Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВНИИ ВОДГЕО) Госстроя СССР

Справочное пособие
к СН
иП 2.04.03-85

Проектирование сооружений для очистки сточных вод

Москва Стройиздат 1990

Разработано к СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» на основе результатов научных исследования и опыта эксплуатации сооружений и установок для очистки сточных вод за последние годы в различных отраслях промышленности. Содержит методики и примеры расчета, вспомогательные справочные материалы, необходимые при проектировании очистных сооружений.

Для инженерно-технических работников проектных и строительно-монтажных организаций.

Содержание

1. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Усреднители

Типы и конструкции усреднителей

Отстойники

Общие сведения

Расчет отстойников

Тонкослойные отстойники

Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные

Примеры расчета отстойников

Гидроциклоны

Примеры расчета гидроциклонов

2. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Аэротенки

Аэротенки - смесители без регенераторов

Аэротенки-смесители с генераторами

Аэротенки-вытеснители с регенераторами

Аэротенки-вытеснители без регенераторов

Системы аэрации

Окситенки

Аэротенки с флотационным илоотделением для очистки производственных сточных вод

Аэротенки с флотационным разделением иловой смеси для очистки городских сточных вод

Удаление из сточных вод соединений азота

Удаление из сточных вод соединений фосфора

3. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ очистки сточных вод

Нейтрализация сточных вод

Адсорберы

Установки для ионообменной очистки сточных вод

Установки для электрохимической очистки сточных вод

4. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ

Аэробные стабилизаторы

Флотационные илоуплотнители

5. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

Установки для обеззараживания сточных вод жидким хлором

Установки для обеззараживания очищенных сточных вод с использованием прямого электролиза

6. СОВМЕСТНАЯ ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД И ОСАДКОВ ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ

7. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА С ТЕРРИТОРИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

1. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Усреднители

1.1. Усреднение расхода и концентрации загрязнений позволяют рассчитывать все последующие звенья очистки не на максимальные, а на некоторые средние значения параметров потока. Экономичнее иметь усреднитель в начале цепи, чем завышать объем и производительность каждого из последующих звеньев очистки.

1.2. Выбор рациональной схемы усреднения (типа усреднителя), расчет его объема проводятся на основе информации о характере колебаний параметров входного потока (концентраций Сen(t) и расхода qen(t) ч и требований на допустимые колебания параметров сточных вод на выходе усреднителя Ceх,(t), qex(t). Эти требования обычно устанавливаются на основе максимально допустимых величин Сadm и qadm, назначаемых в зависимости от типа последующих очистных сооружений, при этом они должны превышать средние значения параметров Сen mid, qen mid.

Для расчета объема усреднителя используется информация, получаемая: от технологов основного производства, которые, используя характеристику номинального режима производства и аварийных режимов, могут прогнозировать характер поступления сточных вод на очистные сооружения; с объектов-аналогов, а также непосредственным наблюдением на объекте.

Информация может накапливаться в записях заводских лабораторий об изменениях расхода и лимитируемых показателей загрязнения сточной воды.

При наличии на предприятии контрольно-измерительной аппаратуры изменение состава сточных вод регистрируется непрерывно, при отсутствии - дискретно с различной длительностью интервалов между лабораторными анализами (не более 1 ч). Окончательная форма представления информации о колебаниях - таблицы и графики. Полученная информация о колебаниях расхода и состава сточных вод (по лимитируемым загрязнениям, например: рH среды, интенсивность окраски, взвешенные вещества, специфические загрязнения производства), а также представление о количественном и качественном составе нерастворимых загрязнений, даст возможность вести расчет объема усреднителя в соответствии с основными типами нестационарности потока:

залповые сбросы высококонцентрированных сточных вод;

циклические колебания;

случайные колебании произвольного спектра.

Сведения о количественном и качественном составе нерастворимых загрязнений необходимы для выбора способа перемешивания и расчета перемешивающих устройств. Кроме того, эти сведения помогу принять решения о возможной компоновке усреднителя с отстойной зоной в целях облегчения его эксплуатации и частичной очистки стоков. Образование непредусмотренного и трудноотделяемого осадка в усреднителях является основной причиной снижения эффективности их работы.

Конструктивное выделение зоны отстаивания в усреднителе приемлемо при наличии узла обработки осадка в технологической цепи очистки (напорная, реагентная флотация, отстаивание, осветление).

Типы и конструкции усреднителей

1.3. Тип усреднителя необходимо выбирать в зависимости от характера и количества нерастворенных компонентов загрязнений, а также динамики поступления сточных вод. При гашении залповых сбросов предпочтительнее конструкции многоканального типа, при произвольных колебаниях практически равноценны любые типы усреднителей. В таких случаях большую роль играют вид и количество нерастворенных загрязнений.

К многоканальным конструкциям относятся: прямоугольные - Д. М. Ванякина, круглые - Д. А. Шпилева, конструкции с неравномерным распределением расхода и объемов по каналам.

Усреднитель-смеситель барботажного типа следует применять для усреднения стоков независимо от режима их поступления при содержании грубодиспергированных взвешенных веществ с концентрацией до 500 мг/л гидравлической крупностью до 10 мм/с.

Усреднитель-смеситель с механическим перемешиванием и отстойной зоной необходимо применять для усреднения стогов с содержанием взвешенных веществ более 500 мг/л любой гидравлической крупности. Режим поступления стоков - произвольный.

Усреднители следует устанавливать после отстойников или оборудовать их отстойной частью с целью облегчения эксплуатации. Расчет отстойной части необходимо проводить по данным кинетики осаждения взвесей, аналогично расчету отстойников. При этом необходимо учитывать гидродинамический режим выбранного типа усреднителя. Для подавления залповых сбросов высококонцентрированных стоков и произвольных колебаний состава и при наличии взвешенных мелкодиспергированных веществ с концентрацией до 500 мг/л, гидравлической крупностью до 5 мм/с следует применять многоканальные усреднители без принудительного перемешивания. При необходимости усреднения и расхода усреднитель блокируется с аккумулирующей емкостью.

КОНСТРУКЦИИ УСРЕДНИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

1.4. Комплексный подход к выбору типа усреднителя и его расчету в зависимости от характера колебаний концентрации загрязнений и расхода сточных вод, от их качественного состава, позволил выявить основные типы конструкций.

Однако для конкретных технологических задач усреднения сточных вод могут быть использованы и другие схемы усреднения (последовательно-параллельные, двухступенчатые и др.) с соответствующим обоснованием, разрабатываться новые конструкции с заданными свойствами.

Усреднитель - смеситель барботажного типа

1.5. Союзводоканалпроект разработал типовые проекты многосекционных пневматических усреднителей концентрации сточных вод полезным объемом одной секции 300, 1400 и 5000 м3. Применение усреднителей барботажного типа связано с соблюдением ряда принципиальных положений:

1. Распределение сточных вод по площади усреднителя должно быть максимально равномерное. С этой целью могут использоваться системы подающих лотков с придонными водосливными окнами, расположенными на расстоянии 2 м друг от друга. При обеспечении должного качества строительства возможно распределение жидкости из лотков через донные выпуски. Размеры выпусков рассчитываются по формуле:

                                                                                     (1)

Каждый распределительный лоток оборудуется двумя шиберами: на входе в лоток для создания оптимального режима и равномерного распределения сточной воды между лотками; и в конце лотка в торцевом придонном водосливном окне размером 20´40 см (Н´В), обеспечивающий периодическую промывку лотка.

Число распределительных лотков и размещение выпускных окон в одной или обеих стенках лотков принимается из такого расчета, чтобы в каждый циркуляционный поток поступало одинаковое количество жидкости.

2. При напорной подаче воды на усреднитель перед ним на трубопроводе необходимо устанавливать колодец гашения напора. Целесообразнее самотечная подача стоков на усреднитель. В этом случае сооружение несет на себе всю нагрузку по выравниванию расхода и концентрации.

3. Расчет объема усреднителя ведется в зависимости от характера поступления сточных вод на сооружение в соответствии с формулами (19)-(24) СНиП 2.04.03-85.

Максимальная величина скорости проточного течения жидкости в усреднитель 2,5 мм/с, при этом длина секции усреднителя принимается из расчета

                                                                                             (2)

с учетом графика поступления концентрации загрязнении по часам суток.

С целью обеспечения равномерного распределения жидкости и воздуха вдоль усреднителя целесообразна длина секции не более 24 м. Глубина слоя поды в усреднителе из конструктивных соображений принимается в пределах 3-6 м. Ширина секции усреднителя принимается не более 12 м.

4. В качестве барботеров в усреднителе рекомендуется использовать перфорированные трубы с отверстиями диаметром 3 мм (шаг 8-16 см), располагаемыми в нижней части трубы в один или два ряда под углом 45° к оси трубы.

Трубы укладываются горизонтально вдоль резервуара на подставках высотой 6-10 см. Допустимое отклонение от горизонтальной укладки труб барботеров не должно превышать ± 0,015 м так, чтобы связанная с этим неравномерность подачи воздуха по длине барботера не превысила одной трети от принятой в расчете неравномерности подачи воздуха (20 % среднего расхода воздуха).

Барботеры подразделяют на пристеночные, создающие один циркуляционный поток, и промежуточные, создающие два циркуляционных потока.

Оптимальное расстояние между барботерами следует считать (2-3)Н, а между барботерами и параллельной ему стеной усреднителя (1-1,5)Н, где Н - глубина погружения барботера.

При расчете принимаются:

интенсивность барботирования для усреднения концентрации растворенных примесей при простеночных барботерах 6 м3/ч на 1 м, при промежуточных барботерах 12 м3/ч на 1 м;

интенсивность барботирования для предотвращения выпадания в осадок взвесей в пристеночных барботерах 12 м3/ч на 1 м, в промежуточных 24 м3/ч на 1 м.

Числа стояков подвода воздуха к барботеру и шаг между радиальными отверстиями перфорации для барботеров из полиэтиленовых труб надлежит определять в зависимости от требуемой интенсивности барботирования и заданной неравномерности подачи воздуха на основании данных, приведенных в табл. 1.

В расчете принято, что каждый стояк присоединен к середине обслуживаемого им участка барботера длиной l. При расположении стояка подвода воздуха у одного из концов барботера длина обслуживаемого участка будет равна l/2.


Таблица 1

Наружный диаметр трубы, мм

Диаметр центрального отверстия барботера, мм

Диаметр перфорационных отверстий, мм

Число рядов перфорационных отверстий

Интенсивность подачи воздуха, Нм3

Перепад давления на перфорационном отверстии, кПа

Шаг радиальных отверстий, мм

Неравномерность подачи воздуха, %

Длина барботера обслуживаемого одним стояком, м

50

42,5

3

1

6

1

160

20

39,5

12

4

160

20

42,5

12

1

80

20

28,5

2

12

1

160

20

29

24

4

160

20

32

24

1

80

20

22

6,3

59

3

1

6

1

160

12

50

12

4

160

10

50

12

1

80

20

44

2

12

1

160

20

43,5

24

4

160

20

47

24

1

80

20

33,5

75

71

3

1

6

1

160

5

50

12

4

160

4

50

12

1

80

13

50

2

12

1

160

13

50

24

4

160

10

50

24

1

80

20

43,5


Расчетная глубина погружения барботера принята равной 4,3 м. Приведенные в табл. 1 данные могут использоваться при изменении погружения в диапазоне 3-5 м.

При среднем перепаде давления на перфорированных отверстиях =1 кПа максимальные потери в барботере не более м=2 кПа, а при =4 кПа - не более м=7 кПа.

5. Для предотвращения выпадения осадка в местах прямоугольного сопряжения днища со стенками резервуара рекомендуется заполнение этих мест тощим бетоном. При этом угол сопряжении днища с заполнением должен составлять 30°.

