в колбу на 1 дм3 – стандартний розчин. Далі в конічні колби на 250 см3 відбираємо по 5, 10, 15, 20, 25 мл цього розчину і додаємо 150 см3 води. Даємо відстоятися розчину. Далі вимірюємо оптичну густину цих розчинів.

Одночасно готуємо стандартну калібрувальну криву. Для цього потрібно    0, 5, 10, 15, 20, 25 см3 стандартного розчину з концентрацією фосфатів 0,1 г/дм3 на 100 см3. Після цього вимірюємо оптичну густину розчинів і будуємо стандартну калібрувальну криву.

Рисунок 7.4 – Стандартна калібрувальна крива для розчину з концентрацією фосфатів 0,1 г/дм3

З графіка отримуємо рівняння виду:

,

.

Розраховуємо кінцевий вміст (масу) фосфатів:

Перерахуємо отримані маси в концентрації:

Таблиця 7.3 – Оптична густина для приготовленого розчину (аліквота         10 см3)

Аліквота

Оптична густина

m, г

CP, г/дм3

5

0,145

0,0723

0,00723

10

0,145

0,0723

0,00723

15

0,12

0,0717

0,00717

20

0,09

0,071

0,0071

25

0,025

0,0695

0,00695

З отриманих даних видно, що при використанні дози 10 см3 ZrOCl2 вміст Р зменшився, про що можна свідчити з рисунку 7.4.

Рисунок 7.4 – Залишкова кількість Р, в залежності від дози ZrOCl2

  1.  Фотокаталітичне очищення води

Фотокаталітичне очищення води застосовується для видалення азоту та органічних речовин зі стічних вод. Для проведення фотокаталітичного очищення води готуємо стандартний розчин. Для цього в колбу на 1 дм3 додаємо NH4Cl, K2HPO4, мурашину, оцтову та виноградну кислоту. Мурашину і оцтову кислоти додаємо по 1 мл, виноградну – 0,1 г. NH4Cl додаємо 1 г по N (це відповідає концентрації 20 мг/дм3) – 0,076 г в перерахунку на NH4Cl. K2HPO4 додаємо 1 г по K2HPO4 (це відповідає концентрації 30 мг/дм3) – 1,626 г в перерахунку на K2HPO4·Н2О. Доводимо вміст колби до мітки, перемішуємо.

В стакан відбираємо 200 см3 приготовленого розчину, додаємо 0,5 г TiO2 і ставимо під ультрафіолетову лампу на 30 хвилин – 1 зразок. В інший стакан відбираємо  200 см3 розчину і ставимо під ту ж лампу – 2 зразок.

Беремо ще 200 см3 розчину, додаємо 0,5 г TiО2 і даємо постояти 30 хвилин – 3 зразок. Ще 200 см3 розчину ставимо постояти 30 хвилин – 4 зразок.

Через 30 хвилин проводимо дослідження для визначення залишкового вмісту азоту.

Готуємо стандартний розчин з концентрацією 0,1 мг/дм3 N (в перерахунку на NH4Cl 0,66 мг/л) – для цього розчиняємо в колбі на 1 дм3 0,66 г NH4Cl і доводимо дистильованою водою ло мітки. Далі відбираємо 1 мл приготовленого розчину в колбу на 100 см3, додаємо 5 см3 реактиву Несслера, доводимо водою до мітки.

Далі проводимо фотометрування. Для побудови стандартної калібрувальної кривої потрібно по 0, 1, 2, 3, 4 см3 стандартного розчину (0,1 мг/дм3 N) на 100 см3. Вимірюємо оптичні густини розчинів через 15 хвилин відносно 0-ої проби з довжиною хвилі λ=440 нм. Отримані значення показані на рисунку 7.5.

Рисунок 7.5 – Стандартна калібрувальна крива для розчину з концентрацією 0,1 мг/дм3 N

Далі проводимо фотометрування для 4 зразків розчинів. Для цього у відповідну колбу на 100 см3 додається 1 см3 відповідного зразка. Отримані значення заносимо у таблицю 7.4.

Таблиця 7.4 –  Оптична густина 4 зразків розчинів

Номер зразка

Оптична густина

m, г

CP, г/дм3

1

0

0

0

2

0,57

0,099

0,099

3

0,5

0,086

0,086

4

0,54

0,093

0,093

На отриманий графік наносимо лінію тренду і отримуємо рівняння виду:

,

.

Розраховуємо для кожного з 4 зразків кінцевий вміст (масу) азоту:

Перерахуємо отримані маси в концентрації:

Отже, з отриманих даних можна зробити висновок, що фото каталітичне очищення повністю видаляє азот з води.

Кількість газових викидів NOx, COx, що утворюються в результаті проведення фото каталітичного очищення стічних вод від азоту та органічних речовин можна визначити.

  1.  Для визначення NOx:

(7.1)

Маємо , тоді:

Перерахуємо маси NO та NO2:

Концентрація:

  1.  Для визначення СOx:

(7.2)

Маємо  Розрахуємо кількість утвореного СО2:

Перерахуємо масу СO2:

Концентрація:


  1.  АВТОМАТИЧНЕ РЕГУЛЮВАННЯ ТА КОНТРОЛЬ ПРОЦЕСУ ФОТОКАТАЛІТИЧНОГО ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД БІОГЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ

 Комплексна механізація та автоматизація відіграє важливу в хімічній промисловості. Це пояснюється складністю та великою швидкістю протікання технологічних процесів, а також чутливістю їх до порушень технологічного режиму, шкідливістю умов праці.

Комплексна автоматизація хімічних процесів забезпечує високу якість продукції, скорочення браку та відходів, зменшення витрат сировини та енергії, зменшення кількості основних працівників, зменшення капітальних витрат. Впровадження спеціальних автоматичних пристроїв сприяє безаварійній роботі обладнання, виключає випадки травматизму, попереджує забруднення навколишнього середовища.

Для надійної експлуатації обладнання, підтримки оптимальних технологічних параметрів, використання обладнання на повну потужність, застосовують системи автоматичного регулювання та контролю, що дозволяють підвищити безпеку роботи устаткування і поліпшують умови роботи персоналу.

Технологічна схема даного проекту описує процес фотокаталітичного очищення стічних вод від біогенних елементів.

  1.  Аналіз технологічного процесу як об’єкта автоматизації

Для попередження персоналу про відхилення параметрів від норми стану технологічного устаткування передбачена система попереджувальної сигналізації. Технологічна схема процесу фотокаталітичного очищення води від біогенних елементів передбачає контроль та регулювання таких параметрів: 

  •  рівень води у баку усереднювачі – 2 м, змішувачі, фотокаталітичних реакторах та біоставку – 3 м;
  •  рН води на виході зі змішувача, що становить 6,5…8;
  •  перепад тиску в механічному фільтрі.

Параметри регулювання та контролю виробництва наведені у таблиці 8.1.

Таблиця 8.1 – Параметри регулювання та контролю виробництва

Найменування

стадії процесу

(технологічний об’єкт), місце заміру параметра

Найменування

параметра,

що вимірюється або регулюється

Норми технологічного

режиму  та допустимі

відхилення

Вимоги до схеми

автоматизації

(контроль,

регулювання,

сигналізація)

2

Бак усереднювач

Рівень

2 м

контроль

3

Трубопровід 1а

Витрата

600 м3/год

контроль,

регулювання

4

Змішувач

Рівень

3 м

контроль,

сигналізація

5

Трубопровід 1б

Витрата

-

контроль,

регулювання

6

Трубопровід 1б

рН

6,5…8

контроль

7

Фотокаталітичний реактор 1 ступінь

Рівень

3 м

контроль,

сигналізація

8

Фотокаталітичний реактор 1 ступінь

Витрата

-

контроль,

регулювання

9

Фотокаталітичний реактор 2 ступінь

Рівень

контроль,

сигналізація

10

Фотокаталітичний реактор 2 ступінь

Витрата

-

контроль,

регулювання

11

Трубопровід 1г

Витрата

-

контроль,

регулювання

12

Механічний фільтр

Рівень

3 м

контроль

13

Механічний фільтр

Перепад тиску

-

контроль,

сигналізація

14

Трубопровід 1д

Витрата

-

контроль,

регулювання

15

Трубопровід 34

Витрата

-

контроль,

регулювання

16

Трубопровід 35

Витрата

-

контроль,

регулювання

13

Біоставок

Рівень

3 м

контроль, сигналізація

  1.  Опис розробленої схеми автоматизації процесу

Для ефективної роботи усього технологічного устаткування, мінімізації можливих людських помилок, збільшення продуктивності, підвищення якості продукту, стабілізації, контролю та реєстрації технологічних параметрів розроблено схему автоматизації, яка забезпечує розв’язання цих задач.

