Расчет сопротивления осадка природных вод

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение                                                высшего профессионального образования

Южно-Уральский государственный университет

Факультет «Заочный инженерно-экономический»

Кафедра «Водоснабжение и водоотведение»

 

Расчет удельного сопротивления осадка

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Обработка осадков природных и сточных вод»

 

Руководитель: Преподаватель кафедры «Водоснабжение и водоотведение» ________________Николаенко Е.В. «___»___________2014г. Автор работы: Студентка группы ЗФ-439-с ________________Ефименко Е.А.  «___»___________2014г. Работа защищена с оценкой ________________ «___»___________2014г.

Челябинск 2014г.

Содержание

Задание                                                                                                                    3

1 Расчет удельного сопротивления осадка                                                            4

2 Обработка осадка                                                                                                  7

Список литературы                                                                                                  8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет удельного сопротивления  осадка

 

Исходные данные

Р=500 мм.рт.ст.;

μ=0,01Па*с;

F=21,8см2;

С=203*10-5г/см3

 

Таблица 1 – Расчетные параметры

V0 = 15см3

t, с	V/, см3	V=V/ - V0, см3	t/V, с/см3
0	15
15	44	44-15=29	15/29=0,52
30	67,9	67,9-15=52,9	30/52,9=0,57
45	89,1	89,1-15=74,1	45/74,1=0,61
60	103	103-15=88	60/88=0,68
75	117	117-15=102	75/102=0,74
90	127,5	127,5-15=112,5	90/112,5=0,8
105	140	140-15=125	105/125=0,84
120	148,7	148,7-15=133,7	120/133,7=0,9
135	160	160-15=145	135/145=0,93
150	176,6	176,6-15=161,6	150/161,6=0,93

 

 

Согласно современной теории фильтрования суспензий удельное сопротивление осадка r/ , характеризующее сопротивление фильтрации и фильтруемость (водоотдачу) осадков, определяется по формуле [1]:

 

r / = ,

 

где р – давление (вакуум), при котором происходит фильтрование (500 мм рт. ст.);

      F2 – площадь фильтрующей поверхности ((21,8 см2)2=475,24см4);

      η – вязкость  фильтрата (0,01 Па*с);

      С – масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтре при получении единицы объема фильтрата (203*10-5 г/см3);

      b = t/V2 – параметр, получаемый опытным путем (t – время фильтрации, V – объем выделяемого фильтрата).

 

р = 500*1333,2 = 666600 г/(см*с2),

 

где 1333,2 – const для перевода мм рт.ст. в г/(см*с2)

 

bср = ,

 

где b1, b2, b3 – значения взяты из графика 1

 

 

b1 = =0,017

 

b2 = =0,011

 

b3 = =0,008

 

bср ==0,012

 

r / = *0,012=3,1*1013 см/г = 3,1*1010 м/кг

 

Данный осадок можно характеризовать как водопроводный, т.к. получилось малое удельное сопротивление осадка. Водопроводный осадок обладает хорошей сжимаемостью (водоотдачей).

 

2 Технология обработки осадка

 

2.1 Классификация источников водоснабжения по характеру осадкообразования 
 
           При двухступенчатой схеме очистки воды осадки образуются либо в горизонтальных, либо в вертикальных отстойниках и в осветлителях со взвешенным осадком (в осадкоуплотнителях). Если применяется одноступенчатая схема очистки, осадки образуются при отставании промывных вод контактных осветлителей, скорых двухпоточных фильтров, префильтров и т.д. Способы обработки осадков с целью их обезвоживания различны и зависят как от качества воды в водоисточнике, так и от схемы очистки воды, вида и доз применяемых реагентов.

Таблица 1 – Классификация осадков, образующихся на водопроводных станциях, по группам водоисточников

Характеристика водоисточника	Характеристика осадков
	Дисперсность		Содержание органичес-ких веществ, %	Содержа-ние коллоид-ных гидрокси-дов, %	Рекомендуемая технология обработки осадков		Удельное сопротив-ление фильтра-ции, *1010 м/кг
Классифика-ция водоисточ-ника	Свыше 10 мкм	Менее 10 мкм			подготовки	обезвоживания
4группа мутные (свыше 250мг/дм3), малоцветные (до 35 град.)	60-70	30-35	4-7	следы	Гравитационное уплотнение	На вакуум-фильтрах или фильтр-прессах с добавкой втори-чных реагентов	3-100

3 Подготовка, уплотнение и обезвоживание  осадков

 

Осадки 4-й группы (рис. 1 с исходной влажностью 96-97,5% уплотняются быстро, т.е. за 8-12 час. до влажности 85-92% в резервуаре-уплотнителе. Хотя уплотнение осадка достигается за столь короткое время без применения реагентных добавок, вода имеет высокое содержание взвеси.

Для получения большего осветления воды производится добавка извести при уплотнении в резервуаре-уплотнителе дозой 2,5% по сухому веществу в виде 10%-ной суспензии. Для этой группы осадков добавка извести незначительна (до 6%).

Далее уплотненный осадок с влажностью 85-92% подается на механиче6ское обезвоживание, которое производят на фильтр-прессах.

 После обезвоживания осадок  утилизируют.

 

 

Таблица 2 – Основные технологические параметры уплотнения осадков

Группа водоисточ-ника	Параметры уплотнения
	исходная влажность, %	реагент	количество реагента, %	время уплотнения, ч.	влажность после уплотнения, %
4	97,5 - 96,0	-	-	8 - 12	85 – 92

 

 

Таблица 3 – Основные технологические параметры обезвоживания осадков

Группа водоисточ-ника	Параметры уплотнения
	тип оборудова-ния	реагент	количест-во реаген-та, %	влаж-ность кека, %	продолжи-тельность, с.	производи-тельность, кг/м2.ч
4	фильтр-пресс	известь	5 - 10	52 - 55	480 - 500	22 - 28

 

 

4 Утилизация осадка

 

В зависимости от преобладающего состава и свойств осадка той или иной станции могут быть выбраны различные пути их утилизации.

