7.6. Примеры расчетов
Пример 7.1. Определить удельный расход промывной воды q, если удельное сопротивление r подаваемого на вакуум-фильтрацию сброженного осадка составляет 2·1014 см/г, а на брожение смеси ила и осадка – 3·1016 см/г.
Решение. Удельный расход промывной воды, м3/м3: для осадка q = lg(r·10-10) – 1,8 = lg(2·1014·10-10) – 1,8 = 2,5; а для смеси ила и осадка q = lg(3·1016·10-10) – 1,8 =4,5.
Пример 7.2. Рассчитать, какое количество реагентов потребуется для обработки осадков способом вакуум-фильтрации. Для этой цели используют FeCl3 и Ca(OH)2 с активностью этих веществ соответственно 95 и 40 %. Установлено, что необходимая доза Fe2O3 составляет 3,5, CaO – 12 %.
Решение. Пересчитаем дозу Fe2O3 на FeCl3 и CaO на Ca(OH)2.
Определим необходимую дозу FeCl3. В молекуле Fe2O3 имеются два атома железа, на долю которых приходится 70 % молекулярной массы Fe2O3. Если доза Fe2O3 = 3,5 %, то на долю железа приходится, %: 3,5·0,7 = 2,45. В FeCl3 на 56 г железа приходится 162,5 г соли, или на 1 массовую часть железа – 2,9 части соли. При потребности в железе 2,45 % потребность в соли FeCl3 составит, %: 2,45·2,9 = 7,1. Поскольку исследуемое вещество имеет активность 95 %, то для обеспечения нужной массы активного реагента потребуется соли, %: 7,1:0,95 = 7,5.
Определим необходимую дозу Ca(OH)2. В составе этого вещества на массовую долю CaO приходится 73,7 %, или, что то же, на 1 часть CaO требуется 1,36 части Ca(OH)2. При дозе CaO, равной 12 %, требуемая доза Ca(OH)2, следовательно, составит, %: 12·1,36 = = 16,3. Поскольку активная известь составляет всего 40 %, то для обеспечения достаточной дозы для активного продукта обходимая доза Ca(OH)2 , %: 16,3:0,4 = 40,8.
Окончательно получим, что для обработки 1 кг сухого вещества осадков нужно взять 75 г хлорного железа и 408 г гашеной извести.
Пример 7.3. Проанализировать данные о работе вакуум-фильтра БОН-40, если за 2500 ч его эксплуатации на промывку было подано 80000 м3 осадков влажностью 96,8 %. Получено после промывки 42000 м3 осадков влажностью 95 %, а обезвоженного осадка – 12650 м3 влажностью 80 %. Использованы реагенты: хлорное железо с дозой 4 % и гашеная известь с дозой 25 % с долей товарных продуктов. Удельный расход промывной воды составляет 4 м3/м3.
Решение. На промывку подано сухого вещества, т: 80000·3,2/100 = 2560. После промывки и уплотнения сухого вещества получено, т: 42000·5/100 = 2100. Потеря сухого вещества осадка со сливной водой, т: 2560 – 2100 = 460.
В уплотнитель было подано смеси, м3: 80000·4 = 320000.
Если удалено в виде осадка 42000 м3, то объем сливной воды составит, м3: 320000 – 42000 = 278000.
Концентрация взвешенных веществ в сливной воде, мг/л: (460·1000)/278000 = 1654.
В расчете на сухое вещество подано реагентов, т: хлорного железа 2100·0,04 = 84, гашеной извести 2100·0,25 = 525, всего 84 + 525 = 609.
Значительная часть добавляемых реагентов оказывается в воде в нерастворенном виде. Это образующийся гидроксид железа, практически нерастворимый в воде – до 80 % добавляемой извести в связи с ее малой растворимостью и до 5-10 % инородных веществ. Учет всех этих компонентов прямым способом может быть выполнен лишь ориентировочно, но такой подсчет показывает, что 70-80 % массы реагентов добавляется к сухому веществу осадков.
После фильтрации получено сухого вещества, т: (12650·20)/100 = 2530. Поскольку в осадке сухого вещества было 2100 т, то дополнительные 430 т могут быть отнесены на счет реагентов.
Производительность вакуум-фильтра в выработке сухого вещества при площади поверхности фильтра 40 м2 (с учетом реагентов) составит, кг/(ч·м2): (2530·1000)/(2500·40) = 25,3, а без учета реагентов – 21.
Пример 7.4. Рассчитать, какой объем ила удаляется в виде фугата, и определить качество фугата, если на центрифугирование подается ил влажностью 96,8 %. Влажность обезвоженного ила 80 %, эффективность задержания взвешенных веществ 28 %.
