Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Процессы и аппараты очистки воды в металлургии. Учебное пособие
.pdf
осадка, в частности подачу воздуха. Для равномерного распределения сточной жидкости по всей глубине усреднителя предусматриваются специальные устройства. Схема одного из возможных решений
приведена на рис. 1.8.
Материал для усреднителей должен выбираться с учетом агрес-
сивности сточных вод.
Ниже приводятся примеры определения размеров перегородчатых
усреднителей концентраций загрязняющих примесей в сточных водах
Пример 1. Расход сточных вод q практически постоянен и со-
ставляет 150 м
3
/ч. Изменение концентрации загрязнений происходит
.
циклически в соответствии с графиком на рис. 1.6, цикл – 6 часов.
Необходимо обеспечить среднюю концентрацию загрязнений в
сточных водах. Требуется определить объем 10-коридорного усреднителя конструкции Д.М. Ванякина с шириной коридора b = 1 м и
оптимальные размеры основных его элементов.
1. В соответствии с графиком на рис. 1.6 каждый
цикл – 6 часов,
следовательно, продолжительность усреднения Т должна быть не
менее 6 часов.
Приток сточных вод за 1 цикл Q = ∑ q
= 6 150 = 900 (м3).
i
2. Объем усреднителя определяется по формуле (1.14):
W = ∑q
3. Средняя концентрация загрязнений при q
формуле (1.15) будет: 150 (20 + 60 + 120 + 20 + 40 + 40) / 900 = 50 (г/м
/ 2η = Q / 2η = 900 / (2 0,7) = 643 (м3).
i
= q2 = … = qn согласно
1
3
).
4. Принимаем глубину усреднителя Н = 2 м, форма прямоуголь-
ная, количество коридоров – 10, ширина коридора – 1 м.
Тогда площадь усреднителя F = W / H = 643/ 2 = 322 (м
2
).
5. Ширина усреднителя B = b n = 1 10 = 10 (м).
6. Длина усреднителя L = F / B = 322 /10 = 32,2 (м).
Пример 2. Расчетный приток сточных вод q = 150 м
3
/ч; изменение
концентрации их загрязнений характеризуется графиком на рис. 1.7;
по условиям выпуска сточных вод в водоем максимальная допустимая концентрация загрязнений в них не должна превышать 70 г/м
(С
≤ 70 г/м3).
м.д
Определим объем усреднителя конструкции Д.М. Ванякина.
Анализ графика изменения концентраций показывает, что наибольшие концентрации имеют место между 6-м и 7-м часами
(С = 140 г/м
В первом случае в предыдущий и последующий часы концентрация загрязнений равна 20 г/м
3
) и 17–18 часами (С = 100 г/м3).
3
, во втором – 60 г/м3. Средняя концен-
3
21
трация за 2 часа в первом случае в соответствии с уравнением (1.16)
будет:
С
= (20 + 140)/ (1 + 1) = 80 (г/м3) > С
ср
Во втором случае С
(70 г/м3). Следовательно, 2-часового усреднения при заданных
С
м.д
= (100 + 60)/ (1 + 1) = 80 (г/м3) также больше
ср
(70 г/м3).
м.д
условиях недостаточно. Поэтому следует произвести перерасчет для
предполагаемого 3-часового усреднения:
в первом случае
ССС
988776
С
ср
ttt
988776
4020140
3
67
(г/м3) < С
,
м.д
во втором случае
ССС
181717161615
C
ср
ttt
181717161615
1006020
3
60
(г/м3) < С
м.д
.
Таким образом, при 3-часовом усреднении в обоих интервалах
времени концентрация загрязнений в усредненном стоке будет
меньше С
. Однако если проанализировать другие участки графика
м.д
изменения концентраций загрязнений сточных вод, то окажется, что
наиболее неблагоприятным является период с 10 до 13 часов, когда
CCC
131212111110
C
ср
ttt
131212111110
608080
3
3,73
(г/м3) > С
м.д.
Следовательно, для этого участка 3-часового усреднения недостаточно.
Дальнейшие расчеты показывают, что увеличение продолжительности усреднения до 4 часов на любом участке графика излишне, так
как для самого неблагоприятного периода (с 9 до 13 ч) величина С
не превышает 60 г/м
3
, что значительно меньше С
м.д
.
ср
Путем подбора устанавливаем, что продолжительность усреднения T может быть ограничена временем 3 ч 15 мин, при котором на
любом участке С
ср
< С
, а Сср в наиболее неблагоприятный период
м.д
(с 9 до 13 ч) будет:
0,25
СС С С
910 1011 1112 1213
С
ср
=
69,2 (г/м3) < С
22
0,25 1 1 1 3,25
.
