Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Процессы и аппараты очистки воды в металлургии. Учебное пособие
.pdf
УДК 628.33/35
Б43
Рецензент
канд. техн. наук, доц. Т.И. Чибисова
Белевцев А.Н., Белевцев М.А., Мирошкина Л.А.
Б43 Процессы и аппараты очистки воды в металлургии: Учеб.
пособие. – М.: МИСиС, 2007. – 138 с.
Пособие «Процессы и аппараты очистки воды в металлургии» является
продолжением курса «Теоретические основы защиты окружающей среды». В
нем приведены описание процессов и конструкций аппаратов очистки сточных вод в металлургии, технологические схемы и методы их расчета.
Пособие предназначено для самостоятельного выполнения расчетов сооружений и аппаратов очистки сточных вод по курсам
ты защиты окружающей среды» и «Защита водного и воздушного бассейнов»
студентами, обучающимися по специальностям 280202 «Инженерная защита
окружающей среды в металлургии», 280201 «Безопасность жизнедеятельности», а также специальностям направления 656500 «Металлургия». Пособие
может быть использовано при выполнении домашних заданий, курсового и
дипломного проектирования по разделу «Охрана окружающей среды».
«Процессы и аппара-
Московский государственный
стали и сплавов (технологический
университет) (МИСиС), 2007
институт
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..............................................................................................5
1. Процессы и аппараты смешения и усреднения сточных вод ..........6
1.1. Смешивание сточных вод. Смесители......................................... 6
1.2. Процессы и аппараты для усреднения сточных вод
(усреднители)............................................................................... 15
2. Процессы и аппараты механической очистки сточных вод ...........24
2.1. Решетки.........................................................................................24
2.2. Песколовки................................................................................... 25
2.3. Процессы отстаивания. Отстойники.......................................... 29
2.4. Процессы выделения нерастворимых примесей из
сточных вод в гидроциклонах....................................................50
2.5. Процессы выделения грубодисперсных
примесей в
центробежном поле. Центрифуги. ............................................. 61
2.6. Процессы глубокого удаления механических примесей
из сточных вод фильтрованием ................................................. 62
2.7. «Огневой» метод обезвреживания сточных вод...................... 68
3. Процессы и аппараты биохимической очистки сточных вод......... 69
3.1. Назначение и сущность биохимических методов очистки
сточных вод ................................................................................. 69
3.2. Активный ил и его влияние на процессы биохимической
очистки сточных вод...................................................................71
3.3. Влияние внешних
факторов на биохимическую очистку
сточных вод ................................................................................. 72
3.4. Свойства активного ила ..............................................................73
3.5. Взаимосвязь химической структуры органических
веществ и их биохимического окисления................................. 75
3.6. Кинетика биохимических процессов......................................... 80
3.7. Аппараты и сооружения биохимической очистки
сточных вод ................................................................................. 82
3.8. Анаэробное сбраживание осадков сточных вод ....................... 88
3.9. Технологические схемы биологической очистки
сточных вод ................................................................................. 88
4. Методы и аппараты химической очистки сточных вод .................. 89
4.1. Реагентные
методы обработки сточных вод .............................89
4.2. Деструктивные методы очистки сточных вод .......................... 97
4.3. Процессы восстановления в технологии очистки
сточных вод ............................................................................... 107
3
5. Физико-химические методы очистки сточных вод....................... 109
5.1. Ионообменные методы очистки сточных вод ........................ 109
5.2. Электрохимические методы очистки сточных вод ................ 117
5.3. Использование мембранных технологий в процессах
очистки сточных вод................................................................. 125
Библиографический список................................................................. 136
Приложение........................................................................................... 137
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сточные воды промышленных предприятий чрезвычайно разнообразны по составу, расходам, свойствам и требуют применения
специфических методов, технологий и аппаратов для их очистки от
целого ряда токсичных, биорезистентных органических и минеральных примесей перед отведением их в водные объекты. При выборе
вариантов проектирования систем водопользования и сооружений
очистки сточных вод специалистам
необходимы глубокие знания для
выбора оптимальных, наиболее рациональных технических решений
и их эколого-экономического обоснования.
В пособии изложены теоретические и практические материалы
курса защиты объектов водного бассейна от загрязнения сточными
водами, освещены вопросы влияния сброса сточных вод в водные
объекты на их экологическое состояние, определения условий сброса
сточных вод в
водоемы и необходимой степени их разбавления и
очистки с целью предотвращения отрицательного воздействия на
экологическое равновесие в них, ассимилирующую и самоочищающую способность; классификации сточных вод и загрязняющих их
примесей.
