Проектирование средств очистки выбросов и стоков

Ивакина аэротенк измененый.cdw

5 мм перепад на одну секцию
Расход сточных вод м
Начальная концентрация БПК мгл
Начальная концентрация ХПК мгл
Начальная концентрация кислорода мгл
Общий прирост активного ила мгл
Площадь зеркала аэротенка м
Техническая характеристика аэротенка
Пористый керамический материал

Ivakina.cdw( Готовый чертеж циклона).cdw

Техническая характеристика циклона
Эффективность очистки
Количество циклонов n
Диаметр циклона D мм
Начальная запыленность с
Запыленность на выходе с
Средняя скорость газа
Гидравлическое сопротивление p Па
Массовый расход пыли в бункере G кгсут
Частота разгрузки бункера 1сут

Ивакина Екатерина( курсовой сзсо).docx

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ивановский государственный энергетический университет
Кафедра «Безопасности жизнедеятельности»
«Проектирование средств очистки выбросов и стоков»
по дисциплине «Системы защиты среды обитания»
Руководитель проекта
доктор тех. наук профессор
Разработать схему рассчитать и выполнить технический проект устройства очистки выбросов и стоков при исходных данных приведенных в табл. 1 4 для 13 варианта.
Таблица 1. Параметры загрязненного потока газов
Наименование параметра
Расход газа V0 сух10-3 нм3ч
Влагосодержание f ·103 кгнм3
Запыленность Cп гнм3
Дисперсный состав пыли
Плотность пыли кгм3:
Таблица 2. Вариант состава сухих газов при нормальных условиях %
Таблица 3. Вариант дисперсного состава пыли
(в числителе средний размер частиц мкм; в знаменателе % по массе)
Средний размер частиц мкм
Таблица 4. Исходные данные для расчета аэротенка
Количество смешивающихся потоков
Параметры первого потока:
Средняя скорость биохимического окисления: бензол
Параметры второго потока:
Средняя скорость биохимического окисления: хозяйственно-бытовые отходы
Параметры общего потока на входе в систему очистки:
расход Vсв =V1 +V2 Vсв 10-2 м3ч;
Концентрация загрязнений по ХПКполн
Концентрация загрязнений по БПКполн
Водородный показатель рН;
Требуемые параметры очищенной воды:
содержание кислорода c0к мгл;
Допустимая концентрация на выходе из вторичных отстойников cк.ср мгл;
Рабочая глубина аэротенка Н м;
Дырчатая труба Р=174 %
Относительная площадь аэратора Fаэ
Расход очищенных сточных вод на рециркуляцию V010-2 м3ч;
Техническое задание выдал:
Техническое задание получил: студентка
Курсовой проект состоит из 57 печатных листов содержит 3 иллюстрации 24 таблицы 2 чертежа формата А1.
Ключевые слова: выбросы сточные воды пыль центробежный циклон аэротенк коллектор бункер аэрация площадь зеркала очистка.
В курсовом проекте выполнен расчет устройств очистки газопылевых выбросов и промышленных и хозяйственно – бытовых стоков. А также определены конструктивные параметры устройств и эффективность очистки выбросов и стоков.
Для очистки газопылевых выбросов принят групповой циклон состоящих из шести элементов диаметром 600 мм каждый. Для биологической очистки стоков – аэротенк с общей площадью зеркала 1896 м2 с расходом воздуха Vвозд = 41534 м3час состоящий из 12 секций.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ .6
Сухие центробежные циклоны .. .7
Методика расчета сухого центробежного циклона . 11
Выбор типа диаметра циклона и количества циклонов в группе . 12
Средняя условная скорость газа .. 12
Гидравлическое сопротивление циклона 13
Общая степень очистки газов .. 16
Запыленность газа после циклона . .. 19
Конструктивные размеры циклона . .19
Расчёт интегральных показателей дисперсности твёрдых частиц 21
Выбор типа диаметра циклонов и их количества в группе . 23
Средняя условная скорость газа . 23
Расчет гидравлического сопротивления . 23
Общая степень очистки газа в циклоне . .25
Конструктивные размеры циклона бункера для сбора пыли и коллекторов для отвода и подвода газов 26
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ .. . 30
Общая характеристика промышленных стоков .. 31
Методы очистки сточных вод .. .32
Биохимическая очистка сточных вод 38
Методика расчета аэротенка . 38
Расчет аэротенка . 44
Расчет объема аэротенка 44
Расчет расхода воздуха подаваемого на аэрацию . 45
Расчёт конструктивных параметров аэротенка: площади зеркала размеров трубопроводов и каналов . 46
ОЦЕНКА ОБЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЦИКЛОНОВ. ВЫБОР ЛУЧШЕГО (ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ) 52
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .. 57
Для снижения воздействия производства на окружающую среду применяются средства защиты:
устройства очистки газов;
устройства очистки стоков;
устройства переработки или обезвреживания отходов.
В общем случае устройства защиты окружающей среды взаимосвязаны. Удаляемые из газов вещества могут быть в твердом жидком или газообразном состоянии. В зависимости от ценности улавливаемых веществ их свойств концентраций они могут быть:
возвращены в основное производство (оксиды металлов волокна тканей топливо);
направлены в другие производства (табачная пыль древесная пыль красный шлам);
вывезены и перекачены на отвалы шламонакопители водоемы.
В последнем случае улавливаемые вещества все равно попадут в гидросферу и литосферу.
Процессы очистки сточных вод также сопровождаются образованием выбросов твердых частиц шламов и растворов.
Улавливаемые вещества могут быть направлены в другие производства или в отходы.
Переработка и утилизация твердых отходов также может оказать воздействие на атмосферу и гидросферу может вызвать загрязнение поверхностных и подземных вод.
Выбор методов очистки определяется свойствами газовых потоков и загрязнителей которые в основном зависят от вида источников выбросов а именно – устройства сжигания термической обработки вытяжной вентиляции и т.д.
Свойства загрязнителя зависящие от его фазового состояния в основном определяют выбор метода очистки.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ
На данной ступени развития цивилизации человечество достигло больших успехов в развитии техники. Вследствие этого упростилось решение некоторых задач стоящих перед человеком но наряду с этим появились и проблемы которые в полной мере проявились в последней четверти ХХ века. Они были вызваны к жизни целым комплексом причин отчетливо проявившихся именно в этот период. Одной из таких проблем является загрязнение атмосферы.
Загрязнителями атмосферы являются газы пыли аэрозоли пары жидкости твердые частицы и др. Основными методами защиты атмосферы являются очистка выбросов и рассеивание. Существует множество устройств для реализации этих методов. Выбор самих методов определяется свойствами газовых потоков и загрязнений которые в основном зависят от вида источника выбросов. В общем случае выбор устройств представляет сложную технико-экономическую задачу и должен учитывать следующие факторы:
назначение устройств (пыль туман паро- и газовые загрязнения);
ограничения на область применения (свойства загрязнителя температура и расход газа начальная запыленность влагосодержание и т.д.);
необходимая эффективность очистки;
технико-экономические показатели очистки (капитальные затраты на строительство эксплуатационные расходы и т.д.).
Для очистки атмосферы от выбросов используют: пылеосадочные камеры и коллекторы жалюзийные пылеуловители инертные пылеуловители центробежные и батарейные циклоны ротоклоны промывочные камеры полые скрубберы насадочные скрубберы барботажные аппараты пенные аппараты и др.
Так как проект носит учебный характер ограничимся рассмотрением только одного устройства очистки а именно сухого центробежного циклона.
Сухие центробежные циклоны
Циклоны широко применяются в системах газоочистки и аспирационной вентиляции для грубой очистки газа или самостоятельно. В эксплуатации находятся циклоны различных конструкций. Сравнительные испытания сухих центробежных циклонов проведенные НИИОГАЗ показали что при проектировании следует отдавать предпочтение циклонам конструкции НИИОГАЗ которые более совершенны и способны с достаточной эффективностью улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.
Рис.1.1. Циклон конструкции ЦН НИИОГАЗ и схема пылеотделения в нем
-11430048260Несмотря на конструктивные особенности циклонов разных типов все они имеют общий принцип действия (рис. 1.1). Запыленный поток газа поступает в циклон через входной патрубок 1 расположенный в верхней части аппарата по касательной к цилиндрической части корпуса 4 циклона. В результате такого расположения входного патрубка газовый поток при входе в циклон приобретает вращательное движение и движется сверху вниз в кольцевом пространстве между внешней поверхностью выхлопной трубы 3 и внутренней поверхностью цилиндрической части циклона. В циклоне конструкции ЦН НИИОГАЗ для усиления вращательного движения газа сразу же за входным патрубком устроена винтообразная крышка 2. Вместе с газом вращательное движение приобретают и содержащиеся в нем частицы пыли. При вращении частиц на них действует центробежная сила которая отбрасывает частицы к внутренней поверхности корпуса циклона. Газ вместе с пылью образует в циклоне нисходящий кольцевой вихрь (пунктирная линия).
Для увеличения скорости пыли перед попаданием ее в бункер за цилиндрической частью бункера делают коническую часть 5. Это необходимо для того чтобы пыль обладала большой силой инерции за счет которой она могла бы свободно отделяться от газа в бункере. Пройдя коническую часть 5 газ выходит через пылевыпускное отверстие 6 в бункер циклона 7 и выносит в него пыль.
В бункере поток газа теряет скорость вследствие чего из него выпадают частицы пыли. Поток освобожденного от пыли газа разворачивается на 180° и ввиду разрежения возникающего в центральной части корпуса циклона всасывается через пылевыпускное отверстие в выхлопную трубу 3 образуя внутренний вихрь (сплошная линия). По мере движения газа к выхлопной трубе к нему присоединяется отделившаяся от нисходящего вихря часть газа потерявшая скорость и освобожденная от пыли.
Очищенный от пыли газ выводится из аппарата либо через улитку 8 преобразующую винтообразное движение потока в прямолинейное либо непосредственно через патрубок 9 который располагают вертикально за выхлопной трубой 3. Внизу в бункере устанавливают пылевой затвор 10 через который пыль удаляется из аппарата. Ввиду того что бункер участвует в аэродинамике процесса очистки газа циклоны нельзя эксплуатировать без бункера.
Несмотря на длительное время эксплуатации циклонов для очистки газа еще не создана стройная теория циклонного процесса. Считают что движение частиц пыли в радиальном направлении к стенкам циклона проходит при равновесии центробежной силы отбрасывающей частицу из вращающегося газового потока и силы сопротивления движению частицы со стороны газового потока. Центробежную силу F выражают формулой
m – масса частицы (Нс2)м;
vo – скорость вращения потока газа в циклоне (окружная скорость) мс;
R – расстояние от оси циклона до частицы находящейся во вращающемся газовом потоке м.
