От чего зависит производительность отстойника
Перейти к содержимому

От чего зависит производительность отстойника

  • автор:

34)Производительность отстойников

Время нахождения жидкости в отстой­нике

Продолжительность осаждения частицы на дно

Объемный расход жидкости V=bhU ширина,высота,скорость.

АППАРАТУРА ДЛЯ ОТСТАИВАНИЯ

Аппараты для отстаивания дисперсной фазы (нефтеловуш­ки, продуктоловушки, песколовки, отстойники, нефтеотделители, газосе­параторы, пруды-отстойники.

Нефтеловушки

1 — корпус; 2 — перфорированная перегородка; 3 — привод скребкового транспортера; 4 — скребковый транспортер; 5 — нефтесборная труба; 6 — перегородка; 7 — приямок ; 8 — гидроэлеватор; 9 — задвижки с электроприводом. Потоки: / — сточная вода; II очищенная вода; III вода в гидроэлеватор; /V — шлам.

Отстойники. В горизонтальном отстойнике для эмульсий, схема кото­рого представлена на рис. ХП-6, обе жидкости после разделения могут быть выведены из аппарата, поэтому отстойник работает непрерывно.

1 — корпус; 2 — перфориро­ванная перегородка; 3 — гид­равлический затвор. Потоки:I— эмульсия; II — легкая жидкость; III тяжелая жидкость.

35)Виды фильтрующих перегородок и осадков

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий и аэрозолей с использованием пористых перегородок, на поверхности которых задерживаются взвешенные в жидкости или газе твердые части­цы, образующие на перегородке слой осадка. Жидкость, отделенная от осадка, называется фильтратом.

Движение жидкости через по­ристые перегородки и слой осадка создают за счет разности давления в аппарате, являющейся движущей силой процесса

насыпные, (гравий, песок и др.)набивные (вата хлопчато­бумажная

керамические, состоящие из плоских пористых кислотоупорных пли­ток, применяющиеся для фильтрования кислых сред;

тканевые, плетеные, представляющие собой сетки из тонкой проволоки, выпол­ненные из цветных металлов и сплавов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЛЬТРОВАНИЯ

скорость фильтрования С, определяемая как объем фильт­рата dV, проходящий через поверхность фильтра F за промежуток време­ни dx,

сопротивления осадка

Режим при постоянном перепаде давления Ар (гидростатическое фильтрование с постоянным столбом жидкости над фильтрующей перегородкой, подача суспензии центробежным насосом при постоянном избыточном давлении на выкиде насоса). При этом режи­ме скорость фильтрования в связи с постоянным увеличением высоты слоя осадка и ростом его сопротивления с течением времени умень­шается.

Режим при постоянной скорости С (подача суспензии на фильтр поршневым или плунжерным насосом постоянной производительности). При режиме с постоянной скоростью фильтрования слой осадка и его со­противление постоянно увеличиваются, вследствие чего должно непрерыв­но расти давление поступающей суспензии, а следовательно, и перепад дав­ления Ар.

36)Фильтрование при постоянном перепаде давления

Поскольку в режиме Ар = const скорость фильтрования с течением времени уменьшается

Обозначив через т0 продолжительность вспомогательных операций (промывка осадка, раскрытие фильтра, выгрузка осадка, сборка фильтра) и принимая, что т0 не зависит от количества разгружаемого осадка, полу­чаем среднюю производительность фильтра

Дифференцируя функцию Vm по переменной т и приравнивая к нулю, получим

т.е. продолжительность фильтрования должна равняться продолжительно­сти вспомогательных операций.

ФИЛЬТРОВАНИЕ ПРИ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ

Этот режим фильтрования получается, когда суспензия по­дается на фильтр под давлением при помощи поршневого или плунжерно­го насоса. При постоянном числе ходов насоса через фильтр проходит по­стоянный объем фильтрата; при этом в связи с образованием осадка растет сопротивление и повышается перепад давления.

основное уравнение фильтрования при С = const

ПРОМЫВКА ОСАДКА НА ФИЛЬТРЕ

Промывка осадка проводится с целью удаления содержаще­гося в нем фильтрата путем вытеснения его промывной жидкостью.

Если промывку проводят после фильтрования при Ар = const, то конечная скорость процесса определяется уравнением

скорость промывки осадка промывной жидкостью Спр будет пропорциональна отношению вязкостей фильтрата и промывной жидкости

Принципы моделирования и оптимизации работы отстойника для осаждения тонких фракций Текст научной статьи по специальности «Математика»

ПОВЕРХНОСТНЫЙ СТОК / САМООЧИЩЕНИЕ ВОДЫ / ОСАЖДЕНИЕ НАНОСОВ / МУТНОСТЬ ПОТОКА / ЗАИЛЕНИЕ / ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОТСТОЙНИКА / SURFACE RUN-OFF / WATER SELF-CLARIFICATION / SEDIMENTATION / TURBIDITY OF STREAM / SILTING / SETTLING CAPACITY

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Василенков С. В., Демина О. Н.

Представлена модель заиления отстойника. Приведены методики определения параметров модели по экспериментальным данным. Рассмотрены факторы и необходимые условия их оптимизации, определяющие максимальную производительность отстойника.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Василенков С. В., Демина О. Н.

Моделирование процесса осаждения и сброса наносов в прудах

Оптимизация проектных решений строительства отстойников для очистки талого стока урбанизированных территорий

Эффективность функционирования ирригационных отстойников
Исследование пропуска донного потока через водохранилище
Оптимизация параметров системы водоотведения поверхностного стока
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The principles of modeling and optimization of the work of thesettling pool for silting of thing fractions

The model of silting of the settling pool is offered here. The methods of definition of parameters of the model by experimental figures are reduced. The factors, determined the maximal productivity, and necessary conditions of their optimization are considered.

