книги из ГПНТБ / Шабалин А.Ф. Очистка сточных вод предприятий черной металлургии учебное пособие для техникумов

взвеси в зависимости от продолжительности отстаивания и ско­

рости выпадения или всплывания частиц взвеси из сточных вод ряда производств черной металлургии, приведены ниже в соот­ ветствующих разделах.

§ 2. РАСЧЕТ ОТСТОЙНИКОВ И МАСЛОУЛОВИТЕЛЕЙ

Отстойники бывают с горизонтальным или вертикальным

(восходящим) движением воды, прямоугольные или круглые в плане. В системах производственного водоснабжения заводов черной металлургии применяют главным образом отстойники с горизонтальным движением воды, прямоугольные или круглые (последние часто называют радиальными отстойниками).

Рис. 3. Схема осаждения тяжелых частиц, в горизонтальном прямоугольном отстойнике

Горизонтальный отстойник

В горизонтальном прямоугольном отстойнике сточная вода движется от одной до другой, противоположной, стенки. При рас­ чете отстойников условно принимают, что вода, проходящая че­ рез него, движется с одинаковой скоростью во всех точках его по­ перечного сечения и что скорость осаждения частиц взвеси пос­ тоянна во все время их выпадения. Рассмотрим движение какойлибо частицы более тяжелой, чем вода, в горизонтальном от­ стойнике.

Скорость и направление движения данной взвешенной части­ цы при прохождении ее через отстойник можно определить сло­

жением двух составляющих скоростей (рис. 3): рассмотренной

выше вертикальной скорости и — выпадения частицы под дейст­ вием силы тяжести и скорости v — горизонтального движения воды, несущей частицу вдоль отстойника. Траектория движения частицы будет направлена по равнодействующей этих двух ско­

40 Механическая очистка производственных сточных вод заводов

ростей и, согласно принятым допущениям, составит прямую ли­ нию. Очевидно, что в отстойнике задержатся те частицы, кото­ рые успеют осесть на дно за время прохождения воды через всю длину отстойника, т. е. те частицы, траектория которых кос­ нется дна отстойника или уровня осадка. Самый длинный путь будет, очевидно, у частиц, содержащихся в верхнем слое воды, поступающей в отстойник.

Рассмотрим движение в отстойнике длиной L и глубиной Н какой-либо взвешенной частицы тяжелее воды, находящейся в

первоначальный момент в точке О. При скорости течения воды в отстойнике v и скорости выпадения частица движется по равнодействующей^ направленной по линии Ов, которая не каса­ ется дна отстойника; следовательно, частица не успеет осесть в пределах длины отстойника, а будет вынесена из него. При той же скорости течения воды и, но другой скорости выпадения и2 равнодействующая, направленная по линии Ос, коснется дна от­ стойника в пределах первой половины его длины и осядет в на­ чале отстойника. Предельной будет, очевидно, скорость выпаде­ ния частицы и0, при которой равнодействующая коснется уровня осадка, выпавшего на дно отстойника в наиболее удаленной точке d. Следовательно, в отстойнике длиной L и глубиной про­ тока воды Н при скорости движения воды v будут задерживать­ ся все частицы взвеси, скорость выпадения которых равна или

выпадения которых меньше и0, не успевают осесть на дно отстой­ ника за время своего движения в нем и будут вынесены с водой.

Если дело идет не об одной частице, а о реальной взвеси,

то в отстойнике будет задержан, очевидно, тот процент взвеси,

не по всей глубине, а струей, лишь постепенно распределяется по глубине. В связи с этим для достижения нужного эффекта

осаждения требуется несколько большая длина его. Имеют место

и другие факторы, задерживающие процесс осаждения. Поэто­

му расчетная длина горизонтального отстойника должна бытьнесколько больше теоретической, т. е.

занные выше факторы. Величина его зависит от отношения —

н

и тем меньше, чем больше это отношение. Обычно принимают L равной около 10 Н.

Расчетная продолжительность t протока сточной воды в от­ стойнике зависит от глубины проточной части отстойника Н и

Следовательно, продолжительность пребывания воды в отстой­ нике при одном и том же эффекте осветления тем меньше, чем

меньше глубина отстойника.

Ширина прямоугольного отстойника с горизонтальным дви­ жением воды определится по формуле

где q—количество очищаемой воды, мР/сек.

