Проектирование средств по предотвращению загрязнения водоемов льяльных, нефтесодержащими водами.

 

Приступая к проектированию системы по очистке льяльных вод, следует выбрать способ их очистки.

Способы очистки с указанием их эффективности показаны в таблице 9.

 

Таблица 9.

п/п	Способы очистки	Концентрация НПр, мг/л
до очистки	после очистки
1.	Биохимический	10…100	2…10
2.	Озонирование	20…80	2…4
3.	Коагуляция сернокислым алюминием	2…100	15…20
4.	Флотация; напорная импелерная струйная электрическая	3…100 300…600 120…500 -	2…25 120…200 2…5
5.	Гравитационный отстой	2500…3000	300…600
6.	Коалесценция	120…600	20…50
7.	Сорбция	20…50	05…10
8.	Микродугового разряда	89…100	05…57
9.	Магнитно-жидкостный	500…600	20…15
10.	Фильтрация: - через дробленый антрацит - через активный уголь БАУ-20 -через капиллярно-пористые элементы -жидкостный с использованием пористых материалов	3…20 2…20     45…350   229…57300	2…3 15…2       104…30
11.	Нефтеловушка с использованием пористых материалов	5…100	35…45

 

При расчете отстойника, работающего по перекрестной схеме (рис. 7) расчетными величинами являются длина яруса L_be и производительность отстойника q_set длина определяется по формуле:

 

(59)

 

Где V_w – скорость потока воды в ярусе отстойника, мм/с, принимается в соответствии с требованиями СНиП 2. 04. 03 – 85 (см. табл. 10);

h_ti – высота яруса, м, принимается в пределах 0,025…0,2 м (при высоких концентрациях рекомендуется принимать большие значения).

k_dis – коэффициент сноса выделенных частиц (при плоских пластинках k_dis = 1,2, при рифленых - k_dis = 1,0);

ν₀ – гидравлическая крупность задерживаемых частиц, которую рекомендуется определять в слое, равном высоте яруса h_ti.

 

 

 

Рис. 7. Схема тонкослойного отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка

 

Гидравлическая крупность задерживаемых частиц определяется по формуле:

 

(60)

 

Где H_set =h_ti – высота яруса;

K_set – коэффициент использования объема проточной части отстойника, для отстойника с тонкослойными блоками и прямоточной схеме работы K_set = 0,5…0,7, при перекрестной схеме работы K_set =0,8;

t_set – продолжительность отстаивания, соответствующая заданному эффекту очистки и получения в лабораторном цилиндре в слое h₁=500 мм, значения t_set приведены в таблице 11.

n₂ – показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения-всплытия, n₂ = 0,15…0,32, причем меньшие значения соответствуют большей концентрации Н_пр.

Таблица 10.

Скорость рабочего потока V_w и величина турбулентной составляющей v_tb.

Vw, мм/с
vtb, мм/с		0,05	0,1

 

 

Таблица 11.

Время отстаивания, соответствующее эффекту очистки.

Эффект очистки(осветления), %	Продолжительность отстаивания tset, с, в слое hi = 500 мм при концентрации Нпр, мг/л

 

Производительность отстойника q_set определяется по формуле:

 

(61)

 

Где В_be – ширина тонкослойного блока, назначается исходя из допустимого листа выбранного для тонкослойного блока (δ = 3…5 мм).

K_dis – коэффициент сноса выделенных частиц, принимается при плоских пластинках K_dis = 1,2, при рифленых - K_dis = 1.

H_bl – высота тонкослойного блока, м;

L_bl – ширина тонкослойного блока, м.

Строительная ширина В_стр отстойника

 

В_стр=2 H_bl + b₁+2b₂ (62)

 

Где b₁=0,25 м, b₂=0,05…0,1 м.

После определения длины яруса отстойника L_bl, исходя из возможных размеров материала, применяющегося для параллельных пластин, назначается длина пластины в ярусе и количеств блоков (модулей), расположенных на одной прямой.

Строительная высота отстойника Н_стр определяется следующим соотношением:

Н_стр = H_bl + h₃ + h_m + 0,3 (63)

 

Где h₃ – высота необходимая для расположения рамы, на которой устанавливаются блоки, h3 = 0,2…0,3; hm = 0,1.

Строительная длина отстойника Lстр

 

Lстр = Lb + l1 + l2 + 2l3 + l4 (64)

 

Где l1 – зона для выделения крупных. Объем этой зоны рассчитывается на 2-3 минутное пребывание потока,

k^*_set – коэффициент использования этой зоны, k^*_set=0,3;

l₁ – 0,2 м при изменении пропорционального устройства, и l₂ =0, если распределение потока осуществляется дырчатой перегородкой; l₃=0,2…0,25 м, l₄ = 0,15..0,2 м.

В настоящее время применяется большое количество конструктивных разновидностей тонкослойных отстойников, работающих на противоточной схеме. Все они, практически, могут быть сведены к двум расчетным схемам, показанным на рис. 8 и рис. 9.

