nроцесса и относительно малыми энерrорасходами. Воз­

дух во флотационную камеру подается через мелколо­ ристые фильтросвые пластины, трубы, насадки, уложен­

ные на дне камеры. Давление воздуха 0,1-0,2 МПа,

продолжительность флотации 20-30 мин, рабочий уро­

вень обрабатываемой воды до флотации 1,5-2 м.

§ 22. Ионный обмен

Ионный обменэто nроцесс обмена между ионами,

находящимися в растворе, и ионами, прнсутствующими

на поверхности твердой фазыионита.

Очистка сточных вод (в основном производственных)

методом ионного обмена позво.-1яет извлекать и утили­

зировать ценные примеси (хром, цинк, свинец, медь,

ртуть и другие металлы), поверхностно-активные и ра­

диоактивные вещества и использовать очищенную воду

в технологических процессах или в системах оборотного

водоснабжения.

По знаку заряда обменивающихся ионов иониты де­

лят на катиопиты и аниониты, проявляющие соответст­

венно кислотные н основные свойства. Ионнты подраз­

деляют на природные и искусственные, или синтетичес­

кие. Различают следующие виды ионитов:

сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруп­

пы SОзН, и сильноосновные аниониты, содержащие чет­

вертнчные аммониевые основания;

слабокислотные катиониты, содержащие карбоксиль­

ные СООН и фенольные группы, диссоциирующие при рН> 7, а также слабоосновные аниониты, содержащие первичные NH2 и вторичные NH аминогруппы, диссоци­ ирующие при рН<7;

иониты смешанного типа, проявляющие свойства

смеси сильной и слабой кислот или оснований.

Важнейшим свойством ионитов является их погло­ щающая сnособность, так называемая обменная ем­

кость. Полная емкость ионитаэто количt'ство грамм­

эквивалентов ионов, находящихся в воде, которое может

поглотить 1 м3 нонита до nолного насыщения. Рабочая

емкость ионитаэто количество грамм-эквивалентов

ионов, находящихся в воде, которое может поrлотить

1 м3 ионита в фильтре при обработке воды до начала npocкm<a в фильтрат поглощаемых ионов.

Если катиопиты находятся в Н-форме или Nа-форме,

175

обмен катионов будет проходить по реакциям:

Ме+ +Н (К]~Ме [К]+ Н+;

Ме+ + Na (К]~Ме(К) + Na+,

где [KI -сложный комплекс катионнта; Ме+- кат1юн, находящий·

ся в сточной воде.

Сильнокислотные катиониты nозволяют осущест­

влять процесс ионного обмена при любых значениях рН,

а слабокислотные-при рН;;:::7.

Регенерацию катионитов проводят промывкой кисло­

той (при Н-катионите) или раствором хлористого нат­

рия (при Nа-катионите):

2Ме [К] + H2S04~2H [К) + Ме2 S04 ;

Ме [К]+ NaCI~Na [К]+ MeCI.

ПосКО{!ЬКУ в обрабатываемых сточных водах, как правило, · соДержится несколько катионов, то большое значение имеет селективность логлощения катионов.

Слабоосновные аниониты обменивают анионы силь­

ных кислот

2 (А] ОН+ H2S04~(A]1 S04 + 2Н20,

где [А) -сложный органический комплекс анионита.

Регенерация слабоосновных анионитов достигается

фильтрованием через слой отработанного анионита 2- 4%-ных водных растворов NaOH, Nа2СОз или NНДН:

[A]aSQ4 + 2Na0H~2[A]OH + Na2SO,.

Процессы ионаобменной очистки сточных вод осу­

ществляются в аппаратах периодического (фильтрах)

или непрерывного действия.

§ 23. Примеры расчетов

Пример 4.1. Требуется рассчитать установку для нейтрализации

сточных вод металлургического завода при следующих исходных

данных : расход сточных вод, включающих отработавшие травильные растворы, регенерация которых экономически нсцелесообразна, про·

мывиые воды и смывы с полов, Q=315 м3/сут; поступление стоков

на нейтралиэационную установку носит периодический характер,

регулирующий резервуар вместимостью, равной количеству сточных вод за одну смену, т. е. 105 м3• Из nриемкого резервуара (рис. 4.1)

сточные воды выпускаются равномерно Чеr=3,65 л/с.