м.д
0,25 20 80 80 60
В то же время разность между Сср и С
незначительна, и объем
м.д
усреднителя в этом случае будет оптимальным.
Таким образом, при установленной величине времени усреднения
T приток сточных вод за этот период составит:
Q = q
а объем усреднителя в соответствии с формулой (1.14) будет:
T = 150 3,25 = 487,5 (м3) ≈ 500 м3,
W
Приняв усреднитель круглой (в плане) формы глубиной
= Q / 2η = 500/ 2 0,7 = 357 (м3) ≈ 360 м3.
Н = 2 м,
определяем его диаметр, м:
44
D
W
H
W
4
.
2,15
По конструктивным соображениям примем количество кольцевых
коридоров в усреднителе
n = 7. Тогда ширина каждого коридора
b = 1,08 м.
Расчет усреднителя расхода сточных вод сводится к определению
его регулирующей емкости по данным графика неравномерности
притока сточных вод и величине постоянного расхода воды, отводимой из усреднителя.
Для предотвращения оседания в усреднителях взвешенных частиц
ширину коридоров выбирают такой, чтобы скорость движения воды
в них при минимальном притоке сточных вод
была не менее 0,7 м/с,
либо прибегают к перемешиванию воды в них воздухом или мешалками.
При перемешивании воды воздухом интенсивность аэрации в зависимости от концентрации взвешенных веществ и их гидравлической крупности назначают от 2 до 10 м
3
реднителя [в среднем 5…6 м
2
/(м
ч)]. Механическое перемешивание
3
/ч на 1 м2 площади дна ус-
воды в усреднителях с мешалками может рассчитываться так же, как
в механических смесителях. Однако в этом случае скорость протока
воды через зону пропеллера (при использовании пропеллерных ме-
v
шалок)
v
= 1,5…2 м/с).
0
Наиболее надежно определять необходимую величину
следует принимать примерно 0,7…1 м/с (в смесителях
0
v
опыт-
0
ным путем в зависимости от концентрации взвешенных веществ и
гидравлической крупности частиц расчетной фракции.
23
2. ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Одним из основных видов загрязнений производственных сточных вод являются нерастворимые (легкие и тяжелые) минеральные и
органические примеси. Выделение нерастворимых примесей из воды
входит в задачу механической очистки.
Для механической очистки применяются: процеживание, отстаивание, фильтрование и центрифугирование. При применении этих
методов очистки нет необходимости во введении реагентов, только в
некоторых
случаях для повышения эффекта осветления применяются
коагулянты и флокулянты.
В зависимости от требований к качеству очищенной воды применяют различные сооружения и агрегаты:
для процеживания – решетки и сетки, предназначенные для за-
–
держивания крупных частиц;
для задержания более мелких тяжелых минеральных частиц –
–
песколовки;
для выделения взвешенных осаждающихся или всплывающих
–
примесей – отстойники и фильтры с зернистой загрузкой (кварцевый
песок, гранитный щебень, дробленый антрацит и керамзит, доменные шлаки), с плавающей загрузкой (пенополистирол) или сетчатые
фильтры и микрофильтры, а также гидроциклоны, сепараторы и осадительные центрифуги.
Механическая очистка, как правило, является предварительным и,
реже, окончательным способом
вод.
очистки производственных сточных
2.1. Решетки
Для извлечения из производственных сточных вод крупных частиц применяются неподвижные вертикальные механизированные
решетки (РМВ), малогабаритные вертикальные механизированные
решетки (РММВ) и наклонные решетки с механическими граблями
типа МГ с механизированной выгрузкой задержанных примесей на
транспортирующие устройства. Для дробления задержанных крупных предметов при этих решетках устанавливаются дробилки.
При поступлении сточных вод
на очистные сооружения по самотечному каналу решетки устанавливают на этом канале. Выпускаемые механические решетки имеют ширину прозоров от 10 до 16 мм.
24
Для предотвращения уноса крупных механических примесей на последующие сооружения скорость воды, поступающей через решетки
с шириной прозоров не более 16 мм, должна составлять 0,6…0,9 м/с.
Разность уровней выше и ниже решеток (высота подпора) не должна
превышать 10…12 см.
Если сточные воды агрессивны, то решетки необходимо выпол-
нять из антикоррозионных материалов.
