МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Методические указания
для выполнения курсового проекта
«Технология очистки сточных вод от гексанорастворимых продуктов»
(для студентов 4-5 курсов всех форм обучения)
Харьков – 2003
Методические указания для выполнения курсового проекта «Технология очистки сточных вод от гексанорастворимых продуктов» (
для студентов 4-5 курсов всех форм обучения).
Сост. Лукашенко В.М., - Харьков: ХГАГХ, 2003. – 40с.
Составитель: Лукашенко Виктор Моисеевич
Рецензент: к.т.н., доц. Ткачев В.А.
Рекомендовано кафедрой ВВ и ОВ, протокол №3 от 21.042003.
Современные технологии и методы очистки промышленных и поверхностных сточных вод, загрязненных нефтепродуктами и взвешенными веществами, позволяют достичь определенных успехов в решении вопросов повторного использования очищенных сточных вод и предотвращения загрязнений сточными водами, содержащими нефтепродукты. В практике очистки нефтесодержащих сточных вод используются механические, физико-химические, биологические и биохимические методы: отстаивание, коагуляция, флотация, фильтрование через зернистые материалы минерального происхождения, очистка активным илом и др. Среди их наиболее перспективным является фильтрование.
Для очистки сточных вод от масел и нефтепродуктов находят применение фильтры с загрузкой из синтетических полимерных материалов: пенополиуретана, полистирола, сипрона, вазопрона и др. Одним из новых направлений в области очистки воды от масел и нефтепродуктов является применение фильтров из пенополиуретана (ППУ). Исследования очистки воды от маслонефтепродуктов с использованием ППУ проводятся в России, США, Франции, Японии, Великобритании и Швейцарии.
Целесообразность очистки маслонефтесодержащих сточных вод с применением фильтров с пенополиуретановой загрузкой отмечается в СНиП 2.04.03-85 [1], литературе [2, 3, 4].
Использование пенополиуретана позволяет получить экономический эффект за счет применения повышенных скоростей фильтрования, что позволяет сократить площади очистных сооружений. Упрощение регенерации резко сокращает эксплуатационные расходы.
Целью настоящих методических указаний является оказание студентам методической помощи при закреплении теоретических знаний по дисциплине «Технология очистки сточных вод» путем выполнения курсового проекта «Очистка промышленных и поверхностных сточных вод от гексанорастворимых продуктов» на примере расчета фильтров с пенополиуретановой загрузкой.
Методические указания разработаны на основе современных представлений теории очистки промышленных и поверхностных сточных вод с использованием имеющейся расчетно-нормативной базы для проектирования фильтров с полимерной загрузкой разных типов. Приведенная методика расчета может быть также использована в дипломном и реальном проектировании фильтров и устройств для очистки воды, которая содержит нефтесодержащие, взвешенные вещества и аналогичные по составу загрязнения.
1.
Общие положения
Курсовой проект выполняют в четырех направлениях:
1. Очистка промышленных сточных вод с применением безнапорных фильтров со стационарным узлом регенерации. При использовании этого варианта расчетная производительность фильтра не превышает 25 м3
/ч. Регенерация фильтрующей загрузки осуществляется на стационарном узле регенерации, встроенном в фильтр.
2. Очистка промышленных сточных вод с применением безнапорных фильтров с передвижным узлом регенерации. При этом варианте расчетная производительность фильтра определяется от принятой конструкции фильтра – 300 или 500 м3
/ч. Регенерация осуществляется с применением передвижного узла регенерации и элеватора, перемещающихся по всей длине фильтра.
3. Очистка поверхностных сточных вод с применением фильтров с полимерной загрузкой. Рассматривается очистка сточных вод с применением пористой пенополиуретановой фильтрующей загрузки.
4. Очистка промышленных и поверхностных сточных вод, содержащих высоковязкие нефтепродукты типа «мазут» с применением фильтров с пенополиуретановой загрузкой. При применении этого варианта учитывается влияние высоковязких нефтепродуктов типа «мазут» на процесс регенерации фильтрующей загрузки. Предусматривается подача теплоносителя в зону регенерации загрузки.
Варианты заданий по разработке схем очистки нефтесодержащих промышленных и поверхностных сточных вод с применением фильтров с полимерной загрузкой приведены в приложениях 3-4.
Для выполнения и защиты курсового проекта студенты должны знать:
- методы механической очистки промышленных и поверхностных сточных вод, загрязненных нефтепродуктами и взвешенными веществами, применение решеток, песколовок, сооружений отстойного типа;
- свойства и характеристики полимерных материалов, применяемых в качестве сорбентов для очистки и доочистки маслонефтесодержащих сточных вод;
- качественную и количественную характеристики очищаемых сточных вод, требования к степени очистки сточных вод.
- теоретические основы процесса фильтрования сточных вод, загрязненных нефтепродуктами;
- кинетику выделения нефтепродуктов из нефтесодержащих сточных вод;
- факторы, которые являются определяющими при выборе вида фильтрующего материала и определении параметров фильтрования;
- применение коагулянтов и флокулянтов в схемах очистки с фильтрами с полимерной загрузкой;
- конструктивные особенности фильтров с полимерной загрузкой, выпускаемой промышленностью для очистки нефтесодержащих сточных вод. Безнапорные и напорные фильтры;
- аппаратурное оформление процесса регенерации фильтрующей загрузки из полимерных материалов;
- принципы проектирования технологических схем очистки;
- основы расчета технологических и конструктивных параметров сооружений механической очистки и фильтров с полимерной загрузкой;
- основы обеспечения безопасной работы фильтров с полимерной загрузкой;
- требования ЕСКД по оформлению расчетно-пояснительной записки и графического материала;
- технико-экономические и экологические аспекты при проектировании сооружений очистки сточных вод с применением фильтров с полимерной загрузкой.
В результате выполнения курсовой работы студент должен уметь:
- выполнить теоретическое обоснование выбора конструкции фильтров и технологической схемы очистки;
- дать оценку качественной и количественной характеристик очищаемой и очищенной воды с целью выбора типа фильтрующего материала и способа его регенерации;
- определить факторы и диапазон их варьирования при обеспечении нормативных показателей очистки промышленных и поверхностных сточных вод;
- выполнить расчеты решеток, песколовок, сооружений отстойного типа при их применении в схеме очистки перед подачей нефтесодержащих сточных вод на фильтры с полимерной загрузкой;
- определить технологические и конструктивные параметры фильтров в зависимости от режима работы фильтра;
- привести результаты расчетов в форме, удобной для анализа (в виде рисунков, таблиц, схем);
- изобразить принципиальную схему очистки в виде рисунка;
- определить технологические процессы, которые могут быть автоматизированы;
- дать техническую оценку эффективности разработанного фильтра и технологической схемы;
- начертить принципиальную технологическую схему очистки с применением рекомендуемого типа фильтров с учетом требований ЕСКД на листе формата А1;
- оценить возможность повторного использования очищенной воды и утилизации уловленных компонентов;
- определять технико-экономическую эффективность рекомендуемых решений.
2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРИ ОФОРМЛЕНИИ
расчетно-пояснительной ЗАПИСКИ и
графической ЧАСТИ проекта
В состав курсового проекта входят расчетно-пояснительная записка объемом 25-30 страниц рукописного текста. Рисунки и таблицы в расчетно-пояснительной записке нужно выполнять на листах формата А4.
Расчетно-пояснительная записка включает такие структурные части:
- титульный лист;
- задание на проектирование;
- содержание;
- введение;
- основную часть;
- выводы;
- список использованной литературы и нормативных источников.
В этой последовательности скрепляют листы записки. Страницы записки нумеруют арабскими цифрами, проставленными над текстом в правом углу или внизу. Текст следует писать, придерживаясь таких размеров полей: левое – не меньше 25, правое – 10, верхнее – 20, нижнее – 20 мм. Текст должен быть четким, контрастным, написанным разборчиво.
Титульный лист оформляют по образцу (см. Приложение 1) и включают в общую нумерацию записки. Нумерацию проставляют, начиная со второго листа (задание на курсовой проект). К защите принимается оформленный курсовой проект с личной подписью студента и датой на титульном листе.
Задание на проектирование оформляют соответственно варианту. При этом заполняют типичную форму (см. Приложение 2). Вариант задания для каждого студента определяет преподаватель исходя из количества студентов по приложениям.
