Очистка сточных вод

БЖД 11-2

Бидәулетова Мөлдір

Вариант 4

1 РАСЧЕТ СТАНЦИИ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

1.1 Принципиальная  схема станции очистки природных вод

Для очистки природных  вод от взвешенных частиц и цветности  на станции очистки используют следующие аппараты, расположенные последовательно друг за другом:

1. Смеситель дырчатого типа;
2. Камера хлопьеобразования;
3. Радиальный вертикальный отстойник;
4. Медленные фильтры с зернистой загрузкой.

1.2 Расчет смесителя дырчатого типа

Этот тип смесителя  представляет собой прямоугольный  лоток, перегороженный перпендикулярно потоку тремя дырчатыми перегородками .

Для выполнения расчета принимают  скорость движения воды в смесителе  перегородкой равной w=0,6 м/с.

Определяем площадь сечения  смесителя S по формуле

S = Q/w= м²

Глубина потока (то есть глубина  смесителя) должна составлять h=0,5 м. Тогда ширина смесителя равна

b = S/h==0,59 м

Скорость движения воды в  отверстиях перегородок смесителя  составляет w_отв = 1 м/с. Исходя из этого, вычисляют суммарную площадь отверстий S_отв  в каждой перегородке

S_отв = Q/w_отв==0,1736 м²

Диаметр каждого отверстия  в перегородке выбираем равным d = 50 мм. Тогда количество отверстий в каждой перегородке будет равно

n = S_отв/(π∙d²/4)==88

Так как количество отверстий  должно выражаться целым числом, то принимают значение большего целого числа от полученного результата.

Длина дырчатого смесителя  выбирается равной

L = 4b=4*0,59=2,36 м

В начале дырчатого смесителя  в природную воду добавляется раствор коагулянта. Доза коагулянта Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О в расчете на безводное вещество выбирается по таблице 1. Если воды цветные, то доза коагулянта Д_к рассчитывается по формуле

Д_к = 4∙Ц^0,5=4*80^0,5=35,18 , мг/л

где Ц – цветность обрабатываемой воды, град.

 

Таблица 1 – Выбор дозы коагулянта при обработке мутный вод 

Содержание взвешенных частиц в воде, мг/м3	Доза коагулянта, Дк, мг/м3
До 100	30
101…200	37
201…400	50
401…600	58
601…800	67
801…1000	75

 

При одновременном содержании в обрабатываемой воде взвешенных веществ и цветности принимается большая из доз коагулянта, определяемых по формуле (1.6) и таблице 1. Так как расчетное значение дозы коагулянта по формуле 1,6 составляет 35,18 мг/м³, а по таблице 1, согласно исходной концентрации взвешенных частиц 870 мг/м³, доза коагулянта равна 75мг/м³. Таким образом выбираем большую доза коагулянта.

Расход коагулянта определяется по формуле

q_коаг = 0,001∙Д_к∙Q∙М_кр/М_бв=0,001*75*0,1736*666/342=0,02533 г/с

где М_кр – мольная масса кристаллогидрата Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О, г/моль;

М_бв – мольная масса безводного вещества Al₂(SO₄)₃, Q -

Коагулянт применяется в  виде 4%-ного раствора, считая по безводному реагенту. Тогда расход раствора коагулянта будет составлять

q_{коагр-ра} =0,001∙Д_к∙Q∙М_кр∙100%/(М_бв∙4%)=, г/с

На выходе из дырчатого  смесителя или перед отстойниками в воду вводят флокулянт, в качестве которого чаще всего применяют полиакриламид (ПАА). Доза ПАА составляет 1,0 мг/м³ и применяется ПАА в виде 0,5%-ного раствора.