Текст научной работы на тему «Принципы моделирования и оптимизации работы отстойника для осаждения тонких фракций»

ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ОТСТОЙНИКА ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ФРАКЦИЙ

С.В. Василенков, О.Н. Демина

ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия» с. Кокино, Выгоничскийр-н, Брянская обл., Россия, 243365

Представлена модель заиления отстойника. Приведены методики определения параметров модели по экспериментальным данным. Рассмотрены факторы и необходимые условия их оптимизации, определяющие максимальную производительность отстойника.

Ключевые слова: поверхностный сток, самоочищение воды, осаждение наносов, мутность потока, заиление, производительность отстойника.

Основной поставщик загрязняющих веществ в водные объекты в условиях городского ландшафта — поверхностный сток, образующийся на водосборных территориях промышленных площадок, временных снегосвалок, дорожных покрытий и обочин дорог. Зачастую отведение этих вод не организуется, поэтому они, напрямую попадая в поверхностные источники, приводят к ухудшению качества воды в них по большинству показателей. Кроме этого, двигаясь по обочинам дорог и оврагам, поверхностный сток насыщается взвешенными веществами эрозионного характера, повышая мутность водных объектов, приводя к заилению водоемов и нарушению экологического равновесия в водной системе, вызывая загрязнение всей трофической цепи экосистемы.

Для понижения техногенной нагрузки на водные объекты необходимо в первую очередь осуществить проведение природоохранных мероприятий, направленных на снижение загрязнения талого стока, поступающего с водосбора. Необходимо создать систему эффективного управления этим стоком для осуществления максимально возможного осаждения загрязняющих веществ перед поступлением этих вод в водные объекты. При этом надо учитывать возможность самоочищения воды, когда концентрация загрязняющих веществ в поверхностном стоке может снижаться в результате действия механизмов расщепления загрязняющих веществ, процессов разбавления, осаждения, сорбции [2]. Кроме этого, необходима оптимизация работы отстойника для осаждения тонких фракций талого стока.

Таким образом, организовав поверхностный сток, используя каналы и зарегулированные русла для его отвода в отстойники, можно добиться того, что в водные объекты будет попадать вода с ПДК загрязняющих веществ, соответствующих нормам выпуска сточных вод.

Отстойники являются широко распространенным на практике сооружением, служащим для осаждения в воде грубо- и тонкодисперсных частиц. В отстойнике примеси попадают в область пониженных скоростей потока и транспортирующая способность его резко уменьшается, отметки дна отстойника повышаются вследствие заиления на всем его протяжении. Толщина слоя заиления уменьшается от места впадения потока в отстойник к выходному сечению, так как уменьшаются скорости течения. Взвешенные наносы состоят из зерен разной крупности,

часть из которых осаждается, не доходя до конца отстоиника, часть имеет длину осаждения, равную его длине, часть наносов выносится за пределы отстоИника. Важно, чтобы выходящие наносы, попадая в водоприемник, не изменяли его мутность сверх допустимых норм. В соответствии с требованиями к составу и своИствам воды водных объектов у пунктов хозяИственно-питьевого и культурно-бытового назначения содержание взвешенных веществ в результате спуска сточных вод не должно увеличиваться соответственно более чем на 0,25 мг/дм и 0,75 мг/дм3. Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/дм3 природных минеральных веществ, допускается увеличение концентрации взвешенных веществ в воде в пределах 5% [1]. Поэтому особенно возрастают требования к проектированию отстоИников, в которых осаждаются преимущественно тонкие фракции, как, например, в цементноИ пыли, содержащей от 75—90% частиц с размерами менее 50 мкм. При осаждении наносов, содержащих радионуклиды, также приходится уделять особое внимание трудноосаждаемым тонким фракциям, имеющим незначительную массу в потоке воды, но огромную суммарную поверхность, на котороИ преимущественно и адсорбируются радионуклиды.

Зерна наносов опускаются на дно под деИствием силы тяжести, и за время dt проходят на глубину dh со скоростью, соответствующеИ гидравлическоИ крупности зерен ю:

Вдоль отстоИника зерна проходят путь dI за время dt со среднеИ скоростью потока и на данном отрезке пути

Для любого сечения потока, таким образом, соблюдается равенство

В отстоИник входит поток с мутностью рвх. Расход входящих наносов рвх • Q, где Q — расход чистоИ воды. Из отстоИника выходит расход наносов с меньшеИ

мутностью Рвых: Рвых • &

Тогда Рвх Q, Рвых Q — объем входящих и выходящих наносов в единицу m m

времени, где m — плотность наносов в отложениях.

Объем заиления отстоИника от входного створа 1—1 до рассматриваемого створа 2—2 (рис. 1) на 1 м ширины отстоИника за время dt выражается следующим уравнением материального баланса:

фdW • £ = ^*1^ — Рвых • ^ 1 dt, (1)

где — приращение слоя заиления в рассматриваемом сечении 2—2, считая от входного сечения 1—1, q1, q2 — удельныИ расход чистоИ воды на 1 п.м в первом и во втором сечениях.

Слой заиления на входе найдем из пропорции

Т Рвх • Лвх ■ ^1 Л Pi ■ hBX • ^

Тогда —вх—вх——1 будет равно —1—вх—— при условии, что мутность на входе

Глубина воды на входе в отстойник определяется отметкой порога аванкамеры, которая конструктивно выше дна отстойника. Здесь отлагается максимальное количество наносов на коротком участке. По сравнению со временем заиления всего отстойника начальный участок заполняется илом быстрее, и слой ила достигает отметки входного порога или отметки ниже входного порога, которая соответствует размывающей способности входной скорости потока.

Вряд ли слой наносов поднимется выше порога, так как скорость течения здесь возрастают так, что даже крупные наносы уносятся потоком. Если все же дно на пороге будет повышаться, то поднимется и уровень воды, поэтому глубина воды на входном пороге останется постоянной, т.е. h,^ = const.

