Расчет вертикального отстойника

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод мелких грубодисперсных примесей ( < 0,1 мм) под действием силы тяжести [38].

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем. Осаждение происходит в восходящем потоке воды. Высота зоны осаждения 4-5 метров. Частицы движутся с водой вверх с определённой скоростью, а под действием силы тяжести – вниз. Поэтому различные частицы будут занимать различное положение в отстойнике. Эффективность осаждения вертикальных отстойников ниже на 10 – 20 %, чем в горизонтальных.

Находим критерий Архимеда Ar:

Ar = d_ч³*(ρ_тв - ρ_ж)*ρ_ж*g/μ², (3.1)

где d_ч – диаметр частиц (150 мкм = 15* м);

ρ_ж – плотность воды (1000 кг/м³);

ρ_тв – плотность взвешенных частиц (2711 кг/м³);

g – ускорение свободного падения;

μ - динамическая вязкость воды (0,001 Па*с);

Ar = (15* ³ * (2711 – 1000) * 1000 * 9.81 / = 0.057;

Рассчитываем скорость свободного осаждения ω_св, м/с (при Ar ≤ 36):

ω_св = d_ч² * (ρ_тв - ρ_ж) *g / 18μ; (3.2)

ω_св = (15* ² * (2711 – 1000) * 9,81 / = 0.00021 м/с;

Определяем скорости стесненного осаждения ω_ст, м/с (при ω_ст < ω_св):

ω_ст = ω_св* * , (3.3)

где Е – объемная доля жидкости в сточной воде (Е ≥ 0,7):

Е = 1- , (3.4)

где x- массовая доля взвешенных частиц;

ρ_тв – плотность взвешенных частиц (2711 кг/м³);

ρ_в - плотность сточной воды, кг/м³:

Е = 1- = 0.999;

ω_ст = 0,00021* * = 0,000209 м/с;

Площадь осаждения твердых частиц F, м²:

F = А* = А* , (3.5)

где А – коэффициент, характеризующий тип сгустителя (1,33);

x_cr – содержание твердых частиц в осадке сгустителя (0,4);

х_осв = х_кон / 100 = 0.00002

F = 1.33* = 33 м²;

Выбираем типовой одноярусный сгуститель с центральным приводом Ц-9.

Коэффициент запаса К_з равен:

К_з = *100%;

К_з = *100% = 45%;

Степень очистки равна:

α = * 100% = (443 - 20 / 443) * 100% = 95%

Технические характеристики вертикального отстойника представлены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1

Технические характеристики вертикального отстойника Ц-9

Размеры чана, мм:
диаметр
высота
Площадь осаждения, м2
Производительность (по твердому), т/сутки
Электродвигатель:
тип	АО-32-6
мощность, кВт	9.9

Расчет сорбционного фильтра

Начальная концентрация нефтепродуктов: С_н = 1.114 мг/л

Принимаем конечную концентрацию равную ВСС:

Вычислим поток загрязняющего вещества, :

, (4.1)

где Q – объемный расход сточных вод, ;

С - концентрация нефтепродуктов , ;

С - конечная концентрация, :

G =18.43 * (1.114 – 0.05) * 10^-3 = 0.0196 кг/ч

В качестве сорбента используем Пороласт – F.

Его сорбционная емкость Е = 80 .

Рассчитаем поток ионита, :

П = G/ E= 0.0196 / 80 = 0.000245 , (4.2)

Найдем рабочий объем сорбционного фильтра на 1 цикл сорбции:

V_p = П * = 0.000245 * 2 = 0.00049 м³ (4.3)

где - время сорбции (задаем = 2 ч.)

выбираем загрузку на одну неделю.

Тогда: (8 * 3 / 2) * 7 = 84 цикла.

Рабочий объем сорбционного фильтра: V_p = 0.00049 * 87 = 0.0412 м³

Рассчитаем геометрические размеры сорбционного фильтра

Примем отношение высоты к диаметру: Н/ D= 2/1

Тогда из формулы диаметр равен:

D = = = 0.297 ≈ 0.3 м (4.4)

Высота сорбционного фильтра:

Н = 2 * D= 2 * 0.3 = 0.6 м(4.5)

Найдем геометрическую высоту адсорбера, м:

Н_г = Н_р + 0.3 + 0.3 = 0.6 +0.3 + 0.3 = 1.2 м

Расчет адсорбера

1). Начальная концентрация ионов меди: С_н = 0.245 мг/л

Принимаем конечную концентрацию равную ВСС: С_к = 0.001 мг/л

2). Начальная концентрация ионов никеля: С_н = 0.0344 мг/л

Принимаем конечную концентрацию равную ВСС: С_к = 0.001 мг/л

3). Начальная концентрация ионов цинка: С_н = 0.353 мг/л

Принимаем конечную концентрацию равную ВСС: С_к = 0.1 мг/л

Рассчитаем рабочий объем адсорбера для каждого вида ионов металлов.

