Задание для самостоятельного решения.

Вариант	qw max, *106 л/ч	Н1, м	α
1	2,1	1,03	45,5
2	2,2	1,06	46
3	2,3	1,09	46,5
4	2,4	1,12	47
5	2,5	1,15	47,5
6	2,6	1,18	48
7	2,7	1,21	48,5
8	2,8	1,24	49
9	2,9	1,27	49,5
10	3,0	1,3	50

Задание 2. Определить размеры решеток и количество улавливаемых ими загрязнений для очистной станции со средней производительностью Q_w=15000 м³/сут. Общий коэффициент неравномерности водоотведения К_об.max=1,58. Глубина воды в камере Н₁ = 1,5 м, средняя скорость воды в прозорах 1 м/с и ширина прозоров 0,016 м, толщина стержня 6 мм.

Задание 3.Определить количество и расчетные параметры решеток станции забора воды флотационной обогатительной фабрики, еслисуточная потребность в воде составляет 150000 м³/сут, Глубина воды в коллекторе 1,2 м, ширина решетки составляет 2100 мм, а ширина фильтрующей части 810 мм, толщина стержней 8 мм, ширина прозоров 16 мм, решетки устанавливаются под углом 60 °.

Усреднители.

Резкие колебания расхода и количества загрязнений сточных вод затрудняют их очистку. Для обеспечения нормальной работы очистных сооружений усредняют расход сточных вод или концентрации веществ, находящихся в ней. Иногда усреднение осуществляют по двум показателям одновременно. Изменение концентрации в сточной воде может произойти в результате её залпового сброса или вследствие циклических колебаний состава вод.

Усреднение проводят в контактных и проточных усреднителях. Контактные усреднители используют при небольших расходах сточной воды, в периодических процессах и для обеспечения выравнивания концентрации. В большинстве случаев применяют проточные усреднители, которые выполняют в виде многокоридорных (многоходовых) резервуаров или резервуаров с перемешивающими устройствами. Из многокоридорных усреднителей наибольшее распространение получили прямоугольные и круглые (рис.2.2) . Усреднение в них достигается смешением струй сточной воды разной концентрации.

б

а

Рис. 2.2 Прямоугольный усреднитель( а) и круглый усреднитель (б) концентрации сточных вод.

1-водоподающий канал; 2-распределительный лоток; 3-глухая перегородка; 4-сборные лотки; 5-продольные перегородки; 6-водоотводящий лоток.

Для погашения залпового сброса объём усреднителя определяется по формуле:

(2.7)

где – расход сточных вод, м³/ч; – длительность залпового сброса, ч; К – коэффициент усреднения:

(2.8)

где – максимальная концентрация загрязнений в залповом сбросе; – средняя концентрация загрязнений в стоке; – концентрация загрязнений в стоке, допустимая по условиям работы последующих сооружений.

Объем усреднителя с перемешивающим устройством при залповом сбросе определяется по следующим формулам:

, при К<5 (2.9)

, при К≥5 (2.10)

Объем усреднителя с перемешивающим устройством при циклических колебаниях вычисляется по формулам:

, при К<5 (2.11)

, при К≥5 (2.12)

где – период цикла колебания, ч.

Для случая произвольного характера колебаний концентрации загрязнений сточных вод методики определения объема усреднителя не имеется и объем определяется методом пошагового подбора. Сначала объем усреднителя принимается примерно равным суммарному притоку сточных вод в часы, когда концентрация загрязнений превышает допустимую концентрацию. Затем проверяется правильность принятого объема путем концентрации загрязнений на выходе из сооружения по часам суток. Если получающийся при расчете ряд концентраций содержит значения больше допустимой величины даже после 3 суток усреднения, расчет следует повторить при увеличенном объеме. Изменение концентрации загрязнения на выходе из усреднителя в каждый час определяется по формуле

(2.13)

где, C_вх, С_вых – концентрация загрязнений на входе и выходе за предфдущий период времени, г/м³.

Результат вычисления может быть как положительным, так и отрицательным. Полученное значение следует прибавить к С_вых предшествующего периода времени, в результате чего получается С_вых данного периода времени.

Определение концентрации загрязнений в усредненной воде следует начинать с того часа, когда наблюдается максимальное значение C_вх. Если получившийся результат в любой период времени превышает допустимую концентрацию загрязнений, то расчет следует повторить при увеличенном объеме усреднителя.

Для усреднения расхода сточных вод объем усреднителя следует рассчитывать аналогично расчету регулирующих емкостей систем водоснабжения и канализации.

Объем усреднителя, предназначенного для усреднения расхода и концентрации загрязнения, также определяется методом подбора — проверкой принятого объема усреднителя и концентрации загрязнения на выходе из усреднителя в отдельные периоды времени.

Пример 2.3.

Определить объем и размеры усреднителя для усреднения сточных вод, приток которых и концентрация загрязнений по часам суток характеризуются данными, приведенными в таблице 2.7. Допустимая концентрация загрязнений C_доп = 700 г/м³.

Таблица 2.7.