Расход флокулянта q_ПАА определяется по формуле

q_ПАА = 0,001∙Q=0,001*0,1736=0,00017, г/с,

а расход раствора флокулянта q_ПАА,р-р равен

q_ПАА,р-р = 0,001∙Q∙100%/0,5%==0,035, г/с

При реагентной  обработке в воде образуется дополнительное количество взвешенных веществ за счет гидролиза коагулянтов. Концентрация взвешенных веществ С в воде, подвергнутой реагентной обработке, определяется по формуле

С = C₀ + 0,55∙Д_к + 0,25∙Ц=870+0,55*75+0,25*80=931,25 мг/м³

где М – концентрация взвешенных частиц в исходной воде, мг/м³; Ц – цветность исходной воды, град.

 

 

1.3 Расчет вертикального отстойника

Исходные данные для расчета (берутся из данных своего варианта, при необходимости пересчитываются):

- расход очищаемых природных вод, Q, м³/с;

- содержание твердой фазы  в природной воде χ, кг/кг;

- плотность вещества осадка, ρ_Т  = 1600 кг/м³;

- диаметр частиц твердой  фазы, d=80∙10^-6 , м;

- соотношение Т:Ж (твердая фаза:жидкая фаза) в осадке, Т:Ж = 1:50;

- степень очистки, η=0,9;

- плотность жидкой фазы (воды), ρ_ж =  1000 кг/м³;

- динамическая вязкость  воды, μ₀ = 1,002·10^-3 Па∙с (при 20 ⁰С)

1) Определяем плотность  исходной природной воды (природной суспензии) по формуле

с = = кг/м³

где величина χ определяется с учетом выражения (1.11) и равна

χ = С∙10^-6=931,25∙10^-6

2) Определяем объемную  долю твердой фазы в суспензии С₀

==0,00093

3) Определяем вязкость  суспензии  _с

с = ₀∙(1+2,5∙С₀)=1,002∙10^-3(1+2,5∙0,00093)=1,004∙10^-3

4) Проверяем расчетами,  что процесс осаждения протекает  в ламинарном режиме.

Для описания в критериальной форме процесса осаждения шарообразной частицы в неподвижной неограниченной среде могут быть применены критерии подобия: Архимеда Ar, Лященко Ly и Рейнольдса Re.

Наиболее удобной формой критериальной зависимости является зависимость 

Ly = f (Ar)

При так называемом ламинарном режиме осаждения указанные критерии имеют значения Ar < 3,6; Ly < 2·10^-3; Re < 0,2.

Определение скорости осаждения  шарообразной одиночной частицы  в неподвижной неограниченной среде  по обобщенному методу, пригодному при любом режиме осаждения, осуществляют следующим образом.

Вначале определяют критерий  Архимеда по выражению:

Аr = Ga

= ==2,98

где Ga = Re²/Fr – критерий Галилея. 

По найденному значению критерия Ar определяют критерий  Re по формуле

Re = Ar/18=2,98/18=0,166

Критерий Ly определяют по формуле

Ly =

=

Если выполняются условия  Ar < 3,6; Ly < 2·10^-3; Rе < 0,2, то процесс осаждения протекает в ламинарном режиме. В нашем случае Ar=2,98<3,6; Ly=0,0015< 2·10^-3; Re=0,166<0,2, т.е. осаждение протекает в ламинарном режиме.

5) Вычисляем скорость  осаждения:

=

6) Определяем коэффициент  скорости стесненного осаждения  частиц осадка ε. Этот коэффициент показывает взаимное влияние частиц друг на друга в процессе осаждения (седиментации)

= 1 – х_см·( _с / _Т)=1-931,25*10^-6(1000,3/1600)=0,999

а) Если >0,7 скорость стесненного осаждения определяется по формуле

ст = _ос· ²·10^{-1,82(1- )}

б) При  0,7 скорость стесненного осаждения равна

ст = _ос·0,123· ³/(1- )

В нашем случае =0,999>0,7, то скорость стесненного осаждения определятся по формуле