 

 

Рис. 8. Схема тонкослойного отстойника, работающего по противоточной схеме удаления примесей. ' а - тяжелых примесей; б - легких примесей (масла, нефтепродукты и т.п.)

 

В конструкции отстойника, показанного на рис. 8, расчетной является длина пластины в блоке (модуле) L_bl и производительность секции q_set.

Длина пластины L_bl определяется по формуле:

 

 

L_bl=ν_w*h_ti/ ν₀ (65)

 

Где ν_w – скорость потока в ярусе.

h_ti – высота яруса.

Производительность одной секции

 

q_set=3,6* k^*_set* H_bl* ν_w (66)

 

где H_bl=n_ti*b_n,

n_ti – количество ярусов в блоке, которое назначается из конструктивных соображений;

b_n – определяется по формуле:

b_n = h_ti*cosα;

α = 45…60º.

Ширина секции отстойника назначается из конструктивных соображений и исходя из размеров пластин, предназначающихся для изготовления блоков. Все размеры других узлов отстойника (ширина резервуара отстойника, его строительная глубина и т. п.) назначается из конструктивных соображений.

За расчетные параметры тонкослойного отстойника (см. рис. 9) принимают длину пластин в блоке L_bl и длину длину расположения тонкослойных блоков L_b. Величина L_bl определяется по формуле (65), а L_b – по формуле

 

L_b = q_set/3,6* k_set* ν_w* В_bl (67)

 

 

Где q_set – расход сточных вод на секцию, м³/ч;

Рис. 9. Схема отстойника, оборудованного тонкослойными блоками, работающего по противоточной схеме удаления примесей.

а – тяжелых примесей; б-легких примесей (масла, нефтепродуктов и т. п.

 

 

Общая длина L⁰_стр отстойника

 

L⁰_стр = L_b + l₁ⁿ+ l₂ⁿ + l₃ⁿ + l₄ⁿ+ l_лⁿ, (68)

 

Где l₁ⁿ – длина зоны по условию формирования потока перед распределением между ярусами, принимается l₁ⁿ = 1…1,5;

l₂ⁿ = L_bl*sin(90-α);

 

l₃ⁿ = 0,3 м; l₃ⁿ = 0,05…0,10 м; l_лⁿ= 0,4…0,5 м.

 

Общая глубина в отстойнике Н_стр, определяется как сумма высот различных зон

 

Н_стр = h_m + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ (69)

 

где h₂ = L_bl*sinα;

h_m≥0,1 м; h₃ = 0,2…0,5 м; h₄ = 0,1…0,2 м; h₅ = 0,3 м.

Определяем удельный объем образующего осадка Q_mud, м³/ч, определяется способ его удаления и утилизации.

 

(70)

 

Где q_w – расход сточных вод, м³/ч;

C_en и C_ex - концентрация Н_пр в сточной воде поступающей в отстойник и после него, мг/л;

P_mud – влажность осадка, %;

ρ_mud – плотность осадка, г/см³.

6. 2 Гидроциклоны.

 

Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ допускается применять открытые и напорные гидроциклоны.

Для расчета и проектирования установок с открытыми гидроциклонами должны быть заданы те же параметры по воде и загрязнению, что и для отстойников, а именно:

- общее количество сточных вод, м³/ч;

- температура сточных вод, º С;

- периодичность образования сточных вод;

- механические примеси, мг/л;

- нефтепродукты, мг/л;

- плотность механических нефтепродуктов;

- требуемая степень очистки или допустимое содержание загрязнений, мг/л;

- гидравлическая крупность частиц, которую необходимо выделить для обеспечения требуемой степени очистки, мм/с.

Основной расчетной величиной открытых гидроциклонов (см. рис. 10, 11, 12) является удельная гидравлическая нагрузка, которая определяется по формуле

 

q_hc = 3.6*k_hc*u₀ (71)

 

где u₀ –гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта, мм/с;

 

k_hc – коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гидроциклона и равный для гидроциклонов:

- без внутренних устройств, k_hc=0,61

- с конической диафрагмой и внутренним цилиндром, k_hc=1,98

- многоярусного с центральными выпусками

 

;

 

Где n_ti – число ярусов

 

Рис. 12 Схема многоярусного гидроциклона с периферийным отбором очищенной воды

Рас. 11. Схема многоярусного гидро-циклона с центральными выпусками

 

D_hc – диаметр гидроциклона, м;

d_d – внутренний диаметр диафрагмы, м. – многоярусного с периферийным отбором осветленной воды

 

 

Где n^/_ti – число пар ярусов.

Производительность одного аппарата определяется по формуле

 

Q_hc = 0.785q_hc*D²_hc (72)

 

Исходя из общего количества единиц гидроциклонов:

 

N = Q_w/Q_hc (73)

 

После назначения диаметра аппарата и определения их количества по табл. 12 определяются основные размеры гидроциклонов. Угол наклона образующей конических диафрагм в открытых гидроциклонах в каждом конкретном случае должен задаваться в зависимости от свойств выделяемого осадка, но не менее 45º.

 

 

Таблица 12.

