Расчет I ступени очистки

Необходимо спроектировать отстойник улавливающий взвесь с гидравлической крупностью частиц U0 >= 0,33 мм/с. Эффективность очистки 70%.

Для этого используем отстойник с блоком тонкослоевого отстаивания.

Отстойник выполнен в виде пластин по щелевым каналам, которых проходит вода.

1 - приемная воронка; 2 - решетка приемной воронки;  3 - камера осветления; 4 -патрубок для слива осветленной воды;  5 - пластины;  6 - бункер для сгущенного остатка;  7 - система автоматического контроля за уровнем осадка включением и выключением насоса;  8 - насос;  9 - рама;  10 - вибратор накладной;  11 - решетка бункера

Рекомендуется угол между пластиной и горизонтом выдерживать 50-60°.

Принимаем α = 60°

Расстояние между пластинами h рекомендуется принимать от 15 до 100 мм.

Принимаем h = 60 мм = 0,06 м

Ширину пластин блока отстойника В = 1м

Для расчета живого сечения для прохода воды в отстойнике необходимо предварительно задаться величиной удельного расхода загрязнения воды в отстойнике.

В соответствии с рекомендациями:

• для мутных вод qуд = 4,6-5,5 м³ / час*м² ж.сеч

• для среднемутных вод qуд = 3,6-4,6 м³ / час*м² ж.сеч

• для маломутных вод qуд = 3-3,6 м³ / час*м² ж.сеч

Учитывая, что вода мутная принимаем qуд = 5 м³ / час*м² ж.сеч

Тогда живое сечение для прохода воды в щелевом отстойнике должно составить:

ωотст = q ст / qуд = 3,43/ 5 = 0,69 м²

Высота отстойника по живому сечению для прохода воды:

H = ωотст / В = 0,69 / 1 = 0,69 м

Учитывая, что расстояние между пластинами h = 60 мм = 0,06 м , то определим количество щелевых каналов:

Nщелей = H / h = 0,69 / 0,06 = 12

При этом живое сечение отстойника составит 0,06 * 12 = 0,72.

Скорость движения воды по щелевому каналу определяется:

W = qстока / 3,6* ωотст = 3,43 / 3,6*0,72 = 1,32 мм/с

Для того, чтобы оседавшие на нижние пластины взвесь могла перемещаться по пластине вниз режим движения воды в щелевом канале должен проходить при ламинарном режиме движения.

Для щелевых каналов переход ламинарного режима в турбулентный происходит при числе Re = 500.

Проверим, обеспечивается ли при найденной скорости движения ламинарный режим.

Определим эквивалентный диаметр щелевого канала:

dэкв = 4 * F / П = 4*1*0,06 / 2*(1+0,06) = 0,113 м

Определим критерий Re:

Re = W*dэкв * ρ / μ = 1,32*10ˉ³ * 0,113*1000 / 0,00155 = 96,2

Условия ламинарного режима выполняются, т.к Re = 96,2, а это меньше 500.

Определим длину пластины по ходу движения воды при условии выпадения взвеси с гидравлической крупностью U0 = 0,33 мм/с

l0 = k2*h0*((qуд * k1 / U0*β * kаг * 3,6) – 1) ,где

• k1 – первый комплексный коэффициент

k1 = 1/ кст*кгс*кконст , где

кст – коэффициент гидравлического стеснения потока. Принимается 0,7- 0,8

Для расчета кст =0,8

кгс –коэффициент гидравлического совершенства конструкции.

Принимается 0,6-0,75. Для расчета кгс=0,7

кконст - конструкционный коэффициент. Принимается 0,75-0,9.

Для расчета кконст =0,85

Тогда к1= 1/0,8*0,7*0,85 = 2,1

• каг – коэффициент агломерации (укрупнения) взвеси при перемещении в воде

По справочнику: β * каг =1,15-1,3. Для расчета принимаем каг =1,2

• к2 – второй комплексный коэффициент

к2 = φ*кф*кст / sinα*cosα

, где

кф – коэффициент формы. Принимается кф = 1

φ - коэффициент зависящий от размеров пакета отстойника.

Если отношение В/H находится в пределах 1-2,5. то φ = 1,25

Если В/H находится в пределах 2,5-5, то φ = 1,15

В нашем случае принимаем φ = 1,25

Тогда к2 = 1,25*1*0,8 / sin60*cos60 = 2,31

Таким образом длина пластины:

l0 = 2,31*0,06*((5*2,1 / 0,33*1,2*3,6) -1) = 0,88 м

Принимаем длину пластины l0 =900мм

Время прохождения воды вдоль щелевого канала:

τ*= lпласт/Wдвиж воды = 900/1,32 = 682 с

Расчетное время выпадения частиц взвеси с гидравлической крупностью:

τ расч = h0 / cosα * U0 = 0,06/cos60*0.33 = 364 c

Определим коэффициент использования объема отстойника:

Кисп = τ расч / τ* = 364/682 = 0,53

Рекомендуется принимать Кисп =0,5-0,7. Таким образом полученный результат удовлетворяет требуемым рекомендациям.

Определим концентрацию взвесей на выходе воды из отстойника. В соответствии с фракционным составом взвешенных частиц. Частицы взвеси с гидравлической крупностью = 0,33мм/с и более составляют 70%, следовательно, спроектированный щелевой отстойник обеспечит эффективность улавливания взвесей не менее 70%.

Концентрация взвешенных частиц после отстойника составит:

Свзв′′ = Свзв′ * (1-η′) , где

Свзв′ - начальная концентрация взвеси

Тогда Свзв′′ =1250*(1-0,7) = 375 мг/л

Количество взвесей выпавших за сутки в отстойник:

Мвзв′ = Qсут стока* Свзв′ * η′ =30000*1250*0,7 = 26,25кг

Определим размеры капель нефтепродуктов которые успеют выделится из воды в отстойнике за время τ расч .

Примем, что скорость всплытия частицы нефти равна гидравлической крупности взвешенной частицы. Т.е Wвспл.нп = U0 = 0,33 м/с

На основании равенства Архимедовой силы и силы сопротивления воды при всплытии частицы нефти:

П*d³ч.нп/6 * (ρж – ρн.п) * g = 3*П*μж*dч*Wвспл

Получим dч =√18* μж *U0 /g*((ρж – ρн.п) = √18*15,5*10ˉ*0,33*10ˉ³ / 9,81*(1000-950) = 1,37*10ˉ⁴ м.

С учетом фракционного состава нефтепродуктов, представленных в таблице 2, частицы нефти с диаметром 137 и более микрон составляют 86%.

Концентрация нефтепродуктов в воде после 1 ступени очитки:

Сн.п′′ = Сн.п′ *(1-η′н.п) = 50*(1-0,86) = 7 мг/л

Количество нефтепродуктов задержанных в отстойнике за сутки:

М′н.п = Сн.п′ *Qсут* ηн.п′ = 50*30000*0,86 = 1,29 кг

Таким образом после первой ступени очистки вода по концентрации нефтепродуктов удовлетворяет нормам <15 мг/л

По взвешенным веществам Свзв′′ =375 мг/л не удовлетворяет требованиям

Свзв норм = 40мг/л , следовательно требуется дальнейшая очистка воды от взвесей после отстойника.