Исходные и расчетные данные для проектируемого усреднителя

Исходные данные			Расчетные концентрации загрязнений в усредненной воде за сутки, г/м3
Часы суток	Приток, м3/ч	Свх, г/м3	1		2		3
			ΔСвых	Свых	ΔСвых	Свых	ΔСвых	Свых
1	540	240	-	-	-27	493	-24	465
2	580	280	-	-	-22	471	-19	446
3	580	285	-	-	-19	452	-17	429
4	400	300	-	-	-11	441	-9	420
5	450	220	-	-	-19	422	-18	402
6	340	450	-	-	2	424	3	405
7	340	600	-	-	12	435	12	417
8	300	740	-	-	16	451	17	432
9	450	500	-	-	4	455	5	439
10	450	700	-	-	20	475	21	460
11	480	1000	-	-	45	520	46	506
12	500	1550	-	700	92	612	93	599
13	600	820	13	713	22	634	24	623
14	700	650	-8	705	2	636	3	626
15	750	800	13	718	22	658	23	649
16	500	1200	43	761	48	706	49	698
17	350	450	-19	742	-16	690	-16	682
18	350	240	-31	711	-28	662	-28	654
19	380	270	-30	681	-27	635	-26	628
20	450	180	-40	641	-37	598	-36	592
21	450	150	-39	602	-36	562	-36	556
22	400	150	-32	570	-29	533	-29	527
23	400	210	-26	544	-23	510	-23	504
24	550	300	-24	520	-21	489	-20	484

Как видно из таблицы 2.7, изменение концентрации загрязнения происходит произвольно. Превышение концентрации загрязнений сверх допустимой наблюдается с 7 до 16 ч. Поэтому период усреднения принимаем равным 9 часам и ориентировочно можно определить объем усреднителя как

V= 300+450+450+480+500+600+700+750+500 = 4730 м³.

Типовая секция имеет размеры 25*11,8*5 м и полезный объем 1400 м³. Отсюда можно определить необходимое количество секций.

N=4730/1400=3,38≈ 4. Округление производится в большую сторону, что бы иметь запас объема.

Таким образом, усреднитель будет состоять их 4 типовых секций общим объемом 5600 м³.

Пропускная способность каждой секции определяется из максимального расхода сточных вод. q_w =750/4=187,5 м³/ч.

Проверочный расчет принятого объема усреднителя следует начать с 11 ч, когда концентрация загрязнений в поступающей воде максимальна. Делаем предположение, что в 12 ч в усредненной воде концентрация загрязнений равна допустимой, т. е. 700 г/м³. Изменение концентрации загрязнений в следующий час по формуле 2.13 будет

= г/м³.

Концентрация загрязнений в выходящей воде

С_вых13 = С_вых12+ =700+13=713 г/м³

Результаты расчетов приведены в таблице 2.7. Как видно из таблицы, максимальная концентрация на третьи сутки составляет 698 г/м³, что меньше допустимой. Следовательно, расчетный объем усреднителя определен правильно.

Задания для контроля.

Задание 1. Рассчитать объем усреднителя. Расход производственных сточных вод равен q_w = 450 м3/ч, характер нестационарности – залповые сбросы длительностью τ_з = 1,5 ч загрязнений c концентрацией C_max = 620 мг/л. Средняя концентрация загрязнений в стоке составляет C_ср = 180 мг/л, допустимая концентрация после усреднения должна быть C_доп = 250 мг/л.

Задание 2. Рассчитать объем усреднителя. Расход производственных сточных вод постоянный и равен q_w = 530 м3/ч, характер нестационарности – произвольные колебаниянения. Концентрация загрязнений в сточной воде приведена в таблице 2.8. Допустимая концентрация на выходе из усреднителя не должна превышать 800 мг/л.

Исходные данные
Часы суток	Свх, мг/л
1	210
2	430
3	620
4	680
5	500
6	720
7	990
8	1580
9	830
10	890
11	1150
12	980
13	810
14	530
15	580
16	420
17	440
18	500
19	410
20	320
21	210
22	220
23	310
24	210

Задание 3. Расход производственных сточных вод равен q_w = 380 м3/ч, характер нестационарности – циклические сбросы загрязнений с периодом колебаний τ_к = 3 ч и концентрацией C_max = 750 мг/л. Средняя концентрация загрязнений в стоке составляет 130 мг/л, допустимая концентрация после усреднения должна быть 260 мг/л. Рассчитать объем усреднителя.

Кроме процеживания и смешения к механическим методам очистки так же относится и отстаивание. Отстаивание воды - процесс выделения из нее под действием гравитационных сил взвешенных веществ; при этом частицы с плотностью, большей плотности воды, движутся вниз, с меньшей — вверх. Сооружения, в которых осуществляется этот процесс, называют отстойниками.

Природные воды, забираемые из поверхностных источников водоснабжения, как правило, загрязнены взвешенными веществами, имеющими плотность больше плотности воды, поэтому их можно отнести к суспензиям. Сточные воды могут быть как суспензиями, так и эмульсиями. В последнем случае взвешенными веществами являются масла, жиры и нефтепродукты. В производственных сточных водах компоненты загрязнений, имеющие плотность больше и меньше плотности воды, часто присутствуют одновременно. Эффективность процесса отстаивания воды определяется скоростью осаждения взвешенных частиц, от которой зависят продолжительного процесса и объем отстойных сооружений. Основным фактором, определяющим продолжительного процесса отстаивания воды, является дисперсность (крупность) частиц.

Процесс отстаивания нашел широкое применение. Практически на всех станциях очистки питьевых и сточных вод городов и промышленных предприятий применяются аппараты для отстаивания. К таким аппаратам относятся песколовки, первичные и вторичные отстойники, илоуловители, нефтеловушки, смоло-, жиро- и маслоуловители.

Отстойники.

Отстойные сооружения, используемые на очистных сооружениях канализации, классифицируются:

• по характеру работы: подразделяются на периодического действия (контактные) и непрерывного действия (проточные);

• по технологической роли: делятся на первичные отстойники (для осветления сточной воды),вторичные отстойники (для отстаивания воды, прошедшей биологическую очистку) и третичные отстойники (для доочистки), илоуплотнители, осадкоуплотнители;

• по направлению движения потока воды: бывают вертикальные, горизонтальные, радиальные (разновидности: с центральным, периферийным и с радиальным подвижным впуском воды) и наклонные тонкослойные (в зависимости от схемы движения воды и осадка бывают прямоточными, противоточными и перекрестными);

• по способу обеспечения флокуляции взвешенных веществ: активная флокуляция (достигается путем аэрации, механического перемешивания или реагентной обработкой) и пассивная флокуляция (разновидности: в свободном объеме или в контактной среде);

• по способу выгрузки осадка: сооружения со скребковыми механизмами, илососами и гидросмывом.

