ФГБОУ ВПО «УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ

Кафедра «Инженерной защиты окружающей среды»

Методическое пособие для проведения практических работ

СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫЙ ВОД

Ижевск 2012

Практическая работа № 1.

Расчет флотационного илоуплотнителя

Цель работы: изучить и освоить методику расчета конструкционных параметров флотационного илоуплотнителя для обработки осадков сточных вод.

Теоретическая часть

Флотаторы для уплотнения избыточного активного ила рекомендуется применять в технологических схемах обработки осадков перед сбраживанием в метантенках, перед тепловой обработкой и механическим обезвоживанием[29] .Ранее кафедрой разрабатывалась методика расчета флотаторов для очистки сточных вод [30].

Преимущество флотационных уплотнителей, по сравнению с гравитационными, заключается в следующем:

• уменьшается объем сооружений для уплотнения активного ила в результате сокращения времени пребывания во флотаторе, по сравнению с необходимым временем пребывания в гравитационных уплотнителях;

• сокращается объем избыточного активного ила за счет увеличения концентрации до 4 - 6 %, что в свою очередь приводит к сокращению затрат на последующую его обработку.

Технологическая схема работы флотационной установки для уплотнения избыточного активного ила представлена на рис. 3.2. Основными узлами установки являются флотатор, узел насыщения, в который входят напорный бак - 2, насос - 3, эжектор - 4 и редукционное устройство - 5.

Рабочая жидкость, в качестве которой используется очищенная сточная вода или сливная вода из флотатора, забирается насосом - 3 из резервуара - 6 и подается в напорный бак - 2. Воздух вводится в рабочую жидкость через эжектор - 4, расположенный между всасывающей и напорной линиями насоса (вместо эжектора для подачи воздуха может быть использован компрессор). В напорном баке происходит растворение воздуха в рабочей жидкости под давлением 0,3-0,5 МПа. Насыщенная воздухом рабочая жидкость после снижения давления на редукционном устройстве - 5 поступает через распределительное устройство - 7 во флотатор.

Активный ил из своего резервуара - 8 поступает самотеком и смешивается с рабочей жидкостью перед впуском в распределительное устройство. При снижении давления из рабочей жидкости выделяется избыточное количество воздуха в виде мельчайших воздушных пузырьков (50-80 мкм).

Эти воздушные пузырьки прикрепляются к частицам ила и флотируют их к поверхности, где происходит их уплотнение. Уплотненный ил собирается пеносборным устройством - 9 и отводится из флотатора в резервуар -10, откуда насосом - 11 откачивается на дальнейшую обработку. Сливная вода проходит под подвесной перегородкой - 12, разделяющей флотатор на флотационную и водосборную камеры, и отводится в резервуар - 6 либо сбрасывается на очистные сооружения.

Рис. 3.2. Схема установки для флотационного уплотнения активного ила:

1 - флотатор радиальный, 2 - напорный бак, 3 - насос, 4 - эжектор, 5 – редукционное устройство, 6 - резервуар тех. воды, 7 - распределительное устройство, 8 – резервуар АИ, 9 - пеносборное устройство, 10 - резервуар уплотненного ила, 11 - насос, 12 - подвесная перегородка, 13 - привод пеносборного устройства

Разделение иловых смесей надлежит вести в зависимости от требуемой степени осветления по содержанию взвешенных веществ, указанных в табл. 3.1. Уплотнение иловых смесей проводят из расчета величины гидравлической нагрузки на поверхность зеркала q_u ,которую принимают в зависимости от безразмерного параметра J_ia_i по табл. 3.2.

Таблица 3.1

Определение продолжительности флотации при разделении иловой смеси

Параметр	Содержание взвешенных веществ, мг/л
	15	10	5
Продолжительность флотации, мин.	40	50	60
Удельный расход воздуха, л/кг взвешенных веществ ила	4	6	9

Таблица 3.2

Определение величины илового индекса

Сточные воды	Иловый индекс Ji, см3/г, при нагрузке на ил в аэротенке ai, мг/г(сут)
	100	200	300	400	500	600
Городские	130	100	70	80	95	130
Производственные: нефтеперерабатывающих заводов заводов синтетического каучука комбинатов искусственного волокна целлюлозно-бумажных комбинатов химкомбинатов азотной промышленности	- - - - -	120 100 300 220 90	70 40 200 150 60	80 70 250 170 75	120 100 280 200 90	160 130 400 220 120

Примечание. Для окситенков величина J_i должна быть снижена в 1,3-1,5 раза.

Таблица 3.3.

Определение гидравлической нагрузки на флотационный илоуплотнитель q_u в зависимости от безразмерного параметра

Ji	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
qu м3/(м2ч)	12	10	9	8	7,5	6,7

Параметры работы установки для уплотнения активных илов для ориентировочных расчетов рекомендуется принимать следующие:

• нагрузка по сухому веществу ила: 3-6 кг/(м²ч)

• продолжительность уплотнения 2-3 ч.;

• продолжительность пребывания иловоздушной смеси в напорном баке 2-4 мин.;

• концентрация уплотненного ила: 4-6 %;

• удельный расход воздуха 5 л воздуха/кг сухого вещества ила;

• соотношение расходов рабочей жидкости и активного ила: 1,5:1 - 3:1

• эффективность задержания сухого вещества: 94,5 – 96,5 %.

Флотаторы применяются двух типов — круглые с радиальным движением воды и прямоугольные с горизонтальным движением воды рис. 3.3. Диаметр круглых (радиальных) флотаторов должен выбираться из следующего типоразмерного ряда: 6, 9, 12, 15, 18 и 24 м. Диаметр камеры флотации D_ф принимается на 0,5 - 1 м меньше диаметра флотатора D_y.

Горизонтальные флотаторы могут иметь ширину не более 3 м, при ширине более 3 м необходимо устанавливать продольные перегородки. Отношение ширины В_ф к длине L_p рекомендуется принимать 1:3 - 1:5. Рабочая глубина флотаторов принимается равной Н_р = 2 - 4 м.

Рис. 3.3. Расчетные схемы прямоугольного и круглого флотаторов

Методика расчета

Количество избыточного ила Q_i , поступающего на уплотнение определяется по весу:

P_i = ( П_i-a_i )·q_d /1000·1000 (кг/сут) (1)

где П_i – прирост активного ила, определяется по СНиП[11] 9.60;

а_i – вынос активного ила из вторичных отстойников.

П_i = 0,8 · С_cdp + k_g · L_en (мг/л) (2)

по объему:

Q_i=P_n /γi·100/100 - W_mud (м³/ч) (3)

где γ_i - объемный вес ;

W_mud – влажность поступающего на флотацию избыточного активного ила.

Максимальный часовой приток избыточного активного ила (м₃/ч)

q_max = k_h · Q_i (4)

Нагрузка на ил q_i мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества ила в сутки в аэротенках составит (мг/(г сут))

q_i = 24 (L_en - L_ex) / a_i (1 - S) t_r-a (5)

По таблице 3.2. находим иловый индекс J_i и безразмерную величину(см³/г)

J_i a_i = J_i a_i / 1000 (6)

По таблице 3.3 находим нагрузку q_u (м³/(м²·ч) на поверхность зеркала флотаци­онной камеры. Площадь зеркала флотационной камеры F_ф составит (м²)

F_ф = q_max / q_u (7)

Диаметр флотационной камеры (м)

(8)

где n - количество флотаторов, принимаемых к установке.

Время пребывания t активного ила во флотаторе и уплотнителе (ч)

t=t_f+t_u (9)

где t_f - время пребывания во флотаторе;

t_u - время пребывания в уплотнителе.

Расчетный объем V_y флотационного уплотнителя (м²)

V_y = q_max t (10)

Диаметр D_y флотационного илоуплотнителя (м)

(11)

где Н_u - высота флотационной камеры.

Принимаем к установке два радиальных флотационных илоуплотните­ля диаметром D_y согласно типового проекта Т-2316. Концентрация активного ила в осветленной воде 200-300 мг/л.

Количество q_p рабочей жидкости (м³/ч)

q_p = 0,30 q_max (12)

Расчетный объем V_н напорных резервуаров (м³)

(13)

где η - коэффициент, учитывающий скопление воздуха в верхней час­ти резервуара.

Диаметр D_n напорного резервуара (м)

(14)

Принимаем к установке два напорных резервуара диаметром D_n = 1 м согласно типового проекта Т-2425.