Наименование конструктивного элемента	Единица измерения	Тип гидроциклонов по рис.
7, а	7, б	7, в
Диаметр аппарата	м	2-10	2-6	2-6	2-6	2-6
Высота цилиндрической части Н	Доля от Dhc	Dhc	Dhc	Dhc+0.5	-	-
Размер выпускного патрубка	«	0.07	0.05	0.05	Определяется по скорости входа
Количество впусков n1	Шт
Угол конической части α	Град
Угол конуса диафрагм β	«	--			90-60	90-60
Диаметр центрального отверстия в диафрагме dd	Доля от Dhc	--	0,5	0,5	0,6-1,4 м
Диаметр внутреннего цилиндра D1	То же	--	--	0,88	--	--
Высота внутреннего цилиндра Н1	«	--	--	1,0	--	--
Высота водосливной стенки над диафрагмой Н2	М	--	0,5	0,5	0,5	0,5
Высота водосливной стенки D2	В долях от Dhc	Dhc	Dhc+0,2	Dhc+0,2	Dhc+0,2	Dhc+0,2
Диаметр полупогруженной кольцевой перегородки D3	То же	Dhc-0,2	Dhc	Dhc	Dhc	Dhc
Высота ярусов hti	М	--	--	--	0,1-0,25	0,1-0,2
Число ярусов nti	Шт	--	--	--	4-20	4-20
Зазор между корпусом и диафрагмой ∆ D	М	--			0,05-0,07	0,1-0,15
Ширина шламоотводящей щели b	«	--	--	--	0,1-0,15	--
Скорость потока на входе в аппарат ubn	М/с	0,3-0,5	0,3-0,5	0,3-0,5	0,3-0,4	0,3-0,4
Скорость потока на входе в раструб выпуска uвых	«	--	--	--	≤0,1	--
Количество выпусков из яруса n3	Шт.	--	--	--		--

* Над чертой показан размер нижней диафрагмы пары ярусов, под чертой – верхней.

Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут быть выполнены как из стали, так и из неметаллических материалов.

В распределительном канале пропорционального водораспределительного устройства многоярусного гидроциклона скорость восходящего потока должна быть не менее 0,4 мм/с.

 

Напорные гидроциклоны.

Этот тип гидроциклонов позволяет успешно решать следующие технологические задачи; осветление сточных вод, например, автохозяйств (удаление песка, глины и др. минеральных компонентов), нефтепромыслов (удаление Н_пр и шлама), мясокомбинатов (удаление жира, твердой фазы минерального и органического происхождения) и т. д.

Одной из важных особенностей гидроциклонов является значительная корреляция производительности и эффективности разделения суспензий с основными технологическими и конструктивными параметрами аппаратов (см. рис. 13).

Наибольшее значение коэффициентов корреляции имеют следующие параметры: диаметр цилиндрической части гидроциклона D_hc; площадь питающего патрубка F_bn; диаметры сливного и шламового патрубков d_bx, d_шл; высота цилиндрической части Н_ц; угол конусности конической части α; перепад давления в гидроциклоне ∆Р = Р_en – P_ex; концентрация суспензии на входе в гидроциклон C_en; размеры и плотность частиц твердой фазы суспензии d_ср, ρ_т.

 

 

Рис. 13. Схема напорного гидроциклона.

 

Основные размеры напорного гидроциклона подбираются по данным заводов изготовителей (табл. 13), при этом должны учитываться: диаметры питающего d_en и сливного d_ex патрубков должны отвечать соотношениям d_en/ d_ex = 0,5…1,0, d_en/ D_hc = 0,12…0,4. Диаметр питающего патрубка должен α

 

(74)

Где ∆ - толщина стенки сливного патрубка; d_шл – диаметр шламового патрубка назначается из соотношения d_шл/ d_ex = 0,2…1,0 (для предупреждения засорения шламового патрубка его минимальный размер должен в 6-8 раз превышать максимальный размер частиц загрязнений);

Н_ц – высота цилиндрической части для гидроциклонов – осветителей должна приниматься: Н_ц = (2…4)D_hc; для гидроциклонов – сгустителей: Н_ц =(1…2) D_hc.

Угол конусности α конической части следует принимать для гидроциклонов – осветителей 5…15º, для гидроциклонов-сгустителей – 20-45 º.

Таблица 13.

Наименование узлов и деталей, технологические параметры	Размеры основных узлов и деталей
ГЦ – 150К*	ГЦ-250К*	ГЦ-360К*	ГЦ-500К*
Внутренний диаметр цилиндрической части Dhc, мм
Сечение вкладыша питающего патрубка на входе в гидроциклон bXh, мм	15х45	30х65	40х90	55х140
Диаметр патрубка питающего den, мм
Насадок сливной dex, мм
Патрубок сливной dex, мм
Патрубок шламовый dшл, мм	12; 17; 24	17; 24; 34	24; 34; 48	34; 48; 75
Угол конусности конической части α, град
Масса гидроциклона, кг
Объемная производительность Qеп м3/ч, при Pen=0,03 – 0,25, МПа	12-35	30-85	55-160	98-281
Граничная крупность разделения δГР, мкм	28-95	37-135	44-180	52-240

 

*ГЦ – сокращенное название гидроциклона; цифры – внутренний диаметр цилиндрической части, мм; К – внутренняя поверхность стенок аппарата футерована каменным литьем.