В таблице 2.9 приведены некоторые параметры первичных отстойников. В таблице 2.10 приведены значения производительности и эффекта осветления первичных отстойников.

Таблица 2.9

Параметры первичных отстойников

отстойник	Коэффициент использования объема	Рабочая глубина отстойной части, Н м	Ширина, В м	Скорость потока, мм/с	Угол наклона днища, град.	Угол наклона пластины, град.
Горизонтальный	0,5	1,5-4	(2-5)Н	5-10	0,005	-
Радиальный	0,45	1,5-5	-	5-10	0,05	--
Вертикальный	0,35	2,7-3,8	-	-	-	-
С вращающимся сборно-распределительным устройством	0,85	0,8-1,2	-	-	-	-
С нисходяще-восходящим потоком	0,65	2,7-3,8	-	(2-3)v0	-	-
Тонкослойный, противоточная и прямоугольная схемы	0,5-0,7	0,025-0,2	2-6	-	-	45-60
Тонкослойный, перекрестная схема	0,8	0,025-0,2	1,5	-	0,005	45-60

Таблица 2.10

Производительность и эффект осветления первичных отстойников

Отстойники	Производительность, Тыс. м3/сут	Эффект осветления, %
горизонтальные	15-100	50-60
вертикальные	2-20	40
- с нисходяще-восходящим потоком	2-20	60-65
радиальные	Свыше 20	50-55
С вращающемся сборно-распределительным устройством	Свыше 20	80
тонкослойные	-	65

Расчет горизонтального отстойника.

Горизонтальные отстойники применяют при больших расходах обрабатываемой воды – более 30000 м3/сут – поскольку имеют несложную конструкцию и сравнительно просты в эксплуатации.

Они представляют собой прямоугольные в плане резервуары, выполненные обычно из железобетона (рис. 2.3). Для повышения равномерности распределения воды в поперечном сечении отстойника его делят в продольном направлении перегородками на ряд коридоров шириной от 3 до 6 м. Дно отстойника устраивают с уклоном не менее 0,01 в сторону входной части отстойника.

Для сгребания осадка в сторону приямка иногда устраивается скребковый механизм в виде транспортера со скребками. При открытой задвижке на сбросном трубопроводе под действием гидростатического давления осадок в виде пульпы удаляется из отстойника. Другим способом удаления осадка является выпуск его через специальную дренажную систему из дырчатых труб или коробов, укладываемых по дну отстойника. Расстояние между осями соседних труб 2–3 м.

Рис. 2.3 Конструкция горизонтального отстойника: 1 – водораспределительный лоток; 2 – затопленная перегородка; 3 – трубопровод сбора осадка; 4 – коридор отстойника; 5 – лоток или дырчатая труба для рассредоточенного сбора отстоянной воды; 6 – водосборный лоток (карман); 7 – шибер; 8 – отвод воды на фильтры; 9 – приямок осадка; 10 – трубопровод сброса осадка; 11 – лоток сбора осадка; 12 – камера реакции.

Определяется гидравлическая крупность частиц.

(2.14)

где Н – рабочая глубина отстойника, м; – коэффициент использования объема; – продолжительность отстаивания, определяется экспериментально или по таблице 2.11, m – определяется по графику (рис. 2.4).

Таблица 2.11

Осветление, %	Продолжительность отстаивания , с в слое 0,5м, при концентрации взвешенных веществ, мг/л
	200	300	400
20	600	540	480
30	960	900	840
40	1440	1200	1080
50	2160	1800	1500
60	7200	3600	2700
70	-	-	7200

Рис. 2.4 Зависимость показателя степени m от исходной концентрации сточных вод при эффекте отстаивания 50% (1), 60% (2) и 70% (3)

Далее рассчитывается суммарная ширина всех отделений отстойника

(2.15)

где – максимальный секундный расход сточных вод, м³/с; - скорость рабочего потока, мм/с, определяется по таблице 2.9. По таблице 2.9 определяется ширина 1 отделения отстойника. Определяется число отделений отстойника n (должно быть не менее двух).

n = ΣB/B₁ (2.16)

Далее определяется длина отстойника

(2.17)

где – турбулентная составляющая мм/с, принимается по таблице 2.12.

Таблица 2.12

Турбулентная составляющая в зависимости от скорости рабочего потока.

, мм/с	5	10	15
, мм/с	0	0,05	0,1

Количество осадка, выделяемого при отстаивании за сутки, учитывая плотность осадка равную 1 г/см³ определяется по следующей формуле,

, м³/сут (2.18)

где – суточный расход сточных вод, м³/сут, – влажность осадка (94-96 %).

В заключении определяется вместимость приямка одного отстойника для сбора осадка.

, м³ (2.19)

где α - угол наклона стенок приямка, равный 50–55º.

Задания для контроля.

Задание 1. Суточный расход городских сточных вод Q = 36 500 м³/сут; максимальный секундный расход q_max = 0,65 м³/с; содержание взвешенных веществ в поступающей воде C_вх = 210 мг/л, содержание взвешенных веществ в осветленной воде должно быть C_вых = 100 мг/л. Необходимый эффект осветления составляет 52,4%. Рассчитать первичный горизонтальный отстойник и найти необходимое количество отстойников.

Задание 2. Рассчитать первичный горизонтальный отстойник, если максимальный секундный расход сточных вод предприятия составляет 0,54 м³/с, коэффициент неравномерности расхода 1,15, содержание взвешенных веществ в сточных водах 350 мг/л, содержание взвешенных веществ после отстойника должно быть не выше 100 мг/л. Необходимый эффект осветления 70 %.

Расчет вертикальных отстойников.