В даній схемі розглядається  можливий варіант очищення стічних вод від біогенних елементів. Для нормальної роботи усього технологічного устаткування, мінімізації можливих помилок, стабілізації, контролю та реєстрації технологічних параметрів розроблено схему автоматизації, яка покликана вирішувати всі ці задачі.

Для контролю, реєстрування та регулювання витрати стічної води в трубопроводах 1а, 1б, 1в, 1 г, 1 д використовуються контури 1, 4, 18, 23, 27, що складаються з: первинного перетворювача витрати (поз. 1-1, 3-1, 6-1, 8-1, 9-1), проміжного перетворювача (поз. 1-2, 3-2, 6-2, 8-2, 9-2), приладу вторинного показувального, реєструвального (поз. 1-3, 3-3, 6-3, 8-3, 9-3), регулювального блоку (поз. 1-4, 2-4, 3-4, 6-4, 7-4, 8-4), виконавчого механізму (поз. 1-5, 2-5, 3-5, 6-5, 7-5, 8-5).

Контур 1 призначений для контролю та реєстрування рівня води в баку усереднювачі, що складається з: первинного перетворювача рівнеміра (поз. 1-1), приладу вторинного пневматичного показувального (поз. 1-2).

Для контролю, реєстрування рівня в змішувачі призначений контур 4, що складається з первинного перетворювача (поз. 3-1), проміжного вимірювача (поз. 3-2), приладу вторинного показувального вузькопрофільного (поз. 3-3).

Для контролю та реєстрування рівня води у фотокаталітичних реакторах та механічному фільтрі використано відповідно контури 18, 23, 27, що складаються відповідно з первинного перетворювача (поз. 7-1, 8-1, 9-1), проміжного вимірювача (поз. 7-2, 8-2, 9-2), приладу вторинного показувального вузькопрофільного (поз. 7-3, 8-3, 9-3).

Для контролю та реєстрування рН води в трубопроводі 1в застосовується контур 15. Він складається з таких ТЗА: первинного вимірювального перетворювача (поз. 2-6), перетворювача високоомного (поз. 4-6), показувального та реєструвального приладу (поз. 6-6).

Для контролю, реєстрування та сигналізації перепаду тиску в фільтрі призначений контур 29. Він має такий склад: вимірювального перетворювача різниці тисків (поз. 14-1), вторинного показувального та реєструвального приладу з вбудованим пристроєм сигналізації (поз. 14-2).

У разі виникнення аварійної ситуації та увімкнення аварійного захисту електродвигуна для сигналізації передбачено електролампи HL2 і HL3. Специфікацію на устаткування та прилади приведено в додатку А.

  1.  Розрахунок похибки вимірюваного каналу

Розробимо схему  автоматичного контролю рівня води в баку-усереднювачі за допомогою буйкового рівнеміра з пневматичним передавальним перетворювачем (контур 3).

Рисунок 8.1 – Буйковий рівнемір з пневматичним передавальним перетворювачем (контур 3)

2-1 – рівнемір буйковий з пневматичним передавальним перетворювачем;

2-2 – пневматичний показувальний і реєструвальний прилад.

Розробимо структурну схему вимірювання рівня води в баку-усереднювачі за допомогою буйкового рівнеміра з пневматичним передавальним перетворювачем:

Рисунок 8.2 – Структурна схема вимірювання рівня води в баку-усереднювачі

РБ – рівнемір буйковий;

ЛЗ – лінії зв’язку;

ВП – вторинний показувальний і реєструвальний прилад із сигналізацією.

Виходячи з умов завдання, структурні елементи схеми вибираємо з такими характеристиками: рівнемір буйковий УБ-П, з діапазоном вимірювання 0…4 м та класом точності 1,5 і пневматичний показувальний і реєструвальний прилад з Рвх=20…100 кПа та класом точності 1.

  1.  Гранично-допустима абсолютна похибка:

м.

Середньо-квадратична похибка  в абсолютних значеннях знаходимо з виразу :

м.

  1.  Допустимі абсолютна та середньо-квадратична похибки для пневматичного показувального і реєструвального приладу:

м;

м.

  1.  Визначимо допустимі абсолютну та середньо-квадратичну похибки для ліній зв’язку:

  1.  Середньо-квадратична похибка вимірювального каналу:

Допустима абсолютна похибка вимірювального каналу:

Допустима зведена похибка вимірювального каналу:

Таким чином, вимірюваний канал відповідає класові точності Кт=1.

Дійсне значення рівня води складає:

Результатом виконання поставленого завдання є схема автоматизації процесу фото каталітичного очищення стічних вод від біогенних елементів. У процесі виконання роботи було проведено аналіз технологічних процесів з позицій автоматизації. Використано принципи контролю, сигналізації та регулювання конкретних параметрів. Усі поставлені задачі автоматизації виконано.


  1.  ЕКОНОМІКО-ОРГАНІЗАЦІЙНІ РОЗРАХУНКИ

Метою даного розділу є техніко-економічне обґрунтування доцільності проектування цеху фото каталітичного очищення стічних вод від біогенних елементів. У якості економіко-організаційного розрахунку наведено розрахунок собівартості фото каталітичного процесу очищення.

  1.  Технологічна підготовка виробництва

Класифікація виробничих процесів цеху:

  1.  Купівля засобів і реактивів для очищення стічних вод.
  2.  Прийом стічних вод.
  3.  Транспортування стічних вод до баку-усереднювача.
  4.  Підбір реагентів (TiСl4  чи Zr Cl4) і методів очищення води.
  5.  Безпосереднє очищення в баку-змішувачі.
  6.  Освітлення води у 1-му фотокаталітичному реакторі.
  7.  Освітлення води у 2-му фотокаталітичному реакторі.
  8.  Завершальний етап очищення у механічному фільтрі.
  9.  Проведення аналізу якості очищеної води.
  10.  Доочищення води у біоставку.
  11.  Транспортування Ti3(PO4)4 на регенерацію.
  12.   Відведення очищених стічних вод споживачам.

Стічні води

  Засоби   

і реактиви

                                                                      Очищена вода

                                                                           

Рисунок 9.1 – Принципова технологічна схема виробничих процесів цеху

  1.  Виробничі процеси цеху

Всі виробничі процеси цеху поділяються на основні, допоміжні, бічні і підсобні. Класифікація цих процесів наведена у таблиці 9.1.

Таблиця 9.1 – Класифікація виробничих процесів цеху на основні, допоміжні, бічні і підсобні

Основні

  1.  Прийом засобів і реактивів для очищення стічних вод.
  2.  Прийом стічних вод.
  3.  Транспортування стічних вод до баку-усереднювача.
  4.   Змішування води в баку-змішувачі.
  5.  Освітлення води у 1-му фотокаталітичному реакторі.
  6.  Освітлення води у 2-му фотокаталітичному реакторі.
  7.  Завершальний етап очищення у механічному фільтрі.
  8.  Проведення аналізу якості очищеної води.
  9.  Доочищення води у біологічному ставку.

Допоміжні

  1.  Підбір реагентів (TiСl4  чи ZrCl4) і методів очищення води.
  2.  Відведення очищених стічних вод споживачам.

Бічні

  1.  Транспортування Ti3(PO4)4 на регенерацію.

                       

  1.  Оптимальний вид руху предметів праці

Для відображення на графіку руху предметів праці візьмемо всі операції, кожна з яких  виконується за певний проміжок часу.

Таблиця 9.2 – Тривалість операцій виробничого процесу.

Операція

Час виконання, хв.

1

Прийом засобів і реактивів для очищення стічних вод.

20

2

Прийом стічних вод.

20

3

Транспортування стічних вод до баку-усереднювача.

20

4

Підбір реагентів (TiСl4  чи ZrCl4) і методів очищення води.

20

5

Безпосереднє очищення в баку-змішувачі.

50

6

Освітлення води у 1-му фотокаталітичному реакторі.

20

7

Освітлення води у 2-му фотокаталітичному реакторі.

20

8

Завершальний етап очищення у механічному фільтрі.

30

9

Проведення аналізу якості очищеної води.

20

10

Доочищення води у біологічному ставку.

70

11

Відведення очищених стічних вод споживачам.

70

Графіки, що показують вид руху предметів праці, зображені на рисунку 9.2, 9.3, 9.4.