Вычислим поток загрязняющего вещества, :

,

где Q – объемный расход сточных вод, ;

С - концентрация нефтепродуктов после флотации, ;

С - конечная концентрация нефтепродуктов, :

1). Для меди:

G =18.43 * (0.245 – 0.001) * 10^-3 = 0.00376 кг/ч

В качестве сорбента применяем катионит КУ-23-Na. Его сорбционная емкость для меди Е = 100 кг/м³

Рассчитаем поток ионита, м³/ч:

П = G/ E= 0.00376 / 100 = 0.0000376

Найдем рабочий объем адсорбера:

V_p = П * = 0.0000376 * 16 = 0.0006 м³

где - время сорбции (задаем = 16 ч.)

2). Для никеля:

G =18.43 * (0.0344 – 0.001) * 10^-3 = 0.000616 кг/ч

В качестве сорбента применяем катионит КУ-23-Na. Его сорбционная емкость для никеля Е = 100 кг/м³

Рассчитаем поток ионита, м³/ч:

П = G/ E= 0.000616 / 100 = 0.00000616

Найдем рабочий объем адсорбера:

V_p = П * = 0.00000616 * 16 = 0.0000985 м³

где - время сорбции (задаем = 16 ч.)

3). Для цинка:

G =18.43 * (0.353 – 0.1) * 10^-3 = 0.00466 кг/ч

В качестве сорбента применяем катионит КУ-23-Na. Его сорбционная емкость для цинка Е = 80 кг/м³

Рассчитаем поток ионита, м³/ч:

П = G/ E= 0.00466 / 80 = 0.0000582

Найдем рабочий объем адсорбера:

V_p = П * = 0.0000582 * 16 = 0.00093 м³

где - время сорбции (задаем = 16 ч.)

Принимаем рабочий объем адсорбера на 1 цикл сорбции:

V_p = 0.00093 м³

Выбираем загрузку на 1 месяц.

Тогда: (8 * 3 / 16) * 30 = 45 циклов.

Рабочий объем сорбционного фильтра: V_p = 0.00093 * 45 = 0.418 м³

Рассчитаем геометрические размеры сорбционного адсорбера [39].

Примем отношение высоты к диаметру: Н/ D= 2/1

Тогда из формулы диаметр равен:

D = = = 0.64 ≈ 0.7 м

Высота сорбционного фильтра:

Н = 2 * D= 2 * 0.7 = 1.4 м

Найдем геометрическую высоту адсорбера, м:

Н_г = Н_р + 0.3 + 0.3 = 1.4 +0.3 + 0.3 = 2 м

Расчет аэротенка-модуля

1) Найдем ориентировочную продолжительность аэрации сточных вод и циркулирующего ила:

t_a = S₀ – S / α_аэр * (1 – А) * r, (6.1)

где S₀ - БПК_полн поступающей в аэротенк воды, 21 мгО₂/л;

S - БПК_полн очищенной воды, 3 мгО₂/л;

α_аэр – доза ила, принимаем 1.8 г/л;

А – зональность ила в долях единицы, принимаем 30%;

r – скорость окисления загрязнений, 18 мг БПК / г*ч.

t_a = 21 – 3 / 1.8 * (1 – 0.3) * 18 = 0.79 ч.

2) Определим степень рециркуляции активного ила в аэротенке:

R = (6.2)

где j – иловый индекс.

Для определения илового индекса найдем нагрузку на 1 г сухого вещества ила в сутки:

К_ил = 24 * (S₀ – S) / α_аэр * (1 – А) * t_a (6.3)

К_ил = 24 * (21 – 3) / 0.3 * (1 – 0.3) * 0.79 = 434.

При К_ил = 434, иловый индекс для городских сгонных вод j = 80 см³/г, тогда по формуле 6.2

R = = 0.14

3) Находим дозу ила, поступающего в регенератор из вторичного отстойника:

α_рег = (1 / 2 * R + 1) * α_аэр = (1/ 2 * 0.14 + 1) * 1.8 = 8.194 г/л (6.4)

4) Определим объем циркулирующего активного ила:

U = , (6.5)

U = = 0.567 м³.

5) Установим БПК_полн сточных вод с иловой смесью в аэротенке:

S_см = , (6.6)

S_см = = 23.284 мгО₂/л.

6) Определим продолжительность пребывания сточных вод собственно в аэротенке:

t'_a = , (6.7)

t'_a = = 1.66 ч.

7) Продолжительность окисления снятых загрязнений найдем по формуле:

t₀ = S₀ – S / R* α_рег * (1 – А) * r, (6.8)

t₀ = 21 – 3 / 0.14 * 8.194 * (1 – 0.3) * 18 = 1.25 ч.

8) Находим объем собственного аэротенка:

V_a = t'_a * (Q + U), (6.9)

V_a = 1.66 * (18.43 + 0.567) = 31 м².

Выбираем аэротенк-модуль подходящий по рассчитанному рабочему объему с запасом по объему на 20% .