Біохімічне очищення стічних вод
Фізико-хімічні та технологічні особливості біологічного методу очищення стічних вод коксохімічного виробництва. Розробка проекту очисної установки: матеріальний, технологічний, механічний та гідравлічний розрахунки аеротенку та вторинного відстійника.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 04.04.2012 |
| Размер файла | 205,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Тоді за формулою (1.9) Gпр = 56 + 2400 + 32 + 1,6 + 48 + 2,8 = 2540,4кг/годин
Gвиб = GкБСК + GкХСК + Gкфен + Gкрод+ц + Gкам + Gкол+м +Gмул (1.10)
Gмул = (GнБСК - GкБСК) + (GнХСК - GкХСК) + (Gнам - Gкам)
(Gнфен - Gкфен) + (Gнрод+ц - Gкрод+ц)(Gнол+м - Gкол+м) (1.11)
Так за формулою (1.11.)
Gмул = (56 - 1,2)+(2400 - 160) + (48 - 5,6) + (32 - 4,8) + (1,6 - 0,24) + (2,8
- 0,4) = 2368,16кг/годин
Тоді за (1.10)
Gвиб = 1,2 + 160 + 4,8 + 0,24 + 5,6 + 0,4 + 2368,16 = 2540,4кг/годин
тобто рівняння (1.8) додержується.
Отримані розрахункові дані матеріального балансу аеротенку зведені в таблицю 1.8
Таблиця 1.8
Матеріальний баланс аеротенку (за домішками)
|
Прибуток |
кг/годин |
% |
Видаток |
кг/годин |
% |
|
|
GнБСК GнХСК Gнфен Gнрод+ц Gнам Gнол+м Gпр |
56 2400 32 1,6 48 2,8 2540,4 |
2,21 94,47 1,26 0,06 1,89 0,11 100 |
GкБСК GкХСК Gкфен Gкрод+ц Gкам Gкол+м Gмул Gвиб |
1,2 160 4,8 0,24 5,6 0,4 2368,16 2540,4 |
0,05 6,3 0,19 0,01 0,22 0,01 93,22 100 |
Розрахунок матеріального балансу аеротенку за домішками розроблений на ЕОМ наведений у додатку.
1.5.2 Матеріальний баланс вторинного відстійнику
Рівняння матеріального балансу вторинного відстійника
Gпр = Gвиб, (1.12)
де Gпр - кількість речовин, що надходять зі стічними водами, кг/м3.
Gвиб - кількість видалених речовин, кг/м3.
Gпр = Gст.в + Gмул (1.13)
де Gст.в. - кількість стічної води, що надходить до відстійнику, кг/годин;
Перераховуємо об'ємні витрати стічної води у масові за формулою:
Gст.в = Q . В (1.14)
де В = 1030 кг/м3 - густина стічної води на даному виробництві (см. таблицю 1.3).
Так за формулою (1.14)
Gст.в = 80 . 1030 = 82 400 кг/годин.
Далі визначаємо кількість осаду, що не був вловлений у стічній воді, де Ск = 5 мг/л, або Ск = 5 г/м3.
G'осад = Q . Ск (1.15)
G'осад = 80 . 5 = 400 гр/годин = 0.4 кг/годин.
де G'осад - кількість осаду, що не був вловлений, кг/годин
Звідси кількість очишеної стічної води дорівнює:
Gочищ.в = Gст.в + G'осад (1.16)
де Gочищ.в - кількість очищеної стічної води, кг/годин;
Gочищ.в = 82 400 + 0,4 = 82 400,4 кг/годин
Тобто кількість вловленого осаду складає:
Gосад = Gмул - G'осад (1.17)
де Gосад - кількість осаду, що надходить, кг/годин;
Gосад = 2368,16 - 0,4 = 2367,76 кг/годин.
Кількість видалених речовин дорівнює:
Gвиб = Gочищ.в +Gосад (1.18)
За формулою (1.13)
Gпр = 82400 + 2368,16 = 84768,16кг,
а за рівнянням (1.18)
Gвиб = 82400,4 + 2367,76 = 84768,16 кг,
тобто рівняння (1.12) додержується.
Отримані розрахункові дані матеріального балансу вторинного відстійнику занесені в таблицю 1.9
Таблиця 1.9
Матеріальний баланс вторинного відстійнику
|
Прибуток |
кг/годин |
% |
Видаток |
кг/годин |
% |
|
|
Gст.в Gмул Gпр |
82400 2368,16 84768,16 |
99,65 0,35 100 |
Gочищ.в: - Gст.в - G'осад Gосад Gвиб |
82400,4 82400 0,4 2367,76 84768,16 |
99,66 99,6595 5 . 10-4 0,34 100 |
біологічний стічний коксохімічний аеротенк
2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1 Обґрунтування прийнятої конструкції аеротенку
Аеротенк являє собою апарат з постійним притоком стічної води, у всій товщі якої розвиваються аеробні мікроорганізми, що споживають субстрат, тобто «забруднення» цієї стічної води.
Процес біохімічного очищення стічних вод від органічних речовин в аеротенках складається з таких етапів: адсорбція і коагуляція активним мулом зважених і колоїдних часток, окислювання мікроорганізмами розчинених та адсорбованих мулом органічних сполук, нітрифікація і регенерація активного мулу. Надлишковий активний мул видаляється із спорудження [8].
Аеротенки можуть бути класифіковані по гідродинамічному режиму їхньої роботи: 1) аеротенки ідеального витиснення; 2) аеротенки ідеального змішання; 3) аеротенки проміжного типу.
Звичайні аеротенки являють собою відкриті проточні басейни переважно прямокутної форми, обладнані пристроями для забезпечення примусової аерації. Такі басейни бувають дво-, три- та чотирикоридорного типу. Глибина аеротенків не менш 3м. Концентрація забруднень у стічних водах, що надходять, повинна бути не більш 1200мг/л по БСКповн.
У процесі очищення стічної води в звичайному аеротенку спостерігається різка нерівномірність споживання кисню. У місці введення стічної рідини в аеротенк витрата кисню в 3 рази більше, ніж при виході. Необхідність у нерівномірній подачі повітря зв'язана зі значними технічними труднощями.