Силу сопротивления газовой среды движению частицы к стенке циклона определяют по формуле Стокса:
dП – диаметр частицы пыли м;
vП – скорость движения частицы в радиальном направлении к стенке циклона мс;
– динамическая вязкость газовой среды Пас.
Выразив массу шарообразной частицы как произведение ее объема на плотность пыли и приравняв эти силы можно найти скорость движения частицы к стенкам циклона:
После входа в циклон частица пыли может пройти путь от внешней поверхности выхлопной трубы радиусом R1 до внутренней поверхности цилиндрической части корпуса циклона радиусом R2.. Поэтому наибольший путь частицы в радиальном направлении составит разность R2 – R1. Время которое требуется для прохода пути R2 –R1 в радиальном направлении будет равно
Подставив в формулу (1.5) значение скорости пыли из формулы (1.4) и приняв что средний радиус вращения частицы в циклоне
Из этой формулы можно найти диаметр частицы которая успеет подойти к стенке циклона т.е. пройти путь в радиальном направлении равный R2 – R1 за время t:
Из полученной формулы можно сделать следующие выводы:
С повышением скорости газа v0 улавливание пыли в циклоне будет улучшаться. Однако при скоростях газа выше оптимальных (20—25 мс) завихренный газовый поток будет срывать успевшие осесть в циклоне частицы пыли и снова возвращать их в газовый поток. При таких условиях степень очистки газа в циклоне уменьшится. Скорость входа газа в циклон должна быть тем больше чем мельче частицы пыли но не выше 25 мс (вследствие возрастания гидравлического сопротивления) и не ниже 15 мс.
Чем крупнее частицы пыли и больше их плотность тем скорее и полнее они будут отделяться от газового потока и улавливаться в циклоне.
Чем выше температура газа тем больше его вязкость и хуже проходит процесс улавливания пыли в циклоне.
Чем больше высота цилиндрической части циклона тем выше эффективность его работы. Обычно эту высоту выбирают с учетом двух оборотов газа при движении его в направлении бункера. При этом следует учитывать что эффект пылеотделения продолжается и в конусной части циклона.
Чем больше диаметр цилиндрической части циклона тем больший путь должна пройти частица в процессе выделения из газа тем меньше будет центробежная сила отбрасывающая частицу пыли к стенкам циклона и следовательно меньше будет степень очистки газа. Поэтому одиночные сухие центробежные циклоны не рекомендуют выполнять диаметром более 1000 мм.
Для очистки большого количества газа используют группу циклонов которые устанавливают на общий бункер . Во входном патрубке группового циклона запыленный газ разделяется на параллельные потоки которые направляются в отдельные циклоны. Пыль осаждается в бункере а очищенный газ отводится через общий выхлопной патрубок выполненный в виде сборника или улитки. Между выхлопными трубами и сборником иногда размещают кольцевые диффузоры дающие возможность снизить гидравлическое сопротивление циклонов. Групповые циклоны делают прямоугольной компоновки и круговой. Число циклонов при прямоугольной компоновке не превышает 8 а при круговой – не более 14.
Циклоны могут выполняться с правым и левым вращением газового потока. Правым принято называть вращение газового потока в циклоне по часовой стрелке если смотреть со стороны выхлопной трубы левым – вращение против часовой стрелки. Сухие центробежные циклоны разных типов различаются конфигурацией корпуса глубиной ввода выхлопной трубы в корпус разным соотношением диаметров выхлопной трубы и цилиндрической части корпуса способами подвода газа к аппарату углом наклона входного патрубка и др.
К цилиндрическим циклонам относят циклоны типов ЦН-11 ЦН-15 ЦН-15У и ЦН-24 которые отличаются один от другого углом наклона входного патрубка (цифры обозначают угол его наклона к горизонтали перпендикулярной оси циклона).
Наибольшее распространение для очистки газа с высокой концентрацией мелкой пыли а также для улавливания пыли склонной к слипанию получили циклоны типа ЦН-15. Для циклонов ЦН-15У характерны низкие технико-экономические показатели их используют при отсутствии в месте установки достаточных габаритов по высоте.
Методика расчета сухого центробежного циклона
При расчете сухих центробежных циклонов определяют их основные размеры гидравлическое сопротивление и эффективность очистки газа.
Выбор типа диметра циклона и количества циклонов в группе
Для ориентировочного выбора диаметра циклонов конструкции НИИОГАЗ и их числа в группе в зависимости от количества очищаемого газа можно пользоваться данными приведенными в табл. 1.1. Последующим расчетом выбранные табличные данные проверяются и уточняются. При числе циклонов в группе более 8 (n=10 12 14) используется круговая компоновка.
Таблица 1.1. Ориентировочные значения количества очищаемого газа в циклонах при прямоугольной компоновке
Диаметр циклона D мм
Количество очищаемого газа при числе циклонов в группе n
Для цилиндрических циклонов можно принимать диаметры из следующего ряда: 200 300* 400 500* 600 700* 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000* 2400* 3000* мм. Рекомендуется ограничивать применение диаметров отмеченных звездочкой.
Средняя условная скорость газа
Средняя условная скорость газа v в цилиндрической части циклона определяется делением расхода газа при рабочих условиях на площадь цилиндрической части циклона:
n – число циклонов в группе;
D – диаметр циклона м;
V – расход влажного газа при рабочих условиях м3с.
Расход влажного газа при рабочих условиях V может быть найден по известному расходу сухого газа V0сух при нормальных условиях (Р0 = 101325 Па и Т0 = 273 К) и его влагосодержанию f гнм3:
V = V0сух[101325·(273+t)273·(Рбар + Р)]·(1+f 0804) (1.10)
или по расходу влажного газа V0 при нормальных условиях:
V = V0 [101325·(273+t)273·(Рбар + Р)] (1.11)
04 – масса 1 м3 водяных паров при нормальных условиях кг;
t – температура газа 0С;
Р – давление газа Па;
Рбар – барометрическое давление Па.
Рассчитанное значение скорости газа в циклоне v необходимо сравнить с оптимальным приведенным в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Оптимальные скорости газа в циклонах конструкции НИИОГАЗ
Для подбора скорости газа если она отклоняется от оптимальной скорости более чем на 15 % следует изменить диаметр или число циклонов в группе.
Гидравлическое сопротивление циклона
Гидравлическое сопротивление циклона рассчитывается по формуле
ρ – плотность (влажного) газа при рабочих условиях (кгм3 или (Н·с2)м4 если массу выразить из второго закона Ньютона через силу и ускорение);
ц – коэффициент гидравлического сопротивления циклона.
Плотность влажного газа при рабочих условиях определяется по формуле
ρ = [(ρ0сух +f)273·(pбар ± p)][(1+f 0804)101 325·(273+t)] (1.13)
ρ = [ρ0 273·(pбар + p)][ 101 325·(273+t)] (1.14)
ρ0сух ρ0 – плотность сухого и влажного газа при нормальных условиях кгм3. (Плотность сухого воздуха при нормальных условиях равна 1293 кгм3.)
Величина ρ0 находится по формуле
ρ0 = Мм 224 ; (1.15)
Мм – молекулярная масса 1 кмоль кг;
4 – объем 1 кмоль идеального газа при н. у. (в практических расчетах обычно считают что объем 1 кмоль любого газа равен 224 м3).
В большинстве случаев в системы очистки поступают смеси газов поэтому Мм рассчитывается по составу газа
Мм = Мм1 a1 + Mм2 a2 + +Ммn an (1.16)
Мм1 Mм2 Ммn – молекулярные массы зависящие от химического состава компонентов например МмН2О = 18 кгмоль (табл. 1.3);
а1 а2 аn – объемные доли компонентов выраженные в долях единицы которые обычно известны из расчетов физико-химических процессов в источнике выбросов.
Таблица 1.3. Основные физические свойства некоторых газов
А – газ; Б – формула; В – плотность при 0°С и давлении 0101МПа; Г – молекулярная масса кгмоль; Д – Объем 1 кмоль; Е – газовая постоянная Дж(кг·°С); Ж – удельная теплоемкость при 0°С и давлении 0101МПа Дж(кг·°С); З – 10-6 Па·С; К – константа Сезерленда.
В случае задания объемных долей сухого газа ас1 а2 аn и его влагосодержания f кгм3 объемные доли компонентов а1 а2 аn можно рассчитать по формулам
аi =асi (1 + vн2о) i=1n-1 (1.17)
vн2о –объем водяного пара при нормальных условиях
vн2о = f0804 = 1244 f нм3кг (1.18)
44 – удельный объем 1 кг водяного пара при нормальных условиях;
n - 1 – число компонентов в сухом в газе.
Объемная доля водяного пара определится по формуле
аН2О =аn=vн2о ( 1+ vн2о) (1.19)
Коэффициент гидравлического сопротивления циклона ц зависит от его диаметра состояния внутренней поверхности стенок запыленности газа и конструкции выхлопных устройств. Отметим что при работе циклона на выхлоп в атмосферу величина сопротивления будет больше чем при работе на выхлоп в сеть так как при раскручивании потока газов на прямом участке трубы будет теряться меньше энергии. Длина прямого участка трубопровода l должна быть больше диаметра выхлопной трубы d циклона (ld > 10).
Значение ц можно найти по эмпирической формуле
ц500 – коэффициент гидравлического сопротивления циклона диаметром 500 мм (значения ц500 для некоторых циклонов приведены в табл. (1.4);
Kd – поправочный коэффициент учитывающий влияние величины диаметра циклона (табл. 1.5);
Кc–поправочный коэффициент на влияние запыленности газа (табл. 1.6);
Кгк – поправочный коэффициент учитывающий компоновку циклонов в группе (Кгк=0 для одиночного циклона Кгк = 35 при прямоугольной компоновке и Кгк = 60 – при круговой).
Таблица 1.4. Коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов ц500 при выхлопе в атмосферу или сеть
Без дополнительных устройств
С кольцевым диффузором
Таблица 1.5. Поправочный коэффициент Кd
Таблица 1.6. Коэффициент Кс учитывающий влияние степени запыленности газа
Запыленность газа (гм3) перед циклоном
Отношение гидравлического сопротивления к плотности газа ΔРρ м2c2 при рабочих условиях для каждого типа циклона должно находиться в диапазоне оптимальных значений:
0 ΔРρ 600 для циклонов типа ЦН-24
0 ΔРρ 1000 для циклонов типа ЦН-15 и ЦН-15У
0 ΔРρ 1400 для циклонов типа ЦН-11 и
00 ΔРρ 2400 для циклонов типа СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34.
