книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

Распределение воздуха по площади бака осуществляется при помощи дырчатых винипластовых труб или кислотостойких шлангов, которые укладываются в растворных баках под колосниковой решёткой, в расходных – по дну. Расстояние между трубами (шлангами) принимают 100–500 мм. Определяют диаметр трубопровода, подводящего воздух в баки, диаметр и количество ответвлений, количество направленных вниз отверстий, расположенных на ответвлениях. При этом руководствуются следующими данными: скорость движения воздуха в трубопроводе и ответвлениях 10–15 м/с, скорость выхода воздуха из отверстий 20–30 м/с, диаметр отверстий 3–4 мм.

Схема 2 – мокрое хранение.

1) Определяют суточный расход коагулянта по формуле (3.31).

В зависимости от суточного расхода коагулянта принимают объём разовой поставки коагулянта железнодорожным транспортом. При производительности станции до 12 500 м3/сут объём разовой поставки рекомендуется принимать 60 т (один вагон); при производительности

20 000–50 000 м3/сут – 120 т; 70 000–100 000 м3/сут – 180 т; 140 000–

200000 м3/сут и выше – 240 т.

2)Определяют объём растворных баков по формуле

где х– ёмкость бака на 1 т товарного коагулянта, х = 2,2 м3 для 1 т очищенного коагулянта; х = 2,5 м3 для 1 т неочищенного коагулянта; 60 – грузоподъёмность одного вагона; N – количество вагонов с коагулянтом, одновременнопоступающих настанциюочистки.

Принимают количество растворных баков по числу поступающих вагонов, но не менее четырёх. Назначают размер бака конструктивно, исходя из объёма. Глубину слоя раствора коагулянта над колосниковой решёткой допускается принимать 3,0–3,5 м. Концентрацию раствора коагулянта в растворных баках принимают 20–25 %.

3) Определяют объём баков-хранилищ:

что к моменту разгрузки новой партии коагулянта в баках-хранилищах должен содержаться 10-дневный запас раствора коагулянта.

241

Определяют количество баков-хранилищ и размеры одного бака. Глубину слоя раствора коагулянта допускается принимать 3,0–3,5 м.

Схема 3 – смешанное, сухомокрое хранение.

Порядок расчёта аналогичен схеме 2 – мокрое хранение, при этом необходимо учесть следующее.

Полезный объём растворных баков определяется, исходя из срока хранения в них коагулянта в течение 30 сут. Объём растворных баков (м3) должен быть не менее величины, установленной по следующей формуле:

где П – грузоподъёмность вагона (60 т) или автосамосвала (П = 3…5 т); N – количество вагонов или автосамосвалов, поступающих с коагулянтом на станцию; γ– удельный вес раствора коагулянта, γ = 1 т/м3; bр – концентрация раствора коагулянта, %; при bр = 20 % γ = 1,2 т/м3; bр = 35 % γ = 1,35 т/м3; Т – время, на которое необходимо иметь запас коагулянта на станции при поступлении новой партии, сут; Т = 10 сут при доставке коагулянта железнодорожным транспортом; Т = 2…3 сут при доставке коагулянта автотранспортом.

В схему приготовления коагулянта входят растворные и расходные баки.

Выбор и расчёт смесителя

Выбор типа смесителя зависит от производительности станции, компоновки сооружений, вида используемых реагентов и т.д.

Для смешения с водой реагентов в виде суспензий (например, известкового молока, используемого при подщелачивании) рекомендуется применять вихревые смесители.

Порядок расчёта вихревого смесителя следующий:

1) Определяют необходимое количество смесителей:

грузка на один смеситель, qсм = 1200…1500 м3/ч.

Принимают количество смесителей не менее двух. Уточняют нагрузку на один смеситель.

242

2) Площадь горизонтального сечения верхней части смесителя определяют как

Рекомендуемая площадь смесителя не более 20–25 м2. Задаваясь формой смесителя в плане, определяют его размеры. Для смесителя, круглого в плане,

Расчёт камеры хлопьеобразования

Ёмкость камеры хлопьеобразования рассчитывается, исходя из времени пребывания в ней, 6–30 мин в зависимости от типа и конструкции камеры.

Интенсивность перемешивания воды в камерах не должна быть слишком большой, а отвод воды из камер в отстойники должен осуществляться так, чтобы не разрушились сформировавшиеся хлопья.

По принципу действия камеры хлопьеобразования делятся на гидравлические и механические (флокуляторы).

243

К гидравлическим камерам относятся: водоворотные, перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем взвешенного осадка.

В вертикальных отстойниках следует устраивать водоворотные камеры, в горизонтальных – перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем взвешенного осадка, лопастные. Все камеры, кроме перегородчатых, устраивают встроенными в отстойники. Перегородчатые камеры могут быть как выносными, так и встроенными.

