Пример 29

Определение основных размеров отстойника для осветления сточной воды с заданной эффективностью

Отстойники применяют для выделения из сточных вод нерастворимых примесей, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника. Число отстойников следует принимать не менее двух.

При расчёте отстойника для обеспечения требуемой эффективности очистки необходимо знать гидравлическую крупность частиц, которые необходимо выделить из сточной воды.

Как правило, гидравлическая крупность определяется по кривым кинетики отстаивания , полученным в лабораторных условиях при высоте слоя отстаивания 200 мм или ( 200 мм).

По направлению движения очищаемой воды в отстойниках последние делят на вертикальные и горизонтальные (разновидностью последних являются радиальные).

Основная масса взвешенных веществ от 40 до 60% в отстойниках выпадает в осадок в течение 1,5 2 часов. Поэтому для аналогичной эффективности очистки на это время и рассчитывают ёмкость отстойника.

Вертикальные отстойники предназначены для осветления сточных вод, содержащих грубодисперсные примеси. Они используются при расходах воды до 10000

203

м³/сут. Они имеют диаметр от 4 до 9 м и представляют собой цилиндрический резервуар с коническим дном.

Высоту зоны осаждения следует принимать от 4 до 5 метров.

Горизонтальные отстойники применяют для выделения взвешенных веществ из сточных вод, прошедших решётки и песколовки.

Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходе воды более 10000 м³/сут. Глубина отстойника принимается от 1,5 до 4 м, а ширина в пределах 3 6 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Эффективность отстаивания достигает 60%, что на 10 – 20% превышает эффективность вертикальных отстойников.

Решение задачи по определению основных размеров отстойника проводится в следующей последовательности.

Эффективность осветления сточной воды определяется по формуле:

, (29 .1)

где - начальная и конечная концентрации взвешенных частиц в сточной воде, г/м³.

По величине эффективности осветления определяется продолжительность отстаивания

мелкодисперсных примесей в эталонном цилиндре высотой 0,5 м при заданной начальной концентрации , г/м³. Время

204

отстаивания в эталонном цилиндре определяется по данным таблицы 29.1.

Таблица 29.1

Время отстаивания в эталонном цилиндре высотой h= 0,5 м в секундах

Эффективность осветления,%	20	30	40	50	60	70	80	90
Время 200 осветления 500 при начальной 1000 концентрации 2000 Сн г/м3	180	205	225	280	320	430	4500	-
	150	180	200	240	280	360	1920	8000
	140	150	180	200	240	280	690	2230
	140	150	150	180	200	230	570	1470

Для расчёта отстойника необходимо определить величину гидравлической крупности частиц , которые необходимо выделить из сточной воды для обеспечения требуемой эффективности очистки .

Гидравлическая крупность определяется по формуле:

, мм/с (29 .2)

где - глубина отстойной зоны, м;

205

- коэффициент использования объёма в отстойнике, зависящий от его типа, для горизонтального отстойника = 0,5, для вертикального = 0,35.

- коэффициент, учитывающий влияние температуры сточной воды на её вязкость;

Таблица 29.2

t0C	10	15	20	25	30
	1.3	1.14	1.0	0.9	0.8

- продолжительность отстаивания взвеси в эталонном цилиндре высотой = 0,5 м в зависимости от начальной концентрации загрязнений и эффективности осветления. Для загрязнений минеральными мелкодисперсными примесями используются данные таблицы 29 .1.

- коэффициент пропорциональности, зависящий от

агломерируемости взвешенных частиц в процессе

отстаивания.

Для мелкодисперсных минеральных примесей = 0,4.

Ширина горизонтального отстойника определяется по формуле:

, м ( 29.3)

где

- расход сточной воды, м³/с;

206

- скорость воды в отстойнике, м/с;

- глубина отстойной зоны, м.

Длина горизонтального отстойника определяется:

, м (29 .4)

Высота вертикального отстойника принимается согласно рекомендаций, приведённых выше.

Радиус вертикального отстойника определяется по формуле:

( 29.5)

Гидравлическая крупность в формулах (29 .4 ) и

(29 .5) подставляется с размерностью мм/с.

207

Варианты условий для решения задачи

№	Объем сточной воды Q м3/сут	Конц-ция взвеси		Скорость воды в отстойнике Wв м/с	Глубина отстойника H м	Тип отстой ника	Темп-ра воды t0С
		нач Сн, г/м3	конеч Ск, г/м3
1	1000	300	100	0,006	1,5	гори- зон- таль- ный	10
2	1500	300	110	0,006	1,5		15
3	2000	300	120	0,006	1,5		20
4	2500	300	130	0,007	2,0		25
5	3000	300	140	0,007	2,0		30
6	3500	250	90	0,007	2,0		10
7	4000	250	100	0,008	2,5		15
8	4500	250	110	0,008	2,5		20
9	5000	250	110	0,008	2,5		25
10	5500	250	100	0,009	3,0		30
11	6000	200	80	0,009	3,0		10
12	6500	200	90	0,009	3,0		15
13	7000	200	85	0,005	3,5		20
14	7500	200	95	0,005	3,5		25
15	8000	200	75	0,005	3,5		30
16	10000	300	150	0,005	3,0	вер- ти- каль- ный	10
17	11000	300	155	0,005	3,0		15
18	12000	300	160	0,005	3,5		20
19	13000	300	145	0,006	3,5		25
20	14000	300	140	0,006	3,8		30

208

Варианты условий для решения задачи

№	Объем сточной воды Q м3/сут	Конц-ция взвеси	Скорость воды в отстойнике Wв м/с	Глубина отстойника H м	Тип отстой ника	Темп-ра воды t0С
21	15000	350	160	0,006	вер- ти- каль- ный	10
22	16000	350	165	0,006		15
23	17000	350	170	0,007		20
24	18000	350	175	0,007		25
25	19000	350	180	0,007		30
26	20000	400	200	0,007		10
27	21000	400	210	0,008		15
28	22000	400	220	0,008		20
29	23000	400	190	0,008		25
30	24000	400	180	0,008		30

209

Пример 30

Определение эффективности очистки производственных сточных вод от растворимых примесей в сорбционной установке

Сорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твёрдым телом или жидкостью, называемым сорбентами. Поглощённое вещество называется сорбатом. При абсорбции вещества процесс поглощения абсорбата происходит во всём объёме жидкости.

Сорбционная очистка используется для сточных вод, загрязнённых ароматическими соединениями, слабыми электролитами, красителями, непредельными соединениями, гидрофобными алифатическими соединениями. Данный метод позволяет извлекать из сточных вод ценные компоненты с их дальнейшей утилизацией, а очищенную воду использовать в системе оборотного водоснабжения.

Сорбционная очистка используется для обработки сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической и других отраслей.

В качестве сорбентов используются: активированный уголь, силикагель, алюмогель, зола, коксовая мелочь, торф, шлаки, активные глины. Эти вещества обладают очень высокой пористостью.

Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объёма или массы

(кг/м³ или кг/кг).

Процесс сорбции может осуществляться как в статическом, так и в динамическом режимах.

210

В статическом режиме частицы жидкости и сорбента движутся совместно в потоке (например, в аппаратах с перемешиванием жидкости), а в динамическом режиме жидкость перемещается относительно неподвижного сорбента (фильтры).

Поэтому различают две ёмкости сорбента: статическую и динамическую. Статическая ёмкость или активность сорбента – это максимальное количество вещества, поглощённого единицей объёма или массы сорбента к моменту достижения равновесия при постоянной температуре жидкости и начальной концентрации вещества. Динамическая активность сорбента характеризуется максимальным количеством вещества, поглощённого единицей объёма или массы сорбента до момента появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропуске сточной воды через слой сорбента (фильтра).

Динамическая активность в промышленных адсорберах обычно составляет 45 90% от равновесного значения.

Для определения количества поглощённого при очистке воды загрязняющего вещества, характеризующего адсорбционные свойства сорбента, используются изотермы сорбции, описываемые уравнениями Ленгмюра или Фрейндлиха.

211

Так, для случая сорбции из слабоконцентрированного раствора сточных вод уравнение Ленгмюра имеет вид:

(30 .1)

где - удельная адсорбция, кг/кг;

- адсорбционная константа распределения сорбата между сорбентом и раствором;

- равновесная концентрация адсорбируемого вещества на сорбенте, кг/кг.

Величина принимается:

• для активарованного угля – 8000

• для силикагеля – 7000

• для алюмогеля – 6500

При определении эффективности очистки производственных сточных вод от растворимых примесей в сорбционной установке в условиях статического режима при перемешивании сорбента с водой расчёт производится следующим образом.

Расход сорбента при очистке сточной воды в одноступенчатой установке определяется:

, кг/ч, (30 .2)

где , м³/ч – расход сточной воды через сорбционную установку;

, кг/м³ – доза сорбента, добавляемого в очищаемую воду.

212

При многоступенчатой очистке сточной воды расход сорбента на каждую ступень:

, кг/ч ( 30.3)

где - число ступеней очистки в сорбционной установке.

Концентрация растворимых примесей (сорбата) в сточной воде после её очистки в одно- или многоступенчатой сорбционной установке определяется по

формулам:

, кг/м³ (30 .4)

, кг/м³ (30 .5)

где , кг/м³ – начальная концентрация растворимых примесей в сточной воде.

213

Эффективность очистки сточной воды на одноступенчатой или многоступенчатой сорбционной установке определяется:

(30.6)

Предварительно расчёт проводится для одноступенчатой сорбционной установки.

Полученное значение эффективности очистки при одноступенчатой сорбционной установке сравнивается с заданной по условиям задачи величиной и в последующем расчётом подбирается число ступеней очистки для достижения требуемой эффективности очистки.

Варианты условий для решения задачи

№	Расход воды Q м3/ч	Доза сорбента С0 кг/м3	Тип сорбента	Начальная конц-ция Сн кг/м3	Требуемая эффективность очистки %
1	10	1,3	активиров. уголь	0,15	95
2	11	1,35		0,16	96
3	12	1,4		0,17	97
4	13	1,45		0,18	95
5	14	1,5		0,19	94
6	15	1,3		0,20	93
7	16	1,35		0,21	93
8	17	1,4		0,22	94
9	18	1,45		0,23	95

214

Варианты условий для решения задачи

№	Расход воды Q м3/ч	Доза сорбента С0 кг/м3	Тип сорбента	Начальная конц-ция Сн кг/м3	Требуемая эффективность очистки %
10	19	1,5	активиров. уголь	0,24	96
11	20	1,2		0,25	97
12	10	1,25	силикагель	0,15	92
13	11	1,3		0,16	93
14	12	1,35		0,17	94
15	13	1,4		0,18	95
16	14	1,45		0,19	96
17	15	1,5		0,20	97
18	16	1,2		0,21	97
19	17	1,25		0,22	96
20	18	1,3		0,23	95
21	19	1,35	силикагель	0,24	94
22	20	1,4		0,25	93
23	11	1,45	алюмогель	0,15	93
24	12	1,5		0,16	94
25	13	1,3		0,17	95
26	14	1,35		0,18	96
27	15	1,4		0,19	97
28	16	1,45		0,20	96
29	17	1,5		0,21	95
30	18	1,25		0,22	94

215

Пример 31

Определение основных параметров импеллерной флотационной установки для очистки воды от нефтепродуктов

Флотация используется для очистки производственных сточных вод от нефти и нефтепродуктов, масел и различных волокнистых материалов.

Процесс очистки состоит в образовании комплексов «частицы – пузырьки воздуха», всплывании этих комплексов на поверхность жидкости с образованием пенного слоя и последующим удалением этого слоя с поверхности. Эффект прилипания пузырька воздуха к поверхности частицы достигается только в том случае, если жидкость плохо её смачивает. Размеры пузырьков воздуха для повышения эффективности процесса должны быть в пределах 15 – 30 мкм. В отдельных случаях диаметры пузырьков допускаются до 200 мкм.

К одному из способов флотации относится флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки).

Различают однокамерные и двухкамерные флотационные установки. В первом случае в камере происходит насыщение жидкости воздухом и всплытие загрязнений на поверхность. В двухкамерных установках в первом отделении образуются пузырьки воздуха и агрегаты «частица – пузырёк воздуха», а во втором – всплытие загрязнений на поверхность и осветление воды.

В установках с импеллерной флотацией интенсивное перемешивание сточной воды производится импеллером, расположенным на дне камеры, который диспергирует заса

216

сываемую струю воздуха на отдельные пузырьки малого размера. Перемешанные в импеллере воздух и вода выбрасываются через статор, проходя через решётки, расположенные вокруг него. Это позволяет уменьшить размеры воздушных пузырьков, которые в контакте с загрязняющими частицами всплывает на поверхность, образуя пену. Пена снимается лопастным пеноснимателем.

Основные технологические характеристики процесса флотации следующие: окружная скорость вращения импеллера - 12 15 м/с; его диаметр не превышает 750 мм. Высота флотационной камеры составляет 1,5 3,0 м, а продолжительность флотации = 20 30 мин. Импеллерные установки рекомендуется применять при очистке сточной воды с концентрацией загрязняющих частиц более 2 3 г/л, особенно содержащих нефтепродукты и жиры.

Расчёт основных параметром импеллерной установки заключается в следующем.

Объём флотационной камеры , м³:

, (31 .1)

где - расход сточных вод, м³/ч;

- продолжительность флотации, ч.

217

Пропускная способность флотатора , м³/ч:

, (31 .2)

где - диаметр импеллера, м;

- высота флотационной камеры, м;

- средняя продолжительность флотации, ч.

Количество подаваемого импеллером воздуха , м³/с:

, (31 .3)

где - удельный расход воздуха, м³/м²·ч

(обычно = 40 50 м³/м²·ч);

- площадь зеркала флотационной камеры, м²

, м² (31 .4)

Требуемое для проведения процесса число флотационных камер определяется:

, шт (31 .5)

218

Варианты условий для решения задачи

№	Объем очищаемых сточных вод , м3/г	Высота флотационной камеры , м	Диаметр импеллера , мм	Время флотации ,ч
1	10	1,5	0,5	0,3
2	15	2,0	0,5	0,3
3	20	2,5	0,75	0,35
4	25	3,0	0,75	0,35
5	30	3,0	0,75	0,4
6	5	1,5	0,5	0,3
7	7	1,5	0,5	0,3
8	9	1,5	0,5	0,4
9	11	2,0	0,5	0,4
10	13	2,0	0,5	0,4
11	17	2,5	0,75	0,45
12	19	2,5	0,75	0,45
13	6	1,5	0,75	0,3
14	8	1,5	0,5	0,3
15	12	1,5	0,5	0,4
16	14	2,0	0,5	0,4
17	16	2,0	0,5	0,5
18	18	2,0	0,75	0,5
19	22	2,5	0,75	0,5
20	24	2,5	0,75	0,5

219

Варианты условий для решения задачи

№	Объем очищаемых сточных вод , м3/г	Высота флотационной камеры , м	Диаметр импеллера , мм	Время флотации ,ч
21	26	3,0	0,75	0,5
22	28	3,0	0,75	0,5
23	10	1,5	0,5	0,3
24	12	2,0	0,5	0,3
25	14	2,0	0,75	0,4
26	16	2,0	0,75	0,4
27	18	2,5	0,75	0,4
28	20	2,5	0,75	0,5
29	22	3,0	0,75	0,5
30	24	3,0	0,75	0,5

220