Вертикальные отстойники из-за больших габаритных размеров применяют на станциях водоочистки производительностью не более 5000 м³/сут. Они представляет собой круглый или квадратный в плане резервуар с камерой хлопьеобразования водоворотного типа, расположенной в центре корпуса отстойника. Сам отстойник имеет конусное днище с углом наклона между стенками конуса 70–80° (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема вертикального отстойника: 1 – корпус отстойника; 2 – камера хлопьеобразования; 3 – кольцевой водосборный лоток; 4 – подвод осветляемой воды; 5 – отвод осветленной воды; 6 – сброс осадка; 7 – гаситель; 8 – зона накопления осадка (размеры приведены в миллиметрах).

Воду надлежит подавать в камеру хлопьеобразования через сопла, направленные по касательной. В нижней части камеры предусматривается гаситель скорости в виде решетки с ячейками размером 0,5*0,5 м, высотой 0,8 м.

Площадь камеры хлопьеобразования водоворотного типа следует определять из расчета времени пребывания воды в ней в течение 15–20 мин и высоты камеры, принимаемой 3,5–4 м. Диаметр отстойника 5–10 м, глубина – до 7 м. При работе отстойника вода поступает в верхнюю часть камеры хлопьеобразования, проходит по ней вниз, а затем, изменив направление движения воды на противоположное на выходе из камеры, поднимается вверх через зону осаждения отстойника. Скорость восходящего потока воды должна составлять не более 0,6 мм/с, время отстаивания принимается обычно 2 часа.

Количество отделений отстойника n выбирается произвольно, но не менее двух.

Рабочий объём агрегата вычисляется по формуле:

V_p = Q·τ (2.20)

Высота рабочей области Н находится из выражения (в м):

H = υ·τ   (2.21)

где υ – скорость течения шламовых вод внутри отстойника (принимается в диапазоне 0,2-0,3 мм/с).

После расчета, рабочая глубина проверяется по таблице 2,9.

Площадь рабочего сечения составляет:

F_c = V_p/H (2.22) 

а диаметр отстойника может быть вычислен как:

D_отс =   (2.23)

где f_цт – площадь рабочего сечения центрального трубопровода:

f_цт = Q/υ_цтр (2.24)

где υ_цтр – скорость течения шламовых вод в центральном трубопроводе, которую принимают не более 300 мм/с.

По рассчитанному диаметру принимается типовой отстойник или проектируется индивидуально. В таблице 2.13 приведены параметры типовых вертикальных первичных отстойников.

Таблица 2.13

Основные параметры типовых вертикальных первичных отстойников с впуском воды через центральную трубу.

Номер типового проекта	материал	Диаметр, м	Строительная высота, м			Пропускная способность, м3/ч,
			Цилиндрической части	Конической части
902-2-19	Монолитный	4	4,1	1,8	31
902-2-20	Железобетон	6	4,1	2,8	69,5
902-2-165	Сборный	6	4,2	3,3	69,5
902-2-166	железобетон	9	4,2	5,1	156,5

Производительность вертикального отстойника определяется, так же как и производительность горизонтального, по формуле 2.18.

Задания для контроля.

Задание 1. Рассчитать вертикальный отстойник, если расход сточных вод фабрики составляет 2000 м³/ч, расход сточных вод равномерен в течение суток.

Задание 2. Подобрать необходимое количество типовых вертикальных отстойников для очистной станции производительностью 15000 м³/сут., коэффициент неравномерности 1,5.

Расчет радиальных отстойников.

На рисунке 2.6 представлен первичный радиальный отстойник.

Рис. 2.6. Радиальный отстойник: 1 — центральная распределительная труба; 2 — круговой жёлоб; 3 — труба; 4 — скребки; 5 — движущаяся ферма; 6 — приямок; 7 — иловая труба.

Сначала необходимо задаться количеством отделений отстойника (не менее 2-х). Далее рассчитывается диаметр отстойника.

Диаметр радиального отстойника определяется по формуле 2.25.

(2.25)

Зная диаметр, по таблице 2.14 выбирается типовой отстойник.

Таблица 2.14.

Унифицированные размеры первичных радиальных отстойников из сборного железобетона.

Диаметр, м	Глубина зоны отстаивания (Н), м	Расчетный объем зоны, м3		Пропускная способность, м3/ч, при времени отстаивания 1,5 ч
		осадка	отстойной
18	3,1	120	788	550
24	3,1	210	1400	930
30	3,1	340	2190	1460
40	3,65	710	4580	3054
50	4,7	1180	9220	6150
54	5,7	1370	10500	7000

Рассчитывается скорость на середине радиуса отстойника v

(2.26)

Скорость должна быть не больше значений, указанных в табл. 2.9. В противном случае принимается другое количество отделений отстойников.

Общая высота радиального отстойника определяется по формуле

Н_р=Н+Н₁+0,3 (2.27)

Где Н₁ – высота борта над слоем воды 0,3-0,5 м

По формуле (2.18) определяется количество осадка, улавливаемого за сутки.

Задание 1. Рассчитать радиальный отстойник, если расход сточных вод фабрики составляет 2000 м³/ч, расход сточных вод равномерен в течение суток.

Задание 2. Подобрать необходимое количество типовых радиальных отстойников для очистной станции производительностью 15000 м³/сут., коэффициент неравномерности 1,8.

Задание 3. Суточный расход городских сточных вод составляет Q= 89 000 м3/сут; максимальный секундный расход qw = 1,51 м3/с; содержание взвешенных веществ в поступающей воде Cen = 310 мг/л, содержание взвешенных веществ в осветленной воде должно быть Cex = 150 мг/л. Рассчитать первичный радиальный отстойник.

Расчет отстойников с вращающимся сборно-распределительным устройством.

На рисунке 2.7 представлен отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством.

