2.3 Предлагаемая технологическая схема очистки сточных вод

Предлагаемая схема очистки сточных вод представлена на рисунке 2.2

1 – приемный колодец; 2 – усреднитель; 3 – отстойник; 4 – клапан; 5 – сборник уловленной нефти; 6 – насос; 7 – сепаратор; 8 – аэротенк.

Рисунок 2.2 – Предлагаемая схема очистки нефтесодержащих сточных вод

Сточная вода накапливается в приемном колодце. Затем, пройдя усреднитель, она поступает в отстойник, где происходит осаждение мелких и грубодисперсных примесей под действием силы тяжести. Оттуда по насосу сточная вода идет в нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор. Затем в аэротенки на биологическую очистку. Пройдя очистку в аэротенках, сточная вода поступает во вторичные отстойники, где происходит процесс отделения активного ила от очищенных стоков. И далее идет на реализацию.

Так же очищенная сточная вода не сбрасывается в реку Прониху, а поступает в оборот, на реализацию:

– на ремонтно – технические нужды;

– на промывку цехов;

– на охлаждение котельной;

– на другие нужды котельной;

– на полив газонов и озелененных площадок;

–на испытания системы орошения резервуаров и охлаждения резервуаров при пожаре;

– на промывку фильтров;

– на мытье автотранспорта и на другие бытовые нужды.

Предлагаемую и базовую схему очистки можно увидеть в приложении В и Д соответственно.

2.4 Конструкторский раздел

Расчеты используемых аппаратов.

Расчет нефтеловушки.

Один из аппаратов первичной очистки от нефтепродуктов - нефтеловушка. Режим движения воды в ней должен быть очень спокойным (0,005 – 0,01 м/с), чтобы нефтепродукты в зависимости от своей плотности успели либо всплыть, либо опуститься на дно. Для частичек нефти диаметром 80 – 100 мкм скорость всплывания обычно равна 1 – 4 мм/с. При этом всплывает 96 – 98 % нефти. Продолжительность отстаивания не менее 2ч.

Рассчитаем скорость всплывания нефтепродуктов ω_о, м/с

, (2.4)

где ρ_H2O, ρ_н/пр − плотность воды и нефтепродуктов соответственно, кг/м³;

ρ _н/пр = 1100 кг/м³;

g − ускорение свободного падения (g = 9,8 1 м/с²);

d_ч − диаметр частиц нефтепродуктов, м; (80 − 100 мкм), принимаем 100 мкм = 0,0001 м.

µ_H2O — динамическая вязкость воды (µ_H2O =0,001 Па-с).

Рассчитаем длину нефтеловушки по формуле

, (2.5)

где ω – скорость движения воды в нефтеловушке, (0,005 – 0,01) м/с, принимаем ω = 0,005 м/с.;

а – коэффициент, зависящий от отношения ω/ω₀:

h – глубина рабочей проточной части нефтеловушки (обычно h = 0,5 – 1,5 м), принимаем h = 1 м.

ω/ω₀ = 0,005/0,000545=9,17

а = 1,5;

L = 1,5 · 10 · 1=15 м

Найдем ширину нефтеловушки В, по формуле

B = F/L, (2.6)

где F - площадь поперечного сечения нефтеловушки, м², которую определяем по формуле

F = Q/ω₀ , (2.7)

F = 0,0017/ 0,000545 = 3,12 м²

B = F/L = 3,12/15 = 0,208 м.

Определяем количество нефтеловушек, необходимых для очистки воды от нефти, с учетом степени очистки воды и заданной конечной концентрации нефтепродуктов по формулам

С_к = С_н – α  С_н , (2.8)

С_к = С_к1 – α  С_к1, (2.9)

где принимаем С_к ≈1г/л , α = 60%

С_к1 = 6 - 0,6  6 = 2,4 г/л,

С_к2 = 2,4 - 0,6  2,4 = 0,96 г/л.

Следовательно необходимо 2 нефтеловушки. Нефтеловушка представлена в приложении Г.

Расчет усреднителя

Усреднители – аппараты, усредняющие водные потоки по объемам и концентрациям примесей. Во избежание выпадения осадков их устанавливают обязательно после песколовок.

