Охрана вод часть 1
.pdf
71
форму в плане, а движение воды в них практически отсутствует (кроме возмущений, создаваемых сборно-распределительным устройством).
Впоследние годы получили распространение тонкослойные отстойники. Особенность их заключается в том, что отстойная зона делится на неглубокие слои полочными секциями и трубчатыми элементами, в которых обеспечивается ламинарное движение воды.
Взависимости от назначения в технологической схеме очистных сооружений отстойники подразделяют на первичные и вторичные. Первичные отстойники служат для предварительного осветления сточных вод, поступающих на дальнейшую очистку биохимическими или физикохимическими методами. Вторичные – для осветления сточных вод, прошедших очистку указанными методами.
Отстойники различных типов целесообразно применять при следующих условиях: вертикальные отстойники - при производительности до 20000 м3/сут.; горизонтальные - при производительности свыше 15000 м3/сут.; радиальные - при производительности свыше 20000 м3/сут.
При расчете горизонтальных отстойников (рис. 5.5) определяют ширину отделений отстойника по формуле
В = q , nh1V
где q – максимальный расход сточных вод; n – количество отделений;
h1 – глубина проточной части отстойника; V – средняя скорость движения сточных вод.
Рекомендуется принимать глубину проточной части h1=1,5-3,0 м, а среднюю скорость движения сточных вод V=5-10 мм/с.
72
Длина отстойника
L = Vh1 , KU0
где К – коэффициент, равный 0,5;
U0 – скорость осаждения расчетных частиц взвесей в мм/с.
U0 |
= |
1000Kh1 |
−ω , |
||
|
|
|
Kh |
n' |
|
|
αt |
1 |
|
|
|
|
h |
|
|||
|
|
|
|
|
|
где t – продолжительность отстаивания воды в цилиндре высотой h=500 мм, соответствующая заданному эффекту осветления воды;
α - коэффициент, учитывающий влияние температуры воды на её вязкость; n’ – коэффициент, зависящий от свойств взвеси;
ω - вертикальная турбулентная составляющая скорости движения сточных вод.
Рис. 5.5 Схема горизонтального отстойника:
а– вид сбоку; б – вид сверху;
1)подводящий трубопровод; 2) распределительный лоток;
3)полупогруженные доски; 4) сборный лоток;
5)лоток для сбора и удаления плавающих веществ;
6)отводящий трубопровод; 7) трубопровод для удаления осадка
73
Радиус R вертикальных и радиальных отстойников, а также отстойников с вращающимися сборно-распределительными устройствами
R = |
q |
, |
nπKU0 |
где К – коэффициент, зависящий от типа отстойника, равный: 0,35 – для вертикальных; 0,45 – для радиальных;
0,85 - с вращающимися сборно-распределительными устройствами.
Проверку скорости движения воды на половине радиуса радиального отстойника производят по формуле
V |
|
= |
q |
. |
ф |
|
|||
|
|
nπRh1 |
||
|
|
|
||
В случае различия значений Vф и V необходимо повторить расчет |
||||
величины R. |
|
|
|
|
При расчете отстойников следует принимать |
||||
• для радиальных h1=1,5-5,0 м; D/h1=6-12 м (D – диаметр отстойника);
|
V=5-10 мм/с; |
|
||
• |
для вертикальных h1=2,7-3,8 м; D=4-9 м; |
|
||
• |
для отстойников с вращающимися сборно-распределительными устрой- |
|||
|
ствами h1=0,8-1,2 м; V=0. |
|
||
|
Длину тонкослойных отстойников определяют по формуле |
|||
|
|
hяр |
|
|
|
L = l1 + K3 |
|
V +l2 |
, |
|
U0 cosα |
|||
где hяр – высота яруса;
α - угол наклона полок к горизонту;
74
К3 – коэффициент запаса, равный 1,3-1,5; l1 – длина водораспределительной зоны; l2 – длина водосборной зоны.
Скорость движения воды в межполочном пространстве V следует определять из условия обеспечения ламинарного движения воды.
Расчет вторичных отстойников выполняют с учетом особенностей работы сооружений биохимической очистки сточных вод.
Расчет нефтеловушек рекомендуется производить с учетом кинетики всплывания нефтяных частиц. При отсутствии этих данных допускается принимать гидравлическую крупность нефтяных частиц в пределах от 0,4 мм/с (с количеством уловленной нефти 70%) до 0,6 мм/с (с количеством уловленной нефти 60%). При расчете нефтеловушек следует принимать h1=2 м; L/h1=15-20 м; B=3-6 м; V=4-6 мм/с.
