Расчет сооружений электрохимической очистки сточных вод (ЭФКу)

 

Из резервуара-усреднителя сточные воды перекачиваются на очистные сооружения погружными насосами марки ГНОМ 40/18, с потребляемой мощностью встроенного электродвигателя 4 кВт.

Насосный агрегат снабжен устройством для автоматической стыковки с напорным трубопроводом, что позволяет опускать и при необходимости поднимать насос на поверхность, не спускаясь в колодец. Для задержания отбросов, в резервуаре установлена решетка-контейнер, поднимаемая ручной талью для перегрузки отбросов в специальный контейнер. Решетка служит для извлечения бумаги, тряпок, обрезки шпагата, целлофана, ниток, волоса, остатки костей и т.д. Отбросы, снятые с решеток сбрасываются в металлические бочки с крышками, которые потом вывозятся автотранспортом на специальные площадки для компостирования. Отбросы высыпаются, обсыпаются грунтом и в таком состоянии оставляются на два года, затем их можно использовать в качестве удобрения.

Чтобы не допустить осаждения взвешенных веществ, стоки в резервуаре-усреднителе перемешиваются путем рециркуляции части жидкости через систему дырчатых труб.

 

4 Расчет осветлителя

Расчетный расход Q = 21,875 м3/час, или q = 6,08 л/с. Суммарный объем камер флокуляции рассчитывается на 20 мин пребывания сточной жидкости.

Wк.ф = 0,006 · 60 · 20 = 7,3 м3.

Суммарная площадь камер Fк.ф  при их глубине Hк = 4 м (конусность нижней части камеры не учитывается) будет

Fк.ф = Wк.ф / Hк = 7,3 / 4 = 1,83 м2

Суммарная площадь отстойной части осветлителей Fоч  при расчетной восходящей скорости 1 мм/с

Fоч = g / vвос · 1000 = 0,006 / 0,001 = 6 м2.

 

Общая площадь осветлителей

Fосв = Fоч + Fк.ф = 6 + 1,83 = 7,83 м2.

Диаметр осветлителя определяется по формуле

                                                     

,                                                 (1)

где n – число осветлителей, принимается равным 2.

м,

Диаметр камеры флокуляции будет

м.

Площадь нижнего отверстия камеры при скорости выхода через него жидкости Vвых = 10 мм/с определится как

fн.о = 0,006 / 0,01 = 0,6 м2.

Диаметр нижнего отверстия

м.

Высота конической части камеры флокуляции принимается равной 1,0 м. Тогда объем цилиндрической части камеры Wцчк будет

Wцчк = (4 - 1) 3,14 · 0,62 / 4 = 0,85 м3.

Объем конической части

Wкчк = 3,14 · 1,0 / 3 (0,62 / 22 + 0,6 / 2 · 1 / 2+12 / 22) = 2,1 м3.

Общий объем камеры флокуляции

Wкф = 0,85 + 2,1 = 2,95 м3.

Продолжительность отстаивания t0 будет

t0 = Нк / Vо = 4,0 / 0,001 · 3600 = 1,1 час.

Между уровнем осадка и нижней кромкой камеры флокуляции принимается нейтральный слой высотой hнс = 0,6 м. Высота конусного днища осветлителей hK вычислится по формуле (при угле наклона образующей конуса к горизонту 50°)

hK = D0 – d / 2 · tg50°,                                      (2)

где d - диаметр нижнего основания конического днища осветлителя (d =0,4 м);

hK = 2,2 - 0,4 / 2 · 1,192 = 0,78 м.

5 Расчет сооружений электрохимической  очистки сточных вод (ЭФКу)

В основу расчета положены результаты исследований работы производственных ЭФКу на стоках молочной промышленности. Для данного предприятия приняты две установки ЭФКу, производительность у каждой 11 м3/ч.

    Объем ЭФКу определяется по  формуле

                                                       W =

,                                                   (3)

где – расход сточных вод поступающих на установку, м3/ч;

 – продолжительность обработки  воды, мин., время обработки воды принято во всей установке 10 мин., в том числе в первой - 3, во второй – 7 минут.