Содержание оформляют после окончания работы над расчетно-пояснительной запиской с указанием страниц, соответствующих началу раздела или подраздела. В содержание также включают номер и название пунктов подразделов.
Введение
должно содержать оценку современного состояния экологии водных объектов Украины, техники и технологии очистки природных и сточных вод соответствующей категории, возможности использования очищенных сточных вод в техническом водоснабжении и утилизации полезных компонентов, влияние загрязнений на окружающую среду и других аспектов, которые подчеркивают актуальность проблемы.
Необходимо также сослаться на нормативно-правовые документы Украины, в том числе региональные, по охране окружающей среды и рационального природопользования, к которым наиболее близка тематика, или в рамках которой выполняется курсовой проект. Во введении четко формулируют и записывают цель и задачу проектирования. Объем “Введения” не должен превышать 4 страницы.
В содержании и расчетно-объяснительной записке “Введение”, “Выводы” и “Список литературы” пишут без указания порядкового номера раздела, а проставляют только нумерацию страниц.
Текст основной части
записки должен быть разделен на разделы, подразделы, пункты и пронумерованный арабскими цифрами, например, 1.2. – второй подраздел первого раздела. Все разделы следует начинать с новой страницы. Иллюстрации должны быть выполнены соответственно требованиям ЕСКД, помещенные после первой ссылки на них и расположенные так, чтобы их было удобно рассматривать без поворота записки, или с поворотом по часовой стрелке.
Иллюстрации обозначают словом “Рис.” с номером раздела и порядковым номером рисунка в границах раздела, например, рис. 2.1.- первый рисунок второго раздела. Название рисунка должно быть коротким. Название располагают под рисунком вместе с разъяснительными обозначениями.
Таблицы должны иметь заголовок (название). Перед заголовком в одном ряде размещают надпись “Таблица” с указанием номера таблицы в границах раздела, например, табл. 1.2. – вторая таблица первого раздела. Обобщение результатов расчета или теоретического обоснования целесообразно проводить с помощью таблиц. Это оказывает содействие сокращению текстовой части и облегчает анализ результатов работы.
Утверждения авторов или цифровые данные, которые используются при выполнении курсового проекта, должны сопровождаться ссылкой на источник-справочник, СНиП, статью и т.д. Ссылки на источник проставляют в квадратных скобках с указанием порядкового номера арабскими цифрами, которые отвечают номеру источника, приведенного в разделе “Список использованных источников”.
Выводы
должны содержать короткие обобщения по работе в целом и разделах основной части, которые подтверждают выполнения цели и решение задач проектирование конкретными данными. Объем выводов составляет 2-3 страницы рукописного текста.
В выводах к курсовому проекту студенты должны отобразить:
- выполнение цели проекта и поставленных задач;
- результаты теоретического обоснования и выбора метода очистки, типа сооружений и аппаратов;
- особенности системы водоотведения разных категорий сточных вод;
- целесообразность объединения или разъединения потоков сточных вод;
- характеристику качества воды по основным показателям до (после) очистки и требования к очищенной воде;
- возможность повторного использования очищенных сточных вод в техническом водоснабжении;
- основные технологические параметры процесса очистки;
- данные о габаритах очистных сооружений, условия и срок использования фильтрующих материалов;
- мероприятия по обеспечению безопасности работы с оборудованием;
- природоохранное и ресурсосберегающее значение метода.
В список использованных источников должны включаться: техническая литература, справочники, нормативно-правовые материалы, на которые в тексте есть ссылка.
При выполнении расчетно-пояснительной записки на персональном компьютере надо придерживаться таких требований:
- текст выполняется на дискете размером 3,5 дюйма с помощью редактора Microsoft Word for Windows;
- основной текст должен быть набран шрифтом Times New Roman (нормальный), размер шрифта – 14 пунктов, расстояние между строками – 1 интервал;
- текст печатают на одной стороне листов формата А4;
- абзацы выполняют с промежутком (красная строка ) от левого края на расстоянии 1,5 см;
- поля должны составлять (при нормальном расположении листа): слева – 2 см. Текст должен занимать площадь размером 160´247 мм. Количество строк на странице с одним интервалом должно составлять около 40;
- название разделов печатают сверху полужирным шрифтом с выравниванием текста по центру.
Графическую часть выполняют на одном листе формата А1, где располагают технологическую схему, схему фильтров и узла регенерации, спецификацию или экспликацию сооружений, оснащение, условные обозначения потоков воды. Штамп выполняют по образцу, принятому в академии.
3. Организация и последовательность выполнения
основной ЧАСТИ проекта
Основная часть проекта должна включать не менее четырех разделов:
1) теоретическое обоснование выбора типа конструкции фильтров с полимерной загрузкой и технологической схемы очистки нефтесодержащих промышленных и поверхностных сточных вод;
2) расчет фильтров с полимерной загрузкой;
3) разработка технологической схемы очистки;
4) техническая оценка эффективности рекомендуемых решений.
Для выполнения проекта необходимо обеспечить информационную базу соответственно варианту задачи. Список литературы и нормативных источников приведен в разделе “Список литературы”. Следует иметь в виду, что наиболее полные технические решения размещаются в специальных научно-технических журналах: “Химия и технология воды», «Водоснабжение и санитарная техника», «Экотехнологии и ресурсосбережение».
Среди альтернативных методу фильтрования через эластичный полимерный материал пенополиуретан (ППУ) следует рассмотреть методы фильтрования с использованием в качестве фильтрующих материалов пенополистирола (ППС), кварцевого песка, активных углей и других материалов, используемых для очистки нефтесодержащих сточных вод, в том числе с применением реагентов и комбинированных методов очистки.
При оценке методов очистки и определении состава сооружений (аппаратов, оснащение) надо учитывать такие факторы: производительность сооружений, концентрация загрязнения, требования к очищенной воде, возможность утилизации полезных компонентов и повторного использования сточных вод, необходимую площадь под очистные сооружения, возможность механизации и автоматизации процесса очищения, удельные показатели затрат энергоресурсов, экономические показатели и др.
После выбора и обоснования метода фильтрования через полимерные материалы необходимо рассмотреть свойства и характеристики полимерных материалов, применяемых в качестве сорбентов для очистки и доочистки маслонефтесодержащих сточных вод, в том числе и конструктивные решения, которые обеспечивают необходимую эффективность очистки сточных вод. Затем выполняют расчет сооружений механической очистки сточных вод и фильтра с выбранным типом фильтрующей загрузки, например, пенополиуретаном (ППУ) с учетом условий задания. При этом следует изложить теоретические основы процесса фильтрования сточных вод, содержащих нефтепродукты, влияние различных факторов (концентрации загрязнений, рн среды, температуры, поступления ПАВ) и определить оптимальные условия фильтрования сточных вод.
После определения типов фильтров, его габаритов, оптимальных технологических параметров процесса очистки сточных вод и регенерации фильтрующей загрузки компонуется технологическая схема очистки промышленных или поверхностных сточных вод. Для сравнения следует рассмотреть по литературным источникам схемы очистки такой или близкой по составу категории сточных вод, содержащих нефтепродукты.
Если процесс очистки производится с применением реагентов, то необходимо в схеме показать реагентное хозяйство. Рекомендуемую технологическую схему очистки и конструкции фильтра выполняют отдельно на листе А1. В расчетно-пояснительной записке дают описание работы сооружения, приводят характеристику и назначение сооружений и оборудования (решетки, песколовки, отстойники, фильтры и др.). При описании работы технологической схемы следует рекомендовать, какие процессы могут быть автоматизированы и механизированы.
4. МЕТОДИКА расчета сооружений предварительной ОЧИСТКИ нефтесодержащих сточных ВОД
При расчете сооружений предварительной очистки (решеток, песколовок, отстойников) следует руководствоваться широко применяемыми основными формулами и методиками, изложенными в учебниках для вузов (Канализация / Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. – 5-е изд., перераб. и доп. – Г.: Стройиздат, 1975. – 632с.), учебных пособиях и литературе, рассчитанной на инженеров и научных работников, занимающихся исследованием, проектированием и эксплуатацией канализационных очистных сооружений [4, 7-10, 14, 15]. С учетом категории сточных вод необходимо вносить соответствующие коррективы. Так, например, при расчете решеток в схеме очистки поверхностных стоков ширину прозоров в решетках принимать не как обычно 16 мм, а 50 мм.