Для сечения 2—2 можно записать:

По данным работы С.В. Василенкова [2] и скорость потока, и его мутность обратно пропорциональны корню квадратному из слоя заиления W в рассматриваемом сечении.

Поэтому уравнение баланса можно представить в виде

dW р! -Лвх W KW (Wh — W)

dW _р, А,-V К№- ^ — №). (4)

В уравнение баланса введем обобщенные параметры

Как показывают ранее проведенные исследования разных природных явлений в разных средах, сопротивление, торможение процессам оказывают продукты этих процессов, причем скорость торможения процесса прямо пропорциональна квадрату количества продукта:

Найдем коэффициент .2 из условия прекращения поступления наносов во входной створ NW = 0:

При равновесии——= 0 обозначим равновесный слой заиления через Wtю:

С учетом выражения для .2 запишем уравнение баланса:

Интегрирование уравнения при начальных значениях t = 0, W = W0 дает аналитическое выражение, описывающее 5-образные кривые изменения слоя заиления во времени в любом створе отстойника:

где Wст — стационарный слой заиления отстойника в рассматриваемом слое.

Перейдя от временной координаты t к пространственной I, получим уравнение изменения слоя заиления по длине отстойника на определенный момент времени:

После интегрирования при начальных значениях I = 0, W = W0 получаем

Для нахождения параметров Wст, — N проведем преобразования.

Уравнение (9) можно записать так:

Среднее изменение заиления для конечного отрезка длины отстойника:

где Wi, + А1 — слой заиления на концах отрезков длиной I и I + А1.

Подставляем в уравнение (11) выражение для Же и Же + А1 из уравнения (10). Затем обе части полученного уравнения умножаем на А1 и потенцируем, имея ввиду, что

Приходим к выражению

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Wt + Ai _ e(jt1WH — N) + W

При постоянном значении А1 уравнение (12) линейно.

Если по ординате графика откладывать ф, а по абсциссе Же, то прямая отсечет на оси ординат отрезок, равный 1 — е(^н — N, а на оси абсцисс — отрезок, равный Жст. Зная длину отрезка А1, можно найти ц1 Жн — N

где фм — длина отрезка, отсекаемого на оси ординат.

Для нахождения Ж0 нужно задаться сначала значением Ж0 близким к нулю, а затем, постепенно увеличивая его методом последовательных приближений,

добиться на графике линейной зависимости ф _—————- от Же.

Это значение Ж0 используется в расчетах по уравнению (10). Предложенную выше модель можно использовать для определения изменения объема заиления по длине отстойника на определенный момент времени, заменив параметр Ж (слой заиления) на У (объем заиления):

Используя изложенную выше методику, на основании экспериментальных данных (в данном случае данные по заилению 1-й секции горизонтального отстойника, принимающего технологическую воду цементного предприятия, находящегося в г. Фокино Брянской области), определяют следующие параметры модели (рис. 2):

70 = 7 м3, 7ст = 50 м3, ф = 0,42, — N = -0,15

Рис. 2. График линейной зависимости от ф.

Отстойник в г. Фокино Брянской области

Экспериментальные данные (ромбики) и рассчитанные по уравнению (10) (квадратики) нанесены на график (рис. 3). Соответствие результатов расчета и экспериментальных данных дает все основания для практического использования математической модели при прогнозировании заиления отстойников.

Рис. 3. График кривой, описывающей заиление отстойника в г. Фокино Брянской области

Уравнения (8) и (10) дают в общем случае 5-образные кривые нарастания слоя заиления во времени и по длине отстойника. Процесс заиления начинается с откладывания наносов крупных фракций в начале отстойника. Если таких фракций много в составе наносов, то пологого участка в начале 5-образной кривой не будет. Если же во фракционном составе наносов преобладают тонкодисперсные частицы, или если (как предлагается в работе) крупные частицы выпадут в организованных руслах и каналах до входа в отстойник, то кривая заиления по длине отстойника будет строго соответствовать по форме 5-образной кривой.

В конце отстойника слой заиления приближается к стационарному состоянию, если это позволяет длина отстойника, кинетическая кривая снова становится пологой. Длина пологой части, кроме экономических соображений по строительной стоимости отстойника определяется также по требованиям сброса в водоприемник воды нормативной мутности.

Таким образом, опоражниваемый при очистках объем отстойника должен располагаться между начальным и конечным участком.

Если принять за производительность отстойника д количество наносов, изымаемое с единицы длины рабочего объема отстойника, то

где I — длина отстойника, Wk — слой заиления в конце цикла отстаивания перед пологой частью 5-образной кривой; V — объем изымаемых наносов в конце цикла отстаивания; ¥р — рабочий объем отстойника.

Считаем, что извлекать слой наносов на начальном участке Ж0 нецелесообразно.

^ = у,- V V = Wk — Wo Wk V, ’ Ур Wk

Согласно уравнению (10)

где Х = тт/т , тт/т Л , WсT = Wи •

Как следует из уравнения (14), производительность отстойника в циклическом режиме работы тем больше, чем больше мутность потока на входе в отстойник и пропорциональный ей максимально возможный слой заиления ЖИ,

коэффициент полноты осаждения———1—, а также максимальная удельная ско-

рость осаждения наносов ЦlWИ — N. Для достижения максимальной производительности отстойника, указанные параметры должны быть оптимальными. При фиксированных значениях этих параметров, максимальная производительность отстойника определяется оптимальным значением фактора Х, зависящим от соотношения W0 и Wk, которое меняется при изменении времени цикла между чистками отстойника и в зависимости от длины отстойника.

Величина полноты осаждения——1— полностью зависит от условий осаж-

дения, т.е. от температуры воды, pH, гидродинамики, из которых два последних не сложно оптимизировать.