Возможен уклон в сторону забора воды, где должен быть предусмотрен трубопровод опорожнения секции усреднителя.

6. На входе в усреднитель необходимо устанавливать контрольно-измерительную аппаратуру для определения расхода полы и воздуха, поступающих на сооружение.

7. Все конструктивные узлы сооружения необходимо оборудовать трубопроводами опорожнения и предусматривать малые средства механизации (например, бадья-таль-кошка, бадья-тальфер и др.) для периодической чистки усреднителя.

Возможно, предусмотреть нестационарную систему пеногашения усредненными стоками (например, шланги с насадками, укрепленные на штативах). Как показал опыт эксплуатации, пены в усреднителях нет, кроме исключительных случаев, когда применяли и производстве запрещенные в настоящее время ПАВ.

8. В зависимости от характеристик стоков в цеховых каналах, на выпусках из промышленных здании или перед резервуаром - усреднителем необходимо предусматривать решетки для сбора волокон, шерсти, тряпок и других отходов производства. Целесообразно по ходу технологических линий на определенных производствах устанавливать шерстеуловители.

9. Самым надежным способом водоотведения, как показал опыт эксплуатации, является работа насосов.

Многоканальные усреднители

1.6. Перспективным типом усреднителя для большого числа объектов, например, легкой промышленности, является многоканальный усреднитель, схема которого разработана во ВНИИ ВОДГЕО, с оптимальным распределением сточных вод по коридорам разной ширины. На базе этой схемы МИСИ и ГПИ-1 разработали конструкцию усреднителя для сточных вод, относящуюся к категории легких (взвешенных веществ до 500 мг/л, гидравлической крупностью до 5 мм/с), для суточного расхода сточных вод свыше 67 тыс. м3.

Конструкция, представленная на рис. 1, состоит из приемной камеры, распределительного лотка, каналов усреднителя, камеры усредненных стоков аккумулирующей емкости. Сточная вода попадает и приемную камеру, оборудованную полупогруженной доской для гашения волновых колебаний на поверхности, откуда поступает в распределительный лоток. При превышении величины среднего расхода сточных вод избыточное количество воды переливается в аккумулирующую емкость через регулируемый водослив. Усреднение колебаний концентрации загрязнений и поступающих сточных водах осуществляется за счет различного времени пребывания потока в каждом из каналов. Распределение сточных вод по каналам усреднителя осуществляется через донные выпуски расчетного диаметра.

Рис. 1. Схема многоканального усреднителя

1 - приемная камера; 2 - распределительный лоток; 3 - донные выпуски и боковой водослив с шибером; 4 - каналы; 5 - система гидросмыва; 6 - удаление осадка гидроэлеваторами; 7 - камера усредненных стоков; 8 - аккумулирующая емкость; 9 - водослив.

Для возможности дорегулировки расходов воды по каналам усреднителя в стенке лотка устраиваются прямоугольные водосливы, оборудованные шиберами. На выходе из каждого канала предусматриваются измерительные водосливы, которые позволяют контролировать уровень и расход воды по каждому каналу.

Из камеры усредненных стоков пода либо откачивается, либо самотеком поступает на дальнейшую очистку. На предприятиях в часы минимального водостока сточные воды из аккумулирующей емкости перекачиваются в приемную камеру. В каждом из каналов усреднителя и в аккумулирующей емкости предусматривается отстойная зона.

Система сбора и удаления осадка выбирается в зависимости от конкретных данных по кинетике отстаивания, количеству и характеру взвешенных веществ (гидровзмучивание, гидросмыв и др.). Периодичность удаления осадка определяется в период пусконаладочных работ.

Длина, общая ширина и глубина сооружения принимаются в зависимости от требуемого расчетного объема с учетом граничных условий (граничные условия определены для суточной производительности сточных вод свыше 10 тыс. м3); ширина одного канала от 1 до 6 м, глубина не более 3 м.

При меньших расходах сточных вод возможен лотковый вариант многоканального усреднителя, сохраняющий принцип дифференцированного распределения потока.

Распределение потока воды между каналами осуществляется в соответствии с формулой (3) (i-номер канала)

                                                                           (3)

Объем коридоров различен. Ширина каждого i-го канала рассчитывается по формуле

.                                                           (4)

При этом в целях создания наилучшего гидродинамического режима работы каждого" капала (высокого коэффициента полезного использования объема каждого канала) минимальная скорость течения воды в канале желательна не менее 7 мм/с.

Порядок расчета многоканального усреднителя

1. Расчет объема аккумулирующей емкости Wreg с учетом графика притока сточных вод на очистные сооружения (аналогично расчету регулирующей емкости водонапорных сооружений).

2. Расчет объема многоканального усреднителя Wes (для qmin) с учетом характера поступления концентрации загрязнений: залповый, циклический или произвольный. См. формулы (25)-(29) СНиП 2.04.03-85.

3. Определение общего объема сооружения: W = Wreg+Wes.

4. Определение размеров усреднителя, в плане В´Н´L - в соответствии с граничными условиями.

5. Расчет ширины bi каждого канала по формуле (4), причем число каналов должно выбираться, начиная с трех при соблюдении конструктивных граничных условий и обеспечения минимальной скорости течения 7 мм/с.

6. Расчет расхода qi, по каждому каналу по формуле (3).

7. Расчет распределительного лотка и размеров донных и боковых водосливов.

Распределительный лоток с донными выпусками рассчитывается с учетом следующих положений:

горизонтальное расположение дна лотка;

скорость течения воды в лотке принимают постоянной, не менее 0,4 м/с из условия незаиливания лотка. При этом влияние на изменение кривой свободной поверхности воды при неравномерном ее отборе по длине лотка должно быть незначительным.

Лоток лучше располагать затопленным (ниже уровня воды в каналах) для более равномерного распределения воды по глубине потока;

расчет донных и боковых выпусков необходимо производить для расходов в м3/c, определяемых по формуле (3) для каждого канала по общепринятой методике гидравлического расчета водосливов

.                                                                                             (5)

Для донного цилиндрического отверстия  = 0,8, для бокового прямоугольного отверстия  = 0,7.

8. Расчет измерительных и регулируемых водосливов производится в соответствии с расчетом, изложенном в Справочнике по гидравлическим расчетам систем водоснабжения и канализации/А. М. Курганов, И. Ф. Федорова. - М.: Стройиздат, 1978.

Регулирование водослива, установленного между приемной камерой и аккумулирующей емкостью, производится с помощью передвижной стенки. На стенке из каждого канала устанавливаются водосливы треугольного профиля.

Кроме предложенной конструкции возможны варианты многоканального типа усреднителя. Например, в проектном институте ГИАП многоканальный усреднитель схемы ВНИИ ВОДГЕО выполнен в П-образной компоновке сблокированным аварийным накопителем.

Усреднитель-смеситель с механическим перемешиванием, оборудованный отстойной зоной

1.7. В настоящее время теоретически и экспериментально душная конструкция не отработана. Работы по созданию такой конструкции для сточных вод, относящихся к категории «тяжелых» (содержание взвешенных веществ более 500 мг/л, гидравлическая крупность - не лимитируется) начаты в МИСИ им. В.В. Куйбышева.

При конструировании такого типа усреднителя необходимо учитывать большое количество факторов, влияющих на эффективность перемешивания, например:

уплотнение или отстаивание, происходящее в донной части усреднителя (отстаивание в зоне сжатия). Интенсивность осаждения взвеси, зависимость между скоростью осаждения взвешенных частиц и их содержанием. На основании этих и других данных можно будет рассчитать отстойную зону усреднителя;

влияние условий смешения (скорость перемешивания, перемешивание за счет диффузии, создание градиента скорости между различными элементами объема и др.) на эффект выравнивания концентрации в воде и осуществления химических реакций (нейтрализация, хлопьеобразование и т.д.);

выбор мешалок или аэраторов, а также конфигурации сооружения для создания условии перемешивания.

Нельзя также не учитывать требования последующих звеньев очистки: реагентная обработка, отстаивание, флотация, биологические методы.

Так, например, для стоков кожзаводов слишком интенсивное перемешивание стоков в усреднителе разрушает естественные структурные образования, что в дальнейшем ведет к снижению эффекта коагулирования, флотации.

В то же время при аэрации стоков кожевенных производств, содержащих большое количество сульфидов, в усреднителе происходит окисление сульфидов и частичное выдувание сероводорода в атмосферу (при значениях рН менее 7). Процесс выдувания не желателен в связи с загрязнением окружающей атмосферы, о то же время процесс частичного окисления сульфидов - положителен (с повышением степени диспергирования воздуха - степень окисления сульфидов возрастет). Целесообразно в отдельных случаях использовать поверхностные аэраторы в качестве перемешивающих устройств.

Конструкция усреднителя с механическим перемешиванием разработана для стоков кожевенных производств институтом ГПИ-2 па базе радиального отстойника диаметрами 12, 24 и 40 м. Усреднитель оборудован вращающимся мостом с механическими мешалками и скребками для сгребания осадка. Пуск стока из нижней точки конического днища.

Анализ эффективности работы действующих сооружений показал, что построенные сооружения неудовлетворительно справляются с функцией усреднения состава сточных вод. Сказываются расчетные и конструктивные ошибки при проектировании, плохое качество строительства и низкий уровень эксплуатации.

Модернизация существующих конструкций может быть осуществлена использованием следующих мероприятий:

вместо централизованного впуска воды в усреднитель предусмотреть рассредоточенный по периметру сооружения (возможен металлический лоток с подачей воды через придонные выпуски);

интенсифицировать работу системы перемешивания;

предусмотреть возможный забор воды выше зоны отстаивания не менее 1,5 м. Из нижней точки дна усреднителя удалять осадок, обработка которого возможна в общей схеме локальной очистки.

Отстойники

Общие сведения

1.8. Для проектирования сооружений и аппаратов механической очистки должны быть заданы следующие данные:

общее количество сточных вод, м3/ч;

температура сточных вод, °С;

периодичность образования сточных вод;

тяжелые механические примеси, мг/л;

нефтепродукты, масла, мг/л;

плотность тяжелых и легких загрязнений, г/см3; кинетика осаждения механических процессах тяжелее и легче поды, при их расчетной концентрации в исходной воде;

требуемая степень очистки (%) или допустимое содержание загрязнений легче и тяжелее воды, мг/л;

гидравлическая крупность частиц, тяжелее и легче воды, которую необходимо выделить для обеспечения требуемой степени очистки, мм/с.

Гидравлическая крупность определяется по кривым кинетики отстаивания Э = f(t) (рис. 2), полученным экспериментально отстаиванием сточной воды в статических условиях в слое h, как правило, отличным от действительной высоты отстаивания в выбранном типе отстойника, поэтому для приведения полученных результатов к натурным надлежит производить пересчет по формулам (30) и (31) СНиП 2.04.03-85 с учетом поправки на изменение вязкости воды при изменении температуры (табл. 2).

Таблица 2

Температура воды, °С

60

50

40

30

25

20

15

10

5

0

Коэффициент вязкости , 10-3 Н×с/м2

0,469

0,549

0,656

0,801

0,894

1,01

1,14

1,308

1,519

1,702

Показатель степени n2, зависящий от природы загрязнений, в том числе и от агломерируемости взвесей для промышленных сточных вод, определяется по полученным экспериментально кривым кинетик отстаивания в слоях h1 и h2

                                                                                        (6)

При расчете сооружений для механической очистки промышленных сточных вод экспериментальное определение показателей характеристики воды и загрязнений должно предшествовать проектированию в каждом конкретном случае. Если проектирование ведется для строящегося предприятия, данные о характеристике воды, возможно, получить при изучении воды на аналогичном производстве. Опыт обследования промышленных предприятий показывает, что величина гидравлической крупности частиц U0, которые должны быть выделены для обеспечения требуемого эффекта колеблется в пределах 0,2-0,5 мм/с, поэтому для ориентировочных расчетов отстойных сооружении величину U0 можно принимать равной 0,25-0,3 мм/с.