Подобрать величину ΔРρ можно путем задания другого типа циклона (при этом изменится коэффициент гидравлического сопротивления или диаметр циклона).
Общая степень очистки газов
Общая степень очистки газов рассчитывается по методике НИИОГАЗ. Она зависит от диаметра улавливаемых частиц скорости газа в циклоне типа и диаметра циклона плотности пыли и газа вязкости газа и от других факторов.
Общая эффективность очистки газа в циклоне определяется по формуле:
= 05·(1 + Ф(x) ) (1.21)
Ф(x) – табличная функция (табл. 1.7) от параметра х равного:
Таблица 1.7. Значения функции распределения
d50 ч – медианный диаметр и степень полидисперсности улавливаемых циклоном из газа частиц;
dт50 – экспериментальные характеристики циклона (таблица 1.8);
D ρч – фактические значения диаметра циклона плотности частиц скорости и вязкости газа;
Dт = 06 м; ρчт = 1930 кгм3; т = 222·10-6 Па·с; т = 35 мс;
Таблица 1.8. Параметры определяющие эффективность циклонов типа ЦН
Коэффициенты динамической вязкости 0i и значения постоянных Сезерленда Cci для газов СО2 СО SO2 N2 H2O (водяной пар) приведены в таблице 1.9:
Таблица 1.9. Значения коэффициента динамической вязкости и постоянной Сезерленда для компонентов очищаемого газа
Коэффициент динамической вязкости газовой смеси может быть найден из следующего соотношения:
Мсм см = a1M1 1 + a2M2 2 + + anMn n (1.24)
см = Мсм (a1M1 1 + a2M2 2 + + anMn) (1.25)
Мсм M1 M2 Мn – молекулярные массы соответственно смеси газа и отдельных его компонентов кгкмоль;
а1 а2 аn – объемные доли;
2 n – коэффициенты динамической вязкости компонентов i при температуре газа t 0С рассчитываются по формуле Сезерленда:
i = 0i (T273)32 ( 273 + Cci )( T + Cci ) (1.26)
T – абсолютная температура газа К;
Сci – постоянные Сезерленда значения которых приведены в табл. 1.8.
Фракционные степени очистки определяются для каждой фракции. Обычно их находят по экспериментальным графикам.
Запыленность газа после циклона
Запыленность газа после циклона свых величины массового Gп (гс) и объемного Vп (м3с) потоков уловленной пыли рассчитываются по формулам
свых=с · (1 - ) (1.27)
Gп=V ·с · Vп= Gп ρн (1.28)
ρн – насыпная плотность пыли кгм3.
Конструктивные размеры циклона
Конструктивные размеры циклона определяются в зависимости от диаметра цилиндрической части циклона D по табл. 1.9 и табл. 1.10.
Таблица 1.9. Конструктивные размеры цилиндрических циклонов в долях внутреннего диаметра D
Геометрический размер
Угол наклона крышки и входного патрубка циклона α град
Внутренний диаметр выхлопной трубы d
Диаметр пылевыпускного отверстия dl
Ширина входного патрубка в циклоне b1
Ширина входного патрубка на входе b
Длина входного патрубка l
Высота входного патрубка hп
Высота выхлопной трубы hт
Высота цилиндрической части циклона Hц
Высота конуса циклона Нк
Высота внешней части выхлопной трубы hв
Общая высота циклона H
Таблица 1.10. Конструктивные размеры конических циклонов в долях внутреннего диаметра D
Высота цилиндрической части Нц
Высота заглубления выхлопной трубы hт
Высота конической части Нк
Внутренний диаметр выхлопной трубы d
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия d1
Ширина входного патрубка b
Высота внешней части выхлопной трубы hВ
Высота установки фланца hфл
Длина входного патрубка l
Текущий радиус улитки r
Конструктивные размеры бункера для сбора пыли одиночного циклона также принимаются в долях внутреннего диаметра циклона D:
диаметр Dб=15 D для цилиндрического и
Dб=(11 12) · D для конического циклонов
высота цилиндрической части Hб=0.8 · D
угол наклона стенок бункера к горизонтали больше угла естественного откоса пыли обычно 55 60 0.
Групповые циклоны оборудуют общим бункером который имеет цилиндрическую (n=2;4) или прямоугольную (n>1) форму. При круговой компоновке циклонов применяют бункера цилиндрической формы.
Минимальное расстояние от оси циклона до стенки бункера должно быть не менее 04·D а высота цилиндрической части – не менее 05·D.
Конусы циклонов опускаются в бункер на глубину ho равную 08 диаметра do отверстия в бункере.
Для определения диаметра do выразим величину текущего диаметра конусной части dк через параметры конуса (см. табл. 1.9 и 1.10) и уравнение прямой линии
dк =d1 + h (D - d1)(Hk - hфл). (1.29)
Подставим в формулу dк = do h = 08 do и после преобразования получим
do= d1 Hk ( (Hk-hфл) - 08(D - d1) ). (1.30)
Приведенные рекомендации по выбору размеров бункеров для сбора пыли носят общий характер. Для проектирования и реализации размеры и объемы бункеров следует принимать с учетом конкретных условий их работы которые зависят от запыленности и расхода газа насыпной плотности пыли способа и периодичности разгрузки.
Входные патрубки циклонов при их групповой компоновке следует располагать таким образом чтобы вращение потоков в смежных циклонах были противоположной направленности.
Для ориентировочного выбора диаметра циклонов конструкции НИИОГАЗ их числа в группе в зависимости от количества очищаемого газа можно пользоваться данными приведенными в табл. 1.1. Последующим расчетом выбранные табличные данные проверяются и уточняются. При числе циклонов в группе более 8 (n=10 12 14) используется круговая компоновка.
При расчете сухих центробежных циклонов определяют:
расход газа при заданных температуре и давлении;
гидравлическое сопротивление циклона;
эффективность очистки газа;
основные конструктивные размеры циклона.
3.1Расчёт интегральных показателей дисперсности твёрдых частиц
Рассчитаем показатели дисперсности частиц пыли фракционный состав которой дан в табл. 1.11.
Таблица 1.11. Фракционный состав пыли
Определим значение функций М(d) т.е. массовые доли частиц менее d М(d=5)=10% М(d=10)=10+20=30% М(d=20)=30+20=50% М(d=30)=50+20=70% М(d=40)=70+20=90% М(d=50)=90+10=100%.
Значения функции В(d) т.е. массовые доли частиц размером более d B(5)=100-10=90% В(10)=100-(10+20)=70% В(20)=100-(30+20)=50% В(30)=100-(50+20)=30% В(40)=100-(70+20)=10% В(50)=100-(90+10)=0%. Значения функций приведены в табл. 1.12:
Таблица 1.12. Массовые доли частиц
Рис. 1.2. Фракционный состав пыли в виде функций М(d) и B(d)
Для расчета среднеквадратичного отклонения по формулам или определим диаметры частиц крупнее d16 и d84 массовая доля которых составляет соответственно 16 и 84% т.е. определим d при котором В(d)=16 и 84 %.
Значения d16 и d84 определим линейной интерполяцией табличной функции В(d) в интервалах между точками 4; 5 и 1; 2:
Вычислим значения :
Значения не совпадают следовательно распределение частиц не отвечает нормальному. Примем что реальное значение равно их среднему значению:
3.2 Выбор типа диаметра циклонов и их количества в группе
Примем к установке циклон типа ЦН – 15 диаметром Д=600 мм и определим расход влажного газа V при рабочих условиях р=500 Па и t=1800С. Величина V может быть найдена по заданному расходу величины газа V0 при нормальных условиях:
=215723 м3ч =599 м3с.
По табл2.2 для V=215723 и D=600 мм выберем число циклонов в группе n=6 с прямоугольной компановкой.
3.3.Средняя условная скорость газа
Найдем среднюю условную скорость газа в цилиндрической части циклона:
Скорость отличается от значения рекомендованного в табл.1.2. на %. Скорость отклоняется от оптимального значения не более чем на 15 % поэтому можно считать что количество и диаметры циклонов приняты верно.
3.4. Расчет гидравлического сопротивления
Определим удельный объем водяного газа по формуле (1.18):
и его объемную долю по формуле (1.19):
В данном случае в циклоне очищается сухой газ.
По величине рассчитаем объемные доли компонентов в составе газа по формуле (1.17):
Таблица 1.13. Физические свойства компонентов газа
Определим молекулярную массу смеси по формуле (1.16):
Рассчитаем плотность влажного пара при нормальных и рабочих условиях по формуле (1.15):
и плотность влажного пара при рабочих условиях:
Найдем величины входящие в формулу (1.20). Примем что в выходных трубах установлены кольцевые диффузоры а выхлоп осуществляется в сеть и определим по табл. 2.4. коэффициент гидравлического сопротивления
ц500=132 для циклона ЦН-15 с диаметром D=600мм. Коэффициент Kd=1 учитывающий влияние величины диаметра принятого циклона ЦН-15 найдем в табл.1.5. По запыленности газа СП=35 гнм3 интерполяцией данных из табл. 1.6. определим коэффициент Kc:
Для принятой прямоугольной компоновки группового циклона поправочный коэффициент
Рассчитаем коэффициент гидравлического сопротивления циклона:
Определим гидравлическое сопротивление циклона:
Определим отношение:
Данное отношение вписывается в рекомендуемые пределы для циклонов типа ЦН-15:
Выбираем групповой циклон типа ЦН-15 условия выхлопа подходят для очистки воздуха заданных параметров.
3.5. Общая степень очистки газа в циклоне
По прил. 1 найдем коэффициенты динамической вязкости газов 0i и постоянные Сезерленда Cci для газов CO2 CO N2 SO2 H2O (вод. пар) при температуре газа t=0 0C.
Таблица 1.14. Значения коэффициента динамической вязкости и постоянной Сезерленда для компонентов очищаемого газа
Коэффициент динамической вязкости газов при температуре Т=180+273=453 К определяется по следующей формуле:
Коэффициент динамической вязкости смеси:
Для циклона ЦН-15 по таблице 2.8 примем значения параметров dT50= =45 и ρч=2600 кгм3; =353 мс; =229·10-6 Па·с – определим вспомогательные величины по формулам 1.22 и 1.23:
Используя интерполяцию определим значение функции Ф(Х) по таблице (2.7). Данное значение находится между точками 11; 12:
Общую эффективность очистки в циклоне определим по формуле:
= 05·(1 + 087975) = 094.
Запыленность газа после циклона Свых величины массового Gп (кгч) и объемного Vп (м3ч) потоков уловленной пыли рассчитываются по формулам 1.27 1.28 и 1.29:
Свых = сП (1 – ) = 35 (1 – 094) = 21 гнм3;
Gn = V сП = 13000 35 0001 094= 427700 =102648кгс;
Vn = 0001Gn ρH=4277 800 = 05346 м3ч.
