Аппараты очистки («Технология защиты окружающей среды» курсовая), страница 6

L = ahW/W₀,

где W — скорость движения воды в песколовке, W= 0,15...0,3 м/с; a — коэффициент, учитывающий влияние возможной турбулентности и неравномерности скоростей движения сточной воды в песколовке, a = 1,3...1,7.

Рабочую глубину песколовки h выбирают из условия h/W₀ £ t_пр, где t_пр — время пребывания воды в песколовке, t_пр = 30...100 с. Ширина песколовки (м)

B=Q/(nhw),

где Q — расход сточной воды, м³/с; n — число секций в песколовке. Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов. В зависимости от направления движения потока сточной воды приме­няют горизонтальные, радиальные или комбинированные отстойники. При расчете отстойников определяют, как правило, его длину и высоту. Существуют различные методики расчета длины отстойников. На рис. 6.16 представлена расчетная схема горизонтального отстойника [6.5]. В первой зоне длиной l₁ (м) имеет место неравномерное распределение скоростей по глубине отстойника

,

где H —рабочая высота отстойника, м; h₀ = 0,25H — высота движу­щегося слоя сточной воды в начале отстойника, м; b = (0,018...0,02) W_x; W_x — горизонтальная составляющая скорости движения воды, м/с.

Во второй зоне длиной l₂ (м) скорость потока сточной воды постоянна. В этой зоне основная часть примесей должна осесть (всплыть) в иловую часть (на поверхность) отстойника, поэтому

l₂ = (H-h₁) W_x(W₀ - 0,5W_x),

где h₁ — максимально возможная высота подъема частицы в первой зоне, м. В третьей зоне длиной l₃ (м) скорость потока увеличивается и условия осаждения частиц ухудшаются

l₃ = H/tga,

где a — угол сужения потока воды в выходной части отстойника; a = 25...30°.

Для расчета общей длины отстойника l = l₁ + l₂ + l₃ задают расход сточной воды и размеры поперечного сечения отстойника.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Открытые гидроциклоны применяют для выделения из сточной воды крупных твердых примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Такие гидроциклоны имеют большую производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 м. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от состава примесей (материала, размера, формы частиц и др.), а также от конструктивных и геометрических характеристик гидроциклона.

Открытый гидроциклон (рис. 6.17) состоит из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, патрубка 3 для отвода очищенной воды и шламоотводящей трубы 4. Существуют открытые гидроциклоны с нижним отводом очищенной воды, а также гидроциклоны с внутренней цилиндрической перегородкой.

Производительность (м³/с) открытого гидроциклона Q = Q,785qD², где q —удельный расход воды; для гидроциклона с внутренней цилин­дрической перегородкой q = 7,15w₀ (w₀—скорость свободного осаж­дения частиц в воде, м/с); D — диаметр цилиндрической части гидроциклона, м.

Для проектирования открытых гидроциклонов рекомендуются следующие его геометрические ха­рактеристики: D = 2...10 м; H = D; d = 0,l D при одном отверстии и, d = 0,0707D при двух входных отверстиях; a = 60°.

Конструктивная схема напор­ного гидроциклона аналогична схеме циклона для очистки газов от твердых частиц. Производительность напорного гидро­циклона

где К — коэффициент, зависящий от условий входа воды в гидроциклон; для гидроциклонов с D = 0,125...0,6 м и a = 30° К = 0,524; Δр — перепад давлений воды в гидроциклоне, Па; r — плотность очищаемой сточной воды, кг/м³ .

На рис. 6.18 представлена схема напорного гидроциклона, обеспечивающего очистку сточной воды и от твердых частиц, и от маслопродуктов. Сточная вода через установленный тангенциально по отношению к корпусу гидроциклона входной тру­бопровод 1 поступает в гидроциклон. Вследствие закручивания потока сточной воды твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и стекают в шламосборник 7, откуда они периодически удаляются. Сточная вода с содержащимися в ней маслопродуктами движется вверх. При этом вследствие меньшей плотности маслопродуктов они концен­трируются в ядре закрученного потока, который поступает в приемную камеру 3, и через трубопровод 5 маслопродукты выводятся из гидро­циклона для последующей утилизации. Сточная вода, очищенная от твердых частиц и маслопродуктов, скапливается в камере 2, откуда через трубопровод 6 отводится для дальнейшей очистки. Трубопровод 4 с регулируемым проходным сечением предназначен для выпуска воздуха, кон­центрирующегося в ядре закрученного потока очищаемой сточной воды.