Расчет таких отстойников так же как и радиальных отстойников начинается с определения количества отделений. Следует помнить, что минимум должно быть 2 отделения. Далее по формуле 2.27 рассчитывается диаметр отстойника. Диаметр округляется до ближайшего целого значения или принимается как диаметр типового отстойника 18 м или 24 м.

Определяется производительность одного отделения отстойника:

(2.28)

где d_вп – диаметр впускного устройства, обычно равный 1 м.

Определяется период вращения водораспределительного устройства T

(2.29)

Рассчитывается радиус водораспределительного лотка R_л

R_л=0,5D_р-b_з (2.30)

Где b_з – зазор между стенкой и фермой, 0,1-0,15 м.

Рис. 2.7. Отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством: 1 — подводящий трубопровод; 2 — воздушные затворы; 3 — центральная чаша; 4— сборно-распределительное устройство; 5 — периферийный привод; 6 — скребки; 7 — отводящий трубопровод осветленной воды; 8 — илопровод; 9 — затопленный лоток; 10— вертикально подвешенные лопатки; 11 — водослив; 12 — полупогружная доска; 13 — щелевое днище; 14 — криволинейная перегородка; 15 — камера жиросборника; 16 — направление впуска сточной воды; 17 — направление движения сборно-распределительного устройства.

Рассчитывается ширина водораспределительного лотка B_р

(2.31)

Где m – отношение ширины водораспределительного лотка в его начале к радиусу отстойника, как правило, 0,1-0,12 м; l_л – удаление расчетного створа лотка от центра отстойника, м.

Рассчитывается высота водослива h_сб

(2.32)

Обычно в расчётах берут несколько(10-15) вариантов l_л с шагом 1 м и получают соответствующее количество и . Данные сводят в таблицу.

Высота отстойника с вращающимся сборно-распределительным устройством рассчитывается так же как и высота радиального отстойника, по формуле 2.29 и по формуле 2.18 определяется количество осадка, улавливаемого за сутки.

Задание 1. Рассчитать первичные отстойники с вращающимся сборно-распределительным устройством, если суточный расход городских сточных вод составляет Q= 39 000 м3/сут; максимальный секундный расход qw = 0,68 м3/с; содержание взвешенных веществ в поступающей воде Cen = 360 мг/л, содержание взвешенных веществ в осветленной воде должно быть Cex = 150 мг/л.; продолжительность отстаивания составляет 3060 с.

Задание 2. Подобрать необходимое количество типовых отстойников с вращающимся сборно-распределительным устройством для очистной станции производительностью 25000 м3/сут., коэффициент неравномерности 1,4.

Нефтеловушки

Для очистки производственных сточных вод, содержащих всплывающие грубодиспергированные примеси (нефть, легкие смолы, масла) при концентрации свыше 100 мг/л, применяются специализированные отстойные сооружения, называемые нефтеловушками, смоло-, маслоуловителями.

Нефтеловушки бывают трех видов: горизонтальные, многоярусные (тонкослойные) и радиальные.

Горизонтальная нефтеловушка (рис. 2.8) представляет собой отстойник, разделенный продольными стенками на параллельные секции.

Сточная вода из отдельно расположенной распределительной камеры поступает по самостоятельным трубопроводам через щелевую перегородку в каждую секцию. Освобожденная от нефти вода в конце секции проходит под затопленной стенкой и через водослив переливается в отводящий трубопровод. Всплывшая нефть сгоняется скребковым механизмом к щелевым поворотным трубам и выводится по ним из секции.

Осадок, выпадающий на дно, тем же транспортером сгребается к приямку, откуда его гидроэлеваторами периодически удаляют по илопроводу.

Расчетная продолжительность отстаивания должна быть не менее 2 ч, скорость движения воды принимается 3–10мм/с.

По пропускной способности нефтеловушки q, м3/ч принимается типовая нефтеловушка или проектируется индивидуально. В таблице 2.15 приведены параметры типовых горизонтальных нефтеловушек.

Рис. 2.8 Нефтеловушка пропускной способностью 400 м3/ч.

1 — скребковый транспортер правый; 2 — то же, левый; 3—нефтесборная труба; 4 — гидроэлеватор; 5 и Ь — задвижки с электроприводом во взрывобезопасном исполнении; 7— трубопровод для подачи воды к гидроэлеватору

Таблица 2.15

Основные параметры горизонтальных нефтеловушек

Номер типового проекта	Глубина проточной части, м	Строительные размеры секций, м			Число секций	Пропускная способность, м3/ч
		ширина	длина	высота
902-2-157	1,2	2	12	2,4 и 3,6	1	18
902-2-158	1,2	2	12		2	36
902-2-159	1,25	3	18		2	72
902-2-160	1,5	3	24		2	108
902-2-161	2	3	30		2	162
902-2-2	2	6	36	2,4	2	396
902-2-17					3	594
902-2-18					4	792

Во втором случае принимается количество секций нефтеловушки n, не менее двух, и расчет проводится в следующем порядке:

Назначается ширина секции B, м и глубина отстаиваемого слоя воды H₁, в зависимости от пропускной способности нефтеловушки q

q, м3/ч	< 162	≥ 162
B, м	2–3	6
H1, м	1,2–1,5	2

Рассчитывается гидравлическая крупность частиц нефти W₀:

, мм/с (2.33)

Где γ_в и γ_н – объемные массы воды (1) и нефти (0,76–0,85),т/м³;d – крупность всплывающих нефтяных частиц, м; μ – динамический коэффициент вязкости сточной воды, Па·с.

При отсутствии данных по кинетике допускается принимать u₀ =0,4–0,6 мм/с. Принимается скорость движения воды v =3–10мм/с. Определяется продолжительность всплывания нефтяных частиц t_p:

(2.34)

В зависимости от соотношения v/w₀ принимается коэффициент, учитывающий турбулентность потока воды a:

v/w0	0,1	10	15	20
a	1,2	1,5	1,65	1,75

Рассчитывается длина отстойной части нефтеловушки L:

(2.35)

Определяется продолжительность отстаивания

(2.36)

Рассчитанная продолжительность должна быть не менееt_p. В противном случае изменяют глубину слоя воды H₁ или скорость движения воды v.