5
1. ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ СМЕШЕНИЯ
И УСРЕДНЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
Обычно количество и качественный состав производственных
сточных вод крайне непостоянны и изменяются во времени в широких пределах. Это обусловливается ходом технологических процессов и неравномерностью использования воды на производственные
нужды. Непостоянство расхода и состава сточных вод крайне осложняет канализирование промышленных
предприятий и особенно работу очистных сооружений. Так, при колебаниях притока сточных вод
нарушается работа отстойников и фильтров, при колебаниях состава
сточных вод снижается эффективность нейтрализационных, окислительных установок и других сооружений механической, химической,
физико-химической очистки, снижается эффективность работы автоматических систем контроля и управления процессами очистки.
Поэтому на практике
сточные воды перед очистными сооружениями
необходимо усреднять как по расходу, так и по концентрации загрязняющих примесей. Достигается это перемешиванием стоков различного
состава в специальных резервуарах – усреднителях или в смесителях,
либо введением в отдельные локальные потоки реагентов (например,
нейтрализацией отработанных травильных растворов перед подачей их
в промывные воды для последующей
совместной очистки от соединений тяжелых металлов). Введенный раствор реагентов при этом необходимо тщательно перемешивать со сточной водой. В первом случае
применяются различные усреднители, во втором – смесители.
1.1. Смешивание сточных вод. Смесители
В качестве смесителей наибольшее распространение получили
относительно простые аппараты – лотки с перегородками: ершовые
смесители и смесители с дырчатыми
перегородками (рис. 1.1), реже
перепадные колодцы, механические мешалки и т.п.
Ершовый смеситель – это лоток с несколькими неполными пере-
городками, расположенными под определенным углом к стенкам
лотка и потоку проходящей сточной жидкости: 45, 90 или 135, отходящими поочередно от противоположных стенок лотка и не доходящими до противоположной стенки. При прохождении воды
через
вертикальные щели между перегородками и стенками лотка изменяется скорость ее движения, которое переходит из ламинарного в турбулентное. При этом возникают вихри с вертикальной осью вращения. Чем больше скорость движения жидкости в щелях, тем интенсивнее перемешивание, но тем больше и потери напора.
6
а)
1
О2
б)
О2
4
1
4
4
3
i=0,02
2
1
1 – трубы для подачи воды; 2 – трубы для подачи реагента; 3 – лотки
для отвода воды; 4 – дырчатые перегородки; 5 – струенаправляющие
5
5
2 – 3 м
Рис. 1.1. Схемы смесителей: а – типа «ерш»; б – дырчатый:
5 3
5
перегородки
1
i=0,02
2
4 4 4
0,5 0,5 0,5 0,5
3
3
Обычно скорость движения воды в щелях ершовых смесителей
принимается 0,5…1 м/с.
Дырчатые перегородки в смесителях устанавливаются на расстоянии 0,5 м друг от друга. Обычно в смесителях делают 2–3 перегородки с отверстиями диаметром 20…40 мм при небольших расходах воды и до 100 мм в больших смесителях. При введении нескольких
реагентов устанавливают 3–4 перегородки. Скорость
движения воды
в отверстиях – 1…1,2 м/с.
Смесители с дырчатыми перегородками обеспечивают более полное перемешивание, чем ершовые. Расчет ершовых смесителей сводится к определению ширины щелей (расстояний между торцом перегородки и противоположной стенкой) и потерь напора в них.
При скорости движения воды в щелях v (м/с) потери напора
в од-
ной щели (h, м) составляют:
2
h = ξ · v
/ 2g, (1.1)
где ξ – эмпирический коэффициент, зависящий от положения пере-
городок: при угле α = 45 по отношению к направлению потока и
продольным стенкам лотка ξ = 2,5; при угле α = 90 ξ = 3; при угле α = 135 ξ = 3,5.
7
Глубину потока Н, м, в отводящем лотке за смесителем принимают исходя из местных условий. Она зависит от удельного расхода
сточных вод q, м
Н = q/В · v
– скорость потока в лотке за смесителем, обычно принимают
где v
1
3
/с, уклона лотка и его ширины В, м:
, (1.2)
1
0,4…0,6 м/с.
