Анализ устройства системы очистки воды с расчетом параметров отстойника непрерывного действия производительностью 86 т/ч

    Осадок  из отстойников удаляется под  гидростатическим давлением и с помощью различных механизмов (скребков, насосов, элеваторов и др.).

    Основными преимуществами горизонтальных отстойников 

    являются: малая глубина, хороший эффект очистки, возможность использования одного сгребающего устройства для нескольких отделений. К недостаткам их относится необходимость применения большего числа отстойников вследствие ограниченной ширины.

    3.1 Радиальные отстойники

    По  сравнению с горизонтальными  радиальные отстойники имеют ряд  преимуществ: простота и надежность эксплуатации, экономичность, возможность строительства сооружений большой производительности. Недостаток: наличие фермы со скребками.

    Радиальные  отстойники бывают: с центральным  впуском, с периферийным впуском, с  вращающимися сборно-распределительными устройствами.

    

    Рис. 3. Первичный радиальный отстойник

    1 - подводящая труба; 2- полупогружной  кожух распределительного устройства;3 - илоскребки.

    Все радиальные отстойники оборудованы  илоскребками, сдвигающими выпадающий осадок к приемнику, расположенному в центре. Из него осадок удаляют насосами. Частота вращения скребков 0,8 - 3 оборота в час.

    Для радиальных отстойников обязательно  соблюдение соотношения D/H = 6 - 12. Отсюда при средних рекомендуемых параметрах D/H=10, H » 3 м. Время пребывания воды t = 1,25 ч. Скорость движения воды на половине радиуса v =3,3 мм/с. Так как диаметр отстойника определяется без учета глубины, то при расчете вначале принимают глубину H, а затем определяют u₀ и D. Если при этом D/H будет отличаться от рекомендуемых, то расчет повторяют при другом Н. Типовые размеры радиальных отстойников: 18, 24, 30, 40 [6]. 
 

                                           4. Вертикальные отстойники 
 

    Вертикальный  отстойник представляет собой круглый  в плане резервуар с коническим днищем.

    

    Рис.4

    Сточная вода подводится к центральной трубе  и спускается по ней вниз. При  выходе из нижней части центральной  трубы она меняет направление  движения и медленно поднимается  вверх к сливному желобу. При этом из сточной воды выпадают грубодисперсные примеси, плотность которых больше плотности сточной воды. Для лучшего распределения воды по всему сечению отстойника и предотвращения взмучивания осадка опускающейся водой центральную трубу делают с раструбом, ниже которого устанавливают отражательный щит.

    Каждая  частица нерастворенных примесей, поступившая  в отстойник, стремится двигаться  вместе со слоем воды вверх с той  же скоростью V, с какой движется вода; в то же время под действием силы тяжести она стремится вниз со скоростью и₀, зависящей от размера и формы частиц, их плотности и вязкости жидкости.

    Сточная вода содержит механические примеси  различной гидравлической крупности, поэтому при протоке ее в отстойнике с какой-либо постоянной скоростью v частицы этих примесей будут занимать самые различные положения. Одни из них (при u₀>v) быстро осаждаются на дно отстойника, другие (с u₀ = v) находятся во взвешенном состоянии, третьи (с u₀<iv) увлекаются вверх. Последние на своем пути встречают зону воды с массой взвешенных частиц, так называемый взвешенный слой. Проходя его и сталкиваясь с более крупными частицами, мельчайшие частицы укрупняются, что способствует их осаждению.

    Для бытовых сточных вод величину v принимают равной 0,7 мм/с. Продолжительность отстаивания зависит от требуемой степени осветления сточных вод и принимается в пределах от 30 мин (перед полями фильтрации) до 1,5 ч (перед аэротенками и биофильтрами).

    Уровень воды в отстойнике определяется гребнем переливного (сборного) желоба, в который поступает отстоенная вода. Отсюда она направляется на последующую очистку. Взвешенные вещества, выделившиеся из сточной воды, образуют осадок (примерно 0,8 л/сутки по расчету на одного жителя), скапливающийся в иловой части отстойника, вместимость которой рассчитывают на двухсуточный объем осадка.

    Осадок  из вертикальных отстойников удаляют  под действием гидростатического  давления через иловую трубу диаметром 200 мм, выпуск которой расположен на 1,5—2 м ниже уровня воды в отстойнике. Влажность осадка 95%.

    Вертикальные  отстойники имеют преимущества по сравнению  с горизонтальными; к числу их относятся удобство удаления осадка и меньшая площадь, занимаемая сооружением. Однако они имеют и ряд недостатков, из которых можно отметить:

      а) большую глубину, что повышает  стоимость их строительства, особенно  при наличии грунтовых вод;

      б) ограниченную пропускную способность,  так как диаметр их не превышает 9 м [7]. 

    5. Тонкослойные отстойники 

    

    Рис.5 Отстойник, оборудованного тонкослойными блоками, работающий по противоточной схеме удаления примесей.

    а - тяжелых примесей; б - легких примесей (масла, нефтепродукты и т. п.)  
 