Для задержания
и дробления крупных отходов без извлечения их
из потока сточных вод применяются комбинированные решеткидробилки типа РД и РДК. В настоящее время разработаны и применяются четыре типоразмера решеток-дробилок: РД-200, РД-400,
РД-600 и РД-900. В зависимости от расхода сточных вод и сечения
подводящего канала выбирается и устанавливается решетка того
или иного типоразмера.
2.2. Песколовки
Песколовки предназначаются для удаления песка и других тяжелых частиц из сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию. Задача песколовок состоит еще и в том, чтобы выделить тяжелые минеральные частицы в относительно чистом виде –
отмытые от органических примесей.
По способу ввода сточных вод, форме, виду движения воды и
другим
показателям и конструктивным особенностям песколовки
подразделяются следующим образом:
1) горизонтальные с круговым движением воды (разновидность –
аэрируемые песколовки с круговым движением воды);
2) горизонтальные с прямолинейным движением сточной воды;
3) тангенциальные типа «Вортекс» с вихревой водяной воронкой;
4) горизонтальные квадратные с механическим удалением песка.
Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной
воды
могут применяться после нейтрализатора сернокислотных
сточных вод в том случае, если выпадение нерастворимых примесей
известкового молока (или молотого известняка) и кристаллических
частиц гипса приводит к появлению тяжелых взвешенных частиц,
отсутствовавших в воде до нейтрализации.
Сточная вода подводится к песколовкам и отводится от них лот-
ками, располагаемыми на уровне поверхности земли или
в насыпи.
Осадок из песколовок удаляют гидроэлеваторами. Подача рабочей
жидкости и отвод пульпы осуществляются напорными трубопроводами.
25
Некоторые типы песколовок оборудованы устройствами для сбора нефтепродуктов. Для сокращения количества воды, отводимой с
песком и расходуемой на отмывку его от нефтепродуктов, применяются гидроциклоны.
Рис. 2.1. Горизонтальная песколовка с круговым движением воды:
1 – гидроэлеватор; 2 – трубопровод отвода всплывающих примесей;
3 – желоб; 4 – затворы; 5 – подводящий лоток; 6 – пульпопровод;
7 – трубопровод рабочей жидкости; 8 – отводящий лоток
В аэрируемой песколовке с вращательным движением воды сточная
вода из подводящего канала по внутреннему устройству шахтного
типа (рис. 2.2, сечение II–II), которое необходимо для придания первого импульса вращения в аэрационной зоне, оборудованной аэраторами в виде перфорированной трубы, поступает в эту зону.
26
Рис. 2.2. Схема аэрируемой песколовки:
1 – аэрируемая зона; 2 – аэратор; 3 – разделительная перегородка;
4 – дно; 5 – щель; 6 – конусная часть; 7 – гидроэлеватор; 8 – впускное
устройство; 9 – подводящий канал; 10 – выпускное устройство;
11 – отводящий канал; 12 – перегородка с затопленными отверстиями;
13 – задвижка и трубопровод для удаления всплывающих примесей
В аэрационной зоне под влиянием пузырьков воздуха возникает возвратно-поступательное движение воды. Твердые минеральные частицы,
отмытые от органических загрязнений, оседают на дно, имеющее уклон
1:10, а органические загрязнения во взвешенном состоянии выносятся из
песколовки со сточной водой на последующие сооружения. Осевшие
частицы под воздействием вращательного движения перемещаются по
наклонному дну
в сторону аэратора и через щель под разделительной
перегородкой проваливаются в конус песколовки, имеющей наклон сте-
27
нок к горизонту не менее 55. Накопившийся в конусе песок периодиче-
ски откачивается гидроэлеватором. Сточная вода выходит через выпускное устройство (сечение III–III), выполненное в виде водослива. Всплывающие вещества периодически удаляются в иловый колодец.
h
Приведенные на рис. 2.2 размеры
h
0,2 м;
– примерно 0,3…0,5 м. Центральное затопленное отверстие
1
и bщ принимаются равными
щ
позволяет отводить сточную воду из центра вращающегося потока,
где концентрируются органические загрязнения.
Таблица 2.1
Размеры, м, основных элементов аэрируемых песколовок с круговым
движением воды пропускной способностью 25…140 тыс. м
Марка песколовки В D
АПК-4/1,25х1,25
АПК-4/1,5х1,5
АПК-4/2х2
АПК-6/1,5х1,5
АПК-6/2х2
АПК-6/3х3
1,25
1,5
2
1,5
2
3
D
4
4
4
6
6
6
6,5
7
8
9
10
12
h h
1,25
1,5
2
1,5
2
2
2
0,12
0,15
0,2
0,15
0,2
0,3
h3
2,7
2,7
2,7
4,2
4,2
4,2
3
/сут
h
0,83
1
1,3
1
1,34
1,34
Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением
сточной воды
пропускной способностью от 70 до 280 тыс. м
3
/сут
эксплуатируются на ряде канализационных станций очистки городских сточных вод и редко применяются в очистке промышленных.