176

J

10

'

'\,

"t

12

Рис. 4.1. Установка no кеАтрапи3ацки отработавших травип~кых растворов

1 - отработавшие травильные растворы; 2 - приемиыА резервуар; 3 - склад

извести; 4 - помещение для гашения извести; 5 - растворные баки; б- доза·

тор; 7 - смеситель; 8 - камера иеАтрализации; 9 - отстойники; 10- иеАтра­

.пизованныА сток; 11- осадок; 12- ш.памовые площадки

При нейтрализации отработавших травильных растворов гаше­

ной известью в виде известкового молока происходят следующие

реакции:

с серной кислотой

определяем удельный расход негэшеной извести на нейтрализацию

серной кислоты а=0,56, а по табл. 4.2- расход негэшеной извести,

требуемой для перевода железа из растворенного состояния в оса­

док, Ь1 = 1 (в пересчете на сульфат железа FeS04 Ь1 =0,37). Для

известкового молока К.=1,1; 8=50 %. тогда

О= 1,1·315(0,56·12+0,37·10) 100/50=7221 кr/сут.

Определим площадь закрытого склада для извести F исходя из

необходимости хранения месячного запаса (tзап=30 сут), высоты

177

Принимасм размер склада 6Х24 м.

Для гашения извести применяем механическую лопастную из­ вестегаснлку марки С-322 производительностью 1 т/ч и устанавли­

ваем ее в помещении рядом со складом извести. Известь приготов­ ляют в виде известкового молока в растворных баках обшей ем-

концентрация известкового молока по активной СаО, %.

Прннимаем два железобетонных бака прямоугольной формы, размером 3,5Х3,5 м и глубиной наполнения 2 м; в баках устанавли­

ваем лопастные мешалки с вертикальной осью и частотой вращения 40 мин- 1 • Известковое молоко из растворных баков подаем в до­

затор. Расход известкового модока

q113 = (nVp·I000)/86 400 = (6·24)/86,4 = 1,67 л/с.

Общий расход нейтрализуемого отработавшего травильного рас­

твора и известкового молока

Чобщ =Чет+ Чиз = 3,65 + 1,67 = 5,32 л/с.

Нейтрализуемый раствор смешиваем с известковым молоком в смесителе; продолжитедьность перемешивання fсм=5 мин. Вмести­

мость смесителя

Уем= Чобщ·бОtсм/1000 = 5,32·60·5/1000 = 1,6 м3 •

Смеситель принимаем круглым в плане со следующими разме­

рами: Dсм= 1,5 м; Нем= 1 м. В смесителе устанавливаем лопастную мешалку с частотой вращения 40 мин -•.

Из смесителя сточные воды подаются в проточную камеру ней­ трализации, объем которой рассчитываем исходя из продоткитель­ ности нейтрализации !н =30 мин:

Vн = Чобщ·60tн/1000 = 5,32·60·30/1000 = 9,6 мз.

Прииимаем размеры камеры нейтрализации в плане 2,5Х2,5 м, глубину 1,7 м; камеру нейтрализации оборудуем мешалкой с часто­

той вращения 40 мнн-1 • После нейтрализации сточные воды подаются в отстойники вер·

тикальнаго типа с продолжительностью отстаивания не менее 2 ч.

Приняв скорость восходящего потока v=0,2 мм/с, определим пло·

щадь отстойника:

Рот= Чобщ/V = 5,32/0,2 = 26,6 м2;

Аиаметр отстойника будет:

D0т = V 4F0т/n = V 4·26,6/3,14 = 5,8 м.

Высоту отстойной части отстойника ht принимаем равной 1500 мм. Продолжительность пребывания сточных вод в отстойнике

t = h1/(v·З600) = 1500/(0,2·3600) = 2,08 ч.

178

Днище отстойника принимаем конусное с уrлом наклона к горн­

зонту, равным 45°. Объем осадочной части Voc берем нз расчета су­

точного хранения осадка. Объем осадка составляет 25 % суто•1ного

расхода сточных вод и равен Voc =79 м3• Осадок накаnливается в цилиндрической части отстойкика высотой llз= 1,8 м и в конической части отстойника высотой h4 =3 м. Общий объем осадочной части

Voc=80 М3•

Высоту нейтрального слоя в отстойнике принимаем hz=0,2 м.

Таким образом, общая высота отстойника

H0r=hl+h2 +hз+h~= 1,5+0,2+ 1,8+3=7,5 М.

Примимаем два железобетонных отстойника диаметром 6 м каж­

дый с кислотоуnорной облицовкой. Отстойники попеременно выклю­

чаются для выгрузки осадка.

