Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И ГЕОИНФОРМАТИКИ

Кафедра «Промышленной экологии»

Предмет: Экобиозащитные технологии

Курсовая работа на тему

«Механические методы очистки сточных вод»

Студент_______________Рахматуллина Л.Р.

Гр. ООСз-03 код 401043001

Руководитель______________Воробьева С.В.

Тюмень, 2008

Содержание

СООРУЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Песколовки

Динамические отстойники.

Гидроциклоны

Фильтрование сточных вод.

СООРУЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Сточные воды от механических примесей очищают методами процеживания, отстаивания, отделения механических частиц в поле действия центробежных сил и фильтрования.

Процеживание -- первичная стадия обработки стоков; предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования.

С этой целью на пути движения сточных вод устанавливают разнообразные решетки, сетки и сита, которые могут быть подвижными или неподвижными; нередко их совмещают с дробилками для измельчения загрязнений. очистка сточный вода примесь

Решетки изготавливают из металлических стержней с зазором между ними, равным 5...25 мм, и устанавливают их в коллекторах сточных вод вертикально или под углом 60...70° к горизонту. Размеры поперечного сечения решеток выбирают из условия минимальных потерь давления потока на решетке. Скорость сточной воды в зазоре между стержнями решетки не должна превышать 0,8...1,0 м/с при максимальном расходе сточных вод. Расчет решеток сводится к определению числа прозоров решетки, ее ширины и потерь напора сточной воды на решетке.

Решетки, как правило, очищают механическим путем, и лишь при количествах задерживаемых примесей менее 0,0042 м3/ч допускается использовать решетки с ручной очисткой.

Однако извлечение из воды и последующее размельчение примесей, задерживаемых решетками, усложняет технологическую схему очистки сточных вод и ухудшает качество воздушной среды в помещениях очистных станций. Для устранения этих недостатков применяют решетки-дробилки с решеткой в форме цилиндрического барабана. Они измельчают задержанные примеси, не извлекая их из воды. Отечественная промышленность выпускает решетки-дробилки марок РД-200 и РД-600 с диаметром барабанов соответственно 200 и 600 мм. Средний размер измельченных ими примесей не превышает 10 мм.

Волокноуловители применяют для улавливания волокнистых веществ, содержащихся в сточных водах. Принцип действия их основан на процеживании сточной воды через конусообразные диски с перфорацией или через специальные фильтры.

После процеживания сточные воды поступают в песколовки, предназначенные для отделения более мелких минеральных примесей с относительно высокой плотностью.

Отстаивание предназначено для выделения из сточной воды нерастворимых и частично коллоидных механических загрязнений минерального и механического происхождения. Этот процесс основан на закономерностях осаждения твердых частиц в жидкости. Производственные сточные воды очищают отстаиванием в песколовках, отстойниках, жиро-, нефте-, смоло- и маслоуловителях.

При механической очистке сточных вод применяют также напорные полые и полочные отстойники.

При движении воды в резервуаре песколовки на ее дно оседают взвеси диаметром зерен более 0,25 мм.

Осадок с помощью скребков перемещается в специальный бункер, откуда удаляется на пес-ковую площадку для обезвреживания. Песколовки облегчают условия работы сооружений для дальнейшей очистки стоков (отстойников, метантенков и др.) и устанавливают их в схемах, пропускающих не менее 100 м3 сточных вод в сутки.

Песколовки предназначены для выделения механических примесей с размером частиц более 250 мкм.

В зависимости от направления потока сточной воды песколовки делят на горизонтальные, вертикальные и песколовки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды (рис.1).