Определяется количество осадка Q₁ м³/сут, выделяемого при отстаивании за сутки:

(2.37)

где Q – суточный расход сточных вод, м³/сут; C – концентрация механических примесей в сточной воде, примерно равная 500 мг/л; Э – эффект задержания осаждающихся примесей, равный для горизонтальных ловушек 60–70%, для многоярусных и радиальных – до 75%; p₁ – влажность осадка, равная для свежевыпавшего осадка – 95% и слежавшегося – 70%; γ₁ – объемная масса частиц осадка, равная 2,65 т/м³.

Определяется количество нефтепродуктов Q_oil, задержанных за сутки:

(2.38)

где A_вп иA_вх – концентрация нефтепродуктов соответственно в исходной и осветленной воде, мг/л; γ_oil – объемная масса обводненных нефтепродуктов, равная 0,95 т/м³.

Многоярусная (тонкослойная) (рис.2.9) нефтеловушка является усовершенствованной конструкцией горизонтальной ловушки, имеет меньшие габариты, более экономична.

Рис. 2.9. Многоярусная нефтеловушка

1 — скребковый транспортер; 2 — гидроэлеватор; 3 — пропорциональное водораспределительное устройство; 4 — водораспределительная труба; 5 — нефтесборная труба с ручным приводом; 6 — блок полочный; 7 — трубопровод для отвода воды; 8 — трубопровод для подвода сточной воды; 9 — трубопровод для отвода осадка.

Сточная вода из отдельно расположенной распределительной камеры поступает по трубопроводам в секции нефтеловушки и через поперечную горизонтальную распределительную трубу с вертикальными патрубками и диффузорами распределяется по ширине и глубине зоны глубокой очистки. Здесь в течение 1-4 мин выделяется основное количество грубодиспергированной нефти и осадка.

Затем поток проходит через пропорциональное водораспределительное устройство и поступает в полочный блок. Блок работает по перекрестной схеме. Поток осветленной воды проходит под полупогружной перегородкой и выводится через водослив и водосборный лоток.

Всплывшие в зоне грубой очистки нефтепродукты отводятся постоянно через щелевую поворотную трубу, над тонкослойными блоками постоянно сгоняются скребками в направлении потока к концу отстойной зоны и через вторую поворотную трубу периодически выводятся из сооружения. Осадок удаляется с помощью гидроэлеватора.

Принимается количество секций нефтеловушки n, не менее двух. Назна чается ширина секции B =2–3м, и глубина отстаиваемого слоя воды H₁ = 2,5––3м. Назначается ширина B_bl =0,65–0,75м и высота тонкослойного блока H_bl =1,5–1,6м. Находится площадь поперечного сечения тонкослойного блока F_bl:

F_bl= B_blH_bl, м² (2.39)

Рассчитывается скорость движения воды в нефтеловушке v

(2.40)

где q – пропускная способность нефтеловушки, м³/ч.

Рассчитывается продолжительность пребывания воды в тонкослойном блоке T

(2.41)

Определяется длина тонкослойного блока L_bl

L_bl =1,3vT/1000 (2.42)

Находится общая длина нефтеловушки L_общ

L_общ =L + (5÷6) (2.43)

По формулам (2.37) и (2.38) определяется количество осадка Q₁ и нефтепродуктовQ_oil, выделяемых при отстаивании за сутки.

Радиальные нефтеловушки (рис. 2.10) применяют вместо горизонтальных нефтеловушек и прудов дополнительного отстаивания. Конструкция нефтеловушек этого типа похожа на конструкцию радиальных отстойников.

Сточная вода поступает в нижнюю часть радиальной нефтеловушки по трубопроводу, расположенному под ее днищем и переходящему в вертикальный раструб с направляющим цилиндром. Цилиндр обеспечивает заглубленный впуск воды в отстойную зону сооружения и распределяет воду по всему

Рис. 2.10. Нефтеловушка радиального типа

1 — поступление сточной воды; 2 — труба для сбора всплывшей нефти, 3—подвижная ферма, 4—выход очищенной воды, 5 — илопровод; 6—доска для задерживания всплывшей нефти

рабочему объему нефтеловушки. Для сбора осветленной воды предусмотрен кольцевой лоток с пропорциональным водосливом.

Всплывшие нефтепродукты сгоняются вращающимся скребком к стационарно расположенной нефтесборной трубе. Осевший осадок сгребается вращающимся скребком к центральному приямку, откуда насосом перекачивается в шламонакопитель.

Равномерность распределения и малые скорости движения жидкости способствуют всплыванию мелкодисперсных частиц нефтепродуктов размером до 50 мкм.

Принимается количество секций нефтеловушки n, не менее трех. Назначается продолжительность отстаивания T, равная примерно 6 ч. Определяется глубина зоны отстаивания H₁:

H₁= 3,6KTw₀ (2.44)

где K – коэффициент использования объема, равный 0,6; w₀ – гидравлическая крупность частиц нефти.

Рассчитывается диаметр нефтеловушки D

(2.45)

где q – пропускная способность нефтеловушки, м³/ч.

Диаметр округляется до целого значения или принимается значение диа метров типовых радиальных нефтеловушек 24 или 30 м.

Находится полная строительная высота нефтеловушки H

H =H₁ +H₂ +H₃ +H₄ (2.46)

где H₂ – высота борта над слоем воды, равная0,3–0,5м; H₃ – высота зоны осадка, равная 0,3 м; H₄ – толщина слоя всплывших нефтепродуктов, равная 0,1 м.