Пример 4.2. Рассчитать шламовые площадки для обезвоживания

осадка от нейтрализациониой установки промывных вод nри следу­

ющих исходных данных: расход nромывных вод Q=720 м3/сут; со­ держание серной кислоты в сточных водах А=0,5 кr/м3; содержа­

ние сульфата железа С1=0,6 кг/м3; влажность осадка Ра11=88%.

Решение. Заnишем уравнения реакций нейтрализации:

Количество сухого вещества осадка, образующегося при нейтра­ лизации 1 м3 nромывиых вод,

где В- содержание активной СаО в используемой нэвести, 0k: х1,

Х2количество активной СаО, необходимой соответственно для

осаждения металлов и нейтрализации свободной серной кислоты, кг

на 1 м3; х3 - количество обраэующихся гидроксидов металлов, кr на 1 м3; у,, у2 - количество сульфата ка.IIЫJ.ИЯ, образующегося .соответ­

ственно при осаждении металлов и нейтрализации свободной серной кислоты, кг на 1 м3• Для нейтрализации промывных вод принимаем

известь с содержанием активной СаО 8=70 %.

Вычисляем количество активной СаО, необходимой для осажде­

ния железа и нейтрализации свободной серной кислоты, в кг/мз;

xl = bl cl = 1-0,37 .о ,6 = 0,22;

х1 = аА = 0,56·0,5 = 0,28,

где Ь,- в пересчете на сульфат железа определяем по табл. 4.2;

а-по табл. 4.1.

Количество гидроксида железа, выделенного на 1 м3 воды, опре­

деляем по уравнению реакции осаждения сульфата железа

а сульфата кальция, образующегося nри осаждении металлов и нейт­ рализации свободной серной кислоты, - по уравнениям соответству­

ющих реакций:

179

Шламовые площадки устраиваем в закрытом помещении и при­

нимаем нагрузку на 1 м2 шламовой nлощадки qw.1= 10 м3jгод. Общая площадь шламовых nлощадок

fш;~ = Р0с·365/qшл = 3,5·365/10 = 128 м2 •

Принимаем четыре шламовые площадки размером 5Х6,4 м и nлощадью 32 м2 каждая. Здание шламообезвоживающих площадок

оборудуем грейферным краном для выгрузки осадка с площадок в

автотранспорт.

Пример 4.3. Требуется рассчитать вертикальный фильтр дли нейтрализации кислых сточных вод при следующих исходных дан.

ньrх: расход вод Q= 1200 м3/сут; концентрация серной кислоты А=

= 1,1 г/л; в сточных водах отсутствуют растворенные соли металлов.

Решение. В качестве загрузочного материала выбираем щелкев­ екий доломит (Кз.м=0,62) крупностью фракций dфр= 15 мм и плот­ Jюстью р=2,8 т/м3•

Высота сдоя загрузочного материала в см

Н= Кэ.м dфр (3 + Ig Ь) yu,

где Ь- концентрация кисдоты, r-экв/л; и- скорость фильтрации,

м/ч; n= 1,47- константа.

Пересчитаем концентрацию серной кислоты в r-экв/л:

Ь = 0,0204А = 0,0204·1,1 = 0,0225.

Скорость и назначаем равной 6 м/ч (обычно 4-8 м{ч). Тогда

н= о,62·151 '47 (3 + Jg o,o22s> V6 = 108 см.

Площадь фидьтрации

F = Qfи' = 0,014/0,0017 = 8,3 м2,

где Q- расход нейтрализуемых сточных вод, м3/с; и'- скорость

фильтрации, м{с,

180

Расход реагента

М= mAQ/1000 = 0,94·1,1·1200/1000 = 1,24 т/сут,

где т- коэффициент, характеризующий стехнометрическое соотно­ шение; в нашем случае m=0,94.

Фактический расход доломита

Мф= 1,5М= 1,5·1,24= 1,86 т/сут.

Продолжительность работы фильтра без перегрузки

t=WIMФ=HFp/MФ= 1,08·8,3·2,8/1,86= 13,5 сут,

где W- масса загруженного в фильтр нейтрализующего материа­

ла, т.

Таким образом, для нейтрализации сточных вод принимаем два круглых в плане вертикальных фильтра высотой 1,08 м и диаметром 2,3 м каждый.

Пример 4.4. Определить расход хлорной извести, необходимой

для окисления цианидсодержащих сточных вод nри следующих ис·

ходных данных: расход сточных вод Q=300 м3/сут; концентрация nростых цианидов в сточных водах С=50 г/м3 (по цианид-иону

CN-).