Вертикальные песколовки (рис 1, а) состоят из входной трубы /, перегородки 2 для изменения направления движения очищаемой воды, шламосборника 3 и выходной трубы 5. В шламосборнике предусмотрено отверстие 4 для удаления

Рис.1. Песколовки вертикальные (а), горизонтальные с круговым движением воды {б, в) и аэрируемые (г):

/ - подача сточной воды; 2 - отвод воды; 3 - удаление пульпы; 4 - воздуховод; 5 - воздухораспределители; 6 -- сборник всплывающих веществ; 7 - отвод всплывших веществ

Рис.2. Схемы песколовок:

а -- вертикальная: У -- входная труба; 2 -- перегородка; 3 -- шламосборник; 4 -- отверстие для удаления шлама; 5-- выходная труба; б-- аэрируемая: 7 -- входная труба; 2 -- воздуховод; 3 -- воздухораспределитель; 4 -- выходная труба; 5 -- шламосборник; 6 -- отверстие для удаления шлама

Глубина песколовки, м,

где т -- время пребывания сточной воды в песколовке, для практических расчетов рекомендуется принимать т. = 120 с; ыу -- вертикальная составляющая скорости потока очищаемой воды, принимают 0,03...0,04 м/с.

Горизонтальные песколовки с круговым движением очищаемой сточной воды применяют для очистки небольших расходов сточных вод (например, в литейных цехах опытного производства). Расчет их аналогичен расчету горизонтальных песколовок с прямолинейным движением воды.

Для разделения механических загрязнений по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки (рис. 4.2, б), в состав которых входят входная труба /, воздуховод 2, воздухораспределители 3, выходная труба 4, шламосборник 5 с отверстием б для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются, как и в горизонтальных песколовках. Мелкие же частицы, обволакиваясь пузырьками воздуха, всплывают наверх и их с помощью скребковых механизмов удаляют с поверхности. Длина таких песколовок

где шг -- горизонтальная составляющая скорости потока очищаемой воды; <л)х = = 0,1...0,2 м/с; <л)В -- скорость осаждения частиц.

Время пребывания сточной воды в песколовке составляет 30...90 с, удельный расход аэрируемого воздуха -- 0,00083... 0,0014 м3/(м2- с).

Горизонтальная песколовка имеет прямоугольную форму и состоит из двух или более секций.

На входе в песколовку установлены решетки для задержания крупных механических примесей. Кроме решеток в начале и конце песколовки расположены деревянные шиберы для равномерного поступления воды и отключения песколовки.

Расчет горизонтальной песколовки заключается в определении площади поперечного сечения и ее длины.

Площадь поперечного сечения

где Q -- максимальный расход сточных вод; v -- скорость движения сточных вод; п -- число песколовок или их отделений.

Длина проточной части песколовки

где к -- коэффициент для учета влияния турбулентности потока и других факторов на работу сооружения (табл. 1); Нр -- расчетная глубина песколовки (для аэрируемых песколовок принимают равной половине общей глубины Н)\ Uq -- гидравлическая крупность песка.

Время пребывания сточной воды в песколовке т = 30...60 с.

Табл. 1 Зависимость коэффициента к от типа песколовок и отношения ширины В к общей глубине Н

Под гидравлической крупностью частиц (/0 понимают скорость осаждения песка в жидкости, находящейся в состоянии покоя:

Диаметр частиц песка, мм 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

U0y мм/с 18,7 24,2 29,7 35,1 40,7 51

При проектировании горизонтальных песколовок максимальная скорость движения сточных вод 0,3 м/с, а минимальная -- 0,15 м/с. Диаметр задерживаемых частиц равен 0,2...0,25 мм. Продолжительность протекания сточных вод при максимальном потоке должна быть не менее 30 с. Расчетная глубина песколовок //р = 0,25... 1 м. Ширину песколовок В, м, можно определить, задаваясь расчетной глубиной Яр при известной ее площади поперечного сечения/

Если песколовка состоит из нескольких отделений, то ширина каждого отделения, м,

Где n-- число отделений.

Ширину отделения принимают в зависимости от общего размера песколовки (b-- 0,6...6 м).

Осажденный шлам из горизонтальных песколовок удаляют с помощью скребковых механизмов. При очистке песколовок также применяют переносный или стационарный гидроэлеватор.

Динамические отстойники. Отличительная особенность динамических отстойников -- отделение примеси, находящейся в воде, при движении жидкости. В динамических отстойниках или отстойниках непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяют на вертикальные и горизонтальные. Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося осадка. Вода в вертикальном отстойнике движется снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Расчетная скорость потока не должна превышать 0,5...0,6 мм/с. Высота зоны осаждения 4...5 м. Эффективность осветления сточных вод в вертикальном отстойнике на 10...20 % меньше, чем в горизонтальном.