Рис. 2. Кинетика отстаивания сточных вод прокатных производств при исходной концентрации С0 = 200 мг/л

1 - h = 200 мм; 2 - h = 500 мм

Для городских сточных вод продолжительность отстаивания t в слое h = 500 мм можно принимать по табл. 30 СНиП 2.04.03-85, а показатель степени n2 по рис. 2 СНиП 2.04.03-85.

Расчет отстойников

1.9. Принимая по внимание, что при проектировании очистных установок, как правило, применяются типовые или экспериментальные конструкции отстойных сооружений с известными геометрическими размерами, за расчетную величину следует принимать производительность одного отстойника qset, при которой обеспечивается заданный эффект очистки. После расчета qset исходя из общего расхода сточных вод определяется количество рабочих единиц отстойников N

N = .                                                                                                       (7)

Для горизонтального отстойника производительность одной секции рассчитывайся по формуле (32) СНиП 2.04.03-85. Для радиальных, всех типов вертикальных отстойников, а также отстойников с вращающимся сборно-распределительным устройством (см. пример 2), производительность одного отстойника рассчитывается по формуле (33) СНиП 2.04.03-85.

Отстойники с вращающимися сборно-распределительными устройствами

1.10. Для отстойников с вращающимся сборно-распределительным устройством  = 0. Кроме того, при проектировании этих отстойников должна рассчитываться форма перегородки, разделяющая распределительный и водоприемный лоток. Форма этой перегородки может быть выражена через изменяющуюся ширину Вр распределительного лотка

,                                                                                         (8)

где m = 1/11, 1/12;

,                                                                                         (9)

где bз - зазор между стенкой и фермой (bз = 0,1-0,15 м); lЛ- удаление расчетного створа лотка от центра отстойника. Количество струенаправляющих лопаток nЛ определяется конструктивно при соблюдении следующего соотношения:

2rл-(2nл+1) = Lр,                                                                                           (10)

где rл = 0,1-0,125 м.

Число лопаток nЛ не следует принимать более 24 шт. Изменение высоты водослива но длине водоприемного лотка зависит от изменения по радиусу расхода воды, удаляемой из отстойника. Высота водослива hсб по мере удаления от центра отстойника рассчитывается по формуле затопленного водослива с тонкой стенкой

.                                                                                     (11)

Период вращения Т, с, водораспределительного устройства, зависит от требуемой степени очистки и должен также рассчитываться при привязке отстойника к конкретным условиям,

.                                                                                        (12)

Тонкослойные отстойники

1.11. Тонкослойное отстаивание применяется в случае необходимости сокращения объема очистных сооружений при ограниченности выделяемой площади и при необходимости повышения эффективности существующих oтстойников. В первом случае тонкослойные отстойники выполняют роль самостоятельных сооружений, во втором - существующие отстойники дополняются тонкослойными модулями, располагаемыми в совершенствуемом отстойнике, перед водосборным устройством.

1.12. При расчете отстойника, работающего по перекрестной схеме (рис. 3) расчетными величинами являются длина яруса Lbl и производительность отстойника qset. Длина яруса Lb, м, определяется по формуле

,                                                                                           (13)

где uw - скорость потока воды в ярусе отстойника, мм/с, применяемая по табл. 31 СНиП 2.04.03-85; hli - высота яруса, м, по табл. 31 СНиП 2.04.03-85 (при высоких концентрациях загрязнений рекомендуется принимать большие значения); Кdis, - коэффициент сноса выделенных частиц (при плоских пластинах Кdis = l,2; при рифленых пластинах Кdis = 1); Uо - гидравлическая крупность, задерживаемых частиц которую рекомендуется определять в слое, равном высоте яруса hli.

Производительность отстойника qset определяется по формуле

qset = 7,2Kset Hbl Lbl Bbl Uo/Kdis hli,                                                                  (14)

где Bbl - ширина тонкослойного блока, назначается из допустимого прогиба листа, выбранного для тонкослойного блока (= -5мм) при наклоне под углом сползания осадка.

Строительная ширина Встр, м, отстойника определяется по формуле

Встр = 2Вbl+b1+2b2,                                                                                      (15)

где b1 - 0,25 м, b2 - 0,05-0,1 м.

После определения длины яруса отстойника lbl, исходя из возможных размеров материала, применяющегося для параллельных пластин, назначаются длина пластины в ярусе и количество блоков (модулей), располагаемых по одной прямой.

Обязательным условием, выполняемым при конструировании отстойника, должна быть плотная стыковка соответствующих пластин в рядом устанавливаемых блоках (модулях). Строительная высота отстойника Нстр. м (см. рис. 3) определяется по формуле

Нстр = Нbl+h3+hм+0,3,                                                                                 (15а)

Рис. 3. Схема тонкослойного отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка

где h3 - высота, необходимая для расположения рамы, на которой устанавливаются блоки (h3 = 0,2-0,3 м; hм = 0,l м).

Строительная длина тонкослойного отстойника Lcтp (см. рис. 3) определяется по формуле

Lстр = Lbl;+l1+l2+2l3+l4.                                                                               (16)

Зона длиной l1 служит для выделения крупных примесей Объем зоны рассчитывается на 2-3-минутное пребывание потока

l1 = qsett/(60HblBcтpKset),                                                                                (17)

где Kset - коэффициент использования зоны, принимаем равным 0,3; при применении пропорционального устройства l2 = 0,2 м, если распределение осуществляется дырчатой перегородкой l2 = 0; l3 = 0,2-0,25 м; l4 = 0,15-0,2 м.

1.13. В настоящее время применяется большое количество конструктивных разновидностей тонкослойных отстойников, работающих по противоточной схеме, все они практически, могут быть сведены к двум расчетным схемам, показанным на рис. 4 и рис. 5. В конструкции отстойника, показанного на рис. 4, расчетной являются длина пластины в блоке (модуле) Lbl и производительность секции qset.

Длину пластины Lы можно определить по формуле

Lbl = uWhti/U0,                                                                                               (18)

где uw - скорость потока в ярусе; hti- высота яруса. Данные параметры задаются по табл. 31 СНиП 2.04.03-85.

Производительность одной секции рассчитывается по формуле (36) СНиП 2.04.03-85, для которой Hbl определяется по формуле

Ны = пtibn,                                                                                                     (19)

где пti - количество ярусов в блоке, которое назначается из конструктивных соображений; bn - определяется по формуле

bп = htiсоs.                                                                                                 (20)

Рис. 4. Схема тонкослойного отстойника, работающего по противоточной схеме удаления примесей

а - тяжелых примесей; 6 - легких примесей (масла, нефтепродукты и т.п.)

Ширина секции отстойника назначается из конструктивных соображений и исходя из размеров пластин, предназначающихся для изготовления блоков (модулей). Все размеры других узлов отстойника (ширина резервуара отстойника, его строительная глубина и т.д.) назначаются из конструктивных соображений.

За расчетные параметры тонкослойного отстойника (см. рис. 5) следует принимать длину пластин в блоке Lbi и длину расположения тонкослойных блоков (модули) Lb. Величина Lbi определяется так же, как и в предыдущем случае по формуле (18), a Lb- по формуле

Lb = qset /(3,6KetuWBbi),                                                                                  (21)

где qset - расход сточных вод на секцию, м3.

Рис. 5. Схема отстойника, оборудованного тонкослойными блоками, работающего по противоточной схеме удаления примесей

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

Общая длина  отстойника определяется по формуле

L = Lb +,                                                                 (22)

где  - длина зоны определяется из условия формирования потока перед распределением между ярусами. В этом же объеме происходит выделение крупных механических примесей при этом  принимается в интервале 1-1,5 м;

 = Lbl sin (90-);

 = 0,3 м;  = 0,05-0,1 м;  = 0,4-0,5 м.

Общая глубина воды в отстойнике Нстр, м, определяется как сумма высот различных зон

Нстр = hм + h2 + h3 +h4+ h5,                                                                        (23)

где

h2 = Lbl sin ;                                                                                               (24)

hм0,1 м; h3 = 0,2-0,5 м; h4 = 0,1-0,2 м; h5 = 0,3 м.

Затем определяется удельный объем образующегося осадка Qmud,, м3/ч, назначается способ его удаления в приямок и способ удаления из приямка, а по формуле (37) СНиП 2.04.03-85 рассчитывается его расход.

Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные

1.14. В случае дополнения горизонтальных отстойников тонкослойными блоками (при необходимости повышения их эффективности или для увеличения производительности), расчетными параметрами являются длина пластин Lbl в блоке (модуле) и расстояние Lb, на котором устанавливаются блоки в отстойнике. Эти величины рассчитываются но формулам (18) и (21). Величина Вbl численно равна ширине секции отстойника (пример 5).

При дополнении тонкослойными блоками вертикальных отстойников, при известных габаритах отстойника Lset и Вset или Dset, заданной крупности задерживаемых частиц U0 расчетной величиной является длина пластин Lbl, которая при заданной высоте яруса hti рассчитывается но формуле (18) или высота яруса hti, рассчитывается по заданной длине пластин по той же формуле. Производительность отстойника рассчитывается по формуле

;                                                                              (25)

Fset = Lset Bset или Fset = 0,785Dset ; Hbl = Lbl sin .                                     (26)

Когда производительность отстойника известна и требуется лишь увеличить эффективность очистки Эгр, по лабораторным анализам кинетики отстаивания изучаемой воды определяется гидравлическая крупность частиц. Далее, задаваясь высотой яруса hti, по формуле (25) определяется высота Ны, на которой должны быть расположены тонкослойные элементы, а затем по формуле (26) рассчитывается длина пластины и проверяется по формуле (18) скорость потока в ярусе.

При дополнении существующих радиальных отстойников тонкослойными блоками (модулями) (рис. 6), когда известны геометрические размеры отстойника и его производительность, а требуемая степень очистки задана гидравлической крупностью частиц U0, которые необходимо выделить, расчетными параметрами являются длина пластины в блоке Lbl, высота блока Нbl и число ярусов в блоке nbl. Величина lbl, рассчитывается по формуле (18) при заданной высоте яруса hbl. Высота блока hbl рассчитывается по следующей зависимости:

,                                                                               (27)

где Kset - коэффициент использования объема, определяется по табл.31 СНиП 2.04.03-85, как для радиальных отстойников; D1 - диаметр расположения блоков,

Рис. 6. Схема радиального отстойника дополненного тонкослойными блоками (модулями)

Затем определяется число ярусов в блоке (модуле)

nti = Hbi/hticos.                                                                                           (28)

Примеры расчета отстойников

Пример 1. Требуется определить гидравлическую крупность частиц для проектирования отстойника при очистке сточных вод прокатного производства.

Исходные данные: расход сточных вод qw - 1000 м3/ч; температура Tw – 30 °С; расход сточных вод постоянен в течение суток. Исходная концентрация тяжелых механических примесей - 200 мг/л; маслопродуктов - 50-60 мг/л; плотность тяжелых загрязнений - 5 г/см3; маслопродуктов - 0,8 г/см3; кинетики отстаивания механических примесей тяжелее воды расчетной концентрацией в различных слоях воды показаны на рис. 2.

В очищенной воде содержание тяжелых примесей не должно превышать 60 мг/л, маслопродуктов - 25 мг/л.