Расчет горизонтальных песколовок рекомендуется вести на задержание частиц песка диаметром 0,2 мм и гидравлической крупностью 18,7 мм; расчетная глубина песколовки принимается в диапазоне от 0,5 до 2 м.
При расчете тангенциальных песколовок следует исходить из удельной гидравлической нагрузки, равной 110 м3
/(м2
∙ч) при максимальном притоке сточных вод и диаметре песколовки не более 6 м. Впуск воды рекомендуется осуществлять по всей расчетной глубине, равной половине диаметра.
Количество песка, задерживаемого в песколовках, в среднем составляет 15 % от массы взвешенных веществ. Для расчета бункеров для песка следует принимать: влажность песка 60…70 %, объемную массу шламовой пульпы 1,2…1,5 т/м3
; зольность задержанного в песколовках песка составляет 80...90%, содержание нефтепродуктов в обезвоженном песке – не более 3 %.
Тип отстойных сооружений рекомендуется выбирать по результатам технико-экономических расчетов с учетом производительности очистных сооружений, очередности строительства, характеристики грунтов, конфигурации и рельефа площадки, уровня грунтовых вод, схемы очистных сооружений, требуемой степени очистки и др. Отстойные сооружения могут предусматриваться железобетонными или земляными. Железобетонные отстойники целесообразно сооружать при расходе сточных вод до 500 л/с, а также во всех случаях при неблагоприятных гидрогеологических условиях. При расходе до 300 л/с возможно применение отстойников закрытого типа, т.е. подземных железобетонных сооружений. При больших расходах воды экономически целесообразно устраивать пруды-отстойники.
Для очистки поверхностных сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ, как правило, предусматривается следующий состав сооружений: решетки, песколовки, отстойники, аккумулирующие емкости.
Для очистки промышленных сточных вод с аналогичным составом загрязнений предусматриваются песколовки, отстойники, фильтры. В связи с этим ниже приведены методики расчетов сооружений очистки поверхностных сточных вод, включающих сооружения очистки промышленных сточных вод.
4.1. Расчет решеток для очистки сточных вод
При расчете решеток для поверхностных сточных вод определяют их размеры и потери напора при прохождении стока через решетку.
Величину расхода стоков определяют по формуле:
, м3
/с, (4.1)
где – площадь живого сечения, м2
;
– заданная скорость движения через решетку, принимаемая равной 0,8-1 м/с;
b
– ширина прозоров решетки, м;
n
– число прозоров решетки, шт;
h
1
– глубина воды перед решеткой, м.
, (4.2)
где k
– коэффициент, учитывающий стеснение потока граблями и задержанными загрязнениями. Значение k
= 1,05.
h
1
– глубина потока, м. Для решеток с ручной очисткой h
1
= 1 м; с механизированной очисткой – 1,2-3 м.
Общая ширина решеток:
Bp
= b∙n + S∙ (n-1),
м, (4.3)
где S
– толщина стержней, м.
Затем принимается число решеток N и ширина каждой из них (В1
):
В1
=Вр
/N.
(4.4)
Потери напора в решетках:
h
м
= р∙ ξ∙ v2
/2g,
(4.5)
где р – коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора вследствие засорения решетки, принимается р
≈ 3;
v
– скорость движения воды в камере перед решеткой – 0,7-0,8 м/с;
ξ
– коэффициент местного сопротивления решетки, зависит от формы стержней и определяется по формуле:
ξ
=
β
∙ (S/b)4/3
∙ sin
α
,
(4.6)
где α
= 60-700
– угол установки решетки к горизонту;
β
– коэффициент, равный для прямоугольных стержней β
= 2,42, для круглых стержней β
= 1,72.
Количество плавающего мусора на 1000 га в среднем составляет: для дождевых и поливомоечных вод – 0,2, а для талых вод – 0,3 м3
.
Годовое количество поверхностных вод в м3
, стекающих с 1 га площади водосбора, определяется по формулам, приведенным в разделе 4.4.
Методика расчета решеток применима и для промышленных сточных вод, содержащих нефтепродукты и механические загрязнения.
4.2. Расчет песколовок для очистки сточных вод
Для очистки поверхностного стока наиболее целесообразно применять горизонтальные или тангенциальные песколовки. Длину горизонтальных
песколовок L
, м, рекомендуется определять по формуле:
L=1000∙ k∙
hp
∙ v/u0
,
(4.7)
где k
– коэффициент, учитывающий неполное использование зоны отстаивания, = 1,7;
hp
- расчетная глубина песколовки, принимается в диапазоне от 0,5 до 2 м;
v
- скорость движения сточных вод, при максимальном притоке vмакс
= 0,3м/с;
u0
– гидравлическая крупность частиц песка, на задержание которых рассчитывается песколовка, u0
= 18,7 мм/с;
1000
– переводной коэффициент размерности.
Площадь живого сечения песколовки (F
):
F
= Q/v
макс
, (4.8)
где Q
- максимальный расход сточных вод, м3
/с;
v
макс
– скорость движения сточных вод, м/с.
Из уравнения неразрывности струи:
Q=
F
∙ v,
м3
/с, (4.9)
определяют ширину песколовки (В
):
В=F
/hp,
м. (4.10)
При нескольких отделениях песколовки ширина одного отделения:
b=B/
n
, м. (4.11)
где n
- количество песколовок или их отделений.
Ширина отделений обычно принимается от 0,5 до 2 м.
Для определения высоты слоя осадка, задерживаемого в песколовке (h
ос
), устанавливается общий объем задержанного осадка (W
ос
):
W
ос
=
Q∙C0
∙0,15/(100-b)∙v∙104
,
м3
/ч, (4.12)
где Q
- расход сточных вод, м3
/ч;
C0
- концентрация взвешенных веществ в поступающем стоке, мг/л.
b
- влажность осадка, % (60-70 %);
v
- плотность осадка, г/см3
(1,2-1,5 г/см3
).
Обычно число суток между чистками песколовки принимается 0,33-2 суток.
h
ос
=
W
ос
/
L∙B∙N
, м. (4.13)
Общая строительная глубина песколовки определяется по формуле:
H = hб
+ hр
+ hос
, м (4.14)
где hб
- высота бортов над уровнем воды в песколовке (принимается 0,2-0,4 м).
Время протекания в песколовке определяется в секундах (с) из уравнения: L=vмакс
∙ t
, м.
Отсюда:
t=L/vмакс
. (4.15)
Продолжительность протекания сточных вод в горизонтальной песколовке должна быть не менее 30 с.
Расчет тангенциальных
песколовок осуществляется по гидравлической нагрузке на поверхность песколовки в плане.
Необходимая площадь песколовок в плане определяется по формуле:
F = Q / q0
,
м2
, (4.16)
где Q
- расчетный расход сточных вод, м3
/ч;
q0
- расчетная гидравлическая нагрузка, м3
/(м2
∙ ч).
Расчетная гидравлическая нагрузка на поверхность тангенциальных песколовок в плане рекомендуется принимать в границах 90-130 м3
/(м2
∙ ч) (на маленьких очистных станциях – 60-80 м3
/(м2
∙ ч)) [16]. По СНиП 2.04.03-85 расчет тангенциальных песколовок рекомендуется осуществлять по гидравлической нагрузке 110 м3
/(м2
∙ ч).
Диаметр песколовки должен составлять:
, м, (4.17)
где N
– количество песколовок (не менее двух).
Диаметр тангенциальных песколовок не должен превышать 6 м, а рабочая глубина принимается не большей величины радиуса.
Расчет песковых площадок
Для подсушивания песка, поступающего из песколовок, необходимо предусматривать площадки с ограждающими валиками высотой 1-2 м. Допускается применять накопители со слоем напуска песка до 3 м в год. Удаляемую с песковых площадок воду необходимо направлять в начало очистных сооружений.
Расчетная площадь песковых площадок составляет:
Fпп
= Wос
/q
пп
, м2
, (4.18)
где q
пп
- нагрузка на песковые площадки, предусматривается 3 м3
/м2
в год.