В зависимости от особенностей решаемых технологических задач могут применяться двухпродуктовые (см. рис. 13) и многопродуктовые (рис. 14) напорные гидроциклоны. В последнем случае аппараты имеют несколько сливных трубопроводов, отводящих целевые продукты из различных зон восходящего вихревого потока гидроциклонов. Такие конструкции аппаратов, как правило, применяются при разделении многофазных сред.

За последние годы в ряде отраслей промышленности широко применяются мультигидроциклоны – монолитные или сборные блочные конструкции, включающие десятки или сотни единичных напорных гидроциклонов, имеющие единые питающие, сливные и шламовые камеры.

Путем создания мультигидроциклонов успешно реализуется возможность промышленного применения высокоэффективных двухпродуктовых и многопродуктовых напорных гидроциклонов с малым диаметром цилиндрической части от 8 до 75 мм.

Для выделения из сточных вод частиц механических загрязнений крупностью δ = 50…100 мкм (табл. 13) рекомендуются конструкции напорных гидроциклонов малых диаметров, выпускаемых Усолье – Сибирским заводом горного оборудования.

Для выделения из сточных вод мелкодисперсных механических примесей и сгущения осадка – гидроциклоны опытно – экспериментального завода Дзержинского филиала Ленниихимаш (табл. 14).

 

 

Рис. 14. Схема трехпродуктового напорного гидроциклона

 

Таблица 14.

Наименование узлов и деталей, технологические параметры	Размеры основных узлов и деталей
Тип гидроциклона*
	ГН-25	ГН-40	ГН-60	ГН-80	ГНС-100	ГНС-125	ГНС-160	ГНС-200	ГНС-250	ГНС-320	ГНС-400	ГНС-500
Диаметр цилиндрической части Dhc, мм
Питающего патрубка den, мм	4, 6, 8	6, 8, 12	8, 12, 16	10, 12, 16, 20	12, 16, 20, 25	16, 25, 32, 40	20, 25, 32, 40, 50	25, 32, 40, 50, 60	32, 40, 50, 60, 80	40, 60, 50, 80, 100	50, 60, 80, 100, 125	60, 80, 100, 125, 160
Сливного патрубка dex, мм	5, 8, 12	8, 12, 16	12, 16, 20	16, 20, 32	20, 32, 40	25, 32, 40,50	32, 40, 50, 60	40, 50, 60, 80	50, 60, 80, 100	60, 80, 100, 125	80, 100, 125, 160	100, 125, 160, 200
Шламового патрубка dшл, мм	3, 4, 5	4, 5, 6	5, 6, 8	6, 8, 10, 12	8, 10, 12, 16	8, 10, 12, 16	10, 13, 16, 20, 25	12, 16, 20, 25	16, 20, 25, 32, 40	16, 20, 25, 32, 40, 50	20, 25, 32, 40, 40, 50	25, 32, 40, 50, 60
Угол конусности конической части α, град	5, 10, 15	5, 10, 15	5, 10, 15, 20	5, 10, 15, 20	10, 15, 20	10, 15, 20	10, 15, 20	10, 15, 20, 30	10, 15, 20, 30	10, 15, 20, 30	15, 20, 30, 45	15, 20, 30, 45
Высота цилиндрической части Нц, мм	25, 50, 75, 100	40, 80, 60, 120, 160	60, 120, 180, 240	80, 160, 240, 320	100, 200, 300, 400	125, 250, 375	160, 320, 480	200, 400, 600	250, 500, 750	320, 500, 750	400, 500, 800	500, 750, 1000
Глубина погружения сливного патрубка Нк, мм	10, 16, 25	16, 25, 32	25, 32, 40	32, 40, 64	40, 64, 80	50, 64, 80, 100	64, 80, 100, 120	800, 100, 120, 160	120, 160, 200	120, 160, 200, 250	160, 200, 250, 320	200, 250, 320, 400
Объемная производительность Qen м3/ч, при Pen=0,1, МПа	0,3-1,1	0,6-2,2	1,1-3,7	1,8-6,4	2,7-10,1	4,4-21,1	6,7-31,8	10,2-47,4,16,3-78,7	16,3-78,7	24,05-117,3	37,67-180,3	54,6-282
Граничная крупность разделения δГР, мкм	2,3-64	2,3-84,9	3,4-92,9	4,3-103,0	6,1-150	6,6-311	89-330,0	10,5-342	12,5-413,3	15,3-685	17,5-745	20,5-884

 

* ГН – гидроциклон напорный с монолитными элементами, ГНС – со сборными элементами рабочей камеры.

Гидроциклоны малых диаметров объединяются в батареи и блоки (мультициклоны), что позволяет при обеспечении требуемого эффекта очистки и производительности добиться максимальной компактности установки.