Тангенциальные песколовки типа «Вортекс» с вихревой во-
дяной воронкой
имеют в плане круглую форму. Выпускаются диаметром от 2 до 18 м, высота – 1/4–2/3 диаметра. Тангенциальный
подвод сточной воды сообщает ей круговое движение и перемещение вниз, вдоль стенок песколовки, чем создается вихревая воронка.
Затем вода всасывается импеллером. Осаждаемый песок сдвигается к
центру, откуда горизонтальным шнеком подается в боковую вертикальную шахту, затем
наклонным скребковым механизмом поднимается вверх, обезвоживается и поступает в бункер. При подъеме песок
отмывается с помощью брызгательных насадок.
Горизонтальные квадратные песколовки с механическим
удалением и отмывкой песка
представляют собой квадратный в
плане неглубокий резервуар, в который сточная вода поступает через
вертикальные впуски и из которого отводится через водослив со свободным изливом. Осаждающийся песок сгребается скребковым механизмом в приямок, откуда поступает в отмывочное устройство типа классификатора.
28
Расчет квадратных песколовок производится по величине нагруз-
q
на 1 м2 площади песколовки в плане [м3/(с·м2)].
ки
0
Площадь песколовки определяется по формуле
qQF
Q – общий расход сточных вод, м
где
,
0
3
/с,
здесь
Uq ,
00 п
– эффект задержания песка заданной гидравлической круп-
п
)1lg(434,0
ности.
При гидравлической крупности частиц U
3
0,016 м
/(с·м2).
= 0,02 мм/с q0 составит
0
При скорости движения воды v = 0,15 м/с (минимально допустимая для горизонтальных песколовок) расчетная глубина воды в песколовке рассчитывается по формуле
)( vBQH
р
.
2.3. Процессы отстаивания. Отстойники
Отстаивание – один из основных процессов выделения из сточных
вод нерастворимых оседающих или всплывающих механических
примесей: взвешенных веществ, эмульгированных масел и т.п.
В одних случаях отстаивание является предварительным этапом
обработки сточных вод, в других оканчивает их очистку.
Отстаиванием можно выделить из воды взвешенные частицы определенного размера с плотностью, которая больше
или меньше
плотности воды.
Закономерности движения тел в жидкости под действием сил тяжести позволяют определить скорость свободного осаждения частиц
монодисперсной взвеси при условии, что частицы в процессе осаждения не слипаются и не изменяют своей формы и размеров.
Каждая частица, плотность которой больше или меньше плотности воды, находится
лы сопротивления – Р
под действием двух сил: силы тяжести – Р и си-
. Сила тяжести заставляет частицу двигаться
с
вниз, ко дну, или, наоборот, вверх, к поверхности; сила сопротивления характеризует сопротивление воды движению частицы. Соотношение этих сил и определяет скорость, с которой данная частица будет погружаться или всплывать:
29
gVP )(
Р
и Pв – силы, действующие на осаждение или всплытие частиц, Н;
где P
o
V – объем частицы, см
– плотность оседающей (при ч > в) или всплывающей (при
ч
< в) частицы, г/см3;
ч
= V(в – ч)g,
в
3
;
g – ускорение силы тяжести, g = 981 см/с
;
вчo
2
.
Сила сопротивления Р
зависит от формы частицы, вязкости сточ-
с
ной воды и скорости движения частиц:
n
UfKР
c
,
0
где К – коэффициент сопротивления, зависящий от вязкости воды и
формы частицы;
f – площадь поперечного (перпендикулярного направлению движения) сечения частицы;
– средняя скорость осаждения или всплытия частицы в зави-
U
0
симости от скорости движения частицы, см/с.
Скорость осаждения или всплытия частиц в воде определяют из
условия равенства действующих на частицу сил:
а) при осаждении частицы
откуда
б) при всплытии частицы
()
VgKfU
чв 0
n
U
0
Vg
n
U
0
fK
()
вч
Kf
gV
)(
вч
)(
чв
;
.
n
,
n
UfKgV
,
0
Для шарообразных частиц с диаметром менее 0,1 мм сопротивление их движению в воде пропорционально скорости осаждения или
всплытия:
gVdUР )(3
где d – диаметр частиц, а U
30
0 вчc
= V(ч – в)q / 3π d.
0
,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]