Зміни швидкості споживання кисню під час очищення стічної води мають поступовий характер. Спочатку, протягом визначеного часу швидкість майже не змінюється, при цьому руйнуються органічні речовини, які легко окислюються, ті що мають найбільшу швидкість окислювання - в послідовності за попередніми, що й визначає інтенсивність окислювання. Органічні речовини, що знаходяться в розчиненому стані, окислюються швидше адсорбуємих активним мулом. Потім швидкість різко знижується, що відповідає початку нітрифікації та окислювання органічних речовин, що знаходяться в мулі. При цьому швидкість окислювання забруднень побутових вод в три рази нижче, ніж в першій фазі, але вона залишається постійною.
Кількість кисню, використаного на окислювання органічних речовин стічних вод, не залежить від інтенсивності аерації. Вона пропорційна висоті аеруємого шару рідині і дефіциту кисню. При найбільш сприятливих умовах подачі повітря через пористі пластинки ця величина досягає 8 - 10%.
Кількість кисню в суміші «стічна вода - активний мул», згідно з експериментальними даними, повинна підтримуватися на рівні 2 мг/л. Якщо розчиненого кисню стає менше 1,5мг/л, процес очищення порушується. Вмісту розчиненого кисню в рідині, що очищується, надаєтся велике значення. Через зміну складу стічних вод у наслідок надходження в них отрутних для мулу сполук, недостатній об'єм вторинних відстійників, джерела загнивання починаються усередині споруджень [5].
Органічні речовини стічної рідини, що надходять до аеротенків, розподіляються між мулом і рідкою фазою у мулі 58-90, у рідині -- 42-10%.
Кисень, що надходить з повітрям в аеротенк, в основному витрачається на окислювання органічних речовин стічної води та у невеликій кількості споживається активним мулом. Витрата кисню на 1 л активного мулу складає 14-36 мг/годин. Гідродинамічний режим роботи аеротенків впливає на умови культивування мікроорганізмів, а отже, на ефективність і економічність біологічного очищення стічних вод.
Схема аеротенків ідеального витиснення й ідеального змішання представлена на рис. 2.1.
Размещено на http://www.allbest.ru/
а б
Рис. 2.1 - Схема аеротенків
а - ідеального витиснення; б - ідеального змішання
Конструкції аеротенків можуть бути різними і залежать від системи аерації, способу розподілу потоків стічних вод і зворотного мулу і т.д. Є також конструкції аеротенків, з'єднаних з відстійниками і фільтрами, з регенерацією активного мулу і без неї.
Існує також класифікація аеротенків по величині навантаження на активний мул - високонавантажені (аеротенки на неповне очищення), звичайні і низьконавантажені (аеротенки продовженої аерації).
Існую такі види аеротенків як, аеротенкі-змішувачі (повного змішання) являють собою спорудження, у яких порції стічної води, що надходить, практично миттєво перемішуються з усією масою рідини й активного мулу. Закономірності процесу біологічного очищення стічних вод в аеротенках-змішувачах істотно відрізняються від процесів, що протікають в аеротенках-витиснювачах [9].
Якщо в аеротенку-витиснювачі бактерії проходять практично повний цикл свого розвитку, то в аеротенках-змішувачах бактерії підтримуються в такій фазі розвитку, що забезпечує максимальну швидкість споживання субстрату. В аеротенку-змішувачі мікроорганізми постійно знаходяться в стадії «молодості», звичайно у фазі експонентного росту.
Швидке змішання стічної води, що надходить, із всією масою води й активного мулу дозволяє рівномірно розподілити органічні забруднення і розчинений кисень і забезпечити роботу аеротенку при постійних умовах і високих навантаженнях. Розведення стічної води, що надходить, практично очищеною водою в аеротенку дозволяє очищати сильно забруднені стічні води без попереднього розведення.
Істотним недоліком аеротенков-змішувачів є більш висока в порівнянні з аеротенками-витиснювачами залишкова концентрація домішок в очищеній воді. Це обумовлено необхідністю підтримки деякої мінімальної концентрації субстрату у воді аеротенку для збереження фізіологічної активності мікроорганізмів.
Запропонована велика кількість конструкцій аеротенків-змішувачів з окремими вторинними відстійниками чи зблокованих з відстійниками (аеротенк-відтстійник).
Інтенсивна поперечна циркуляція суміші під дією аерації забезпечує створення умов в аеротенку, близьких до умов повного змішання.
У багатьох країнах набули застосування аеротенки-відстійники, що розрізняються по типу аерації, по напрямку руху стічної води (установки з центрально розташованою чи периферичною зоною аерації).
Недоліком аеротенків-відстійників є нерівномірний розподіл активного мулу по довжині щілини унаслідок великої її довжини. Цей недолік є дуже важливим, тому що нерівномірний розподіл впливає на якість очищення - істотно знижує ступінь очищення. При використанні аеротенків такого типу необхідно застосовувати багатоступінчасту систему споруд.
Достоїнство аеротенків-відстійників -- компактність і відсутність необхідності перекачування зворотного мулу.
Аеротенки проміжного типу -- це спорудження, що з'єднанують елементи аеротенків-витиснювачів і аеротенков-змішувачів. До цього типу відносяться: каскад аеротенків-змішувачів і аеротенк із розосередженою подачею стічної води при зосередженій подачі активного мулу.
Каскад аеротенків-змішувачів (2-3 аеротенку і більше) забезпечує не тільки високу інтенсивність процесу, але і дозволяє одержати велику глибину очищення. Однак застосування каскаду ускладнює схему і збільшує об'єм споруджень. Також це збільшує вартість обладнання, що є негативним наслідком [9].
В аеротенках з розосередженою подачею стічної води (при зосередженій подачі активного мулу) концентрація біомаси на вході дорівнює її вмісту в зворотному мулі і поступово зменшується з наближенням до виходу зі спорудження. На відміну від аеротенку-витиснювачу дефіцит кисню наприкінці спорудження звичайно більше, ніж на початку, і залишковий вміст забруднюючих воду речовин підвищений. Для одержання більш глибокого очищення стічна вода може бути подана нерівномірно по довжині аеротенку. Промислова перевірка даного аеротенку показала, що БСК очищеної стічної води знаходиться в межах 10-15 мг/л при БСК вихідної води 200-250 мг/л.