    Тонкослойные  отстойники представляют собой открытые и закрытые резервуары. Как и обычные отстойники, они имеют водораспределительную, отстойную и водосборную зоны, а также зону накопления осадка. Отстойная зона полочными секциями или трубчатыми элементами делится на ряд неглубоких слоев (до 15 см). Полочные секции монтируются из плоских или волнистых пластин, удобных в эксплуатации. Трубчатые секции характеризуются большей жесткостью конструкции, обеспечивающей постоянство размеров по всей длине. Они могут работать с более высокими скоростями, чем полочные секции, но быстрее заиливаются осадками, труднее поддаются очистке и требуют повышенного расхода материалов.

    Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные позволяет повысить их производительность в 2—4 раза.

    Для осаждения взвешенных веществ из воды в тонком слое как у нас  в стране, так и за рубежом предложено большое число тонкослойных отстойников различных конструкций.. Основные схемы взаимного движения воды и выделенного осадка следующие: перекрестная схема — когда выделенный осадок движется перпендикулярно движению рабочего потока жидкости; противоточная схема — выделенный осадок удаляется в направлении, противоположном движению рабочего потока; прямоточная схема — направление движения   осадка совпадает   с направлением водного потока.

    Наиболее  рациональной конструкцией тонкослойного отстойника следует считать отстойник с противоточной схемой движения фаз, снабженный пропорциональным распределительным устройством.

    Эти отстойники следует применять для  очистки сточных вод, содержащих в основном оседающие примеси. Благодаря  движению воды в наклонных секциях снизу вверх создаются благоприятные условия для осаждения взвешенных веществ по более короткой траектории.

    Осадок  непрерывно сползает против движения воды и осаждается в иловый приямок, из которого периодически удаляется  через иловую трубу. Всплывшие вещества собираются в пазухе между секциями и удаляются погружающимся лотком. Плавающие вещества для сокращения объема воды, удаляемой с ними, подгоняются к лотку воздушными струями. Воздух подают перфорированные трубы, расположенные по периферии отстойника.

    Гидравлический  режим работы отстойников в значительной степени влияет на эффект их работы. Чем совершеннее конструкция  отстойника, тем выше эффективность  задержания взвешенных веществ. Совершенство конструкций связано с условиями  входа воды в отстойник, т. е. со скоростью входа воды и величиной заглубления кожуха в радиальном или распределительной перегородки в горизонтальном отстойнике. Гидравлический режим работы оценивается по коэффициентам объемного использования и полезного действия отстойников.

    Коэффициент объемного использования отстойника определяется измерением скоростей  течения воды по всей глубине отстойной  зоны (в нескольких сечениях) и установлением  активной зоны, а коэффициент полезного  действия — как отношение эффекта  осветления в натурном отстойнике к эффекту осветления на модели (в покое) при равной продолжительности отстаивания [8].

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчётная часть

   Исходные  данные:

 
 
 
 
 

   Определяем  скорость осаждения Wос (м/с) шарообразных частиц .

   Чтобы определить диаметр отстойника, надо вычислить необходимую площадь  осаждения, для чего предварительно находим скорость осаждения:

     Wос = [ d²(ρ-ρс)g] / 18µс

     где d – диаметр шарообразной частицы, м;

ρ - плотность частицы, кг/м³;

ρс - плотность жидкой среды, кг/м³;

µс - динамический коэффициент вязкости среды (в нашем  случае – воды) Па * с.  

      Wос = [(5*10^-6)² * (2650-1000)* 9,81]/18*1,005*10^-3 = [5² *10^-12 *1650*9,81]/18*1,005*10^-3 = [25*10^-9*16186,5]/18,09 ≈ 0,00002 м/с

Определяем  режим осаждения по значению числа Рейнольдса:

Проверим  значение критерия Рейнольдса:

      Re =[ Wос* d* ρс]/ µс

      Re = [2*10^-5*5*10^-6*10³]/1,005*10^-3 = [10*10^-5]/1,005 = 0,0009 < 0,2

Значит  режим осаждения ламинарный и  средняя скорость стесненного осаждения многих частиц (действительная скорость осаждения) :

      Wсо = 0,5*Woc = 0,5*2*10^-5 = 10^-5 м/с

 Рассчитываем площадь (поверхность) осаждения: 

Fос = 1,3*[G*(1-C_н/С_к)]/ [ ρс* Wсо]

где: 1,3 – коэффициент запаса поверхности, учитывающий неравномерность распределения исходной суспензии по всей площади осаждения, вихреобразование и другие факторы производственных условий;

G - массовый расход исходной суспензии, кг/с;

ρс - плотность осветленной жидкости, кг/м³;

Wсо - скорость осаждения частиц суспензии, м/с;

C_н,С_к – удельное содержание твердых частиц соответственно в исходной смеси и осадке, массовые доли, кг тв. частиц / кг системы.

Fос=1,3*[ 86*10³*(1-0,04/0,55)]/[3600*10³*10^-5] = 1,3*[79747,8/36] =

=2879,78 м²

Диаметр отстойника:

D = √2879,78/0,785 = 68,361 м

Расчитываем V:

V = G/ ρвх

где – массовый расход суспензии, поступающий в отстойник, кг/с;

      ρвх - плотность суспензии на входе в отстойник, кг/м³