Найдём концентрацию твёрдых частиц на выходе из циклона:
с = 1000 Свых(Vo V)=10002113000215723=12655 кгм3.
3.6.Конструктивные размеры циклона бункера для сбора пыли и коллекторов для отвода и подвода газов
Определим конструктивные размеры циклона по диаметру цилиндрической части циклона D=06м с помощью коэффициентов из табл.1.9 и запишем их в табл.1.15:
Ki - коэффициент пересчета.
Таблица 1.15. Конструктивные размеры циклонов ЦН-15 диаметром
Коэффициент пересчета
Угол наклона крышки входного патрубка циклона град
Внутренний диаметр выхлопной трубы м
Диаметр пылевыпускного отверстия м
Ширина входного патрубка в циклоне м
Ширина входного патрубка на входе м
Длина входного патрубка м
Высота входного патрубка м
Высота выхлопной трубы м
Высота цилиндрической части циклона м
Высота конуса циклона м
Высота внешней части выхлопной трубы м
Общая высота циклона м
Определим размеры патрубков подводящих запыленный газ к циклонам.
Площадь сечения патрубков у циклонов равна:
Площадь сечения патрубка на один циклон у коллектора найдем по формуле задавшись скоростью газа мс:
Патрубки выполним в форме конфузоров с отношениями площадей входного и выходного сечений примерно равными:
Примем схему разводки газа при которой между циклонами будет прокладываться коллектор только на три циклона.
Размеры сторон сечения патрубка у короба определяются конструктивно по эскизу. Для снижения аэродинамического сопротивления трубопроводов изменения векторов скоростей потока газов в них должны быть минимальны. Поверхность граней патрубков циклонов и коллектора по возможности должны сопрягаться без их изломов.
Зададимся высотой патрубка и коллектора:
Тогда ширина патрубка у коллектора составит:
Примем м и проверим скорость газа на выходе из коллектора:
Расчетная скорость меньше 10 мс поэтому принятые размеры сечения патрубка у коллектора можно оставить. В данном случае разводка газов выполнена без резких изменений направлений потоков поэтому скорости газа приняты сравнительно высокими. В противном случае скорость бы газов следовало уменьшить.
Сечение коллектора имеет 3 ступени:
Зададим величины зазоров между вертикальными стенками коллектора и циклонами равными 008 м и найдем расстояние между осями циклонов:
Между другими осями зададим расстояние:
где 02 – расстояние между цилиндрическими частями циклонов.
Зазоры между циклонами необходимы для выполнения монтажных работ.
Определим размеры отводящих (выходных) газоходов.
При расчете гидравлического сопротивления было принято что выхлоп осуществляется в кольцевой диффузор. Примем высоту диффузора и диаметр его расширенной части равными соответственно 440 и 600 мм.
Диаметр верхней части конусной вставки определим из равенства площадей сечений выхлопной трубы 1273d2 и кольцевого зазора 1273х(072- d2кв):
Примем величину зазора между вертикальными стенками выходного коллектора и верхней образующей диффузора равной 008 м и определим размеры коллектора в плане:
Найдем высоту выходного коллектора для прохода газов от двух циклонов со скоростью мс:
Примем эти расстояния выходного коллектора равными 04 и 05 м.
Примем что бункер для шести циклонов имеет в сечении прямоугольную форму. Расстояния от оси циклона типа ЦН до стенки бункера должно быть не менее 04D=0406=024 м. Примем эти расстояния равными 025 и 030м. Большее расстояние принято со стороны подвода и отвода газа.
Определим размеры бункера:
размеры в плане: 17+2025=22 и 15+2030=21 м;
высота вертикальной стенки 0506=03 м;
размер пылевыпускного отверстия 03х03 м;
высота усеченной пирамиды при угле наклона более узкой грани пирамиды равном 600
Тогда общая высота бункера составит 03+1645=1945=195м.
Люк в бункер для осмотра и аварийной очистки размером в свету 05х05 м установим на более крутой (широкой) грани усеченной пирамиды.
Вычислим высоту группового циклона от прямоугольного фланца пылевыпускного отверстия бункера до верха выходного коллектора:
Н0=195+(2736-006)+044+05= 5566 м.
Определим объем одной усеченной пирамиды (нижней части бункера):
и частоту разгрузки бункера:
При такой частоте разгрузки средний уровень пыли в бункере не поднимется выше его пирамидальной части.
Для удобства конструирования группового циклона основные его размеры сведем в табл. 1.16.
Таблица 1.16. Расчетные конструктивные размеры группового циклона из 6 аппаратов ЦН-15 диаметром 600 мм
Наименование геометрического параметра
Внутреннее сечение фланца патрубка циклона
Внутренне сечение патрубка у коллектора (к одному циклону)
Внутреннее сечение коллектора к 2 циклонам
Внутреннее сечение коллектора к 4 циклонам
Внутреннее сечение коллектора к 6 циклонам
Внутренние сечения входного и выходного фланцев коллекторов
Зазоры между вертикальными стенками коллектора и циклонами
Расстояние между осями циклонов (перпендикулярно ходу газа)
Расстояние между осями циклонов (по ходу газа)
Высота диффузора на выхлопной трубе циклона
Диаметр расширенной части диффузора
Диаметр верхней части конусной вставки диффузора
Зазор между вертикальными стенками выходного коллектора и верхней части диффузора
Ширина выходного коллектора
Длина выходного коллектора
Высота выходного коллектора(приемной камеры)
Расстояние от оси циклона до стенки бункера
Высота вертикальной стенки бункера
Размер пылевыпускного отверстия
Высота пирамидальной части бункера
Общая высота бункера
Общая высота группового циклона
Два групповых циклона из шести элементов ЦН-15 диаметром 600 мм позволят выполнить очистку 215723 м3ч воздуха снизив в нем концентрацию пыли с 35 гнм3 до 21 гнм3.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ
На водоемы или водные источники оказывают воздействие поверхностные или подземные водные стоки разнообразные природные явления индустрия промышленное и коммунальное строительство транспорт хозяйственная и бытовая деятельность человека. В результате этих воздействий в водной среде появляются несвойственные ей вещества – загрязнители ухудшающие качество воды и вызывающие негативные изменения в экосистеме. Загрязнения поступающие в водную среду подразделяют на химические физические и биологические.
Средства защиты гидросферы предназначены для снижения воздействий на нее до безопасного уровня.
В разделе дана общая характеристика стоков промышленных предприятий и методов их очистки подробно описаны устройства биохимической очистки сточных вод рассмотрена методика расчета аэротенков и приведен пример проектирования аэротенка для очистки промышленных и коммунально-бытовых стоков.
Общая характеристика промышленных стоков
Сточные воды промышленных предприятий подразделяются на: производственные бытовые и атмосферные.
Производственные сточные воды образуются в технологических теплоэнергетических и гидротранспортных процессах. Они отводятся одним или несколькими потоками в зависимости от их количества места образования вида загрязняющих веществ и их концентрации.
Число очистных установок на территории предприятия и за его пределами определяется количеством потоков производственных сточных вод и возможными методами их предварительной обработки и окончательной очистки.
Объединение стоков целесообразно если для них применимы одинаковые методы очистки (например отстаивание биохимическая деструкция химическая обработка одинаковыми реагентами фильтрование флотация и др.).
Бытовые сточные воды промышленного предприятия отводятся и очищаются как правило отдельно. Совместное отведение и очистка этих вод целесообразны если загрязнения производственных сточных вод поддаются биологической деструкции а концентрация токсических примесей в общем стоке не превышает предельной допустимой (ПДК).
Атмосферные сточные воды в зависимости от степени и вида загрязнения отводятся отдельной системой канализации или объединяются с потоком загрязненных производственных сточных вод.
Количество и динамика поступления сточных вод в наружную канализационную сеть промышленного предприятия зависят от мощности предприятия числа рабочих смен вида исходного сырья технологии и режима производства удельного расхода воды на единицу продукции и т. п. Для проектируемых предприятий режим поступления сточных вод в наружную канализацию принимают по аналогии с действующими предприятиями такого же профиля или по нормативным документам. Режим поступления бытовых и атмосферных сточных вод определяется по СНиП.
Наиболее эффективными способами снижения количества производственных сточных вод сбрасываемых в водоемы являются: уменьшение удельного расхода воды на обработку сырья или продукции и повторное использование сточных вод после их очистки на этом же предприятии или на соседних предприятиях.
Предприятия имеющие системы оборотного водоснабжения сбрасывают в водоемы 5 10 % от общего количества очищенных стоков остальные воды возвращаются в производство или передаются в соседние предприятия.
Сточные воды которые нельзя использовать или сбрасывать в водоемы (рассолы элюаты после ионитной очистки и т. п.) должны сжигаться или закачиваться в глубинные пласты.
Сточные воды должны очищаться до таких концентраций вредных примесей при которых массы веществ сбрасываемые в водоем не превысят предельно допустимых значений. Предельно допустимый сток (ПДС) – это такой массовый расход сбрасываемого вещества при котором его концентрация в контрольном створе с учетом уже имеющихся в водоеме загрязнений не превысит ПДК (предельно допустимой концентрации).
Выбор метода очистки в основном зависит от вида и свойств загрязняющих воду примесей.
Методы очистки сточных вод
Промышленные и коммунально – бытовые стоки содержат как правило различные виды загрязнений: механические примеси соли кислоты нефтепродукты и др. поэтому системы их очистки используют различные методы которые реализуются во многих устройствах: решетки дробилки песколовки отстойники усреднители смесители аэротенки метатенки биологические пруды фильтры флотаторы контактные резервуары·печи реакторы уплотнители и др.
Методы (процессы) применяемые для очистки производственных и бытовых сточных вод можно разделить на пять групп: гидромеханические физико-химические химические термические биохимические (рис. 2.1).
Рассмотрим их краткие описания.
Гидромеханические методы используют процессы процеживания отстаивания и фильтрования.
Процеживание осуществляется с помощью решеток (прозор 5 20мм скорость воды 08 10 мс) и сит (барабанных или дисковых) с отверстиями размером 05 10 мм. Современные решетки совмещают с дробилками которые задерживают и измельчают примеси без извлечения их из сточных вод.
Отстаивание применяют для осаждения грубо дисперсных примесей более 10 мкм которые оседают в нижние слои воды под действием сил тяжести. В отстойниках остаются частицы время осаждения которых hvo меньше времени их пребывания = Lv в устройстве:
97656548120Термические
От нерастворимых твердых и жидких примесей
От растворимых примесей
Рис. 2.1. Методы очистки стоков
Химические (реагентные)
где h L – высота слоя воды и расстояние между входом и выходом которое проходит вода со скоростью v; vo – скорость осаждения мс.