Вертикальные отстойники с восходящим направлением потока сточной воды для очистки производственных сточных вод используют редко, так как они эффективны лишь для очистки сточных вод от крупных частиц.

Широкое применение для очистки производственных сточных вод находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью. Схема радиального отстойника показана на рисунке 3. Шлам в шламосборник подается вращающимся механическим скребком.

Рис. 3. Схема радиального отстойника:

/ -- входная труба; 2 -- отводящая труба; 3 -- шламосборник; 4 -- канал вывода шлама; 5 -- механический скребок; D -- диаметр отстойника

Площадь поперечного сечения отстойника, м2,

где q -- удельный расход сточных вод через отстойник, равный 0,00014... 0,00083 м3/(м2х).

На промышленных предприятиях устанавливают радиальные отстойники конструкции ВНИИ ВОДГЕО производительностью 0,2...0,362 м3/с

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в плане) высотой 1,5...4 м, шириной 3...6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника. Всплывшие примеси выводят с помощью скребков и поперечных лотков, установленных на определенном уровне. Скорость движения воды в отстойнике обычно не превышает 10... 12 мм/с. Расчетное время пребывания воды в отстойнике 1...3 ч (обычно принимают 2 ч).

При расчете отстойников определяют его длину и высоту. Схема горизонтального отстойника показана на рисунке4. Отстойник по длине разбит на три зоны. В первой зоне длиной 1Х распределение скоростей по глубине потока неравномерное. Длина этой зоны

где h0 -- высота движущегося слоя в начале отстойника, принимают 0,25H; к -= (0,018. ..0,02k.)

Рис. 4. Расчетная схема горизонтального

Во второй зоне длиной l2 скорость потока считают постоянной wx. При движении в этой зоне большая часть частиц загрязнений должна осесть в иловую часть отстойника, поэтому

где h1 -- максимально возможная высота подъема частицы в первой зоне отстойника

В третьей зоне длиной l3 скорость потока увеличивается и условия осаждения частиц ухудшаются. Длина этой зоны

Где а - угол сужения потока жидкости по входной части отстойника, принимают общую длину отстойника

Для дополнительной очистки сточных вод часто используют пруды дополнительного отстоя, представляющие собой водоемы глубиной до 4 м и площадью зеркала воды в зависимости от пропускной способности сточных вод. Обычно такие пруды имеют несколько секций, каждая из которых оборудована устройством для рассредоточенного ввода и выпуска воды.

Пруды обеспечивают снижение содержания нефтепродуктов до 30…60 мг/л. Продолжительность отстаивания до 2...3 сут. Дальнейшее увеличение времени отстаивания существенно не влияет на эффективность очистки.

Пруды дополнительного отстаивания имеют следующие существенные недостатки: необходимость больших территорий, высокую стоимость, загрязнение атмосферы испаряющимися нефтепродуктами, влияние ветровой нагрузки на эффективность очистки, трудности при сборе нефти и осадка и др. Для очистки от механических примесей больших объемов сточных вод используют центрифуги, где отделение примесей происходит в поле действия центробежных сил. Центрифуги применяют в химической, нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. В практике очистки сточных вод машиностроительных предприятий их применяют редко.

Гидроциклоны. Отделение механических примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах, многоярусных гидроциклонах и центрифугах, шстицы взвеси выделяются из воды под действием центробежных сил. Гидроциклоны (рис.5) просты по устройству и обслуживанию, компактны, дешевы и имеют высокую производительность. Преимущества открытых гидроциклонов перед напорными -- большая производительность и малые потери напора. Эффективность очистки сточных вод от механических примесей в гидроциклонах зависит от характеристик загрязнений (вида материала, размеров и формы частиц и др.), а также от конструкционных и геометрических характеристик самого гидроциклона.

Открытые гидроциклоны применяют для отделения из сточных вод крупных механических частиц со скоростью осаждения более 0,005 м/с и всплывающих примесей.