Параметры WИ и ——1— определяют только величину стационарного слоя

заиления в конце отстойника. Однако длина, на которой достигается стационарная толщина слоя заиления, зависит только от величины параметра ц1 WИ — N характеризующего предельно возможную интенсивность осаждения наносов в конкретных условиях. Очевидно, что значение этого фактора связано и с мутностью входящего потока воды, и с особенностями фракционного состава наносов, и с условиями осаждения.

Если установлено, что коэффициент полноты осаждения мал, то первым этапом оптимизации должен быть поиск оптимальных физико-химических условий: гидродинамики, рН, содержания СО2, содержание солей (коагулянтов). Регулировать в этом случае нужно по разным каналам.

Для оптимизации важен выбор режима осаждения наносов, т.е. длительности цикла осаждения, объема изымаемых наносов, длины отстойника, на которой производится очистка. Возможно, достижение требуемой полноты осаждения за счет удлинения отстойника окажется экономически менее целесообразным, чем доочистка воды с помощью установленных в конце отстойника цеолитовых кассет.

Таким образом, вопрос о факторах, определяющих максимальное осаждение наносов при минимальных строительных и эксплуатационных затратах, является весьма сложным, но все же технически разрешимым. Без его решения, каким бы сложным он ни был, говорить о подлинном управлении процессами осаждения наносов в отстойниках невозможно.

[1] Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.5.980-00 «2.1.5. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

[2] Василенков С.В. Математическая модель заиления прудов // Материалы научно-практической конференции «Проблемы энергетики, природопользования, экологии». — Брянск: Изд-во БГСХА, 2007. — С. 7—18.

THE PRINCIPLES OF MODELING AND OPTIMIZATION OF THE WORK OF THE SETTLING POOL FOR SILTING OF THING FRACTIONS

S.V. Vasilenkov, O.N. Demina

The Bryansk State Agricultural Academy v. Kokino, Vigonichi district, Bryansk region, Russia, 243465

The model of silting of the settling pool is offered here. The methods of definition of parameters of the model by experimental figures are reduced. The factors, determined the maximal productivity, and necessary conditions of their optimization are considered.

Key words: surface run-off, water self-clarification, sedimentation, turbidity of stream, silting, settling capacity.

Виды отстойников и их схемы. Производительность отстойника. Назначение, устройство, принцип действия и область применения.

Оборудование для отстаивания и осаждения по принципу дей­ствия делится на гравитационные отстойники, отстойные центрифу­ги, гидроциклоны и сепараторы.

Отстойники бывают периодического, непрерывного и полуне­прерывного действия.

Отстойник периодического действия представ­ляет собой плоский бассейн без перемешивающих устройств. Бас­сейн заполняется суспензией, которая отстаивается в нем в течение необходимого для разделения времени. Затем осветленный слой жидкости сливают (декантируют) через штуцера, расположенные выше слоя осадка. Осевший осадок (шлам) выгружают вручную.

Размеры и форма отстойников зависят от концентрации дисперс­ной фазы и размеров частиц. С увеличением плотности и размеров частиц размеры отстойника уменьшаются. Продолжительность отстаивания зависит от вязкости дисперсионной фазы, которая сни­жается с повышением температуры. Поэтому для ускорения про­цесса отстаивания суспензию подогревают (если это не противоре­чит технологии).

Непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой (рис. 7.3) представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем и внутренним кольцевым желобом вдоль верхнего края отстойника. Мешалка с наклонными лопастями, на которых расположены гребки для пере­мещения осадка к разгрузочному люку, вращается с переменной частотой от 0,02 до 0,5 мин» 1 .

Суспензия непрерывно подается по трубе в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и отводится из отстойника. Шлам удаляется при помощи диафрагменного насо­са. Извлечение жидкости из шлама, если она является ценной для производства или ее извлечение необходимо по технологическим условиям, производится в установке для противоточной промывки. В таких отстойниках достигаются равномерная плотность осадка, эффективное его обезвоживание. Недостатком гребковых отстой­ников является их громоздкость.

В многоярусных отстойниках, которые представ­ляют собой несколько отстойников, поставленных один на другой, или цилиндрический резервуар с коническим днищем, внутри кото­рого имеются конические перегородки, разделяющие отстойники на ярусы (рис. 7.4)/В результате этого значительно снизилась гро­моздкость и увеличилась площадь поверхности отстаивания. Такие отстойники используют на сахарных заводах для сгущения сатур’а-ционных соков.

Отстойник имеет общий вал, на котором расположены гребко-вые мешалки. Суспензия через распределительное устройство подается по трубам в стаканы каждого яруса отстойника. Осветлен­ная жидкость собирается через кольцевые желоба в коллектор. Ярусы соединены стаканами для удаления шлама. Стакан каждого вышерасположенного яруса опущен нижним концом в слой шлама нижерасположенного яруса. Таким образом ярусы отстойника

последовательно соединены по шламу. Шлам удаляется только из нижнего яруса через разгрузочный конус, в котором установлен скребок.

Отстойник для непрерывного разделения эмульсий (рис. 7.5) состоит из нескольких частей. Эмульсия подается в левую часть отстойника, откуда поступает в среднюю сепарационную камеру. Перегородки 2 позволяют регулировать высоту уровня смеси. В сепарационной части исходная смесь разде­ляется на составляющие под действием сил тяжести. Легкая жид­кость поднимается и вытекает из отстойника через верхний штуцер. Тяжелая жидкость опускается, проходит под правой перегородкой 3 и вытекает через нижний штуцер. Каналы для выхода жидкости образуют сообщающиеся между собой сосуды.

Отстойники

Инжиниринговая компания ООО «Интех ГмбХ» (LLC «Intech GmbH») с 1997 года осуществляет поставки отдельных узлов конструкций и оборудования, а также комплексно решает инжиниринговые задачи промышленных предприятий различных отраслей и готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию различные отстойники.