Для отстаивания используют следующие устройства.
Песколовки – резервуары с треугольными или трапецеидальными поперечными сечениями глубиной 025 10 м при скорости воды в них v = 015 03 мс. Время пребывания воды в песколовке принимают равным 120 с. В песколовках удаляются минеральные и органические вещества размером более 02 025 мм.
Отстойники используют для выделения из сточных вод твердых частиц размером менее 025 мм. По направлению движения сточной воды отстойники подразделяют на горизонтальные вертикальные радиальные и комбинированные. Время отстаивания составляет 1 3 ч.
В осветлителях процесс отстаивания сопровождается фильтрацией сточных вод предварительно обработанных коагулянтом через слой взвешенных частиц хлопьев коагулянта.
Нефтеловушки и жироловушки используют для очистки сточных вод от всплывающих примесей которые собирают с поверхности воды. Частицы нефти размером 80 100 мкм всплывают со скоростью 1 4 ммс. Продолжительность отстаивания принимают не менее 2 ч.
Гидроциклоны (напорные и открытые) центрифуги применяют для осаждения взвешенных частиц под действием центробежных сил которые отбрасывают частицы к периферии потока. Открытые гидроциклоны позволяют удалять из воды оседающие и всплывающие вещества. Вращательное движение жидкости в гидроциклонах создается за счет ее тангенциального ввода в цилиндрическую часть гидроциклона.
В центрифугах жидкость вращается с помощью ротора. Вода фильтруется через стенки неподвижного перфорированного барабана который обтянут сеткой или фильтровальной тканью а осадок задерживается на стенках барабана.
Фильтрование применяется для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ (нефтепродуктов масел) с небольшой концентрацией которые трудно удалить отстаиванием. В процессе фильтрации воду пропускают через фильтрующие перегородки (перфорированные листы сетки ткани зернистые слои) в которых задерживаются взвешенные частицы или жидкости. Для удаления ферромагнитных частиц (05 5 мкм) применяют магнитные фильтры.
К гидромеханическим методам можно отнести усреднение Оно применяется для стабилизации состава и расхода сточных вод которые могут изменяться в течение суток тогда как для надежной и эффективной работы устройств очистки необходимы стабильные условия. Для усреднения сточные воды или разделяют на отдельные потоки (по времени) затем смешивают или перемешивают их в большом объеме усреднителя который соответствует притоку воды за 4 12 ч.
Физико-химические методы используют процессы коагуляции сорбции флотации экстракции ионного обмена и др.
Коагуляция применяется для удаления мелкодисперсных и коллоидных частиц размером 1 10 мкм путем введения в производственные сточные воды коагулянтов и флокулянтов. Образующиеся при этом крупные агрегаты частиц (хлопья) удаляются механическими методами. Для коагуляции используют соли аммония железа магния шламовые отходы отработанные растворы и др. При электрохимическом коагулировании роль коагулянта играют ионы образующиеся у электродов из железа или сплавов алюминия. (Флокулянтами называют вещества способствующие коагуляции не только при непосредственном контакте частиц но и в результате взаимодействия молекул флокулянта адсорбированного на частицах. К флокулянтам относят крахмал декстрин целлюлозы полиакриламид (ППА) и др.)
Сорбцию применяют для глубокой очистки или обезвреживания сточных вод от фенолов гербицидов пестицидов ароматических нитросоединений красителей и других веществ. В качестве сорбентов используют активные угли синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (опилки золу шлаки и др.). Адсорбированные из сточной воды вещества могут извлекаться из адсорбента или уничтожаться вместе с ним.
Флотация применяется для удаления нерастворимых примесей и некоторых растворенных например поверхностно активных веществ (ПАВ). В процессе флотации частицы размером 02 15 мм прилипают к пузырькам воздуха поднимаются с ними на поверхность воды где образуется пенный слой с более высокой концентрацией частиц. Пенный слой собирается и отводится. Насыщение воды пузырьками воздуха 15 30 мкм должно быть высоким. Пузырьки воздуха во флотационных установках могут образовываться в растворах (вакуумная и напорная флотация) механическим диспергированием воздуха подачей воздуха через пористые материалы электрофлотацией химической флотацией когда в воде выделяются газы О2 СО2 Cl2 в результате химических реакций.
Экстракция основана на распределении загрязняющих веществ в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей пропорционально его неодинаковой растворимости в них. Она применяется при высоких концентрациях веществ в воде (более 3 4 гл) представляющих техническую ценность (жирные кислоты фенолы). Экстракт (эстрагент с растворенным веществом) отделяется от сточной воды затем из него выделяется экстрагируемое вещество а экстрагент вновь вводится в сточную воду и перемешивается с ней. В качестве экстрагента например для извлечения из сточных вод металлов используют керосин бензол хлороформ толуол.
Ионный обмен применяется для очистки сточных вод от металлов (цинка меди хрома свинца ртути кадмия и др.) соединений мышьяка цианистых соединений и радиоактивных веществ. В процессе очистки ионы из раствора электролита усваиваются твердофазными ионитами. Положительные ионы усваиваются катионитами а отрицательные – анионитами. Ионитами могут быть природные и искусственные минеральные и органические вещества (алюмосиликаты фторапатит силикагели гуминовые кислоты почв углей смолы с развитой поверхностью.
Химические методы используют процессы нейтрализации и окисления.
Нейтрализация применяется для обработки производственных кислых или щелочных сточных вод. Нейтрализацию осуществляют для предупреждения коррозии трубопроводов и очистных сооружений а также нарушений биохимических процессов. Для нейтрализации применяют: смешение щелочных и кислых стоков; добавление реагентов кислот гашеной и негашеной извести соды аммиака; фильтрацию через нейтрализующие материалы (известь доломит мел и др.).
Окисление применяют для обезвреживания производственных сточных вод содержащих токсические вещества (цианиды комплексные цианиды меди и цинка и др.) или когда применение других методов нецелесообразно или невозможно. В качестве окислителей используют газообразный и сжиженный хлор (094) диоксид хлора хлорат кальция гипохлориды кальция и натрия пергаманат калия (059) пероксид водорода (068) кислород воздуха озон (207) и др. В скобках указан окислительный потенциал веществ.
Термические методы (огневого обезвреживания концентрирования и окисления) используют для обезвреживания сточных вод содержащих органические вещества и минеральные соли кальция магния натрия и др.
42107444105Рис. 2..2. Общая схема очистки сточных вод: 1 – сточные воды; 2 – выделенные вещества в виде осадка избыточной биомассы растворов газов и др.; 3– очищенные воды; 4 – обработанные выделенные вещества
Рис. 2..2. Общая схема очистки сточных вод: 1 – сточные воды; 2 – выделенные вещества в виде осадка избыточной биомассы растворов газов и др.; 3– очищенные воды; 4 – обработанные выделенные вещества
Огневой метод считается наиболее универсальным и эффективным из термических методов. Сточные воды по этому методу распыляются в продуктах сгорания топлива имеющих температуру 900 1000 0С. В таких условиях вода испаряется органические примеси сгорают а минеральные частицы образуют твердые или оплавленные частицы которые улавливаются из газов в циклонах или фильтрах. Огневой метод целесообразно использовать когда в сточной воде кроме минеральных веществ содержатся в достаточном количестве органические вещества или имеются горючие отходы которые можно использовать для получения высокотемпературных продуктов горения. Однако следует иметь в виду что при сжигании органических соединений содержащих серу фосфор галогены могут образовываться SO2 SO3 P2O5 HCl Cl и другие газы которые вызывают коррозию аппаратуры и оказывают негативное воздействие на среду обитания.
Для огневого обезвреживания наиболее эффективны циклонные печи с вихревым движением продуктов сгорания. Теплота уходящих газов может использоваться для подогрева воздуха подаваемого на горение и (или) сточной воды и (или) для получения пара.
Концентрирование используют для обезвреживания сточных вод содержащих минеральные вещества. В результате концентрирования получают пресную воду и концентрированный раствор который захоранивают или выделяют из него
сухое вещество в распылительных сушилках. Повышение концентрации веществ осуществляют в испарительных (выпарных) вымораживающих и кристаллогидратных установках периодического или непрерывного действия.
В процессе выпаривания сточные воды нагревают до температуры интенсивного испарения образующийся водяной пар конденсируют получая воду без солей которые останутся в неиспарившейся части воды (концентрате). Для снижения затрат тепловой энергии в испарительных установках скрытую теплоту парообразования выделившуюся при конденсации паров воды используют для подогрева сточных вод.
Для предотвращения образования накипи в испарителях применяют установки мгновенного вскипания или промежуточные теплоносители (твердые дисперсные или жидкие гидрофобные например парафин).
В процессе вымораживания сточные воды охлаждают пока в них не образуются кристаллы пресного льда и рассол который замерзает при более низких температурах.
Кристаллогидратный процесс концентрирования происходит при добавлении в сточную воду гидратообразующего агента М (пропана хлора хладона диоксида углерода или других) и теплоносителя. В результате образуются кристаллогидраты МnН2О и концентрированный раствор. Кристаллогидраты отделяют и плавят при этом образуется вода и пары гидратообразующего агента и теплоносителя которые разделяются в сепараторе. Пары гидратообразующего агента М и теплоносителя конденсируют и направляют на повторное использование.
Биохимические методы наиболее широко применяют на практике для удаления органических и некоторых минеральных веществ растворенных в хозяйственно-бытовых и производственных сточных водах. Биохимическая очистка сточных вод осуществляется микроорганизмами которые используют органические вещества для питания дополнительно в воду могут добавляться химические реагенты.
На рис 2.2. показана общая схема очистки сточных вод. Отметим что в реальных условиях в зависимости от состава количества и свойств загрязняющих веществ отдельные стадии очистки могут отсутствовать а некоторые процессы очистки неоднократно применяться на разных стадиях. Например процессы отстаивания окажутся необходимыми во всех случаях когда при обработке воды в ней появятся взвешенные частицы.
Методы используемые в устройствах очистки описаны выше. Дополнительно поясним некоторые стадии очистки.
Глубокая очистка или доочистка сточных вод применяется для снижения концентрации вредных веществ перед их повторным использованием или перед сбросом в водоемы. При этом могут удаляться частицы активного ила биопленки поверхностно активных веществ биогенных элементов (азота фосфора) бактериальных загрязнений. Для доочистки от взвешенных и растворенных загрязнений применяются фильтры с загрузкой из песка щебня антрацита пластмассовых гранул. Для биологически окисляемых веществ применяют биологические пруды а биологически неокисляемые вещества удаляются в сорбционных или ионообменных установках.