Примечание
: при повышении расчетного расхода поверхностного стока для предупреждения нарушения режима работы песколовки (выноса песка) предусматривается обводной канал отвода воды, превышающей расчетный расход, на последующие сооружения, например, аккумулирующую емкость.
При применении песколовок для очистки сточных вод (поверхностных, промышленных и т.д.) необходимо определять их тип с учетом производительности очистных сооружений, схемы очистки сточных вод, характеристики взвешенных веществ и т.п.
4.3. Расчет отстойников для очистки сточных вод
Расчет отстойников подлежит производить по гидравлической крупности частиц взвеси, выделение которых обеспечивает необходимый эффект очистки. В качестве примера приведенная методика расчета горизонтального и тонкослойного отстойников.
Данные для расчета горизонтальных отстойников
:
В
– ширина отстойника или его секции, принимается в пределах 3-9 м;
u0
– гидравлическая крупность, составляет 1-0,05 мм/с при эффекте удале-ния взвесей Э (%) от 25 до 85 %;
tр
– расчетное время пребывания воды в отстойнике, tр
= 1-3 ч;
Н0
– высота зоны отстаивания, Н0
= 2-3 м.
Суммарную площадь горизонтальных отстойников определяют по формуле:
|
(4.20)
где Qоч
– расчетный расход сточных вод, м3
/ч;
u0
– скорость выпадения (всплытия) примесей (взвешенных веществ, нефтепродуктов и т.д., задерживаемых отстойником (гидравлическая крупность), мм/с;
α
– коэффициент, учитывающий вертикальной составляющей скорости потока;
vср
– скорость движения воды в отстойнике, принимается в пределах 5-7 мм/с, при расчете его на удаление взвесей с u0
≥ 0,55 мм/с и 3-5 мм/с при расчете на удаление взвесей с u0
≥ 0,4 мм/с.
Длина отстойника L0
(м):
(4.21)
Общая ширина отстойников В
(м) определяется по формуле:
В = F0
/L0
; (4.22)
После определения величины В
определяется фактическая скорость (vср
, мм/с) в проточной части отстойников:
, мм/с. (4.23)
Ширина (В
) принимается 3-9 м, а длина не более 10Н0
. Расчетное количество отстойников или секций не менее двух.
При расчете осадочной части отстойника следует исходить из расчетного накопления осадка и принятой частоты его удаления.
В отстойниках для механической очистки поверхностного стока, как в нефтеловушках и в первичных отстойниках городских очистных сооружений, должны быть предусмотрены устройства для задерживания и периодического удаления всплывающих примесей (в основном нефтепродуктов и масел) и накапливающегося осадка. Удаляемые с поверхности отстойника всплывающие примеси отводятся в сборники, где выдерживаются в течение нескольких суток для отделения нефтепродуктов. Частично осветленные и обезвоженные нефтепродукты, в зависимости от их качества, должны направляться на утилизацию или сжигание, а отделившаяся вода или шлам возвращаться в отстойник.
Расчет тонкослойных отстойников
Перед началом расчета тонкослойных отстойников, которые работают по противоточной схеме (рис. 4.1), принимают: высоту яруса по вертикали hв
, угол наклона пластин к горизонту α
, скорость движения потока в межполочном пространстве v
, количество секций Nф
и строительную ширину одной секции отстойника B
. Высоту яруса по вертикали hв
принимают 0,2-0,025 м (при высоких начальных концентрациях взвешенных веществ рекомендуется принимать большие значения). Для лучшего сползания осадка с поверхности пластин или труб их целесообразно устанавливать в блоках под углом α
= 55-600
. Скорость движения потока v
в межполочном пространстве принимают не больше 10 мм/с. Ширину тонкослойного отстойника Bbl
принимают конструктивно (2-6 м), исходя из строительной ширины секции отстойника B
, размеров материала листов блоков и условий их монтажа. Количество секций отстойника Nф
должно быть не меньше двух (если принять минимальное число отстойников (Nф
= 2), то максимальный расчетный расход очищаемых сточных вод следует увеличить в 1,2-1,3 раз).
Рис. 4.1 – Схема тонкослойного отстойника
Длина пластин тонкослойного блока должна составить:
Lbl
= v∙ hн
∙ Kз
/u0
,
м, (4.24)
где Kз
= 1,2-1,5 – коэффициент запаса.
Гидравлическая крупность частичек занавеса u0
, которые подлежат задержанию в тонкослойных отстойниках, должна определяться в слое, равном высоте яруса hв
. При отсутствии таких данных при очистке городских сточных вод для расчетов можно принимать u0
= 0,15-0,2 мм/с.
Далее определяют фактическую производительность одной секции отстойника по формуле:
qset
ф
= Q/Nф
, м3
/ч. (4.25)
Высота яруса отстойника по нормали составляет:
Hн
= hв
∙ cos α
, м, (4.26)
а количество ярусов в отстойнике:
n = Hbl
/ hн
,
шт. (4.27)
Высота пластин тонкослойного блока (см. рис. 4.1), которая определяется по формуле:
h2
= Lbl
sin
α
, м, (4.28)
не должна превышать 1-2 м.
При определении строительной высоты отстойника, кроме высоты пластин h2
, также учитывают: высоту борта отстойника hб
= 0,3 м, высоту слоя воды над полками h1
= 0,1-0,5 м, высоту зоны, от которой зависит равномерность распределения воды между ярусами h3
= 0,2-0,5, высоту нейтрального слоя h4
= 0,1-0,2 м, а также высоту слоя осадка h5
= 0,3 м.
Основные конструктивные размеры тонкослойных отстойников торцевого типа НИИ КВОВ АКХ рекомендует определять по следующим формулам:
площадь сечения отстойника , м2
:
ω = Q/3,6 vbl
;
(4.29)
общая длина отстойника , м:
L = l1
+ lbl
+ l2
;
(4.30)
общая ширина отстойника , м:
B = ω/Hbl
,
(4.31)
где Q
- расчетный расход, м3
/ч;
vbl
- средняя скорость рабочего потока, мм/с;
l1
- длина приемной камеры, принимается 1-1,5 м;
lbl
- длина тонкослойных элементов, принимается 1,5-3 м;
l2
- длина выходной части отстойника, принимается 0,5-1 м;
Hbl
- высота тонкослойных блоков, принимается 1-1,5 м.
Средняя скорость рабочего потока в зависимости от требуемой степени очистки поверхностного стока городских территорий от взвешенных веществ, иными словами, эффекта осветления, при принятой длине тонкослойных элементов принимается по прил. 6.
Определив конструктивные размеры тонкослойного отстойника исходя из обеспечения необходимой степени очистки по взвешенным веществам, следует провести поверочный расчет эффективности очистки поверхностного стока от нефтепродуктов. При этом эффективность задержания нефтепродуктов в тонкослойном отстойнике, в зависимости от длины тонкослойных элементов и скорости движения жидкости, проверяется по прил. 7.
Количество осадка Рос
, м3
/ч, выделяемого в отстойных сооружениях, следует определять исходя из концентрации взвешенных веществ в поступающем стоке С0
и концентрации взвешенных веществ в отстойном стоке Соч
по формуле:
Рос
= Q(С0
– Соч
) / (100 – b)∙ γ∙ 104
,
(4.32)
где Q
– расход сточных вод, м3
/ч;
b
– влажность осадка, (50-60 %);
γ
– плотность осадка, (2-2,3г/см3
).
4.4. Расчет аккумулирующей емкости
При накоплении стока в аккумулирующей емкости происходит усреднение его состава, а при последующем выдерживании перед опорожнением - удаление из стока основной массы нерастворенных примесей.
Годовое количество дождевых W
д
и талых W
т
вод в м3
, стекающих с 1 га площади водосбора, определяется по формулам:
W
д
= 10∙
hд
∙ψд
;
(4.33)
W
т
= 10∙
hт
∙ψт
,
(4.34)
где hд
– слой осадков в мм за теплый период года;
hт
– слой осадков в мм за холодный период года (определяет общее годовое количество талых вод) или запас воды в снежном покрове к началу снеготаяния (определяет количество талых вод в весеннее половодье);
ψд
, ψт
– общий коэффициент стока дождевых и талых вод соответственно. Значение ψт
принимается в пределах 0,5-0,7, а ψд
определяется как средневзвешенная величина для всей площади водосбора с учетом средних значений коэффициентов стока для различного рода поверхности (последние могут приниматься для водонепроницаемых покрытий в пределах 0,6-0,8, для грунтовых поверхностей 0,2, для газонов 0,1).