В проекте принимаются отстойники с рабочей глубиной отстаивания Нset = 1,5 м. Определение расчетной гидравлической крупности исходя из заданных параметров производится в следующем порядке:

по заданным величинам концентраций механических примесей в исходной и осветленной воде определяем требуемый эффект очистки Этр

Этр = 100 (200 - 60) /200 = 70 %;

по кривым кинетики отстаивания (см. рис. 2) определяется продолжительность отстаивания ti = 13,5 мин (810 с); t2 = 17,5 мин (1050 с), при которых в слоях воды h1 = 200 мм и h2 = 500 мм достигается требуемый эффект;

после этого по формуле (6) определяется показатель степени n2

n2 = (lg 1050 - 1g 810)/(lg 500 - lg 200) = 0,3;

затем по формуле (30) СНиП 2.04.03-85 определяется гидравлическая крупность U0 частиц взвесей, которые должны быть выделены в отстойнике, при этом Kset = 0,5 (по табл. 31 СНиП 2.04.03-85), если температура сточных вод, поступающих на отстойники, будет такая же, какая была обеспечена при экспериментальном определении кинетик отстаивания, например Тw = 20 °С:

.

Поскольку температура сточных вод поступающих на отстойник Tw = 30 °С, требуется внести поправку:

 = 063.1,005/0,801 = 0,79 мм/с.

Таким образом, отстойники, принятые как сооружения для механической очистки сточных вод прокатных производств, должны рассчитываться на задержание частиц гидравлической крупностью 0,79 мм/с.

Пример 2. Для очистки городских сточных вод требуется рассчитать отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством, который должен обеспечивать 60 %-нoe задержание механических загрязнений, при исходной концентрации 300 мг/л. Расчетная температура воды составляет 20 °С, плотность осадка 2,0 г/см3.

Задаемся диаметром отстойника Dset = 24 м, в котором высота отстаивания Нset = 1 м.

По формуле (30) СНиП 2.04.03-85 определяется гидравлическая крупность частиц, которые требуется выделить для обеспечения заданного эффекта. При этом по табл. 30 и рис. 2 СНиП 2.04.03-85 определяется значение h1 = 0,5; tset = 970 с и n2 = 0,275, входящие в эту формулу, а по табл. 31 СНиП 2.04.03-85 назначается значение коэффициента использования объема Кset = 0,85

.

Внесение поправки на температуру не требуется, так как при лабораторных определениях кинетики отстаивания температура воды была той же, что в производственных условиях.

По формуле (33) СНиП 2.04.03-85 определяется производительность одного отстойника

qset = 2,8.0,85.(242-12).0,76 = 1042 м/ч.

По формуле (12) определяется период вращения водораспределительного устройства

Т = 1000.1.0,85/0,76 = 1118,4 с = 18,6 мин.

Определив по формуле (9) величину RЛ = (24/2)-0,15 = 11,85, и задавшись значениями m = 1/12; b3 = 0,15 и bл, по формулам (8) и (11), рассчитываем ширину распределительного лотка Вр и высоту водослива hсб по створам. Для удобства результаты расчета сводим в табл. 3

Таблица 3

RЛ, м

2

3

4

5

6

7

Вр, м

0,973

0,955

0,929

0,895

0,851

0,796

hсб, м

0,030

0,039

0,017

0,055

0,062

0,069

Продолжение табл. 3

RЛ, м

8

9

10

11

11,85

Вр, м

0,728

0,642

0,529

0,367

0

hсб, м

0,076

0,081

0,037

0,093

0,097

Исходя из общего количества сточных вод и коэффициента неравномерности рассчитывается количество отстойников, а по формуле (37) СНиП 2.04.03-85 определяется количество образующегося осадка и принимается способ его удаления.

Пример 3. Расчет тонкослойного отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка (см. рис. 3).

Исходные данные: расход сточных вод завода производства железобетонных изделий (ЖБИ) составляет 1200 м3/сут; коэффициент часовой неравномерности составляет 1,1; завод работает в две смены.

Исходная концентрация тяжелых механических примесей - 700 мг/л; масло- и нефтепродуктов - 100-300 мг/л. Допустимая концентрация механических примесей в очищенной воде - 50 мг/л, нефтепродуктов - 25 мг/л.

По кривым кинетики отстаивания в слое воды, равном высоте яруса hti = 0,1 м, находим, что гидравлическая крупность тяжелых механических взвесей, которые требуется выделить, составляет

U0 = 1000hti/t = (0,1.1000)/500 = 0,2 мм/с.

Гидравлическая крупность нефтепродуктов

U0н = (0,l.1000)/330 = 0,3 мм/с.

Следовательно, расчет отстойника нужно вести на задержание частиц крупностью 0,2 мм/с.

Из условия количества загрязнений в сточных водах (700 мг/л) принимаем высоту яруса в отстойнике hti = 0,1 м (табл. 31, СНиП 2.04.03-85). Для обеспечения условий сползания осадка по пластинам, угол наклона пластин  принимаем равным 45°. В качестве материала пластин по имеющимся возможностям будет использована листовая сталь  = 3 мм. Задавшись скоростью потока в ярусе отстойника (табл. 31 СНиП 2.04.03-85)  = 7 мм/с, определяем по формуле (13) длину яруса

.

Из условия допустимого прогиба ( = 3-5 мм) наклоненной под углом 45° пластины принимаем ширину блока Bbl = 0,75 м. Таким образом, максимальная ширина пластины в блоке будет Bbl = 0,75 1,41 = 1,060 м. Задаемся высотой блока с параллельными пластинами Hbl = 1,5 м.

По формуле (35) СНиП 2.04.03-85 определяем производительность одной секции тонкослойного отстойника с двумя рядами блоков (см. рис. 3)

qset = 7,2.0,75.1,5.0,75.4,2  = 42,5 м3/ч.

Проверяем скорость потока в ярусе отстойника при использовании поперечного сечения на 75 % Kset = 0,75 (табл. 31, СНиП 2.04.03-85)

Приведенный расчет показывает, что исходные величины выбраны верно. Строительная ширина секции отстойника рассчитывается по формуле (15)

Встр= 2´0,75+0,2+2´0,05 = 1,8;

Нстр= 1,5+0,3+0,1+0,3 = 2,2 м.

Длина зоны грубой очистки li по формуле (17)

.

Строительная длина секции Lcтp по формуле (16)

Lcтp = 4,2+1,75+0,2+2.0,2 +0,15 = 6,7 м.

Определяется часовой расход сточных вод с учетом коэффициента часовой неравномерности

qW = (1200.1,1)/16 = 82,5 м3/ч.

Исходя из общего количества сточных вод определяется количество секции тонкослойного отстойника

N = 82,5/42,5 = 1,94  2 секции.

В соответствии с п. 6.58 СНиП 2.04.03-85 уточняется количество секций: N = 2 секции.

Из условия выбранного материала для пластин (листовая сталь  = 3 мм) и облегчения массы блока, исходя из расчетной длины ярусного пространства (Lы = 4,2 м), принимаем длину блока (модуля) 1,06 м. Таким образом, в каждом ряду будет располагаться по 4 блока (модуля).

Количество выделяемого осадка влажностью W = 96 % определяется по формуле (37) п. 6.65 СНиП 2.04.03-85

.

Далее принимается метод удаления осадка из отстойника. В данном случае, так как тонкослойный отстойник рекомендуется располагать над поверхностью земли, целесообразно принять многобункерную конструкцию отстойника с удалением осадка под гидростатическим напором.

Пример 4. Рассчитать тонкослойный отстойник, работающий по противоточной схеме удаления осадка (см. рис. 4).

Расчет ведется для случая очистки нефтесодержащих сточных вод НПЗ, когда для обеспечения снижения содержания нефтепродуктов до 50-70 мг/л из воды должны быть удалены глобулы нефти гидравлической крупностью  = 0,3 мм/с, которая определена при отстаивании в слое воды h = 100 мм. Расход сточных вод qW постоянен и составляет 600 м3/ч, температура воды 20 °С.

Приняв по табл. 31 СНиП 2.04.03-85 высоту яруса h = 0,l м, и скорость рабочего потока  = 5 мм/с, определяем по формуле (18) длину пластины в ярусе

.

Задавшись углом наклона пластин, определенным экспериментально,  = 45°, определяем расстояние между пластинами

.

Задаемся количеством ярусов в блоке (модуле) из условия простоты монтажа nы = 15 шт. Определяем высоту блока по формуле (19)

Hы = 0,07.15 = 1,05 м.

Ширина блока Вы определяется из условия ширины материала листа и условий монтажа. Назначаем ширину одной секции отстойника

Bset = Bы = 6 м.

Определяем производительность одной секции по формуле (36) СНиП 2.04.03-85, если коэффициент использования объема Кset = 0,55 (табл. 31 СНиП 2.04.03-85);

qset = 3,6.0,55.1,05.6.5 = 62,4 м3/ч.

Толщиной пластин в блоке при технологическом расчете можно пренебречь.

Исходя из расхода сточных вод определяем количество секций отстойника

N = 600/62,4 = 9,6  10 шт.

Далее из конструктивных соображений и с учетом обеспечения гидравлического режима потоков воды, близкого к ламинарному, назначаются другие размеры секции отстойника. Например:

l1 = lsin  +0,5 = 1,7.0,707+0,5 = 1,7 м;

Hы/sin = l2 = 1,05/0,707 = 1,481,5 м;

h3 = 0,5 м из условия более равномерного сброса очищенной воды;

l2 = Hыcos+lsin  = 1,05×0,707+1,7×0,707 = 1,94 м;

h3 = 0,5 м из условия равномерности распределения воды между ярусами блока. Таким образом Ноб = 0,5 + 1,94+0,5 = 2,94 м.

Пример 5. Требуется рассчитать отстойник, работающий по противоточной схеме, показанной на рис. 5, для очистки коагулированных сточных вод литейного производства расходом 500 м3/ч, сточные воды с концентрацией механических примесей 1000 мг/л образуются постоянно, температура сточных вод Тw (в среднем) 30 °С. Экспериментально в заводской лаборатории установлено, что требуемая степень очистки (содержание взвесей 150-200 мг/л) обеспечивается при задержании частиц гидравлической крупностью 0,2 мм/с. Крупность определена по кривым кинетики отстаивания, полученным при температуре 20 °С в слое 100 мм.

По формуле (31) СНиП 2.04.03-85 уточняем величину гидравлической крупности

 = 0,2×1,005/0,8007 = 0,25 мм/с.

По формуле (18) определяем длину пластины в ярусе Lbl, задавшись предварительно по табл. 3.1 СНиП 2.04.03-85 высотой яруса hti = 0,1 м; и скоростю потока в ярусе uw = 5 мм/с

Lbl = (5×0,1)/0,25 = 2 м.

Назначаем угол наклона пластин, определенный экспериментально: a = 50°.

Задаемся количеством секций отстойника N = 5 и определяем производительность одной секции qset = 500/5 = 100 м3/ч.

Задаемся шириной одной секции Bbt = 3 м.

По формуле (21) определяем длину зоны Lb тонкослойного отстаивания, если коэффициент использования ее объема в соответствии с табл. 31 СНиП 2.04.03-85 Kset равен 0,5:

Lb = 100/(3,6×0,5×5×3) = 3,7 м.

Задаем длину зон тонкослойного отстойника (см. рис. 5):

 = 1,5 м;  = 2 sin (90- 50°) = 2×0,64 = 1,28;  = 0,3 м;  = 0,1 м;  = 0,5 м, а затем по формуле (22) определяем общую рабочую длину отстойника

 = 3,7 + 1,5 + 1,28 + 0,3 + 0,1 + 0,5 = 7,38 » 8 м.

По формуле (23) определяем общую глубину воды в отстойнике Нстр, предварительно задавшись высотой зон:  = 0,1;  = 2 sin 50° = 2×0,77 = 1,54;  = 0,3;  = 0,2;  = 0,3;

Нстр = 0,1 + 1,54 + 0,3 + 0,2 + 0,3 = 2,44 см = 2,5 м.