Решение. В 1 м3 исходного ила было 32 кг сухого вещества (влажность ила 96,8 %). В виде обезвоженного ила получено сухого вещества, кг/м3: 32·0,28 = 8,96. Объем этого ила при его влажности 80 %, т.е. задержании сухого вещества 200 кг/м3, составляет, м3/м3: 8,96/200 = 0,0488.
Если с 1 м3 обрабатываемого ила получается 0,0488 м3 обезвоженного продукта, то фугата получится 0,9552 м3/м3, что составляет 95,5% первоначального объема ила. В полученном фугате имеется сухого вещества, кг/м3: 32 – 8,96 = 23,04. Концентрация в фугате взвешенных веществ составит, кг/м3 или г/л: 23,04/0,9552 = 24,1. При концентрации сухого вещества в фугате 24,1 г/л его влажность составляет 97,6 %.
В результате центрифугирования объем фугата составил более 95 % от расхода отработанного ила с качеством, практически близким к исходному илу. Влажность фугата всего на 0,8 % выше влажности ила, поданного на центрифугирование.
В схеме сооружений должна быть предусмотрена система обработки или использования фугата.
Пример 7.5. Рассчитать флотационный илоуплотнитель при следующих исходных данных: расход ила V = 1000 м3/сут, начальная концентрация активного ила Со = 4,5 кг/м3.
Решение. При рециркуляции ила во флотаторе масса сухого вещества, кг: Исух = Со·V = 4,5·1000 = 450.
Согласно рекомендациям принимаем: давление воздуха р = = 0,4 МПа, степень насыщения воздухом fн = 0,6, температура t = = 15 оС, рабочая глубина флотатора h = 1,4 м, что соответствует гидростатическому давлению 0,09 МПа. Рабочее давление воздуха, МПа: ра = 0,4 + 0,09 = 0,49.
Объем
растворимого воздуха
,
освободившегося при снижении давления
с 0,49 до 0,1 МПа, определяем по номограмме
(рис. 7.19), см3/л:
=
100 – 20 = 80. Тогда
= 80·0,6 = 48.
Необходимое содержание воздуха в иловой смеси, м3/м3, находим по формуле
.
Подставляя значение Wр из уравнения Wр = hBpVп(fнр – – 1)/(СоV), находим объем рециркуляционного потока, насыщенного воздухом, м3/сут:
.
|
Рис. 7.19. Растворимость воздуха в активном иле в зависимости от давления и температуры
|
Общий расход, поступающий во флотатор, м3/сут:
Q = V + Vп = 1000 + 1250 = 2250,
или, при равномерном поступлении ила по часам суток, 94 м3/ч.
Принимаем, что при 10-минутном разрежении высота флотируемого слоя составляет 77 %, а слоя разреженного осадка – 23 %, тогда гидравлическая нагрузка, м3/(м2 ·мин):
Q’ = 0,23·1,4/10 = 0,00332 или 1,93 м3/(м2 ·ч).
Площадь флотатора, м2:
F = Q/Q' = 94/1,93 = 49.
Объем флотируемого слоя, м3:
Vф = Fh = 49·1,4 = 69.
При непосредственном насыщении ила воздухом (без рециркуляции ила) определяем необходимое давление воздуха, МПа:
0,03 = 1,4·48·(0,6ра – 1)/(4,5·1000); ра = 0,57.
Площадь флотатора, м2:
F = V/(24Q') = 1000/(24·1,93) = 22.
Сравнивая рассмотренные варианты, можно отметить, что по первому варианту необходимая площадь флотатора почти в два раза больше, чем по второму (49 и 22 м2), но необходимое давление насыщения воздухом во втором варианте выше (0,57 и 0,49 МПа).
Пример 7.6. Произвести расчет вакуум-фильтров и барабанной сушилки для обезвоживания и сушки сброженной смеси осадка и активного ила. Расход сырого осадка влажностью W1 = = 93 % из первичных отстойников Q1 = 250 м3/сут, расход избыточного активного ила влажностью W2 = 97 %, Q2 = 420 м3/сут. Удельное сопротивление осадка первичных отстойников 220·1010 см/г, щелочность 25 ммоль/л, удельное сопротивление уплотненного активного ила 2200·1010 см/г, щелочность 12 мг-экв/л.
Решение. Влажность смеси осадка и активного ила, %, определяем по формуле
.
Щелочность смеси находим по формуле, ммоль/л:
.
Удельное сопротивление смеси, см/г, вычисляем по зависимости
,
где r1, r2 – удельное сопротивление осадка и ила, см/г; С1 , С2 , Ссм – соответственно количество сухого вещества в осадке, активном иле, смеси осадка и активного ила, %.
.