Рабочий объем аккумулирующей емкости W
в м3
для дождевого стока определяется по формуле:
W
= 10∙
hд
∙
F
∙
ψд
;
(4.35)
где hд
– максимальный слой осадков за дождь в мм, сток от которого аккумулируется в полном объеме; величина hд
для промпредприятий первой группы принимается обычно в пределах 10-15 мм, а для промпредприятий второй группы равной среднему суточнуму максимуму осадков;
ψд
– общий коэффициент стока дождевых вод, в зависимости от вида поверхности принимается 0,1-0,8.
Общее годовое количество поливо-моечных вод Wм
в м3
, стекающих с территории промплощадок, определяется по формуле:
Wм
= 10∙
m
∙
k
∙
Fм
∙
ψм
;
(4.36)
где m
– расход воды на одну мойку дорожных покрытий (составляет 1,2-1,5 л/м2
);
ψм
– коэффициент стока (может быть принят 0,5);
k
– среднее количество моек в году;
Fм
– площадь покрытий, подвергающихся мокрой уборке, га.
Аналогично определяется рабочий объем аккумулирующей емкости в м3
для талого стока, величина hм
может быть принята 25-30 мм, ψм
– 0,5-0,7.
Средняя продолжительность сухой погоды при слое осадков ≥ 5 мм составляет до 10 суток.
В зависимости от состава примесей, накапливающихся на территории промплощадок и смываемых поверхностным стоком, промышленные предприятия и отдельные его участки можно разделить на две группы.
К первой группе относятся предприятия черной металлургии (за исключением коксохимпроизводства), машино- и приборостроительной, электротехнической, угольной, нефтяной, легкой, хлебопродуктовой, молочной, пищевой промышленности, серной и содовой подотраслей химической промышленности, энергетики, автотранспортные предприятия, речные порты, ремонтные заводы, а также отдельные производства нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических предприятий, на территорию которых не попадают специфические загрязнения.
Средние концентрации основных примесей в стоке дождевых вод на этих предприятиях могут быть приняты:
- по взвешенным веществам 500-2000 мг/л, при этом более высокие значения относятся к предприятиям с интенсивным движением автотранспорта;
- по нефтепродуктам 30-70 мг/л для предприятий с интенсивным движением автотранспорта и значительным потреблением горюче-смазочных материалов и 10-30 мг/л для остальных (исключение составляют предприятия нефтяной промышленности, где содержание нефтепродуктов в поверхностном стоке может достигать 0,5 г/л за счет сброса совместно с атмосферными водами некоторых видов производственных сточных вод);
- по ХПК и БПК 100-150 мг/л и 20-30 мг/л соответственно в пересчете на растворенные примеси, а с учетом диспергированных примесей эти показатели увеличиваются в 2-3 раза;
- по общему солесодержанию в основном 0,2-0,5 г/л, а на предпри-ятиях химической промышленности (содовых и серных) 0,5-3 мг/л.
Ко второй группе относятся предприятия цветной металлургии, коксо-химии, химической, лесохимической, целлюлозобумажной, нефтеперераба-тывающей, нефтехимической и микробиологической промышленности, кож-сырьевые и кожевенные заводы, мясокомбинаты, шпалопропиточные заводы.
В поверхностном стоке предприятия второй группы, помимо примесей, перечисленных в первой группе, могут присутствовать также примеси, специфические для данного производства.
Высоту зоны отстаивания в емкости следует принимать в пределах 1,5-4 м, высоту свободной зоны над уровнем воды 0,3-0,5 м, высоту нейтральной зоны над уровнем осадка 0,4-0,5 м.
Секции аккумулирующей емкости должны быть оборудованы устройст-вами для периодического удаления всплывших нефтепродуктов и осадка.
При проектировании нефтесгонных и нефтесборных устройств следует учитывать периодическое колебание уровня заполнения секций ниже расчетного.
Иловые приямки в аккумулирующей емкости рекомендуется располагать в средней части. Уклон днища к приямкам и поперечный уклон дна следует принимать не менее 0,05, а уклон стенок приямка не менее 450
. Для удаления осадка с площади днища в приямок следует предусматривать гидросмыв. Объем иловой части емкости определяется исходя из заданной периодичности удаления осадка.
Для периодического удаления накапливающегося осадка из аккумулирующей емкости следует предусмотреть устройство гидроэлеваторной установки или насосной станции, оборудованной плунжерными или вторыми насосами, предназначенными для перекачки шламов с высоким содержанием механических примесей.
Для обезвоживания осадка рекомендуется применять выдерживание его на иловых площадках или на площадках-уплотнителях, нагрузка на площадки обезвоживания может принята равной 3 м3
на 1 м2
в год. Площадки следует разделить на карты, оборудованные выпускными устройствами для отвода иловой воды.
На основании данных в средней продолжительности периодов между стокообразующими осадками продолжительнос
При продолжительности отстаивания 1-2 суток эффект снижения содержания взвешенных веществ и показателя ХПК в аккумулирующей емкости колеблется в основном в пределах 80-90 %, а показатели БПК в пределах 60-80 %. Остаточное содержание взвешенных веществ в отстоянной воде ориентировочно может быть принято в пределах 50-200 мг/л, нефтепродуктов 0,5-5 мг/л, а органических примесей 50-100 мг/л в пересчете на ХПК и 20-30 мг/л в пересчете на БПК.
При известном часовом расходе (м3
/ч) поверхностных сточных вод расчет ведется следующим образом.
Определяется количество поверхностного стока, которое может поступить за сутки (24 часа) – Wп
, м3
.
Wп
= Q ∙24ч,
(4.37)
где Q
– расход поверхностных сточных вод, м3
/ч.
Согласно справочным данным средняя продолжительность сухой погоды между дождями слоем ≥ 1 мм около 3,5 суток, а слоем ≥ 5 мм – до 10 суток. Для расчета принимаем продолжительность сухой погоды исходя из слоя дождя.
Аккумулирующие емкости рекомендуется проектировать прямоугольные в плане, разделенными на секции. Полезный объем одной секции следует рассчитывать на прием стока от слоя осадков 2,5-5 мм.
Wсекции
– рабочий объем секции:
Wсекции
= L∙ Bс
∙ H
, (4.38)
где Н
– рабочая высота секции 1,5-4 м;
Вс
– ширина секции, может быть принята кратная 3 м;
L
– длина секции, принимается исходя из объема сооружения, количество секций не менее двух.
Объем секции при приеме стока от слоя осадка, например 2,5 мм при расчетном слое осадков 15 мм составит соответственно одну шестую от рабочего объема аккумулирующей емкости, т.е. количество секций при этом составит – шесть, что согласно нормативным данным приемлемо.
L=
2,5∙W
п
/15∙Bс
, м; L= W
п
/6
∙
H∙B
, м. (4.39)
При определении объема аккумулирующей емкости необходимо учитывать накопление осадка и свободный объем:
W
а
= W
п
+ Wo
+ Wc
, (4.40)
где Wа
– общий объем аккумулирующей емкости, м3
;
Wп
– объем поверхностного стока, м3
;
Wс
– свободный объем (≈10-12 % от Wо
).
, (4.41)
где Со
, Соч
– концентрации взвешенных веществ в исходной и очищенной воде, мг/л;
t
– период накопления осадка, количество лет;
b
– влажность осадка, (50-60 %);
γ
– плотность осадка, (2-2,2 г/см3
).
4.5. Расчет иловых площадок
Полезную площадь иловых площадок определяют по формуле:
Fмм
= 365C/qмм
∙ Kk
, м2
,
(4.42)
где C
– суточный расход стабилизированного осадка; м3
/сут;
qмм
– нагрузка на иловые площадки, м3
/(м2
∙ год);
Kk
– климатический коэффициент.
Нагрузка на иловые площадки принимается 3 м3
на 1 м2
в год при Kk
= 1,0. Значение климатического коэффициента принимают по рис. 3 [1].
Количество карт иловых площадок должно быть не меньшее 4. По полученной полезной площади принимают размеры одной карты.