Перемешивание в усреднителях можно осуществлять с помощью бар-ботажа воздуха или механическим перемешиванием.

Находим объем усреднителя по формуле

V_общ = V_з.выб +V_ц.кол +V_зап , (2.10)

где V_з.выб, V_ц.кол, V_зап, – соответственно объем, учитывающий возможность залпового выброса, объем, учитывающий циклические колебания работы аппарата и запасный объем аппарата.

V_зап= Qτ_раб , (2.11)

где Q – расход воды, м³/ч, Q = 6,12 м³/ч;

τ_раб – время работы аппарата, ч (τ_раб = 1 - 3 ч). Принимаем τ_раб = 3 ч.

V_зап = 6,123 = 18,36 м³

, (2.12)

где τ_з.выб – время залпового выброса, ч. Принимаем τ_з.выб = 0,5 ч;

К_п – коэффициент подавления залпового выброса:

К_п= (С_max - C_ср )/(С_доп - С_ср ), (2.13)

где С_max, C_ср, С_доп – максимальная, средняя и допустимая концентрации загрязняющего вещества соответственно, г/л.

С_ср = 2 г/л,

С_max= 2С_ср=22=4 г/л,

С_доп= 1,5 С_ср=1,52=3 г/л,

К_п= (4 - 2 )/(3 - 2 ) = 2,

м³.

Определяем V_ц._кол по формуле

V_ц.кол = 0,16 К_п Qτ _ц.кол , (2.14)

где τ _ц.кол – время циклических колебаний, ч (τ_ц._кол от 1 до 2). Принимаем τ_ц._кол = 2ч.

V_ц.кол = 0,1626,12 = 1,95м³

V общ = 18,36+2,65+1,95 = 22,96 м³

Определим площадь поперечного сечения усреднителя

F_общ = Q1000 / nU_c3600, (2.15)

где Q – расход воды, м /ч;

U_c – скорость движения воды вдоль усреднителя через поперечное сечение, мм/с (U_c ≤ 2,5). Принимаем U_c = 1 мм/с.

n – число секций усреднителя. Принимаем n = 1.

F = 6,121000/113600 = 1,7 м²

Определим ширину усреднителя В

B = F/H, (2.16)

где H − высота усреднителя. Принимаем Н = 1,5 м.

B = 1,74/1,5 = 1,61 м

Найдем длину усреднителя L по формуле

L = V_общ / F (2.17)

L = 22,96/1,7 = 13,5 м

На рисунке 2.3 изображен нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор.

1 – клапан электромагнитный; 2 – верхняя крышка сепаратора; 3 – датчик раздела границ сред; 4 – термодатчик; 5 – клапан электромагнитный; 6, 12, 13, 14, 21, 22 – клапан; 7 – фильтрующая кассета; 8 – корпус сепаратора;

9, 20 – клапан электромагнитный; 10 – фильтрующий гранулированный наполнитель; 11 – пароводяной змеевиковый подогреватель; 15 – сборник очищенной воды; 16 – лапы для крепления к фундаменту; 17 – конус; 18 – спускная пробка; 19 – патрубок; 23 – фильтроэлемент.

Рисунок 2.3 – Центробежно-фильтрующий сепаратор

Нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор, содержащий корпус с днищем и крышкой с воздушным клапаном и патрубками, кассету, размещенную в верхней части корпуса, гранулированный наполнитель в виде термически закаленных шариков, расположенный во внутреннем объёме корпуса, днища и кассеты, верхний гравитационный отстойник-нефтесборник, нижний гравитационный отстойник, патрубки подвода очищаемой воды, подачи промывочной воды и продувочного воздуха и патрубки удаления грязи, а в днище расположена камера дренажа и снятия избыточного давления, образованная диском с отверстиями, в которых установлены колпачково-проволочные или колпачково-щелевые фильтры, и нижней частью днища, причем в камере дренажа и снятия избыточного давления установлено устройство защиты от коррозии.