Рисунок 9.2 – Послідовний ВРПП

Рисунок 9.3 – Паралельний ВРПП

Рисунок 9.4 – Синхронізований ВРПП

Після аналізу графіків, що показують вид руху предметів праці, можна зробити висновок, що при послідовному виді руху предметів праці на обробку трьох одиниць продукції  витрачається найбільша кількість часу – 1080 хвилин. При паралельному виді руху предметів праці на обробку трьох партій продукції витрачається 500 хвилин. Це на 580 хвилин менше, ніж при послідовному, але  при  такій організації виробництва відбувається простоювання обладнання на 5-ій і 10-ій операціях, а також вільний час у працівника відділу контролю за обладнанням. При синхронізованому виді руху предметів праці на обробку трьох одиниць продукції витрачається 380 хвилин. Таким чином, такий вид руху предметів праці є оптимальним, хоча потребує додаткових одиниць обладнання і додаткових робітників, але це також має деякі переваги, зокрема при поломці однієї одиниці обладнання підприємство зможе продовжити роботу, дещо зменшивши випуск продукції. Обираємо ритм 10 хвилин.

  1.  Розрахунок показників цеху

Приймаємо, що тривалість одного виробничого циклу становить 6 год 33 хв або 380 хв. За один виробничий цикл випускається 3 партії продукції. Такий невеликий випуск продукції пов’язаний з тим, що очищення води потребує особливої технології.

  1.  Підприємство працює 5 днів на тиждень у три зміни, тривалість зміни 8 годин, з 2 вихідними днями, незважаючи на офіційні свята. У році 52 тижні. Кількість днів у році 365. Кількість робочих днів у році 260. Середньорічна тривалість роботи виробництва:

,

= = 8,88 год,

де:  24 – кількість годин на добу; – кількість календарних днів у році;  – тривалість роботи цеху протягом доби і кількість робочих днів цеху протягом року;  – фактична тривалість.

Кількість партій продукції, що випускається за один цикл:

                                         Ввц = 3.

Кількість м3 води в 1-ій партії: В=600 м3.

Кількість виробничих циклів на протязі року :

                        nвц =  = 966.

  1.  Річний випуск продукції для обраного ВРПП:

                           Врічн = Ввц*nвц ,

                           Врічн = 3*966=2898 партій.

Випуск м3 води за рік  м3.

  1.  Розрахунок необхідної кількості співробітників.

Кількість людей, що задіяні у безпосередньому виробничому процесі визначимо із графіка оптимального руху предметів праці (пункт 1.3).

Кількість працюючих на виробництві розраховуємо за графіком синхронізованого ВРПП.

Таблиця 9.3 – Кількість персоналу

         Відділ

           Посада

           Кількість

  Керівництво

Директор

                1

Начальник цеху

                1

Головний технолог

                1

Відділ очищення води

Робітники стадії очищення

                4

Відділ обслуговування

Робітники приймальних і відвантажувальних  пунктів

                2

Прибиральниця

                1

Водії

                4

Охоронець

                1

Завантаження працівників відділу очищення води протягом зміни відбувається наступним чином: на 3-ій операції (транспортування стічних вод до баку-усереднювача) спочатку зайнятий 1 працівник протягом 40 хвилин, який потім працює ще на 5-ій операції (безпосереднє очищення в баку-змішувачі) протягом 70 хвилин. На 4-ій операції (підбір реагентів (TiСl4  чи ZrCl4) і методів очищення води) зайнятий 1 працівник протягом 40 хвилин, який потім працює ще на 7-ій операції (освітлення води у 2-му фотокаталітичному реакторі) протягом 40 хвилин. На 6-ій операції (освітлення води у 1-му фотокаталітичному реакторі) зайнятий 1 працівник протягом 40 хвилин, який потім працює ще на   8-ій операції (завершальний етап очищення у механічному фільтрі) протягом 50 хвилин. На   9-ій операції (проведення аналізу якості очищеної води) зайнятий 1 працівник протягом 40 хвилин. Тобто на стадії очищення задіяні 4 працівники.

Завантаження працівників приймальних і відвантажувальних  пунктів протягом зміни відбувається наступним чином: на 1-ій операції (прийом засобів і реактивів для очищення стічних вод) зайнятий 1 працівник протягом 40 хвилин, який потім працює ще на 10-ій операції (доочищення води у біологічному ставку) протягом 90 хвилин. На 2-ій операції (прийом стічних вод) зайнятий 1 працівник протягом 40 хвилин, який потім працює ще на 11-ій операції (відведення очищених стічних вод споживачам) протягом 90 хвилин.

  1.  Чисельність персоналу явочна і за списком.

Явочна чисельність – максимально допустима чисельність працівників, необхідна для виконання відповідного об’єму робіт та для повної  комплектації робочих місць у кожному структурному підрозділі підприємства, протягом робочої зміни. Режим роботи тризмінний, тривалість зміни 8 годин для робочого персоналу та спеціалістів. Робочий день директора, начальника цеху та головного технолога ненормований. Основні працівники щорічно отримуватимуть відпустку на 15 діб, протягом яких виконуватиметься плановий ремонт.

Отже сумарна явочна кількість робочого персоналу складає Чяв =15 людей.

Чисельність за списком – потреба підприємства в кадрах. Крім явочної чисельності включає додатково необхідну для заміщення тих, хто у відпустці, хворіють або відсутні з інших поважних причин; також сюди включають сумісників. Для розрахунку чисельності персоналу за списком потрібно:

Кпер = Трікпрац,

Чсп = Чяв∙Кпер,

Трік – річний фонд часу роботи цеху в годинах;

Тпрац – річний час роботи цеху з урахуванням вихідних, святкових, відпусток, хвороб.

Отже, коефіцієнт перемінності персоналу:

Кпер = 260/(260-24) = 1,1.

Тоді чисельність персоналу за списком:

Чсп = 15∙1,1 = 17 людей.

  1.  Графік змінності
  2.  Графік змінності 3-х бригад в цеху, що працює 5 днів на тиждень (понеділок – п’ятниця) в 3 зміни.

Таблиця 9.4 – Графік змінності

Дні

П

В

С

Ч

П

С

Н

П

В

С

Ч

П

С

Н

П

В

С

Ч

П

С

Н

Зміна1

(6:00-14:00)

1

1

1

1

1

В

В

2

2

2

2

2

В

В

3

3

3

3

3

В

В

Зміна 2

(14:00-22:00)

2

2

2

2

2

В

В

3

3

3

3

3

В

В

1

1

1

1

1

В

В

Зміна 3

(22:00-6:00)

3

3

3

3

3

В

В

1

1

1

1

1

В

В

2

2

2

2

2

В

В

  1.  Фактична тривалість роботи цеху:

  1.  

Час перепрацювання:

  1.  Розрахунок необхідної кількості одиниць обладнання.

Таблиця 9.5 – Кількість обладнання

Назва обладнання

Кількість одиниць

1

Бак-усереднювач

2

2

Бак змішувач

2

3

Фотокаталітичний реактор

2

4

Механічний фільтр

3

5

Апарат для вивантаження відходів

3

 

  1.  Технічний контроль

Порядок технічного контролю виробничого процесу: обєкти, cубєкти, види і методи контролю, виконавці.

Технічний контроль – сукупність методів, заходів та засобів, які забезпечують відповідність якості продукції яка випускається вимогам стандартів і нормативів. Об’єктом технологічного контролю є технологічний процес. Контроль поділяють на вхідний,  заключний, проміжний.

Вхідний контроль включає в себе  проби сировини, які надходять на виробництво. Аналіз сировини виконують фізичними та хімічними методами аналізу. Перевіряється склад реагентів, які використовуються для очищення води. Контроль проводиться одразу після поставки сировини в цех та 1 раз на місяць незалежно від дати поставки. Результати записуються в базу даних ПК. Контроль якості проводить головний технолог.

Заключний: проводиться при отриманні кожної нової партії очищеної води, аналізуються його хімічні властивості та деякі інші параметри. Результати записуються до бази даних ПК та, при необхідності (коли показники, та властивості продукту змінюються у будь-яку сторону), головний технолог аналізує дані отримані при усіх контролях якості. Контроль якості продукції, здійснюється по закінченні кожної операції очищення.

Проміжний контроль здійснюють самі робітники, враховуючи їх високий рівень кваліфікації. При невідповідності якості продукції вимогам споживачів, її відправляють на повторну операцію.

Контроль якості води є не руйнівним, оскільки для проведення аналізу на якість води, кількість відібраної води є не значною, порівняно з загальним обсягом води і цією величиною можна знехтувати. Розрахуємо скільки води, все ж таки витрачається на відбір проб:

Отже 1735902 м3 води із 1738800 м3 повертається у біоставки.


  1.  Матеріальна, документальна та організаційно-технічна підготовка виробництва 
    1.  Паспорт якості на вид продукції: 

Цех “Water treatment

Паспорт № 04.1989

Найменування продукту: Очищена вода 

Якість відповідає: СНиП 2.04.02-84

Об’єм однієї партії води – 600 м3.