Порядок расчёта камеры хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка следующий:

1) Определяют площадь одной камеры хлопьеобразования в плане по формуле

где qго – расход воды, поступающей в горизонтальные отстойники, м3/ч; Vкх – скорость восходящего потока воды в верхнем сечении камеры

Принимают ширину камеры хлопьеобразования bкх равной ширине секции отстойника, и рассчитывают длину камеры lкх.

Расстояние между перегородками в камере хлопьеобразования lпер = 3…4 м. Исходя из этого, находят количество перегородок:

Распределение воды в камере хлопьеобразования следует предусматривать за счет перфорированных труб с отверстиями, направленными вниз под углом 45°. В каждой камере размещают 2–4 перфорированные трубы на расстоянии не более 2 м, расстояние от стенки камеры до трубы – не более 1 м.

2) Определяют расход на каждую трубу по формуле

где nтр – количество перфорированных труб в одной камере хлопьеобразования.

3) Определяют диаметр перфорированный трубы, исходя из рас-

хода qтр и Vвх = 0,5…0,6 м/с.

244

Принимают стандартный диаметр, и уточняют скорость входа воды в перфорированную трубу.

Площадь отверстий в стенках перфорированной трубы должна составлять 30–40 % площади её поперечного сечения. Диаметр отверстий принимают не менее 25 мм. Устанавливают необходимое количество отверстий и шаг между отверстиями.

Время пребывания воды в камере хлопьеобразования находят по формуле

Vкх

Время пребывания в камере должно составлять не менее 20 минут. Камера хлопьеобразования оборудуется трубопроводом для опо-

рожнения диаметром не менее 150 мм.

11.2.2. Флотаторы

Флотация применяется для удаления из сточных вод нефтепродуктов, жиров, поверхностно-активных веществ, волокон минеральной ваты, асбеста, шерсти и других нерастворимых в воде веществ с развитой поверхностью и мало отличающихся от воды по плотности. Флотационная очистка сточных вод обычно следует после извлечения из них осаждающихся и всплывающих примесей в нефтеловушках, отстойниках и производится во флотаторах.

Вода, прошедшая через флотаторы, может быть использована в системе оборотного водоснабжения предприятий или направлена на дальнейшую очистку от растворенных загрязнений.

Сущность процесса флотации состоит в адсорбции несмачиваемых и эмульгированных примесей на поверхности пузырьков воздуха или газа, диспергированных в объем СВ, и всплывании их на поверхность.

Эффективность процесса зависит от смачиваемости поверхности частицы, ее плотности, размера пузырьков и их количества. Чем выше степень гидрофобности частицы, которая характеризуется величиной краевого угла смачивания, тем выше способность ее прилипания к пузырьку.

Оптимальным размером воздушных пузырьков считается 15–30 мкм. Следует отметить, что флотационная очистка протекает достаточно успешно иприкрупностипузырьковвоздухадо100 мкм.

245

Применяют различные способы диспергирования воздуха при флотации сточных вод: механическое диспергирование турбинкой насосного типа, продувание воздуха через мелкопористые материалы (фильтросные пластины), насыщение сточной воды воздухом при изменении давления (напорная флотация). Практическое применение получили флотационные установки двух типов, отличающихся способом диспергирования воздуха: первый тип – импеллерная флотация с механическим диспергированием воздуха турбинкой насосного типа; второй тип – диспергирование путем изменения давления (напорная флотация).

Флотационные камеры-флотаторы могут быть разнообразных форм (круглые или прямоугольные в плане) и конструкций с горизонтальным и радиальным направлением движения воды. Наиболее широко используют флотаторы с горизонтальным движением воды. Они могут иметь в плане квадратную и прямоугольную формы. Длина камеры может быть в пределах 3–9 м, ширина – до 6 м, отношение ширины к длине – 2/3–1/3. Глубина слоя воды во флотаторе должна быть

1,5–2,5 м.

Импеллерная флотация

Флотационная установка с диспергированием воздуха импеллером состоит из флотационной машины, применяемой для очистки сточных вод от нефтепродуктов (рис. 11.17). Сточная вода из приемного кармана поступает к импеллеру. Воздух засасывается им по специальной трубе. Над импеллером расположен статор в виде диска с отверстиями для внутренней циркуляции воды.

Импеллер перемешивает воду и воздух и эту смесь выбрасывает из статора. Решетки, расположенные вокруг статора, способствуют более мелкому диспергированию воздуха в воде. Отстаивание пузырьков воздуха происходит над решеткой. Пена, содержащая нефтепродукты, удаляется лопастным пеноснимателем. Из первой камеры вода поступает во вторую такой же конструкции, в которой происходит дополнительная очистка сточной воды. Удаление пены из флотатора производят либо кратковременным подъемом уровня воды с отводом ее через подвесные лотки, расположенные равномерно по площади камеры, либо с помощью специальных механизмов, перемещающих пену к сборным лоткам. Потери воды при сбросе пены принимают 1–1,5 % от расхода обрабатываемой воды.