Площадь поперечного сечения потока воды в горизонтальном

отстойнике

и Н) необходимо учитывать объем накапливаемого осадка. Пусть теперь по отстойнику будет двигаться взвешенная час­

тица легче воды (рис. 4). Всплывание этой частицы начнется

с момента поступления воды в отстойник.

Рассмотрим условия всплывания частицы в горизонтальном отстойнике-маслоуловителе длиной L и глубиной Н. Примем, что эта частица находится в начале отстойника у дна его, в точ­ ке О. Как и в предыдущем случае, при скорости течения воды в отстойнике v и скорости всплывания частицы и2, эта частица,

будет двигаться по равнодействующей Ос до тех пор, пока не достигнет поверхности воды в пределах отстойника L и будет

42 Механическая очистка производственных сточных вод заводов

задержана в нем. Если же скорость всплывания частицы ub то

она, двигаясь по равнодействующей Obt не достигнет поверхно­ сти воды в отстойнике, т. е. не успеет подняться в пределах за­ данной длины отстойника и будет вынесена из него. Предельной будет, очевидно, скорость всплывания частицы и'о, при которой равнодействующая выйдет на поверхность воды в отстойнике в наиболее удаленной точке d (у маслозадерживающего щита). Следовательно, в отстойнике длиной L (до маслозадерживающе­ го щита) и глубиной протока воды Н при скорости движений воды v будут задерживаться все частицы легкой взвеси, скорость всплывания которых равна или больше и'о. Частицы, скорость

Рис. 4. Схема всплыван'ия легких частиц в горизонтальном прямоугольном отстойнике

всплывания которых меньше и'о, не успевают всплыть на поверх­ ность воды в отстойнике за время своего движения в нем и бу­ дут вынесены водой.

Всплывающее масло и нефтепродукты периодически удаляют. Необходимая практически длина отстойника-маслоуловителя, обеспечивающая задержание легкой взвеси и характеризуемая величиной всплывания и'о, та же, что и определяемая по формуле

(П-8):

«о

где обозначения те же, что и выше.

Определение размеров отстойника-маслоуловителя проводит­

ся по приведенным выше формулам (П-10 и П-11), а время

пребывания воды в нем — по формуле (П-9).

В том случае, когда в отстойнике необходимо обеспечить од­ новременно осаждение тонущих частиц взвеси и задержание всплывающих частиц (масла, нефтепродуктов), расчет отстойни­ ка ведется как для первого, так и для второго случая, размеры же его принимаются наибольшими, полученными по расчету.

Для равномерного распределения воды в поперечном сечении

прямоугольного отстойника воду направляют в него через рас­ пределительный лоток, устраиваемый вдоль его торцовой сторо­ ны, а выпускают через такой же сборный лоток.

За распределительным лотком устраивают так называемый водораспределительный щит, служащий для более равномерно­ го распределения воды по глубине отстойника, и перед водосбор­ ным лотком устанавливают маслоудерживающий щит (рис. 4).

Расчетная длина отегойника L считается между указанными

щитами.

Строительная длина отстойника складывается из расчетной длины L, ширины 2/1 распределительного и сборного лотков и расстояний 2/2 от водораспределительного и маслоудерживающсго щитов до распределительного и сборного лотков

Обычно принимают Ц — 0,50 м, /2 = 1,0 м.

При расчете отстойников для сточных вод, т. е. вод, содержа­ щих много взвеси, необходимо считаться с тем, что в отстойнике быстро накапливается слой осадка, для которого в отстойнике должен быть предусмотрен определенный объем. Поэтому пол­ ная (строительная) глубина отстойника складывается из сред­ ней высоты рабочего слоя воды в отстойнике Нср , слоя накап­ ливаемого осадка Нос и высоты превышения бортов отстойника над уровнем воды в нем Нзаи:

ным уже эксплуатируемых отстойников, осветляющих аналогич-

.ную воду.

линдрах (см. рис. 2), где определяется скорость осаждения взве­

си в неподвижной воде и0. Фактическая скорость осаждения наи­ более мелких частиц взвеси, задержанных отстойником при его работе, будет

где w—взвешивающая составляющая скорости движения воды в отстойнике, мм!сек..