Показники якості

Назва показника

Значення

Норма

1

pH води

7

7.0±0.2

2

Колір

1

1.0±0.2

3

Жорсткість

1

1.0±0.2

Термін зберігання – 3 доби.

Умови зберігання: в чистих контейнерах, при температурі не вище 90оС.

Лаборант     __________________.

Головний технолог                                        .

                (підпис)

Показники якості, води, яка очищається в цеху, відповідають наведеним в паспорті якості. Відхилення значень коливаються в межах ±0.2.

  1.  Калькуляція на вид продукції.

Калькуляція №

на очищені стічні води ТУ 15234.2000,

від  ____   _____________ 2012 р.

Очищення стічних вод.

Елемент

На партію

На одиницю

HВ,од.вим.

Грн.

HВ,од.вим.

Грн.

1

Сировина:

  •  стічні води;
  •  ZrСl4,TiCl4 освітлювач.

-1738800м3;

-144900 кг.

3187800

-600 м3;

-50 кг.

1100

3

Амортизаційні відрахування:

  •  посуд лабораторний;
  •  обладнання

150000

52

4

Електроенергія

2133356

736

5

Заробітна плата основного персоналу.

732000

43059

6

Нарахування на зарплату, 37%

1002840

58991

7

Пакування відходів

100000

35

Разом 

7305996

103973

8

Витрати 10 %

730599,6

10397,3

Гол. бухгалтер _____________ / _____________/

Бухгалтер-економіст _____________ / _____________/

  1.  
    Розрахунок основних та оборотних фондів в цеху
  2.  До оборотних фондів відносяться:
  3.  Сировина:реагенти для очищення води.
  4.  Електроенергія.
  5.  Запасні частини та матеріали.
  6.  Заробітна плата.
  7.  Вартість основних фондів:
  •  Вартість приміщення       500 000 грн
  •  Вартість обладнання       1 000 000 грн
  •  Нематеріальні активи       100 000 грн
  •  Всього           1 500 000 грн

Амортизація 10%          150 000 грн/рік

ОФ = 1 500 000 грн.

  1.  Розрахуємо витрати електроенергії за регульованими тарифами:

Середня витрата потужності цеху за годину = 200 кВт/год.

Оскільки потужність більше 30 кВт/год маємо другий клас напруги.

Ціна 1кВт=1,5 гривень – денний час; в нічний час: 1кВт=33 копійки.

,

,

де 8 – кількість святкових днів у році;

11 – кількість спарених свят у році та тривалість скорочення робочого дня перед святковими днями.

Сумарні витрати на електроенергію:

.

  1.  Витрати теплоенергії: 3000 . Ціна 1 Гкал=388 грн.

.

  1.  Сумарні затрати на енергію: 2133356 гривень.
  2.  Витрати сировини на очищення однієї партії води:
  •  реагенти для очищення води – 500 грн.
  •  загрузка у фільтр – 300 грн.
  •  реагенти для проведення аналізу на якість отриманого продукту – 300 грн.

Всього на річний випуск партій продукції затрачається сировини вартістю:

2898 партій/рік·1100 грн. = 3187800 грн/рік.

Таблиця 9.6 – Заробітна плата персоналу

Посада

Кількість

ЗП, грн

Директор

1

10000

Завідувач цеху

1

7000

Головний технолог

1

6000

Робітники стадії очищення

4

3000·4=12000

Робітники приймальних і відвантажувальних  пунктів

2

3000·2=6000

Прибиральниця

1

2000

Водії

4

2500·4=10000

Охоронець

1

2000

2 додаткові робітники за списком

2

3000·2=6000

Всього

61000

Фонд оплати праці: 61000·12 = 732000 грн/рік.

Нарахування на ЗП: 732000·1,37=1002840 грн/рік.

Таблиця 9.7 –  Сукупні витрати по цеху.

Завантажено

Отримано

Статті затрат

Затрати на річний випуск, грн/рік

Найменування

Вартість, грн/рік

Витрати Обз в т.ч на:

6 323 996

Очищена вода

6 473 996

Сировина

3187800

Електроенергія

2133356

Заробітна плата

1002840

Амортизація ОФ

150 000

Всього

6 473 996

Всього

6 473 996

  1.  Розрахунок техніко-економічних показників:
  2.  Річна собівартість продукції:

С = Обз + А = 6 323 996+ 150 000= 6 473 996 грн/рік.

  1.  Запланована ринкова ціна одного м3 води, який буде очищуватися:

Ц = 5 грн/ м3; В = 2898·5·600 = 8694000 грн/рік.

П = В – С = 8694000-6473996  = 2220004 грн/рік.

К = ОФ+Обз = 1 500 000 + 6323996= 7823996 грн.

Р = (П/С)*100% = (2220004/6473996)·100% = 34,3 %.

Ток = К/П = 7823996/2220004 = 3,5 роки.

Е = П/К = 2220004/7823996=0,28.

ФВ = В/ОФ= 8694000/1 500 000 =5,796 грн/грн.

ФЄ = 1/ФВ = 1/5,796= 0,173 грн/грн.

Таблиця 9.8 Техніко-економічні показники

Показник

Значення

Річний випуск продукції, грн.

В =8694000

Чисельність персоналу за списком, чол.

Чсп = 17

Капіталовкладення, грн.

К = 7823996

Загальна собівартість продукції, грн/рік

С = 6473996

Собівартість за одну партію продукції, грн.

Сод.= 2,1

Відносний прибуток грн/рік

П = 2220004

Рентабельність продукту %

Р = 34,3 %

Термін повернення капіталовкладень, років

Ток = 3,5  роки

Коефіцієнт економічної ефективності

Е = 0,28

Вартість:

  •  Основних фондів
  •  Оборотних коштів

ОФ =1500000

Обз=6323996

Фондовіддача виробничих фондів грн/грн.

ФВ = 5,796

Фондоємність продукції, грн/грн.

ФЄ = 0,173

Висновки: проаналізувавши техніко-економічні показники даного підприємства, можна сказати, що воно є рентабельним, повністю окупить капіталовкладення через 3,5 роки. Розраховані показники свідчать про те, що цех є конкурентноспроможним на ринку послуг і має значні перспективи розвитку у цій галузі. Повернення капіталовкладень за 3,5 роки є цілком нормальним для роботи цеху без можливості його банкрутства. У результаті виконання економіко-організаційного розрахунку було розраховано собівартість фотокаталітичного очищення стічних вод, вартість якого становить (на 1 м3 води):

С = 2,1 грн.

  1.  Посадова інструкція на виконавця технологічних обов’язків цеху

Посадова інструкція

технолога

цеху «Water treatment»

                 "  " ______________ 20__р.  N_________

 

     Дана посадова інструкція розроблена та затверджена на основі трудового договору з технологом і у відповідності з положеннями Трудового кодексу України та інших нормативних актів, що регулюють трудові правовідносини в Україні.

 

                           I. Загальні положення

 

  1.  Технолог відноситься до категорії спеціалістів.
    1.  На посаду головного технолога назначається особа, що має вищу технічну освіту та стаж роботи на посаді технолога не менше 2 років.
    2.  Призначення на посаду головного технолога та звільнення від неї виконується наказом курівника підприємства.
    3.  Технолог повинен знати:
  •  єдину систему технологічної підготовки виробництва;
  •  стандарти, технічні умови та інші нормативні та керуючі матеріали по проектуванню, розробці та оформленню технологічної документації;
  •  склад продукту, на які розробляється технологічний процес чи режим виробництва;
  •  технічні характеристики та вимоги до продукції, що виготовляється;
  •  технологію виробництва продукції, що випускається підприємством;
  •  основне технологічне обладнання підприємства та принципи його роботи;
  •   методи проведення патентних досліджень;
  •  Основні вимоги організації праці при проектуванні технологічних процесів та обладнання;
  •  Основи економіки, організації праці та виробництва;
  •  Основи трудового законодавства України;
  •  Правила та норми охорони праці.
    1.  На час відсутності технолога (відпустка, хвороба тощо) його обов’язки виконує особа, що призначена наказом керівника підприємства. Дана особа набуває відповідні права та несе відповідальність за належне виконання покладених на неї обов’язків.