Решение. Для определения теоретического количества активного хлора Хт, необходимого для окисления цианидов, запишем уравнение Хт =nC, где n - теоретически необходимое количество активного хло­

ра для окисления растворимого цианид-иона до цианат-иона по

формуле

CN- + OCI--+CNO- +CI-.

Активный хлор определяют по количеству грамм-атомов йода,

выделенных данным реагентом из йодистого калия в кислой среде. При окислении nростых цианидов и комnлексных цианидов цин­

ка n=2,73, а nри окислении комnлексных цианидов меди n=2,96 и n=3,18:

Хт=2,73·50= 136,5 г/мз.

Расход хлорной извести, необходимой для окисления цианидео­

активного хлора в реагенте (в товарной хлорной извести 30-35 о/о).

Пример 4.5. Подобрать озонаторы для окисления nроизводствен·

ных сточных вод nри следующих исходных данных: расход сточных

вод Q=2300 м3/сут; требуемая Доза озона для окисления загрязне­ ний dоз= 18 г/м3•

Решение. Определим необходимый расход озона для окисления

загрязнений, содержащихся в сточных водах:

181

Т А. БЛИЦ А 4.3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЭОНАТОfОВ

ТРУБЧАТОГО ТИПА

кr/сут.

Принимаем два рабочих и один резервный озонатор марки ОП-4. Пример 4.6. Рассчитать контактную камеру бар6отажноrо тип''

для. обесцвечивания и окисления загрязнений, содержащихся в сточ­ ных водах краеильно-отделочной фабрики, nеред их подачей в сис­ тему оборотного водоснабжения при следующих исходных данных:

расход сточных вод Q=ЗООО м3/сут; nоступление сточных вод в кон­ тактную камеру равномерное; требуемая доза озона doa=21 r/м~; необходимое время коитакта обрабатываемой сточной воды с озоно­ воздушной смесью tx=25 мин.

Решение. Вычислим необходимый расход азоиа

D0 a = d03 Q/1000 = 21·3000/1000 = 63 кr/сут.

По табл. 4.3 nодбираем озонаторы марки ОП-4, nроизводитель­ ностью Qоз= 1 кг озона в 1 ч и концентрацией озона в озоно-воздуш­ ной смеси Соз=20 r/м3•

Число рабочих озонаторов

Приинмаем контактные реакционные камеры барботажиоrо ти­ nа с распы.~ивающими элементами из керамических труб с порами

размером daop = 100 мкм н интенсивностью расnыливання /р =

=20 м3/(м2 ·•J).

Общая nлощадь всех расnылнвающнх элементов

fобщ = qd0з/(Соз /р) = 125-21/(20-20) = 6,6 м2,

где q - расход обрабатываемых сточных вод, м3/ч.

Площадь распыливающего элемента fэ=O,l44 м2 (диаметр do=

=0,092 м; длина la=0,5 м).

Общее количество расnылнвающих элементов n0 и их общую

длину I.lэ вычисляем по формулам:

nз = fобщlfэ = 6,6/0,144 = 46; I./3 = n11 / 3 = 46·0,5 = 23 м,

182

....

Принимаем четыре контактные реакционные камеры барботаж­

кого типа (рис. 4.2); керамические трубы располагаем по дну каме· ры на расетоинии 0,5 м между осями. Высоту слои воды над распы­ лителями принимаем Н= 4,5 м, а размер коитакткой камеры в плане 1,3Х2,3 м. Распыливающие ~лементы собираем по два элемента в

блоке с обеих сторон центра.1ьиого коллектора; таttим образом, кон­ структивно в каждой камере располагается по 12 распыливающик

элементов.

Конструктивный объем контактных камер

Vк = 4 (1 ,3·2,3·4,5) =54 мs .

Необходимый объем камер с учетом продолжительности контак­

та обрабатываемой сточной воды с озоно-воздушной смесью

V=K0pqfк= 1,1·125-25/60=57,2 м3 ,

где КаРкоэффициент увеличении объема воды за счет продувки ero озоно-воздушной смесью, обычно равен 1,1; 1к - продолжитель·

кость контакта, ч.

Поскольку конструктивный размер камер не обеспечивает необ­ ходимой продолжительности контакта, то окончательно прнннмаем

размер камер в плане 1,3Х2,3 м, а высоту слон воды 4,8 м; в !том

случае общий объем контактных камер барботажного типа составли­

ст 57,4 м3 •

Пример 4.7. Определить размеры вертикального смесители при следующих исходных данных: расход сточных вод Q=200 м3/ч; про­ должительность пребывания сточных вод в сиесителе tсм=2 мни.

Решение. Приннмаем смеситель круглой формы в плане (рис.

