Водоснабжение и водоотведение комбинатов по производству шелковых тканей

 

• Расчет скорого напорного фильтра

Для задержания хлопьев  гидроокиси, образовавшихся после окисления  железа озоном, и взвешенных веществ  применяем скорый напорный фильтр с кварцевой загрузкой.

Определяем площадь  напорного фильтра по формуле:

, м²,

где	Qсут-	производительность фильтра, м3/сут, равное 550 м3/сут;
	Т-	продолжительность работы станции в течение суток, Т=24ч;
	Vрн-	расчетная скорость фильтрования, Vрн=10 м/ч;
	n-	число промывок фильтра  за сутки, n=2;
	и -	интенсивность, л/сек∙м2, и продолжительность первоночального взрыхления фильтрующей части загрузки, =8 л/сек∙м2, =0,017часа;
	и -	интенсивность, л/сек∙м2, и продолжительность водовоздушной промывки, =4 л/сек∙м2, =0,083часа;
	и -	интенсивность, л/сек∙м2, и продолжительность отмывки, =8 л/сек∙м2, =0,034часа;
	-	продолжительность простоя  фильтра из-за промывки, ч, .

При заданной полезной производительности установки с напорными фильтрами Q_сут=550 м³/сут или Q_час=22,9 м³/час.

 м²

Количество напорных фильтров при площади одного фильтра  =

= и d= 1м должно быть N=F:f=2,4/0,79=3,04≈3.

Принимаем 3 рабочих фильтра и 1 резервный.

Расчет  распределительной системы

Напорный фильтр( вертикальный) имеет диаметр D=1м. Площадь песчаной загрузки фильтра f=0,79 м² (в плане). Интенсивность промывки =8 л/сек∙м².

Общий расход воды на промывку на один фильтр q_пр=0,79∙8=6,32 л/с=0,006 м³/с.

Диаметр стального коллектора распределительной системы напорного  фильтра при скорости входа в  него промывной воды V_кол=1,19 м/с будет d_кол=80 мм (рекомендуемая скорость 1÷1,2 м/сек).

С каждой стороны коллектора размещается по 7 ответвлений в  виде горизонтальных стальных труб наружным диаметром 30 мм, привариваемых к коллектору под прямым углом на расстояние 1:7=0,15м ( между осями труб).

На ответвлениях укрепляются фарфоровые щелевые дренажные колпачки ВТИ-5. Необходимая суммарная площадь щелей в дренажных колпачках должна быть 0,8-1,0% рабочей площади фильтра, т.е.

Площадь щелей на каждом колпачке ВТИ-5 составит f_щ=192 мм²=0,000192 м².

Общее количество колпачков  на ответвлениях распределительной  системы:

.

Так как фильтр имеет  в плане круглое сечение, то ответвления  будут разной длины, а именно 0,14; 0,34; 0,42; 0,45.

Суммарная длина всех ответвлений распределительной системы фильтра составит:

L=(0,14+0,34+0,42)+0,45∙2=4,5м.

Среднее расстояние между  дренажными колпачками:

.

На наиболее длинных  ответвлениях( в центре фильтра) устанавливается по 4 колпачка, а на наиболее коротких - по 1 колпачку.

Количество колпачков  на 1м² фильтра составляет 33:0,79≈42 (рекомендуется не менее 35-40).

Количество промывной воды, приходящейся на один колпачок:

.

Скорость прохода промывной воды через щели колпачка:

.

Расход промывной воды, приходящейся на наиболее длинное ответвление с числом колпачков n=4.

.

При допустимой скорости V=1,8÷2 м/сек диаметр ответвления  будет 30 мм, что отвечает скорости V_д.отв=1,45 м/с.

Сопротивление в щелях дренажных  колпачков распределительной системы круглого в плане фильтра, состоящей из центрального коллектора и боковых распределительных труб неровной длины, определяется по формуле:

, м

где	Vм-	скорость движения воды в щелях колпачка, равная 0,94м/с;
	-	коэффициент расхода, равный 0,5.

м.

м.

Режим промывки напорных фильтров следующий: взрыхление загрузки( с интенсивностью 6-8 л/сек∙м²) 1 мин; водовоздушная промывка (4 л/сек∙м²) 5 мин; отмывка водой (8 л/сек∙м²) 2 мин.

Отвод промывной воды с напорного фильтра производится при помощи водосборной воронки, диаметр воронки D_в=(0,2÷0,25) D_ф. Принимаем D_в=200мм.

 

Определение потерь напора при промывке фильтра

Потери напора складываются из следующих величин:

• потери напора в дренажных колпачках h_к=6,27м;
• потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы:

при q=0,006 м³/сек=6л/с, d=80мм, V=1,19м/с, гидравлический уклон i=0,00818.

Тогда при общей длине трубопровода l=20м.

.

• потери напора на образование скорости во всасывающем и напорном трубопроводе насоса для подачи промывной воды

При одном центробежном насосе К 160-50-160, который подает 6 л/с  воды, скорость в патрубках 50мм составит V=3,06м/с.

.

• потери напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре

 

7. Расчет адсорбера

Для очистки воды от нефтепродуктов с концентрацией 0,5 мг/л, фенолов с концентрацией 0,05 мг/л и ПАВ с концентрацией 0,5 мг/л до ПДК для нефтепродуктов 0,05 мг/л, фенолов – 0,001 мг/л и ПАВ до 0,01 мг/л применяем фильтры, загрузкой которых является активированный уголь, - адсорберы.

Применяем активированный уголь марки АГ-3 с насыпной плотностью 450 кг/м³. Продолжительность пребывания воды в адсорбере должна быть 20-40 минут.

Скорость фильтрования -10-15 м/ч [1; прил.4].

Расход угля на очистку воды от нефтепродуктов составит:

G_у =

,кг/сут

где       с_исх – начальная концентрация нефтепродуктов, мг/л;

             с_кон - конечная концентрация нефтепродуктов, мг/л;

а –сорбционная емкость  угля по нефтепродуктам, мг/л.

G_{у н/пр} =

=37,5 кг/сут;

Аналогично определяем расход угля, необходимый для очистки  от фенолов:

G_{у фен} =

=183 кг/сут.

Расход угля для очистки  от ПАВ :

G_{у ПАВ} =

=178 кг/сут.

Общий расход угля на очистку воды составит:

 кг/сут.

Объем угля, необходимый на очистку  воды при его плотности р=450 кг/м³, будет равным:

V = G_у /р = 398,5 / 450 = 0,9 м³.

Принимая высоту адсорбера h = 1,8 м, диаметр составит D =1,2 м, V_ад=2,03м³.

Согласно [9] для необходимой  степени очистки воды V_ф=10÷15 м/ч, а время прохождения воды через адсорбер 20-40 мин.

Скорость фильтрования:

v = 2H /t = 2∙1,8 /20 = 10,8 м/ч,

где       Н – высота фильтрования, м;

t – продолжительность фильтрования, мин.

Время через которое  необходимо производить регенерацию  адсорбера определяем по формуле:

сут.

Через 5.1 суток регенирируем адсорбер. Принимаем 4 адсорбера (1 резервный и 2 рабочих, 1 на регенирацию).

  Расчет распределительной системы

Подача воды осуществляется сверху вниз через перфорированную  трубу спиралевидной формы, диаметром 20 мм, диаметр отверстий 5 мм.

Для равномерного смачивания поверхности загрузки, предупреждения разрушения зерен необходимо обеспечить ламинарный режим подачи воды в адсорбционную установку.

Площадь отверстий в  распределительной системе принимаем 20% от площади фильтра, т.е.

,

Принимаем диаметр одного отверстия 7 мм, тогда площадь одного отверстия f₁=3,85*10^-5 м².

Скорость истечения  жидкости из отверстия

Критерий Рейнольдса

Режим истечения жидкости из отверстий ламинарный.

Расчетная скорость подачи воды в адсорбер обеспечит равномерное распределение жидкости по поверхности адсорбера.

 

Подбор  насоса для подачи воды в адсорбер

Напор насоса определяется по формуле:

,

где        H_ад – высота на которую необходимо поднять воду, м, H_ад =2,2 м;

–сумма потерь на всасывающем  и напорном трубопроводе, =2,5м;

 h_изл – свободный напор при изливе, h_вс,н =1м;

При необходимом напоре 5,7 м и расходу 22,9 м³/ч принимаем два центробежных насоса (один резервный) марки К 65-50-160 производительностью 25 м³/ч и напором 32 м.

Применяем термическую регенерацию древесного угля в печи.

 

• Расчет Na- катионитового фильтра

Для умягчения воды с  общей жесткостью 8 мг-экв/л на производственные нужды( конечное полоскание шелковых тканей после отбельного цеха) до ПДК 1,5 мг-экв/л принимаем Na- катионитовый фильтр с одной ступенью.

Расчет одноступенчатой Na- катионитовой установки ведется на полезную производительность, так как для собственных нужд используется осветленная, но не умягченная вода.

Определим число фильтроциклов  в сутки:

,

где	Т-	продолжительность работы катионитовой установки в течение  суток, ч, Т=24ч;
	t-	продолжительность операций, сопровождающих регенерацию фильтра, ч, t=1,5 ч.
	t1-	полезная продолжительность  одного фильтроцикла, ч, t=10÷20 ч.

Основной характеристикой катионитовых материалов является полная обменная способность Е_полн, выраженная в г-экв/м³.

Для сульфоугля при крупности зерен 0,3÷0,8 мм Е_полн=550 г-экв/м³.

Рабочая обменная способность Na- катионита:

, г-экв/м³

где-	-	коэффициент эффективности  регенерации, учитывающий неполноту  регенерации катионита. При удельном расходе соли на регенерацию Dс=200 г/г-экв, =0,81;
	-	коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по Cа2+ и Mg2+ вследствие частичного задержания катионов Na+;
	-	удельный расход воды на отмывку катионита 1м3 на 1м3 катионита, =4 м3/ м3;
	-	общая жесткость исходной воды, г-экв/м3.

Так как в исходной воде содержится 52 мг/л Na⁺, то при пересчете на мг-экв/л величина концентрации Na⁺ будет:

,

а отношение  , следовательно =0,67 [6].

Таким образом:

г-экв/м³.

Необходимый объем сульфоугля определим по формуле:

,

Высоту катионитовой загрузки принимаем h_к=2м. Допустимая расчетная скорость фильтрования через фильтр должна быть в пределах V_расч=10÷15 м/ч в зависимости от жесткости воды.

Скорость фильтрования определяем по формуле:

где	d80-	80% калибр катионитовой  загрузки, d80=0,8÷1,2мм;
	Жу-	допустимая жесткость  умягченной воды, Жу=1,5 мг-экв/л;
	Тм-	продолжительность межрегенерационного периода, ,
	-	продолжительность взрыхления, =0,25ч;
	-	продолжительность регенерации, =0,42ч;
	-	продолжительность отмывки, =0,83ч.