Аеротенки з розосередженою подачею стічної води мають наступні переваги: підвищену концентрацію біомаси в початковій частині аеротенка, що дозволяє зменшити тривалість лагфази; рівномірність подачі повітря по довжині аеротенку; зменшення токсичності стічних вод внаслідок їхнього розведення.
Для збільшення концентрації розчиненого кисню у воді, яка очищується, і ступеня використання кисню повітря запропоновано очищати стічні води у вертикальних колонних апаратах або в напірних аеротенках, що працюють під тиском до 0,4 МПа (приблизно 4кгс/с м2) [8].
Незважаючи на високу ефективність, ці апарати поки не одержали промислового застосування.
Для ліквідації дефіциту кисню в даний час запропоновано робити аерування води киснем замість повітря.
Аеротенки ідеального витиснення одержали саме широке поширення для очищення стічних вод у всіх галузях промисловості та для обробки міських стічних вод.
Особливість роботи аеротенків-витиснювачів обумовлена тим, що у початковій стадії процесу в аеротенку спостерігається максимальна кількість субстрату і дефіцит кисню, а в кінцевій стадії процесу очищення мікроорганізми знаходяться в середовищі, що має надлишкову кількість кисню при практично повній відсутності субстрату.
Крім того, слід зазначити, що концентрація біомаси по довжині аеротенку змінюється дуже мало (збільшується на 3-5%) [11].
Розвиток мікроорганізмів у культиваторах ідеального витиснення (аеротенках-витиснювачах) відбувається у відповідності викладеними вище закономірностями.
Розвиток мікроорганізмів в аеротенках-витиснювачах у нестерильних умовах носить складний характер. Незважаючи на наявність протоки, вона відбувається за законами, установленим для мікроорганізмів, культивуємих періодично в стерильних умовах. Динаміка популяції і зміна фаз росту регулюється тут, як і в природі, зміною умов навколишнього середовища, взаємодією мікроорганізмів в екосистемі і поруч з іншими факторами.
Слід також зазначити, що вміст у стічних водах різноманітних живильних речовин і розвиток в аеротенках безлічі видів мікроорганізмів по складним законам перетворюють будь-які аеротенки у багатоступінчаті системи багатоступінчатість аеротенків сильно утруднює керування ними в зв'язку з необхідністю створення різних умов для оптимального розвитку організмів на кожному ступені, тобто по довжині аеротенків.
Нерівномірне споживання кисню по довжині аеротенку обумовлює доцільність надання його відповідно до споживання в кожній фазі розвитку мікроорганізмів. Наприклад, при біологічному очищенні стічних вод, що містять біологічно легкоокислюємі речовини (наприклад, вуглеводи), 10 - 15% повітря доцільно спрямувати в зону аеротенку, що відповідає лагфазі розвитку мікроорганізмів, 50-60% повітря -- у зону, що відповідає експонентній фазі, і 25-40% -- у зону, що відповідає максимальній стаціонарній фазі.
Аеротенки-витиснювачі являють собою довгі коридорні спорудження, обладнані аераційною системою. Застосовуються аеротенки, що складаються з чотирьох коридорів, без регенератора чи з вбудованим регенератором активного мулу. Схема чотрикоридорного аеротенку представлена на рис. 2.2.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 2.2.- Схема чотирикоридорного аеротенку ідеального виміщення
Для очищення стічних вод коксохімічного заводу прийнята двоступінчата система біологічного очищення, тому що у воді присутні феноли і роданіди, які окислюються різними видами мікроорганізмів.
Багато дослідників рекомендують концентровані стічні води очищати в два етапи. Зниження БСК на першому ступені виконується як в анаеробних, так і в аеробних умовах. При окислюванні в аеробних умовах в аеротенках кожного ступеня розвивається активний мул, найбільш пристосований до умов середовища на цьому ступені (рН, харчуванню, аерації і т.д.). Аеротенк першого ступіня звичайно одержує значно більше навантаження, ніж другий, і зниження БСК на першому ступені складає 60-70%, а іноді і більш від БСКполп стічної води, що очищується, На кожному ступені аеротенків влаштовується регенератор активного мулу [6].
Особливо доцільне двоступінчате очищення в тих випадках, коли стічні води містять багато різних легко- і важкоруйнівних речовин. При одноступінчатому очищенні разом з надлишковим мулом видаляються мікроорганізми, що викликають розпад сполук, що містяться в стічних водах у малих концентраціях. При двоступінчатому очищенні на першому ступені розщеплюються сполуки, що легко окисляються, а на другий -- накопичуються мікроорганізми, що окисляють важкоруйнівні речовини, які містяться в стічних водах у невеликих концентраціях.
Для запобігання осадження активного мулу в аеротенку мінімальні донні швидкості води повинні бути в межах 15 - 30 м/с [7].
З усіх вище зазначених видів аеротенків вибираємо аеротенк-витиснювач відкритого типу, тому що він має ряд переваг, а саме: високий ступінь очищення стічних вод від органічних забруднень завдяки стадійності очищення, низький ступінь домішок у очищеній стічній воді. Такий тип аеротенку є економічним у використанні, також його застосування є доцільним для очищення стічних вод коксохімічного виробництва, так як досягається високоякісне очищення від фенолів та інших органічних речовин і шкідливих домішок, які знаходяться у стічних водах..
2.1.1 Пневматична система аерації.
Велике значення в конструкції аеротенків має система аерації. Застосовуються аеротенки з пневматичною, пневмомеханічною, механічною і ежекційною системами аерації.