Величина взвешивающей составляющей скорости зависит от абсолютной величины горизонтальной составляющей скорости

движения воды в отстойнике, от глубины его и степени турбу­ лентности потока на входе воды. Согласно расчетам ВНИИ ВОДГЕО (Г. Д. Павлов) и опытам проф. П. И. Пискунова вели-

чина взвешивающей составляющей скорости может приниматься

крупности практически не происходит. Можно прини­ мать А = от 2 до 4 м.

Исходными данными для расчета отстойников на любую сте­

пень осветления сточных вод должны служить:

1)количество осветляемых сточных вод q и содержание в них взвешенных веществ С] согласно анализам;

2)допустимое содержание взвешенных веществ в осветлен­ ной воде С2 по заданию технологов или по санитарным нормам,

тогда необходимый эффект осветления (в процентах) определит­

ся из уравнения

ответствующая требуемому эффекту осветления Э, принимается по графику кинетики выпадения взвешенных веществ.

46 Механическая очистка производственных сточных вод заводов

Работа выстроенных отстойников может характеризоваться кривой распределения отлагающегося осадка, которая в каждом (данном) горизонтальном отстойнике показывает, насколько полно использовано сооружение и в какой части его преимуще­ ственно выпадает осадок.

§3. ОСАЖДЕНИЕ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ГИДРОЦИКЛОНЕ

Впоследнее время в заграничной практике очистки сточных: вод от грубой тяжелой взвеси начали применять осадители цен­ тробежного типа, называемые гидроциклонами.

По а-б-в

Рис. 5. Схема гидроциклона для очистки воды от тяжелых механических примесей

Гидроциклон (рис. 5) представляет собой металлический ци­ линдр диаметром D, в который очищаемая вода подводится сбо­ ку трубой диаметром d\, заканчивающейся соплом диаметром dc внутри цилиндра. В результате в цилиндре происходит вра­

щение воды с выходом ее через центральную трубу dQ и отводя­

щую трубу d2.

При вращении потока очищаемой сточной воды взвешенные

частицы в нем под влиянием центробежной силы перемещаются (сепарируются) к внешней части потока и попадают у стенок

гидроциклона в область, где горизонтальная скорость вращения

ее кверху близка к нулю—vB =0, благодаря чему происходит выпадение взвешенных частиц из потока воды в конусную часть гидроциклона.

При осаждении взвешенных веществ в гидроциклоне проис­ ходит ряд дополнительных явлений, полностью еще не исследо­ ванных. Поэтому схему движения воды в гидроциклоне можно

представить лишь в общем виде (рис. 6): в зоне выше линии

Рис. 6. Схема движения воды в гидроциклоне (а) и диаграммы распре­ деления скоростей (б) в нем:

в зоне ниже линии а—а — переход взвеси в коническую часть.

Осадок из конусной части гидроциклона удаляется наружу непрерывно вытекающей струей воды, величина которой регу-' лируется пробковым краном К\ следует отметить, что эта струя при выходе из гидроциклона имеет вращательное движение.

Расчет гидроциклонов сводится к определению двух основ­ ных показателей его работы — производительности (или расходу очищаемой воды) — Q и крупности наименьших зерен *, задер­ живаемых в гидроциклоне, — б.

1 См. М. Ф. Ипполитов, Применение гидроциклонов для осветления; производственных сточных вод, журнал «Водоснабжение и санитарная тех­ ника», № 12, 1958.

48 Механическая очистка производственных сточных вод заводов

Производительность гидроциклона

ДЯ =//j — Н2— напор, теряемый на преодоление сопротив­ ления в гидроциклоне (Hi и Н2 — напор в подводящем и отводящем патрубках).

Рис. 7. Зависимость коэффициента производительно­ сти гидроциклона К от относительной величины во­ доподводящего патрубка

Коэффициент К, по исследованиям института «Механобр» и

др., зависит главным образом от отношения диаметра водопод­

рис. 7. Для упрощения коэффициент К может быть принят прямо пропорциональным относительной величине водоподводящего па­

трубка или питающего отверстия (пунктирная линия на рис. 7).

Тогда определение производительности гидроциклома можно проводить по графику «Механобра» (рис. 8); порядок пользо­

вания номограммой показан в примере расчета гидроциклона на стр. 78.