Методическое пособие 593

где u' – среднеквадратичная величина компоненты турбулентной пульсации скорости, м/с; uкр – критическая скорость дросселирования жидкости, ниже которой пузырьки не образуются, м/с; u – скорость жидкости, м/с; dc – диаметр сопла, м; ν – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/c.

Скорость движения пузырька в отсутствие ПАВ в воде можно вычислить по формуле

1gR2

vп 9 vв

вприсутствии ПАВ по формуле

1gR2

vп 9 9 в 3СпR ,

где Сп – концентрации ПАВ; ρ – плотность воды; μв и νв – динамический и кинематический коэффициенты вязкости воды.

Эффективность флотационного выделения частиц определяется по формуле

ф vпT1 1 e aCгvпT

H1

где Т1 – время пребывания жидкости во флотаторе; T = T1 + + T2; Т2 – время обработки до флотатора; H1 – высота слоя жидкости во флотаторе; α – число столкновений пузырьков газа с частицами на единице длины пути.

Эффективность очистки флотацией составляет от 85 до

95%.

80

Объем сатуратора рассчитывают на необходимую продолжительность насыщения воздухом (от 1 до 3 мин).

При проектировании флотаторов для обработки сточных вод с расходом до 100 м3/ч принимаются прямоугольные в плане камеры глубиной от 1 до 1,5 м, с расходом более 100 м3/ч – радиальные флотаторы (рис. 2.15) глубиной не менее 3 м.

Рис. 2.15. Радиальный флотатор:

1 – подача воды на очистку; 2 – приемное отделение; 3 – флотационная камера; 4 – шламоприемник с выпуском;

5 – вращающийся водораспределитель; 6 – механизм для сгребания пены; 7 – кольцевая перегородка; 8 – отвод очищенной воды; 9 – выпуск осадка

Глубина зон флотации и отстаивания назначается не менее 1,5 м, а продолжительность пребывания воды в них соответственно не менее 5 и 15 мин.

Сточные воды, насыщенные воздухом, поступают во флотатор снизу через вращающийся водораспределитель. Выделяющиеся из воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений. Вращающимся механизмом пена сгребается в лоток и удаляется. Обработанная вода отводится с днища и по вертикальным каналам переливается в отводящий кольцевой лоток. Пропускная способность одного флотатора не должна превышать 1000 м3/ч.

81

Площадь флотационной камеры принимают, исходя из интенсивности аэрации от 6 до 10 м3/(м2 ч). Время флотации

20 мин.

Диаметр камеры Dк находят по формуле

Dk 4Q uk .

Скорость движения воды во флотационной камере принимают равной uк = 10,8 м/ч, а продолжительность пребывания воды в камере от 5 до 7 мин.

Диаметр флотатора-отстойника Dф находят из выражения

Пример. Расход сточных вод Q = 0,6 л/с (2,16 м3/ч). Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 100 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 20 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 20 мг/л, ЭВк 4,5 мг/л.

Решение.

Рабочий объем флотационной камеры

Vр = Qτ,

где τ – время флотации, рекомендуемая продолжительность флотации от 20 до .30 мин.

При продолжительности флотации τ = 0,5 ч рабочий объем флотатора составляет

Vр = 2,16·0,5 = 1,08 м3.

Рабочая высота флотационной камеры h = 0,8 м. Ширина флотатора выбрана, исходя из конструктивных соображений: В = 0,95 м. Рабочая длина флотационной камеры определяется из формулы

82

Lp Vp , hB

1,08

Lp 0,8 0,95 1,42 м.

Рекомендуется использовать три камеры флотации длиной 0,5 м каждая, а также блок тонкослойной очистки. С учетом размеров узлов сбора и отведения пенопродукта приняты следующие габариты флотатора:

-ширина ~ 1,08 м (ширина рабочей части 0,95 м + ширина пенного желоба 0,13 м);

-длина ~ 2200 м (общая длина камер 1,5 м + длина блока тонкослойной очистки и выходной части 0,7 м);

-высота ~ 1,3м (рабочая глубина 0,8 м + зона сбора и слива пены 0,5 м).