При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуют принимать: диаметр цилиндрической части циклона D = 2... 10 м; высоту цилиндрической части Н= D; диаметр входного отверстия d = 0,1D (при одном отверстии), при двух входных отверстиях d = = 0,0707/); угол конической части а = 60°.

Напорные гидроциклоны (рис. 4.5, в) применяют для выделения из сточных вод механических частиц со скоростью осаждения менее 0,02 м/с.

Основные параметры напорных гидроциклонов оптимизированы в зависимости от производительности и качества очищаемой воды (табл. 2).

2. Оптимальные соотношения элементов напорного гидроциклона и параметры его работы при осветлении воды и уплотнении шлама

Рис. 5. Гидроциклоны:

а -- с внутренним цилиндром и конической диафрагмой: У -- корпус; 2 -- внутренний цилиндр; 3 -- кольцевой лоток; 4 -- диафрагма; б-- открытый: У -- входной патрубок; 2-- кольцевой водослив; 3 -- очищенная вода; 4 -- шламоотводящая труба; в -- напорный: У -- входной патрубок; 2 -- труба для отвода воды; 3 -- труба для отвода шлама

Промышленность выпускает напорные гидроциклоны нескольких типоразмеров (табл. 3). Для глубокой очистки применяют гидроциклоны больших размеров. При целесообразности глубокой очистки сточной воды используют схему последовательного соединения различных гидроциклонов.

3. Характеристика напорных гидроциклонов

Примечание. Угол конусности гидроциклона 20°.

Эффективность разделения суспензий в поле центробежных сил характеризуется фактором разделения

где Vл -- линейная скорость вращения массы воды; R -- радиус вращения, принимаемый равным радиусу сооружения.

Производительность открытого гидроциклона Q зависит от его геометрических размеров:

где q -- удельный расход воды,

для открытых гидроциклонов с внутренней цилиндрической перегородкой

Фильтрование сточных вод. Оно предназначено для очистки их от тонкодисперсных механических загрязнений с небольшой концентрацией.

При очистке сточных вод используют фильтры с сетчатыми элементами и с фильтрующим зернистым слоем. В качестве сетчатых элементов используют металлические перфорированные листы и сетки из кислотоупорной стали, алюминия, никеля, латуни и других материалов, различные тканевые перегородки -- асбестовые стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного волокна, керамические пластины. В качестве зернистого фильтрующего слоя используют кварцевый песок, мелкоизмельченный гранит, коксовую мелочь, торф, бурый и каменный уголь и т.п.

Фильтры с зернистым слоем подразделяют на открытые (безнапорные) и закрытые (напорные): в первых высота слоя равна 1 2 м и сточные воды фильтруют за счет гравитационных сил; во вторых зернистый материал имеет толщину слоя 0,5... 1 м, а напор воды создают насосы.

Схема каркасно-насыпного фильтра (рис. 6, а и б), в котором в качестве фильтроматериала применяют гравии и песок, предусматривает его регенерацию промывкой обратным потоком чистой воды или сжатого воздуха. Скорость фильтрования жидкости в таком фильтре - 0,0014...0,002 м/с для сточной воды, поступающей в фильтр из циклона, отстойника и т. п.; для сточной воды, поступающей в фильтр после биологической очистки, - не более 0,0028 м/с.

