Пример 26
Определение размеров и эффективности очистки пластинчатого отстойника для выделения из сточной воды взвешенных веществ с заданной гидравлической крупностью
Первичные отстойники применяют для выделения из сточной воды нерастворимых веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника. Для повышения эффективности отстаивания процесс осаждения рекомендуется проводить в тонком слое жидкости. Для реализации этого принципа на практике используют трубчатые или пластинчатые отстойники. В них за счёт малой глубины отстаивания процесс протекает за короткое время (4 – 10 мин), что позволяет уменьшить размеры отстойника.
Пакет трубчатого или пластинчатого отстойника устанавливают с наклоном к горизонту 45 - 60°. Вода проходит снизу вверх, а осадок непрерывно сползает по трубке или нижней пластинке щелевого канала в шламовое пространство. Такого типа отстойники наиболее эффективно использовать для осветления высококонцентрированных сточных вод. Принципиальная схема первичного отстойника с пластинчатым пакетом представлена на рисунке ( 26.1)
При
расчёте тонкослойного отстойника с
пластинчатым блоком необходимо знать
количество сточных вод
,
м3/сут
по максимальному притоку, фракционный
состав взвешенных веществ в сточной
воде в
182
зависимости от гидравлической крупности , мм/с, требуемую степень очистки или минимальную величину
гидравлической
крупности улавливаемых взвешенных
частиц. Кроме этого, необходимо знать
начальную концентрацию взвесей
и
её допустимую величину
,
мг/л.
Расчёт
тонкослойного отстойника, улавливающего
взвесь с заданной минимальной
гидравлической крупностью частиц
,
мм/с, проводится в следующем порядке.
Угол
наклона пластин отстойника к горизонту
принимаем
=
60° (по рекомендациям
=
45 - 60°). Расстояние между пластинами в
блоке отстойника
рекомендуется принимать от 15 до 100 мм.
Принимается согласно задания.
Ширину пластин блока отстойника можно принять равной 1 м.
Удельный
расход загрязнённой воды через блок
отстойника
рекомендуется принимать в зависимости
от концентрации взвешенных частиц или
мутности воды.
для мутной воды = 4,6 5,5 м3/ч·м2
среднемутной воды = 3,6 4,6 м3/ч·м2
маломутной воды = 3,0 3,6 м3/ч·м2
Принимается согласно, задания.
183
Среднечасовой расход очищаемой воды определяется по формуле:
,
м3/ч
(26 .1)
где (м3/сут) – объём очищаемых сточных вод в течение суток;
(час)
– время работы очистного устройства в
течение суток.
Живое сечение для прохода воды в щелевом отстойнике определяется по формуле:
,
м2
(26 .2)
Для принятой ширины отстойника = 1 м высота по живому сечению для прохода воды определяется:
,
м (26 .3)
С учётом принятого расстояния между пластинами отстойника (м) определяется общее количество пластин:
184
(26 .4)
Полученное
значение округляется до целых величин.
При этом принимается реальное значение
высоты
,
живого сечения для прохода воды в
отстойнике
и скорости движения воды по щелевому
каналу:
,
м/с (26 .5)
Так
как движение воды в отстойнике должно
осуществляться в ламинарном режиме,
ограничивающемся критерием Рейнольдса
500,
то необходимо оценить режим движения.
Для этого определяется эквивалентный
диаметр щелевого канала отстойника:
,
м (26 .6)
где
(м2)
– живое сечение щелевого канала в
отстойнике;
(м)
– периметр живого сечения щелевого
канала.
185
Критерий Рейнольдса:
,
(26 .7)
где (кг/м3) – плотность воды;
(Па · с) – динамическая вязкость воды для принятой температуры.
Для температуры 20°С = 0,00155 Па · с.
Если условия ламинарного режима выполняются, то расчёт продолжается дальше. В противном случае необходимо скорректировать скорость движения воды в сторону уменьшения, а, следовательно, изменить размеры живого сечения для прохода воды в пластинчатом отстойнике.