Обеззараживание или дезинфекция проводится для уничтожения болезнетворных бактерий вирусов и микроорганизмов путем введения в воду соединений хлора или других сильных окислителей например озона. Учитывая их высокий биотический потенциал эффективность обеззараживания должна быть стопроцентной.
Объем выделенных веществ обычно составляет 05 20 % объема сточных вод хотя при локальной очистке может достигать 40 %.
Технологические схемы обработки осадков могут включать процессы уплотнения для уменьшения влагосодержания стабилизации для предотвращения загнивания кондиционирования обезвоживания ликвидации обеззараживания утилизации.
Выделенные из сточных вод минеральные вещества направляют в шламонакопители или утилизируют.
Наиболее трудно из сточных вод удаляются растворенные в ней органические вещества. Рассмотрим процесс биохимической очистки сточных вод который широко и достаточно эффективно применяется для очистки бытовых и производственных стоков от органических примесей.
Биохимическая очистка сточных вод
Биохимическое окисление сточных вод применяют для удаления из воды растворенных органических веществ в природных условиях или искусственно созданных установках. В первом случае для этого используются почвы проточные и замкнутые водоемы (реки озера лагуны пруды) во втором – специально построенные сооружения (биофильтры аэротенки окситенки использующие вместо воздуха кислород и др.).
Для биологической очистки больших количеств сточных вод наиболее часто применяют высокопроизводительные аэротенки в которых возможно эффективное регулирование скорости и полноты протекающих в них биохимических процессов. Последнее особенно важно при очистке производственных стоков нестабильных составов содержащих непредусмотренные расчетами вещества способные нарушить нормальную работу очистных сооружений.
Рассмотрим основные параметры аэротенков и их технологические схемы.
Методика расчета аэротенка
Расчет аэротенков в основном заключается:
в определении объема аэротенка W м3;
расхода воздуха VВ м3с на окисление органических примесей;
конструктивных размеров.
Для выполнения расчета должны быть заданы объемные расходы поступающих VСВ и рециркулирующих V0 сточных вод степени загрязненности потока на входе сн и выходе cк из аэротенка концентрация кислорода в воде на выходе из аэротенка cок. При подаче в аэротенк стоков от нескольких источников должны быть заданы характеристики каждого потока сточных вод.
Рассмотрим математические взаимосвязи параметров позволяющие рассчитать процесс биологической очистки сточных вод которые могут содержать производственные и коммунально-бытовые отходы.
Объем аэротенка W м3 зависит от расходов поступающих VСВ и рециркулирующих V0 сточных вод м3с а также от необходимой продолжительности их пребывания ч в аэротенке:
При поступлении в аэратор сточных вод из нескольких источников содержащих различные виды загрязнений время аэрации зависит от последовательности окисления загрязнений которая определяется опытным путем или задается.
За расчетную продолжительность аэрации при параллельном окислении примесей принимается наибольшая продолжительность очистки
а при последовательном окислении – суммарная:
= 1+ 2 + + j + (2.3)
Продолжительность очистки j в течении которой концентрация j вида загрязнений понизится от начальной санj до конечной сакj концентрации на выходе из вторичного отстойника зависит от средней скорости окисления загрязнений sj в иловой смеси мг(л·ч)
j =(санj - сакj)sj (2.4)
Средняя скорость окисления j загрязнения находится по формуле
sj=sиj··Dи(Vj Vсв) kpH (2.5)
где sиj – удельная скорость биохимического окисления мг(г·ч); – коэффициент учитывающий влияние температуры; Dи – доза активного ила в иловой смеси мгл; Vj – расход сточных вод содержащих загрязнения j - го вида kpH –коэффициент (1 kpH 127 ) учитывающий величину водородного показателя сточных вод:
kpH = 1 + 019· pH - 7 24 4pH10.
Поясним методику определения других параметров входящих в формулу (2.5).
Величины sиj принимаются в зависимости от вида загрязнений по табл. 1.5 в которой их значения приведены для температуры сточных вод равной 18 °С.
Значение коэффициента учитывающего зависимость константы потребления кислорода от температуры t 0С сточных вод можно рассчитать по формуле
Дозу активного ила Dи находят из следующего выражения:
Dи=са (i·m·co) (2.7)
где m – нагрузка загрязнений на активный ил с0 – концентрация возвратного активного ила мгл; са – средняя концентрация загрязнений сточных вод по БПКПОЛН в иловой смеси аэротенка; i – иловый индекс возвратного активного ила лмг. Иловый индекс представляет собой отношение объема осаждаемого в течение 30 мин. активного ила к массе высушенного осадка (в граммах). Оседающий ил имеет высокий иловый индекс 50 i 100.
Средняя концентрация загрязнений в аэротенке са подсчитывается с учетом разбавления сточных вод возвратным активным илом мгл:
где cнБПК – концентрация (начальная) сточных вод поступающих на очистку; cкБПК – концентрация (конечная) загрязнений по БПКПОЛН на выходе из вторичных отстойников мгл; V0 – расход очищенных вод подаваемых на рециркуляцию для разбавления сточных вод перед аэротенком м3ч; r – степень разбавления иловой смеси в аэротенке (r=1 для простого аэротенка (вытеснителя) и r=2 для аэротенка-смесителя).
Концентрации j загрязнения сточных вод на входе в аэротенк caнj и на выходе из вторичного отстойника caкj в формуле (2.4) пропорциональны величинам относительных расходов сточных вод содержащих различные загрязнения:
caнj = ca Vj Vсв (2.9)
caкj = caк Vj Vсв (2.10)
где caк – концентрация загрязнений общего стока из вторичных отстойников мгл которая не должна превышать заданное допустимое значение.
Расход воздуха на аэрацию определяют по его удельной потребности на м3 сточных вод qСВ по формуле
Vв = qсв·Vсв. (2.11)
Величина qсв зависит от степени разбавления иловой смеси:
qсв=·qв (Vсв + V0) V0 (2.12)
где qв – удельный расход воздуха на 1 м3 иловой смеси в аэротенке который зависит от того как происходит окисление загрязнений различных групп.
При последовательном окислении удельный расход воздуха принимается по той группе для которой больше произведение :
qв = (sп·п) (3·k) (2.13)
sп·п = max (s1·1 s2·2 sj·j ). (2.14)
При параллельном окислении необходимый удельный расход воздуха рассчитывается по формуле
где J – количество видов загрязнений.
Коэффициент использования воздуха k который входит в знаменатель формул (2.13) и (2.15) зависит от температуры сточных вод глубины аэротенка Н типа аэратора дефицита кислорода d и других факторов. Величина k рассчитывается по формуле
где Р – процент использования кислорода; d – дефицит кислорода в аэротенке; Н – глубина аэротенка м; х – показатель степени зависящий от относительной площади аэратора.
Процент использования кислорода по высоте слоя сточных вод Р зависит от конструкции аэратора и температуры сточных вод:
где РН – процент использования кислорода при стандартных условиях (t=20 °С и Рбар=760 мм рт. ст. = 101325 Па) определяется по табл. 1.6; Оt Оc – растворимости кислорода в воде при рабочей t и стандартной tС (tC=20 °C) температурах определяются по табл. 2.1 (Оc = О t=20 =90).
Таблица 2.1. Растворимость кислорода Оt мгл в чистой воде при давлении 01 МПа
Дефицит (относительный) кислорода в аэротенке d рассчитывается по формуле
d= (Оt – Оaк) Оt (2.18)
где Оак – количество растворенного кислорода в сточной воде мгл на выходе из аэротенка.
Оак = Ок + ООТ (2.19)
где Ок – необходимое содержание кислорода на выходе из вторичного отстойника которое не должно превышать заданного допустимого значения; ООТ– количество кислорода расходуемого во вторичном отстойнике.
Расход кислорода во вторичном отстойнике зависит от скорости потребления кислорода температуры и времени отстаивания 0 ч и рассчитывается по формуле
ООТ=(S1 + S2 + + Sj + )··0 (2.20)
где Sj – потребление кислорода мг(л·ч) во вторичном отстойнике для j загрязнителя.
Sj=sиj·Δmj 1000 (2.21)
где Δmj – прирост активного ила в аэротенке от окисления j загрязнителя мгл
Δmj =Δm·Vj VСВ (2.22)
Δm – общий прирост активного ила
Здесь ХПКН ХПКК – химические потребности кислорода в неочищенной и очищенной воде соответственно; ХПКОИ – относительное значение ХПК биомассы активного ила (мг О2 на мг биомассы); БПКПОЛН БПКК– биологическая потребность в кислороде неочищенной и очищенной воды; Δmал – убыль биомассы активного ила в аэротенке вследствие автолиза.
Рис 2.3. Схема взаимосвязи параметров аэротенка.
Автолиз – саморастворение тканей и клеток под действием их собственных гидролитических ферментов.
На коэффициент использования воздуха оказывает влияние не только рабочая глубина аэротенка но и соотношение между площадями аэратора Fаэ и аэротенка Fа т.к. при FаэFа1 часть объема воды не аэрируется. Отношение FаэFа учитывается показателем степени х в формуле (2.16) значение которого принимается по величине FаэFа:
х=071 при Fаэ Fа =005
х=077 при Fаэ Fа =01
х=10 при Fаэ Fа ≥ 05. (2.24)
Схема взаимосвязей параметров аэротенка (сверху вниз) и алгоритм его расчета (снизу вверх) показаны на рис. 2.5.
Расчет конструктивных размеров аэротенка заключается в определении следующих параметров:
площади зеркала по которой выбираются (принимаются) размеры и число секций работающих параллельно;
диаметров трубопроводов или размеров каналов по которым подаются и распределяются сточные и очищенные рециркулирующие воды;
размеров сборных и отводящих каналов для очищенных вод;
диаметров воздухопроводов для подачи воздуха на аэрацию и распределения его по секциям аэротенка.
Площадь зеркала аэротенка Fa м2 определяется по объему воды W и глубине H аэротенка:
Наименьшую площадь стен будет иметь аэротенк с квадратным зеркалом с длинами сторон примерно равными . Раздающие трубопроводы или каналы для вод можно расположить вдоль одной из сторон или вдоль оси аэротенка (с раздачей вод на две стороны).
К аэротенку подводятся следующие потоки:
рециркулирующие очищенные воды которые могут подаваться общим потоком со сточными водами;
Из аэротенка отводятся два потока:
очищенные воды которые собираются из верхних слоев воды вторичных отстойников в каналы секций а затем в каналы отводящие воды от группы секций (часть воды возвращается в аэротенк);
избыточный ил со дна вторичных отстойников.