Аераційні системи призначені для подачі і розподілу кисню або повітря в ае еротенку, а також підтримки активного мулу в зваженому стані. Пневматичні аератори підрозділяють на типи в залежності від розміру одержуваних пузирів: дрібнопузирчасті (d=1-4мм), средньопузирчасті (d=5-10мм) і крупнопузирчасті (d>10мм). До дрібнопузирчастих відносяться, наприклад, аератори форсунчастого та ударного типу, а також керамічні, тканеві та пластикові аератори; до средньопузирчастих -- перфоровані труби, щілинні та інші пристрої; до крупнопузирчастих-- відкриті труби, сопла і т.п.
При масовому спливанні пузирів у воді розрізняють наступні гідродинамічні режими: барботажний, барботажно-струмний, струминної та рухливої піни. Дослідження показали, що дрібнопузирчасті аератори працюють у барботажному режимі, а средньопузирчасті - у барботажно-струмному. За кордоном поширені, поряд з фільтросними плитами, дискові пористі діфузори, пористі труби та інш.
2.1.2 Зміни, внесені до конструкції аеротенку
Критеріями оцінки ефективності аераторів є їхня продуктивність за киснем та питомі витрати енергії на розчинення кисню. В аеротенках-витиснювачах були застосовані мілкопористі аератори -- фільтросні пластини. Стиснене повітря надавалося до каналу, що розташований по всій довжині дна аеротенку. Цей канал перекривався фільтросами. Фільтроси розміщалися на дні аеротенку з двох сторін по всьому дну. Середній розмір пір фільтросів складав 100 мкм. Витрати енергії Qб = 1,15 кВт.годин на 1кг вилучених домішок (по БСК). Основним недоліком дрібнопористих аераторів є їхнє засмічення пилом, що надходить з повітрям. Вміст пилу в повітрі не повинен перевищувати 0,05мг/м3. Перерви в аерації приводять до фільтрування рідини через пористі аератори і забиванню їхніми частками активного мулу. Також при застосуванні такого типу аерації вищі витрати енергії у порівнянні з середньопористими аераторами.
Для збільшення коефіцієнта використання повітря у проекті пропонується удосконалення - застосування средньопористих низьконапірних аераторів типу «Інка». Ці аератори являють собою насадки на повітродувних трубках, що розташовані рівномірно вздовж всього аеротенку, аератори занурені у воду на глибину 2м. Насадки типу «Інка» мають пори діаметром 5мм, що дозволяє отримувати пухірці середнього розміру діаметром до 10мм. Застосування цих аераторів дозволяє використовувати низьконапірні вентилятори. При використанні цих аераторів витрати електроенергії складають 0,5кВт.годин на 1кг розчиненого кисню. При повному біологічному очищенні для видалення 1 кг домішки (по БСК) витрати електроенергії Qпр = 1кВт.годин. Застосування насадок типу «Інка» призводить до 15% економії електроенергії у порівнянні з мілкопористими фільтросними пластинами.
Запропоновані низьконапірні аератори дозволяють збільшити час перебування пухирців у воді, а також підвищують коефіцієнт масопередачі за рахунок так званих кінцевих ефектів, що виникають у момент утворення і коалесценції пухирців. При використанні насадок типу «Інка» збільшується ступінь аерації, зменшується гідравлічний опір системи, відповідно зменшується витрата повітря, що призводить до зменшення енергетичних затрат та затрат за статтею сировина та матеріали.
2.2 Технологічний розрахунок аеротенку
Вихідні дані:
БСКн відстояної стічної води, L = 0,7 кг/м3;
БСКк очищеної стічної води, L = 0,015 кг/м3;
Середньорічна температура стічних вод 303 К;
Прибуток стічних вод Q = 80/3600 = 0,022 м3/с.
Час аерації стічної води в аеротенку:
де - час аерації, с;
L - БСКн відстояної стічної води, кг/м3;
L - БСКк очищеної стічної води, кг/м3;
аер - доза мулу для стічних вод, кг/м3, приймаємо = 1,8 кг/м3 [13];
- швидкість окислювання, мг/м годин, = 3,268 кг/м годин [13];
S - зольність мулу в частках одиниць, приймаємо для аеротенків на повну ступінь очищення 0,3 [13];
Частка циркулюючого мулу зазначується виходячи з прийнятої дози мулу (аер=1,8кг/м3) та концентрація зворотного мулу (звор = 4,0кг/м3) [13].
Таким чином, частка циркулюючого мулу від розрахункового видатку стічних вод
Робочий об'єм аеротенку складає
W = Q (2.3)
де W - робочий об'єм аеротенку, м3;
Q - середньосекундний прибуток стічних вод за період аерації,
Q=80/3600=0,022 м3/с.
W = 0,022 . 598752 = 13305,6 м3.
Приймаємо стандартну кількість секції аеротенку n = 4, тоді об'єм однієї секції
Приймаємо аеротенк чотирикоридорного типу А-4-4, 5-4,4 з шириною коридору 4,5м та робочою глибиною 4,4м. Тоді довжина секції складатиме
Витрати повітря в аеротенку складають
де D - витрати повітря, м3/м3;
Z - питомі витрати кисню БСКповн, кг/кг; приймаються для повного очищення 1,1кг/кг
K1 - коефіцієнт, який ураховує тип аеротенку, приймаємо в залежності від відношення площі аеріруємої зони до площі аеротенку (f/F), за табл. 2.4. [13] ;
K2 - коефіцієнт, що залежить від глибини занурення аератору h, приймаємо за табл.2.5. [13]. Для даного розрахунку K2 = 2,69;
n1 - коефіцієнт, що ураховує температуру стічних вод, знаходиться за формулою:
n1 = 1 + 0,02 (tср - 20) = 1 + 0,02 (30 - 20) =1,2 (2.7)
де tср - середньомісячна температура стічної води за літній період, для нашого розрахунку tср = 30 0С;
n2 - коефіцієнт, що ураховує відношення швидкості переносу кисню в муловій суміші до швидкості переносу його в чистій воді, приймається для виробничих стічних вод - за експериментальними даними, при їх відсутності допускається приймати n2 = 0,71;
Ср - розчинність кисню повітря у воді, знаходимо за формулою:
Ср = Ст 10-6 (10,3 + Н/2)/ 2 = 7,63 10-6 (10,3 + 4,4/2)/2 = 47,68 10-6 кг/м3
Ст - розчинність кисню повітря, у залежності від температури та тиску, приймаємо за табл. 2.7. [13], Ст = 7,63 кг/м3; С - середня концентрація кисню в аеротенку, приймаємо рівною 0,002 кг/м3.