Батарейные гидроциклоны имеют единую систему питания, а также системы сбора верхнего и нижнего продуктов разделения. Батарейный гидроциклон, состоящий из 12 аппаратов D_hc = 75 мм., имеющий производительность 60-70 м³/ч, изготовляет опытно-экспериментальный завод Ленниихиммаш. Материал – нержавеющая сталь.

Аппарат рекомендуется к применению в технологических процессах очистки производственных сточных вод литейных, стекольных, керамических производств и т. Д. Опытно-экспериментального завода Дзержинского филиала Ленниихиммаш изготавливает батарейные гидроциклоны, включающие шесть единичных гидроциклонов D_hc =125 мм. (d_en = 25 мм, d_en =35 мм, d_шл =12 мм, α = 10º). С целью сокращения расхода шлама и повышения надежности работы батареи, единичные гидроциклоны снабжаются автопульсирующими шламовыми патрубками.

Производительность батарейного гидроциклона при давлении питания 0,4 МПа – 120 м³/ч. Материал – нержавеющая сталь.

Центральным научно – исследовательским институтом крахмало – патоной промышленности (ЦНИИКПП) разработаны конструкции мультигидроциклонов марки ГБ-2, ГБ-3, ГБ-6, ГБ-7, ГБ-8, (табл. 15). Серийное производство аппаратов осуществляет Кореневский опытный завод ЦНИИКПП.

 

 

Таблица 15

Наименование узлов и деталей, технологические параметры	Тип мультигидроциклонов
ГБ – 2*	ГБ – 3*	ГБ – 6**	Гб – 7**	ГБ – 8**
Единичный гидроциклон: - Диаметр цилиндрической части Dhc, мм; - Размер питающего патрубка den, мм; - Диаметр сливного патрубка dex, мм; - Диаметр шламового патрубка dшл, мм;	2х5	2х5	2х5	2х5	2х5
Угол конической части α, град
Число гидроциклонов в выпускаемых блоках, шт
Давления питания мультигидроциклонов Pen, МПа	0,4-0,5	0,4-0,5	0,4-0,5	0,4-0,5	0,4-0,5
Объемная производительность Qen м3/ч, при Pen=0,1, МПа	15,0	25,0	8,0	15,0	25,0
Габариты блока мультигидроциклонов, мм: - высота - ширина - длина
Масса блока мультигидроциклонов

 

* Мультигидроциклоны первого выпуска.

** Модернизированная конструкция мультигилроциклонов.

Единичные аппараты изготавливают из пластмасс. Основные геометрические размеры и технологические параметры мультигидроциклонов приведены в таблице 15. Назначение аппаратов; разделение суспензий картофеле- и кукурузнокрахмального производства. В технологии очистки сточных вод мультигидроциклонов ЦНИИКПП рекомендуется применять для механической очистки промышленных стоков, содержащих минеральные частицы размером δ = 200 мкм. И плотностью ρ_т = 2,1 г/см³.

Для проектирования гидроциклонных установок должны быть заданы данные о характеристике сточных вод и механических загрязнений.

 

6. 3. Расчет многоступенчатого флотатора со струйной аэрацией для очистки морских НСВ.

Под струйной аэрацией понимают аэрацию жидкости, осуществляемую при проникновении через ее свободную поверхность незатопленной свободжной струи, образованной той же жидкостью, что и аэрируемая (см. рис. 15).

 

Рисю. 15 Схема струйной аэрации: lФ - длина факела жидкости; 1с - высота свободной струи жидкости; В - ширина флотокамеры.

Захват воздуха падающей струей определяется, в основном, степенью нарушения ее сплошности, когда, при слиянии отдельных объемов и капель струи с массой покоящейся жидкости происходит защемление воздуха и внедрение его в глубь жидкости в структуре затопленного течения струи.

Показатели такой чистки определяются многими гидродинамическими и физико-химическими факторами. В частности, степень извлечения H_пр при флотационной обработки, длины факела пузырьков, солесодержания, размера частиц H_пр и уменьшается с увеличением диаметра пузырьков и характерного размера в поперечном сечении флотокамеры.

Коэффициент аэрации α (отношение объемного расхода воздуха Q_в, захватываемого падающей вглубь воды струей, к объемному расходу жидкости через формирующую струю насадок Q_ж) определяется формулой:

 

 

(75)

 

 

Где l_с – высота свободного падения струи;

R₀ – гидравлический радиус насадка;

V₀ – скорость течения жидкости из насадки;

Υ – кинематическая вязкость жидкости;

G – ускорение свободного падения.

Значение α достигает 9…11 при перепаде давления на аэрирующей насадке (сопле) 0,4…0,52 МПа.

Глубина проникновения воздушного факела l_ф

 

(76)

 

 

Максимальный диаметр факела пузырьков Д_ф примерно 0,4 l_ф.

Конструкция флотатора показана на рис. 16.

Требуемое число последовательно включенных флотоячеек m зависит от концентрации Н_пр в воде, поступающей на очистку С_т, назначаемой конечной концентрацией Н_пр в воде из флотатора С_m, времени пребывания очищаемой воды во флотоячейке t_m и константы скорости флотации k.