183

4.3) с углом конусности конической части а=40° и скоростью восхо· дящего потока в цилиндрической части смесителя Vц=90 м/ч.

Определим площадь поперечного сечения цилиндрической части смесителя Fц и ее диаметр Dц:

Fц = Q!иц = 200/90 = 2,2 м2;

Dц= V4Fц/.тt = V4·2,2/3,14= 1,67 м.

Диаметр входного отверстия смесителя принимаем равным дна· метру подводящего трубопровода d 0 , который назначают исходя из

скорости движения сточной жидкости Vn= 1+ 1,2 м/с; nри Vo""'1,1 м/с

do=253 ММ.

Рассчитываем высоту конической части смесителя hк при угле

конусности а=40° и ее объем Vк:

hк = (Dц- du)/(2 sin 20°) = (1670253)/(2·0,364) = 1,95 м;

Определив nолный объем смесителя

Vcм=Qicм/60=200·2/60=6,7 мз,

находим объем цилиндрической части смесителя Vц и ее высоту hц:

Vц = VсмVк = 6,7- 1,67 = 5,03 м3 ; hц = Vц!Fц = 5,03/2,2 = 2,28 м.

Общая высота смесителя

Нсм=hк+hц= 1,95+2,28=4,23 м.

Сбор воды производится в верхней части смесителя nериферий­

ным лотком через затопленные отверстия при скорости движения

воды через отверстия Vorв = 1 м/с.

Определим число отверстий nотв при диаметре отверстия dотв=

=80 мм:

потв = F отв/fотв = 4Q/ (л:d~твvот ·3600) =

= 4·200/(3, 14·0,082.1 ·3600) = 11,

где fотв и fотвплощади соответственно всех и одного отверстий,

м2.

Расстояния между отверстиями (по осям)

lотв = л:Dц/n0тв = 3, 14·1 ,67/11 = 0,475 м.

Скорость движения воды в периферийном лотке Vn=0,5+0,8 м/<:,

а уклон дна лотка i=0,02.

Пример 4.8. Рассчитать водаворотную камеру хлопьеобразова­ ния, совмещенную с вертикальным отстойником при следующих ис­

ходных данных: расход сточных вод Q= 13 000 м3/сут; максимальный расход Чмакс=810 м3/ч; средний расход Qcp=540 м3fч.

Решение. Принимаем число водаворотных камер хлопьеобразо-

184

где fк.:х=5+ 10 минnродолжительность пребывания сточных вод в камере; Нк.х=3,6+4 м- высота камеры.

Далее вычисляем днаметр одной камеры

.dн.х = V 4fн.xln = V 4· 7,03/3,14 = 3 м.

Воду в камеру подают с помощью неподвижноrо сеrнерова ко­

леса, выполненного в виде двух изогнутых отрезков трубы. Выпус­

кают воду из сопла тангенциально по отношению к поверхности стен­

К!! камеры. Соnло размещается на расстоянии 0,2dк.х=0,2·3=0,6 м

от стенки камеры на глубине 0,5 м от nоверхности воды. Диаметр

соnла

dc = 1,13 VЧ~aкcf(/lUc) = 1,13 V 0,028/(0, 908·3) =О,115 м,

где Ч~акс -максимальный расход сточных вод на одно сопло, м3/с;

f-1=0,908- коэффициент расхода для конически сходящегося насад­ ка с углом конуевости ~=25°; Uc- скорость выхода воды из сопла,

м/с (принимается равной 2-3 м/с).

Диаметр подводящеrо трубопровода рассчитываем из условия

скорости движения сточной воды Uп=0,8+1 м/с. В нижней части ка­

меры хлопьеобразоваиня устанавливаем успокоительную решетку

для гашения вращательного движения воды.

Объем зоны осаждения отстойника при продолжительности пре­

Высоту зоны осаждения принимаем равной Нос = Нк.:х+0,5=

=3,6+0,5=4,1 м. Диаметр отстойника

----------------

Dотс = 1,13 V (Voc + Vн.х)/Нос

= I,IЗV(202,5+2S,З)/4,1 =8,4 м.

185

Прнннмаем четыре вертикальных отстойника днаметром 9 м каждый со встроенными водаворотными камерами хлопьеобраэова­

нни днаметром 3 м.