Принимаем удаление осадка в приямок скребковым механизмом. По формуле (37) СНиП 2.04.03-85 определяется расход удаляемого осадка

Qmud = (1000 - 200) 500/(100 - 96) 2,6×104 = 3,85 м3/ч.

Пример 6. Необходимо повысить эффективность работы действующего раднального отстойника Dset = 30 м, на который подается расход воды qset = 1000 м3/ч. При этой производительности в отстойнике задерживаются частицы гидравлической крупностью Uо = 1 мм/с, что не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Анализ характеристики загрязнений показал, что требуемый эффект очистки обеспечивается при выделении примесей гидравлической крупностью 0,25 мм/с и более.

Одним из путей интенсификации работы существующих отстойников является дополнение их тонкослойными блоками (модулями) (см. рис. 6).

Требуется определить размеры тонкослойных блоков, которыми должен быть оборудован радиальный отстойник.

Приняв по табл. 33 СНиП 2.04.03-85 скорость потока uw =5 мм/с и высоту яруса hti = 0,07 м по формуле (18), определяем длину пластин в блоке

Lbt = 5×0,07/0,25 = 1,4 м.

Задавшись диаметром Di = 27 м, на котором предполагается расположить блоки с параллельными пластинами, по формуле (27) определяем высоту блока, при коэффициенте использования объема Кset = 0,45, определяемого по табл. 31 СНиП 2.04.03-85

 м.

Рассчитываем количество ярусов в блоке (модуле)

пti = 1,5/0,07 = 21,4 » 22 яруса.

Гидроциклоны

1.15. Для расчета и проектирования установок с открытыми гидроциклонами должны быть заданы те же параметры по воде и по загрязнениям, что и для отстойников (см. п. 1.8).

Гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта очистки, определяется при высоте слоя воды, равном 200 мм. Для многоярусных гидроциклонов слой отстаивания должен быть равен высоте яруса.

Основной расчетной величиной открытых гидроциклонов (рис. 7 - 9) является удельная гидравлическая нагрузка, которая определяется по формуле (38) СНиП 2.04.03-85.

Величину конструктивных параметров (Dhcbcn и т.д.), входящих в расчетные зависимости, следует назначать по табл. 4. Производительность одного аппарата рассчитывается по формуле (41) СНиП 2.04.03-85

.

Исходя из общего количества сточных вод Qw определяется количество рабочих единиц гидроциклонов: N = QW/Qhc. После назначения диаметра аппарата и определения их количества по табл. 4 определяются основные параметры гидроциклона.

Угол наклона образующей конических диафрагм в открытых гидроциклонах в каждом конкретном случае должен задаваться в зависимости от свойств выделяемого осадка, но не менее 45°. Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут быть выполнены как из стали, так и из неметаллических материалов: ткань, пластик и т.д.

В распределительном канале пропорционального водораспределительного устройства многоярусного гидроциклона скорость восходящего потока должна быть не менее 0,4 м/с.

Рис. 7. Схемы открытых гидроциклонов

а - без внутренних вставок; б - с конической диафрагмой; в - с конической диафрагмой и внутренним цилиндром

Рис. 8. Схема многоярусного гидроциклона с центральными выпусками

Рис. 9. Схема многоярусного гидроциклона с периферийным отбором очищенной воды


Таблица 4

На именование конструктивного элемента

Единица измерения

Тип гидроциклона по рис.

7, а

7, б

7, в

8

9

1

2

3

4

5

6

7

Диаметр аппарата

м

2-10

2-6

2-6

2-6

2-6

Высота цилиндрической части H

доля от Dhc

Dhc

Dhc

Dhc +0,5

-

-

Размер впускного патрубка

»

0,07

0,05

0,05

Определяется по скорости входа

Количество впусков nl

шт.

2

2

2

3

3

Угол конической части

град

60

60

60

60

60

Угол конуса диафрагм

»

-

90

90

90-60

90-60

Диаметр центрального отверстия в диафрагме d1

доля от Dhс

-

0,5

0,5

0,6-1,4 м

Диаметр внутреннего цилиндра D1

то же

-

-

0,88

-

-

Высота внутреннего цилиндра H1

»

-

-

1,0

-

-

Высота водосливной стенки над диафрагмой Н2

м

-

0,5

0,5

0,5

0,5

Диаметр водосливной стенки, D2

в долях от Dhc

Dhc

Dhc +0,2

Dhc +0,2

Dhc +0,2

Dhc +0,2

Диаметр полупогруженной кольцевой перегородки D3

то же

Dhc -0,2

Dhc

Dhc

Dhc

Dhc

Высота ярусов hti

м

-

-

-

0,1-0,25

0,1-0,2

Число ярусов nti

шт.

-

-

-

4-20

4-20

Зазор между корпусом и диафрагмой

м

-

0

0

0,05-0,07

0,1-0,15

Ширина шламоотводящей щели b

»

-

-

-

0,1-0,15

-

Скорость потока на входе в аппарат ubn ,

м/с

0,3-0,5

0,3-0,5

0,3-0,5

0,3-0,4

0,3-0,4

Скорость потока на входе в раструб выпуска u вых

»

-

-

-

0,1

-

Количество выпусков из яруса n3

шт.

-

-

-

3

-

___________________

* Над чертой показан размер нижней диафрагмы пары ярусов, под чертой - верхней.


При расположении гидроциклонов над поверхностью земли и удалении осадка под гидравлическим напором, отвод осадка производится с разрывом струн через коническую насадку, присоединенную к шламовому патрубку через задвижку. Диаметр шламовой насадки подбирается при наладке сооружения. Для предупреждения засорения насадки крупными загрязнениями перед ней, но после задвижки, устанавливается камера, в которой располагается решетка, набранная из металлической полоски с прозорами 6-8 мм.

Для равномерного распределения воды между гидроциклонами их водосливные кромки должны располагаться на одной отметке, а на подводящих трубопроводах должны быть установлены водоизмерительные устройства.

Напорные гидроциклоны

1.16. Посредством напорных гидроциклонов успешно решаются следующие технологические задачи, осветление сточных вод, например стекольных заводов, автохозяйств (удаление песка, глины и других минеральных компонентов), литейных производств (удаление компонентов формовочной земли), нефтепромыслов (удаление нефтепродуктов и шлама), мясокомбинатов (удаление частиц минерального происхождения) и т.д.

Обогащение твердой фазы стоков (удаление из твердой фазы частиц минерального или органического происхождения, снижающих ценность основного продукта). Например, обогащение твердой фазы сточных вод галтовочных барабанов, в которых содержится ценный карборундовый порошок и отходы процесса шлифовки керамики, с обеспечением повторного использования порошка карборунда в процессе шлифовки.

1.17. Для обезвоживания сырых осадков при использовании тисковых центрифуг напорные гидроциклоны надлежит применять для предварительного удаления абразивных частиц твердой фазы осадка, обеспечивающего защиту центрифуг от абразивного износа.

Удаление из известкового молока инертных примесей (частиц песка, необожженного известняка) позволяет повысить надежность работы дозаторов, реакторов, контрольно-измерительной аппаратуры.

1.18. Классификация частиц твердой фазы сточных вод: разделение частиц на фракции с различной крупностью. Например, классификация частиц твердой фазы сточных фаз литейных производств с повторным использованием отдельных фракций в технологическом процессе.

Процесс классификации реализуется с использованием нескольких ступеней разделения в напорных гидроциклонах с получением на каждой ступени фракций с определенными размерами частиц.

1.19. На очистных сооружениях в напорных гидроциклонах производится сгущение сточных вод и осадков. Учитывая то, что объем сгущенного продукта в напорных гидроциклонах может составлять всего 2,5-10 % начального объема обрабатываемой суспензии, технологическая операция сгущения может обеспечить значительную экономию материальных затрат на строительство очистных сооружений и участков обработки осадков. При этом происходит эффективная отмывка минеральных частиц от налипших на них органических загрязнений, например, на очистных сооружениях НПЗ при обработке песка, выгружаемого из песколовки гидроэлеваторами, или при отмывке песчаной загрузки фильтров при ее гидроперегрузке.

1.20. В зависимости от расположения напорных гидроциклонов в технологическом процессе и схемы их обвязки могут иметь место четыре гидродинамических режима работы:

при свободном истечении верхнего и нижнего продуктов в атмосферу Рвх = Ра; Ршл = Ра;

при наличии противодавления со стороны сливного трубопровода и свободном истечении шлама Рвха; Ршл = Ра;

при противодавлении со стороны спинного и шламового трубопроводов Рвха; Ршла.

Режимы работы гидроциклонов учитываются при расчете конструктивных и технологических параметров.

1.21. Одной из важных особенностей напорных гидроциклонов является сильная корреляция производительности и эффективности разделения суспензий с основными конструктивными и технологическими параметрами аппаратов (рис. 10).

Наибольшие значения коэффициентов корреляции имеют следующие параметры: диаметр цилиндрической части гидроциклона Dhс площадь питающего патрубка Fen, диаметры сливного и шламового патрубков dвx, dшл; высота цилиндрической части Нц, угол конусности конической части , перепад давления в гидроциклоне Р = Рcnсx, концентрации суспензии на входе в гидроциклон Ссn, размеры и плотность частиц твердой фазы суспензии dcpT.

1.22. Основные размеры напорного гидроциклона подбираются по данным заводов изготовителей при этом должны учитываться:

диаметр питающего dеn и сливного dех патрубков должны отвечать соотношениям dеn/dex = 0,5-1;den/Dhc = 0,12-0,4;

,

где  - толщина стенки сливного патрубка; dшл - диаметр шламового патрубка назначается из соотношения dшл/deх = 0,2-1,0 (для предупреждения засорения шламового патрубка его минимальный диаметр должен в 6-8 раз превышать максимальный размер частиц загрязнений); Нц - высота цилиндрической части для гидроциклонов осветлителей должна приниматься: Нц = (2-4)Dhс, для гидроциклонов сгустителей: Нц = (1-2)Dhс.

Угол конусности  конической части следует принимать для гидроциклонов осветлителей 5-15°, для гидроциклонов сгустителей - 20-45°.

1.23. В зависимости от особенностей решаемых технологических задач могут применяться двух продуктовые (см. рис. 10) и многопродуктовые (рис. 11) напорные гидроциклоны. В последнем случае аппараты имеют несколько сливных трубопроводов, отводящих целевые продукты из различных зон восходящего вихревого потока гидроциклонов. Такие конструкции аппаратов, как правило, применяются при разделении многофазных сред.

Рис. 10. Схема напорного гидроциклона

Рис. 11. Схема трехпродуктового напорною гидроциклона

1.24. За последние годы в ряде отраслей промышленности широко внедряются мультигидроциклоны - монолитные или сборные блочные конструкции, включающие десятки или сотни единичных напорных гидроциклонов, имеющих единые питающие, сливные и шламовые камеры. Путем создания мультигидроциклонов успешно реализуется возможность промышленного применения высокоэффективных двухпродуктовых и многопродуктовых напорных гидроциклонов с малым диаметром цилиндрической части от 8 до 75 мм.

1.25. Для выделения из сточных вод частиц механических загрязнении крупностью  = 50-100 мкм (табл. 5) рекомендуются конструкции напорных гидроциклонов малых диаметров, выпускаемых Усолье-Сибирским заводом горного оборудования.

Для выделения из сточных вод мелкодисперсных механических примесей и сгущения осадка - гидроциклоны опытно-экспериментального завода Дзержинского филиала Ленниихиммаш (табл. 6).

Таблица 5

Наименование узлов и деталей, технологические параметры

Размеры основных узлов и деталей

ГЦ-150К*

ГЦ-250К*

ГЦ-360К*

ГЦ-500К*

Внутренний диаметр цилиндрической части Dhc, мм

150

250

350

500

Сечение вкладыша питающего патрубка на входе в гидроциклон b´h мм

15´45

30´65

40´40

55´140

Диаметр патрубка питающего den, мм

50

80

100

150

Насадок сливной dвx, мм

40

65

90

130

Патрубок сливной dсx, мм

65

100

100

150

Патрубок шламовый dшл, мм

12; 17; 24

17; 24; 34

24; 44; 48

31; 48; 75

Угол конусности конической части  град

20

20

20

20

Масса гидроциклона, кг

94

209

344

605

Объемная производительность Qеn, м3/4, при Pen= 0,03-0,25, МПа

12-35

30-85

55-160

98-281

Граничная крупность разделения , мкм

28-95

37-135

44-160

52-240

_______________

* ГЦ - сокращенное название гидроциклона; цифры - внутренний диаметр цилиндрической части, мм; буква К - внутренняя поверхность стенок аппарата футерована каменным литьем.


Таблица 6

Наименование узлов и деталей. Технические параметры

Размеры основных узлов и деталей

Тип гидроциклонов*

ГН-25

ГН-40

ГН-60

ГН-80

ГНС-100

ГНС-125

ГНС-160

ГНС-200

ГНС-250

ГНС-320

ГНС-400

ГНС-500

Диаметр:

25

40

60

80

100

125

160

200

250

320

400

500

цилиндрической части Dhc, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

питающего патрубка den, мм

4, 6, 8

6, 8, 12

8, 12, 16

10, 12, 16, 20

12, 16, 20, 25

16, 25, 32, 40

20, 25, 32, 40, 50

25, 32, 40, 50, 60

32, 40, 50, 60, 80

40, 50, 60, 80, 100

50, 60, 60, 100, 125

60, 80, 100, 125, 160

сливного патрубка deх, мм

5, 8, 12

8, 12, 16

12, 16, 20

16, 20, 32

20, 32, 40

25, 32, 40, 50

32, 40, 50, 60

40, 50, 60, 80

50, 60, 80, 100

60, 80, 100, 125

80, 100, 125, 160

100, 125, 160, 200

шламового патрубка dшл, мм

3, 4, 5

4, 5, 6

5, 6, 8

6, 8, 10, 12

8, 10, 12, 16

8, 10, 12, 16

10, 12, 16, 20, 25

12, 16, 20, 25

16, 20, 25, 32, 40

16, 20, 25, 32, 40, 50

20, 25, 32, 40, 50

25, 32, 40, 50, 60

Угол конусности конической части , град

5, 10, 15

5, 10, 15

5, 10, 15, 20

5, 10, 15, 20

10, 15, 20

10, 15, 20

10, 15, 20

10, 15, 20, 30

10, 15, 20, 30

10, 15, 20, 30

15, 20, 30, 45

15, 20, 30, 45

Высота цилиндрической части Нц, мм

25, 50, 75, 100

40, 80, 60, 120, 160

60, 120, 180, 240

80, 160, 240, 320

100, 200, 300, 400

125, 250, 375

160, 320, 480

200, 400, 600

250, 500, 750

320, 500, 750

400, 500, 800

500, 750, 1000

Глубина погружения сливного патрубка Нк, мм

10, 16, 25

16, 25, 32

25, 32, 40

32, 40, 64

40, 64, 80

50, 64, 80, 100

64, 80, 100, 120

80, 100, 120, 160

120, 160, 200

120, 160, 200, 250

160, 200, 250, 320

200, 250, 320, 400

Объемная производительность Qеn при Реn = 0,1 МПа

0,3-1,1

0,6-2,2

1,1-3,7

1,8-6,4

2,7-10,1

4,4-21,1

6,7-31,8

10,2-47,4

16,3-78,7

24,05-117,3

37,67- 180,3

54,6-282

Граничная крупность разделения гр, мкм

2,3-64

2,3-84,9

3,4- 92,9

4,3-103,0

6,1-150

6,6-311

8,9-330,8

10,5-342

12,5-413,3

15,3-685,5

17,5-745,0

20,5-884

___________

* ГН - гидроциклон напорный с монолитными элементами, ГНС - со сборными элементами рабочей камеры.


1.26. Гидроциклоны малых диаметров объединяются в батареи и блоки(мультициклоны), что позволяет при обеспечении требуемого эффекта очистки и производительности добиться максимальной компактности установки.

Батарейные гидроциклоны имеют единую систему питания, а также системы сбора верхнего и нижнего продуктов разделения. Батарейный гидроциклон, состоящий из 12 аппаратов Dhc = 75 мм, имеющий производительность 60-70 м3/ч, изготавливает опытно-экспериментальный завод Ленниихиммаш. Материал - нержавеющая сталь.

Аппарат рекомендуется к применению в технологических процессах очистки производственных сточных вод литейных, стекольных и керамических производств и т.д. Опытно-экспериментальный завод Дзержинского филиала Ленниихиммаш изготавливает батарейные гидроциклоны, включающие шесть единичных гидроциклонов Dhc = 125 мм (den = 25 мм; dвх = 35 мм; dшл = 12 мм;  = 10°). С целью сокращения расхода шлама и повышения надежности работы батареи, единичные гидроциклоны снабжаются автопульсирующими шламовыми патрубками.

Производительность батарейного гидроциклона при давлении питания 0,4 МПа-120 м3/ч. Материал - нержавеющая сталь.

Центральным научно-исследовательским институтом крахмало-паточной промышленности (ЦНИИКПП) разработаны конструкции мультигидроциклонов марки ГБ-2, ГБ-3, ГБ-6, ГБ-7, ГП-8, (табл. 7). Серийное производство аппаратов осуществляет Кореневский опытный завод ЦНИИКПП.

Единичные аппараты изготовляют из пластмасс. Основные геометрические размеры и технологические параметры мультигидроциклонов приведены в табл. 7. Назначение аппаратов; разделение суспензии картофеле- и кукурузокрахмального производства. В технологии очистки сточных вод мультигидроциклонов ЦНИИКПП рекомендуется применять для механической очистки промышленных стоков, содержащих минеральные частицы размером  = 200 мкм и плотностью  = 2,7 г/см3.

Таблица 7

Наименование узлов и деталей, технологические параметры

Тип мультигидроциклонов

ГБ-2*

ГБ-3*

ГБ-6**

ГБ-7**

ГБ-8**

1

2

3

4

5

6

Единичный гидроциклон:

 

 

 

 

 

диаметр цилиндрической части Dhc, мм

20

20

20

20

20

размер питающего патрубка dcn, мм

2´5

2´5

2´5

2´5

2´5

диаметр сливного патрубка dвх, мм

6

6

6

6

6

диаметр шламового патрубки dшл, мм

3

3

3

3

3

Угол конической части , град

10

10

10

10

10

Число гидроциклонов в выпускаемых, шт

29

48

16

24

48

Давление питания мультигидроциклонов Реn. МПа

0,4-0,5

0,4-0,5

0,4-0,5

0,4-0,5

0,4-0,5

Объемная производительность блока Qвn, м3

15,0

25,0

8,0

15,0

25,0

Габариты блока мультигидроциклонов, мм:

 

 

 

 

 

высота

1017

1147

1243

1336

1410

ширина

475

475

374

440

477

длина

475

475

400

400

400

Масса блока мультигидроциклонов. кг

250

290

60

96

133

_______________

* Мультигидроциклоны первого выпуска.

** Модернизированная конструкция мультигидроциклонов.

Рис. 12. Кинетика отстаивания сточных вод фасонно-формовочного цеха (Со = 300 мг/л; h = 200 мм)

1.27. Для проектирования гидроциклонных установок должны быть заданы те же данные о характеристике сточных вод и механических загрязнений, что и при проектировании других методов механической очистки.

1.28. По кривой кинетики отстаивания (рис. 12) по заданному эффекту очистки определяется охватывающая гидравлическая крупность Uо, мм/с:

U0 = h/t,                                                                                                         (29)

затем из точки на оси ординат, соответствующей требуемому эффекту очистки, проводится касательная к кривой Э = f(t), из точки касания опускается перпендикулярна ось абсцисс и по найденному времени tгр определяется граничная гидравлическая крупность Uгр задерживаемых частиц, мм/с;

Uгр = h/trц,                                                                                                     (30)

по которой по формуле Стокса рассчитывается граничный диаметр задерживаемых при заданном эффекте частиц

.                                                                              (31)

1.29. После определения граничной крупности частиц, которые требуется выделить по табл. 5 - 7, подбирается диаметр гидроциклона, в котором эти частицы могут быть выделены, назначаются размеры его основных узлов dвn, dвх, dшл, НцНк (см. рис. 10) и назначается давление Рвп,, под которым исходная вода будет подаваться на гидроциклоны. Затем исходя из заданных размеров гидроциклона рассчитывается граничная крупность разделения, мкм:

.                                   (32)

1.30. В случае если рассчитанная крупность гр будет больше крупности, которая соответствует требуемому эффекту очистки, определенной по формуле (32), то подбор гидроциклона необходимо повторить, изменяя его конструктивные размеры и давление на входе. На основании формулы (32) в ГИСИ им. В.В. Куйбышева составлена номограмма, упрощающая определение гр.

1.31. После уточнения всех геометрических размеров гидроциклона определяется его производительность. Для гидроциклонов, работающих без противодавления, расчет производительности следует производить по формуле (42) СНиП 2.04.03-85. Для получения более точных расчетов рекомендуется следующая формула л/с:

.                                       (33)

После определения производительности одного аппарата, исходя из общего количества сточных вод, определяют число рабочих гидроциклонов, назначают общее количество аппаратов и приступают к проектированию гидроциклонной установки в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

1.32. Потери воды с выделенным осадком, удаляемым через шламовую насадку dшл, л/с, определяются по уравнению

                                                                 (34)

1.33. Для примерного расчета потерь воды с выделяемым осадком следует принимать для гидроциклонов диаметром меньше 100 мм - 0,07-0,08 Qen, более 100 мм - 0,04-0,03 Qen.

Примеры расчета гидроциклонов

Пример 7. Требуется рассчитать открытий гидроциклон для очистки сточных вод, образующихся при мойке грузовых автомобилей. Расход сточных вод составляет 50 м/ч. Гидроциклон применен на первой ступени очистки и должен задерживать частицы гидравлической крупностью 0,3 мм/с.

Для расчета принимаем открытый гидроциклон с конической диафрагмой и внутренним цилиндром (см. рис. 7, в).

По формуле (38) СНиП 2.04.03-85 рассчитываем удельную гидравлическую нагрузку на гидроциклона

qhc = 3,6.1,98.0,3 = 2,l4 м3/(м2.ч).

Определяем общую площадь зеркала воды в гидроциклонах

Fhc = 50/2,14 = 23,4 м2.

Задавшись диаметром гидроциклона Dhc = 3 м, рассчитываем их количество N, шт.:

N = 23,4/32.0,785 = 3,3

Принимаем 3 гидроциклона диаметром Dhc = 3 м.

По табл. 4 рассчитываем все конструктивные размеры гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром (графа 5): высота цилиндрической части, Hhc: = 3 м; диаметр впускного патрубка den = 150 мм; количество патрубков n = 2; угол конической части  = 60°; угол конуса диафрагм  = 90°; диаметр центрального отверстия в диафрагме dd = 1,5 м; диаметр внутреннего цилиндра D1 = 2,64 м; высота внутреннего цилиндра H1 = 3 м; высота водосливной стенки H2 = 0,6 м; диаметр водосливной стенки D2 = 3,2 м; диаметр водопогруженного щита D3 = 3 м.

Выбираем материал для изготовления гидроциклона.

При решении о применении железобетона для выполнения корпуса аппарата в проекте обязательно должно быть оговорено непременное применение опалубки, позволяющей получить гладкую внутреннюю поверхность в аппарате.