(77)

 

 

Степень извлечения Н_пр ε_m в m-ой флотоячейке определяется соотношением:

 

(78)

 

 

Значение константы скорости флотации зависит от режимных параметров процесса

(79)

 

 

Где ω_в – скорость поступления воздуха на флотосистему;

 

ω_ж – скорость воды, проходящей через флотоячейку;

l_ф – глубина проникновения вглубь очищаемой воды воздушного факела;

В – характерный размер в поперечном сечении флотокамеры (диаметр, ширина), приходящийся на одну аэрируемую струю;

S – солесодержание воды;

ρ - плотность воды.

Скорость поступления воздуха:

 

ω_в = Q_в/F (80)

 

где Q_в – расход воздуха, поступающего во флотоячейку;

F – площадь поперечного сечения флотоячейки.

Аналогично

ω_ж = Q_ж/F (81)

 

Рекомендуется ω_ж = 0,02 м/с.

Давление в напорном коллекторе р_с = 0,3…0,5 МПа.

Исходные данные для расчета многоступенчатого флотатора со струйной аэрацией:

- расход сточных вод Q_г, м³/ч;

- концентрация Н_пр в НСВ С_г, мг/м³;

- концентрация Н_пр в очищенной воде С_m, мг/м³;

- время пребывания очищаемой воды во флотокамере – рекомендуется принимать t_i = 90…100 с;

- константа скорости флотации – принимается к = 0,21…0,23 мин^-1

 

Ход расчета:

1. Определим требуемое количество последовательно включенных флотокамер:

 

 

2. Принимаем кратность рециркуляции воды n = 1,5 и определим подачу насоса:

Q_р = Q_г*n

 

3. Определим расход аэрирующей воды через флотокамеру:

Q_p1 = 2Q_p/m(n+2)

 

4. Определим расход воды через последнюю флотокамеру:

Q_pm = Q_p1(n+1)

 

5. Находим среднее значение:

ΔQ_pi = (Q_pm - Q_p1)/(m-2)

 

6. Определяем рециркуляционные расходы воды через другие флотокамеры:

7.

 

Q_p2 = Q_p1+ ΔQ_pi

Q_p3 = Q_p2 + ΔQ_pi

………………..

Q_p(m-1) = Q_p(m-2) + ΔQ_pi

 

8. Определим скорость истечения струй воды из насадок аэрационного коллектора:

ν₀ = μ√2g*P_c

 

где μ – коэффициент расхода отверстия сопла. При Re>100000 для круглых отверстий μ=0,61. При Re<100000 - μ=0,62…0,63.

9. Определим площади сечения сопловых насадок аэрационном коллекторе и диаметры насадок:

F_i = Q_pi/ ν₀

d_i = √4 F_i/π

 

Где I = 1,2…m.

10. Определим значения Re и Fr для истекающих струй:

11.

Re_i = ν₀(d_i/2)/υ

 

 

Где υ = 1,006*10^-6 м²/с – коэффициент кинематической вязкости воды.

12. Определим длину водовоздушных факелов:

 

 

13. Определим объем флотокамер, исходя из времени пребывания воды во флотокамере t_i:

V_iф = (Q_г + Q_pi) t_i

 

14. Определим поперечное сечение флотокамер:

15.

S_i = V_iф/l_iф

 

16. Определим количество воздуха, поступающего с аэрирующей струей:

Q_Вi = Q_pi*α

 

Где α = 9…11 – коэффициент аэрации.

17. На основании полученных результатов приступаем к комплектованию схемы флотатора.

 

 

6. 4. Технологический расчет параметров установок биологической очистки сточных вод.

 

Цель расчета – определить объем аэротенка, количество кислорода, расходованного на аэрацию, количество прироста ила и т. Д.

Биологическая очистка корабельных сточных вод является одним из наиболее широко используемых методов обработки. В процессах биологической очистки агентом, воздействующим на загрязнения в стоках, являются различные аэробные микроорганизмы.

Судовые сточные воды имеют следующие характеристики:

- количество образующейся воды – 20…80 л/(чел*сут);

- содержание взвешенных веществ (ВВ) – 350…4000 мг/л;

- биохимическая потребность в кислороде БПК₅ = 300…3000мг/л.

1. Продолжительность аэрации смеси сточной воды и циркулирующего ила в аэротенке:

 

(82)

 

Где t_a – время аэрации, ч;

а_аэр – доза активного ила в аэротенке для бытовых сточных вод, а_аэр = 1,5 г/л;

L_а – БПК_п поступающей в аэротенке сточной воды, мг/л.

L_t - БПК_п очищенной воды, принимается L_t = 40 мг/л.

2. Определим долю ила, циркулирующего из отстойной емкости в аэротенк в зависимости от расчетного притока сточной воды:

3.

а = а_аээ/а_рег*а_эр (83)

 

где а_per – доза активного ила в отстойной емкости, а_per = 4 г/л.