Розрахуємо відношення f/F, де f - площа аеруємої зони, F - площа аеротенку
F = BL = 4,5.42 = 189 м2(2.9)
Площа аеруємої зони - це площа, яку займають аеротенки. Фільтросні пластини розміром 0,3 х 0,3 м укладаються в три ряди вздовж довгої сторони аеротенку. Таким чином, площа аеруємої зони в одному коридорі (три фільтросні пластини по 0,3 м та два проміжки між ними також 0,3 м)
f = 0,3.5.42 = 63 м2 (2.10)
Тоді f/F = 63/189 = 0,33, приймаємо K1 = 1,91.
Всі коефіцієнти знайдені, можемо розрахувати за (2.6) витрати повітря
Знайдемо інтенсивність аерації
І = DН/ = 3,78 . 4,4/598752 = 2,78 . 10-5 м3/м2 с (2.11)
Так як розрахована величина аерації менше ніж мінімальна прийнята при К2 = 2,68, Імин = 0,914 10-4 м3/м2 з [13], тоді витрати повітря D збільшуємо:
D = І /Н = (0,914 10-4 . 598752)/4,4 = 12,4 м3/м3. (2.12)
Приріст мулу в аеротенку:
Пр = 0,8 в + 0,3 L = 0,8 . 0,149 + 0,3 . 0,7 = 0,329 кг/м3 (2.13)
де в - концентрація завислих речовин у стічній воді, яка надається до аеротенку в=0,149 [13].
2.3 Гідравлічний розрахунок аеротенку
При розрахунку повітродувного господарства аеротенку визначають:
загальну кількість повітря, що надається до аеротенку, V, м3/с;
необхідний тиск, який повинні створювати повітродувки, Па;
діаметр повітродувок, d, м.
За продуктивністю та вимогаємим тиском підбираються тип та кількість повітродувок.
Припустимо, що витрати повітря, яке надається до аеротенку, складають 7,67 м3/с. необхідний тиск зазначується за формулою:
НВ = h + hф + hдл + hм (2.14)
де h = 39240 Па - тиск стовпу води в аеротенку вишиною 4,4м.;
h ф = 6867 Па - втрати напору у фільтросних пластинах з запасом на збільшення під час експлуатації;
hдл - втрати напору по довжині повітродувов від повітодувки до найбільш віддаленого стояку до фільтросів, Па;
hм - втирати напору на місцеві опори в повітроводах, Па.
Розрахунок повітроходів виконуємо виходячи з найбільш економічно вигідної швидкості руху повітря:
Приймаємо швидкість руху повітря в загальному трубопроводі V=10м/с;
Швидкість руху повітря в повітропідводячому стояку V = 4 м/с.
Для розрахунку повітродувів використані таблиці питомих витрат напору у вентиляційних трубопроводах при температурі повітря 293 К та нормальному атмосферному тиску [7].
Таким чином, витрати напору по довжині повітродувів можуть бути визначені за формулою, Па:
hдл = i . l . Lр . Lт (2.15.)
де i - втрата напору на одиницю довжини повітроходу, Па, при температурі 293 К та нормальному атмосферному тиску находимо за табл. 5.3. [12];
l - довжина повтродуву, м;
Lр, Lт - уточнюючі коефіцієнти на зміну відповідно тиску та температури повітря.
hдл1-2 = 171,24 . 22 . 1,37 . 0,98 = 229,91
hдл2-3 = 140,28 . 22 . 1,37 . 0,98 = 189,34
hдл3-4 = 171,24 . 22 . 1,37 . 0,98 = 13,43
Витрати напору на місцеві опори визначуються за формулою, Па:
hм = . (V2/2) . (2.16.)
де - коефіцієнт, що залежить від виду опору [12];
V - швидкість повітря;
- щільність повітря, кг/м3, = 1,293кг/м3.
hм1-2 = (0,08 + 0,1 + 0,08).(12,242/2).1,293 = 30,02
hм2-3 = (1,5 + 1,0).(9,662/2).1,293 = 161,87
hм3-4 = (0,3 + 0,1).(5,02/2).1,293 = 230,64
Результати гідравлічного розрахунку зведений у таблицю 2.1.
Таблиця 2.1
Результати розрахунку повітродувів
|
Номер дільниці в точці |
Довжина дільниці, l, м |
Витрати повітря, Q, м3/з |
Діаметр трубопро-водів, м |
Швид-кість, V, м/с |
Втрата напору на одиницю довжини, Па/м |
Розрахун. напір р= =р0 +НВ, Па |
Lр |
Lт |
hдл = il LрLт |
Вид місцевого опору |
Коеф. місцевого опору, |
Густина повітря, кг/м3 |
hм = (V2/2) |
|
|
1-2 2-3 3-4 Всього |
22 22 6 50 |
0,64 0,32 0,2 7,67 |
0,25 0,2 0,20 - |
12,24 9,66 5,0 - |
171,24 140,28 10,00 - |
1,45 1,45 1,45 - |
1,37 1,37 1,37 - |
0,98 0,98 0,98 - |
229,91 189,34 13,43 432,68 |
Перехід Прохід Перехід Трійник закритий Вихід з труби Коліно Засувка- |
0,08 0,1 0,08 1,5 1,0 0,3 0,1 - |
1,65 1,65 1,65 - |
30,02 161,87 38,75 230,64 |
Тоді необхідний тиск дорівнює (2.14.):
НВ = 39240 + 6867 + 230,64 + 432,68 = 46770,32 Па
Повний тиск повітря:
Р = Р0 + НВ = 0,1013 + 0,04677032 = 0,148 МПа, (2.17.)
Рис. 2.3- Схема повітродувів
Повітродувки обираємо за каталогом (табл. 2.1.) [12], виходячи із загального напору НВ = 46770,32 Па та розрахункових витрат повітря, рівних 7,67 м3/с. Приймаємо до встановлення 4 робочих та 1 резервну повітродувку марки ТВ-80-1,6.