Такие гидроциклоны используют для очистки сточных вод прокатных цехов с концентрацией твердых частиц и мас­лопродуктов соответственно 0,13...0,16 и 0,01. ..0,015 кг/м³ и эффективностью их очи­стки около 0,7 и 0,5. При расходе очищае­мой сточной воды 5 м³/ч перепад давлений в гидроциклоне составляет 0,1 МПа.

Фильтрование применяют для очи­стки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. Его используют как на начальной стадии очистки сточных вод, так и после некоторых методов физико-химиче­ской или биологической очистки. Для очистки сточных вод фильтрованием применяют в основном два типа фильтров: зернистые, в которых очи­щаемую сточную воду пропускают че­рез насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовляют из связанных пористых материалов (сеток, натуральных и синтетических тканей, спеченных металлических порошков и т. п.).

Для очистки больших расходов сточных вод от мелкодисперсных твердых примесей применяют зернистые фильтры (рис. 6.19). Сточная вода по трубопроводу 4 поступает в корпус 1 фильтра и проходит через фильтровальную загрузку 3 из частиц мраморной крошки, шунгизита и т. п., расположенную между пористыми перегородками 2 и 5. Очищенная от твердых частиц сточная вода скапливается в объеме, ограниченном пористой перегородкой 5, и выводится из фильтра через трубопровод 8. По мере осаждения твердых частиц в фильтровальном материале перепад давлений на фильтре увеличивается и при дости­жении предельного значения перекрывается входной трубопровод 4 и по трубопроводу 9 подается сжатый воздух. Он вытесняет из фильтро­вального слоя 3 воду и твердые частицы в желоб 6, которые затем по трубопроводу 7 выводятся из фильтра. Достоинством конструкции фильтра является развитая поверхность фильтрования, а также про­стота конструкции и высокая эффективность.

В настоящее время для очистки сточных вод от маслопродуктов широко используют фильтры с фильтровальным материалом из частиц пенополиуретана. Пенополиуретановые частицы, обладая большой маслопоглощающей способностью, обеспечивают эффективность очи­стки до 0,97...0,99 при скорости фильтрования до 0,01 м/с. При этом насадка из пенополиуретана легко регенерируется при механическом выжимании маслопродуктов.

На рис. 6.20 представлена схема фильтра-сепаратора с фильтро­вальной загрузкой из частиц пенополиуретана, предназначенного для очистки сточных вод от маслопродуктов и твердых частиц. Сточную воду по трубопроводу 5 подают на нижнюю опорную решетку 4. Затем вода проходит через фильтровальную загрузку в роторе 2, верхнюю решетку 4 и очищенная от примесей переливается в приемный коль­цевой карман 6 и выводится из корпуса 1. При концентрации маслопродуктов и твердых частиц до 0,1 кг/м³ эффективность очистки составляет соответственно 0,92 и 0,9; а время непрерывной эксплуатации фильтра 16...24 ч. Достоинствами дан­ной конструкции являются простота и большая эффективность регенера­ции фильтра. При включении элект­родвигателя 7 вращается ротор 2 с фильтровальной загрузкой. В резуль­тате частицы пенополиуретана под действием центробежных сил отбра­сываются к внутренним стенкам ротора, выжимая из него маслопродукты, которые поступают в карманы 3 и направляются на регенерацию. Время полной регенерации фильтра 0,1ч.

Физико-химические методы очистки.

Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взве­шенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-хими­ческих методов очистки сточных вод, основными из которых являются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная и элек­трохимическая очистка, гиперфильтрация, эвапорация, выпаривание, испарение и кристаллизация.

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса имеет место молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде газа. Образование агрегатов «частица — пузырьки газа» зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, избыточного давления газа в сточной воде и т. п.

В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, хи­мическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др.

В настояще время на станциях очистки широко используют электрофлотацию, так как протекающие при этом электрохимические процессы обеспечивают дополнительное обеззараживание сточных вод. Кроме того, применение для электрофлотации алюминиевых или стальных электродов обусловливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц механических примесей сточной воды.

Образование дисперсной газовой фазы в процессе электрофлота­ции происходит вследствие электролиза воды. Основной составляющей электролизных газов является водород; при этом выделяется незначи­тельное количество кислорода, хлора, оксидов углерода и азота.

При расчете электрофлотатора определяют расход газа, не­обходимого для обеспечения заданной эффективности очистки, q_г = 100Q(c₀ – с_к)6М, где с₀ и с_к — концентрации маслопродуктов в исходной и очищенной сточной воде, кг/м³; М — удельная адсорбция маслопродуктов газовой фазой, л/кг. Затем находят силу тока для получения требуемого количества электролизного газа I = q_г/a_г, где a_г—выход газа по току; a_г = 0,0076 дм³ / (л*мин).