Дополнительная площадь иловых площадок, которая занимается валиками, дорогами, каналами:
Fдоп
= k∙ Fмм
, м2
,
(4.43)
где k
– коэффициент, который учитывает дополнительную площадь и принимается равным 0,2 для больших и 0,4 для маленьких очистительных станций.
Иловые площадки проверяются на зимнее намораживание осадка. Высота пласта намороженного осадка составляет:
, (4.44)
где Тнам
– продолжительность периода намораживания (число дней в году со средней суточной температурой ниже –100
С);
k
1
– коэффициент, который учитывает уменьшение объема осадка вследствие зимней фильтрации и испарения;
k
2
– коэффициент, который учитывает часть площади, которая отводится под зимнее намораживание.
Продолжительность периода намораживания Тнам
принимается по рис. 3 [1], для Харькова – 30 дней. Значение коэффициентов составляют соответственно 0,75 и 0,8.
Полученное значение высоты пласта намороженного осадка hнам
должно быть меньше высоты оградительных валиков иловых площадок на 0,1 м ([1]. п. 6.395).
При проектировании иловых площадок надлежит принимать: рабочую глубину карт 0,7-1 м; высоту оградительных валиков – на 0,3 м выше рабочего уровня; при использовании механизмов для ремонта земляных валиков 1,8-2 м ([1] п. 6.391). Осадок на иловых площадках высушивается до влажности 50 % [16].
5. Конструктивные особенности фильтров с полимерной загрузкой, выпускаемой промышленностью ДЛЯ ОЧИСТКИ промышленных и поверхностных сточных ВОД
Согласно СНиП 2.04.03-85 для очистки от масел и нефтепродуктов рекомендуется применять фильтры с полимерной загрузкой – п.п. 6.242-6.246. Сведения в применении фильтров имеются также в информационных источниках. Ниже представлены конструктивные особенности, технические и технологические особенности основных типов фильтров, выпускаемых промышленностью.
5.1. Фильтры со стационарным узлом регенерации
фильтрующей ППУ-загрузки
Исходное содержание масел до 150 мг/л, взвешенных веществ – до 100 мг/л. Сточная вода поступает на фильтр после нефтеловушки. Фильтр работает следующим образом (см. рис. 5.1).
Сточные воды по подающему трубопроводу поступают в емкость фильтра и равномерно распределяются по всей площади загрузки. В процессе фильтрования пенополиуретан насыщается нефтемаслопродуктами и вторыми взвешенными веществами и цепным ковшовым элеватором подается на отжимные барабаны. Крошка, освободившись от загрязнений, поступает в емкость фильтра, а отжатые загрязнения по отборному желобу отводятся из установки. Сточные воды, пройдя слой фильтрующей загрузки, освобождаются от масел и взвешенных веществ и по отводящему трубопроводу отводятся в водоем.
Основные параметры работы фильтра.
Высота слоя фильтрующей загрузки – 2 м;
Крупность загрузки – 10-20 мм;
Скорость фильтрования – до 25-35 м/ч.
Разрез
I-I
Рис. 5.1 – Фильтр прямоугольный пенополиуретановый со стационарным узлом регенерации: 1 – емкость фильтра; 2 – цепной ковшевой элеватор; 3 – пенополиуретановая загрузка; 4 – подающий трубопровод; 5 – ведомая звездочка; 6 – сетчатое днище; 7 – отводящий трубопровод; 8 – отжимные барабаны; 9 – ведущая звездочка; 10 – желоб для приема и отвода отжатых масел
Очищенная на фильтре вода содержит до 10 мг/л веществ, экстрагируемых эфиром; взвешенные вещества практически отсутствуют. Регенерат (продукт отжима) отводится в разделочные резервуары.
5.2. Фильтр с передвижным узлом регенерации
фильтрующей ППУ-загрузки
Общая схема очистных сооружений включает песколовки, нефтеловушки, пенополиуретановый фильтр и рассчитана на прием производственных сточных вод и поверхностного стока с заводской территории.
Фильтр (рис. 5.2) работает следующим образом.
Сточные воды по подающему трубопроводу направляют в водораспределительный лоток, откуда они равномерно поступают в емкость секции, заполненной пенополиуретановой крошкой. Сточные воды, очищенные от масел и других взвешенных веществ, по отводящему трубопроводу выводят из установки, а загрязненная примесями загрузка подается цепным ковшевым экскаватором на отжимные барабаны. Затем регенерированная загрузка вновь поступает в секции, а отжатая смесь по сборному желобу отводится в отстойную емкость.
Рис. 5.2 – Фильтр прямоугольный пенополиуретановый с передвижным узлом регенерации: 1 – подающие трубопроводы; 2 – водораспределительные лотки; 3 – секции; 4 – наполнитель секций; 5 – подающие элеваторы; 6 – отжимные барабаны; 7 – желоба для приема и отвода отжатых загрязнений; 8 – передвижные тележки; 9 – сетчатое днище; 10 – отводящие трубопроводы
Элеватор и отжимные барабаны расположены на тележке, которая передвигается вдоль ванны. Для полноты регенерации осуществляется трехкратный отжим всего объема загрузки в течение трех часов.
Сточная вода на фильтр поступает после нефтеловушки с концентрацией масел до 180 мг/л и взвешенных веществ до 100 мг/л. Остаточная концентрация масел после фильтра – 2-10 мг/л, взвешенные вещества практически отсутствуют. Очищенная вода используется для технического водоснабжения.
В основу предложенной конструкции фильтра положены следующие основные принципы: процесс очистки сточных вод – непрерывный; регенерации – периодический; направление потока сточных вод – сверху-вниз; использование загрузки – многократное. Основные параметры работы фильтра: высота слоя загрузки – 2 м; крупность – 10-20 мм; скорость фильтрования – до 25 м/ч.
6. Теоретические основы процесса фильтрования нефтесодержащих сточных ВОД и исходные данные ДЛЯ применения МЕТОДА фильтрования
Механизм задержания частиц нефтепродуктов пористой средой при фильтровании эмульсий состоит в том, что частицы выделяются из потока воды на поверхность зерен фильтрующего слоя и заполняют наиболее узкие поровые каналы. В этом случае очень важное значение имеют характеры поверхности как частиц, так и фильтрующего материала. Если пористая среда гидрофильна (кварцевый песок), то прилипание к ней гидрофобных частиц масла затруднено тем, что гидрофильная поверхность имеет гидратную оболочку. Однако прилипание частиц ограничено, возможно, вследствие наличия таких участков на этой поверхности, на которых гидратная оболочка нарушена по тем или иным причинам (разрушение кристаллов, наличие ребер, микротрещин и неровностей и др.). В этом случае частицы могут удерживаться такими участками и затем вытеснять гидратную оболочку с других участков, постепенно вовлекая в процесс всю поверхность зерен. При заполнении всей поверхности маслом она приобретает характер, свойственный гидрофобным материалам (пенополиуретан, уголь, сульфоуголь и др.), поверхности которых практически сразу могут удерживать частицы.
При взаимном сближении гидрофобных частиц и поверхности пористой среды на расстояние менее 1 нм появляются заметные силы сцепления, избыток свободной энергии системы резко уменьшается, поверхностное натяжение на этих поверхностях падает к нулю, и происходит слипание.
По мере того, как поверхность сорбента покрывается пленкой нефтепродуктов, граница раздела между этой поверхностью и водой исчезает, и частицы нефтепродуктов согласно теории Б.В. Дерягина, в этом случае прилипают к пленке с силой:
F = 4π∙ σн∙ в
∙ rr
,
(6.1)
где σн∙ в
– поверхностное натяжение единицы поверхности раздела «нефте-продукт-вода»;
rr
– радиус частицы нефтепродуктов.
Это выражение показывает, что эффективность фильтрования снижается при уменьшении значения σн∙в
, процесс поглощения нефтепродуктов ППУ заканчивается капиллярной конденсацией, после чего начинается отрыв и перемещение скоалесцированных нефтепродуктов на низлежащие слои, где повторяется аналогичный процесс поглощения нефтепродуктов пенополиуретаном.
6.1. Исходные данные для определения типа фильтров
На основании литературных данных [1, 2, 4] для дополнительного осветления фильтрованием сточных вод, отстоянных в аккумулирующей емкости, следует применять фильтрующие загрузки, отличающиеся простотой регенерации, например, эластичные пенополиуретаны.