ст = _ос· ²·10^{-1,82(1- )}=0,0021*0,999²*10^{-1,82(1-0,999)}=0,002

7) При заданной  степени очистки отстойника от  взвешенных частиц η находим содержание твердой фазы в очищенных водах  χ_осв. Для этого используем формулу

χ_осв = χ·(1 – η)=931,25∙10^-6(1-0,9)=93,125∙10^-6

8)  Определяем  содержание  твердой фазы в  осадке по формуле

χ_ос = m_ос/m_жид  = Т/Ж=1/50=0,02

9) Находим плотность  осветленной жидкости  _осв

осв = ==1000

10) Определяем  массовый расход начальной (разбавленной) суспензии G_н

G_н = Q·ρ_с=0,1736∙1000,3=173,65

11) Находим   площадь поверхности осаждения  F_ос (в м²)  отстойника для суспензий (взвесей) по формуле

F_ос = К_з

=₌₂₅₇₂,07 м

где К_з – коэффициент запаса поверхности, учитывающий неравномерность распределения исходной суспензии по всей площади осаждения, вихреобразования и другие факторы, принимаем К_з = 1,3 (1,3 – 1,35).

12) Определяем  скорость образования влажного  осадка Q_ос

Q_ос = χ∙G_н∙χ_ос= 0,0032

Отстойники могут  быть изготовлены по индивидуальному проекту из железобетона и стали. Выбираем 3 отстойника, тогда площадь осаждения каждого из них будет равна

S_ос = F_ос/3 = 2572,07/3 = 857,36     (м²) (1.30)

Определяем диаметр  каждого отстойника. Для этого  используем формулу

                                                                         (1.31)

(1.32)

 

Определяем расход воды через каждый отстойник

Q_отс = Q/3 = 0,1736/3 = 0,058  (м³/с) (1.33)

 

 

1.4 Расчет камеры хлопьеобразования

Камера хлопьеобразования  ставится перед отстойниками. В этих камерах под действием флокулянтов скоагулированные частицы взвешенных веществ укрупняются с образованием хлопьев. При этом увеличивается скорость их осаждения, что повышает скорость осветления жидкости.

Камера хлопьеобразования  рассчитывается для каждого отстойника.

Объём i-той камеры хлопьеобразования определяется по выражению

V_i = Q_i∙t∙60==21,36 (м³)

где t – время, необходимое для контакта реагента с потоком обрабатываемой воды, принимается равным 20 мин.

Камера хлопьеобразования  представляет собой вертикальный цилиндр  высотой  Н = 5…6 м. Тогда диаметр D i-той камеры хлопьеобразования равен

==2,33 (м)

 

1.5 Расчет медленных фильтров с зернистой загрузкой

Фильтр с зернистой  перегородкой представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется  дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего  материала, а затем фильтрующий материал.

Медленные фильтры используют для доочистки фильтрования вод после отстойников. Они представляют собой бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25 мг/л принимают скорость фильтрования 0,3 м/ч; при 25… 30 мг/л - 0,2 м/ч. Достоинством фильтров является высокая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка.

1) Определяем  концентрацию взвешенных частиц  после отстойника. Для этого используем  данные, полученные по формуле  (1.24). Если концентрация взвешенных частиц меньше или равна 25 мг/л, то принимают скорость фильтрования v= 0,3 м/ч; если больше 25 мг/л, то скорость фильтрования принимается равной v = 0,2 м/ч.

2) Определяем общую площадь  сечения медленных фильтров по  формуле

S_ф = Q_отс/v = 3600*0,058/ 0,2 = 1044 (м²)                         (1.36)                                        

 

 

 

Исходные данные по вариантам 

 

Наименование показателей	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Полезная производительность, Qп, м3/сут	16000	21000	19000	15000	24000	28000	22000	17000	20000	19500
Содержание взвешенных веществ в воде, Со, мг/м3	850	900	950	870	920	890	910	880	910	950
Цветность, град	100	60	120	80	90	110	75	110	70	65