Устройство очистки от жидких нефтепродуктов обеспечивает создание центробежных сил при движении ее снизу-вверх, отстой в поле гравитационных сил и последующую ее фильтрацию сверху-вниз через термонапряженные гранулы крупной фракции кассеты с последующем повторным отстоем и поле гравитационных сил и окончательной фильтрации воды сверху-вниз через гранулы отфильтрованного материала в хорошем режиме течения воды.

Вода с нефтепродуктами через патрубок ввода очищаемой воды гидроциклона, выполненного в виде сопла, по касательной к окружности цилиндрической части, поступает в винтовую направляющую, где закручивается, создавая поле центробежных сил, при котором дисперсионная среда – вода, грязь оттесняются к цилиндрической поверхности, а дисперсная среда (нефтепродукт) – к центру цилиндрической части гидроциклона.

Использование в качестве фильтрующих наполнителей термически закаленных металлических, стеклянных или керамических шариков размещенных в кассете и в объеме днища, корпуса позволяет обеспечить процессы коагуляции, коалесценции отдельных частиц нефтепродуктов и исключает необходимость периодической замены фильтрующегматериала, обеспечивая стабильную во времени очистку и возможность периодической очистки наполнителя от механических взвесей продувкой его объема воздухом в направлении снизу-вверх с последующей доочисткой чистой воды в том же направлении.Параметры сепаратора можно увидеть в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Параметры сепаратора

Производительность установки	л/с	0,5	1	2	5	10
Длина блока	мм	2 000	2 600	4 200	4 400	7 600
Ширина блока	мм	800	800	800	1 600	1 600
Высота блока	мм	1 280	1 280	1 280	1 280	1 280
Высота входного патрубка	мм	1 180	1 180	1 180	1 180	1150
Высота выходного патрубка	мм	1 030	1 030	1 030	950	950
Диаметр трубопровода	мм	150	150	150	200	200
Объем осадка	м3	0,07	0,13	0,26	0,66	1,12
Объем нефтепродуктов на поверхности	дм3	7,5	15	30	75	150
Масса блока	кг	220	260	390	620	940

Нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор представлен в приложении Ж.

Расчет вертикального отстойника

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод мелких (диаметр частиц меньше 0,1мм) грубодисперсных примесей под действием силы тяжести.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем. Осаждение происходит в восходящем потоке воды. Высота зоны осаждения 4 − 5м. частицы движутся с водой вверх с определенной скоростью, а под действием силы тяжести − вниз. Поэтому различные частицы будут занимать различное положение в отстойнике.

Находим критерий Архимеда по формуле

, (2.18)

где d_ч − диаметр частиц, м. =210 ^-5м;

ρ_тв = ρ_гл =1600 кг/м³,

ρ_ж = 1000 кг/м³,

μ = 0,001 Па·с

.

Рассчитаем скорость свободного падения ω_св по формуле

При Ar ≤ 36

(2.19)

м/с

Определим скорость стесненного осаждения частиц

ω_ст < ω_св ω_ст = ω_свЕ²10 ^-1,82(1-Е), (2.20)

где Е − объемная доля жидкости в сточной воде

, (2.21)

где − массовая доля взвешенных частиц;

ρ_тв,ρ_ж − плотность твердого вещества и сточной воды

, (2.22)

= 0,2/100 = 0,002,

кг/м³.

Тогда

,

ω_ст = 1,310 ^-40,998²10 ^{-1,82(1-0,998)} = 1,2910 ^{-4 м/с}.

Определим количество сточных вод

G_н = Qρв, (2.23)

G_н = 0,00171001=1,7 кг/с.

Определим площадь осаждения твердых частиц

, (2.24)

где А − коэффициент, характеризующий тип сгустителя. Принимаем А = 1,33;

−содержание твердых веществ в осадке сгустителя. Принимаем =0,4;

определяем по Ск глины по формуле 2.8 с учетом степени очистки α=99,8%.

С_к = 2 - 0,9982=0,004 г/л=0,0004%,

=0,0004/100=0,000004,

м².

Выбираем типовой отстойник по величине площади осаждения Ц 6.

Размеры чана: диаметр 6000 мм, высота 2500 мм. Площадь осаждения 30м². Производительность (по твердому веществу) 30 т/сутки.