Очистка нефтесодержащих сточных вод

принимаем    ωср = 0,7 м/с;

= 0,0397  м;

Принимаем  диаметра трубопровода  В = 0,04 м = 40 мм

 

3.1.2. Определение живого  сечения трубопровода.

Определение живого сечения трубопровода Fc, м2:

Fc = Q/ ωср;

 Fc = 0,000868/ 0,7 = 0,000124 м2.

3.1.3. Определение числа  прозоров решетки.

Определение числа прозоров решетки n:

n ≈

,

где  ωпр – скорость движения воды в прозорах, м/с, принимаем  ωпр =0,7 м/с);

h=B  (обычно глубину воды h перед решеткой принимают равной диаметру трубопровода);   h= 0,04 м;

b – зазор между прутьями решетки,  принимаем  b= 16 мм = 0,016 м;

Т.к. 

 

Принимаем  число прозоров решетки  n=3

 

3.1.4. Определение высоты  решетки.

Высота решетки Вр, м,  равна:

Вр = b*n+S*(n-1);

Где  S= 3 мм = 0,003м  толщина  прутка;

Вр = 0,016 * 3 + 0,003 * (3-1) = 0,054 м;

Рис. 1. Расчётная схема решетки

Длина  уширения  перед  решеткой:

   где  j=20°

l1 = 1,37*( Вр – В);

l1 = 1,37*(0,054– 0,04)  = 0,0195~ 0,02 м; 

Длина  сужения после решетки:

l2 = 0,5* l1;

l2 = 0,5* 0,02 = 0,01 м;

Принимаем  l3 = 1м;  и  l4 = 1м;

 

3.1.5. Определение потерянного  напора.

Потерянный  напор  hпот, м:

hпот = β*

* ,

где β – коэффициент, учитывающий форму решетки Для квадратных решеток β=2,72;

– угол наклона решетки (принимаем  α= 60◦);

Р – коэффициент, учитывающий увеличение напора и уменьшение живого сечения решетки за счет его засорения (Р = 3);

- ускорение свободного падения (9,81 м/с);

 

 

3.2. Песколовка.

Песколовки применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (диаметр частиц 0,2-0,25 мм) из очищаемых вод. В них крупные посторонние включения, например песок, выпадают на дно медленно текущего потока. Скорость движения воды в песколовках не превышает 0,3 м/с. Глубина песколовок 0,25-1 м.[4]

 

3.2.1. Расчет длины песколовки.

Расчет длины песколовки L, м:

L =

,

где   ω - скорость движения воды в песколовке, м/с

принимаем  ω =0,2  м/с;

Н - высота песколовки, м.  Н=0,25 – 1,5 м;

ω0 – гидравлическая крупность, связанная с диаметром частиц dч,  мм/с;

При  dч = 200 мкм = 0,20 мм  (песок)   ω0 =18,7 мм/с;

К – эмпирический коэффициент, зависящий от гидравлической крупности,

К= (ω0);  При ω0 = 18,7 мм/с   К = 1,7.

 

Для выбора оптимальной длины песколовки задаем 3 варианта Н:

 

Н=0,25 м       

Н=0,5 м         

Н=0,75 м        

 

3.2.2. Определение продольного  сечения песколовки.

Продольное сечение песколовки  F, м2:

F= Q/ ω0,

где  Q – расход воды, м3/с;

ω0 – гидравлическая крупность, м/с;

F = 0,000868/0,0187 = 0,0464 м2;

 

3.2.3. Расчет ширины песколовки.

Расчет ширины песколовки В, м (В ≥ 0,2 м):

B = F/L;

 

Результаты заносим  в  таблицу:

Параметры	1-й вариант	2-й вариант	3-й вариант
Н, м	0,25	0,5	0,75
ω,  м/с	0,2	0,2	0,2
ω0 ,  мм/с	18,7	18,7	18,7
L, м	4,54	9,09	13,63
В, м	0,0102	0,0051	0,0034

 

B = 0,0464 /4,5 = 0,0102 м;  

B = 0,0464 /9,09 =0,0051 м;

B = 0,0464 /13,63 =0,0034 м;

Выбираем 1 -й вариант.

Т.к. В < 0,2 м, принимаем В = 0,2 м.

 

3.2.4. Расчет количества  песколовок.

Сн – начальная концентрация песка  Сн = 0,8 %;

Ск – конечная концентрация Ск = 0,1 %;

αi  - степень очистки   αi = 98% ;

 

Ск = Сн - αi *Сн;

1п: Ск1 = 0,8 - 0,98*0,8  = 0,16  %;

2п: Ск2 = 0,16-0,98*0,16 = 0,032 %;

 

Необходимо  2  песколовки.

 

3.3. Нефтеловушка.

Один из аппаратов первичной очистки от нефтепродуктов – нефтеловушка. Режим движения воды в ней должен быть очень спокойным (0,005 – 0,01 м/с), чтобы нефтепродукты в зависимости от своей плотности успели либо всплыть, либо опуститься на дно. Для частичек нефти диаметром 80 – 100 мкм скорость всплывания обычно равна 1 – 4 мм/с. При этом всплывает 96 – 98% нефти.  Продолжительность  отстаивания  не  менее 2 ч.

 

3.3.1. Определение скорости  осаждения для нефтепродуктов.

Определение скорости осаждения для нефтепродуктов ωос м/с:

ωос  = 

;

где - плотность нефтепродуктов, кг/м3 (1100 кг/м3);

 – плотность воды, кг/м3 (1000 кг/м3);

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

- ускорение свободного падения (9,81 м/с);

- диаметр частиц нефтепродуктов (100 мкм = 10-4 м);

ωос =

= 0,000545 м/с;

 

3.3.2. Расчет длины нефтеловушки.

 

L =a*

*h,

где ω – скорость движения воды в нефтеловушке м/с,

принимаем  ω = 0,005 м/с;

а – коэффициент, зависящий от отношения ω/ ω0;

ω/ ω0 = 0,005/0,000545 = 9,17  следовательно  а = 1,5  ;

h - глубина рабочей проточной  части нефтеловушки (обычно h=1 – 2  м), принимаем h = 1,2 м.

L=1,5*9,17*1,2 =16,5 м

 

3.3.3. Расчет поперечного  сечения нефтеловушки.

Расчет поперечного сечения нефтеловушки F, м2:

F = Q/ ω0;

F = 0,000868/0,000545 = 1,59  м2;

 

3.3.4. Расчет ширины нефтеловушки.

Ширину нефтеловушки В, м, находим из формулы:

В = F/L;

В=1,59/16,5 = 0,96 м

Принимаем  В=1 м

3.3.5. Расчет количества  нефтеловушек.

Сн – начальная концентрация, Сн = 5 мг/л;

Ск – конечная концентрация,  принимаем  Ск =  1 мг/л;

αi  - степень очистки = 70% ;

Ск = Сн - αi *Сн;

1н/л: Ск1 = 5 - 0,7*5 = 1,5 мг/л;

2н/л: Ск2 = 1,5 – 0,7*1,5=0,45   мг/л;

Необходимо 2 нефтеловушки.

 

3.4. Усреднитель.

Усреднители предназначены для регулирования количества сточной воды, поступающей на очистительные сооружения. [3]. Усреднители – аппараты, усредняющие водные потоки по объемам и концентрациям примесей.[4].    Перемешивание в усреднителях можно осуществлять с помощью барботажа воздуха или механическим перемешиванием.

 

3.4.1. Расчет объема усреднителя.

Находим объем усреднителя, м3:

Vобщ=Vз.выб+Vц.кол+Vзап,

где Vз.выб - объем, учитывающий возможность залпового выброса;

Vц.кол – объем, учитывающий циклические колебания работы аппарата;

Vзап – запасный объем аппарата;

 

Vзап  = Q*τраб,

где Q - расход воды, м3/ч,   Q =500/20/8 = 3,125 м3/ч;

τраб – время работы аппарата, ч (τраб = 1 - 3 ч). Принимаем  τраб =3 ч  ;

Vзап = 3,125 * 3  = 9,375 м3;

где   τ3.выб - время залпового выброса, ч. Принимаем  τ3.выб =0,5ч;

- коэффициент подавления залпового  выброса:

где , , – максимальная, средняя и допустимая концентрация загрязняющего вещества, г/л;

Сср  (глина)  0,2%;

Сmax = 2,5 * Сср  = 0,5%;

Cдоп = 1,5* Сср  = 0,3%;

Vц.кол = 0,16*КП*Q* τц. кол ,

где. τц. кол - время циклических колебаний, ч (τц.кол =1-2).

Принимаем τц.кол=2 ч.;

Vц.кол = 0,16*3*3,125 *2 = 3,0 м3;

Vобщ=9,38 + 3,85 – 3,00 = 16,23 м3;

 

3.4.2. Определение площади  поперечного сечения усреднителя.

Площадь поперечного сечения усреднителя  м2:

где Q - расход воды, м3/ч;

Uс  - скорость движения воды вдоль усреднителя через поперечное сечение, мм/с  (Uc ≤ 2,5). Принимаем  Uc = 1 мм/с;

n – число секций усреднителя .  Принимаем  n=1.

 

3.4.3 Расчет ширины усреднителя.

Ширина усреднителя В, м, равна

B = F /H,

Где  H – высота усреднителя, м .  (Н=3 – 5 м) .  Принимаем  Н= 3 м.

B =0,87 /3 = 0,46  м;

 

3.4.4. Расчет  длины  усреднителя.

Длина  усреднителя  L,  м,  равна

L = Vобщ/ F ;

L = 16,23 / 0,87 = 18,66 м

 

3.4.5. Расчет барботера.

Барботер – устройство необходимое для перемешивания жидкости в усреднителе путем подачи туда воздуха (барботажа). Его можно укладывать либо поперек усреднителя, либо пристеночно.

Определим длину барботера  lб при укладке поперек усреднителя, м:

lб = Нг+В-2*b1-h1,

где Нг – геометрическая высота усреднителя, м  (Нг = 1,2* H = 3*1,2 = 3,6 м  );

В – ширина секции усреднителя, м;

b1 – расстояние барботера от стены усреднителя (принимаем b1= 0,1 м);

h1 – расстояние барботера от дна усреднителя (принимаем h1 = 0,15 м).

 

lб = 3,6+0,46 -2*0,1 -0,15 = 3,71 м;

Найдем число барботеров Nб:

Nб = L/l,

где L – длина усреднителя, м;

l – расстояние между барботерами ( l = 3 – 7 м), принимаем l =4,5 м

Nб = 18,66 / 4,5  = 4,67

необходимо 5 барботеров.

 

3.4.6. Расчет удельного  расхода воздуха.

qв – удельный расход воздуха, приходящийся на 1м длины барботера в единицу времени, м3/(м*ч).

Вычислим qв из следующего выражения:

l ≤ 2*(0,5+2,8*Нmin)*lg (1+ qв),

где Нmin – минимальная глубина заполнения усреднителя:

Нmin = 0,5* H = 0,5 * 3 = 1,5 м;

4,5 ≤ 2*(0,5+2,8*1,5)*lg (1+ qв)  ,

4,5 ≤ 9,4*lg (1+ qв) 

lg (1+ qв)  ≥ 0,48

1+ qв   ≥  10 0,48

qв  ≥ 10 0,48  - 1 

qв  ≥   2,02   м3/(м*ч);

Принимаем  qв = 2,5 м3/(м*ч);

 

3.4.7. Определение общего расхода воздуха.

Общий расход воздуха Qв:

Qв = qв* lб* Nб;

Qв = 1,63*8,85 *4 = 46,4 м3/ч.

 

 

3.5. Вертикальный  отстойник.

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод мелких

(dч <  0,1 мм) грубодисперсных примесей под действием силы тяжести.

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.

 

3.5.1. Определение критерия  Архимеда.

Находим критерий Архимеда Ar:

где dч – диаметр частиц (dч =20 мкм = 2* м);

ρж – плотность воды (1000 кг/м3);

ρтв – плотность взвешенных частиц (глина, ρтв = 1600 кг/м3);

g – ускорение свободного падения;

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

 

3.5.2. Расчет скорости  свободного осаждения.

Скорость свободного осаждения ωсв, м/с

при Ar ≤ 36                  

 

3.5.3. Расчет скорости  стесненного осаждения.

Скорость стесненного осаждения  ωст, м/с  

ωст < ωсв):

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

Где  - массовая доля взвешенных частиц (0,2% = 0,002);

ρтв – плотность взвешенных частиц (глина, 1600 кг/м3);

ρв - плотность сточной воды, кг/м3:

 кг/м3

   

0,00013 м/с

 

3.5.4. Определение количества  сточных вод.

Определим количество сточных вод в  кг/с:

Gн = Q* ρв,

где Q - расход воды, м3/с;  Q=0,000868 м3/с/

Gн = 0,000868 *1004 = 0,87 кг/с;

 

3.5.5. Расчет площади осаждения  твердых частиц.

F  - площадь осаждения твердых частиц, м2:

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

 – содержание твердых частиц  в осадке сгустителя,  принимаем  =0,4;

 

Выбираем типовой отстойник по величине площади осаждения  [11]:

Выбираем вертикальный первичный  отстойник  с впуском  воды  через центральную  трубу  -  типовой проект №  902-2-19:

Размеры чана, мм:

• диаметр  4м, 
• высота цилиндрической части   4,1 м
• высота  конической части  1,8 м

 Площадь осаждения   12,5 м2, 

Пропускная  способность  при  времени отстаивания 1,5 часа 31 м3/ час