По формулам (2.37) и (2.38) определяется количество осадка Q₁ и нефтепродуктовQ_oil, выделяемых при отстаивании за сутки.

Задача 1. Суточный расход производственных сточных вод равен Q = 7500 м³/сут; расчетный часовой расход q_max = 310 м³/ч; содержание нефтепродуктов в поступающей воде A_вп = 120 мг/л, содержание нефтепродуктов в осветленной воде должно быть A_вх = 50 мг/л. Динамический коэффициент вязкости сточной воды μ = 0,0055 Па·с. Объемная масса нефтепродуктов составляет γ_н = 0,81 т/м3. Рассчитать горизонтальные нефтеловушки.

Задача 2. Суточный расход производственных сточных вод 3400 м³/сут; расход часовой q_max = 180 м³/ч; содержание нефтепродуктов в поступающей воде 220 мг/л, содержание нефтепродуктов в осветленной воде 50 мг/л. Динамический коэффициент вязкости сточной воду составляет 0,0063 Па·с. Объемная масса нефтепродуктов равна 0,81 т/м³. Рассчитать многоярусные нефтеловушки.

Задача 3. Суточный расход производственных сточных вод Q = 25400 м³/сут; расчетный часовой расход q_max = 1350 м³/ч; содержание нефтепродуктов в поступающей воде A_вп = 90 мг/л, содержание нефтепродуктов в осветленной воде должно быть A_вх = 40 мг/л. Динамический коэффициент вязкости сточной воды составляет μ = 0,0025 Па·с. Объемная масса нефтепродуктов равна γ_н = 0,81 т/м³. Рассчитать радиальные нефтеловушки.

Гидроциклоны.

Интенсификацию процессов осаждения взвешенных частиц из сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных и центростремительных сил в гидроциклонах. Гидроциклоны используют в процессах осветления сточных вод, сгущения осадка, обогащения известкового молока, отмывки песка от органических веществ, в том числе нефтепродуктов и жира, т. Е. в нефтепромыслах, автохозяйствах, стекольных, литейных производствах и пр.

При осветлении сточных вод аппараты малых размеров обеспечивают больший эффект очистки. При сгущении осадков минерального происхождения следует применять гидроциклоны больших диаметров (свыше 150 мм). Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ применяют открытые и напорные гидроциклоны.

Открытые гидроциклоны (рис. 2.11) применяются для выделения из сточных вод оседающих, преимущественно тяжелых и грубодисперсных всплывающих примесей крупностью свыше 0,2 мм/с, а также скоагулированной взвеси.

Рис. 2.11. Открытые гидроциклоны

а — без внутренних устройств; б — с конической диафрагмой; в — с конической диафрагмой и цилиндрической перегородкой; 1 — водоподающая труба; 2 — шламоотводящая труба; 3 — водоотводящая труба; 4 — полупогружная кольцевая стенка; 5 — кольцевой водослив; 5 — водосборный кольцевой лоток; 7 — коническая диафрагма; 8 — цилиндрическая перегородка.

Открытые гидроциклоны без внутренниих устройств (рис. 2.11, а) рекомендуется применять для задержания крупной мелкодисперсных примесей гидравлической крупностью 5 мм/с и более. Значение коэффициента К принимается равным 0,61. Гидроциклоны с конической диафрагмой (рис. 2.11, б) предназначены для выделения из сточных вод мелкодисперсных взвешенных веществ гидравлической крупностью более 0,2—0,3 мм/с. Их целесообразно применять для обработки относительна небольших (до 200 м3/ч) количеств воды. При коагуляции сточных вод пределы использования циклонов могут быть расширены. Значение коэффициента К принимается 1,98. Диаметр аппарата рекомендуется принимать не более 6 м. Для повышения эффективности конструкция гидроциклонов дополняется цилиндрической перегородкой (рис. 2.11, в). Впуск воды осуществляется тангенциально в пространство, ограниченное внутренним цилиндром. При этом возникает замкнутый циркуляционный поток, который способствует улучшению качества очистки. Значение коэффициента К принимается равным 1,98. Диаметр гидроциклонов с диафрагмой и цилиндрической перегородкой принимается не более 6 м.

В табл. 2.16 приведены необходимые для расчета параметры гидроциклонов.

Таблица 2.16.

Расчетные параметры открытых гидроциклонов

Название конструктивного элемента	Единица измерения	Тип гидроциклона
		без внутренних устройств	с конической диафрагмой	с конической диафрагмой и цилиндрической перегородкой
Диаметр аппарата Dhc	м	2-10	2-6	2-6
Высота цилиндрической части H	доля от Dhc	Dhc	Dhc	Dhc+0,5
Размер выпускного патрубка, dвп	доля от Dhc	0,07	0,05	0,05
Количество впусков n1	шт.	2	2	2
Угол конической части α	град.	60	60	60
Угол конуса диафрагм β	град.	-	90	90
Диаметр центрального отверстия в диафрагме dd	доля от Dhc	-	0,5	0,5
Диаметр внутреннего цилиндра D1	доля от Dhc	-	-	0,88
Высота внутреннего цилиндра H1	доля от Dhc	-	-	1,0
Высота водосливной стенки над диафрагмой H2	м	-	0,5	0,5
Диаметр водосливной стенки D2	доля от Dhc	Dhc	Dhc +0,2	Dhc +0,2
Диаметр погружной кольцевой перегородки D3	доля от Dhc	Dhc – 0,2	Dhc	Dhc
Скорость потока на входе в аппарат vвп	м/с	0,3-0,5	0,3-0,5	0,3-0,5

Рассчитывается удельная гидравлическая нагрузка на гидроциклон q_hc

м³/(м²ч) (2.47)

где w₀ – гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта, мм/с.

Далее рассчитывается производительность гидроциклона.

, м³/ч (2.48)

Определяется количество рабочих аппаратов n

, шт (2.49)

где q_w – максимальный часовой расход сточной воды, м³/ч.