  • Отстойники
  • Вертикальные отстойники. Общее описание
  • Отстойник с периферическим выпускным устройством. Чертеж и расчеты (диаметра отстойника)
  • Производительность отстойников. Поверхность осаждения
  • Радиальные отстойники. Описание, конструкция и преимущества
  • Тонкослойные отстойники
  • Схемы трубчатых отстойников
  • Классификация (типы) тонкослойных отстойников
  • Расчет вертикальных (радиальных) отстойников
  • Горизонтальные отстойники
  • Расчет горизонтальных отстойников
  • Отстойник для суспензий. Принцип действия
  • Отстойники периодического действия
  • Отстойники непрерывного действия
  • Отстойник-конус
  • Многоярусный отстойник с промывкой осадка
  • Отстойники непрерывного действия, оснащенные гребковой мешалкой
  • Отстойник для очистки в котельных установках
  • Двухъярусный отстойник
  • Отстойник непрерывного действия с коническими полками
  • Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий
  • Сравнение горизонтальных и вертикальных отстойников
  • Отстойники для очистки стоков при помощи методов биологической обработки
  • Статические и динамические отстойники
  • Трубчатые и пластинчатые отстойники
  • Поверхность осаждения, скорость осаждения частиц, эффективность разделения
  • Расчет отстойников. Материальный баланс процессов разделения
  • Примеры расчетов и подбора отстойников
    • расчет скорости осаждения частиц твердой фазы в воде
    • расчет площади осаждения отстойника для обработки водной суспензии с твердыми частицами
    • подбор отстойника по производительности
    • расчет предельной нагрузки по очищаемой жидкости отстойника непрерывного действия
    • Процесс осаждения
    • Общее описание процесса осаждения. Гравитационное осаждение
    • Основные элементы кинетики гравитационного осаждения
    • Расчеты для процесса осаждения
    • Определение режима осаждения частицы с помощью критерия Архимеда
    • Физический смысл величин Re и Ar
    • Скорость осаждения
    • Осаждение в поле центробежных сил

    Отстойники

    Вертикальные отстойники. Общее описание

    Аппараты данного типа используются в системах фильтрации бытовых и промышленных стоков с пропускной способностью не выше 25 тыс. куб. метров в сутки. По конструктивному исполнению вертикальные отстойники представляют собой цилиндрические ёмкости с диаметром основания от 3 до 10 м и конической формой днища для сбора осадка. Различают также «ячейковые отстойники» квадратной формы (с размерами стороны от 12 до 14 метров). Донная часть таких отстойников представляет собой конструкцию из четырёх пирамидальных приёмников ила с индивидуальным сливом осадка (отдельно для каждого приёмника).

    Различие в конструкции отстойников заключается в расположении входных и отводящих устройств и, следовательно, величины их пропускной способности. Последняя зависит не только от геометрической формы отстойника, но и от коэффициента полноты использования объёма.

    Принцип работы: Вертикальный отстойник с боковым впуском работает следующим образом. Сточная вода подаётся в распределительный лоток, смонтированный по периметру отстойника (лоток имеет специальную конструкцию с переменным сечением профиля). Затем через водослив жидкость попадает в кольцевую полость между стенкой отстойника и струенаправляющей перегородкой. Внизу кольцевой полости имеется отражающее кольцо, перераспределяющее поток воды в зону отстоя. Отвод очищенной воды происходит через треугольный водослив (расположенный с двух сторон) в круговой сборный лоток. При этом лёгкие вещества (жир, масло и пр.) с поверхности воды удаляются через расположенную в кольцевой полости воронку.

    Вертикальный отстойник с периферическим выпускным устройством. Чертеж и расчеты (диаметра отстойника)

    Размеры вертикальных первичных отстойников можно определить из приведённого выражения:

    Где R – радиус отстойника, м
    Q – величина расхода шламовых вод, м 3 /ч
    k – коэфф. объёмного использования (для отстойников с центральной впускной системой k принимается равным 0,35; при периферическом впуске воды, а также восходяще-нисходящем потоке k = 0,65-0,7)
    υОС – быстрота осаждения загрязнений, м/с.

    Для отстойников с восходяще-нисходящим потоком величину радиуса R следует увеличивать в 1,4 раза.

    При расчёте отстойников с периферической впускной системой, принимаемый начальный радиус не должен превышать 5-ти метров. Размеры кольцевой зоны рассчитываются следующим образом:

    где υвх – априорная скорость входа воды в рабочую зону (принимается порядка 5-7 мм/с).

    Принимаемое значение глубины отстойника должно составлять — 8·δ; глубина направляющей стенки – 0,7·Н; ширина отражающего кольца составляет 2·δ. Входная скорость потока в распределительный лоток (и скорость течения жидкости внутри него) должна составлять 0,4-0,5 мм/с. Размер внутренней перегородки в кольцевом лотке для сбора воды равняется 0,5·R; значение удельной нагрузки на треугольный водослив – 6 л/(с·м).

    Конфигурация илосборной части отстойников должна иметь наклонные стенки с углом не менее 50-ти градусов.

    При известной производительности (Q) и потребному времени отстаивания (τ), вертикальные отстойники рассчитываются достаточно легко.

    Рабочий объём агрегата вычисляется по формуле:

    Высота рабочей области Н находится из выражения (в м):

    где υ – скорость течения шламовых вод внутри отстойника (принимается в диапазоне 0,2-0,3 мм/с).

    Площадь рабочего сечения составляет:

    а диаметр отстойника может быть вычислен как:

    где fц.т. – площадь рабочего сечения центрального трубопровода:

    где υц.тр. – скорость течения шламовых вод в центральном трубопроводе, которую принимают не более 300 мм/с.