5.4. ФИЛЬТРЫ. МИКРОФИЛЬТРЫ. СЕТКИ
Для глубокой очистки сточных вод от мелкодиспергированных частиц, а также для доочистки сточных вод после биохимических или других методов очистки применяют зернистые фильтры. Эти фильтры бывают с нисходящим (движение воды сверху вниз) и с восходящим (движение воды снизу вверх) потоком. Фильтры с нисходящим потоком воды могут иметь однослойную или многослойную загрузку.
Площадь фильтров в м2 определяют по формуле
Fф |
= |
|
|
Qk |
|
|
, |
|
TV ф |
− 3,6n(W1t1 + W 2 t2 + W3t3 )− nV |
фt |
4 |
|||||
|
|
|
||||||
где Q – производительность очистной станции; k – коэффициент неравномерности;
T – продолжительность работы станции в течение суток, час;
75
Vф – скорость фильтрования, м/ч;
n - количество промывок каждого фильтра в сутки;
W1 – интенсивность в л/с м2 продолжительностью t1 (в часах) первоначального взрыхления верхнего слоя загрузки (только для фильтров с нисходящим потоком);
W2 – интенсивность подачи воды в л/с м2 продолжительностью t2 (в часах) водовоздушной промывки (только для однослойных фильтров)
W3 – интенсивность в л/с м2 продолжительностью промывки t3 (в часах); t4 – продолжительность простоя фильтра из-за промывки, час.
При расчетах фильтров, предназначенных для доочистки воды после биохимической очистки, скорость фильтрования следует принимать: 6-7 м/ч – для однослойных фильтров с нисходящим потоком и 7-8 м/ч – для однослойных фильтров с восходящим потоком и двухслойных фильтров. При форсированном режиме возможна работа фильтров со скоростями фильтрации, выше указанных на 15-20%.
Для выделения из сточных вод мелкодиспергированных примесей применяют микрофильтры. Основным рабочим элементом их является вращающийся цилиндрический барабан, обтянутый фильтрующим полотном с ячейками размером 40-70 мкм.
Площадь фильтрующей поверхности микрофильтров следует определять по формуле
Fмф = K1QK , K2TVф
где К1 – коэффициент, учитывающий увеличение производительности микрофильтров за счет очистки промывной воды, равный 1,03-1,05; К2 – коэффициент, учитывающий фильтрующую поверхность, располо-
женную над водой (при погружении барабана на 0,6 диаметра К2=0,55; при погружении на 0,7 диаметра К2=0,63).
76
При расчете микрофильтров скорость фильтрования принимают в зависимости от характера задерживаемых примесей и их концентрации в очищаемой воде в пределах от 20 до 90 м/ч. При доочистке биологически очищенных сточных вод скорость фильтрования следует принимать рав-
ной 20-25 м/ч.
Для доочистки сточных вод применяют сетки, размер их ячеек зависит от вида загрязнений и необходимой степени очистки воды. Рабочую площадь сеток определяют по формуле
Fc = QK К'1 K2 , VС
где Vc – скорость движения воды в сетке;
К1’ – коэффициент стеснения площади сетки проволокой и опорными рамами
К1' = в +вd 2 (1+ F1 ),
где в – размер ячеек;
d – диаметр проволоки сетки;
F1 – часть площади, занимаемая рамами и шарнирами; К2’ – коэффициент загрязнения сетки, равный 1,2-1,8.
При расчете сеток следует принимать: в=0,5÷5,0 мм; d=0,3÷2,0 мм; Vc=0,2÷0,4 м/с – для плоскости сеток; Vc=0,4÷1,0 м/с – для вращающихся.
5.5.ГИДРОЦИКЛОНЫ
Внастоящее время существует целый ряд аппаратов для интенсификации процессов механической очистки, в частности, использующие действие центробежной силы. Наиболее распространены напорные гидроциклоны.
77
Напорный гидроциклон представляет собой аппарат, состоящий из цилиндрической части с примыкающей к ней снизу широким основанием конической части (рис. 5.6).