Далее
определяется длина пластин по ходу
движения воды по условиям выпадения
взвесей с заданной минимальной крупностью
,
мм/с.
,
м ( 26.8)
где
- первый комплексный коэффициент.
186
(26 .9)
- коэффициент гидравлического стеснения
потока воды при входе в щелевой канал
(принимается в пределах 0,7
0,8).
- коэффициент гидравлического совершенства
конструкции отстойника (принимается в
пределах 0,6
0,75)
- конструктивный коэффициент блочного
отстойника (принимается в пределах
0,75
0,9).
Приняв значения , и , определяется
величина .
- комплексный коэффициент, учитывающий
агломерацию взвеси в воде (рекомендуется
принимать в пределах 1,15
1,3).
- второй комплексный коэффициент.
,
(26 .10)
187
- коэффициент формы частиц взвеси (можно
принять равным 1).
- коэффициент, зависящий от конструктивных размеров пакета отстойника.
|
1 2,5 |
2,5 5 |
|
1,25 |
1,15 |
С учётом принятого угла наклона блока отстойника к горизонту определяем .
Определив все входящие в формулу (26.8) величины, находим длину пластины отстойника .
Время прохождения воды вдоль щелевого канала определяется:
,
с (26 .11)
Расчётное время выпадения частиц взвеси с заданной гидравлической крупностью определяется:
,
с ( 26.12)
Коэффициент использования объёма отстойника:
(26 .13)
188
В
соответствии с рекомендациями величина
этого коэффициента должна находиться
в пределах
=
0,5
0,7.
Если это условие выполняется, то расчёт по выбору конструктивных размеров пакета отстойника считается законченным. В противном случае необходимо изменить длину пластины .
В соответствии с фракционным составом взвешенных частиц, частицы взвеси с принятой по заданию минимальной гидравлической крупностью , мм/с составляют определённый процент (общий процент частиц взвеси с гидравлической крупностью более или равной ).
Следовательно, спроектированный щелевой отстойник обеспечивает эффективность улавливания взвесей в процентном отношении не менее доли фракций взвеси с гидравлической крупностью более или равной .
Определив
эффективность очистки воды в отстойнике
,
можно найти концентрацию взвешенных
частиц в очищенной воде:
(26 .14)
189
Количество взвесей, выпавших в отстойнике за сутки, определяется:
,
мг/сут (26 .15)
Согласно,
нормативных требований, концентрация
взвешенных частиц в очищенной воде не
должна превышать допустимой величины
40
мг/л. Если в результате очистки воды в
отстойнике конечная концентрация
взвесей
превышает допустимую величину, то
необходимо предусмотреть вторую ступень
очистки.
190
Рисунок 26.1
Схема отстойника с пластинчатым блоком
1 – отстойник
2 – подвод воды
3 – камера для подвода воды
4 – перегородка
5 – пластинчатый блок отстойника
6 – отвод воды
7 – шлам
191
Варианты условий для решения задачи
№ |
Расход воды Qст м3/сут |
Начальная конц-ция взвеси Свзв, мг/л |
Расст-ние между пластинами h0 .мм |
Уд. нагрузка на блок отстойника qуд м3/чм2 |
Минимальная гидравлическая крупность U0мм/с взвеси и ее процент |
|
U0 |
% |
|||||
1 |
10 |
1400 |
60 |
4,6 |
0,33 |
30 |
2 |
12 |
1400 |
60 |
4,6 |
0,33 |
29 |
3 |
14 |
1400 |
60 |
4,6 |
0,33 |
28 |
4 |
16 |
1300 |
55 |
4,7 |