4. При аэрации и отстаивании сточных вод очистка протекает в два этапа: на первом этапе активный ил извлекает из сточных вод коллоидные и взвешенные биологически активные загрязнения; на втором этапе идет окисление извлеченных загрязнений, длительность которого определяется по формуле:

 

(84)

 

Где t₀ – продолжительность окисления снятых загрязнений, ч;

S_n – зольность активного ила в долях единицы. Для бытовых сточных вод S_n = 0,3;

ρ₀ – средняя скорость окисления мг_БПКП/(г*ч) (по беззольному веществу ила).

Для судовых установок обработки бытовых сточных вод ρ₀ = 34…41.

5. Продолжительность регенерации циркулирующего ила определяется формулой:

6.

t_р = t₀- t_а (85)

7. Максимальный часовой приток на установку

 

q_в = 3qn/24 (86)

 

где q – суточное количество сточных вод на одного человека, л/(чел*сут);

n – численность экипажа.

Для судовых сточных вод характерен большой коэффициент неравномерности поступления, его величина лежит в пределах 2,5…3.

8. Определяем объем аэротенка, м³:

9.

V_a = t_a(1+a)q_B (87)

И объем отстойника – регенератора, м³:

 

V_p = t_p*aq_B (88)

 

Тогда общий объем аэротенка с отстойником – регенератором будет:

 

V_ар = V_a + V_p (89)

 

10. Продолжительность процесса очистки воды определяется по формуле:

11.

t = t_a(1+a)+t_p*a (90)

 

Полученное значение t обязательно должно быть проверено по соотношениям:

(91)

 

Где а_ср – доза активного ила, г/л, для циркуляционных аэротенков бытовых вод

(92)

 

Значения, полученные по формулам (90) и (91) должны совпадать.

12. Количество воздуха, необходимое для аэрации сточных вод, определяется по формуле:

 

(93)

 

 

Где G_в – удельный расход воздуха на 1 м³ очищенных сточных вод, м³;

G_к – удельный расход кислорода, мг_О2/мг_БПКП, G_к = 0,9…1,1 мг/мг;

к₁ – коэффициент, учитывающий тип аэратора, принимается по табл. 16, в зависимости от отношения площади аэрируемой зоны f к площади аэротенке F;

к₂ – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора (см. табл. 17);

n₂ – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, n₂ = 1+0,02(t_ср – 20),

здесь t_ср – средняя температура сточной воды, º С;

n₂ – коэффициент, учитывающий отношение скорости переноса кислорода в иловой смеси к скорости переноса его в чистой воде. Для бытовых сточных вод в отсутствии ПАВ n₂ = 0,85Ю при наличии ПАВ n₂ принимается по табл. 16;

С_к – средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л, С_к = 2 мг/л;

С_р – растворимость кислорода воздуха в воде:

 

 

Здесь С_т – растворимость кислорода воздуха в воде в зависимости от температуры, равная:

 

 

t, º С
Ст, мг/л	11,27	10,75	10,26	9,89	9,4	9,02	8,67	8,33	8,02	7,72	7,44

 

13. Поверхность аэрируемой зоны f выбирается по площади, занимаемой аэраторами; для мелкопузырчатых аэраторов просветы между ними до 0,3 м включаются в поверхность аэрируемой зоны.

14. По найденным G_B и t находим интенсивность аэрации j, м³/(м²*ч) по формуле

j = G_B*H/t (94)

 

где Н – рабочая глубина аэротенка, м.

Если вычисленная интенсивность аэрации более максимальной J_max для принятого значения К₁, то необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны f, если менее минимальной J_min для принятого значения К₂, то необходимо увеличить расход воздуха.

Таблица 16.

Зависимость К₁, J_max и n₂ от отношения f/F

f/F, м2/м2	К1	Jmax, м3/м4*4	n2
0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,75	1,34 1,47 1,68 1,89 1,94 2,13 2,3		0,59 0,59 0,64 0,66 0,72 0,77 0,88 0,99

 

Прирост активного ила в аэротенках при очистке бытовых сточных вод определим по формуле:

Пр = 0,8*В + 0,3*L_н (95)

 

Где Пр – прирост активного ила, мг/л;

В – концентрация взвешенных веществ в поступающих на установку водах, мг/л.

12. Для возврата активного ила на аэрацию из отстойного танка обычно используют эрлифы, для которых расход воздуха равен:

 

(96)

 

 

Где G – расход воздуха для передачи активного ила, м³;

h_г – геометрическая высота подъема активного ила, м;

η_э = 0,6 – к. п. д. эрлифта;

К_п – коэффициент погружения форсунки эрметра, К_п = Н_п/ h_г, здесь Н_п – глубина погружения форсунки от уровня налива, м.

 

Таблица 17.

Зависимость К₂ и J_min от глубины погружения аэратора h₁

h1	К2	Jmin, м2/м2*4
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9	0,4 0,4 0,6 0,8 0,9

 

13. При проникновении судовых установок для очистки сточных вод должна учитываться возможность их работы при качке и кренах.

 

14. После биологической очистки сточных вод следует процесс обеззараживания их. При этом учитывается поступление как сточных, так и хозяйственно – бытовых вод. Доля обеззараживания стоков обычно используют активный хлор в виде гипохлорита натрия или гипохлорита кальция.