Очищаемая вода поступает под давлением через входной патрубок в верхнюю часть цилиндра и приобретает вращательное движение. При этом возникают значительные центробежные силы, под действием которых более тяжелые взвешенные частицы, содержащиеся в сточной воде, перемещаются от оси гидроциклона к его стенкам по спирали вниз и через шламовую насадку отводятся из аппарата. Более легкая взвесь движется во внутреннем спиральном потоке, направленном вверх, и отводится из гидроциклона через сливной патрубок.
Рис. 5.6. Напорный гидроциклон
Основными критериями, позволяющими судить о работе гидроциклонов, являются: производительность, крупность граничного зерна, степень очистки и потери воды через шламовое отверстие.
78
Под крупностью граничного зерна понимают размер частиц, которые, находясь в равновесии под действием центробежной силы и силы сопротивления жидкости, вращаются на определенном радиусе гидроциклона, а затем распределяются поровну между продуктами разделения. Все частицы большей крупности поступают в шламовый насадок, а меньшей – в верхний слив.
Эффективность работы гидроциклонов зависит от расхода и свойств осветляемой воды, концентрации взвешенных веществ в воде и их гранулометрического состава, плотности и вязкости воды, геометрических размеров аппарата и их соотношений: диаметра цилиндрической части D и её высоты hц; площади входного отверстия Fвх и диаметра сливной dсл и шла-
ковой насадок dп; угла конусности конической части α и её высоты hк. Исходными данными для расчетных параметров гидроциклона яв-
ляются: общий расход сточных вод Q0; фракционный состав загрязнений в исходной воде, концентрация взвешенных веществ в исходной k0 и осветленной воде kt.
Расчет гидроциклонов производят в указанной ниже последовательности.
1. Определяется требуемый эффект очистки в %
Э = k0 −kt 100. k0
2. По фракционному составу загрязнений в исходной воде и требуемому эффекту очистки определяют требуемый диаметр граничного зерна
δтр.
3. Задается диаметр гидроциклона D. Предварительно диаметр гид-
роциклона можно выбрать, исходя из заданной крупности разделения δтр и расхода сточных вод.
79
4. Производительность одного гидроциклона при оптимальных значениях диаметра питающего патрубка dвx = (0,1÷0,4)D и давления на входе
Pвbx = (0,3 ÷ 2,5) 105 Па определяют по формуле в м3/ч
Q = kd 2 |
P |
10−5 , |
|
1 |
вx |
вx |
|
где k=1,5 ÷2,5;
dвч - диаметр входного патрубка, см.
5. Число гидроциклонов в блоке находят по формуле
n = Q0 Q1 .
Полученное число n округляют до ближайшего целого n0, а затем уточняют производительность одного гидроциклона и давление на входе
Q = Q0 n0 ,
Pbx = Q2 . kdв4x
6.Выбирают оптимальные геометрические размеры
•диаметра сливного патрубка dсл = (0,2 ÷0,6)D ;
•диаметра шламовой насадки dn = (0,1÷0,3)D ;
•угла конусности α =10 ÷300 ;
•высоты цилиндрической части hщ = (1÷2)D ;
•глубины погружения сливного патрубка hсл = (0,15 ÷1)D .
7.Определяют расход, проходящий через сливной и шламовый патрубки в м3/ч
d 2
qсл = Q dсл2 +слdn2 ,
80
d 2
qn = Q dсл2 +n dn2 .
8. Находят скорость на входе и тангенциальную скорость у стенки гидроциклона в м/с
Vвx = π4Q , dв2x
Vτ0 = 0,944 Fвx Fсл Vвx ,
где Fвх и Fсл - площади выходного и сливного отверстий.
9. Рассчитывают тангенциальную скорость на радиусе сливного отверстия в м/с
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+ |
|
|
|
r слА |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
V |
=V |
|
|
|
|
А |
, |
|||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
τсл |
τ |
0 |
1+ |
|
сл1 А+1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
r |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
d |
вх |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где А = 0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
d |
сл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
rСЛ = rсл R - относительный радиус сливного отверстия.
10. Радиальную скорость на радиусе сливного отверстия гидроциклона при радиальной скорости у стенки Vr0 = (0,25 ÷0,3)Vτ0 находят по фор-
муле в м/с
|
|
|
1 |
− |
|
ст |
|||
Vrсл |
=Vr0 |
r |
|||||||
|
|
сл (1 |
− |
|
сл |
|
ст ) , |
||
r |
r |
r |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|