Скорость движения воды в отстойной зоне u0 = 4,7 м/ч. Эрлифтная флотация. При эрлифтной флотации затраты

энергии в 2-4 раза меньше, чем при напорной, но конструкция установки требует значительного перепада отметок по высоте между питательным резервуаром со сточной водой и аэратором, а также между аэратором и флотационной камерой (разность отметок составляет от 20 до 35 м), что значительно сужает область применения этого метода.

Флотация с механическим диспергированием воздуха

(импеллерная флотация). При перемещении струи воздуха в воде в последней создается интенсивное вихревое движение, под воздействием которого воздушная струя распадается на отдельные пузырьки. Энергичное перемешивание сточной воды во флотационных импеллерных установках создает в ней большое число мелких вихревых потоков, что позволяет получить пузырьки определенной величины.

Применение импеллерных установок целесообразно при очистке сточных вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнений (более 2-3 г/л) и содержащих нефть, нефтепродукты, жиры. Импеллерную флотацию широко используют

83

для процессов обогащения сырья и очистки сточных вод от веществ, легко переходящих в пену. Недостатком этого вида флотации является невозможность использования коагулянтов, так как при турбулентном перемешивании воды происходит разрушение хлопьев коагулянта.

На рис. 2.16 приведена схема двухкамерной прямоточной флотационной установки. Сточная вода из приемного кармана поступает к импеллеру, в который по трубке засасывается воздух. Над импеллером расположен статор в виде диска с отверстиями для внутренней циркуляции воды. Перемешанные в импеллере вода и воздух выбрасываются через статор. Решетки, расположенные вокруг статора, способствуют более мелкому диспергированию воздуха в воде. Отстаивание пузырьков воздуха происходит над решеткой. Пена, содержащая флотируемые частицы, удаляется лопастным пеноснимателем. Из первой камеры вода поступает во вторую такой же конструкции, где происходит дополнительная очистка сточной воды.

Основными расчетными параметрами установки являются коэффициент аэрации α, продолжительность пребывания воды в аппарате τ и диаметр импеллера d. Окружную скорость импеллера принимают равной от 10 до 15 м/с, а диаметр импеллера не более 0,6 м. Продолжительность флотации зависит от свойств воды и примесей и определяется экспериментально. Для ориентировочных расчетов ее принимают от 15 до 20 мин. Коэффициент аэрации α = 0,35.

Камера флотационной машины – квадратная со стороной b = 6d. Площадь камеры определяется по формуле

F = b2 = 36 d2.

Рабочий объем аппарата вычисляют по соотношению

V = hf = 36hd2,

где h – высота водно-воздушной смеси, м:

h = Hc/γав,

84

где Нс – статический уровень воды в камере, Па; γав – удельный вес водно-воздушной смеси (γав = 0,67γв), Н/м3.

Рис. 2.16. Двухкамерная прямоточная флотационная установка:

а – поперечный разрез; б – продольный разрез; 1 – отбойники; 2 – флотационная камера; 3 – вал импеллера; 4 – воздушная трубка; 5 – электродвигатель; 6 – пеносниматель; 7 – отверстия в статоре для внутренней циркуляции воды; 8 – статор;

9 – импеллер; 10, 11 – соответственно приемный и выпускной карман

Статический уровень Hc , м, определяется по формуле

Hc u2 ж , 2g

где u – окружная скорость, м/с; φ – коэффициент напора, рав-

ный 0,2…0,3.

Частота вращения импеллера определяется по формуле

n = 60/(πd).

Необходимое число флотаторов для обработки суточного расхода сточных вод Q, м3/сут, составляет

85

Q

m 24 60V 1 ,

где τ – продолжительность флотации, мин.

Мощность электродвигателя импеллера N, кВт определяется по формуле

N = qажγавHс/(102η),

где qаж – производительность флотатора, л/с; η – КПД, равный

0,2…0,3.