Пример 4.9. Рассчитать осветлитель коридорного типа с верти­

кальным осадкоуплотннтелем при следующих исходных данных:

расход nроизводственных сточных вод, поступающих на осветлитель,

Q= 1500 м3/ч; сточные воды обрабатываются сульфатом алюминия н nолиакриламидом; концентрация взвешенных веществ в сточной во­

де, поступающей в осветлитель, Св=2000 г/м3, концентрация взве­ шенных веществ после осветления должна быть Ск= 10 г/м3•

Решение. Оnре,.:~.еляем расход сточных вод, выходящих из освет-

где Сwл -концентрация взвешенных веществ в шламе осадкоуплот­

нителя nосле уплотнения в течение времени между nродувками ос­

где fa.o и fуплсоответственно площадь зоны осветления и осадка­

лотнитель; КРкоэффициент распределения воды между зоной ос­

площадь осадкоуплотннтеля F~rut= 36 м2).

Ширина каждого коридора осветлителя Аосв=З м, ширина осад­

коуплотнителя Aynn=3,6 м (рис. 4.5). Длину коридоров принимаем равной 10 м. Высота слоя hr, где наблюдается превышение расчет­

ной скорости восходящего nотока, обычно равна 0,5-1 м; рекомен­

дуемая высота слоя взвешенного осадка h2... 2+2,5 м; высота зоны

186

Рис. 4.5. Осает.lиtе.IЬ коридорного типа с вертикао11ьным осадкоуп.1отuнте.1~•

1 - nuдача сточных вод; 2 - дырчатые водораспределнтмьные трубы; 3 - зона взвешенного осадка; 4 - зона освето11ения; 5 - сборные желоба; 6 - от­

вод осветленной сточной воды; 7 - осадкоприемные окна с защитными ко­

зырьками; 8 - осадкоуплотнитель; 9 - дырчатые трубы, отводящие осветАеи­

иую сточную воду; 10- дырчатые осадноотводящие трубы; ll - отвод уппот­

иенного осадка

осветления ha=1,5+2 м. В данном случае hr=J м; ht=2,5 .и и hв=

-=2 м. Тогда общая высота осветлителя

Hocв=h1+h2+h3 = 1 +2,5+2=5,5 м.

Площадь осадкоприемных окон в одном осветлителе

где Vоискорость движения сточной воды с осадком в осадкопри­ емных окнах (обычно принимается 36-54 м/ч).

Высота окон hои=О,З м. Тогда общая их длина с каждой сторо­

ны осадкоуплотнителя

уnлотнения одного осветлителя Vуnл = 99 м3•

Проверим соответствие конструктявного объема зоны уnлотне­

ния условию

Vупл :> Q (СвСи) iупл/Сшлi

1500

Q (СиСи) lупл/Сшл = - - (200010) 4/31 000=96,3 мз., 4

187

Условие соблюдается, следовательно, осветлитель подобран пра­

Вitльно.

Пример 4.10. Определить эффект очистки сточных вод на одно-,

двух- и четырехступенчатой сорбционной установке при следующих

исходных данных: расход сточных вод Q= 15 м3/ч; адсорбционная константа распределения сорбата между сорбентом н раствором

Решение. Определим расход сорбента при одноступенчатой сорб·

цнонной о•шстке:

m1 =CcQ=I, 15=19,5кг/ч.

Рассчитаем концентрацию сорбата в сточных водах после одно· ступенчатой сорбционной очистки:

одно-, двух· и четырехступенчатой сорбционной установке:

Пример 4.11. Определить продолжительность защитного дейст·

вия фильтра при очистке фенолсодержащих сточных вод и количе· ство задерживаемого фенола при следующих исходных данных: на­

чальная концентрация фенола в сточной воде Св=3500 мr/л; CI<O· рость фильтрации и=2,2 м/ч; коэффициент защитного действия фильтра Ка.д=22,5; потеря времени защитного действия т=6,5 ч; динамическая активность сорбента .(активированный уголь) ад=

= 175 кг/м3•

Решение. Принимаем насыпные фильтры высотой Н= 1 м, пло·

щадью фильтрации F=4 м2 и эмпирической константой h=0,3 м. Тогда продолжительность защитнuго действия фильтра

t3.д = К3.дН- 't = 22,5·1- 6,5 = 16 ч.

188

Количество фенола, сорбируемого фильтром за этот период,

М= (Н- h) Fад = (1-0,3) 4·175 = 490 кг.

Пример 4.12. Рассчитать пневматическую флотационную уста· новку при следующих исходных данных: расход сточных вод Q= =400 мз/ч; время флотации fФ= 15 мин; коэффициент аэрации Казр=0,25.

