Определение эффективности работы очистных сооружений при помощи статистических методов в Рустамии (Ирак, Багдад)

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В РУСТАМИИ (ИРАК, БАГДАД)
DESIGN EFFLUENT QUALITY FOR THE RUSTAMIYAH SEWAGE TREATMENT PLANT IN (BAGHDAD CITY-IRAQ) USING PERCENTILE MEAN RELATION
A.A. Ахмад, В. И. Щербаков A.A. Ahmad, V.I. Scherbakov
ФГБОУ ВПО ВГАСУ
Проведен статистический анализ no методу Портера и Витлэнда, который позволил определить соотношение между средним значением процентиля соответствия и значением качества очистки сточных вод, анализировалось биохимическое потребление кислорода (БПК5) и концентрация содержания взвешенных твёрдых частиц в сточных водах станции Рустамии в Багдаде и их соответствие существующим стандартам.
It was found that a new standard was called for which incorporate the Iraqi standards on effluent discharges plus a probability statement on compliance with this standard. This was possible through the introduction of [3] and [5] technique. Which depends upon relationship between percentiles of compliance and mean of (EQ). In our study effluent quality (EQ) was measured by BOD5 and T.S.S concentrations. Other relevant findings are reported herein.
Введение. По мнению П. М. Берто [1], эффективность работы очистных сооружений по очистке сточных вод от загрязняющих веществ регулируется определёнными стандартами уровня очистки сточных вод. Стандарт понимается как предельное значение нормы концентрации загрязнения в очищенном стоке стандарты качества воды подразделяются на качественный и количественный. Качественный аспект включает в себя понятие стандарт и то, какие нормативы должны быть установлены. Например, какой уровень качества воды должен быть установлен для сброса сточных вод в реки и озёра различного назначения [2].
Стандарты определяются значением параметров качества воды (например: концентрация растворённого кислорода, температура воды, мутность воды и др.), что в минимальном количестве должно содержаться в реках или озёрах в определённых климатических условиях. Так, устанавливается минимальная норма растворённого кислорода в водоёмах, достаточного для поддержания воспроизводства рыбных ресурсов [5,8].
Для осуществления контроля степени очистки сточных вод необходимо учитывать предельно допустимую концентрацию загрязнений сточных вод в водных объектах перед выполнением инженерных работ по проектированию и строительству очистных сооружений [9].
Долговременные изменения и кратковременные колебания сбрасываемых загрязнений, влияющих на качество воды, раскрывают недостатки в работе отдельных очистных сооружений. Поэтому, предлагается эффективный метод, который заключается в использовании процентиля как характеристики изменчивости загрязнений в сточных водах, применяемый для уточнения стандартов и установления критериев для проектирования очистных сооружений. Основная идея данного метода заключается в том, что средняя величина концентрации загрязнений расценивается как дополнительный компонент, в отличие от других статистических измерений, который используется в качестве необходимого параметра для математического моделирования [11].
Критерии первоначального проектирования очистной станции в Ираке, в районе Рус-тамия, устанавливались без учёта современных достижений в области очистки воды. Проектирование коллекторов и сооружений основывалось на ежесуточном притоке бытовых сточных вод от населения в количестве 114 л/чел. и производственных расходах равных 455 л/чел. Кроме того, в общий сток отводились и поверхностные воды [4,10].
Проектирование очистных сооружений производительностью 300 тыс. м3/сут. проводилось в две очереди на 150 тыс. м3/сут., каждая линия. В соответствии с новыми стандартами, принятыми Иракским министерством здравоохранения допустимый уровень биохимического потребления кислорода (БПК5) был снижен с 60 мг/л до 40 мг/л, а значение допустимого уровня общего содержания взвешенных твёрдых частиц не изменилось — 60 мг/л.
Анализ статистических данных содержания взвешенных веществ и БПК5.