 

                      II. Посадові обов’язки

 

     Технолог зобов’язаний:

  1.  Перевіряти креслення закріплених за ним виробів, вузлів, деталей на технологічність.
    1.  Розробляти технологічні процеси та виробничі інструкції по виготовленню виробів, вузлів, деталей.
    2.  Приймати участь в складані планів розміщення обладнання, технічного оснащення та організації робочих місць.
    3.  Приймати участь в розробці технічно обґрунтованих норм часу, розраховувати норми матеріальних витрат.
    4.  Розробляти технологічні інструкції, карти якості продукції та іншу технологічну документацію.
    5.  Вносити зміни в технічну документацію в зв’язку з коректуванням технологічних процесів та режимів виробництва.
    6.  Скласти завдання відповідному конструкторському бюро на проектування оснащення, інструменту.
    7.  Контролювати виконання на виробництві технологічного процесу та у випадках відхилень доповідати начальнику лабораторії.
    8.  Приймати участь в проведені патентних досліджень.
    9.  Приймати участь у впровадженні нових технологічних процесів.
    10.  Представляти заключення по раціоналізаторським пропозиціям та сприяти впровадженню в виробництву прийнятих пропозицій.
    11.  Вивчати передовий вітчизняний та зарубіжний досвіт в області застосування нової технології в даній галузі виробництва.
    12.  Приймати участь у підвищенні якості продукції та сертифікації виробництва.
    13.  Видавати завдання та виконувати контроль та керівництво роботою підлеглих йому виконавців.
    14.  Вивчати інформацію про ринок технологій та продукції.

 

                                III. Права

 

     Технолог має право:

  1.  Контролювати дотримання технологічної дисципліни та доповідати начальнику лабораторії про всі порушення.
    1.  Вимагати від від відділу виробничого цеху змін конструкцій деталей, вузлів, систем у випадку їх не технологічності.
    2.  Вимагати зупинки випуску продукції, якщо вони виконуються з відхиленнями від технологічних умов в результаті недотримання технологічного процесу.
    3.  Вносити пропозиції по удосконаленню роботи, пов’язаній з передбаченими даної посадової інструкції обов’язків.

 

                           IV. Відповідальність

 

     Технолог несе відповідальність:

     4.1. За невиконання (неналежне виконання) своїх посадових обов’язків, що передбачені даною посадовою інструкцією, в межах, що визначені трудовим законодавством  України.

     4.2. За здійсненні в процесі виконання своєї діяльності правопорушення – в межах, визначених адміністративним, карним та цивільним законодавствами України.

     4.3. За нанесення матеріального збитку – в межах, визначених трудовим та цивільним законодавством України.

 

     Посадова інструкція розроблена у відповідності з ________________

                                                                                               (назва)

_____________________________.

   (номер и дата документа)

 

Керівник підприємства                                                           Молюга А.І.

                                                _________________________

                                                          (підпис)

 

                                                "  " _____________ 20__р.

 

 

З інструкцією ознайомлений:                                               (ініціали, прізвище)

                                                   _________________________

                                                          (підпис)

                                                    "  " _____________ 20__р.

  1.  
    Екологічна безпека виробництва

Технологічний процес фотокаталітичного очищення води, як і будь-який виробничий процес, супроводжується утворенням відходів. Метою даного розділу є  визначити та класифікувати відходи, розрахувати їх кількість та навести можливі варіанти екологізації виробництва.

Підтримання нормального функціонування наземних і підземних екосистем залежить від багатьох факторів, проте одним з найголовніших був і залишається якість води. Біогенні елементи – хімічні елементи, які постійно входять до складу живих організмів і виконують певні біологічні функції. В першу чергу це вуглець, водень, азот і фосфор. Екологічна безпека водних джерел оцінюється ступенем досягнення нормативних показників, у тому числі і за сполуками азоту й фосфору, оскільки про якість води частіше за все судять по двом показникам, а саме, по концентраціям у воді розчинених сполук азоту і фосфору. При  «нормальних» умовах азот і фосфор зустрічаються у низьких концентраціях та можуть майже повністю використовуватись рослинами у ході їхньої життєдіяльності. 

Очистка стічних вод від фосфатів є великою проблемою у всьому світі. Присутність лише 10  мг сполук фосфатів в 1 м3 поверхневих вод викликає бурхливий розвиток фітопланктону та інтенсивне розмноження водоростей, особливо синьо-зелених, які в процесі свого біологічного розвитку утворюють токсичні речовини і викликають масову загибель гідрофауни. Потрапляння цих сполук у водойми стає причиною вторинного забруднення води, підвищення кольоровості, температури, зниження концентрації розчиненого кисню та погіршення органолептичних показників, викликає “цвітіння ” води. „Цвітіння" води в природних водоймах надзвичайно ускладнює її використання для водопостачання населених місць і промислових підприємств. Прісна вода стає непридатною для пиття і небезпечною для життя. Евтрофікована водойма втрачає своє біогеоценотичне значення.

Фосфати потрапляють у природні води в результаті розчинення фосфатовмісних порід, при надходженні у водойми добрив, синтетичних миючих засобів. Це призводить до зменшення кількості чистої води, що потрапляє в каналізацію і до появи у стоках нових типів хімічних сполук. Їх специфічні якості викликають серйозні ускладнення при очистці. На частку фосфатів приходиться більше 10 %  забруднень прісних водойм України.

Фотокаталітичне очищення стічних вод від біогенних елементів – новий метод очищення води широко на практиці. Він здійснюється за допомогою реагентів . Перевагою цього методу є отримання глибоко очищеної води, яка скидається до природних водойм.

  1.  Аналіз джерел та розрахунок кількості відходів, що утворюються

Основний масив газоподібних викидів становлять: оксиди вуглецю СОх (СО2, СО), оксиди сірки SOx (SO3,SO2), оксиди азоту NOx (NO2, NO, N2O).

В атмосферу викидаються переважно NO і NO2, які сумарно позначаються як NOx. Оскільки NO вже за кімнатної температури легко окислюється киснем до NO2, їхній вплив оцінюють спільно. З іншого боку, більшість методик виміру концентрацій оксидів азоту в газах зводиться до визначення NO2, а сумарну концентрацію NOx розраховують за NO2. 

Суттєвим недоліком при обробці стічних вод, що містять біогенні елементи є високі проблеми, пов'язані з обробкою та утилізацією відходів. Відходами є осад Zr3(PO4)4  (Ti3(PO4)4) , біомаса з біоставка та газові викиди.

Шляхи переробки грубо дисперсного Zr3(PO4)4 (Ti3(PO4)4) – на регенерацію і отримання ZrСl4 (TiCl4). Частинки меншого розміру Zr3(PO4)4 (Ti3(PO4)4) використовуються в якості каталізатора у фото каталітичних реакторах. Відпрацьовані регенти після очищення води регенеруються і відправляються на другий цикл очищення. Це значно зменшує витрати сорбентів.

Відпрацьована біомаса використовується в якості корму для мікроорганізмів з біоставка. Біомаса із біоставків відправляється на корм черв'якам після очищення. Таким чином така схема очищення води є досить економічною і призначена для розв'язання екологічної проблеми.

Недоліками методу є утворення газових викидів у вигляді . Однак концентрація цих викидів незначна і не потребує очищення, оскільки не перевищує ГДК. В разі перевищення ГДК по оксидах необхідно очищувати їх за допомогою наступних методів:

  •  промивання викидів розчинниками, що не сполучаються із забруднювачами (метод абсорбції);
  •  промивання викидів розчинами, що вступають в хімічне з'єднання з забруднювачами (метод хемосорбції);
  •  поглинання газоподібних забруднювачів твердими активними речовинами (метод адсорбції);
  •  термічна обробка викидів;
  •  виморожування.

Кількість осаду Zr3(PO4)4 (Ti3(PO4)4), що утворюється при проведенні процесу фотокаталітичного очищення стічної води із початковим вмістом фосфатів  розраховано в пункті 5 і становить: ,  Але осади не є відходами Zr3(PO4)4 (Ti3(PO4)4), бо грубо дисперсні частинки Zr3(PO4)4 (Ti3(PO4)4) регенеруються до ZrСl4 (TiCl4), частинки малого розміру використовуються в якості каталізаторів у фото каталітичних реакторах.

Кількість утворених газових викидів NOx, COx розраховано в пункті 7.3 і становить

Властивості сировини та продукції наведено у таблиці 10.1; характеристика твердих відходів, газових викидів та рідких стоків виробництва – в таблиці 10.2.

Таблиця 10.1 – Характеристика сировини та продукції виробництва

Перелік сировини,

напівпродуктів, продукції

Властивості

Кількість сировини, напівпродуктів

1

2

3

Стічна вода

Забруднена N, P, органічними речовинами

600 м3/добу

TiCl4

Розчин

0,289 г/дм3

Ti3(РО4)4

Осад, використовується  в якості каталізатора

4,255 г

ZrCl4

Розчин

0,545 г/дм3

Zr3(РО4)4

Осад, використовується  в якості каталізатора

5,265 г

Таблиця 10.2 – Характеристика твердих відходів, газових викидів та рідких стоків виробництва

Склад відходів, викидів, стоків

Кількість відходів, викидів та стоків

Метод очищення

Ступінь очищення, %

1

2

3

4

Стічні води

600 м3/добу

фотокаталітичне очищення

99,67%

NOx

0,0017 мг/м3

одним із методів, наведених в пункті 10.2

залежно від способу очищення

COx

0,00197 мг/м3

одним із методів, наведених в пункті 10.2

залежно від способу очищення

  1.  Можливі варіанти екологізації виробництва

З метою зменшення кількості відходів потрібно використовувати ресурсозберігаючі безвідходні та маловідходні технології комплексного перероблення сировини. При цьому доцільно організувати територіально-виробничий комплекс, де відходи даного виробництва повністю або частково будуть для нього сировиною. Для ефективного вирішення проблеми утилізації відходів виробництва потрібно здійснити їх паспортизацію, оцінити токсичність і вивчити  наслідки їх впливу на екосистему.