Далее с учетом п. 6.89 СНиП 2.04.03-85 приступают к проектированию схемы гидроциклонной установки.

Пример 8. Требуется запроектировать установку с многоярусными гидроциклонами для очистки сточных вод цеха среднесортного проката. Расход сточных вод 1500 м3/ч. Расход воды практически постоянен в течение суток. Температура воды Tw в течение года изменяется в пределах 15-30 °С. Концентрация взвесей в исходной воде составляет 250 мг/л, масла 60 мг/л.

В очищенной воде содержание тяжелых примесей не должно превышать 60 мг/л, масел 25 мг/л. По данным анализа кривых кинетик отстаивания сточных вод при температуре 20 °С в слое h = 200 мм, требуемая степень очистки обеспечивается при задержании частиц тяжелых примесей крупностью 0,3 мм/с и 0,5 мм/с - легче воды, поэтому за расчетную принимается 0,3 мм/с.

Принимаем многоярусный гидроциклон с центральными выпусками (см. рис. 8).

Расчет производится в следующем порядке.

Задаемся диаметром гидроциклона Dhc = 5 м.

По формулам (38). (39) СНиП 2.04.03-85 рассчитываем удельную гидравлическую нагрузку, приходящуюся на один ярус гидроциклона:

.

Зная диаметр аппарата (Dhc = 5 м), определим расход воды, который может подаваться на один ярус:

q¢hc = 0,785.52.0,7 = 13,73 м3/ч.

Определяем количество ярусов

nti = 1200/13,73 = 87,4 88 шт.

Задавшись количеством ярусов в гидроциклоне n = 15 шт., определяем количество рабочих аппаратов

N = 88/15  6 шт.

По табл. 4 назначаем основные размеры аппарата.

Пример 9. Требуется запроектировать установку с многоярусными гидроциклонами для очистки сточных вод от вагранок литейного цеха.

Расход сточных вод 680 м3/ч. Расход воды практически постоянен в течение суток. Температура воды в течение года изменяется в пределах 22-60 °С. За расчетную принимаем 30 °С. Концентрация взвесей в исходной воде составляет 800-1200 мг/л. В очищенной воде содержание тяжелых примесей не должно превышать 150 мг/л.

По данным анализа кривых кинетик отстаивания сточных вод при температуре 20°С, в слое h = 200 мм требуемая степень очистки обеспечивается при задержании частиц крупностью 0,2 мм/с.

В качестве очистного сооружения принимаем многоярусный гидроциклон с периферийным отбором очищенной воды (см. рис. 9). Расчет производится в следующем порядке.

Задаемся следующими параметрами гидроциклона: диаметр гидроциклона Dhc = 5 м; диаметр центрального отверстия верхней диафрагмы прямоточного яруса dd = 1 м; высота ярусов hti = 0,12 м.

По формулам (38), (40) СНиП 2.04.03-85 рассчитываем удельную гидравлическую нагрузку, приходящуюся на один ярус гидроциклона, b - ширина периферийной щели для отвода очищенной воды, назначаем b = 0,1 м; Kset - коэффициент использования объема яруса, так как гидравлическая нагрузка на ярус обещает быть небольшой, принимаем Kset = 0,4.

Если температуру оборотной воды принимаем равной 30 °С, тогда гидравлическая крупность по зависимости (31) СНиП 2.04.03-85 при этой температуре составит

 = 0,2×1/0,8 = 0,25 мм/с;

.

Зная диаметр аппарата (Dhc = 5 м), определим расход воды, который может подаваться на один ярус

.

Определим количество ярусов

пti = 680/13,33 = 51 шт.

Задавшись количеством пар ярусов в гидроциклоне n1 = 15шт., определим количество аппаратов

N = 51/15 = 3,4  4 шт.

По табл. 4 (графа 7) назначаем все остальные размеры многоярусного гидроциклона:

высоту цилиндрической части определяем исходя из количества ярусов Нц = 2 htinti+400 = 4000 мм; количество впусков nвп = 3; угол конической части,  = 60°; угол конуса диафрагм,  = 50°; диаметр центрального отверстия, dd = l м; высоту ярусов принимаем hii = 0,12 м; зазор между корпусом и диафрагмой  = 0,1 м; скорость потока на входе  = 0,3 м/с; размер впускной щели: высота 0,12 м; ширина 13,3.1000/0,3.3600 = 12 мм; высота водосливной стенки Н2 = 0,5м.

Пример 10. Требуется запроектировать очистные сооружения фасонно-формовочного цеха, сточные воды которого в основном представлены пылевидными частицами песка, глины, шлака, формовочной земли и т.д. Расход сточных вод в среднем составляет 120 м3/ч. Концентрация взвешенных веществ изменяется в пределах 1500-3000 мг/л. Кривая кинетики отстаивания приведена на рис. 12. По требованиям производств эту воду необходимо очистить до 10 мг/л, т.е. 99,7 %. Подобные жесткие требования диктуются условиями предохранения плунжерных насосов от образивного износа. Этими насосами очищенная сточная вода будет подаваться в технологический процесс. Температура воды 20 °С; pН = 6-7. Удельный вес механических загрязнений в среднем равен: г = 2,6 г/см3.

Расход воды следует считать постоянным в течение суток.

Для достижения столь грубой степени очистки принимаем двухступенную схему очистки, по которой на период ступени применены напорные гидроциклоны, в которых обеспечивается удаление основной массы механических загрязнений (Э = 80 %), на второй ступени - отстаивание с применением реагентов. В данном примере рассматривается лишь расчет напорных гидроциклонов.

По кривой кинетики отстаивания (см. рис. 12) по заданному эффекту Э = 80 % определяем охватывающую гидравлическую крупность U0 = 200/l0,60 = 0,33 мм/с.

Затем из точки на оси ординат, соответствующей заданному эффекту очистки (80 %), проводим касательную к кривой. Из точки касания опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и по найденному времени tгр = 16,5 мин рассчитываем граничную гидравлическую крупность

Uгр = 200/(16,5.60) = 0,2 мм/с.

Затем по формуле (31) рассчитываем граничный диаметр гр, мкм, задерживаемых частиц

.

После определения граничной крупности по табл. 6 подбираем гидроциклон, который может выделить частицы этой крупности Dhc = 80 мм и по этой же таблице в соответствии с рекомендуемыми соотношениями СНиП 2.04.03-85 назначаем размеры основных рабочих узлов den = 80.0,25 = 20 мм; dвх = 20/0,6 = 32 мм; dшл = 10; Нц = 4Dhc = 4.80 = 320 мм;  = 10°;

Hk = Dhc/(2 tg /2) = 457 мм.

Давление питания принимаем Pвn = 0,3 МПа.

По формуле (32) определяем гр

.

Вследствие того, что полученное значение гр = 27 мкм меньше значения гр = 47,5 мкм, которое требуется обеспечить, ожидается, что подобранный гидроциклон обеспечит эффект очистки несколько выше задаваемого.

В случае, если определенная гр была бы больше заданного, потребовалось бы подбор повторить, задаваясь другими размерами гидроциклона.

Далее по формуле (33) определяем производительность одного аппарата

Qen = 1,03×0,80,053×21,28×3,20,405×1,60,143×3,20,015×100,025×0,30,443 = 3,7 л/с = 13,3 м3/ч.

Исходя из общего количества сточных вод для их очистки потребуется гидроциклонов

N = 120/13,4 = 8,9  9 шт.

В соответствии с п. 6.91 СНиП 2.04.03-85 установка должна включить 9 рабочих аппаратов и 1 (один) резервный. После определения количества гидроциклонов определяем расход воды, удаляемой со шламом, на который нужно рассчитывать уплотнитель осадка

qшл = 0,07 (13,4.9) = 8,4 м3/ч.

2. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Аэротенки

2.1. В соответствии с СНиП 2.04.03-85 технологические параметры аэротенков определяются расчетом по зависимостям (48)-(67). Hа очистных станциях производительностью более 30000 м3/сут аэротенки, как правило, устраиваются в виде железобетонных резервуаров глубиной 4-5 м, шириной коридоров 6-9 или 12 м. Количество коридоров и их длин зависят от типа аэротенка и компоновки очистных сооружений.

Аэротенки - смесители без регенераторов

2.2. Сооружения этого типа целесообразно применять для очистки производственных сточных вод при относительно небольших колебаниях их состава и присутствии в воде преимущественно растворенных органических веществ, например на второй ступени биологической очистки сточных вод и системы канализации нефтеперерабатывающих заводов.

Пример. Исходные данные: расчетный расход сточных вод в смеси с городскими 1250 м3/ч; БПКдолн воды (после аэротенков I ступени) и смешения с городскими в соотношении 1:1 (Len) = 150 мг/л; БПКдолн очищенной воды (Lex.) = 15 мг/л.

Значения констант принимаются из уравнения (40) СНиП 2.04.03-85:  = 59 мг БПКдолн/(г-ч); Kl = 24 мг/л; K0 = 1,66 мг/л;  = 0,158 л/г.

Доза ила и концентрация растворенного кислорода должны определяться по технико-экономическим расчетам. В данном случае практически установлены ai = 2 г/л; С0 = 2 мг/л. Величина , рассчитанная по уравнению (49) СНиП 2.04.03-85, составит

 

мг БПКполн×ч).

Период аэрации определяется по уравнению (48) СНиП 2.04.03-85

;

.

Объем аэротенков

Wat = qWtatm = 1250.7,4 = 9250 м3

Степень рециркуляции определяется по формуле (52) СНиП 2.04.03-85. В первом приближении принимать Ii = 100 см3/r, который потом уточняется по табл. 41 СНиП 2.04.03-85, исходя из нагрузки на ил.

Аэротенки-смесители с генераторами

2.3. Эти сооружения применяются для очистки производственных сточных вод со значительными колебаниями состава и расхода стоков и присутствии в них эмульгированных и биологически трудноокисляемых компонентов, например, при очистке сточных вод 1 ступени второй системы канализации ППЗ.

Пример расчета.

Исходные данные: расчетный расход (с учетом неравномерности поступления) qW = 625 м3/ч; Len = 300 мг/л; Lвх = 100 мг/л.

Значения констант уравнения (49) приведены в табл. 40 СНиП 2.04.03-85:  = 59 мг БПКполн/(г-ч); Kl = 24 мг/л; K0 = 1,66 мг/л;  = 0,158 л/г.

По данным технико-экономического расчета или опыту эксплуатации принимаются величины средней дозы ила aimix = 3,5 г/л и концентрации растворенного кислорода Сo = 2мг/л.

Для расчета аэротенков, предназначенных для очистки производственных сточных вод, степень регенерации Rr задается по данным исследований или по опыту эксплуатации.

В данном случае степень регенерации принимается Rr = 0,3 (объем, занятый регенератором, составляет 30 %), иловой индекс Ii = 100 см3/г.

По формуле (52) СНиП 2.04.03-85 определяется коэффициент рециркуляции

.

Средняя скорость окисления  в системе аэротенка с регенератором aimix = 3,5 г/л определяется по формуле (49) СНиП 2.04.03-85, а значения констант по табл. 40 СНиП 2.04.03-85

 = 18,3 мг БПКполн/(г×ч).

Общий период окисления при  = 18,3 рассчитываем по формуле (48) СНиП 2.04.03-85

ч.

Общий объем аэротенка и регенератора

Watm + Wг = qWtatm = 625 4,46 = 2788 м2.

Общий объем аэротенка определяется по формуле

Watm = (Watm+Wr)/(1+) =

 = 1952 м3.

Объем регенератора Wr = 2788-1952 = 836 м3.

С учетом величины периода аэрации следует уточнить нагрузку на ил, а затем значения илового индекса. По формуле (53) СНиП 2.04.03-85 определим значения qi

qi = 439 мг/г×сут.