Глубина потока перед первой (от конца) перегородкой h
перед второй – h
= H + 2h; перед третьей – h3 = H + 3h и т. д.
2
= H + h;
1
Тогда при одинаковой скорости воды во всех щелях ширина каждой из них может быть определена из уравнений
b
b
b
, b2, b3 и т.д. – ширина щелей, м.
где b
1
При узких лотках (до 0,5…0,6 м) ширина смесителя (b
= q / v (H + h);
1
= q / v (H + 2h); (1.3)
2
= q / v (H + 3h),
3
) делается
c
в 1,5–2 раза больше ширины лотка за смесителем, при широких лотках – равной ей.
Потери напора в отверстиях каждой перегородки дырчатых смесителей могут быть определены по формуле
2
v
0
h 2
g
,
k
где v
– скорость воды в отверстиях перегородки (обычно 1…1,2 м/с);
0
k – коэффициент расхода, в зависимости от толщины перегород-
ки принимается от 0,62 до 0,7.
Число отверстий в каждой перегородке зависит от принятого их
диаметра d
Задавшись числом отверстий по вертикали (n
(n
): n = nв· nг, и расстояниями между отверстиями по вертикали (Sв) и
г
по горизонтали (S
, м, и расхода сточной воды:
0
4dvq
n
.
) в последней перегородке, определяют ширину
г
2
00
) и по горизонтали
в
смесителя:
b
Обычно S
и Sв принимают равными 1,5–2,5d0, расстояния между
г
перегородками l = 1,5 b
8
.
с
= nг · Sг.
с
Ершовый и дырчатый смесители в эксплуатации неудобно приме-
2
=30
4
2
нять при смешении сточных вод, содержащих большое количество
грубодисперсных примесей (ГДП), а также при смешении сточных
вод и реагентов в виде суспензий, например известкового молока,
вследствие оседания взвешенных частиц в отсеках смесителей.
Более надежны смесители вихревого типа (рис. 1.2). Перемешива-
ние в них осуществляется
за счет вихревых потоков, возникающих
при изменении скоростей движения воды, обусловленных изменением сечений. Скорость воды при входе в конусную часть v
ется 1 м/с, в цилиндрической части скорость v
не должна превышать
2
принима-
1
0,3 м/с. Время смешения t зависит от качества реагентов (извести):
при высоком качестве (CaO = 95 %) t = 1 мин, при среднем
(CaO 50 %) t составляет около 1,5 мин, низком (CaO = 30–40 %)
t = 2–2,5 мин. Угол конуса равен 30…45.
а)
Н
б)
о
о
…45
Реагенты
1
Рис. 1.2. Вертикальный смеситель вихревого типа:
а – с отводом воды лотком с затопленными отверстиями;
б – с отводом воды затопленной воронкой:
1 – подвод воды; 2 – отвод воды; 3 – спуск; 4 – щиток для защиты
от образования воздушной воронки; Н – расчетная высота смесителя
3
Спуск
9
Необходимый объем смесителя, м:
W = Q · t/ 60, (1.4)
3
где Q – общий расход сточных вод, м
Сечение входного отверстия конуса, м
/ч.
2
:
f
Сечение цилиндрической части, м
f
= q / v1. (1.5)
1
2
:
= q / v2. (1.6)
2
Недостатки вертикальных смесителей вихревого типа – в больших
потерях напора, снижении полноты перемешивания при ограничении
скорости движения воды в щелях и входном отверстии, необходимом
для уменьшения потерь напора; в снижении эффекта смешения и колебаний потерь напора при изменении расхода воды; громоздкости
конструкции и больших площадях, занимаемых смесителями при
большом расходе
воды.
Эти недостатки отсутствуют у смесителей с механическим перемешиванием, в которых смешение воды с реагентами осуществляется лопастными или пропеллерными мешалками.
Конструктивных разновидностей механических смесителей много, и все они имеют различные КПД.
8
7
Рис. 1.3. Схемы смесителей с мешалками:
а – лопастной; б – пропеллерной:
1 – подача сточной жидкости; 2 – ввод реагента; 3 – электродвигатель;
4 – редуктор; 5 – лопасти мешалки; 6 – пропеллер; 7 – кожух;
8 – отбойник; 9 – выпуск сточной жидкости
7
Использование механических смесителей удобно при введении
последовательно нескольких реагентов и при резких колебаниях
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]