Высокий эффект фильтрования достигается при обработке стока флокулянтами (например, полиакриламидом (ПАА). Доза флокулянта составляет 1-2 мг/л.
В ППУ-фильтрах рекомендуется применять загрузку из эластичного ППУ марок 35-0,8; 40-0,8; 40-1,2 в измельченном виде (размер сторон гранул 1-2 см).
Технологические параметры ППУ-фильтров при флокуляционной обработке стока принимаются следующими:
- Высота слоя загрузки – 1-2 м;
- Плотность фильтрующей загрузки – 50-70 кг/м3
;
- Скорость фильтрования 20-25 м/ч;
- Эффект осветления 90-95 %;
- Потери напора в начале фильтроцикла 0,5-0,6 м.вод.ст., в конце – 1-2 м.вод.ст.
При безреагентном фильтровании на ППУ-фильтрах скорость фильтрования следует принимать в пределах 10-30 м/ч. Эффект осветления 90-75 %.
При фильтровании сточных вод, содержащих высоковязкие нефтепродукты типа мазут, необходимо в процессе регенерации фильтрующей загрузки в зоне отжима предусматривать прогрев мазута, содержащегося в загрузке паром с целью снижения вязкости и увеличения его текучести. Эффективный процесс регенерации отжимом фильтрующей загрузки происходит при прогреве мазута до 800
С.
В пенополистирольных фильтрах рекомендуется применять загрузку из вспененных гранул полистирола марок ПСК диаметром 2-5 мм с кажущейся плотностью 0,1-0,2 г/см3
. Технологические параметры ФПЗ при флокуляционной обработке стока принимаются следующие:
- Высота слоя загрузки – 2-2,5 м;
- Скорость фильтрования – 30-40 м/ч;
- Эффект осветления – 90 %;
- Потери напора в начале фильтроцикла 0,4-3,0 м.вод.ст., в конце фильтроцикла до 10 м.вод.ст.
При безреагентном фильтровании скорость фильтрования следует принимать 10-30 м/ч, эффект осветления 90-60 %.
6.2. Расчетно-конструктивные параметры фильтров с пенополиуретановой загрузкой
Продолжительность полезной работы фильтра с ППУ-загрузкой (Т) определяется по формуле:
, ч, (6.2)
где К
– коэффициент санитарной надежности, равный 0,8;
НГ
– среднее значение нефтегрязеемкости (НГ) фильтрующей загрузки, кг/м3
;
W
– объем загрузки в фильтре, м3
;
m
0
– cуммарное количество нефтепродуктов и взвешенных веществ, задержанное загрузкой в течение одного часа фильтрования, кг/м3
(расчетное):
m0
= Qср.ч
[
(Сн
– Сн.оч.
) + (Св.в.
– Сс.оч.
)
]
/103
,
(6.3)
где Qср.ч
– среднечасовой расход очищаемой воды, м3
/ч;
Сн
– концентрация нефтепродуктов в исходной воде, мг/л;
Сн.оч
– концентрация нефтепродуктов в очищенной воде, мг/л;
Св.в
– концентрация взвешенных веществ в исходной воде, мг/л;
Сс.оч
– концентрация взвешенных веществ в очищенной воде, мг/л.
Wp
= Fп
∙ hз
, м3
,
(6.4)
где Fп
– полезная площадь фильтрования, м2
;
hз
– высота слоя загрузки, м.
Регенерация ППУ-загрузки осуществляется отжимом без применения промывки в процессе регенерации фильтров с ППУ-загрузкой.
Определение потребного количества фильтров и узлов регенерации.
Если известен суточный расход сточных вод (Qсут
) определяют среднечасовой расход сточных вод (Qср.ч)
следующим образом: если сточные воды поступают на фильтровальную установку в течение 24, 16, 8 часов и т.д., то соответственно и Qсут
делят на 24, 16, 8 часов и т.д., т.е. по формуле:
Qср.ч
=Qсут
/
кол-во часов работы фильтра. (6.5)
Потребная площадь фильтрования Fп
определяется как:
Fп
= Qср.ч.
/v,
м2
, (6.6)
где v
- скорость фильтрования.
После выбора фильтра определяется потребное количество фильтров по формуле:
Nк.ф.
= Fп
/Sф
, шт, (6.7)
где Sф
- рабочая площадь фильтрования одного фильтра, м2
.
Количество фильтров или их отделений должно быть не менее двух (один рабочий и один резервный).
7. Схемы ОЧИСТКИ сточных ВОД с применением фильтров с полимерной загрузкой
Принципиальную технологическую схему очистных сооружений разрабатывают студенты индивидуально в зависимости от принятой технологии очистки и вида извлекаемых примесей.
На рис. 7.1 приведены общие принципиальные технологические схемы, в которых нашли отображения элементы разных технологических решений. В зависимости от варианта студенты должны упростить или дополнить представленную схему. Так, при обработке поверхностных вод рекомендуется схема, включающая решетки, песколовки, отстойники, аккумулирующую емкость, фильтр доочистки с последующим использованием очищенной воды для технического водоснабжения. При очистке промышленных сточных вод рекомендуется изъять решетки и аккумулирующую емкость из технологической схемы. Кроме того, в схеме могут быть использованы разные конструкции фильтров, а также разное реагентное хозяйство.
Принципиальную технологическую схему очистных сооружений выполняют на листах формата А1 и А4. При этом в пояснительной записке должны быть описаны назначения сооружений технологической схемы, а также движение воды по этим сооружениях.
В процессе теоретического обоснования применения метода фильтрования и типа аппарата надо определить особенности технологического процесса, условия его осуществления. Необходимо показать преимущества и недостатки альтернативных методов, которые рассматриваются студентами. Например, для очистки сточных вод от нефтепродуктов следует рассмотреть как альтернативные – фильтрование через песок и другие загрузки.
В методических указаниях в связи с ограниченностью объемов текстовой части не приведены все особенности очистки фильтрованием.
|
|
|
|
а)
|
б)
|
|||
|
|||
|
в)
|
||||||
|
||||||
|
||||||
г)
|
|||||
|
|||||
|
|||||
|
д)
Рис. 7.1 – Принципиальные схемы сооружений для очистки поверхностного стока
а
и д
- с частичным использованием стока в системах промышленного водоснабжения; б
– с доочисткой совместно с производственными сточными водами; в
и г
– с полным использованием стока; 1 – разделительная камера; 2 – решетки; 3 – песколовки; 4 – отстойник; 5 – сооружения доочистки; 6 – пруд-отстойник; 7 – емкость регулирующая; 8 – емкость, аккумулирующая; I – поверхностный сток; II – очищенный поверхностный сток в систему производственного водоснабжения или на станцию водоподготовки; III – поверхностный сток на станцию очистки сточных вод; IV – поверхностный сток в водоем.
Студенты должны применить творческой подход при реализации знаний теории процесса, при проведении исследований и разработке технологических схем и конструктивных решений очистных сооружений.
Для разработки принципиальной технологической схемы очистных сооружений и подготовки к защите проекта рекомендуется пользоваться лекционными материалами и литературными источниками, которые приведены в методических указаниях.
В источниках [1, 2, 4, 7-9] изложены общие основы технологии очистки промышленных и поверхностных сточных вод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 2.04.03.-85.Строительные нормы и правила. Канализация. Наружные сети и сооружения. – Г.: Стройиздат. 1986 – 72с.
2. Аюкаев Р.И., Мельцер В.З. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды. –Л.: Стройиздат, 1985, -117с.
3. Пономарев В.Г., Исакимис Э.Г.. Монгайт И.Л. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. – Г.: Химия, 1985. – 256с.
4. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация : Водоотведение и очистка сточных вод. – 7-е изд., перераб. и доп. – Г.: Спройиздат, 1987. – 319с.
5. Унифицированные методы анализа вод./ Под ред. Ю.Ю. Лурье. – Изд. 2-е. –М.: Химия, 1973. – 363с.
6. Свиридов В.Ю., Лукашенко С.В., Колесник П.Э. Пат. 19653 Украина, МКИ С 02 F 1/40. Устройство для очищения сточных вод. – 96041492; Заявл. 16.04.96; Опубл. 25.12.97; Бюл. №6. – 7с.
7. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. Учебник для вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – Г.: Стройиздат, 1975. – 632с.