Для расчета площадей F проходных сечений трубопроводов или каналов по формуле F = V v можно принять следующие значения скоростей v мс:
10 и до 40 – для воздухопроводов;
4 – коллекторов раздачи воздуха;
35 – трубопроводов воды;
20 – каналов (лотков) воды.
Расчетное наполнение водой каналов прямоугольного поперечного сечения допускается принимать не более 075 высоты.
Диаметры труб округляются до стандартных значений: 10 15 20 25 32 40 50 60 70 80 100 125 150 200 250 300 400 500 600 800 1000 1100 120 1400 1500 1600 2000 2400 2800 3000 3400 3600 4000 м.
При числе секций аэротенков свыше четырех подачу воздуха от воздуходувной станции необходимо предусматривать не менее чем по двум воздуховодам.
Расчёт аэротенка для очистки двух групп стоков выполним при следующих исходных данных:
общий расход сточных вод Vсв = 600 м3ч;
расходы первой и второй групп стоков V1 = 450 м3ч V2 = 150 м3ч;
первая группа стоков – содержащие бензол;
вторая группа стоков – хозяйственно – бытовые отходы;
концентрация загрязнений общего стока с1н=900 мгл по ХПК и
с2н=500 мгл по БПКполн;
температура общего стока t = 15 оС;
водородный показатель сточных вод pH=7;
концентрация веществ в очищенных водах:
кислорода cок=2 мгл загрязнений скср=15 мгл по БПКполн;
глубина аэротенка Н=45 м.;
тип аэратора – дырчатая труба;
относительная площадь аэратора 02;
расход очищенных вод на рециркуляцию и последующее разбавление входного потока сточных вод Vо=200 м3ч.
Расчет объема аэротенка
Средняя концентрация загрязнений по БПК в аэротенке– смесителе по (2.8) составит:
Примем величину илового индекса i=70 лмг и m·c0=1. Определим дозу активного ила по формуле (2.7):
Dи=1894 (701) = 27 мгл.
Рассчитаем концентрации сточных вод в иловой смеси для первой и второй групп загрязнений в аэротенке (сан1 сан2) и на выходе из него (сак1 сак2) по формулам (2.9) и (2.10):
сан1=1894·450600=14205 мгл; сан2=1894·150600=4735 мгл;
сак1=15·450600=1125 мгл; сак2=15·150600=375 мгл.
Примем по табл. 1.5 удельные скорости биохимического окисления sи1=7 мг(г·ч) и sи2=15 мг(г·ч) рассчитаем по формуле (2.6) коэффициент зависящий от температуры сточных вод t=15 °С:
=019 + 0045·15 = 0865.
и коэффициент (1pH127 ) учитывающий величину водородного показателя сточных вод:
Определим средние скорости окисления для обоих видов загрязнений по формуле (2.5):
s1=7·0865·27·(450600)1=12261 мг(л·ч)
s2=15·0865·27·(150600)1=8758 мг(л·ч).
Найдем необходимую продолжительность аэрации загрязнений первой и второй групп по формуле (2.4):
=(14205– 1125) 12261 = 1067 ч
=(4735–375) 8758 = 498 ч.
Для аэротенка – смесителя принимаем наибольшую продолжительность аэрации по формуле (2.2) = ma498) = 1067 ч.
Объем аэротенка – смесителя найдем по формуле (2.1):
W = (600+200) 1067= 8536 м3.
Расчет расхода воздуха подаваемого на аэрацию
Примем ХПК сточных вод на выходе из аэротенка ХПКк=100 ХПКои=12
=0 и по формуле (2.23) определим общий прирост массы активного ила:
Приросты масс активного ила для двух групп загрязнителей рассчитаем по формуле (2.22):
Δm1 =2625·450600 = 1969 мгл
Δm2 =2625·150600 =656 мгл.
Приняв по табл. 1.5 для заданных видов загрязнений удельные скорости окисления sи1=7 мг(г·ч) и sи2=15 мг(г·ч) найдем по формуле (2.21) удельное потребление кислорода во вторичном отстойнике для обеих групп загрязнителей:
S1=7·1969 1000 = 13783 мг(л·ч)
S2=15·656 1000 = 0984 мг(л·ч).
Рассчитаем по формуле (2.20) удельный расход кислорода во вторичном отстойнике задавшись временем отстаивания 0=15:
Оот =(13783 + 0984)·0865·15 = 3065 мгл.
Количество растворенного в сточной воде кислорода на выходе из аэротенка определим по формуле (2.19):
Оак = 2 + 3065 = 5065 мгл.
По табл. 2.1 найдем растворимость кислорода в воде при t=15 °С которая равна Оt=1005 мгл и по формуле (2.18) рассчитаем относительный дефицит кислорода в аэротенке:
d= (1005 – 5065) 1005 = 0496 мгл.
По табл. 1.6 для аэратора типа дырчатой трубы найдем процент использования кислорода при температуре 20 °С РН=174 % а по табл. 2.1 – процент растворимости кислорода в воде при температурах 20 и 15 °С (О15=1005 мгл О20=90 мгл). Вычислим фактический процент использования кислорода по формуле (2.17):
P =174·1005 90 = 1943 %.
По формуле (2.16) определим коэффициент использования воздуха в аэротенке приняв показатель степени х=083 рассчитав его предварительно используя линейную интерполяцию для FаэFа=02:
k = 1943·0496·45083 = 336.
Для принятого параллельного процесса окисления загрязнений различных групп по формуле (2.15) рассчитаем удельный расход воздуха на 1 м3 иловой смеси:
qв = (12261·1067+ 8758·498) (3 · 336) = 17306.
Определим удельный расход воздуха на 1 м3 притока сточных вод в аэротенк по формуле (2.12):
qсв=17306·(600 + 200) 200 = 69224 м3 воздуха м3 сточных вод.
Рассчитаем расход воздуха на аэрацию по формуле (2.11):
Vв = 69224 ·600 = 415344 м3ч =11537 м3с.
Расчёт конструктивных параметров аэротенка: площади зеркала размеров трубопроводов и каналов
Вычислим площадь зеркала аэротенка по формуле (2.25):
Fa=W H=8536 45=18969 м2.
Наименьшую площадь стен будет иметь аэротенк с квадратным зеркалом размером 44 × 44 м (44=√1936).
Примем что аэротенк состоит из nc= 12 секций длиной lc=22 м с раздачей потоков на две стороны nр=2. Определим ширину секции:
bc=Fa(lcnc)= 18969(2212)= 719 м.
Площадь зеркала аэротенка составит:
Она превышает расчетную величину 18969 не более чем на 5 %.
Длины вторичных отстойников lво найдем по относительному времени отстаивания которое было принято равным 0=15 ч:
lво = lc0 =22151067=309 м.
Определим диаметры воздухопроводов округляя их значения до стандартных:
главного воздушного коллектора 2 приняв в нем скорость равную vв.к_=4 мс:
двенадцати опускных труб 4 идущих от коллектора ко дну каждой из секций аэротенка приняв в них скорость равную vв.от_=8 мс:
двенадцати коллекторов 3 на дне секций аэротенка (nc=12) служащих для равномерного распределения воздуха по дырчатым трубам приняв в них скорость равную vв.кс_=4 мс:
Рассчитаем количество дырчатых труб:
Примем d трубы = 100 мм.
bcΔb = 7505 = 15 дырчатых труб;
(bc – ширина секции Δb – расстояние между дырчатыми трубами).
Примем d0 = 0005 (диаметр отверстия).
Примем количество отверстий на дуге равное 7 шт.
Найдем площадь одного отверстия:
F1 отв = 0785 ×d02 = 0785×00052 = 20 × 10 -6 м2
Найдем площадь всех отверстий:
Fотв = Vв = 115374 = 288 м2
Количество отверстий:
n = Fотв( F1 отв×15×12) = 288(20×10-6×15×12) = 800
Количество рядов: n ряд. отв. = 8007 = 1143; примем 115
80 – количество отверстий всего 7 - количество отверстий на дуге.
Lд = 22×02 = 44 (длина дырчатой трубы).
(02 – относительная площадь аэратора). – в исходных данных.
(22 – длина секции).
Δl = 44115 = 0038 расстояние между трубами.
тр. = 1154(012×0785×15×12) = 64– скорость в трубе.
98901388745Рис. 2.4. Схема аэротенка: 1 – канал-коллектор сточных вод; 2 – коллектор воздухопровода; 3 – коллекторы воздухопровода расположенные на дне; 4 – опускные трубы воздухопровода соединяющие общий коллектор с коллекторами секций; 5– общая стенка смежных секций; 6 – отверстия с затворами распределяющие сточные воды по секциям; 7 – каналы сбора очищенной воды в зонах вторичных отстойников (8); 9 – канал отвода очищенных вод от половины секций; 10 – отверстия соединяющие каналы 7 и 9; 11 – трубопровод для рециркулирующих вод; 12 – насос подачи очищенной воды на рециркуляцию из сборного колодца (13); 14 – пневматический аэратор (дырчатая труба); 15 – илососы – трубы через которые откачивается избыточный ил; 16 – уровень воды в секции 17 – площадка обслуживания; 18 – запорные органы; 19 – смеситель сточных и рециркулирующих вод
Рис. 2.4. Схема аэротенка: 1 – канал-коллектор сточных вод; 2 – коллектор воздухопровода; 3 – коллекторы воздухопровода расположенные на дне; 4 – опускные трубы воздухопровода соединяющие общий коллектор с коллекторами секций; 5– общая стенка смежных секций; 6 – отверстия с затворами распределяющие сточные воды по секциям; 7 – каналы сбора очищенной воды в зонах вторичных отстойников (8); 9 – канал отвода очищенных вод от половины секций; 10 – отверстия соединяющие каналы 7 и 9; 11 – трубопровод для рециркулирующих вод; 12 – насос подачи очищенной воды на рециркуляцию из сборного колодца (13); 14 – пневматический аэратор (дырчатая труба); 15 – илососы – трубы через которые откачивается избыточный ил; 16 – уровень воды в секции 17 – площадка обслуживания; 18 – запорные органы; 19 – смеситель сточных и рециркулирующих вод
Скорость должна быть = 3-7.
Схема воздухопровода показана на рис. 2.4.