Тогда общий объем ЭФК установки составит

W =

м3,

в том числе: объем первой камеры будет равен

W1 =

м3 ;

объем второй камеры будет равен

W2 =

м3.

Объем илового приямка для осадка принимаем равным 20% от суммарного объема первой и второй камеры, = (0,55 + 1,28) 0,2 = 0,366 м3.

    Высота установки определяется  по формуле

                                                    H = h1 + h2 + h3 + ,                                   (4)

где h1 – высота слоя очищаемой жидкости (от 0,8 до 1 м.), принимаем h1=0,9 м;

h2 – высота слоя пены (от 0,05 до 0,1 м.), принимаем h2=0,1 м.;

h3 – высота бортов над уровнем пены (от 0,2 до 0,3 м.), принимаем h3= 0,3м.

- расстояние от нижней кромки  электрода до дна аппарата (от 0,15 до 0,2), принимаем = 0,2 м.

H = 0,9 + 0,1 + 0,3 + 0,2 = 1,5 м.

     Площадь зеркала воды в каждой  камере определяется по формуле

                                                           = ,                                                       (5)

 

= = 3,06 м2,

1 = м2,

2 = м2.

    Длина камер определяется по  формуле

                                                               = ,                                                       (6)

где  – ширина установки м, принимаем В = 0,8 м.

L1

м,

L2

м.

   Общая длина установки определяется  по формуле 

                                            0 = 1 + 2 + 3 ,                                             (7)

где 3 – длина камеры для сбора очищенной воды (от 0,15 до 0.3 м.), 3=0,3 м.

= 0,76 + 1,78 + 0,3  = 2,84 м.

Расчет камеры электрокоагуляции.

В первой камере количество электродов определяем по формуле

                                                 ,                                           (8)

где  толщина электродов, м., м2;

а – расстояние от стенки камеры крайнего электрода, м; а=0,03 0,05м, принимаем а = 0,03;

с – межэлектродное пространство, м, с от 0,005 до 0,02 м, принимаем с = 0,02 м.

 шт.

   Длина электродов  в первой камере принимаем на 0,06 м меньше длины камеры, а высота назначается конструктивно, чтобы верхняя кромка электродов находилась ниже уровня жидкости, принимаем = 0,8 м, длина электродов = 0,76 - 0,06 = 0,70 м.

   Активная площадь одного электрода в первой камере составит

                                                       

м2,                                                   (9)

  .

   Активную площадь всех электродов вычисляем по формуле

                                                          ,                                            (10)

м2.

   Силу тока в первой камере  определяем по формуле

                                                              

,                                                 (11)

где – удельное количество электричества Ач/м3, = 55 Ач/м3

А.

   Расход металла электродов определяем по формуле

                                                               ,                                               (12)

где коэффициент выхода металла по току,

электрохимический эквивалент алюминия, г/Ач, г/Ач.

,

,

г/м3.

Общая масса электродной системы в первой камере определяется по формуле

                                                         ,                                        (13)

где – плотность материалов электродов, принимаем т/м3.

т.

Продолжительность работы электродной системы первой камеры определяется по формуле

                                                       ,                                          (14)

где  – коэффициент использования электродов, ;

 суточный расход сточных  вод, м3/сут.

суток.

   Во второй камере устанавливаются  два горизонтальных электрода  с зазорами от стен по 0,1 м. Сила тока во второй камере равна

                                                                     ,                                             (15)

где  плотность тока на электродах, А/м2, А/м2.;

активная площадь анодов во второй камере, м2, вычисляется по формуле

                                                      ,                                     (16)

м2,

А.

Вес электродной системы во второй  камере определяется по формуле

                                                 ,                                (17)

где соответственно удельный вес катодного и анодного материала, т/м3, т/м3, т/м3;

 м2.

 т.

Продолжительность работы электродной системы определяем по формуле для случая применения графитовых анодов

                                                         ,                                            (18)

где  – коэффициент использования графитовых анодов, ;

  износ графита, мг/Ач.

 сут.

Количество водорода, выделяющегося в процессе электролитической очистки, определяется по формуле

                                                             ,                                                (19)

где  электрохимический эквивалент водорода, г/Ач.

                                                    

,                                                  (20)

 А

 г/м3.

   Удельный расход электроэнергии  определяется по формуле

                                                            ,                                            (21)

где  – напряжение, В;

 – коэффициент полезного действия выпрямителя, .

 кВтч/м3.

Суточный расход электроэнергии составляет 80 кВт ч, годовой расход составит 28800 кВт ч. Принимаем выпрямитель тока марки ВАКГР-12/6-630.

 

6 Фильтр доочистки

Для доведения качества очищенных сточных вод до ПДК к сбросу в городскую канализацию, предусмотрена установка двухступенчатого аэрируемого фильтра. При этом в качестве фильтрующей загрузки рекомендуется применять керамзит с высотой слоя h = 1÷1,5 м; для поддерживающих слоев – отсортированный гравий высотой слоя h = 0,45 м и крупностью от 2 до 32 мм. Скорость фильтрования V = 6÷7 м/ч, продолжительность фильтроцикла Т = 24 ч, интенсивность  аэрации каждой ступени фильтра wа = 3÷3,5 м3/м2 ч. Промывка осуществляется потоком воды интенсивностью w = 16÷18 л/с∙м2 в течение семи, восьми минут.

Расчетная суммарная площадь фильтров F, м2, определяется по формуле

                                     

                                    (22)

м2.

Количество фильтров N, шт, определяется по формуле

                                                  

                                                   (23)

≈1 шт.

Принимаем к установке два фильтра, из которых один рабочий и один резервный, резервный фильтр для обеспечения бесперебойной работы очистных сооружений.

Площадь фильтра составляет 3,4 м2, с размерами в плане 1,8×1,8 м.

Проектируемый фильтр имеет две ступени, при этом в первой ступени вода движется снизу вверх, а во второй – сверху вниз, в противоток воздуху. Площадь фильтра первой и второй ступени 3,4 м2.

Расчет распределительной системы фильтра первой ступени производится на расчетный расход промывной воды qпр, л/с, по формуле

                                                     

                                                  (24)

где fф – площадь фильтра, м2;

w1 – интенсивность промывки фильтра, л/с∙м2.

 л/с.

Диаметр коллектора распределительной системы принимается исходя из скорости воды в начале коллектора V = 0,8÷1,2 м/с. При расходе qпр = 54,4 л/с диаметр коллектора составляет dкол = 250 мм, V = 1,04 м/с.

Длина одного ответвления в фильтре lотв, м, определяется по формуле

                                                    lотв = (A - dкол )/ 2                                         (25)

где А – длина фильтра в плане, м.

lотв = (1,8 - 0,273) / 2 = 0,76 м.

Расстояние между ответвлениями в распределительной системе фильтра первой ступени т = 0,3 м. Количество ответвлений на фильтре составит

                                                         п = А∙2 / т,                                            (26)

п = 1,8 ∙ 2 / 0,25 = 14 шт.

Диаметр труб ответвлений принимаем dотв = 50 мм (ГОСТ 3262 – 62), тогда скорость входа воды в ответвления составит 1,71 м/с (что не превышает рекомендуемой скорости от 1,6 до 2 м/с, при расходе 54,4 / 14 = 3,9 л/с).

В нижней части ответвлений под углом 600 к вершинам предусматриваются отверстия диаметром 12 мм.

Площадь каждого отверстия равна fотв = 1,13 см2. Отношение площади всех отверстий в распределительной системе к площади фильтра принимается равным от 0,25 до 0,3 %, тогда ∑ fотв= 0,25 ∙ 3,4 / 100 = 0,0085 м2 или 85 см2.