246

Первый способ обеспечивает полное насыщение воды воздухом, но требует перекачки всего ее количества; второй позволяет использовать насос меньшей производительности; кроме того, при рециркуляции уменьшается объем напорного резервуара. Смешение рециркулируемой и неочищенной воды производится перед отстойной флотационной камерой при атмосферном давлении.

В России и за рубежом находят применение оба способа введения воздуха, хотя второй из них менее эффективен по полноте извлечения примесей и в меньшей степени удовлетворяет санитарным требованиям.

Подача воздуха в воду производится через всасывающий или напорный трубопровод перекачивающего насоса. В первом случае воздух засасывается эжектором, во втором – нагнетается компрессором.

Напорная флотационная установка включает сборные резервуары для сточной воды, насосно-эжекторную или компрессорную станцию, напорный резервуар и флотационную (отстойную) камеру с оборудованием для удаления всплывающей массы загрязнений в случаях предварительной коагуляции сточных вод; кроме того, предусматривается реагентная установка со складом реагента.

Сточная вода из сборного резервуара центробежным насосом подается в напорный контактный резервуар, в котором поддерживается давление до 0,3–0,4 МПа. Здесь в течение 3 мин происходит растворение воздуха в воде в количестве 0,04–0,05 м3 на 1 м3 воды.

Объем воздуха, эжектируемого во всасывающий трубопровод насоса, составляет около 5 % от объема очищенной воды. Одновременно с воздухом во всасывающий трубопровод подаются растворы реагентов, если производится коагуляция сточных вод.

Насыщенная воздухом вода выпускается из напорного резервуара

вфлотационную камеру. Здесь выделившиеся пузырьки воздуха всплывают вместе с захваченными ими частицами взвешенных веществ. Флотационная камера рассчитывается на пребывание в ней сточной воды

втечение 20 мин. Всплывающая масса удаляется непрерывно движущимися скребками в сборные резервуары.

Недостатком напорной флотации является несколько большая продолжительность процесса, чем при импеллерном способе, что объясняется меньшим количеством выделяющегося воздуха. Однако при напорной флотации можно получить более мелкие пузырьки воздуха и достичь большей эффективности очистки сточных вод, особенно от тонкодиспергированных примесей.

248

Напорная флотация эффективно применяется для извлечения из сточных вод нефти и нефтепродуктов, животных и растительных масел и жиров, волокнистых веществ, отходов от проката алюминия и т.п.

Эффективность флотации зависит от рН среды, температуры сточных вод и интенсивности подачи воздуха. Оптимальное значение рН определяется экспериментальным путем.

Более высокая степень очистки достигается при применении реагентов (хлорида железа, сульфата алюминия и др.) и с использованием флокулирующих веществ, особенно при очистке сточной воды от эмульгированных нефтепродуктов, масел и жиров.

Сочетание флокуляции и флотации применяется для удаления гидроксидов металлов в металлообрабатывающей промышленности, извлечения жиров в пищевой промышленности, извлечения волокон в целлюлозной и нефтепродуктов в нефтяной промышленности.

Технология напорной реагентной флотации состоит из следующих основных операций: интенсивного перемешивания СВ с реагентом при оптимальном значении рН в течение 20 мин; флотации загрязнений во флотационной камере или машине, куда одновременно подается вода в количестве 5–10 % от общего расхода сточных вод, перенасыщенная воздухом. Образующиеся пузырьки воздуха флотируют хлопья коагулянтов совместно со взвешенными веществами на поверхность воды. Время пребывания сточных вод во флотационной камере 15 мин. Остаточная концентрация коагулянтов в воде 0,2–0,3 мг/л.

Опыты с добавлением глинозема показали, что при содержании нефтепродуктов 120–150 мг/л безреагентная флотация снимает до 85–92 % эфирорастворимых веществ и 68 % БПК5; флотация с добавлением реагентов увеличивает эффективность до 94–97 % по эфирорастворимым и 79–81 % по БПК5. На рис. 11.18 представлена схема установки напорногофлотатора.

Очищаемая вода, смешанная при необходимости с реагентами, подается в распределительную камеру, расположенную в центре флотатора. В эту же камеру подается осветленная рециркуляционная вода (розовый цвет), прошедшая через камеру насыщения воздухом (обозначена пунктирной линией). Образовавшиеся флокулы равномерно распределяются по ширине ванны через распределительный канал (желтый цвет). Сфлотировавшие частицы загрязнений собираются с поверхности спиральным сборником флотошлама. Несфлотировавший осадок собирается доннымскребком вприямок(коричневый цвет). Время пребывания

249