Коротка характеристика повітродувки:
продуктивність - 1,67 м3/с;
напір - 58860 Па;
тиск - 0,163 Мпа;
потужність 132 кВт
тип електродвигуна А3-315-52.
2.4 Вибір, обґрунтування та технологічний розрахунок вторинного відстійнику
2.4.1 Обґрунтування вибору конструкції вторинного відстійнику
Існує декілька видів відстійників: горизонтальні, вертикальні, радіальні, пластинчаті, трубчаті та інш.
Горизонтальні відстійники являють собою прямокутні резервуари, які мають два або більше одночасно працюючих відділеннь (рис.2.4.а). Вода рухається з одного кінцю відстійника до іншого. Глибина відстійників дорівнює H=1,5--4 м, довжина 8--12 Н, а ширина коридору 3-6 м. Рівномірний розподіл стічної, води утворюється за допомогою поперечного лотку. Горизонтальні відстійники рекомендується застосовувати при витратах стічних вод вище 10000 м3/сут. Ефективність відстоювання досягає 85% [8].
У відстійнику кожна частка рухається з потоком води зі швидкістю v та під дією сили тяжіння вниз wос. Таким чином, швидкість перемішуванин кожної частки буде являти собою рівнодіючу цих двох швидклстей. У відстійнику встигнуть осісти тільки ті частки, траєкторія яких перетинає дно відстійника в межах його довжини. Горизонтальну швидкість руху води у відстійнику приймають не більше 0,01 м/с. Тривалість відстоювання - 1-3 годин.
Схема вертикального відстійника однією з конструкцій надана на рис. 2.4,б. Відстійник являє собою циліндричний (або прямокутний у плані) резервуар з конічним днищем. Стічну воду підводять до центральної труби. Після надання у відстійник вода рухається знизу вгору до жолобу. Для кращого Ії розподілу та запобігання утворення шламу трубу виробляють з розтрубом та розподільчим щитом.
Рис. 2.4.- Типи відстійників
а - горизонтальний: 1 - вхідний лоток; 2 - відстійна камера; 3 - вихідний лоток; 4 - приямок; б - вертикальний: 1 - циліндрична частина; 2 - центральна труба; 3 - жолоб; 4 - конічна частина; в - радіальний: 1 - корпус; 2 - жолоб; 3 - розподільчий пристрій; 4 - заспокійлива камера; 5 - скребковий механізм; г - трубчатий; д - з наклонними пластинами: 1 - корпус; 2 - пластини; 3 - шламоприймач.
Таким чином, осадження відбувається у восходящему потоці, швидкість якого дорівнює 0,5--0,6 м/с. Висота зони осадження -- 4-5м. Кожна частка рухається з водою вгору зі швидкістю v та під дією сили тяжіння вниз wос. Тому різні частки будуть займати різне положення у відстійнику. При woc>v будуть швидко осідати, при woc<v вноситься вгору. Ефективність осадження вертикальних відстійників нижче на 10--20%, ніж у горизонтальних.
Радіальні відстійники являють собою круглі у плані резервуари (рис.2.4, в). Вода у них рухається від центру до периферії. При цьому мінімальна швидкість відбувається на периферії. Такі відстійники застосовують при витратах стічних вод вище 20000 м3/сут. Глибина проточної частини відстійника 1,5--5 м, а відношення діаметру до глибини від 6 до 30. Використовують відстійники діаметром 16--60 м. Ефективність осадження їх складає 60%.
Підвищити ефективність відстоювання можна шляхом збільшення швидкості осадження, збільшив розміри часток коагуляцією та флокуляцією або зменшив в'язкість стічної води шляхом нагрівання. Крім того, можно збільшити площу відстоювання та проводити процес осадження в тонкому шарі рідини. У останньому випадку використовують трубчаті та пластинчаті відстійники. При не великій глибині відстоювання процес протікає за короткий час (4--10 хв), що дозволяє зменшити розміри відстійників.
Робочими елементами трубчатих відстійників є трубки діаметром 25-50мм та довжиною 0,6-1 м. Трубки можна встановлювати с малим (до 5°) та більшим (45--60°) нахилом. Трубчатий відстійник с невеликим наклоном (рис. 2.4.г) працює періодично [8].
Спочатку проводять відстоювання, потім промивання трубок від осаду. Для успішного проведення процесу необхідно рівномірний розподіл води по трубкам та ламінарний режим руху. Такі відстійники використовують для освітлення стічних вод с невеликим вмістом завислих часток при витратах 100 - 1000 м3/доб. Гідравлічне навантаження у відстійниках 6-10м3/годин на 1м2 вхідного перетину трубок. Ефективність очищення 70-75%. У трубчатих відстійниках с великим нахилом вода проходить знизу до гори, а осад безперервно сповзає по дну трубок у шламовий простір. Безперервне видалення осаду виключає необхідність промивання трубок. Відстійники цього типу можуть бути виготовлені з пластмасових блоків, які встановлюються у корпусах звичайних відстійників. Гідравлічне навантаження відстійників з більшим нахилом труб від 2,4 до 7,2 м3/год на 1м2 вхідного перетину труб.
Пластинчасті відстійники мають у корпусі ряд паралельно встановлених нахилених пластин (рис.2.4.д). Вода рухається між пластинами, а осад сповзає вниз, в шламоприймач. Можуть бути прямотічні відстійники, у яких напрям руху води та осаду співпадають; протиточні -- вода та осад рухаються на зустріч один одному; перехресні, де вода рухається перпендикулярно руху осаду. Найбільш розповсюджені протиточні відстійник.
Два вище зазначених види відстійників хоча й мають високий ступінь очищення, однак економічно не є вигідними в даному проекті, т.я. мають невелику потужність.
В проекті використаний оптимальний варіант для заданої продуктивності та враховуючи особливості складу стічних вод коксохімічного виробництва - це горизонтальний вторинний відстійник відкритого типу. Використання такого типу відстійника є найбільш ефективним та економічно вигідним виходячи з умов очищення стічних вод у коксохімічному виробництві.