Основная цель данной работы заключается в исследовании эффективности работы очистной станции в Рустамии, сбор статистических данных и возможности применения метода среднего значения процентиля, введённый Портером и Витлэндом [3,7], на практике. В цели работы входило определение среднего значения процентиля, основанного на результатах анализов сточных вод за каждые сутки, отдельно для каждой линии очистных сооружений. В работе проанализировано содержание общего количества содержания взвешенных твёрдых частиц и уровень биохимического потребления кислорода (БПК5) в сточных водах [6].
В таблице 1 приведены результаты статистических данных анализов сточных вод. Из данной таблицы видно, что эффективность работы сооружений первой линии очистной станций (ОС1) выше, чем второй (ОС2).
Анализ статистических данных содержания взвешенных веществ и БПК5, содержащихся в сточных водах, показывает необходимость изменения режима работы некоторых сооружений для достижения параметров, отвечающих требуемым стандартам.
Логарифмическое преобразование статистических результатов является наиболее подходящим методом для определения эффективности работы сооружении. Данное заключение базируется на выводах, полученных из среднего арифметического значения (ц) в сравнении с средним квадратичным отклонением (о) значений концентраций взвешенных веществ и БПК 5 для каждой линии (рис. 1). Ежедневная информация по каждому году для взвешенных веществ и БПК5, приведена на рис. 2, где графически представлено вероятностное подтверждение необходимости логарифмических преобразований.
Таблица 1
Статистические данные анализа сточных вод очистной станции
к
I
& lt-и
Л О
о
0 & lt-и 3
1
н о
V
о
количество взвешенных веществ, (мг/л)_
БПК5 ,(мг/л)
& lt-и & lt-и К
& lt-и л
и
& lt-и & lt-и
2 ?
О | та нн
?
Среднее квадратичное отклонение (ст)
¦л X
я
& lt-и К
& lt-и И
? 5
И
& lt-и & lt-и К
& lt-и Л
и
& lt-и & lt-и
2 ?5
О | та нн
?
Среднее квадратичное отклонение (ст)
I й
& lt-и 3 I
я
& lt-и
к
& lt-и И
? 5
И
0С1
42,50
49,45
29,36
32,99
30,85
17,52
ОС,
61,11
63,04
41,42
44,86
37,34
28,26
ВВ-ОС!
вв-ос,
л т
А '-
— 36. 77 + 1. 62 Ц -13. 64 + 0. 95 Ц
О
о о/ /о /о, е оА / & amp- о% А /У" & lt-р ° /о
бпк5-ОС1. о о я = -18. 38 + 1. 19 Ц
БПК5-ОС2 о я = - 22. 64 +1. 18 Ц
а) Среднее арифметическое значение концентрации, мг/л
б) Среднее арифметическое значение концентрации, мг/л
Рис. 1. Среднеквадратичное отклонение среднего значений соотношения концентраций ВВ (а) и БПК5 (б) для ОС! и ОС2
а) ВВ? ОС! о ОС2
б) БПК5? ОС! оОС2
Рис. 2. График зависимости концентрации ВВ (а) и БПК5 (б) от совокупного процента
а) вв? ос! о 0с2 б) бпк5? ос! о 0с2
Рис. 3. Логарифмическое преобразование полученных результатов первой и второй линий
На рис. 3 полученные данные представлены в виде кривых вероятности. Как видно из представленных схем полученные данные работы сооружений проанализированы и описаны при помощи логарифмически нормального распределения.
Определение значений процентиля концентраций взвешенных веществ и БПК5.
Вариативность состава сточных вод не всегда отражается при помощи арифметического среднеквадратического измерения рассматриваемых параметров. Наиболее приемлемый метод предлагают Портер и Витлэнд, в котором для измерения вариативности состава сточных вод применяется метод определения значения процентиля концентрации. В соответствии с этим методом соотношение различных значений процентиля концентрации со средним арифметическим значением приводит к определению среднего значения процентиля (например, 95-и процентиль, 80-и процентиль, 65-и процентиль и т. д.).
Среднее значение взвешенных веществ и БПК5, исходя из данных, получаемых ежесуточно, как уже было указано, составляет 42,5 мг/л. На рис. 4. а показано отношение между средним значением взвешенных веществ первой линии (ОС1) и соответствующих значений процентиля. Например, 80-и процентиль, означает, что 80% времени концентрация взвешенных веществ варьируется в пределах допустимой нормы со средним значением 43 мг/л и меньше. Однако, концентрация взвешенных веществ превышает норму вычисленного среднего значения для первой линии (ОС1) приблизительно 73 дня в году. Стандарты относятся к вероятностным значениям, т. е. соответствие норме должно быть 95% времени, тогда как из рис. 4. а видно, что соответствующее норме среднее значение концентрации взвешенных веществ будет 20 мг/л. Подобным образом, вероятностные величины стандарта, установленные для Ирака, составляют 60 мг/л взвешенных веществ 95% времени, при этом очистная станция должна сбрасывать сток с содержанием взвешенных веществ в среднем 26 мг/л. Это намного ниже, чем реальные цифры 42,5 мг/л. Таким образом, установленная норма в 60 мг/л выполнима только в 81% времени, и это означает, что уровень стандарта концентрации взвешенных веществ превышается приблизительно 69 дней в году.
В таблице 2 представлено количество дней в году, когда нормы стандарта, установленного для очистки сточных вод в Ираке, превышаются, что было посчитано указанным выше способом.
а) Средняя концентрация ВВ в сточных водах б) Средняя концентрация БПК5 в сточных водах
Рис. 4. Соотношение между средним значением концентраций а) ВВ., б) БПК5 и соответствующего значения перцентиля для 0С1 и 0С2 (мг/л).
Таблица 2
Количество дней в году, когда нормы стандарта для очищенных сточных __вод превышаются_
Очистные сооружения Концентрация В В. /сут. Концентрация БПК5/сут.
ОС1 (0,19*365) 69 98
ОС2 131 171
Из таблицы 2 видно, что очистная способность сооружений первой линии (0С1) выше, чем второй (0С2).
На рис. 5 приведен график средних значений концентраций, соответствующих установленным стандартам в Ираке. Из данного графика следует, что оценивается допустимое среднее значение взвешенных веществ и БПК5 в сточных водах каждой линии, в 95% времени. Например, для первой линии, среднее значение концентрации взвешенных веществ не должно превышать 19 мг/л (рис. 4). Соответственно, параметры средних значений концентраций взвешенных веществ и БПК5 в их соотношении с установленными стандартами представлены в таблице 3.
Таблица 3
Среднее значение параметров качества сточных вод в их соотношении с установленными стандартами (в расчёте на 95-ый процентиль).
Очистные сооружения взвешенные вещества, (мг/л) БПК5, (мг/л)
ОС1 28 19
ОС2 26 16
Порцентиль соответствия Порцентиль соответствия
Рис. 5. Средняя концентрация ВВ и БПК5, соответствующая стандартам (в процент определённого времени) — Е- экспонента
Данные значения намного ниже полученных данных с сооружений первой и второй линий. Такой вывод указывает на необходимость интенсификации работы отдельных очистных сооружении.
Кроме того, как видно из приведённых данных уровень качества очистки воды второй линии ниже, чем на первой. Колебания в содержании загрязнений в очищенных стоках второй линии (0С2) выше, чем в стоках первой (ОС1). Погрешности вычислений укладываются в пределах среднеквадратического отклонения.
Для сравнения значений взвешенных веществ и БПК5 двух линий представлен график (рис. 6), где верхняя кривая обозначает максимальное содержание ВВ и БПК5 в воде двух линий очистных сооружении. Данные графики позволяют не превышать установленные ограничения. Представленные графики основываются на экспериментальных данных. Полученные результаты указывают на то, по установленным в Ираке стандартам, вероятностное соответствие качества очистки сточных вод составляет 95%. Кроме того, можно заключить, что очистная способность сооружений первой линии (0С1) выше, чем на второй линии (0С2). Особенно данное различие просматривается при изменении уровня содержания взвешенных веществ в поступающих на очистку сточных водах.