Типичные осадки, идентичные по составу и природному глинистому или лессовидному сырью, предпочтительно использовать в качестве керамического сырья, компонентов при производстве различных строительных материалов: цементов, бетонов, защитных покрытий и т.д.

 

В цементной промышленности.

В результате выпуска опытной партии портландцементов на заводе института «Южгипроцемент» установлена возможность утилизации обезвоженного осадка в составе цементных сырьевых смесей вместо глинистого компонента от 3 до 10%. Введение осадка в сырьевую смесь увеличивает содержание в клинкере трехкальциевого алюмината, повышая прочность цемента на 30-50 кгс/см2.

В металлургии.

На заводе «Азовсталь» проведены промышленные эксперименты по защите футеровки прибыльных надставок покрытием из осадка водопроводных станций. Установлено повышение стойкости футеровки на 20% при сохранении жаростойких противопригарных свойств.

 

В промышленности строительных материалов.

Использование водопроводного осадка в качестве опудривателя гранул при производстве керамзита позволит повысить качество и увеличить его выпуск при том же расходе сырья взамен дорогостоящих высокоогнеупорных опудривателей (глинозема).

 

В сельском хозяйстве.

В состав водопроводных осадков, образующихся на очистных сооружениях ряда станций, входят соединения азота, фосфора, калия в легкодоступных для растений формах. Это объясняется тем, что в период дождей и паводков в реки с полей попадают смытые органо-минеральные удобрения, которые задерживаются затем на очистных сооружениях в составе осадков. Внесение водопроводных осадков в почву в жидком или сухом виде в качестве удобрений под посевы различных сельскохозяйственных культур (кукурузы, сахарной свеклы, люцерны и др.) способствует повышению их урожайности. Безвредность внесения осадков объясняется отсутствием солей тяжелых металлов.

 

Осадок может быть использован на самой водопроводной станции с целью интенсификации процесса хлопьеобразования и экономии коагулянта. Так, на Днепровском водопроводе г. Киева установили, что целесообразно добавлять осадок к исходной воде в дозах 20-40 мг/дм3, а на Владимирском водопроводе – в дозах 150-200 мг/дм3, что дает экономию до 30% коагулянта Al2(SО4)3.

Проводятся исследования эффективности передачи осадков водопроводных станций на обработку совместно с осадками городских сточных вод. При этом рассматриваются варианты:

- сброс осадков станций очистки  питьевых вод в городскую канализационную  сеть;

- перекачка их на станцию очистки  городских сточных вод;

- транспортировка автотранспортом  на установки для обезвоживания  и сушки осадков городских  сточных вод.

Возможность применения данного метода подтверждается следующим: исходная влажность водопроводных осадков составляет 97,0-99,5%, а осадков городских сточных вод – 93,0-99,0%; потери при прокаливании соответственно 25-50% и 20-60%; удельное сопротивлении фильтрации соответственно (1,45-14,5).104 м/кг и (0,6-10).104 м/кг, что свидетельствует об идентичности основных физико-химических характеристик водопроводных осадков и осадков городских сточных вод.

Основной задачей, стоящей перед специалистами, является снижение влажности осадков до значений, обеспечивающих их транспортировку и последующую утилизацию. Обе категории осадков характеризуются высокой степенью гидрофильности, вода в них находится в связанном и свободном состояниях. Для обработки водопроводных осадков и осадков городских сточных вод применяют известные методы: обработка реагентами (коагулянты, флокулянты), механическое обезвоживание (центрифуги, фильтр-прессы, ленточные прессы), термическое воздействие, замораживание-оттаивание, естественная сушка.

Водопроводные осадки практически полностью осаждаются в первичных отстойниках канализационных очистных сооружений, повышая зольность осадков городских сточных вод. При этом, в случае использования водопроводных осадков, образующихся при очистке маломутных малоцветных вод, качество очищенных сточных вод (по основным показателям) остается без изменений. В случае использования водопроводных осадков, образующихся при очистке воды средней мутности и средней цветности, увеличивается эффективность очистки сточных вод от фосфатов на 35-55%, несколько возрастает степень удаления коллоидных и растворенных органических загрязнений. Водопроводные осадки практически не оказывают влияния на концентрацию ионов тяжелых металлов, содержащихся в канализационных осадках.

Сброс водопроводного осадка на очистные сооружения канализации должен сопровождаться проверкой пропускной способности канализационных сетей и сооружений на них. Кроме того, следует предусмотреть непрерывное удаление водопроводного осадка из отстойников и резервуаров-усреднителей или регулировать их сочетание. Во всех случаях необходимо стремиться к идеальным условиям подачи водопроводного осадка на очистные сооружения канализации, т.е. поддержанию постоянной, средней расчетной дозы водопроводного осадка в мг массы сухого вещества на 1 л сточных вод с учетом неравномерности их притока.

Установлено, что при прохождении водопроводного осадка по канализационным сетям он не осаждается в трубопроводах, если скорость движения сточных вод равна или выше самоочищающей. Добавление водопроводного осадка до 100 мг/дм3 не требует изменений или дополнений в схеме механической или биологической очистки сточных вод для таких сооружений, как приемная камера, решетки, песколовки, первичные и вторичные отстойники, контактные резервуары.

Окончательное решение по выбору методов обработки водопроводных осадков или совместной их обработки с осадками городских сточных вод для конкретных условий принимается только с учетом технико-экономического сравнения вариантов по приведенным затратам.