Дозу извести (массовую долю CaO в извести), %, определяем по формуле
,
где k – коэффициент, зависящий от вида и химического состава коагулянта и от вида осадка: при коагуляции осадка хлорным железом в сочетании с известью k = 0,25 (для сброженного осадка), доза хлорного железа 30-40 % от дозы извести; R = r·10-10 – удельное сопротивление осадка, см/г; W – влажность осадка, %; С – массовая доля сухого вещества осадка, %; Щ – щелочность осадка до коагуляции, мг/л.
.
Доза хлорного железа составляет 3 % массы сухого вещества смеси. Масса сухого вещества обезвоженного осадка в 1 сут, т, определяется по известной зависимости:
P1 = (Q1 + Q2)(100 – Wсм)/100 = (250 + 420)(100 – 95,5)/100 = 35,5.
Удельное сопротивление скоагулированного осадка r = 28 см/г, а при вакууме, Па: 350·133,322 = 46662, R = 28·46662/500 = 19,6. При этом удельном сопротивлении осадка продолжительность одного оборота барабана равна 3 мин.
Принимая влажность кека Wк = 80 %, по формуле
,
где Wи, Wк – влажность исходного осадка и кека, %; ρ – плотность исходного осадка, т/м3; τ – доля времени действия вакуума от общего цикла работы фильтра, %; p – рабочий вакуум, Па; η – вязкость фильтрата, Па·с; Т – период вращения барабана, мин,
определим производительность вакуум-фильтра, кг/м2, в 1 ч:
.
При работе вакуум-фильтров 24 ч в сутки необходимая площадь поверхности фильтров составит 70,8 м2. Принимаем три рабочих и один резервный вакуум-фильтр типа БОУ с площадью поверхности фильтрования 20 м2 каждый.
Объем осадка, обезвоженного на вакуум-фильтрах в 1 сут, м3, составит
.
Принимаем, что в барабанной сушилке осадок подсушивается до влажности 30 %. Таким образом, в сутки из осадка удаляется 107 м3 воды, или 4,46 м3/ч. Нагрузка по испаряемой влаге на 1 м3 объема барабана составляет 60 кг/ч.
Удельный расход теплоты на 1 кг испаряемой влаги равен 4943 кДж. Тогда расход теплоты в сутки, кДж, будет
107000·4943 = 4491·105.
Количество термически высушенного в 1 сут осадка, т, составит
150 – 107 = 43.
Пример 7.7. Рассчитать центрифуги для обезвоживания сырого осадка первичных отстойников и избыточного активного ила из вторичных отстойников. По схеме фугат при обезвоживании осадка направляется в первичные отстойники, а фугат при центрифугировании активного ила – в аэротенки. Производительность станции Q = 30000 м3/сут. Концентрация взвешенных веществ в сточной жидкости С1 = 200 мг/л. Эффект осветления в первичных отстойниках 50 %. На 1 м3 сточных вод прирост активного ила составляет Си = 100 г/сут.
Решение. Определим коэффициент выноса взвешенных веществ из первичных отстойников:
k = 1 – Эос /100 = 1 – 50/100 = 0,5,
где Эос – эффект осветления, %.
Принимая эффективность задержания сухого вещества в центрифуге 55 %, определим коэффициент выноса взвешенных веществ из центрифуги:
m = 1 – Э/100 = 1 – 55/100 = 0,45,
где Э – эффективность получения сухого вещества центрифугированием, %.
Увеличение концентрации взвешенных веществ при подаче фугата перед первичными отстойниками, г/м3, определим по формуле
,
где С1 – концентрация взвешенных веществ в поступающей сточной жидкости, г/л.
Объем сырого осадка влажностью 95 %, задержанного в первичных отстойниках, м3/сут:
.
Принимая эффективность задержания сухого вещества 55 % при центрифугировании осадка первичных отстойников и влажность кека 70 %, определим его объем, м3:
.
Плотность кека ρк = 0,85, поэтому масса кека, т:
M = Vкρк = 7,09·0,85 = 6,03.
Определим коэффициент прироста активного ила и прирост его массы, м3:
K = Сп.ф /С1 = 258/200 = 1,29;
.
Считая эффективность задержания сухого вещества активного ила на центрифугах 20 % и влажность кека 70 %, получим массу ила, т, и его объем, м3, подаваемый на центрифуги:
М1 = Ми ·100/Э = 3,87·100/20 = 19,35;
V1 = М1 ·100/(100 – Wи) = 19,35·100/(100 – 97) = 645.
К установке принимаем центрифуги ОГШ-50К-4, имеющие производительность 14 м3/ч. Тогда число рабочих центрифуг n = = 645/(14·24) = 2. Кроме того, имеются две резервные центрифуги.