Расчет песколовки, отстойника и флотатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный университет инженерной экологии

Кафедра "Техника переработки природных топлив"

Курсовая работа

по дисциплине: "Техника защиты окружающей среды"

на тему: "Расчет песколовки, отстойника и флотатора"

Москва - 2005 г.

1. Расчет производственных параметров песколовки

Песколовка - устройство для выделения из сточных вод механических примесей минерального происхождения (главным образом песка). Песколовки обычно устанавливают перед отстойниками очистных сооружений систем канализации. Применение песколовок обусловлено тем, что при совместном выделении в отстойниках минеральных и органических примесей затруднён процесс удаления осадка из отстойников и дальнейшая его обработка (сбраживание) в метантенках. В песколовках в основном задерживается песок крупностью 0,25 мм и более. Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали тяжелые минеральные частицы, но не выпадал легкий осадок органического происхождения. По характеру движения воды песколовки разделяются на горизонтальные - с круговым или прямолинейным движением воды, вертикальные - с движением воды снизу-вверх и песколовки с винтовым движением воды. Конструкцию песколовок выбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации загрязнений.

Наиболее часто используют горизонтальные песколовки. Они представляют собой лоток, состоящий из одной или нескольких секций шириной от 0,8 до 8 м, глубиной до 1,2 м. Для создания равномерных скоростей в песколовке вход в нее выполняют в виде плавного расширения, а выход - в виде плавного сужения. Глубина слоя осадка в песколовке зависит от количества выпадающего песка и от времени между очистками (не более двух дней во избежание загнивания осадка).

Задача. Определить габариты песколовки и эффективность очистки воды от песка. Объем воды 32000 м³/сутки. Коэффициент увеличения расхода воды принимаем k=1,4. Скорость движения воды в песколовке V=0,3 м/с. Температура сточной воды t=13^оС. Средняя плотность твердых взвесей с_тв=2200 кг/м³. Концентрация в воде твердых частиц более 0,2 мм, С=1 г/литр воды. Режим течения в песколовке ламинарный. Продолжительность протока сточной воды в песколовке при максимальной нагрузке должна быть более 30 секунд. расчет песколовка отстойник флотатор

Определить вес песка, оседающего в песколовке в течение 1 часа.

Рекомендации к расчету по выбору глубины песколовки: Н_р=0,55-0,67 м, по ширине секции В:Н_р=1:2.

Таблица. Изменение динамического коэффициента вязкости воды от температуры

Температура воды, t, оС	8	9	10	11	12	13	14	15
Динамический коэффициент вязкости воды, м, мПа*с (сп)	1,386	1,346	1,308	1,271	1,236	1,203	1,171	1,14

Изменение плотности воды от температуры:

При 0^оС с_тв=1000 кг/м³

При 20^оС с_тв=998 кг/м³

Исходные данные:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Решение:

1. Расчетный расход воды.

.

2. Площадь живого сечения песколовки при проходе воды.

.

.

Принимаем, .

.

3. Длина песколовки.

,

k - коэффициент турбулентности.

U_o - гидравлическая крупность песка (фактически скорость осаждения песка):

.

.

.

.

.

4. Продолжительность протока воды по длине песколовки.

.

5. Удельная нагрузка на поверхность зеркала воды.

.

6. Эффективность очистки воды в песколовке.

.

7. Количество песка оседающего в песколовке за 1 час.

.

8. Толщина слоя песка на дне песколовки.

.

2. Расчет параметров горизонтального отстойники

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар, имеющий два или более одновременно работающих отделения. Вода движется с одного конца отстойника к другому.

Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м³/сут. Эффективность отстаивания достигает 60 %.

В отстойниках каждая частица движется с потоком воды со скоростью и под действием силы тяжести вниз - _ос. Таким образом, скорость перемешивания каждой частицы будет представлять равнодействующую двух этих скоростей. В отстойнике успеют осесть только те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника в пределах его длины.

Отстойник со встроенной реакционной камерой 3^х секционный. Камера реакции имеет 3 секции с подачей Ca(OH)₂ в первую секцию, а коагулянта в трубу подачи воды на очистку. Воздух подается насосом в секции реакционной камеры.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача. Определить габаритные размеры отстойника с встроенной реакционной камерой и количество отстойников, необходимых для очистки от ионов железа артезианской воды заданной производительности. Определить количество реагентов, необходимых для очистки (объем воздуха и объем 10 % раствора известкового молока Ca(OH)₂).

При заданном количестве коагулянта 0.08 мг/л, определить диаметры трубопроводов для подачи воздуха и Ca(OH)₂. Рассчитать вес осадка (шлама) и метод удаления его из отстойника. Начертить схему установки с указанием потоков и их численных значений.

Таблица 1

L/H	10	15	20	25
K	7.5	10	12	13.5
б	1.33	1.5	1.67	1.82

Таблица 2

Характеристика обрабатываемой воды	Скорость выпадения взвеси U0, мм/сек	Средняя скорость движения воды в отстойнике Vср мм/сек при значениях К равных
		7.5	10	12	13.5
Вода средней мутности с содержанием взвеси 50-250 мг/л, обрабатываемая коагулянтом	0.45	3.4	4.5	5.4	6.1
	0.5	3.8	5.0	6.0	6.8
Мутные воды с содержанием взвешенных веществ более 250 мг/л, обрабатываемые коагулянтом	0.5	3.8	5.0	6.0	6.8
	0.55	4.1	5.5	6.6	7.4
	0.6	4.5	6.0	7.2	8.1

Исходные данные:

.

.

.

.

.

.

.

Перфорация - 70 %.

.

.

.

.

При барботаже воздуха через слой воды 6 % кислорода.

Начальная кислотность воды рН=5.

Сброс осадка из отстойника производится 1 раз в течение трех суток с продолжительностью 10 мин без выключения отстойника.

Коэффициент разбавления твердой взвеси водой - 1.5.

1. Для определения габаритов отстойника при заданном L/H по таблице находим коэффициенты К, б:

.

Вода обрабатывается коагулянтом Al₂(SO₄)₃ Доза 80 мг/м³

U₀=0.5 мм/с - гидравлическая крупность частиц.

По таблице находим среднюю скорость движения воды в отстойнике:

.

2. Площадь отстойника в плане:

.

.

3. Ширина отстойника:

.

Рекомендуется принимать ширину одного отстойника 9 м.

4. Количество отстойников:

.

5. Общее количество отстойников с учетом одного резервного:

.

6. Внутри устанавливается 2 перегородки по 3 м шириной.

- ширина секции.

7. Длина отстойника:

Размещено на http://www.allbest.ru/

.

8. Рабочая площадь распределительной перфорированной перегородки.

Отверстия в перфорированной перегородке начинаются на высоте более 0.3 м.

.

9. Расчетный расход воды на одну секцию:

.

10. Площадь всех отверстий в перегородке.

.

11. Площадь одного отверстия:

.

.

12. Количество отверстий:

.

13. Расчет дозы извести необходимой для коррекции рН в воде:

Начальная кислотность воды .

Конечная кислотность воды .

Молярная масса .

Молярная масса .

Молярная масса .

Молярная масса .

Потребуется .

1	-	17
	-	Х

.

На 1 моль ионов водорода потребуется 0.5 Са(ОН)₂.

14. Объемно-массовая концентрация Са(ОН)₂:

.

Чтобы повысить рН с 5.0 до 7.0 потребуется добавить Са(ОН)₂.

.

14. Количество 10 % Са(ОН)₂.

.

16. Расход известкового молока при окислении Fe²⁺ в Fe³⁺.

55.84	-
3	-	Х

.

17. Количество 10 % Са(ОН)₂:

.

18. Общее количество 10 % Са(ОН)₂:

.

19. Плотность 10 % Са(ОН)₂:

.

.

20. Объем 10 % Са(ОН)₂:

.

21. Количество Fe(OH)₃ выпадающего в осадок:

.

55.84	-	106.84
3	-	Х

22. Количество Fe(OH)₃ оседающего за 3 суток:

.

23. Количество СаСO₃ выпадающего в осадок:

.

55.84	-
3	-	Х

24. Количество СаСO₃ оседающего за 3 суток:

25. Количество Al(OH)₃ выпадающего в осадок:

342.14	-
0.08	-	Х

26. Количество Al(OH)₃ оседающего за 3 суток:

.

27. Общее количество осадка:

.

28. Расход Н ₂О вместе с осадком, удаляемым из одного отстойника:

.

- коэффициент разложения:

- в воде в откачиваемом осадке.

.

шт.

29. Диаметр дренажной трубы:

Диаметр отверстия дренажной трубы .

Скорость движения осадка по трубе .

.

Принимаем .

30. Площадь всех отверстий:

- коэффициент перфорации трубы.

.

.

31. Количество отверстий:

.

32. Шаг между отверстиями:

.

33. Расход кислорода в реакционной камере:

Молярная масса .

.

33.1 Количество израсходованного кислорода, рассчитанное по реакции:

	-	32
3	-

33.2 Количество добавленного кислорода:

В воде присутствует 4,5 мг/л, а надо 8 мг/л.

