книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

Расходы обоих потоков необходимо включить в расчет материального баланса технологической схемы и принять решение по методам обращения со сбросным потоком.

Выбор центрифуг можно провести по каталогу, представленному в приложении 2.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие сооружения применяются для механической очистки сточных вод?

2.Приведите классификацию отстойников. В чем их принципиальные отличия?

3.Какие основные факторы и параметры необходимо учитывать при проектировании отстойников?

4.Для каких целей используются песколовки? Рассмотрите классификацию песколовок.

5.От каких параметров зависит длина песколовки?

6.Рассмотрите принцип работы барабанного фильтра.

7.Принцип действия гидроциклона.

8.Приведитеклассификацию фильтров ифильтрующихматериалов.

9.Приведите примеры фильтров поверхностного действия.

10.Какие исходные данные необходимы для расчета дискового фильтра?

11.Какие виды загрузок используются в засыпных объемных фильтрах?

12.Каковы основы расчета засыпных объемных фильтров?

13.Рассмотрите принцип работы декантера.

14.От каких показателей зависит производительности центрифуги по фугату.

11.2. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Для очистки сточных вод от ПАВ и эмульгированных и коллоидных примесей, растворенных органических и неорганических соединений СВ в зависимости от концентрации загрязняющих веществ в настоящее время применяются различные физико-химические методы: коагуляция, электрокоагуляция, флокуляция, флотация, электрофлотация, адсорбция, ионный обмен, ультрафильтрацию и обратный осмос.

232

Физико-химические методы очистки сточных вод обладают рядом преимуществ:

–возможность удаления из сточных вод токсичных, биохимически неокисляемых органических загрязнений;

–достижение более глубокой и стабильной степени очистки;

–меньшие размеры очистных сооружений;

–меньшая чувствительность к изменениям нагрузок;

–возможность полной автоматизации;

–более глубокая изученность кинетики некоторых процессов, а также вопросов моделирования, математического описания и оптимизации, позволяющие осуществить выборирасчет аппаратуры;

–методы не связаны с контролем деятельности живых организмов;

–возможность рекуперации различных веществ.

Выбор того или иного метода очистки (или нескольких методов) осуществляется с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемых к очищенным производственным сточным водам с целью дальнейшего их использования, а также с учетом объема сточных вод

иконцентрации загрязнений в них, наличия необходимых материальных

иэнергетических ресурсов и экономических показателей процесса.

Для очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов, жиров, окрашенных примесей, высокомолекулярных соединений, ПАВ в практике водоочистки применяют методы коагуляции, флокуляции, флотации и ультрафильтрации, для глубокой очистки – сорбцию с использованием в качестве сорбентов активированных углей (АУ).

Для глубокой очистки сточных вод от ионных примесей используют методы ионного обмена и обратного осмоса.

11.2.1. Расчет сооружений для коагуляции и флокуляции

Методы коагуляционной и флокуляционной очистки сточных вод от мелкодисперсных, эмульгированных, коллоидных и окрашенных примесей основаны на агрегировании частиц дисперсной фазы СВ под действием реагентов с последующим их удалением из воды механическим отстаиванием.

Коагуляция основана на снижении агрегативной устойчивости коллоидных систем путем введения в СВ электролитов.

Агрегативная устойчивость коллоидных систем обусловлена их строением. Обладая большой удельной поверхностью, коллоидные частицы способны адсорбировать из воды ионы, вследствие чего соприка-

233

сающиеся фазы приобретают заряды противоположного знака, но равные по величине. В результате на поверхности возникает двойной электрический слой. Ионы, относительно прочно связанные с дисперсной твердой фазой, называют потенциалопределяющими. Они нейтрализуются избытком противоионов.

Строение мицеллы представлено на рис. 11.14.

III

II

I

Рис. 11.14. Строение мицеллы: I – ядро мицеллы;

II– адсорбционный слой; (I–II – гранула); III – диффузионный слой; IV – гидратная оболочка

Разность потенциалов между адсорбционным и диффузным слоями противоионов называется электрокинетическим ζ-потенциалом. Чем больше величина ζ-потенциала, тем более устойчива частица.

Снизить агрегативную устойчивость дисперсных систем, величину ζ-потенциала возможно воздействием на систему физических факторов (температура, магнитная обработка, ультразвука и т.п.), введением электролитов – ионов, заряд которых противоположен заряду потенциалопределяющего иона мицеллы.

Впрактике очистки сточных вод используется одир из вариантов коагуляции электролитами – гетерокоагуляция – взаимная коагуляция разнородных дисперсных систем.

Вкачестве коагулянтов обычно используют сульфат алюминия или глинозем (АL2(SO4)3·18H2O), оксихлорид алюминия, сульфат железа (II) или (III), хлорид железа (III), а также карбонат кальция, гидроксид магния, фосфат кальция и др.

234

При растворении коагулянты гидролизуются. Например, гидролиз сульфата алюминия протекает по следующим стадиям:

A13+ + H2O = A1(OH)2+ + H+,

Аl(ОH)2+ + Н2O = Аl(ОH)2+ + H+,

Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)з + H+,

Alз+ + 3H20 = Al(OH)з + 3H+.