0,33 |
27 |
5 |
18 |
1300 |
55 |
4,7 |
0,33 |
26 |
6 |
20 |
1300 |
55 |
4,7 |
0,33 |
25 |
7 |
22 |
1200 |
50 |
4,8 |
0,33 |
24 |
8 |
24 |
1200 |
50 |
4,8 |
0,33 |
23 |
9 |
26 |
1200 |
50 |
4,8 |
0,33 |
22 |
10 |
28 |
1100 |
45 |
4,9 |
0,33 |
21 |
11 |
9 |
1100 |
45 |
4,9 |
0,28 |
30 |
12 |
11 |
1100 |
45 |
4,9 |
0,28 |
29 |
13 |
13 |
1000 |
65 |
5,0 |
0,28 |
28 |
14 |
15 |
1000 |
65 |
5,0 |
0,28 |
27 |
15 |
17 |
1000 |
65 |
5,0 |
0,28 |
26 |
16 |
19 |
900 |
70 |
4,7 |
0,28 |
25 |
17 |
21 |
900 |
70 |
5,0 |
0,28 |
24 |
18 |
23 |
900 |
70 |
4,8 |
0,28 |
23 |
19 |
25 |
1500 |
60 |
5,0 |
0,28 |
22 |
20 |
27 |
1500 |
60 |
5,0 |
0,28 |
21 |
192
Варианты условий для решения задачи
№ |
Расход воды Qст м3/сут |
Начальная конц-ция взвеси Свзв, мг/л |
Расст-ние между пластинами h0 .мм |
Уд. нагрузка на блок отстойника qуд м3/чм2 |
Минимальная гидравлическая крупность U0мм/с взвеси и ее процент |
|
U0 |
% |
|||||
21 |
5 |
1500 |
60 |
5,0 |
0,38 |
34 |
22 |
7 |
1300 |
50 |
4,9 |
0,38 |
33 |
23 |
6 |
1300 |
50 |
4,9 |
0,38 |
32 |
24 |
8 |
1300 |
50 |
4,9 |
0,38 |
31 |
25 |
10 |
1200 |
40 |
4,8 |
0,38 |
30 |
26 |
12 |
1200 |
40 |
4,8 |
0,38 |
31 |
27 |
14 |
1200 |
40 |
4,8 |
0,38 |
32 |
28 |
15 |
900 |
70 |
4,6 |
0,38 |
33 |
29 |
17 |
1000 |
70 |
4,6 |
0,38 |
34 |
30 |
20 |
1100 |
70 |
4,7 |
0,38 |
35 |
193
Пример 27
Определение размера и времени работы вертикального напорного фильтра с зернистой загрузкой для очистки сточной воды от взвесей
Для очистки воды от механических примесей используют в качестве фильтрующего материала кварцевый песок, керамическую крошку, сульфоуголь, дроблёный антрацит, а также зернистые искусственные материалы, к примеру, гранулированный полипропилен. Указанные материалы должны быть устойчивыми в обрабатываемой воде и не загрязнять её. При фильтровании суспензий через фильтры различают две основные причины отделения взвесей от воды: механическое задерживание твёрдых частиц на входе в каналы фильтрующего слоя и адгезию этих частиц на поверхности зёрен слоя.
Фильтры с зернистым слоем подразделяются на медленные и скоростные.
Медленные фильтры – это бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен фильтрующий слой. Скорость фильтрования в них составляет 0,1 0,3 м/ч.
Скоростные фильтры обеспечивают скорость фильтрования от 5 до 12 м/ч.
Грязеёмкость
зернистых фильтров, использующих
естественные материалы, составляет
= 1,5
3
кг/м3,
а при использовании полипропиленовых
зёрен
= 30
35
кг/м3.
194
Эффективность очистки воды от взвесей в скоростных фильтрах при максимально допустимой скорости фильтрации составляет 50 60%, а от нефтепродуктов ≈30%.
Наиболее распространённые в отечественной практике фильтры для очистки сточной воды с использованием естественных фильтрующих материалов – это фильтры ФОВ с диаметрами цилиндрической части 2000, 2600, 3000 и 3400 мм. Высота слоя загрузки фильтрующего материала принимается в пределах 1 м.
Фильтры с использованием полипропиленовой крошки имеют стандартные диаметры 500, 700 и 1000 мм. Высоту слоя засыпки зёрен полипропилена рекомендуется принимать от 1,5 до 2 метров.
