Очистка сточных вод машиностроительного завода

Для очистных сооружениях машиностроительного  предприятия более пригодны вертикальные смесители, так как процесс растворения происходит в них значительно полнее. Это объясняется тем, что крупные частицы находятся в нижней части вертикального смесителя, где под воздействием повышенных скоростей они быстрее растворяются [5].

 

3.6.2. Расчет смесителя

 

Расчет смесителя для III потока

Производительность  III потока (хромсодержащие сточные воды)         м³/сут = 156,25 м³/ч, продолжительность пребывания сточной воды в смесителе мин.

Принимаем смеситель круглой формы в  плане с углом конусности конической части и скоростью восходящего потока в цилиндрической части смесителя м/ч.

Определяем  площадь поперечного сечения  цилиндрической части смесителя  и ее диаметр по формулам:

   , (3.24)

. (3.25)

м²,

м.

Диаметр входного отверстия смесителя принимаем  равным диаметру подводящего трубопровода , который назначаем исходя из скорости движения сточной жидкости м/с, при м/с мм.

Рассчитываем  высоту конической части смесителя  при угле конусности и ее объем :

, (3.26)

. (3.27)

м,

м³.

Определяем  полный объем смесителя:

. (3.28)

 м³.

Находим объем цилиндрической части смесителя  и ее высоту по формулам:

, (3.29)

. (3.30)

 м³,

 м.

Общая высота смесителя:

. (3.31)

м.

Сбор  воды производится в верхней части  смесителя периферийным лотком через  затопленные отверстия при скорости движения воды через отверстия       м/с.

Определяем  число отверстий  при диаметре отверстия мм:

, (3.32)

где и – площади соответственно всех и одного отверстий, м².

 шт.

Расстояния  между отверстиями (по осям) рассчитываем по формуле:

.  (3.33)

м.

Скорость  движения воды в периферийном лотке  м/с, а уклон дна лотка [6].

 

Расчет смесителя для II и III потоков

Производительность II и III потоков м³/сут = 312,5 м³/ч, продолжительность пребывания сточной воды в смесителе мин.

Принимаем смеситель круглой формы в  плане с углом конусности конической части  и скоростью восходящего потока в цилиндрической части смесителя м/ч.

Определяем  площадь поперечного сечения  цилиндрической части смесителя  и ее диаметр по формулам (3.24) и (3.25):

м²,

м.

Диаметр входного отверстия смесителя принимаем  равным диаметру подводящего трубопровода , который назначаем исходя из скорости движения сточной жидкости м/с, при м/с мм.

Рассчитываем  высоту конической части смесителя  при угле конусности и ее объем по формулам (3.26) и (3.27):

м,

м³.

Определяем  полный объем смесителя по формуле (3.28): 

м³.

Находим объем цилиндрической части смесителя  и ее высоту по формулам (3.29) и (3.30):

 м³,

 м.

Общую высоту смесителя рассчитываем: 

м.

Сбор  воды производится в верхней части  смесителя периферийным лотком через  затопленные отверстия при скорости движения воды через отверстия       м/с.

Определяем  число отверстий  при диаметре отверстия мм по формуле (3.32):

 шт.

Расстояния  между отверстиями (по осям) рассчитываем по формуле (3.33): 

м.

Скорость  движения воды в периферийном лотке  м/с, а уклон дна лотка .

 

3.7. Реактор

 

3.7.1. Описание процесса

 

Хромосодержащая сточная вода поступает в камеру реакций, которая представляет прямоугольный в плане железобетонный резервуар, где происходит процесс восстановления [8].

Метод восстановления получил широкое применение для  очистки сточных вод от солей  хромовой кислоты. В этом случае Cr⁶⁺ восстанавливают до Cr³⁺    который затем выделяют в виде Сr(ОН)₃ .

В настоящее  время для восстановления соединений Cr⁶⁺ применяют соответствующие сульфаты или газообразный сероводород. При взаимодействии с сульфатом натрия протекает следующая реакция:

.  

Кинетика  реакции в сильной степени  зависит от рН реакционной среды. Реакция восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺ протекает с удовлетворительной скоростью в сильно кислой среде при рН <3. При рН < 2 Cr⁶⁺ полностью восстанавливается за 10 минут.

С целью  выделения  в виде осадка сточные воды нейтрализуют до рН = 8-9,5 [5].

3.7.2. Расчет реактора  вихревого типа

 

Производительность  III потока (хромсодержащие сточные воды)         м³/сут = 156,25 м³/ч = 0,0434 м³/с.

Угол  конусности днища в пределах 30-45º [3].

Скорость  входа воды в камеру принимаем  равной 0,7 м/с, а скорость восходящего  потока в прямоугольном сечении  камеры – 4-5 мм/с.

Продолжительность пребывания воды в камере при коагулировании воды:  6-10 мин.

Диаметр подводящего трубопровода принимаем  равным 900 мм                       ( м/с). К этому трубопроводу присоединяются трубопроводы диаметром 600 мм ( м/с), уложенные по дну камеры по продольной ее оси.

Общую площадь  щелевидных прорезей при скорости выхода из них воды        ( м/с) определяем по формуле:

. (3.34)

м².

Щели располагаем в 2 ряда по обе стороны от вертикальной оси сечения трубы. Если принять по прорезей с каждой стороны трубы, то площадь одной щели будет:

. (3.35)

 м².

Приняв  длину 0,5 м, получим ширину ее 6,2 мм.

Необходимую рабочую площадь камеры в плане  находим по скорости восходящего  потока воды мм/с:

. (3.36)

 м².

Принимаем ширину одной стороны камеры м, тогда длину рассчитываем по формуле:

. (3.37)

 м.

Высота  части поперечного сечения камеры с наклонными стенками при угле конусности и при ширине камеры по дну м будет:

. (3.38)

м.

Объем этой части камеры рассчитываем по формуле:

. (3.39)

 м³.

Общий объем  камеры, исходя из десятиминутной продолжительности  пребывания воды ( мин) находим по формуле:

. (3.40)

 м³.

Определяем  необходимый объем верхней части  камеры с вертикальными стенками:

. (3.41)

 м³.

Рассчитываем  высоту верхней части камеры (до уровня сборных отверстий в желобах):

. (3.42)

м.

Общую рабочую  высоту камеры определяем по формуле:

. (3.43)

м.

 

3.7.3. Расчет реагентного  хозяйства

 

При взаимодействии Cr⁶⁺  с сульфатом натрия протекает следующая реакция:

.  

г/м³.

Используем 128,14 г сульфата натрия на 1 м³ обрабатываемой воды.

 

С целью  выделения  в виде осадка сточные воды нейтрализуют до рН = 8-9,5 известковым молоком. Протекает реакция:

 . 

г/м³.

 г/м³.

Используем 75 г известкового молока на 1 м³ обрабатываемой воды.

 

3.8. Осветлитель

 

3.8.1. Описание процесса

 

Процессы  осветления и обесцвечивания протекают  более эффективно при пропуске обрабатываемой воды, смешанной с коагулянтом, через  слой ранее образовавшегося осадка (контактной среды), находящегося во взвешенном состоянии.

При коагуляции протекает процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов — хлопьев и отделением их от жидкой среды. Различают два типа коагуляции: коагуляция в свободном объеме (в камерах хлопьеобразования) и контактная коагуляция (в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка). Коагулирование примесей воды при ее осветлении и обесцвечивании производят в целях интенсификации процессов осаждения и фильтрования, при этом из воды можно выделить не только диспергированные примеси, но и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии.

Из растворных баков растворы коагулянтов перекачивают в расходные баки, а оттуда дозируют в обрабатываемую воду с помощью дозаторов различных конструкций. Коагулянты вводят в обрабатываемую сточную воду обычно в виде 1 — 10 %-ных растворов.

Коагулянты  смешивают с обрабатываемой сточной  водой в смесителях, продолжительность пребывания воды в которых составляет 1—2 мин.

В качестве коагулянтов используют соли алюминия или железа. При введении в обрабатываемую воду сернокислого алюминия происходит диссоциация его молекул:

. 

Доза  коагулянта принимается в зависимости  от содержания взвешенных веществ от 25 до 125 мг/л.

Обрабатываемая  в осветлителях сточная вода проходит снизу вверх через слой ранее выделившегося шлама с такой скоростью, при котором взвешенные частицы не уносятся из зоны взвешенного осадка. При движении сточной воды через взвешенный слой увеличивается эффект задержания мелких суспензированных частиц. Осветлители проектируются круглыми (диаметр до 15 м) или прямоугольными в плане, площадь осветлителя не должна превышать 150 м².

Для обеспечения  нормальной работы осветлителя сточную воду после смешения с коагулянтами направляют в воздухоотделитель, где она освобождается от пузырьков воздуха, выделяющихся в результате реакций.

Избыток шлама, накапливающегося в осветлителе, перетекает под действием разности плотностей осветленной воды и взвешенного слоя в осадкоуплотнитель (осветлители с естественным отсосом шлама) либо отсасывается вследствие разностей уровней отбора воды из рабочей камеры и уплотнителя (осветлитель с принудительным отсосом избытка шлама). Осветлители второй конструкции работают эффективнее. Во всех современных российских конструкциях осветлителей используется принудительный отсос осадка из взвешенного слоя [7].

 

3.8.2. Расчет осветлителя коридорного типа

 

Производительность  II и III потоков м³/сут = 312,5 м³/ч, начальная концентрация взвешенных веществ мг/л, концентрация взвешенных веществ после осветления мг/л.

Определяем  количество сточных вод, выходящих  из осветлителя:

, (3.44)

где – концентрация взвешенных веществ в шламе осадкоуплотнителя после уплотнения в течение времени между продувками осветлителя (не менее       3-6 ч), г/м³.

Величина  в зависимости от начальной концентрации загрязнений и времени уплотнения осадка определяется по таблице 3 (см. приложение). При г/м³ и ч величина г/м³.

 г/м³.

Определяем  площадь осветлителей:

, (3.45)

где и – соответственно площадь зоны осветления и осадкоуплотнителя, м²;

 – расчетная скорость восходящего потока сточной воды в зоне осветления, м/ч (см. приложение табл. 3);

 – коэффициент подсоса осветленной воды в осадкоуплотнитель;

 – коэффициент распределения воды между зоной осветления воды и осадкоуплотнителем (см. приложение табл. 3).

м².

Площадь одного осветлителя не должна превышать 100—150 м², принимаем один осветлитель (в том числе площадь зоны осветления м², а площадь осадкоуплотнителя м²).

Ширина  каждого коридора осветлителя м, а ширина осадкоуплотнителя м. Длину коридоров принимаем равной 10 м. Высота слоя , где имеет место превышение расчетной скорости восходящего потока, обычно равна 0,5—1 м; рекомендуемая высота слоя взвешенного осадка м; высота зоны осветления м.

Принимаем м; м и м. Тогда общую высоту осветлителя определяем по формуле:

_. (3.46)

м.

Площадь осадкоприемных окон в одном  осветлителе:

, (3.47)

где – скорость движения сточной воды с осадком в осадкоприемных окнах (обычно принимается 36-54 м/ч).

м².

Высота окон м. Тогда общая их длина с каждой стороны осадкоуплотнителя:

. (3.48)

м.

Устраиваем  с каждой стороны осадкоуплотнителя  по горизонтали 10 окон для приема избыточного осадка размером каждое м. Нижняя кромка осадкоприемных окон располагается на высоте м выше перехода стенок осветлителя из наклонных в вертикальные. Принимаем м.

По конструктивным размерам объем  зоны уплотнения одного осветлителя равен м³.

Проверим  соответствие конструктивного объема зоны уплотнения условию:

. (3.49)

,

м³.

Условие соблюдается, следовательно, осветлитель  подобран             правильно [6].

 

3.9. Горизонтальный отстойник

 

3.9.1. Описание горизонтального  отстойника

 

Отстойник применяют для удаления из сточных вод нерастворенных примесей путем их осаждения в его проточной части за счет сил тяжести. Он представляет собой прямоугольный в плане резервуар с двумя полупогруженными перегородками в начале сооружения и в конце. Они, в свою очередь, предотвращают унос всплывающих веществ с очищенной водой и равномерное распределение воды в сооружении. Отстойник обычно изготовляют из железобетона с бетонной подложкой. Остальные детали из металла.