Флотация с подачей воздуха через пористые материа-

лы отличается простотой аппаратурного оформления процесса и относительно малыми расходами энергии. Воздух во флотационную камеру подается через мелкопористые фильтросные пластины, трубы, насадки, уложенные на дне камеры. Величина отверстий должна быть от 4 до 20 мкм, давление воздуха от 0,1 до 0,2 МПа, продолжительность флотации от 20 до 30 мин, расход воздуха определяется экспериментально. Рабочий уровень обрабатываемой сточной воды до флотации от 1,5 до 2 м. Недостатком этого метода является возможность зарастания и засорения пор, а также трудность подбора мелкопористых материалов, обеспечивающих выход мелких, близких по размерам пузырьков воздуха.

Биологическая и химическая флотация применяется для уплотнения осадков сточных вод. В процессе флотации сточных вод образуется пена, имеющая различное строение, обычно пленочно-структурное. Такая пена содержит значительное количество воды, особенно в нижних слоях, а устойчивость и подвижность ее изменяются в зависимости от количества и характера флотируемых материалов. Процесс уплотнения всплывшего шлама наиболее интенсивно идет в первые 2 ч, далее он замедляется, а после 4 ч практически прекращается. Процесс уплотнения и разрушения пенного слоя может быть интенсифицирован с помощью брызгалок или путем на-

86

гревания. В большинстве случаев утилизация пенного конденсата экономически нецелесообразна.

Задача 1. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 5 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 100 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 20 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 20 мг/л, ЭВк 4,5 мг/л.

Задача 2. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 3 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 200 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 50 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 30 мг/л, ЭВк 4,5 мг/л.

Задача 3. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 10 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 120 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 25 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 10 мг/л, ЭВк 6 мг/л.

Задача 4. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 3 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 80 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 10 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 20 мг/л, ЭВк 3 мг/л.

Задача 5. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 8 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 140 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 25 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 25 мг/л, ЭВк 3,5 мг/л.

Задача 6. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 3 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 100 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 20 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 20 мг/л, ЭВк 4,5 мг/л.

Задача 7. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 2,5 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн

87

150 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 30 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 40 мг/л, ЭВк 10 мг/л.

Задача 8. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 8 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 130 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 27 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 22 мг/л, ЭВк 2,5 мг/л.

Задача 9. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 12 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 100 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 20 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 20 мг/л, ЭВк 4,5 мг/л.

Задача 10. Рассчитать флотационную камеру для очистки сточных вод при следующих условиях. Расход сточных вод Q = 4 м3/ч. Начальное содержание взвешенных веществ ВВн 140 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн 56 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк 20 мг/л, ЭВк 8 мг/л.

88

3.РАСЧЕТ РАДИОАКТИВНЫХ ВЫБРОСОВ

ВАТМОСФЕРУ

Внастоящее время основным нормативным документом, регламентирующим дозы облучения персонала и населения, являются нормы радиационной безопасности. Документами установлены пределы доз (ПД) для ограниченной части населения (табл. 3.1).

Таблица 3.1 Годовые пределы эквивалентных доз (ПД) ограниченной части населения, обусловленных радиоактивными отходами АЭС,

мЗв (мбэр)

Выделение 5 % дозовой квоты на радиоактивные выбросы АЭС обосновывается:

-признанием беспороговой зависимости доза-эффект и в связи с этим принципа, согласно которому доза излучения должна быть снижена настолько, насколько это разумно с учетом экономических и социальных факторов;

-фактическими дозами на окружающее население от эксплуатируемых АЭС, которые ниже, приведенных в табл. 3.1;

-необходимостью учета перспективных планов интенсивного развития энергетики в густонаселенных районах страны;

-наличием других источников загрязнения биосферы радиоактивными веществами.

Приведенные в табл. 3.1 пределы доз сравнимы с дозами естественного радиационного фона, и, следовательно, их достаточно сложно измерить. Поэтому вводят производные ха-

89