Решение. Объем флотатора

Vф = Q/ф/[60 (1- Каэр)] = 400·15/[60 (1- 0,25)] = !33,3 м3 •

Рабочая глубина флотатора НФ=З м; тогда его площадь

fф = VфiНФ = 133,3/3 = 44,4 м2.

Примимаем интенсивность аэрации 1=20 м3/(м2 ·ч), тогда тре­

буемый расход воздуха

Q8 = lfф = 20·44,4 = 888 мз/ч.

Принимаем два флотатора шириной ВФ=З м и д.1иной lф=7,5 м

каждый.

По дну флотаторов поперек секций располагаем воздухораспре·

делительные трубы на расстоянии lтр=0,25 м друг от друга; общее

число труб в каждом флотаторе

nтр = lфllтp = 7,5/0,25 = 30.

Определим общее число сопл nc, приняв скорость выхода струн

воды из них Vc = 100 м/с, а диаметр отверстия сопла d с= 1 мм, т. е. площадь отверстия каждого сопла fс =0,000000785 м2 :

nc = Q8 /(3600fc Vc) = 888/(3600·0,000000785·100) = 3142,

Число сопл на каждой воздухораспределительной трубе n~ и

расстояние между ними lc находим по формулам:

n~ = пс/(2nтр) = 3142/(2·30} =52; lc = ВФ/п~ = 3/52 = 0,058 м.

Рабочее давление перед соплам1r принимаем равным 0,5 МПа. Пример 4.13. Рассчитать импеллерную флотационную установку

для nредварительной очистки сточных вод меховой фабрики, содер­

жащих поверхностно-активные вещества и жиры, при расходе сточ·

ных вод Q=2700 м3/сут.

Решение. Флотационные камеры nримимаем квадратными в пла· не со стороной квадрата 1=6dи (dи=0,2+0,75 м- диаметр импел· лера). Принимаем du=0,5 м, тогда 1=6·0,5=3 м. Рабочий объем

камеры

VФ = hФ 12 ,

где hФрабочая высота флотационной камеры (обычно 1,5-3 м); hф = НстiРФ.ж•

где f/ф.ж- плотность флотирусмой жидкости (водио-воздушной сме·

си), f1Ф •м = 0,67 рж, т/м3; Нстстатический уровень сточной воды в

камере (до флотации), м:

нет= rpv~j(2g) = 0,25·122/.2·9,8 = 1,8 м;

189

здесь с:р=0,2+0,3- коэффициент напора; и.- окружная скорость

вращения импеллера, равная 12-15 м/с. Тоrда

hф = \ ,8/(0,67·1) = 2,7 м;

VФ = 2,7·3t = 24,3 мз.

Число флотационных камер

из трех флотационных камер.

Пример 4.14. Рассчитать электрофлотационную установку длк

очистки сточных вод мясокомбината при следующих исходных дан­

ных: расход сточных вод Q= 110 м3/ч; в качестве электродов исполь·

зуют алюминиевые пластины.

Решение. Примимаем rоризоитальныА электрофлотатор, состоя­

щий из двух флотационных камер (на рис. 4.6 схематично показана

одна камера). Число электродов, располагаемых в каждой камере,

n3 = (А- 2а + с)!(б +с)= (2000- 2·100 + 20) / (8 + 20) = 65,

где А -ширина флотационной камеры (А= 2 м при Q<90 м3/ч, А= =2,5+3 м при Q=90+180 м3/ч); a=IOO мм-величина зазора меж:·

;1--8

Рис. 4.6. rориsоита...нwl uе10тро~отатор

1 -впускная камера; 2 - решетка-успокоитель; 3 - sлектроднаи система; 4 -

190

ду крайними пластинами и стенками камеры; с- величина зазора

между пластинами (15-20 мм); б- толщина пластин (6-10 мм).

Необходимая площадь пластин электродов, м2, определяется по

формуле

fe = /а.э/(пе- 1),

верхиость электродов /а.а=200·55/150=73,3 м2, находим необходи­

мую пJющадь nластин электродов:

lэ=f~/h3 =1,15/1 , 15=1 м.

ШJiаМЗ) .

СпедоватеJiьно,

V8 •.н=2 · 2·1,2=4,8 wэ.

Далее подсчитаем объем флота1щонной камеры

VФ = Q' tФ = 55·0,5 = 27,5 мз,

rде IФпродолжительность флотации, принимаемой 0,3-0,75 ч. Д.qииа флотационной камеры

/Ф = Vфi(АН11.к) = 27 ,5/(2·2) = 6,9 м.

191

Общий объем электрофлотацнонной установки

Vy = 2 (Vе.и + VФ) = 2 (4,8 + 27,5) = 64,6 мз.