Последовательность решения задачи.
По заданной величине объёма очищаемой сточной воды , м3/ч и принятой скорости фильтрации = 5 10 м/ч определяется требуемая площадь фильтрации:
,
м2
(27 .1)
По полученной требуемой площади фильтрации подбирается стандартный фильтр, площадь которого по своей величине близка к требуемой. В случае необходимости можно устанавливать два или более фильтров параллельно.
195
По реальной площади фильтрации определяется реальная скорость фильтрации воды в фильтрах:
,
м/с (27 .2)
С учётом рекомендаций высота слоя засыпки при использовании естественных материалов принимается в пределах 1 м, а для искусственной засыпки 1,5 2 м.
Принимается высота слоя засыпки , м.
Реальная грязеёмкость фильтра (или нескольких, установленных параллельно) составляет:
,
кг (27 .3)
Далее определяется время работы фильтра до его регенерации (промывки):
,
ч (27 .4)
Для промывки фильтра промывочную воду направляют через фильтр по схеме снизу вверх.
Расход воды на промывку фильтра определяется по формуле:
,
м3
(27 .5)
196
где
- интенсивность промывки фильтра,
принимаемая, согласно СНиП «Канализация»,
равной
=12л/см2;
-
время промывки фильтра, согласно СНиП
принимается 4 мин.
Промывочную воду направляют в первую ступень очистки, если фильтр с зернистой засыпкой используется в качестве второй ступени очистки. Если фильтр по схеме очистки является первой ступенью, то промывочную воду необходимо направлять в отстойники-осветлители.
Концентрация взвешенных частиц на выходе воды из фильтра составляет:
,
мг/л, г/м3
( 27.6)
По величине конечной концентрации взвесей можно определить необходимость последующей очистки воды. Для этого её необходимо сравнить с предельно допустимой концентрацией взвесей согласно требований норм.
197
Варианты условий для решения задачи
№ |
Часовой расход сточной воды Qcn м3/ч |
Начальная концентрация взвеси в воде Свзв г/м3 |
Тип используемой засыпки |
1 |
1,0 |
400 |
полипропилен |
2 |
1,2 |
390 |
|
3 |
1,4 |
380 |
|
4 |
1,6 |
370 |
|
5 |
1,8 |
360 |
|
6 |
2,0 |
350 |
|
7 |
2,2 |
340 |
|
8 |
2,4 |
330 |
|
9 |
2,6 |
320 |
|
10 |
2,8 |
310 |
|
11 |
3,0 |
300 |
|
12 |
3,2 |
290 |
|
13 |
3,4 |
280 |
|
14 |
3,6 |
270 |
|
15 |
3,8 |
260 |
кварцевый песок |
16 |
1,0 |
260 |
|
17 |
1,2 |
270 |
|
18 |
1,4 |
280 |
|
19 |
1,6 |
290 |
|
20 |
1,8 |
300 |
|
21 |
2,0 |
400 |
|
22 |
2,2 |
390 |
|
23 |
2,4 |
380 |
198
Варианты условий для решения задачи
№ |
Часовой расход сточной воды Qcn м3/ч |
Начальная концентрация взвеси в воде Свзв г/м3 |
Тип используемой засыпки |
24 |
2,6 |
370 |
кварцевый песок |
25 |
2,8 |
360 |
|
26 |
3,0 |
350 |
|
27 |
3,2 |
340 |
|
28 |
3,4 |
330 |
|
29 |
3,6 |
320 |
|
30 |
3,8 |
310 |
199
Пример 28
Определение размера и времени работы кассетного фильтра для очистки сточной воды от взвесей
Кассетные фильтры применяются, как правило, на второй или третьей ступени очистки сточной воды. Они используются для очистки воды от мелкодисперсной взвеси, так как по своей стоимости они дороже зернистых фильтров и в процессе регенерации их необходимо или промывать, или же замещать на новые. Поэтому, для увеличения срока работы фильтра начальная концентрация взвеси в воде не должна превышать 150 200 мг/л.