    Располагая вычисленными значениями Dотс и Н, легко подобрать подходящий типовой отстойник из стандартного ряда.

    Производительность отстойников. Поверхность осаждения

    Vo – количество жидкой фазы, которая находится в суспензии (м 3 /час).
    V1 – количество осветленной жидкости в суспензии (м 3 /час)
    V2 – количество жидкой фазы в осадке (м 3 /час).
    x0 – концентрация суспензии до того, как она отстаивалась (кгс сухого осадка на 1 кгс жидкости).
    x2 – концентрация осадка (кгс сухого вещества на 1 кгс жидкости в осадке).
    ω2 – скорость осаждения (м/сек).
    Fo – площадь сечения резервуара или поверхность осаждения (м 2 ).
    γ1 – удельный вес жидкости (кгс/м 3 ).
    τ – время отстаивания (ч).

    В том случае, если потери жидкости отсутствуют, соблюдается равенство:

    Если жидкость после осветления располагается слоем (как показано на рисунке выше) с высотой h, то для выражения производительности (м 3 /час) отстойника используйте уравнение:

    При этом продолжительность отстаивания τ при известной высоте слоя жидкой фазы зависит от скорости осаждения частиц ωо:

    Если подставить τ в предыдущее уравнения, то получается:

    Таким образом, можно найти производительность отстойника, которая не зависит от его высоты, а зависит исключительно от поверхности отстойника и скорости осаждения частиц. Поэтому современные отстойники обладают большой площадью сечения, а их высота невелика.

    Поверхность осаждения (м 2 ), необходимая для получения V1 (м 3 /час) осветленной жидкости, если известны концентрации хо и х2, можно найти, использовав формулу:

    Радиальные отстойники. Описание, конструкция и преимущества

    Данный тип является разновидностью вертикальных отстойников. Их высота составляет всего 0,1-0,15 метров, диаметр – 16-100 метров. Они применяются для осветления сточных вод, имеющих высокую степень мутности, а также для очистки промышленного водоснабжения. Вода подается в центральную часть радиального отстойника, а слив очищенной воды происходит через круговое отверстие, расположенное в верхней части аппарата. Осадок, осевший на дно, собирается с помощью вращающихся скребков.

    Радиальные отстойники используются на таких очистных сооружениях, производительность которых более 20 тыс. м 3 в сутки. Радиальные отстойники удаляют около 50% взвешенных веществ.

    Отстойники данного типа используются в системах фильтрации шламовых вод с расходом от 20 тыс. куб. метров в сутки. В сравнении с агрегатами горизонтального типа, радиальные отстойники имеют:

    • более простую конструкцию;
    • высокую надёжность работы;
    • повышенную экономичность;
    • возможность работать в сооружениях с высокой производительностью.

    В канализационных системах встречаются отстойники с тремя типами впускных систем:

    • центральной;
    • периферийной;
    • с центробежными сборными распределителями.

    Наиболее часто используются отстойники с центральной подачей жидкости. Для агрегатов данного типа характерной особенностью является централизованная подача фильтруемых вод снизу (по специальной трубе). В то время как отвод осветлённой жидкости осуществляется в круговой канал сквозь лоток и треугольные водосливы.

    Как правило, первичные радиальные отстойники оснащаются иловыми скребами, перемещающими выпадающий осадок по направлению к центральному приёмнику ила, откуда он может откачиваться насосами или выдавливаться массой поступающей жидкости. Лёгкие фракции, всплывающие и скапливающиеся на поверхности, удаляются в поплавки-жиросборники, опускаемые под воду специальным устройством при подходе иловых скребков.

    Вторичные отстойники оборудуются вращающимися илоотсосами для сбора лёгкого осадка (так называемого активного ила и т.п.). Осадок удаляется прямо из слоя жидкости под статическим напором без перемещения в илоприёмник. Число оборотов иловых скребков и илососов составляет 0,8-3 ч -1 .

    В процессе расчёта величина радиуса отстойника определяется из выражения (1.1), где коэфф. k = 0,45. Величина диаметра берётся не ниже 18 м; величина отношения диаметра к толщине проточной части – от 6 до 12 (для промышленных стоков – до 30); глубина проточной части – 1,5-5 м. Расположение нейтрального слоя устанавливается на уровне 0,3 м; для вторичного отстойника следует учитывать глубину слоя ила (в диапазоне 0,3-0,5 м). Нагрузка на передний край треугольного водослива не должна быть выше 10 л/(с·м).

    Тонкослойные отстойники

    Тонкослойные отстойники применяются для эффективного отделения тонкодисперсных примесей. Их сравнительно небольшая глубина позволяет осветлять жидкости за 4-10 минут нахождения фильтрата в рабочей зоне. При этом габариты агрегатов значительно ниже, чем у отстойников других конструкций. Кроме того, тонкослойные отстойники могут свободно устанавливаться в замкнутых помещениях. Простая конструкция и доступные материалы позволяют изготавливать отстойники данного типа на любом производстве. Дополнительным преимуществом в эксплуатации является отсутствие надобности в «расходных материалах» и прочих комплектующих.

    Конструкция тонкостенных отстойников выполнена в виде неглубоких (порядка 0,2-0,3 м) резервуаров со специальными вставками в виде трубчатых ферм или полок. Такие вставки носят название «дренов» и устанавливаются наклонно – для обеспечения естественного сваливания осаждаемого шлама к сборной ёмкости. В системах с расходом шламовых вод от 100 до 10 тыс. куб. метров в сутки применяются отстойники с небольшим наклоном трубчатых вставок. Крутонаклонные отстойники (с углом установки труб порядка 45-60 град.) используют в очистных системах с расходом до 170 тыс. куб. метров в сутки.