.

33.3 Расход кислорода:

.

33.4 Объем кислорода:

.

В воде растворено только 6 % кислорода

.

33.5 Объем воздуха в трех секциях:

.

33.6 Объем воздуха в одной секции.

.

33.6 Расчет габаритов отстойника при реальных условиях:

t_возд= 20С = 293 К.

Р_возд= 2 атм = 0.2 Мпа.

_возд= 1.29 кг/м^3.

34.1 Объем воздуха при реальных условиях:

.

34.2 Плотность воздуха при реальных условиях:

.

34.3 Скорость газа в трубе:

.

.

34.4 Диаметр всех труб для подачи воздуха:

.

Принимаем .

34.5 Диаметр трубы для подачи воздуха.

В реакционной камере 3 секции, т.е. 3 трубы для подачи воздуха.

.

Принимаем .

34.6 Количество секций по длине:

Длина трубы подачи воздуха L=9 м.

.

34.7 Диаметр дренажных труб:

.

34.8 Объем воздуха в отверстии:

.

.

34.9 Диаметр трубы для подачи 10 % раствора .:

Скорость, поступающего самотеком из бака .

.

Принимаем .

Размещено на http://www.allbest.ru/

3. Флотация

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо растворяются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например, ПАВ. Такой процесс называют пенной сепарацией или пенным концентрированием. Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пищевых, химических. Ее используют так же для выделения активного или после биохимической очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скорость процесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90-95 %), высокая степень очистки (95-98 %), возможность рекуперации удаляемых веществ.

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс пузырек - частица поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.

Задача. Определите габариты флотатора. Насыщение воды воздухом при напорной флотации происходит в эжекторе. Рабочее давление воды Р_р = 5 атм. Коэффициент, учитывающий степень недостижения равновесия, f = 0.8. Глубина флотатора Н = 3м.

Среднее расчетное атмосферное давление Р = 750 мм. рт. ст.

Диаметр пузырей воздуха во флотаторе принимать .

Скорость движения воды во флотаторе W_ф = 10-20 м/ч, а в отстойнике W_o = 4-6 м/ч.

Количество пены, образующейся при флотации - 20 % от общего объема воды.

Пена из лотка отсасывается насосом, скорость движения пены по лотку в трубе отсоса W_п = 2 м/с.

Исходные данные:

.

R = 0.5.

t_в= 10 С.

.

кг/м^3.

Для определения равновесной концентрации воздуха, растворенного в воде используем закон Генри:

.

Е - коэффициент Генри .

М_{Н 2О} = 18 моль/л.

Расчет флотатора:

1. Объем воды в рецикле:

.

2. Определяем объем воздуха, необходимого для насыщения воды рецикла газом:

.

3. Концентрация воздуха в воде:

.

4. Концентрация твердых частиц в воде:

.

Массовый расход на входе:

кг/ч.

Объемный расход:

.

.

5. Скорость всплытия пузыря:

.

.

.

кг/м^3.

.

6. Время пребывания пузыря в слое воды:

.

Норма всплытия пузыря не менее 10 мин.

7. Необходимый объем флотатора:

.

Устанавливаем 2 флотатора в системе очистки воды, поэтому:

м².

Выбираем флотатор цилиндрической формы.

8. Диаметр флотатора:

м.

Принимаем 8 м (стандартный).

9. Скорость движения жидкости во флотационной камере:

м^2.

10. Скорость жидкости:

.

Рекомендуемая .

11. Скорость движения воды в отстойнике:

Рекомендуемая скорость в отстойнике W_отс = 4 6 м/ч.

Принимаем W_отс = 5 м/ч.

м².

м.

м².

Расчет диаметра трубы для отвода пены:

12. Количество пены, образующейся при флотации:

на один флотатор.

13. Длина лотка:

м.

14. Диаметр трубы для отвода пены:

м.

Принимаем 160 м.

15. Удельная нагрузка на длину слива:

м³/мч.

Рис. Схема оросителя

Рис. Схема флотатора

Расчет оросителя для подачи воды:

16. Диаметр трубы для подачи воды:

.

Скорость жидкости в трубе, подаваемой насосом W_ж = 1 м/с.

Принимаем стандартный диаметр трубы .

17. Диаметр горизонтальных труб:

Количество труб n = 6.

.

18. Количество отверстий:

Принимаем .

.

.

отв.

19. Длина трубы для подачи воды:

Диаметр оросителя 5000 мм.

мм.

20. Шаг между отверстиями:

мм.

Размещено на Allbest.ru