2.4.2 Технологічний розрахунок вторинного відстійнику
Розрахуємо витрати стічної води [11]:
де q1 - витрати стічної води, м3/с;
Приймаємо вторинний відстійник з чотирьох відділень: n = 4, тоді
q = q1/n (2.19)
q = 0,022/4 = 0,0056 м3/с
Потрібний ефект освітлення води визначаємо за формулою:
де сп та ск - початкова та кінцева концентрації завислих речовин, гр/м3, відповідно сп = 281,42 гр/м3, ск = 0,4 гр/м3;
- ступінь освітлення;
Таким чином приймаємо швидкість руху часток Vcр = 5мм/с, та час відстоювання складає = 7200 сек, при 20 0С [11]. Розміри проточної частини відстійника Н1 = 4м, ширина 5м [5].
Визначимо глибину протоку на відрізку l1 за формулою:
де h0 - розмір водозлива, мм.
Приймаємо h0 = 0,25 м та = 300
Рис.2.5.- Розрахункова схема горизонтального відстійнику
Середня швидкість потоку V1,
а відрізку l1 повинна бути вище ніж Vср. Визначимо значення V1 за формулою:
Визначимо довжину ділянки l1, на якій висота активного шару у відстійнику дорівнює розрахункової довжини Н1 = 4м.
При цьому Vср = 10,12 мм/с, тоді к = 0,169 [5], а гідравлічна крупність часток складає U0 = 0,75 мм/с. Тривалість руху рідини на довжині шляху l1 дорвнює:
За цей час частка пройде шлях, який дорівнює:
При Vср = 5 мм/с = 0,01 мм/с [26], тоді:
Останню частину глибини відстійника частки пройдуть за час:
За цей час частки будуть переміщуватися горизонтально на відстань, яка дорівнює:
l3 = t2 . Vср (2.27)
l3 = 4341,96 . 0,005 = 21,71 м
Загальна довжина відстійнику повинна скаладати:
L = l0 + l1 + l2 + l3 + l4 (2.28)
L = 0,7 + 14,81 + 21,71 + 6,93 + 0,5 = 44,65 м.
Ширина відділень відстійника дорівнює:
Приймаємо стандартне значення ширини відділень відстійника 2м [11].
Маса вловленого осаду за добу складає:
Осад, що випадає, обчислюємо за формулою:
де w - волгий осад % мас
- густина осаду, т/м3.
Для накопичення осаду з початку споруди проектується бункер у вигляді перевернутої перетинутої піраміди, верхня основа якої має розміри 4 х 2,5м, та нижня основа 1 х 0,5м, висота 2м [5].
2.5 Гідравлічний розрахунок вторинного відстійнику
Визначимо втрату напору на ребро водозлива за формулою:
де H1 - втрата напору на ребро водозлива, м
gB - витрати води, м3/сек;
m - коефіцієнт затрат, що дорівнює m = 0,42 [5].
L - довжина водозливу відстійника, м; L = 50м.
Визначимо втрату напору при переході через щитову щілину розміром 450 х 600 мм.
де - коефіцієнт місцевого опору, = 1,0 [14].
V - швидкість потоку при переході через щитову щілину, м/с.
V= gB/w, де w - площа переходу, м2, w = 0,45 . 0,6 = 0,27 м2.
В цьому разі V= 0,0253/0,27 = 0,0937 м/с. Тоді:
Втрата напору на вході у трубу диаметром 500мм визначаємо за формулою:
де - коефіцієнт місцевого опору, = 0,5 [14].
V - швидкість потоку води в трубопроводі, м/с.
V= gB/0,785d2, де d - диаметр трубопроводу, м2, w = 0,5м.
Швидкість дорівнює: V= 0,0253/0,785 . 0,52 = 0,129 м/с. Тоді:
Втрата напору при переході через колено 900 в трубі диаметром 500мм визначаємо за формулою:
де - коефіцієнт місцевого опору, = 0,3 [14].
Тоді:
Втрата напору по довжині трубопроводу диаметром 500мм визначаємо за формулою:
h4 = l . I (2.36)
де l - довжина трубопроводу, м
I - одинична втрата на тертя, яка дорівнює:
де n - коефіцієнт тертя, n = 0,0137 [14].
R - гідравлічний радіус, R = 0,5/4 = 0,125 м.
Тоді одинична втрата за формулою (2.36) дорівнює:
Розрахуємо за (2.36) втрату напору по довжині трубопроводу:
h4 = 11 . 5,07 . 10-5 = 2,57 . 10-4м
Визначимо витрату напору на тертя по довжині відстійника:
h5 = l . I (2.38)
де l - довжина відстійнику, м
I - одинична втрата на тертя, яка дорівнює:
n - коефіцієнт тертя, n = 0,0137 [14].
R - гідравлічний радіус, який розраховується за формулою:
Визначимо величину одиничних втрат (2.37) для даного випадку:
Тоді втрата напору на тертя по довжині відстійника складатиме:
h5 = 44,65 . 6 . 10-9 = 28,2 . 10-8м
Загальна втрата напору у відстійнику складає:
H = h1 + H1 + h2 + h3 + h4 + h5 (2.39)
H = 0,0045 + 0,00408 + 0,00042 + 0,00025 + 5,57 . 10-4 + 28,2 . 10-8 =
0,0098 м.
2.6 Механічний розрахунок вторинного відстійника
Механічний розрахунок зоснований на розрахунку навантаження, гідростатичного тиску води та тиску гранта на стінку відстійнику.