    Тонкослойные отстойники способны значительно интенсифицировать процесс осаждения, а также в среднем на 25% увеличить эффект осветления и на 60% снизить площадь застройки под отстойник. Также к их преимуществам относятся устойчивость к изменениям температуры воды, концентрации загрязнений, а также устойчивость работы даже при сильных колебаниях расходов очищаемой воды.

    Принцип тонкослойного отстаивания применяется при реконструкции уже работающих отстойников разного типа для увеличения их производительности. Данный принцип считается наиболее экономичным, а иногда вообще единственно возможным, если учитывать стесненные условия работающих очистных сооружений, особенно при отсутствии возле них свободных земельных площадей. Таким образом, реконструкция сооружений может быть произведена в очень короткие сроки, так как переоборудование очистных сооружений в тонкослойные отстойники не нуждается в сложных и долгих строительных работах. Все сводится лишь к установке блоков тонкослойных элементов в отстойной зоне.

    Такие элементы могут быть изготовлены из гибких материалов, а также материалов достаточной жесткости. Для того чтобы обеспечить сползание взвеси в осадочную часть отстойника, которая оседает на поверхности тонкослойного отстойника, его элементам придается наклон к горизонту, составляющий порядка 55-60 градусов. Тонкослойные элементы отстойника изготавливаются в виде гофрированных или плоских полок, а также в виде труб круглого, прямоугольного или квадратного поперечного сечения.

    Данным метод наиболее эффективен для очистки цветных вод, имеющих небольшую или среднюю мутность. Из-за того, что время пребывания воды в тонкослойных отстойниках достаточно малое, необходимо обеспечить равномерное распределение потока воды между всеми элементами, а также равномерное смешивание воды с реагентом (в случае его применения) и создания необходимых условий для процесса хлопьеобразования.

    Плохая работа смесителей в обычных отстойниках может быть компенсирована благодаря длительному пребыванию воды в отстойнике, но в тонкослойных отстойниках такой вариант невозможен.

    Схемы трубчатых отстойников

    Многочисленные исследования доказали, что естественное (под действием гравитации) разделение тонкодисперсных взвесей протекает значительно интенсивней в замкнутом объёме элементов, наклонённых в горизонтальной плоскости под 45-60 град., чем в открытых лотках. Так как турбулентный поток увеличивает «несущую» способность жидкости, внутри отстойника организуется ламинарное течение шламовых вод – для повышения степени их осветления.

    На рисунке выше изображена конструкция тонкостенного трубчатого отстойника. Основным рабочим органом является трубка длиной порядка 60-100 см и Ø 2,5-5 см. Сечение трубки может быть квадратным, в форме шестиугольника, ромба и т.п.

    Для отстойников зарубежного производства характерно изготовление в виде стандартизированных блоков из пластика (ПВХ или полистирола). Стандартные блоки имеют длину, ширину, высоту порядка 3 м, 0,75 м, 0,5 м соответственно. Величина поперечного сечения трубок – 5 х 5 см. Нормированные размеры облегчают монтаж блоков внутрь имеющихся отстойников любого типа (в том числе радиальных, горизонтальных и вертикальных).

    Тонкослойные пластинчатые отстойники включают в себя пакет наклонных полок. Вдоль их плоскости движется жидкость, при этом твёрдые частицы задерживаются на пластинах и скатываются в шламосборники.

    В зависимости от конфигурации движения фильтруемой воды внутри отстойника, а также способа выпадения осадка, различают:

    • отстойники прямоточного типа (течение жидкости и выпадающего осадка сонаправлены);
    • противоточные отстойники (со встречным перемещением жидкости и шлама);
    • перекрёстные (где течение жидкости организовано перпендикулярно вектору выпадения осадка).

    Необходимо заметить, что наиболее широкое распространение имеют противоточные отстойники (ввиду их большей производительности).

    На рисунке ниже представлен тонкостенный отстойник. Для основного режима работ этого агрегата (т.е. при скорости потока 4-7 мм/с и фильтрации в межполочном пространстве в течение 20-25 мин) достигается стабильное осветление не ниже 93-95% (при концентрации твёрдой фазы в исходной взвеси 4-12 мг/л). Для эффективной очистки коагулированной воды применяются полочные напорные тонкостенные отстойники с пребыванием воды в зоне очистке до 10 мин.

    Тонкослойный отстойник

    Классификация тонкослойных отстойников осуществляется по ряду признаков:

    • конструктивному – по виду наклонных блоков (в виде трубок или полок-дренов);
    • функциональному – работа в циклическом или непрерывном режиме;
    • характеру взаимного перемещения фильтруемой воды и шлама (прямоточные, противоточные, комбинированные).

    По типу поперечного сечения труб различают прямоугольные, квадратные, в виде шестиугольника или круглые секции.

    Зазор между отдельными трубками (полками) h0 обычно составляет 50-150 мм, рабочая длина варьируется в пределах от одного до двух метров.

    Расчёт конструкции тонкослойных отстойников заключается в определении геометрических параметров (длины, ширины и высоты водоведущего канала) – при заранее известном расходе фильтруемых вод Q (м 3 /с), концентрации твёрдых частиц во взвеси (до и после фильтрации) и химсвойствах примесей.

    Величина площади поперечного сечения в межслойном пространстве (м 2 ) определяется как:

    Расчет вертикальных (радиальных) отстойников

    В инженерных расчётах основным показателем отстойника выступает площадь поверхности осаждения Р (м 2 ), вычисляемая по формуле:

    где КЗ – коэфф. запаса для учёта неравномерности распределения фильтруемой взвеси по всей поверхности осаждения, а также учитывающий вихреборазование и прочие факторы в реальных условиях производства (в выполненных конструкциях КЗ=1,3-1,35); Gсм – расход фильтруемых взвешенных частиц по факту, кг/с; ρосв – плотность осветлённого фильтрата, кг/м 3 ; vос – скорость выделения твёрдых компонентов взвеси, м/с; хсм, хос, хосв – концентрация твёрдых частиц в фильтруемой взвеси, осадке и осветлённом фильтрате соответственно, масс. доли.