При гидролизе солей алюминия или железа в зависимости от рН среды могут образовываться также следующие соединения:

–катионного типа – Аl2(ОH)24+, Аl2(ОH)5+, Аl6(ОH)153+, Аl8(ОH)204+, Fе(ОН)+2, Fе2(ОН)4+2, Fе(ОН)2+;

–анионного типа – Аl(ОH)4– , Fе(Н2О)2(ОН)4– .

Эффективность очистки воды коагуляцией зависит от многих факторов: рН среды, щелочности, дозы коагулянта, состава сточной воды, перемешивания.

Значения оптимальных значений рН при очистке сточных вод коагуляцией составляют:

Оптимальная доза коагулянта, как правило, подбирается экспериментально пробным коагулированием воды.

Доза коагулянта для обесцвечивания высокоцветных вод ориентировочно может быть определена по формуле:

D = 4 Ц ,

где D – доза сульфата алюминия, мг/л; Ц – цветность воды по хроматокобальтовой шкале, Ц°.

Для ускорения процесса коагулирования, хлопьеобразования и повышения его эффективности используют флокулянты – высокомолекулярные вещества – полиэлектролиты.

Механизм действия флокулянтов заключается в их адсорбции на нескольких скоагулированных частицах с образованием полимерных мостиков, связывающих частицы между собой, образуя крупные быстрорастущие хлопья. Флокулирующими свойствами обладают высокомолекулярные соединения (ВМС).

В качестве флокулянтов для очистки природных и сточных вод от окрашенных и коллоидных частиц используют анионные полиэлектро-

235

литы, содержащие группы – СООН, –SO 3Н, – ОН (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, лигносульфонаты, полиакриламид, праестолы – высокомолекулярные соединения на основе полиакриламида и др.), катионные – полимеры, содержащие группы –N Н2, = NН (полиэтиленимин, сополимеры винилпиридина), амфотерные, содержащие катионные и анионные группы (гидролизованный полиакриламид).

Анионные флокулянты способны закрепляться на поверхности частиц с помощью водородных связей и химического взаимодействия анионов с катионами, находящимися на поверхности частиц. Катионные полиэлектролиты способны закрепляться благодаря нейтрализации отрицательного заряда частиц.

Технология очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией включает следующие процессы: приготовление водных растворов коагулянта и флокулянта, их дозирование, смешение растворов со сточной водой, хлопьеобразование и выделение хлопьев из воды (отстаивание).

Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в смесителях. Применяют перегородчатые, дырчатые, а также механические смесители с пропеллерными или лопастными мешалками.

Процесс хлопьеобразования осуществляют в сооружениях смешения. В практике очистки сточных вод применяют следующие типы камер: перегородчатые, водоворотные, с механическим перемешиванием.

Перегородчатые камеры могут быть горизонтальными и вертикальными. В горизонтальной камере (рис. 11.15, а) сточная вода протекает по нескольким последовательно соединенным коридорам. Перемешивание осуществляется за счет восьми-десяти поворотов. Скорость движения воды 0,2–0,3 м/с. Общее время обработки 20–30 мин.

Водоворотная камера хлопьеобразования представляет собой цилиндр, в верхнюю часть которого из смесителя вводится сточная вода через диаметрально расположенные сопла с противоположным направлением выхода струи. При скорости выпуска воды из сопел 2–3 м/с в камере поддерживается вращательное движение. В нижней части камеры перед выходомв отстойникнаходятся гасители вращательного движения воды.

Вихревая камера хлопьеобразования (рис. 11.15, б) представляет собой конический или цилиндрический расширяющийся кверху резервуар с нижним отводом сточной воды. Угол наклона стенок камеры к горизонту около 70°. В камерах хлопьеобразования, оборудованных лопастными мешалками, продолжительность пребывания воды – 20–30 мин, а скорость движения воды 0,15–0,2 м/с.

236

При непрерывном коагулировании (см. рис. 11.16, а) раствор коагулянта непрерывно подают в смеситель со сточной водой. В этом случае эффективность очистки будет зависеть от системы управления процессом, так как на процесс будет оказывать влияние изменяющийся состав сточной воды.

Рециркуляция части скоагулированных примесей и осадка (см. рис. 11.16, б) cпособствует ускорению процесса и образованию более плотных хлопьев.

Введение реагентов в небольшой объем очищаемой воды, а затем смешение с остальной частью интенсифицируют и стабилизируют процесс коагуляции (см. рис. 11.16, в).

Сооружения для очистки сточных вод коагуляцией включают: реагентное хозяйство для приготовления и хранения раствора коагулянта, смеситель, камеру хлопьеобразования и отстойник.

Расчет сооружений

Реагентное хозяйство. Для приготовления и хранения раствора коагулянта нашли применение следующие схемы.

Схема 1 – сухое хранение. Согласно данной схеме коагулянт хранят на складе в сухом виде. По мере необходимости его загружают в растворные баки, где происходит растворение коагулянта до концентрации раствора 10–17 %. Далее раствор коагулянта подают в расходные баки, где разбавляется до концентрации 4–10 % и дозируется в обрабатываемую воду. Данная схема рекомендуется для станции очистки производительностью менее 50 000 м3/сут.

Данный способ применяется при небольшом расходе коагулянта и максимальной механизации погрузочно-разгрузочных работ по доставке реагента в растворные баки.

Схема 2 – мокрое хранение. По данной схеме коагулянт, доставляемый на станцию, загружают в растворные баки. При растворении коагулянта водой получают его раствор концентрацией 20–25 %. Отстоянный раствор сливают в баки-хранилища, располагаемые, как правило, под полом растворных баков. Из баков-хранилищ крепкий раствор по мере необходимости перекачивают в расходные баки, где его разбавляют до концентрации 4–10 % и дозируют в обрабатываемую воду. Данная схема рекомендуется для станций очистки производительностью более 50 000 м3/сут.

238

Недостаток мокрого хранения – его большая стоимость. Поэтому он применятся при большом расходе коагулянта.

Схема 3 – смешанное, сухомокрое хранение. Согласно данной схеме необходимый запас коагулянта хранится в растворных баках в сухом виде (навалом). По мере необходимости в эти баки добавляют воду и готовят раствор коагулянта концентрацией 20–35 %. Затем концентрированный раствор перекачивают в расходные баки, где разбавляют до концентрации 4–10 % и дозируют в обрабатываемую воду. Данная схема рекомендуется для станций с любой производительностью.

Необходимо учесть, что при использовании в качестве коагулянта сернокислого алюминия возможно применение любой из схем; при использовании хлорного железа или железного купороса, которые поставляют на станцию в бочках, применяют только сухой способ.

Порядок расчёта оборудования для приготовления, хранения и дозирования коагулянта следующий (в соответствии со СНиП Водоснаб-

жение. Наружные сети и сооружения).

Схема 1 – сухое хранение.

1) Определяют суточный расход коагулянта (т/сут) по формуле:

Gк = Dк Qсут ,

10 000Pi

где Qсут – суточная производительность станции, м3/сут, Qсут

Рi – содержание безводного продукта в товарном коагулянте, для очищенного сернокислого алюминия Рi = 40,3 %; для неочищенного Рi = 33,5 %; для хлорного железа Рi = 98 %; для железного купороса Рi = 53 % (марки А)

иРi = 47 % (маркиБ); Dk – доза коагулянта.

2)Площадь склада для хранения коагулянта (м2) определяют по формуле:

где Т – продолжительность хранения коагулянта на складе, Т = 15…30 сут; а– коэффициент, учитывающий дополнительные площади проходов на складе, а = 1,15; G0 – объёмный вес коагулянта при загрузке склада навалом, G0 = 1,1 т/м3; hк – допустимая высота слоя коагулянта на складе, для сернокислого алюминия ижелезногокупороса hк = 2 м.

В зависимости от площади принимают размеры склада в плане.

239

3) Определяют объём растворных баков, м3:

где q – часовой расход воды, поступающий на очистку, м3/ч, q = Qполн/24; Т – время, на которое заготавливают коагулянт, Т = 12…24 ч для станции

производительностью до 10 000 м3/сут; Т = 10…12 ч для станции производительностью более 10 000 м3/сут; bр – концентрация коагулянта в растворном баке, bр = 10…17 % для неочищенного коагулянта, bр = 10 − 20 % для очищенного; γ – объёмный вес коагулянта, γ = 1 т/м3.

Количество растворных баков должно быть не менее трёх. Размеры баков назначают конструктивно, исходя из объёма и условий компоновки. Рекомендуется высоту слоя коагулянта принимать в пределах 1–2 м. При применении кускового коагулянта в баках устанавливают колосниковые решётки с прозорами 10–15 мм. Если используется порошкообразный реагент, то на решётку укладывается сетка с отверстиями 1–2 мм. Стенки растворного бака ниже колосниковой решётки выполняют наклонными под углом 45–50° к горизонту. Для опорожнения бака предусматривают трубопровод диаметром не менее 150 мм. Объём подколос-

никовой части не входит в объём Wраств.

4) Определяют объём расходных баков, м3:

где bр – концентрация коагулянта в расходном баке, bр = 4…12 %. Количество расходных баков должно быть не менее двух. Размеры

бака назначают конструктивно. Дно бака имеет уклон не менее 0,010. Для опорожнения бака предусматривают сбросной трубопровод диаметром не менее 100 мм. Строительная высота растворных и расходных баков принимается на 0,3–0,5 м более высоты раствора коагулянта.

5)Для перекачки раствора коагулянта используют кислотостойкие

насосы.

6)Для интенсификации процессов растворения коагулянта в растворных и разбавления раствора в расходных баках предусматривают подачу сжатого воздуха.

Производительность воздуходувки определяется, исходя из площади растворных и расходных баков, и интенсивности подачи воздуха.

240