Фильтр
представляет собой кассету с размером
0,5
0,5
м по площади и 0,2 м в глубину. В качестве
фильтрующего материала используется
сипрон. Скорость фильтрации воды в
сипроне рекомендуется принимать не
более 10 м/ч. Чем больше скорость фильтрации,
тем меньше эффективность очистки воды.
Так, например, при скорости фильтрации
5 м/ч эффективность улавливания частиц
составляет 87%, а при скорости фильтрации
10 м/ч она снижается до 78 – 80%.
Грязеёмкость
сипроновых фильтров составляет
- 170
190
кг/м3.
Решение задачи проводится в следующей последовательности.
Зная часовой расход сточной воды , м3/ч и приняв величину скорости фильтрации , м/ч, можно
определить
требуемую поверхность фильтрации
,
м2:
200
, м2 (28 .1)
Учитывая размеры площади фильтра, определяем их необходимое количество в ряду для параллельной установки по ходу воды:
(28 .2)
К установке принимаем ближайшую бóльшую величину, кратную единице.
Грязеёмкость установленных в одном ряду кассетных фильтров определяется:
,
кг (28 .3)
Для увеличения общей грязеёмкости кассетного ступенчатого фильтра и соответственно для увеличения его времени работы до регенерации желательно устанавливать несколько рядов фильтров последовательно.
На практике используется двух или трёхрядное расположение кассет. В этом случае общая грязеёмкость
201
фильтрующей
установки увеличивается пропорционально
количеству рядов (
):
,
кг (28 .4)
Продолжительность работы фильтрующей установки до смены или промывки фильтров определяется:
,
ч (28 .5)
где
- начальная концентрация взвесей в
сточной воде, г/м3;
-
эффективность улавливания взвеси в
процессе очистки, в долях. (Принимается
в зависимости от принятой скорости
фильтрации воды).
Конечная концентрация взвесей в воде на выходе из фильтра:
,
г/м3
(мг/л) (28 .6)
202
Варианты условий для решения задачи
№ |
Расход воды м3/ч |
Скорость фильтрации Wф м/ч |
Эффект-сть очистки , % |
Количество рядов кассетных фильтров |
1 |
3 |
5 |
87 |
2 |
2 |
4 |
5,5 |
87 |
2 |
3 |
5 |
6,0 |
86 |
2 |
4 |
6 |
6,5 |
86 |
2 |
5 |
7 |
7,0 |
85 |
2 |
6 |
3 |
6,0 |
86 |
3 |
7 |
4 |
6,5 |
86 |
3 |
8 |
5 |
7,0 |
85 |
3 |
9 |
6 |
7,5 |
84 |
3 |
10 |
7 |
8,0 |
83 |
3 |
11 |
5 |
6,0 |
86 |
3 |
12 |
6 |
6,0 |
86 |
3 |
13 |
7 |
6,0 |
86 |
3 |
14 |
8 |
6,0 |
86 |
3 |
15 |
9 |
6,0 |
86 |
3 |
16 |
5 |
7,0 |
85 |
2 |
17 |
6 |
7,0 |
85 |
2 |
18 |
7 |
7,0 |
85 |
2 |
19 |
8 |
7,0 |
85 |
2 |
20 |
9 |
7,0 |
85 |
2 |
201
Варианты условий для решения задачи
№ |
Расход воды м3/ч |
Скорость фильтрации Wф м/ч |
Эффект-сть очистки , % |
Количество рядов кассетных фильтров |
21 |
4 |
5,0 |
87 |
3 |
22 |
6 |
5,0 |
87 |
3 |
23 |
8 |
5,0 |
87 |
3 |
24 |
10 |
5,0 |
87 |
3 |
25 |
12 |
5,0 |
87 |
3 |
26 |
5 |
7,0 |
85 |
3 |
27 |
7 |
7,0 |
85 |
3 |
28 |
9 |
7,0 |
85 |
3 |
29 |
11 |
7,0 |
85 |
3 |
30 |
13 |
7,0 |
85 |
3 |
202