2470685165Рис. 2.5. Схема центральной части аэротенка: 1 – канал-коллектор сточных вод; 2 – коллектор воздухопровода; 3 – коллекторы воздухопровода расположенные на дне; 4 – опускные трубы воздухопровода соединяющие общий коллектор с коллекторами секций; 5– общая стенка смежных секций; 6 – отверстия с затворами распределяющие сточные воды по секциям; 14 – пневматический аэратор (дырчатая труба); 16 – уровень воды в секции 17 – площадка обслуживания; 18 – запорные органы
Рис. 2.5. Схема центральной части аэротенка: 1 – канал-коллектор сточных вод; 2 – коллектор воздухопровода; 3 – коллекторы воздухопровода расположенные на дне; 4 – опускные трубы воздухопровода соединяющие общий коллектор с коллекторами секций; 5– общая стенка смежных секций; 6 – отверстия с затворами распределяющие сточные воды по секциям; 14 – пневматический аэратор (дырчатая труба); 16 – уровень воды в секции 17 – площадка обслуживания; 18 – запорные органы
Рассчитаем площадь Fсвк и размеры поперечного сечения распределительного канала 1 (см. рис. 2.4 2.5) подводящего сточные и рециркулирующие очищенные воды к секциям аэротенка приняв в нем скорость равной vсвк=05мс:
Fсвк= (VСВ + V0) vсвк= (01667 + 00556) 05 =0445 м2.
Примем размеры поперечного сечения канала 07 × 09 м.
Определим степень φ заполнения канала по высоте:
φ = (044507) 09 = 0706.
Величина φ не превышает 075. Высота стенки над уровнем воды в канале:
Примем количество сливных отверстий на секцию равным двум и определим площадь отверстия приняв скорость слива равной 04 мс:
Fсво= (VСВ + V0) vсво nс 2 = (01667 + 00556) 04 12 2 = 0023 м2.
Примем размеры 24 сливных отверстий 01 × 015 м расположив их с обеих сторон канала с шагом 4 м.
Определим диаметр трубопровода 11 подводящего рециркулирующие очищенные воды от сборного колодца 13 к смесителю 19 приняв в нем скорость равной vрвк=10мс:
680656266815Рис. 2.6. Схема воздухопроводов аэротенка
Рис. 2.6. Схема воздухопроводов аэротенка
Dрвк= (V0 ( 0785 vрвк))12 =
=(00556(078510))12 = 027 025 м.
Отвод сточных вод из секции аэротенка будет осуществляться в четыре приёмных канала 7 расположенных по периметру вторичного отстойника. Найдем площадь их поперечного сечения задав скорость воды в них равной vовс = 04 мс:
Fовс = ( Vсв + Vо) (ncvовс) = (01667 + 00556) (12 04) = 0046 м2.
Примем размеры поперечного сечения каждого из четырёх приёмных каналов 021 × 021 =0044 м2. Наружные стенки канала должны быть выше. Примем их высоту равной 056 м (021 + 035 = 056).
Определим площадь сечения сборного канала 9 отводящего воды от 6 (половины от общего количества) секций:
Fов6 = ( Vсв + Vо) (vовсnр) = (01667 + 00556) 04 2 = 0278 м2.
Примем размеры поперечного сечения каждого канала 053 × 053 = 028 м2. Оценим высоту стенки над уровнем воды в канале:
Δh = 053 – (0278 053) = 00054 м.
Такая высота не достаточна для исключения выплескивания воды из канала. Увеличим высоту стенки на 04 м тогда она будет равна 053 + 04 = 093 м. Примем размер канала 053 × 093 м и оценим степень его заполнения:
φ = (0278 053) = 0525.
Степень заполнения канала меньше предельной 075 что отвечает нормам.
Зададимся величиной уклона канала равной 0015 и рассчитаем перепады высот сборного канала расположенного вдоль шести секций:
Δh1 = 0015 (6 75 + 4 015) = 0684 м
и участка расположенного вдоль секции:
Δh2 = 0015 (22 + 2 015) = 0335 м.
Таким образом суммарное понижение дна канала сечением 053 × 093 м отводящего очищенные воды составит 0684 + 0335 =1019 м.
Примем диаметр труб илососов 15 через которые удаляется избыточный ил со дна вторичного отстойника равными 02 м а диаметр коллектора илососов – 0250 м.
Для удобства конструирования основные размеры аэротенка сведены в табл. 2.2. Другие размеры элементов аэротенка следует принимать по месту в ходе конструирования.
Таблица 2.2. Конструктивные размеры аэротенка
Площадь зеркала аэротенка
Длина вторичных отстойников
Разводка входных потоков на две стороны
Диаметр главного воздушного коллектора
Диаметр двенадцати опускных трубопроводов
Диаметр двенадцати коллекторов на дне секции аэротенка
Количество отверстий
Суммарная площадь поперечного сечения пористых керамических труб в секции аэротенка
Размеры поперечного сечения распределительного канала подводящего сточные и рециркулирующие очищенные воды к секциям аэротенка
Количество сливных отверстий
шаг между отверстиями
Размеры поперечного сечения приемных каналов очищенных вод расположенных по периметру вторичных отстойников аэротенка
Размеры сечения сборного канала отводящего воды от семи секций
Перепады высот сборного канала проходящего вдоль семи секций
и участка расположенного вдоль секции
Диаметр трубопроводов подводящих рециркулирующие очищенные воды от сборного коллектора к смесителю
ОЦЕНКА ОБЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЦИКЛОНОВ. ВЫБОР ЛУЧШЕГО (ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ)
Для начала необходимо определить на какие параметры влияет тип циклона.
Тип циклона влияет главным образом на общую степень очистки газа в циклоне.
Средняя условная скорость газа
Расчет гидравлического сопротивления
ц500=207 для циклона ЦН-11 с диаметром D=600мм. Коэффициент Kd=1 учитывающий влияние величины диаметра принятого циклона ЦН-11 найдем в табл.1.5. По запыленности газа СП=35 гнм3 интерполяцией данных из табл. 1.6. определим коэффициент Kc:
Данное отношение не вписывается в рекомендуемые пределы для циклонов типа ЦН-11:
Общая степень очистки газа
Для циклона ЦН-11 по таблице 2.8 примем значения параметров dT50= =365 и ρч=2600 кгм3; =353 мс; =229·10-6 Па·с – определим вспомогательные величины по формулам 1.22 и 1.23:
= 05·(1 + 09036) = 09518.
Свых = сП (1 – ) = 35 (1 – 09518) = 1687 гнм3;
Gn = V сП = 13000 35 0001 09518= 433069 =103944кгс;
Vn = 0001Gn ρH=433069 800 = 0541 м3ч.
с = 1000 Свых(Vo V)=1000168713000215723=10166 кгм3.
2.Циклон типа ЦН-15У
Расчет гидравлического сопротивления:
ц500=140 для циклона ЦН-15У с диаметром D=600мм. Коэффициент Kd=1 учитывающий влияние величины диаметра циклона ЦН-15У найдем в табл.1.5. По запыленности газа СП=35 гнм3 интерполяцией данных из табл. 1.6. определим коэффициент Kc:
Данное отношение не вписывается в рекомендуемые пределы для циклонов типа ЦН-15У:
Общая степень очистки газа:
Рассчитаем общую степень очистки газа для циклона типа ЦН-15У
Для циклона ЦН-15У по таблице 2.8 примем значения параметров dT50= =6 и ρч=2600 кгм3; =353 мс; =229·10-6 Па·с – определим вспомогательные величины по формулам 1.22 и 1.23:
Используя интерполяцию определим значение функции Ф(Х) по таблице (2.7). Данное значение находится между точками 1; 11:
= 05·(1 + 084866) = 092.
Свых = сП (1 – ) = 35 (1 – 092) = 265 гнм3;
Gn = V сП = 13000 35 0001 092= 4206 =10094 кгс;
Vn = 0001Gn ρH=4206 800 = 052575 м3ч.
с = 1000 Свых(Vo V)=100026513000215723=159696 кгм3.
Вывод: циклон типа ЦН-11 имеет наилучшую степень очистки газа (Свых=1687 =95%) по сравнению с ЦН-15 и с ЦН-15У. Наихудшей степенью очистки обладает циклон типа ЦН-15У(Свых=265 =92%).
Но отношение для циклонов ЦН-11 и ЦН-15У не вписывается в рекомендуемые пределы. Поэтому лучше выбрать циклон типа ЦН-15.
В ходе курсового проекта были спроектированы устройства средств очистки выбросов и стоков: групповой циклон и аэротенк.
Групповой циклон из шести элементов ЦН-15 диаметром 600 мм позволят выполнить очистку 215723 м3ч воздуха снизив в нем концентрацию пыли с 35 гнм3 до 21 гнм3.
Аэротенк обеспечит очистку 450 м3ч производственного стока содержащего бензольные загрязнения и 150 м3ч хозяйственно – бытовых стоков до ХПКк=900 БПКполн =500 мгл и концентрации кислорода в очищенной воде cок=2 мгл. Такие показатели качества воды могут оказаться не достаточными и может потребоваться более глубокая очистка.
При БПКполн поступающей в аэротенк воды свыше 150 мгл а также при наличии в воде вредных производственных примесей необходимо было предусмотреть регенерацию активного ила в регенераторах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Безопасность жизнедеятельности в вопросах и ответах задачах и решениях: Учебн. пособие А.Г. Горбунов В.И. Дьяков В.Н. Ларионов и др. – Иваново. Иван. гос.энерг.ун-т 2000. – 408 с.
Бернадинер М.Н. Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов.- М.: Химия.- 1990. – 304с.
Жуков А.И. Монгайт И.Л. Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод : Справочное пособие Под ред. Жукова.- М.: Стройиздат.- 1977. – 204с.
Инженерная экология: Общий курс: Учебное пособие для вузов в 2-х томах. И.И. Мазур О.И. Молдаванов В.Н. Шишов; под ред. И.И. Мазура.- М.: Высш. шк.- 1996. – 637с.
Ливчак И.Ф. Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды.- М.: Стройиздат.- 1988. – 191с.
Оборудование сооружения основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов: учеб. пособие для вузов А.И. Родионов Ю.П.Кузнецов В.В. Зенков и др. – М.: Химия.– 1985. – 352 с.
Охрана окружающей среды: Учебное пособие для технических вузов. С.В. Белов Ф.А. Барбиков А.Ф. Козьяков и др. – М.: Высшая школа – 1991. – 319 с.
Родионов А.И. Клушин В.Н. Торочешков Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия 1989. – 512с.
Соколов А.К. Проектирование устройств защиты атмосферы и гидросферы: Учеб.-метод. пособие для курсового проектирования ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново 2006. – 80 с.
Соколов А.К. Экологическая экспертиза проектов: учеб. пособие А. К. Соколов Федеральное агентство по образованию ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». – Иваново 2005. – 108 с.
Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. – М.: Металлургия.- 1984. – 320с.
СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения – М.: Госстрой СССР. – 1984. – 72 с.