Гідростатичний тиск визначаємо за формулою [15]:
g = H1 . 1,1 . 12,4 (2.40)
де 1,1 та 12,4 - коефіцієнти перерахунку у кПа.
g = 4 . 1,1 . 12,4 = 54,56 кПа;
Для побудови епюри розіб'ємо стінку відстійнику на рівну кількість ділянок, висоту кожної частини приймаємо 0,3м, тоді:
gw1 = 0,3 . 1,1 . 12,4 = 4,1 кПа;
gw2 = 0,6 . 1,1 . 12,4 = 8,2 кПа;
gw3 = 0,9 . 1,1 . 12,4 = 12,3 кПа;
gw4 = 1,2 . 1,1 . 12,4 = 16,4 кПа;
gw5 = 1,5 . 1,1 . 12,4 = 20,5 кПа;
gw6 = 1,8 . 1,1 . 12,4 = 24,6 кПа;
gw7 = 2,1 . 1,1 . 12,4 = 28,6 кПа;
gw8 = 2,4 . 1,1 . 12,4 = 32,7 кПа;
gw9 = 2,7 . 1,1 . 12,4 = 36,8 кПа;
gw10 = 3,0 . 1,1 . 12,4 = 40,9 кПа;
gw11 = 3,3 . 1,1 . 12,4 = 45,0 кПа;
gw12 = 3,6 . 1,1 . 12,4 = 49,1 кПа;
gw13 = 0,3 . 1,1 . 12,4 = 54,56 кПа;
Інтенсивність тиску грунту вгорі стінки апарату gВ = 4,0кПа;
Інтенсивність тиску грунту знизу стінки відстійника визначимо за формулою:
gH = f . гр (Hw + h0) а (2.41)
де f - коефіцієнт надійності за навантаженням при обвалюванні;
h0 - висота завантаження, кПа/м;
гр - коефіцієнт грунту, гр = 18 [15]
а - коефіцієнт тиску грунту, який залежить від вуглу внутрішнього тертя
h0 = gп/гр (2.42)
h0 = 10/18 = 0,56м.
де gп - корисне навантаження на поверхню грунту gп = 10 кПа.
а визначимо за формулою:
а = tg2 (450 - . 0,5) (2.43)
а = tg2 (0,45 - 0,5 . 30) = 0,33.
Тоді інтенсивність тиску на грунт знизу відстійнику дорівнює:
gH = 1,3 . 18 (4,0 + 0,56) 0,33 = 35,21 кПа.
На рис. 2.6. надано епюру розподілу навантаження на стінку відстійника.
Рис. 2.6 - Епюра розподілу навантажень на стінки відстійника
Виходячи з розрахунку навантаження на стінку відстійника вибираємо матеріал його стінок, клас бетону на міцності на сжимання В2П, марки за морозостійкістю - F200, за водопроникливістю - Wb, корисне навантаження на поверхню ґрунту 10 кПа.
2.7 Вибір та обґрунтування прийнятого технологічного обладнання
Враховуючи зроблені розрахунки, специфічний склад та умови очищення стічних вод коксохімічних виробництв робимо вибір основного та допоміжного обладнання.
Обираємо чотирикоридорний аеротенк витиснювач з довжиною 42 м, шириною 4,5м та робочою глибиною 4,4 м. Аеротенки дуже витянуті. На міжкоридорній перегородці змонтовані лотки, які перекриті аераторами.
Вони використовуються для середньопузирчастого аерування мулової суміші. Повітря надається з виробничого корпусу по трубопроводу діаметром 400мм від нагнічувачів типу ТВ-80-1.4. Змонтовані чотири агрегату на двох стадіях очищення.
Подобные документы
Екологічні проблеми забруднення стічних вод. Вимоги до складу та властивостей стічних вод, які скидаються у міську каналізацію. Суть і сфери застосування технології біологічного очищення води. Обробка стічних хлором та речовинами, що його вміщують.
курсовая работа [113,9 K], добавлен 16.03.2011Яблучна сировина, яка використовується для отримання кальвадосів. Біологічна схема та технологічний процес виробництва кальвадосу. Розрахунок ректифікаційної установки, в якій відбувається очищення і дистиляція етанолу. Економічні розрахунки проекту.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 21.07.2015Фізико-хімічні основи процесу очищення води методом озонування. Технологічна схема очищення з обґрунтуванням вибору основного обладнання. Принцип дії апаратів, їх розрахунок. Екологічне та економічне обґрунтування впровадження нового устаткування.
дипломная работа [635,2 K], добавлен 10.04.2014Характеристика умов випуску стічної води. Оцінка концентрацій забруднень в стоках. Визначення необхідного ступеня очистки за завислими і органічними речовинами. Розрахунок споруд для механічного, біологічного очищення та дезінфекції каналізаційних вод.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.10.2010Розробка високотехнологічного та економічного виробництва рафінованої вибіленої олії. Теоретичні основи процесу адсорбційного очищення. Нормативна документація на сировину, матеріали, готову продукцію та корисні відходи. Розрахунок теплових балансів.
дипломная работа [195,6 K], добавлен 15.12.2015Виробництво високоякісних олій. Селективне очищення нафтопродуктів. Критична температура розчинення рафінаду отриманого при очищенні сировини у фенолі. Виробництво бітуму та нафтового коксу, парафинів, мастил та озокерито-церезинової продукції.
контрольная работа [908,0 K], добавлен 14.05.2009Основні параметри процесу очищення конденсату парової турбіни. Опис принципової електричної схеми імпульсної сигналізації. Визначення особливостей проекту згідно галузевих стандартів. Обґрунтування розміщення засобів автоматизації на щиті і пульті.
курсовая работа [489,7 K], добавлен 26.12.2014Характеристика та вимоги до якості продукції каустичної соди. Характеристика сировини, матеріалів та напівпродуктів. Порівняння технологічних схем виробництва каустичної соди. Впровадження природоохоронних технологій. Технологій очищення каустичної соди.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.12.2013Техніко-економічне обґрунтування методу виробництва та вибору сировини. Стадії технологічного процесу, фізико-хімічні основи і норми режиму виготовлення ячмінного солоду. Стандартизація і контроль якості, розрахунок обладнання і техніка безпеки.
дипломная работа [215,9 K], добавлен 16.07.2011Структура і технологічна схема коксохімічного виробництва. Вибір вугільної шихти та розрахунок матеріального балансу. Схема підготовки вугільної шихти до коксування. Матеріальний і тепловий баланс газозбірника. Розрахунок необхідної кількості печей.
курсовая работа [683,9 K], добавлен 06.01.2013