8. Ласков Ю.М. и др. Примеры расчетов канализационных сооружений: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. Г.: Стройиздат, 1987. – 255с.
9. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. – Г.: Стройиздат, 1985. – 384с.
10. Стахов Э.А. Очистка нефтьсодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. – Г.-Л.: Недра, 1983. – 263с.
11. Кагановский А.М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. Киев: Научная мысль, 1983. – 115с.
12. Жуков А. И., Демидов Л. Г., Монгайт И. А., Родзиллер И. Д. Канализация промышленных предприятий. Г.: Стройиздат, 1970.
13. Шевченко Г.С. Утилизация отработанных нефтепродуктов. – Киев: Техника, 1983. – 119с.
14. Лихачев Н.И., Ларин И.И., Хаскин С.А. и др. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Под общ. ред. Самохина В.Н. – 2-е изд., перераб. и доп. – Г.: Стройиздат, 1981. – 639с. – (Справочник проектировщика).
15. Рекомендации по определению эксплуатационных расходов при проектировании внеплощадочных систем водоснабжения и канализации промышленных предприятий. Приказ №188./ Союзводоканалниипроект. – Г., 1984. – 79с.
16. Ковальчук В.А. Очистка стічних вод. – Рівне: ВАТ “Рівненська друкарня”, 2002. – 622с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
|
ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Факультет инженерной
экологии городов
Декан факультета
доц. Ткачев В.А.
Кафедра ВВ и ОВ
зав. кафедрой
проф. Душкин С.С.
РАСЧЕТНО-поЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
«Технология очистки сточных вод
от гексанорастворимых продуктов»
Исполнитель
Студент группы _________________________ ________________________
Подпись фамилия, имя, отчество
Руководитель _________________________ ________________________
Подпись фамилия, имя, отчество
Харьков, 200 г.
Харьковская государственная академия городского хозяйства
|
Кафедра __________________________________________________________
Дисциплина________________________________________________________
Специальность_____________________________________________________
Курс______________Группа_______________Семестр____________________
ЗАДАние
на курсовой проект (работу) студента
__________________________________________________________________
(фамилия, имя, отчество)
1. Тема проекта (работы)_____________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)__________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Исходные данные к проекту (работы)________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, которые подлежат разработке) _______________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)__________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6. Дата выдачи задания______________________________________________
Приложение 3
Исходные данные для расчета фильтров со стационарным узлом регенерации при очистке сточных вод
| Технологические параметры
|
Возможные варианты
|
Интервал варьирования
|
Количество вариантов
|
| Производительность фильтра, м3
|
до 25,0 |
5,0 |
5 |
| Производительность установки, м3
|
до 100,0 |
25,0 |
4 |
| Начальная концентрация нефтепродуктов, мг/л |
30-150 |
10,0 |
13 |
| Начальная концентра-ция взвешенных веществ, Св
|
40-100 |
10,0 |
7 |
| Фильтрующий материал |
пенополиуретан |
- |
1 |
| Высота фильтрующего слоя, м |
1-2 |
0,5 |
3 |
| Размер гранул загрузки, мм |
20-30 |
5,0 |
3 |
| Плотность загрузки, кг/м3
|
30-80 |
10,0 |
6 |
| Скорость фильтрования, м/ч |
10-25 |
5,0 |
5 |
Приложение 4
Исходные данные для расчета фильтров с передвижным узлом регенерации при очистке сточных вод
| Технологические параметры
|
Возможные варианты
|
Интервал варьирования
|
Количество вариантов
|
| Производительность фильтра, м3
|
300-500 |
60-100 |
5 |
| Производительность установки, м3
|
600-1000 |
120-200 |
5 |
| Начальная концентрация нефтепродуктов, мг/л |
30-150 |
10,0 |
13 |
| Начальная концентра-ция взвешенных веществ, Св.в.
|
40-100 |
10,0 |
7 |
| Фильтрующий материал |
пенополиуретан |
- |
1 |
| Высота фильтрующего слоя, м |
1-2 |
0,5 |
3 |
| Размер гранул загрузки, мм |
20-30 |
5,0 |
3 |
| Плотность загрузки, кг/м3
|
30-80 |
10,0 |
6 |
| Скорость фильтрования, м/ч |
10-25 |
5,0 |
5 |
Приложение 5
Скорость рабочего потока, мм/с, в зависимости от эффекта осветления
| Эффект осветления, % |
Длина тонкослойных элементов, м |
||
| 1,5 |
2 |
3 |
|
| 55 |
10 |
- |
- |
| 60 |
6,1 |
9 |
- |
| 65 |
4,2 |
6 |
8,5 |
| 70 |
2,9 |
4,3 |
6,0 |
| 75 |
2,0 |
3 |
4,3 |
| 80 |
1,4 |
2 |
3 |
| 85 |
0,9/8 |
1,2/10 |
1,8 |
| 90 |
0,5/4,3 |
0,65/6 |
1,9/6 |
| 95 |
0,2/2 |
0,2/3 |
0,2/4 |
Приложение 6
Скорость рабочего потока в зависимости от эффекта очистки поверхностного стока от нефтепродуктов
| Эффект осветления, % |
Длина тонкослойных элементов, м |
||
| 1,5 |
2 |
3 |
|
| 60 |
4,4 |
6,2 |
9,2 |
| 65 |
3,5 |
4,5 |
6,0 |
| 70 |
2,3 |
3,4 |
4,3 |
| 75 |
1,7/9,1 |
2,5/10,2 |
3,0 |
| 80 |
1,0/5,6 |
1,8/7,1 |
2,0/9,9 |
| 85 |
0,8/4,0 |
1,0/5,5 |
1,2/6,8 |
| 90 |
0,5/2,6 |
0,8/3,9 |
0,65/5,3 |
| 95 |
0,2/1,0 |
0,2/1,0 |
0,2/3,2 |
П р и м е ч а н и е.
В числителе приведены данные для дождевого стока, в знаменателе – для талого.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. Общие положения ...…………………………………………........……………4
2. Основные требования при оформлении расчетно-пояснительной записки и графической части проекта...……………………………......………………6
3. Организация и последовательность выполнения основной части проекта...9
4. Методика расчета сооружений предварительной очистки нефтесодержащих сточных вод ..………………………………..…………..10
4.1. Расчет решеток для очистки сточных вод...……………………………11
4.2. Расчет песколовок для очистки сточных вод ...…………..……………14
4.3. Расчет отстойников для очистки сточных вод......……………………..15
4.4. Расчет аккумулирующей емкости...……………..……………………...18
4.5. Расчет иловых площадок………………………………………………...22
5. Конструктивные особенности фильтров с полимерной загрузкой, выпускаемой промышленностью для очистки промышленных и поверхностных сточных вод ..…………………………………………...…..23
5.1. Фильтры со стационарным узлом регенерации
фильтрующей ППУ-загрузки...…………………………………………23
5.2. Фильтр с передвижным узлом регенерации
фильтрующей ППУ-загрузки...………………………………………....24
6. Теоретические основы процесса фильтрования нефтесодержащих сточных вод и исходные данные для применения метода фильтрования ...26
6.1. Исходные данные для определения типа фильтров ...…………………27
6.2. Расчетно-конструктивные параметры фильтров с пенополиуретановой загрузкой ...………………………………………28
7. Схемы очистки сточных вод с применением фильтров с полимерной загрузкой ...……………………………………………………………….……29
Список литературы..………………………………………………………….32
Приложение 1 …………………………………………………………………33
Приложение 2…………………………………………………………………34
Приложение 3…………………………………………………………………35
Приложение 4…………………………………………………………………36
Приложение 5…………………………………………………………………37
Приложение 6…………………………………………………………………37
Учебное пособие
Методические указания
для выполнения курсового проекта
«Технология очистки сточных вод от
гексанорастворимых продуктов»
(для студентов 4-5 курсов всех форм обучения)
Составитель ЛУКАШЕНКО Виктор Моисеевич
Редактор: Алябьев Н.З.
План 2003, поз.
Подп. к печати Формат 60´84 1/16
Бумага офисная. Печать на ризографе. Уч. – изд. лист 2,0
Тираж 100 экз. Зак. № Цена договорная
Сектор оперативной полиграфии при ИВЦ ХГАГХ
| |
61002, Харьков, ул. Революции, 12