Далее оnределяем количество материала электродов т, nepexo·

дящеrо в 1 м3 раствора, r/м3, по формуле

m=k1 ЭE,

rде k1=0,5+0,95- коэффициент выхода по току; Э- электрохими· ческий эквивалент, r/(А·ч) (для FeH, fеЗ+, АР+- соответственно

l,o42; 0,695 и 0,336) .

Для алюминиевых электродов

т= 0,6·0,336·200 = 40 ,3 r/мз.

Срок службы электродной системы в сутках вычисляется по ВЫ·

ражекию

Т= М· 1000/(mQ·24),

где М- масса металла электродов, которая растворяется при элек­

тролизе, кr; M=pk2f,бn, [эдесь р- nлотность металла электродов, кr/мз; k7 - коэффициент исnо.1ьэования материала электродов (0,8-

0,9)) .

Определив эначение M=2700·0,85jl,l5j 0,008j l30=2745 кr, ПО·

лучим :

т= (2745·1000)/(40,3 · 110· 24) = 25,8 сут.

Пример 4.15. Рассчитать нонаобменную установку для обезвре·

живакия сточных вод гальванического цеха nосле их предваритель­

ной механической очистки при следующих исходных данных: расход

сточных вод Q = 1200 м~/сут; nоступление сточных вод на установку

равномерное; ионный состав сточных вод nриведен в табл. 4.6.

Решение. В качестве первой ступени монообменной установкн nрииимаем Н-катнонитовые фильтры, загруженные сильнокислотным катионитом К.У-2. Объем катнонита оnределяется no формуле

Vн = Кс.н Quon ~ (К)/(nфц Ераб н),

192

где Кс.в= 1,1 + 1,35- коэффициент для учета расхода воды на соб· ственные нужды установки; Qполполезный расход обезвреженной сточной воды, м3/сут; nФnчисло фильтрациклов в 1 сут; Ераб.к­

рабочая обменная способность катионнта, г-экв/м3 :

Ераб к= Кв.р Кобм Епол.к- 0,5q~ [К),

здесь Кэ.р- коэффициент эффективности регенерации при удельных расходах H2S04, г/r-экв поглощенных катионов, 50; 100, 150; 200 (равен соответственно 0,68; 0,85; 0,91; 0,93); Кобм=0,8+0,9- коэф­

фициент для учета снижения обменной способности катионита;

Епол.к- полная обменная способность катионита, равная для

I(Y -2_:800 г-экв/мЗ; q - удельный расход осветленной воды на от­ мывку 1 м3 Н-катионита, равен 4-6 мз{мз.

Тогда

Ераб.н = 0,91·0,85-800- 0,5·5·17, 75 = 574,4 r-экв/мз; Vн = (1,25·1200-17, 75}/(2·574,4) = 23,2 м3 .

Определим общую площадь катионитовых фильтров Fк, nрини­

мая высоту загрузки Нк=2,5 м:

Fк = Vк!Нк = 23,2/2,5 = 9,3 м2 •

Принимаем три рабочих катиоиитовых фильтра и один резерв­ ный диаметром Dк=2 м, тогда общая nлощадь фильтров составит

9,4 м2•

Скорость фильтрования воды через катионитовые фильтры

Vк = Q/(24·Ftl) = 1200!(24-9,4) = 5,3 м/ч.

В качестве второй ступени ионаобменной установки принимаем

анионитовые фильтры со слабоосновным анионитом АН-18.

Расчетную скорость фильтрования определяем по формуле

Ераб.А НА- 0,5НА !AJ

t1A= Т (А]+ 0,02Ераб.А ln [Aj- 0,1 (AJ ln [Aj'

где НА -высота загрузки анионитового фильтра, принимаемая рав­ ной 2,5 м; (А] -содержание анионов сильных кислот в сточной во­ де, в нащем случае 4,51 +9,78= 14,29 г-экв/м3; Ераб. А- рабочая об­ менная способность анионитов, г-экв/м3 (для АН-18 равна 1000); Т­

продолжительность работы каждого фильтра между реrенерациями

Т= 24/nper - ti - t2 - t3 = 24/2-0,25- 1,5-3 = 7,25 ч

(здесь nper=2+3- число регенераций, сут; t1=0,25 ч- продолжи­ тельность взрыхления анионита; t2 = 1,5 ч- nродолжительность про­ пускания через аниопит регенерационного раствора щелочи; tз=З ч­

продолжительность отмывки аниопита после регенерации).

Тогда

193