Зернистый фильтр для очистки сточных вод сталеплавильных цехов показан на рисунке 6, е. При открытых задвижках 6и дочищаемая вода поступает по трубе / на фильтроматериал 3, фильтруется по высоте слоя, проходит через поддерживающую решетку 2 и по трубе 5 удаляется из фильтра. Фильтр регенерируется промывкой обратным потоком чистой воды при открытых задвижках 7и 9 В зависимости от высоты слоя фильтрующего материала (0,4b; 0,«ь и 1 06 м) к трубе / подсоединяют дополнительную насадку 4. Фильтр работает при давлении на входе до 0,6 М Па; имеет производительность 0,056 м3/с Высота и диаметр фильтра составляют соответственно 3,32 и 2 м. Лучшими характеристиками обладают комбинированные фильтры, в которых процесс фильтрования объединяется с другими методами очистки сточных вод от механических загрязнений. Схема комбинированного фильтра для очистки сточной воды от механических загрязнений с размером частиц от 0,001 до 10 мм показана на рисунке 4.6,г. Очищаемая вода подается через трубу /тангенциально в емкость 2, в которой за счет вращения потока отделяются наиболее крупные частицы. Шлам из емкости удаляется по трубопроводу 4. Частично очищенная вода переливается через верхний уровень емкости 2 и поступает в зернистый фильтр 6, в котором происходит более тонкая очистка. Дренажное устройство 5 предназначено для сбора шлама при промывке фильтра. Комбинированный фильтр можно использовать для очистки воды от масла, которое накапливается в верхней зоне фильтра и удаляется затем по трубе 3.

Для выделения из сточных вод механических загрязнений с размером частиц менее 0,01 мм применяют микрофильтры, в которых фильтрующий элемент изготавливают из одного или нескольких слоев металлических сеток с размером ячейки (2...4)10~5 м или из тканей.

Для очистки сточных вод от волокнистых материалов используют микрофильтры, в которых фильтрация осуществляется через слой сеток отверстиями размером от 40 до 70 мкм (рис. 7). Скорость фильтрации на таких установках составляет 25...45 м *ч-1 ; при концентрации взвесей 15...20 мг * л-1эффективность очистки достигает 50...60 %.

Микрофильтры обычно выпускают в виде барабанов, на которых неподвижно закреплены или прижаты к барабану диаметром 1,5...2 м фильтрующие материалы, устанавливают барабаны горизонтально. Очищаемая вода поступает внутрь барабана и фильтруется через фильтр наружу. Производительность микрофильтра 10...25 л/(м2 * с) при потере напора 200 мм. Расход промывочной воды составляет 1...3 % количества профильтрованной воды.

4. Сравнительная характеристика тканей и микросеток

Рис. 6. Фильтры:

а -- песчаный: / -- песок; 2 -- гравий; 3 -- поступление воды; 4 -- выпуск воды при промывке фильтра; 5 ~ к потребителям воды и резервным резервуарам; 6-- чистая вода из резервного резервуара прокачивается через фильтр для очистки его от осевших на нем частиц, для промывки фильтра; и-- каркасно-насыпной: У-- поддерживающий слой гравия; 2-- перфорированное днище; 3 -- коллектор подвода очищаемой воды; 4 -- труба подачи сжатого воздуха; 5 -- гравий; 6 -- песок; 7 -- труба подачи воды; 8 -- отвод очищенной воды; в -- зернистый: / -- труба; 2-- поддерживающая решетка; 3 -- фильтроматериал; 4 -- дополнительная насадка; 5 -- труба; 6...9-- задвижки; г -- комбинированный: 1 и 3 -- трубы; 2 -- емкость; 4 -- трубопровод; 5 -- дренажное устройство; 6 -- зернистый фильтр

Примечание. Размер ячеек сеток микрофильтра -- фильтрующей 40x40 мкм, поддерживающей 2x2 мм; размер ячеек барабанной сетки -- от

0,3x0,3 до 0,5x0,5 мм.

Гидравлический расчет микрофильтров сводится к определению площади сетки.

Полезная площадь сетки, м2,

Табл.5 и 6

где Q -- максимальный расход сточных вод; v0 -- скорость движения воды в отверстиях сетки, обычно не превышающая 0,5 м/с.

Полная площадь сетки, м2,

Где n1 -- коэффициент, учитывающий конструктивные особенности сетки, обычно л 1 = 0,85...0,95; г|2 -- коэффициент, учитывающий загрязнение сетки и зависящий от вида задерживаемых примесей, обычно г|2 = 0,7...0,9. 10-- перфорированная трубка

Крупность задерживаемых частиц различными фильтровальными тканями приведена в таблице 5, а технические характеристики микрофильтров и микросеток -- в таблицах 6 и 7.

7. Крупность задерживаемых частиц различными фильтровальными тканями

Размещено на Allbest.ru