По табл. 2.16 принимаются основные размеры гидроциклона.

Расчет напорных гидроциклонов начинается с определения диаметра гидроциклона.

Диаметр выбирается в зависимости от крупности частиц, которые необходимо уловить.

Dhc, м	25	40	60	80	100	125	160	200	250	320	400	500
δ	8–25	10–30	15–35	18–40	20–50	25–60	30–70	35–85	40–110	45-150	50-170	55-200

По табл. 2.17 или 2.18 подбирается марка гидроциклонов, выписываются необходимые технические параметры.

Таблица 2.17

Основные характеристики гидроциклонов марки ГЦ

Наименование узлов и деталей, технологические параметры	Размер узлов и деталей
	ГЦ-150К	ГЦ-250К	ГЦ-350К	ГЦ-500К
Внутренний диаметр цилиндрической части Dhc, мм	150	200	350	500
Сечение вкладыша питающего патрубка на входе в гидроциклон b × h, мм	15× 45	15× 45	15× 45	15× 45
Диаметр питающего патрубка dвп, мм	50	80	100	150
Диаметр сливного насадка dвх, мм	40	65	90	130
Диаметр шламового насадка dшл, мм	12; 17; 24	17; 24; 34	24; 34; 48	34; 48; 75
Угол конусности конической части α, °	20	20	20	20
Масса гидроциклона, кг	94	209	344	605
Объемная производительность Qhc, м3/ч, при Рhc = 0,03-0,25 МПа	12-35	30-85	55-160	98-281
Граничная крупность разделения δгр, мкм	28-95	37-135	44-180	52-240

Таблица 2.18

Основные характеристики гидроциклонов марки ГН

тип

Диаметр, мм

Угол конусности конической части α, °

Высота цилиндрической части Нц, мм

Глубина погружения сливного патрубка Нк, мм

Объемная производительность Qhc, м3/ч

гидравлическая крупность разделения δгр, мкм

Цилиндрической части Dhc

Питающего патрубка den

Сливного патрубка dex

Шламового патрубка dшл

ГН-25

25

4; 6; 8

6; 8; 12

3; 4; 5

5; 10; 15

25; 50; 75; 100

10; 16; 25

0,3-1,1

2,3-64

ГН-40

40

6; 8; 12

8; 12; 16

4; 5; 6

5; 10; 15

40; 80; 60;120; 160

16; 25; 32

0,6-2,2

2,3-84,9

ГН-60

60

8; 12; 16

12; 16; 20

5; 6; 8

5; 10; 15; 20

60;120; 180;240

25;32; 40

1,1-3,7

3,4-92,9

ГН-80

80

10;12; 16;20

16;20; 32

6;8; 10;12

5;10; 15;20

80;160; 240;320

32;40; 64

1,8-6,4

4,3-103

ГНС-100

100

12;32; 40

20;32; 40

8;10; 12;16

10;15; 20

100;200; 300;400

40;64; 80

2,7-10,1

6,1-150

ГНС-125

125

16;25; 32;40

25;32; 40;50

8;10; 12;16

10; 15; 20

125; 250; 375

50;64; 80; 100

4,4-21,1

6,6-311

ГНС-160

160

20;25; 32; 40;50

32;40; 50;60

10;12; 16;20; 25

10; 15; 20

160;320; 480

64;80; 100;120

6,7-31,8

89-330,8

ГНС-200

200

25;32; 40;50; 60

40;50; 60;80

12;16; 20;25

10;15; 20;30

200;400; 600

80;100; 120;160

10,2-47,4

10,5-342

Определяется производительность гидроциклона Q_hc

, м³/ч (2.50)

где ΔP – потери давления в гидроциклоне, МПа; d_вп и d_вх – диаметры питающего и сливного патрубков, мм.

Потери давления ΔP можно определить в зависимости от диаметра цилиндрической части D_hc

Dhc, мм	50	75	250	350	500
P, МПа	0,1-0,15	0,15-0,2	0,15-0,25	0,2-0,3	0,25-0,35

По формуле (2.52) находится количество рабочих аппаратов. Число резервных аппаратов принимается:

- при очистке сточных вод, твердая фаза которых не обладает абразивными свойствами: 1 – при числе рабочих аппаратов до 10-ти, 2 – при числе до15-ти, по одному на каждые 10 при числе рабочих аппаратов свыше15-ти;

- при очистке сточных вод с абразивной твердой фазой – 25% от числа рабочих аппаратов.

Задача 1. Рассчитать гидроциклон и подобрать количество гидроциклонов для очистки сточных вод предприятия.

№ вар.	гидроциклон	Расход сточных вод, м3/ч	Гидравлическая крупность частиц, мм/с
1	без внутренних устройств	40	0,3
2	с конической диафрагмой	50	0,4
3	с конической диафрагмой и цилиндрической перегородкой	60	0,5
4	без внутренних устройств	70	0,55
5	с конической диафрагмой	80	0,6
6	с конической диафрагмой и цилиндрической перегородкой	90	0,3
7	без внутренних устройств	100	0,25
8	с конической диафрагмой	40	0,4
9	с конической диафрагмой и цилиндрической перегородкой	50	0,5
10	без внутренних устройств	60	0,3

Задача 2. Рассчитать напорный гидроциклон, если максимальный часовой расход производственных сточных вод составляет 55 м3/ч. Требуется задержать грубодисперсные примеси крупностью свыше 43 мкм. Твердая фаза абразивными качествами не обладает.

Задача 3. Рассчитать открытий гидроциклон если максимальный часовой расход производственных сточных вод составляет 290 м3/ч; содержание взвешенных веществ в поступающей воде 220 мг/л, содержание взвешенных веществ в осветленной воде должно быть 150 мг/л. Стоки по своему составу близки к бытовым сточным водам.