Таким чином, розробка ефективних і економічних заходів щодо суттєвого зменшення витрат на , які далі переводяться у форму осаду Zr3(PO4)4, Тi3(PO4)4.  Грубодисперсні частинки осаду відводяться через розвантажувальний люк. Частинки меншого розміру відділяються і відводяться до фотокаталітичного реактора, де використовуються в якості каталізатора. Це є досить економічним при даній технології очищення води.

Хімічні способи очищення від оксидів азоту поділяються на:

  •  сорбційні методи поглинання оксидів азоту з різних адсорбентів (цеоліти, кокс, водні розчини лугів);
  •  окисні методи, засновані на окислюванні NO в NO2 з наступним поглинанням різними поглиначами;
  •  відбудовні методи, засновані на відновленні NO до молекулярного N2. Їх реалізація можлива як без використання каталізаторів (гомогенне селективне відновлення) так і з застосуванням каталізаторів.

Найперспективнішими і ефективними методами видалення оксидів азоту є каталітичні методи.

  1.  Пряме термічне розкладання NOх протікає за за температур 800–1000°С:

 (10.1)

Однак застосування цього практично є дуже проблематичним через кінетичні труднощі, що виникають у реакції конверсії NOх на молекулярний азот і кисень.

  1.  Каталітичне відновлення NOx відновниками (реагентами) у присутності О2 чи повітря на загальному вигляді можна описати:

(10.2)

де У – відновник;

ВО – продукти перетворення У;

У  кількість О2, витраченого у реакції.

Як каталізатори для цього процесу використовують метали платинової групи, оксиди металів перемінної валентності, цеоліти. Відновниками NOx можуть бути Н2 і різні вуглеводні.

  1.  Відновлення оксидів азоту воднем протікає за нормальної температури 150-200°С. Як каталізатори найчастіше використовують оксиди Cu,Ni,Сr і їхні суміші чи Pt,Pd. Проте водень, як відновник оксидів азоту, не знаходить використання через його високу вартість.

Відновлення NOx, може здійснюватися:

(10.3)

  1.  Відновлення оксидів азоту з допомогою монооксиду вуглецю:

(10.4)

проводять при 150-350°С у присутності каталізаторів оксидів Fe,Cu,Ni,Cr чи благородних металів. Це направлення у екологічному каталізі дуже перспективне тому, що дозволяє одночасно видаляти з відведених газів і CO, і NOх.

  1.  Каталітичне відновлення NOx аміаком:

(10.6)

проводять при 270-390°С. Використання як відновника аміаку або його похідних практикується переважно для очищення від NOx промислових газів. Для підвищення ефективності перебігу процесу NH3 беруть у надлишку.

  1.  Екологічний моніторинг

Екологічний моніторинг виробництва включає в себе систему нагляду, аналізу та зберігання інформації про стан навколишнього середовища, прогнозування її змін та розробки науково обґрунтованих рекомендацій щодо покращення екологічного стану на підприємстві і навколо нього та для прийняття ефективних управлінських рішень. Таким чином, для отримання статистичних даних про вміст шкідливих речовин у стічних водах, викидах на підприємстві здійснюється систематичний відбір проб та їх аналіз.

У рамках даного проекту проводиться аналіз стічних вод цеху на залишковий вміст фосфатів після очищення води та концентрацію NOx, COx, які виходять з фотокаталітичних реакторів. Відбір проби проводиться щодня у місцях зливу води з біоставків та в місці виходу NOx, COx. Хімічний аналіз на залишковий вміст фосфатів визначається  за допомогою вимірювання оптичної густини води та побудови калібрувальних графіків, за якими визначається залишковий вміст фосфатів. Концентрація NOx, COx на виході з фото каталітичних реакторів не перевищує ГДК. Але перевірка необхідна для того, щоб в разі концентрованих газових викидів NOx, COx можна було їх очистити і не платити штраф, за забруднення навколишнього середовища.  Методики аналізу зразків очищеної води та газових викидів наведені у розділі 7.

  1.  Розрахунок екологічних платежів

У разі скидання до каналізації стічних вод або газових викидів у атмосферу (у даному випадку оксидів NOx, COx) концентрація шкідливих речовин у яких перевищує гранично-допустиму за нормами технологічного контролю у якості екологічного платежу потрібно сплачувати штраф. Однак, концентрація оксидів NOx, COx, які викидаються в атмосферу із фотокаталітичних реакторів не перевищує гранично допустимих концентрацій (ГДК), наведених у таблиці 10.2, тому сплати штрафів не відбувається.

Таблиця 10.2 – Гранично допустимі концентрації забруднюючих речовин

Назва речовини

Гранично допустима концентрація, мг/м3

Отримана в результаті дослідів концентрація, мг/м3

Максимальна разова

Середньодобова

Діоксид азоту

0,085

0,04

0,0017

Оксид азоту

0,6

0,04

0,00127

Окис вуглецю

5

1

0,00197

Таким чином у результаті діяльності цеху фото каталітичного очищення стічних вод від біогенних елементів досягнено основної мети – задоволення власних виробничних потреб підприємства, тобто отримання очищеної води від біогенних елементів. Дане відділення не порушує нормативів законодавства щодо викидів та стоків. Проте питання впровадження сучасних новітніх заходів з метою мінімізації кількості відходів залишається актуальним.

  1.  
    Охорона праці

Відповідно до технологічної частини проектного об’єкту фото каталітичного очищення стічних вод від біогенних елементів (азоту, фосфору) в обігу знаходяться шкідливі, небезпечні, пожежо- та вибухонебезпечні речовини і матеріали; на виробництві передбачено використання механічної, теплової, електричної енергії. Внутрішньоцеховий транспорт представлений промисловими трубопроводами та візками для транспортування реактивів.

Проектні рішення прийняті з урахуванням вимог охорони праці, пожежної та екологічної безпеки.

В даному розділі на основі аналізу шкідливих та небезпечних факторів розроблено заходи створення здорових, безпечних умов праці та пожежної безпеки на об’єкті, що проектується.

  1.  Виявлення та аналіз шкідливих небезпечних виробничих факторів на проектному об’єкті. Заходи з охорони праці
    1.  Повітря робочої зони

Відповідно до ДСН 3.3.6.042-99 роботи, які виконуються в цеху водо- підготовки відносяться до категорії середньої тяжкості ІІа. В таблиці 11.1 наведено оптимальні та допустимі параметри мікроклімату в робочій зоні виробничого приміщення.

Таблиця 11.1 – Санітарні норми параметрів мікроклімату в цеху

Категорія роботи

Період року

Параметр мікроклімату

Нормовані значення мікроклімату

Оптимальні

Фактичні

ІІ б

Холодний

Температура, °С

17 – 19

18

Відносна вологість повітря, %

40 – 60

50

Швидкість руху повітря, м/с

0,2

0,2

Теплий

Температура, °С

20 – 22

21

Відносна вологість повітря, %

40 – 60

50

Швидкість руху повітря, м/с

0,3

0,3

Температура внутрішніх поверхонь робочої зони (стіни, підлога, стеля), технологічного обладнання, зовнішніх поверхонь технологічного устаткування конструкцій не повинна перевищувати оптимальних величин температури повітря на робочих місцях більше, аніж на 2 ºС:

 tпов  =tопт  + 2ºС. (11.1)

tпов = 22 + 2 = 24 ºС.

Відповідають нормі також значення відносної вологості повітря та швидкості руху повітря в цеху. Тобто мікроклімат приміщення відповідає санітарним нормам. В холодний період року фактичні значення параметрів мікроклімату підтримуються за рахунок використання системи центрального водяного опалення.

У цеху використовується загально обмінна природна вентиляція  та додатково встановлена механічна витяжна вентиляція, призначена для видалення повітря, яка представляє собою ковпак великої ємності, всередині якого проводяться роботи зі шкідливими речовинами. Загальнообмінна вентиляція дозволяє підтримувати необхідні параметри повітря у всьому об’ємі повітря. Для видалення надмірного тепла та шкідливих домішок з повітря передбачено аварійну вентиляцію.

На об’єкті, що проектується, відповідно до технології виробництва передбачається наявність наступних шкідливих речовин: газові викиди NOx, COx, пил реагентів , що використовуються в якості каталізаторів процесу фото каталітичного очищення. У таблиці 11.2 представлена коротка санітарна характеристика цеху, що проектується.

Таблиця 11.2. Коротка санітарна характеристика цеху, що проектується

Назва виробничої

ділянки

Шкідливі речовини, що виділяються

Група шкідливої речовини вплив

ГДК, мг/м3

Клас небез-пеки речовини

Засоби індивідуаль-ного захисту

Засоби долікарняної допомоги

Методи

контролю

вмісту речовин

Клас підприємства

Санітарна група

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Бак змішувач

TiCl4, 

розсипання

Подразнюючі. Може викликати подразне-ня шкіри, слизової оболонки

ока і ди-

хальних шляхів.

2

3

Гумові рукавиці, захисний халат, захиcні окуляри ОП-1

Свіже по-вітря, промивання очей і шкіри водою.

ГХА Ахат

I

6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Фотокаталітичний реактор

NOx,

COx –газові викиди

Удуш-ливі,подразнюючі. Пари ви-ликають

кашель,

подраз-нюють сли-

зові обо-лонки

NOx 0,085

COx

0,6

3

Гумові рукавиці, захисний халат, респіра-тор РПГ-67, захи-ні окуля-ри ОП-1

Свіже по-вітря.

Газосиг-налізатор

ФКГ-ЗМ

II

21

  1.  Виробниче освітлення

У приміщенні цеху передбачено використання природного, штучного та суміщеного освітлення. Відповідно до ДБН В.2.5-28-2006 за зоровими умовами роботи в цеху відносяться до розряду середньої точності ІVa. Передбачено комбіноване штучне освітлення. У таблиці 11.3 наведено санітарно-гігієнічні норми параметрів освітлення.

Таблиця 11.3 – Санітарні норми і фактичні значення параметрів освітлення

Характер зорових робіт

Розряд і

підрозряд зорової роботи

Освітленість, лк

Значення КПО, %

Штучне освітлення

Природне

освітлення

Суміщене

освітлення

Комбіноване

Загальне

середньої точності

IVа

500

200

1,5

0,9

Розрахунок системи загального електричного освітлення цеху виконуємо методом коефіцієнта використання світлового потоку. Розрахунок потоку, необхідного для забезпечення заданої освітленості горизонтальної поверхні при загальному рівномірному освітленні з урахуванням світла, що відбивається стінами та стелею проводиться за формулою (для люмінесцентних ламп):

F = E·S·z·k/n·u·m,     (11.2)

де: F – світловий потік однієї лампи, лм;

Е – нормована освітлюваність, Е = 500 лк;

S – площа приміщення, S = 55 м2;

z – поправочний коефіцієнт світильника, z = 1,25;

k – коефіцієнт запасу, що враховує зниження освітленості при експлуатації, k = 1,1;

n – кількість світильників типу ШОД, які розміщені у два ряди і в кожному з яких знаходяться люмінесцентні лампи потужністю 40 Вт, n = 8;

u – коефіцієнт використання, що залежить від типу світильника, показника (індекса) приміщення, відбиття, u = 0,6;

m – число люмінесцентних ламп у світильнику, m = 2.

Таким чином, необхідний світловий потік однієї лампи:

F = E·S·z·k/n·u·m = 500·55·1,25·1,1/8·0,6·2 = 3939 лм.

Вибір стандартної лампи та визначення її потужності проводиться згідно ГОСТ 6825-74.

Відповідно до розрахованого світлового потоку (F = 3939 лм), необхідного для забезпечення заданої освітленості, обираємо тим лампи ЛД потужністю 80 Вт і визначимо електричну потужність всієї освітлювальної системи:

W = P·n·m,      (11.3)

де: W – потужність освітлювальної системи, Вт;

P – потужність однієї лампи, Р = 80 Вт.

Отже, електрична потужність всієї освітлювальної системи:

W = 80·8·2 = 1280 Вт.

  1.  Захист від виробничого шуму та вібрацій

Основним джерелом шуму та вібрації у цеху фотокаталітичного очищення води від біогенних елементів є насоси, бак-змішувач. Додатковий шум можуть створювати трубопроводи з великими швидкостями руху рідини та витяжні шафи.

Санітарна норма рівня звуку згідно з ДСН 3.3.6.037-99 – 80 дБА; допустимий рівень звуку при виконанні висококваліфікованої роботи, вимірювальної та аналітичної роботи – 60 ДБА. Загальний рівень шуму при виконанні науково-дослідної роботи – 52 ДБА, і, отже, не перевищує допустимої норми. Таким чином, розробляти додаткові заходи щодо зниження рівня шуму немає потреби.

Для захисту від виробничого шуму в цеху передбачені звукоізоляційні пристрої: перегородки, екрани й об'ємні звукопоглиначі у вигляді перфорованих кубів і куль, підвішених над насосами, розміщеними на поверхі землі.

Відповідно до  ДСН 3.3.6.039.99 допустимий рівень вібрації в приміщенні –3,1 дБ. Для захисту від вібрації в цеху передбачено розміщення двигунів на амортизаторах зі сталевих пружин, для зменшення вібрації перегородок та інших деталей передбачено нанесення на них вібропоглинаючих мастил, гуми, бітуму.

  1.  Електробезпека

Згідно з ПУЕ у відповідності до ступеня небезпеки ураження електричним струмом цех належить до приміщень 2 категорії – особливо небезпечні приміщення через наявність агресивного середовища.

Живлення електроустановок здійснюється від трьохфазної чотирьохпровідної електромережі змінного струму частотою 50 Гц, напругою 380/220 В з глухозаземленою нейтраллю.

Основними причинами появи електротравм в цеху являється виникнення напруги на відключених струмоведучих частинах внаслідок помилкового включення вимкненої установки чи замикання між вимкненими та струмоведучими частинами, які перебувають під напругою; виникнення напруги на металевих конструктивних частинах електрообладнання внаслідок пошкодження ізоляції струмопровідних частин; відсутність або несправність захисного відключення.

Ураження людини електричним струмом в умовах робочої зони може виникнути з умов дотику до металевих корпусів обладнання та незаземлених металевих предметів, які опинилися під напругою. при одно- і двофазному дотику до струмопровідних елементів, що перебувають під напругою:

, (11.4)

де: – фазова напруга, В;

– опір людини в самих несприятливих умовах, не враховуючи опір підлоги, Ом;

– опір заземлення нейтралі, Ом.

Відповідно до ГОСТ 12.1.038-84 в нормальному режимі роботи електрообладнання І = 0.3 мА, U = 2 В , а при аварійному режимі – І = 6мА, U = 36В.

.

Напруга дотику:

.

Отже, як бачимо розраховані значення Іл і Uд значно перевищують наведені вище нормативні значення. Це свідчить про те, що при порушенні вимог правил будови електрообладнання  у приміщенні лабораторії можливі. Приміщення лабораторії відноситься до безпечних приміщень. Оскільки, в умовах цеху небезпечною є дія на людину будь-якого відчутного струму, захисту від випадкового дотику піддаються всі струмоведучі частини обладнання незалежно від напруги. В особливо тяжких умовах знаходиться ізоляція електрообладнання, яке знаходиться у витяжній шафі.

Для забезпечення електробезпеки використовуються окремо чи у поєднанні один з одним такі заходи та засоби:

  1.  електроізоляція струмоведучих частин;
  2.  електрозахисні засоби: діелектричні рукавиці, діелектричне взуття, ізолювальні підставки, плакати та знаки безпеки;
  3.  захисне відключення електроустановок при виникненні в них небезпеки ураження струмом.

Під час виконання науково-дослідної роботи використовується апаратура з заземленням І класу, тобто заземлення відбувається автоматично при включенні вилки в розетку.

  1.  Безпека технологічних процесів та обслуговування обладнання

При роботі в цеху існує ряд небезпек, які пов’язані з технологічними процесами і обладнанням. Їх виникнення пов’язане з можливим розривом трубопроводів водопідготовчої установки, що виникає внаслідок гідравлічних ударів, різкого коливання тиску.

Основними заходами безпеки щодо ведення технологічного процесу є виключення безпосереднього контакту працюючих з цими апаратами та застосування автоматичного контролю і регулювання. З ціллю дотримання цих заходів все устаткування цеху обладнано необхідною запірною арматурою, запобіжними клапанами, манометрами, показниками рівня рідини.

Безпека роботи обладнання забезпечується згідно ГОСТ 13.3.002-75 – вибір технологічного процесу, режимів роботи обладнання; вибір вихідних матеріалів, спосіб їх зберігання та транспортування; розділення функцій між людиною та обладнанням.

Безпека обслуговування апаратури досягається правильним її розташуванням, згідно якого ширина зон обслуговування апаратів становить 1,5 м, ширина робочих проходів між фото каталітичними реакторами, фільтром та баками складає 2,5 м. Безпека експлуатації насосів забезпечується надійною конструкцією, корозійною стійкістю матеріалу та герметичністю ущільнення рухомих частин.

Для підтримання в справному стані обладнання своєчасно проводяться технічне обслуговування та ремонт.

З метою забезпечення безпеки працівника при проведенні експериментів у цеху передбачені наступні дії:

1. всі роботи проводяться в спеціальному халаті;

2. всі  досліди з концентрованими речовинами проводяться в витяжній шафі при наявності спеціального одягу і захисних окулярів, перед початком роботи перевіряється наявність руху повітря у витяжній шафі;

3. реактиви та хімічний посуд зберігаються в окремих шафах;

4. в кінці робочого дня вимикають електроенергію і воду;

5. обов’язково передбачені медичні аптечки.

  1.  Пожежна безпека

В цеху, що проектується, можливими джерелами пожежі є:

  1.  коротке замикання при пошкодженні електроізоляції електрообладнання;
  2.  занесення в приміщення високих потенціалів блискавки через видовжені елементи конструкцій;
  3.  прямий удар блискавки в об’єкт;
  4.  накопичення зарядів статичної електрики.

З метою дотримання правил пожежної безпеки у проекті передбачено такі запобіжні заходи:

  1.  розділення апаратів протипожежними перегородками на відсіки;
  2.  встановлено блискавкозахист за допомогою стрижневого блискавковідводу;
  3.  обладнання протипожежних перешкод у вигляді гребенів, козирків, бортиків між апаратами;
  4.  ємності з піском і пожежні щити; 
  5.  передбачено аварійне відключення установок у випадку виникнення загорання;
  6.  використовуються засоби колективного захисту від статичної електрики згідно з ГОСТ 12.4.124-83, а саме використовується відвід зарядів за допомогою заземлення.

Для механічного фільтра передбачено застосування запобіжних пристроїв (клапанів). Вони спрацьовують при підвищенні тиску понад установлені межі. Всі електроустановки захищені автоматичними пристроями від струмів короткого замикання.

Показники пожежо- та вибухонебезпечності матеріалів та речовин наведено в таблиці 11.4.

Таблиця 11.4 – Показники пожежо- та вибухонебезпечності речовин та матеріалів.

Реагенти,

що вико-ристову-ють у ви-

робництві

Агрега-тний стан ре-човини за н.у.

Показники пожежо-

та вибухонебезпеки

Вогне-гасні засоби

Категорія примі-щення за ЗНТП

24 - 86

Клас примі-щення (зони) і зовніш-ніх уста-новок за ПУЕ

Катего-рія

об'єкту і тип зони

за устро-єм бли-скавко-захисту згідно БН 305 - 77

Горю-чість

Температура спалаху-вання,°С

Темпе

рату-ра са-

моспалаху-

вання, °С

ZrCl4

Р

Не горюча

437

-

Вогнегасний порошок

Д

Д

П – IIа

ІІІА

Машин-не масло

(насос)

Р

Горить

180

380

Поро-шок ПСБ і СН-2

Гума

(ізоляція, одяг)

Тв

Горить

220

400

ОХП – 10

ВИСНОВОК

У даному розділі розроблено заходи, які направлені на створення здорових та безпечних умов праці та пожежної безпеки відповідно до санітарних норм і правил. Під час розробки проекту:

- наведено оптимальні та допустимі параметри мікроклімату в робочій зоні виробничого приміщення;

- створено сприятливу для роботи систему освітлення, а також проведено розрахунок системи загального електричного освітлення цеху методом коефіцієнта використання світлового потоку;

- передбачено застосування засобів захисту від виробничого шуму та вібрацій;

- наведено перелік електрозахисних засобів колективного та індивідуального захисту;

- вжито всіх можливих заходів щодо безпеки технологічних процесів та обслуговування обладнання;

- з метою дотримання правил пожежної безпеки проведено ряд заходів відповідного захисту.


Список використаної літератури

  1.  Макаров, Г.В. “Охрана труда в химической промышленности” / Макаров Г.В., Стрельчук Н. А., Кушелёв В. П., Орлов Г. Г.  – М.: Химия, 1997.
  2.  Методичні вказівки до виконання розділу Охорона праці в дипломних проектах і роботах / Орленко А.Т., Праховнік Н. А., Полукаров Ю. О. Київ: НТУУ «КПІ», 2007.
  3.  ДБН В.2.5-28-2006. Природне і штучне освітлення.
  4.  СНиП 2.01.02 – 85. Противопожарные нормы.


Висновки

В бакалаврському проекті розроблено установку підготовки додаткової води для підживлення теплових мереж на ТЕЦ та обґрунтовано вибір йоно-обмінного методу очищення. Приведено технологічну схему та її опис. Розраховано основне та допоміжне технологічне обладнання у відповідності із заданою продуктивністю.

Експериментально визначено максимально допустиму твердість води, при якій не відбувається процес накипоутворення.

Здійснено багатоваріантний розрахунок  на ПК, який дає можливість розрахувати необхідний об’єм кислоти, що дозується в зворотно-осмотичну мембрану в залежності від рН та лужності води.

Представлено схему автоматизації процесу водопідготовки, що передбачає контроль та регулювання таких параметрів, як тиск вихідної води у трубопроводі, перепад тиску на фільтраційній мембрані, рівень очищеної води у баках.

У результаті виконання економіко-організаційного розрахунку було розраховано вартість щорічних амортизаційних відрахувань та собівартість очистки концентрату Na-катіонуваннням, яка становить (на 1 м3 підживлювальної води) С = 2,85 грн.

У розділі екологічної безпеки виробництва наведено аналіз та джерела виникнення відходів, надано можливі варіанти очищення стічних води, забруднених хлоридами, а також розраховано суму щорічних екологічних платежів.

В дипломному  проекті приведено техніку безпеки проведення виробничого процесу.  Всі проектні рішення прийняті з урахуванням вимог охорони праці та пожежної безпеки. На основі аналізу шкідливих та небезпечних факторів розроблено заходи створення здорових та безпечних умов праці, пожежної безпеки на об’єкті, що проектується.

Перелік посилань

1. Лившиц, О. В. Справочник по водоподготовке котельных установок. – М.: Энергия, 1976 с. – 288 с., ил.

2. Кульский, Л. А. Теоретические основы и технологии конденсирования воды. – К.: Наукова думка, 1980 г. – 584 с., ил.

3. Концевой, С. А. Теоретичні та практичні основи попередження карбонатного накипоутворення у водних теплообмінних системах [Текст]: Автореферат. – К.: НТУУ «КПІ», 2011. – 20 с.

4. Беликов, С. Е. Водоподготовка: Справочник. /Под ред. д.т.н., действительного члена Академии промышленной экологии С.Е. Беликова. М.: Аква-Терм, 2007. – 240 с.

5. Макаров, Г.В. Охрана труда в химической промышленности / Макаров Г.В., Стрельчук Н. А., Кушелёв В. П., Орлов Г. Г.  – М.: Химия, 1997.

6. Лукінюк, М. В. Автоматизація типових технологічних процесів: технологічні об’єкти керування та схеми автоматизації [Текст] : навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл., які навчаються за напрямом «Автоматизація і комп’ют.-інтегр. технології / М. В. Лукінюк. – К.: НТУУ «КПІ», 2008. – 236 с. : іл. – Біблігр.: с. 230–231. – 200 пр. – ISBN 978-966-622-287-2.

7. Бабіченко, А.К. Промислові прилади та засоби автоматизації Харків / Томишинський В.И., Михайлов В.М. та ін.: НТУ «ХПІ» , 2001-470ст.

8.  Сайт ООО "ПТО", www.dlyakotlov.ru

9.  Сайт ООО "ТяжПром" www.tprom.ru

10. Рекуперація викидів, www.eco-paper.kpi.ua

11. Большая энциклопедия нефти и газа, www.ngpedia.ru


Змн
.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Розроб.

Молюга А.І.

.  

Перевірив.

Кримець С.А.

Реценз.

Н.Контр.

Затверд.

Кримець С.А.

Фотокаталітичне очищення стічних вод від біогенних елементів. Пояснювальна записка

Літ.

Акрушів

      

НТУУКПІ, ХТФ, ХН-91

Х

ХТФ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

EMBED Equation.3  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

ХН 9109 1440 001 ПЗ