По табл. 41 СНиП 2.04.03-85 при этом значении qi для сточных вод НПЗ Ii = 74 cм3/г, что отличается от ранее принятого Ii = 100 cм3/г.

С учетом проектирования значения Ii по формуле (52) СНиП 2.04.03-85 уточняется величина коэффициента рециркуляции

Ri =  = 0,35.

Для расчета вторичного отстойника уточняется доза ила в аэротенке по следующей формуле:

.                                                                         (35)

Подставляя численные значения в формулу (35), получим

 = = 2,45 г/л.

Гидравлическая нагрузка на вторичный отстойник определяется по формуле (67) СНиП 2.04.03-85 с учетом допустимого выноса ила из отстойника после I ступени биологической очистки  = 30 мг/л. Принимается радиальный отстойник с коэффициентом использования объема Кss = 0,4, для которого при глубине зоны отстаивания 3 м гидравлическая нагрузка будет равна:

Аэротенки-вытеснители с регенераторами

2.4. Сооружения этого типа применяются для очистки городских сточных вод и близких к ним по составу промышленных при незначительных колебаниях в составе и расходе.

Пример расчета.

Исходные данные: расчетный часовой расход сточных вод qW = 4200 м3/ч; величина БПКполн исходной воды Len = 250 мг/л; требуемая величина БПКполн очищенных вод Lвх = 15 мг/л допустимый вынос ила из вторичных отстойников  = 10 мг/л

В начале по формуле (52) СНиП 2.04.03-85 определятся степень рециркуляции Ri, причем, в первом приближении принимается величина Ji = 100 см3/г. Доза ила в аэротенке определяется оптимизационным расчетом с учетом работы вторичных отстойников, ориентировочно  = 3 мг/л.

Ri = = 0,43.

Величина БПКполн воды, поступающей в начало аэротенка-вытеснителя Lmix, определяется по формуле (51) СНиП 2.04.03-85 с учетом разбавления циркуляционным илом

 мг/л.

Период пребывания сточных вод в аэротенке рассчитывается no формуле

 ч.

Доза ила в регенераторе определяется зависимостью (55) СНиП 2.04.03-85. В первом приближении

 г/л.

Удельная скорость окисления  рассчитывается по формуле (49), где величины констант и коэффициентов следует брать из табл. 40 СНиП 2.04.03-85. Для городских сточных вод  = 85 мг БПКдолн/(г×ч); Ki = 33 мг/л; K0 = 0,626 мг/л;  = 0,07 л/г; s = 0,3.

Концентрация кислорода и доза ила определяется оптимизационным расчетом. Для регенератора принимается в данном случае Сo = 2 мг/л, ar = 6,49 г/л,

 = 16,6 мг БПКполн/(г.ч).

Продолжительность окисления загрязнений рассчитывается по формуле (54) СНиП 2.04.03-85

 ч.

Продолжительность регенерации ила по формуле (57) СНиП 2.04.03-85

tr = to-tat = 7,29 - 1,55 = 5,74 ч.

Продолжительность пребывания в системе аэротенк-регенератор рассчитывается по формуле

t = (1+Ri)tato+Ritr                                                                                          (36)

Подставив численные значения, получим t = (1+0,43)1,55 + 0,43×5,74 = 4,68 ч.

Объем аэротенка определяется по формуле (58) СНиП 2.04.03-85

Wat = tato(1+Ri)qW = 1,55 (1+0,43) 4200 = 9309 м3

Объем регенератора - по формуле (59) СНиП 2.04.03-85

Wr = tr Riqw = 5,74×0,43×4200 = 10366 м3.

Для уточнения илового индекса определяется средняя доза ила в системе аэротенк-регенератор по формуле

                                                                                                                                           (37)

Подставив численные значения, получим

aimix = [(1+0,43) 1,55×3 + 0,43×5,74×6,49]/4,68 = 5,45 г/л.

По формуле (53) СНиП 2.04.03-85 определяется нагрузка на ил qi, где доза ила принимается равной величине aimix, а период аэрации равен продолжительности пребывания в системе аэротенк - регенератор t:

 мг×БПКполн/(г×сут).

По табл. 41 СНиП 2.04.03-85 для ила городских сточных вод при qi = 355 мг /(г×сут), Ji = 76 см3/г. Эта величина отличается от принятой ранее Ji- = 100 cм3/г.

По формуле (52) СНиП 2.04.03-85 с учетом скорректированной величины Ji = 76 см3/г уточняется степень рециркуляции

Ri = 3/ = 0,29.

Принимается Ri = 0,3. Эта величина существенно отличается от рассчитанной в первом приближении, поэтому нуждается в уточнении величины Lmix и tai. По формуле (51) СНиП 2.04.03-85

Lmix =  мг/л.

По формуле (56) СНиП 2.04.03-85

ч.

По формуле (55) СНиП 2.04.03-85

 г/л.

По формуле (49) СНиП 2.04.03-85

 = 15,47 мг×БПКполн/(г×ч).

По формуле (54) СНиП 2.04.03-85

to = 9,04 ч.

По формуле (57) СНиП 2.04.03-85

tr = 9,04- 1,6 = 7,44 ч.

Продолжительность пребывания в системе аэротенк-регенератор по формуле (36)

t = (1 + 0,3) 1,6 + 0,3×7,44 = 4,31 ч.

Объем аэротенка по формуле (58) СНиП 2.04.03-85

Wat = 1,6(1+0,3)4200 = 8790 м2.

Объем регенератора по формуле (57) СНиП 2.04.03-85

Wr = 7,44×0,3×4200 = 9374 м3.

Далее необходима проверка величины aimix по формуле (37)

aimix = [(1+0,3)1,6×3 + 7,44×0,3×8]/4,31 = 4,79 г/л,

с учетом которой нагрузка на ил будет равна:

qi = 390 мг/г×сут;

величина Ji по табл. 41 СНиП 2.04.03-85 равна 79 cм3/г, что не существенно отличается от ранее определенного значения этой величины, и дальнейшей корректировки расчетов не требуется.

Вторичные отстойники для аэротенков-вытеснителей с регенераторами рассчитываются по формуле (67) СНиП 2.04.03-85, в котором значения аi и аt соответствуют первоначально заданным величинам, значение Ji принимается на основе последних корректировок, в данном случае для радиальных отстойников при Kss = 0,4 и Hset = 3 м

qssa = 1,43 м32.ч.

Аэротенки-вытеснители без регенераторов

2.5. Сооружения этого типа рекомендуется применять для очистки городских и близких к ним по составу производственных сточных вод с БПКполн не более 150 мг/л, либо на второй ступени биологической очистки.

Пример расчета.

Исходные данные: расчетный расход сточных вод qW = 4200 м3/ч, для городских сточных вод БПКполн исходной воды Len = 150 мг/л; БПКполн очищенных вод Lех = 15 мг/л; вынос ила из вторичных отстойников  = 15 мг/л.

В начале определяется степень рециркуляции Ri, в которой величина илового индекса в первом приближении принимается Ji = 100 см3/г доза ила в аэротенке -  устанавливается в результате технико-экономических расчетов. Ориентировочно  = 3 мг/л. По формуле (52) СНиП 2.04.03-85

Ri = 0,25.

Для обеспечения нормального удаления ила из вторичных отстойников с илососами следует принимать Ri = 0,3.

БПКполн воды, поступающей в начало аэротенка-вытеснителя Lmix с учетом разбавления циркуляционным илом рассчитывается по формуле (51) СНиП 2.04.03-85

Lmix = 119 мг/л.

Период аэрации определяется по уравнению (50) СНиП 2.04.03-85, в котором значения констант и коэффициентов для рассматриваемого примера по табл. 40 СНиП 2.04.03-85 имеют следующие значения:  = 85 мг/(г×ч), Ki = 33 мг/л; KO = 0,626 мг/л;  = 0,07л/г; s = 0,3. При Leх = 15 мг/л коэффициент Kp = 1,5. Концентрация кислорода определяется технико-экономическими расчетами с учетом типа аэраторов. Приближенно Со = 2 мг/л.

Объем аэротенка и вытеснителя с учетом рециркуляционного расхода определяется по зависимости (58) СНиП 2.04.03-85.

Wat = tatv(1+Ri)qW = 2,96(1+0,3)4200 = 16162 м3.

Для расчета вторичного отстойника следует уточнить величину илового индекса по нагрузке на ил, которая рассчитывается по формуле (53) СНиП 2.04.03-85, где для аэротенка-вытеснителя без регенерации исходная величина БПК равна Lmix:

qi = 421 мг /(г.сут).

По табл. 41 СНиП 2.04.03-85 при qi = 421 мг /(г.сут) Ji = 83 см3/г.

При новом значении илового индекса степень рециркуляции уточняется по формуле (52) СНиП 2.04.03-85

Ri = 2/ = 0,199.

но для обеспечения нормального удаления ила следует принять Ri = 0,3, и, следовательно, дальнейший расчет в корректировке не нуждается.

Гидравлическая нагрузка qssa на вторичный отстойник определяется no формуле (67) СНиП 2.04.03-85, в котором величина илового индекса принимается после последней корректировки Ji = 83 см3/г. Для радиальных отстойников с Kss = 0,4; Hset = 3 м;

qssa = 1,45 м3/(м2.ч).

Системы аэрации

2.6. Аэраторы должны обеспечивать заданный кислородный режим и необходимую интенсивность перемешивания в аэротенках.

2.7. Пневматические аэраторы рассчитываются по зависимостям, приведенным в п. 6.157 СНиП 2.04.03-85. В конструкции мелкопузырчатых аэраторов могут применяться фильтросные пластины и трубы, синтетические ткани, пористые пластины и т.п.

При использовании пористых материалов удельный расход воздуха на единицу рабочей поверхности аэраторов Ja,d зависит от индивидуальных свойств этих материалов и назначается в пределах Ja,d = 30-100 м3/(м2.ч); для фильтросных пластин - Ja,d = 60-80 м3/(м2.ч), для фильтросных труб Ja,d = 70 - 100 м3/(м2.ч), считая на площадь горизонтальной проекции трубы, для синтетических тканей (арт. 56007, арт. 56026) Ja,d = 50 - 80 м3/(м2.ч). Потери напора в фильтросных материалах и тканях следует принимать 0,7-1 м. Скорость выхода воздуха из отверстий дырчатых труб - 50 м/с.

При использовании аэраторов из синтетических тканей или пористых пластмасс целесообразны конструкции в виде решеток шириной до 2 м, что позволяет увеличить площадь полосы аэрации (отношение faz/fat = 0,2-0,3), повысить эффективность использования и снизить удельный расход воздуха.

2.8. В аэротенках-смесителях пневматические аэраторы располагаются вдоль одной стены коридора равномерно по всей их длине. Количество фильтросных пластин или труб определяется с учетом необходимости интенсивности аэрации и рекомендуемых значений Ja,d. В регенераторах аэраторы размещаются неравномерно по длине: в первой половине в 2 раза больше, чем во второй.

2.9. В аэротенках-вытеснителях аэраторы располагаются неравномерно в соответствии со снижением концентрации загрязнений и скоростей биохимического окисления.

Пример расчета.

Исходные данные: вид сточных вод (например, городские); расход сточных вод qW = 4200 м3/ч; солесодержание воды Сs = 3 г/л; БПКполн исходной и очищенной воды Len и Lвх - 150 в 15 мг/л, расчетная температура воды ТW 20 °С.

Удельный расход воздуха qаir, осуществляется по формуле (61) СНиП 2.04.03-85 для условий полной биологической очистки. В рассматриваемом примере удельный расход кислорода q0 = 1,1 и средняя концентрация кислорода в аэротенке С0 = 2 мг/л.

По данным расчета объем аэротенка Watv = 16162 м3. Приняв по конструктивным соображениям