Обеззараживающий агент вводится в емкость для сбора очищенной воды в таком количестве, чтобы в сточных водах концентрация активного хлора составляла 3…5 мг/л при времени контакта не менее 30 мин.

Объем приемной емкости для очищенной воды определяется по формуле:

V_{а. в.}= Q*τ_к (97)

 

Где Q – суммарный максимальный расход сточных вод, м³/ч;

τ_к≥0,5 ч – время контакта сточных вод с активным хлором.

 

18. На рис. 17 приведена типичная установка биохимической очистки воды и изложен принцип ее действия.

 

Установка типа «Трайдент» (рис. 17) является типичной установкой

Рис. 17., Схема установки «Трайдент» 1 - отсек для сбора поступающих стоков; II - аэрационный отсек; 111 - отсек осаждения активного ила; IV - отсек сбора и;обеззараживания очищенной воды. 1 - дозатор обеззараживающего реагента; 2 - пластины отстойника; 3 -эрлифт; 4 - вентиляционный трубопровод; 5 - сетка для отделения крупнодисперсных примесей; б, 7, // - осушительные клапаны; 8 - воздухораспределитель; 9 -трубопровод для осушки установки; 10 - воздуходувки для аэрарии стоков и работы эрлифта; 12 - откачивающий насос; 13, 14 - датчики нижнего и верхнего уровней.

биохимической очистки воды. Ее работа осуществляется следующим образом. Сточные воды от санитарно-технических устройств поступают в приемный отсек, где размещена крупноячеистая сетка, на которой задерживаются и затем потоком стоков измельчаются крупнофракционные загрязнения. Из приемного отсека стоки самотеком поступают в аэрационное отделение, куда воздуходувками через воздухораспределитель подается воздух на аэрацию сточных вод. В этом отсеке и происходит процесс биологической очистки воды.

Очищенная вода с активным илом поступает в отстойное отделение, выполненное в виде конического бункера, наклонные стенки которого способствуют сползанию активного ила на его дно.

Для интенсификации процесса отстаивания ила и уменьшения влияния качки на работу установки внутри бункера расположены наклонные пластины. Отстоенный ил эрлифтом возвращается в отделение аэрации, для работы эрлифта используется воздух от воздухоотводок.

Очищенные и отстоенные от активного ила сточные воды поступают в емкость для сбора и обеззараживания сточных вод.

Обеззараживание сточных вод осуществляется гипохлориом кальция,
которым по сигналу от датчика нижнего уровня подается в эту емкость при
помощи дозирующего устройства. При срабатывании датчика верхнего
уровня включается откачивающий насос и очищенные и обеззараженные
стоки сбрасываются за борт.

В емкость для сбора и обеззараживания очищенных сточных вод также подаются и хозяйственно-бытовые сточные воды, которые не проходят стадию биологической очистки, а лишь подвергаются обеззараживанию. Вентиляция установки осуществляется помощи вентиляционной трубы, выводимой на открытую палубу.

Для очистки и обеззараживания как сточных, так и хозяйственно-
бытовых вод применяется установка типа "Бйо - Компакт",
осуществляющая совместную биохимическую очистку всех сточных вод,
образующихся на судне, при норме 175 л. на человека в день.
Интенсификация процесса очистки здесь происходит за счет более
интенсивной аэрации обрабатываемых сточных вод.,

Работа установки осуществляется следующим образом. Сточные и хозяйственно-бытовые воды через приемную трубу поступают в приемный резервуар, где сразу аэрируются воздухом от воздуходувки. За счет этого обеспечивается торможение процессов брожения органических загрязнений, содержащихся в стоках. Затем сточные воды переливаются во вторую аэрационную емкость, где продолжается биологический процесс очистки. Очищенные стоки вместе с активным илом поступают в отстойную емкость, где происходит разделение очищенной воды и активного ила, который эрлифтом возвращается в приемный резервуар. Плавающие на поверхности воды загрязнения этим же эрлифтом также возвращаются в приемную емкость. Очищенная и отстоенная от активного ила вода поступает в сборную емкость, куда подается обеззараживающее вещество. В одной из модификаций установки предусмотрено обеззараживание, сточных вод ультрафиолетовой лампой. Очищенные и обеззараженные сточные воды насосом откачиваются за борт.

Во всех установках, использующих биохимические методы очистки, процесс обработки сточных вод осуществляется не менее 15-24 ч.

 

Список использованных источников:

 

6. Маркевич В.А. Средства защиты моря от загрязнения при эксплуатации СЭУ. – Л.: Изд. ЛКИ, 1983, с. 3 – 6.

7. Зубрилов С. П., Ищук Ю. Г., Косовский В. И. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. – Л.: Судостроение, 1989, с. 3 – 21.

8. Нунупаров С. М. Предотвращение загрязнения моря судами. – М.: Транспорт, 1979, с. 5 - 87.

9. Стаценко В. Н. Совершенствование экологической безопасности судовых энергетических установок / ДВГТУ. – Владивосток: Изд – во ДВГТУ, 1997, с. 5 – 22.