Выводы. Статистический анализ, использованный в работе, показал, что многочисленные данные целесообразно проанализировать и описывать при помощи логарифмически нормального распределения. Для измерения показателей значений концентрации ВВ и БПК5 использовался метод определения значения процентиля концентрации. Было установлено, что полученное соотношение может быть использовано для улучшения работы сооружений очистной станции. Кроме того, представленное графически соотношение между процентилем и средней величиной загрязнений может быть использовано в проектировании конструкций сооружений повышающих эффективность работы существующей очистной станции, а также для проектирования новых объектов и эксплуатации существующих станций и сооружений для очистки сточных вод.
1500


1350
|
| 1200
Э& quot-
X 1050
5
1 900

К 750
X
1 ?00
7
X
Ц 450
1
1 И 300

1 150

т
вв — ОС2 р
Допустимая ,'-
вв — ОСа верхняя граница,* /? / г * / / /? * А
Допустимая * /
верхняя граница^ // / д Д°
бпк5 — ос[ бпк5 — ос2

Допустимая
Допустимая у верхняя
верхняя граница / граница
у& quot-
У
О
/ г у
/
/ У о
/ х-
Л 4
Ф о°д
д
8
Среднее арифметическое значение концентрации ВВ, мг/л
Среднее арифметическое значение Ы1К, — мг/л
Рис. 6. Максимальное значение ВВ и БПК5 для первой и второй линий ОС1 и 0С2
Рис. 7. Схема сооружений очистной станции Рустамии. 1-главная насосная станция канализационной системы- 2-горизонтальные песколовки- 3-песковые площадки- 4-распределительный колодец- 5-первичный отстойник- 6-аэратенк- 7-распределительный колодец. — 8-вторичный отстойник. — 9-контактный резервуар- 10-конечная насосная станция канализационной системы- 11-гидрометрический лоток. — 12-иловый насос. — 13-резервуар сбраживания осадка сточных вод. — 14-метантанк.- 15-иловые площадки. — 16-хлораторная. — 17- решётки. — 18- камера аэрации.
Литература
1. Берто П. М. Статистический подход к анализу функционирования очистных станций / П. М. Берто, Л. Вендж, А. Дарджатмоко // Журнал инженерной экологии, ASCE. — Том. 115. — № 3, июнь 1989. — С. 650 — 657.
2. Онг С. Л. Расширение возможностей для региональных очистных сооружений. / С. Л. Онг, Дж. А. Барри // Журнал инженерной экологии, ASCE. — Том. 116. — № 3, май 1990. -С. 542−549.
3. Портер К., Среднее значение процентиля при оценке состояния сточных вод. / К. Портер // Журнал инженерной экологии, ASCE. — Том. 101. — №. EE3, июнь, 1975. — С. 473−478.
4. Ронни А. Д. Фрэзер-Уильяме, Строительство полей аэрации для улучшения очистки и повторного использования стоков, / Фрэзер-Уильяме Ронни А. Д., Канд. диссертация, Центр наук о воде устойчивому Департамента системы Школы прикладных наук, Кранфильд ун-т, 2007 Октябрь, С. 28 и 106.
5. Шредер, Е. Д., Вода и очистка сточных вод. / Е. Д. Шредер. Международное студенческое изд-во: McGraw-Hill Inc, США 1977. — 139 с.
6. Сохайми Клинг, Определение характеристик бытовых сточных вод по отношению к типу и размеру сооружений,/ Клинг Сохайми, Магистерская диссертация, факультет гражданского строительства — технологический университет Малайзии, май 2007 г., С. 6−8.