    Общая высота отстойника радиального типа складывается из трёх величин:

    где h1 – высота зоны свободного осаждения, м;
    h2 – высота зоны сгущения, м;
    h3 – высота зоны расположения лопастей, м.

    Чтобы не допустить перемешивания у поверхности, зону свободного осаждения принимают h1=0,45-0,75 м. При этом более высокие значения принимают для сильно концентрированных взвесей с отношением твёрдой фазы к жидкой Т:Ж > 1:10.

    С учётом непрерывности удаления шлама из отстойника, высота зоны сгущения составит:

    где gт.ос – количество твёрдой фазы, приходящейся на единицу площади днища отстойника за время от осаждения до выгрузки, кг/м 2 ;
    Сос – концентрация твёрдой фазы в осадке (объёмная плотность), кг/м 2 .

    Из определения следует:

    где G1 – производительность по твёрдой фазе осадка, кг/ч; τ – время пребывания осадка на днище от осаждения до выгрузки (обычно принимается τ=1ч).

    Объёмная плотность осадка:

    где ΔС – относительная масса взвеси.

    Относительная масса взвеси:

    где ΔТ= ρТ / ρЖ – относительная масса твёрдой фазы;
    n=Т/Ж – величина разбавления в зоне сгущения.

    Подставляя уравнения (1.12) и (1.13) в формулу (1.11), получим:

    Высоту расположения лопастей мешалки можно определить, исходя из величины наклона лопастей (приблизительно 0,146 м на 1 м длины). Таким образом,

    где D – диаметр отстойника, м.

    Горизонтальные отстойники

    Горизонтальные отстойники применяются на станциях по очистке сточных вод, имеющих пропускную способность более 15 тыс. м³/сут.

    Наиболее распространенными являются отстойники с прямоугольной формой. В начале таких отстойников устраиваются иловые приямки в 1-2 ряда. Также в сооружении устанавливаются скребковые механизмы, часто тележечного или ленточного типа, которые перемещают осадок к иловым приямкам. Из них осадок удаляется с помощью насосов, гидроэлеваторов, грейферов или под действием гидростатического напора. Легкий осадок, такой, например, как активный ил, удаляется без сгребания эрлифтными установками.

    Впускные и выпускные устройства выполняются таким образом, чтобы поток воды равномерно распределялся по всей площади живого сечения отстойника. Вода впускается через свободный водослив, расположенный во фронтальной части отстойника. При этом устраивается направляющая полупогружная перегородка в начале резервуара. Отвод воды осуществляется через водосборные лотки, установленные в торце отстойника. Перед лотками устраиваются полупогружные стенки, которые задерживают всплывающие загрязнители.

    Проточная часть отстойника имеет глубину 1,5-4 м, длина – больше глубины в 8-12 раз (или в 20 раз при работе с производственными сточными водами). Ширина отстойника зависит от того, каким способом удаляется осадок и составляет обычно 6-9 м. На станциях биологической очистки ширина отстойника рассчитывается в зависимости от ширины аэротенка. Днище резервуара должно иметь уклон к приямку как минимум 0,005. При расчетах высоту нейтрального слоя над поверхностью осадка принимают равной 0,3 м, для вторичных отстойников учитывают глубину слоя ила, равную 0,3-0,5 м. Скорость потока сточных вод считается равной 5-10 мм/с.

    Длина отстойника может быть найдена по формуле:

    где L – длинна отстойника, м;
    υ – скорость движения жидкости в отстойнике, м/с;
    H – глубина отстойника, м;
    ωос – скорость осаждения частиц в отстойнике, м/с.

    В свою очередь скорость осаждения частиц может быть найдена по формуле:

    где ωос – скорость осаждения частиц в отстойнике, м/с;
    dт – минимальный эквивалентный диаметр осаждаемых частиц, м;
    ρт – кажущаяся плотность частиц, кг/м 3 ;
    g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2 ;
    μж – динамическая вязкость жидкости, Па·с.

    Расчет горизонтальных отстойников

    Отстойники используются для осветления, то есть разделения воды и дисперсных загрязнителей. В зависимости от типа загрязнений и поставленных задач наряду с классическими отстойниками используются сгустители и классификаторы, позволяющие интенсифицировать процессы очистки стоков. Конструктивные решения для сгустителей и классификаторов абсолютно идентичны – различия касаются методик расчета осаждения взвешенных частиц.

    Сгустители рассчитываются по скорости осаждения наиболее мелкой взвеси в стоках, а расчет классификаторов ориентирован на вещества, которые должны быть отделены в первую очередь. Для расчета поверхности осаждения отстойников используются следующие исходные данные:

    • Запас поверхности для учета неравномерности распределения обрабатываемой суспензии – выражается коэффициентом;
    • Расход обрабатываемой суспензии в кг/сек;
    • Плотность осветленной жидкости;
    • Гравитационная (свободная) скорость осаждения частиц взвеси в м/сек.

    Формулы расчета каждого параметра приведены. Для активизации процесса очистки отстойники оборудуются гребковыми мешалками непрерывного действия. За счет использования центробежной силы ускоряется осаждение взвеси.

    Поверхность осаждения, являющаяся основной расчетной величиной отстойников, находится по формуле:

    где Kp – коэффициент запаса поверхности,
    Gсм – массовый расход исходной суспензии, кг/с;
    ρост – плотность осветленной жидкости, кг/м 3 ;
    ωст – скорость осаждения частиц суспензии, м/с;
    хос – концентрация твердых частиц в осадке, масс. доли;
    хсм — концентрация твердых частиц в исходной смеси, масс. доли;
    хосв — концентрация твердых частиц в осветленной жидкости, масс. доли.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *