Пример расчета песколовки.

Дано: ; ; ; ; .

Рассчитать геометрические размеры аэрируемой песколовки, пред­назначенной для очистки сточной воды от частиц песка.

Решение:

1. Определяем скорость осаждения твердых частиц в жидкости:

.

2. Находим площадь поперечного сечения песколовки:

.

3. Принимая В/Н = 1, определяем .

4. Принимаем .

5. Определяем длину песколовки:

б) Отстойники. Они представляют собой прямо­угольные резервуары, имеющие два и более одновременно работаю­щих отделения (рис. 11, а). Вода движется с одного конца отстойни­ка к другому.

Глубина отстойников равна Н = 1,5-4 м, длина 8-12 м, а ширина коридора 3-6 м. Равномерное распределение сточной воды дости­гается при помощи поперечного лотка. Горизонтальные отстойники ре­комендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м³/сут. Эффективность отстаивания достигает 60%.

В отстойнике каждая частица движется с потоком воды со ско­ростью w и под действием силы тяжести вниз — w. Таким образом, скорость перемещения каждой частицы будет представлять равнодей­ствующую двух этих скоростей. В отстойнике успеют осесть только те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника в пределах его длины. Горизонтальную скорость движения воды в отстойнике прини­мают не более 0,01 м/с. Продолжительность отстаивания 1-3 ч.

Пример расчета отстойника.

Рассчитать отстойник для сгущения водной суспензии по следующим данным: расход суспензии G_cм = 9600 кг/ч, содержание твердых частиц в суспензии х_см =0,1, в осадке x_ос = 0,5 и в осветленной жидкости х_осв = 0,0001 кг/кг. Частицы суспензии имеют шарообразную форму. Минимальный размер удаляемых частиц d_т = 25 мкм. Плотность частиц ρ_ч = 2600 кг/м³. Осаждение происходит при температуре 5 °С.

Определим значение критерия Аr по формуле:

Аr = d_т³ρ_жg(ρ_т-ρ_ж)/µ_ж²

Аr = (25·10^-6)³ ·1000·9,81(2600— 1000)/(1,519·10^-3)² = 0,106.

Поскольку Аг<36, рассчитаем Re по формуле:

при Ar<36 Re = Ar/18;

Re = 0,106/18 = 0.00589.

Скорость свободного осаждения в соответствии с выражением

ω_oc = µ_жRe/(d_тρ_ж),

составит:

ω_ос = 0,00589·1,519·10^-3/(25·10^-6·1000) =3,58·10^-4 м/с.

Найдем плотность суспензии по формуле :

ρ_см = l/[х_см/ρ_т+(1-х_см)/ρ_ж],

ρ_см= 1/(0,1/2600 + 0,9/1000) = 1066 кг/м³.

По формуле

ε= 1—х_смρ_см/ρ_т,

определим значение ε:

ε = 1-0,1 ·1066/2600 = 0,959.

Поскольку ε > 0,7, для расчета скорости стесненного осаждения применяем формулу :

при ε>0,7 ω_ст=ω_осε²·10^-1,82(l-ε);

ω_ст = 3,58·10^-4·0,959²·10^{-1,82(1-0,959)} = 2,77·10^-4 м/с.

Находим поверхность осаждения, принимая К₃=1,3 и считая, что плот­ность осветленной жидкости равна плотности чистой воды:

м².

По приведенным данным выбираем отстойник диаметром 3,6 м, высотой 1,8 м, имеющий поверхность 10,2 м².

Диаметр, м	1,8	3,6	6,0	9,0	12,0	15,0	18,0	24,0	30,0
Высота, м	1,8	1,8	3,0	3,6	3,5	3,6	3,2	3,6	3,6
Поверхность, м2	2,54	10.2	28,2	63,9	113	176,6	254	452	706,5

Рис. 11. Отстойники: а — горизонтальный: 1 — входной лоток, 2 — отстойная камера, 3 — выходной лоток, 4 — приямок; б — вертикальный: 1 — цилиндричес­кая часть, 2 — центральная труба, 3 — желоб, 4 — коническая часть; в — радиаль­ный: 1 — корпус, 2 — желоб, 3 — распределительное устройство, 4 — успокои­тельная камера, 5 — скребковый механизм; г — трубчатый; д — с наклонными пластинами: 1 — корпус, 2 — пластины, 3 — шламоприемник

в) Осветлители. Их применяют для очистки природных вод и для пред­варительного осветления сточных вод некоторых производств. Исполь­зуют, в частности, осветлители со взвешенным слоем осадка, через ко­торый пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.

Принципиальная схема осветлителя показана на рис. 12. Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагу­лянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока ско­рость выпадения их не станет рав­ной скорости восходящего потока — сечение I-I. Выше этого сечения образуется слой взвешенного осад­ка, через который фильтруется ос­ветленная вода.

Рис. 12. Блок осветлителя: 1 —освет­литель; 2 — желоб;

3 — осадкоуплотнитель

При этом наблю­дается процесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта. Оса­док удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная сода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.

Образование и уплотнение осадка в осадкоуплотнителе проис­ходит в условиях непрерывного поступления взвеси. При этом про­текают следующие процессы: 1) стесненное осаждение частиц, об­разование сплошной пространственной структуры из этих частиц с постепенным уменьшением ее объема в результате сжатия пустот между частицами; 2) уплотнение хлопьевидных частиц осадка, со­провождающееся удалением воды, заключенной в ячейках хлопьев; 3) сжатие хлопьев. Третий процесс протекает медленнее двух других и поэтому лимитирует процесс уплотнения осадка в целом.

Закономерности стесненного осаждения для хлопьевидных и не хлопьевидных частиц весьма близки между собой. В пределах объем­ных концентраций взвеси от 0 до 0,2 для приближенных расчетов скорости осаждения можно принять формулу:

(14)

Отношение скорости стесненного осаждения к скорости свобоного осаждения частиц равно: (15)

где и — коэффициенты сопротивления частиц соответствен­но при свободном и стесненном осаждении.

Зависимость гидравлического сопротивления слоя от скорости

V

Рис. 13. Зависимость потери напора от скорости восходящего потока воды в осветлителе

стесненного осаждения показана на рис.13, Участок I характеризует потери напора в неподвижном слое, а участок II — во взвешенном слое. Работу осветлителей при очистке сточных вод с малым содержанием взвешенных частиц можно ин­тенсифицировать повышением концентрации твердой фазы (напри­мер, добавлением глины) или рециркуляцией осадка осветлителя. Вто­рой путь более экономичен.

Конструкции осветлителей весьма разнообразны и отличаются по следующим признакам: 1) по форме рабочей камеры; 2) по нали­чию или отсутствию дырчатого днища под слоем взвешенного осад­ка; 3) по способу удаления избыточного осадка; 4) по конструкции и месту расположения осадкоуплотнителей.

Для интенсификации процесса первичного отстаивания трудно оседающих веществ на станциях биологической очистки применяют от­стойники-осветлители с естественной аэрацией, которые представляют собой вертикальные отстойники с внутренней камерой флокуляции.

В таких отстойниках сточная вода через центральную трубу по­ступает в камеру флокуляции, где происходит частичное окисление органических веществ аэрируемым воздухом, хлопьеобразование и сорбция загрязнений. Затем сточная вода поступает в отстойную зону. При прохождении через слой взвешенного осадка из нее удаляют мел­кодисперсные взвешенные частицы. Объем камеры флокуляции обес­печивает 20-минутное пребывание в ней воды. Степень очистки от взвешенных частиц достигает 70%.