7. Витлэнд, А. Б. Статистическое выражение параметров качества сточных вод. / А.Б. Вит-ленд. // Исследования воды. — Том. 6. — 1972. — С. 339−340.
8. Евилевич А. З. Утилизация осадков сточных вод / А. З. Евилевич, М. А. Евилевич. — Л. Стройиздат, Ленинградское отделение, 1988. — 86 с.
9. Любарский B.M. Осадки природных вод и методы обработки / B.M. Любарский. — М. Стройиздат, 1980. — 26 с.
10. Орлова С. С., Математическая обработка статистических данных по повреждениям и отказам на транспортном трубопроводе ./ С. С. Орлова, // Вестник саратовского госагроунивер-ситета Им. Н. И. Вавилова № 5, СС. 53−56, 2008 г.
11. Яковлев C.B. Водоотведение и очистка сточных вод / C.B. Яковлев, Ю. В. Воронов. -М., Издательство Ассоциации строительных вузов, 2002, — С. 463−465.
Literature
1. Berthoux P. M., Wenje Lai, and A. Darjatmoko, & quot-Statistics-Based Approach to Wastewater Treatment Plant Operations& quot-, Journal of the Environmental Engineering Division, ASCE, Vol. 115, No. 3, June 1989, 650−657 pp.
2. Ong S. L., and Barry J. Adams, & quot-Capacity Expansion for Regeional Wastewater System& quot-, Journal of the Environmental Engineering Division, ASCE, Vol. 116, No. 3, May 1990, pp. 542−549.
3. Porter, K. S., & quot- Percentile Mean Relation for Effluent Assessment& quot- Journal of the Environmental Engineering Division, ASCE, Vol. 101, No. EE3, June, 1975, pp. 473−478.
4. Ronnie A. D. Frazer-Williams, Constructed Wetlands for Advanced Treatment and Reuse, Ph.D. Thesis, centre for water sciences sustainable systems department, school of applied sciences-Cranfield University, October 2007, pp. 28.
5. Schroeder, E. D. & quot-Water and Wastewater Treatment & quot-, International Student Edition, McGraw-Hill Inc., USA 1977, p. 139.
6. Sohaimi Kling, Determination of Domestic Wastewater Characteristics And It'-s Relation to the Type and Size of Developments, M. Sc. Thesis, faculty of civil engineering — university technology Malaysia, May 2007, pp. 6−8.
7. Wheatland, A. B., & quot-Statistical Expression of Effluent Quality Parameters& quot-, Water Research, Vol. 6, 1972, pp. 339−340.
8. Evilevich A. Z, Disposal of sewage sludge / A.Z. Evilevich, M.A. Evilevich / / Leningrad Stroiizdat Leningrad Branch, 1988. 86 pp.
9. Lubarsky V.M., Precipitation and natural water treatment methods / Lubarsky V. M / / Moscow Stroiizdat-1980 / Environmental Protection, 26 pp.
10. Orlova Svetlana Sergeyevna, Mathematical Treatment of Statistical Data on Damage and Failure on The Pipelines Transporting, Saratov state agrarian university, scientific periodical (publication) Journal N.I. Vavilov, No. 5, 2008 pp. 53−56.
11. Yakovlev S.V. / Drainage and Sewage / S.V. Yakovlev, Y.V. Voronov / Moscow-2002, Publisher Association building schools, 463−465 pp.
Ключевые слова: очистная станция, анализ качества сточных вод, (БПК5), количество взвешенных частиц, среднее значение процентиля.
Keywords: Sewage Treatment Plant, Design effluent quality, BOD5, T.S.S., Percentile mean rela-
394 006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, тел. +7 4732 257-26-66-
e-mail автора: scher@vgasu. vrn. ru
Рецензент: Зав. кафедрой водоснабжения, д.т.н., профессор Орлов В. А. ФГБОУ ВПО МГСУ

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой