ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПЕРВИЧНЫХ ОТСТОЙНИКОВ. Основы расчета первичных отстойников
 Скачать 409 Kb.
|
|
Пример расчета первичного горизонтального отстойника Рассчитать горизонтальный отстойник для очистной станции производительностью Q = 40000 м3/сут. Средняя температура воды t = 300С. Коэффициент часовой неравномерности Кн = 1,4. Начальная концентрация взвешенных веществ Сн = 1000 мг/л, остаточная концентрация взвешенных веществ в очищенной воде Ск = 300 мг/л. Влажность выпавшего осадка хос = 75 %, плотность осадка ос = 1800 кг/м3. Зависимость продолжительности отстаивания воды от эффекта ее осветления при t = 200С при высоте слоя отстаивания h = 500 мм приведена в табл. 6. Таблица 6. Продолжительность отстаивания воды в зависимости от эффекта ее осветления при t = 200С, h = 500 мм, Сн = 1000 мг/л
Коэффициент агломерации примесей сточной воды n = 0,3.
 м3/с.
 м3/с.
 %.
= 1830 с.
  мм/с.
 м.Примем ширину отстойника В = 9 м.
 м/с.
 м.
 м3.
 с или 2,14 ч.Аналогичные расчеты выполним при Н = 1,5 и 3 м. Результаты расчетов сведем в табл. 7. Таблица 7. Результаты расчета
Второй вариант дает наименьший объем проточной части отстойника, но отношение  и  выходят за пределы рекомендуемых, поэтому окончательно выбираем первый вариант.
 м3/сут.В отстойнике предусмотрено устройство для механического сгребания осадка в приямок. Радиальные отстойники Радиальные отстойники рекомендуется применять при производительности очистных сооружений более 20000 м3/сут. Известны две модификации радиальных отстойников: с центральным и периферийным впуском. Наибольшее распространение в промышленности получили радиальные отстойники с центральным впуском, схема которого изображена на рис. 3. Р и с. 3. Первичный радиальный отстойник: 1 - подводящая труба; 2 - полупрогружной кожух распределительного устройства; 3 - скребки; 4 - приемный бункер плавающих загрязнений; 5 - отводящая труба; 6 - насосная станция сырого осадка; 7 - труба для отвода осадка. Основной расчетный параметр радиального отстойника – радиус R определяется по уравнению:  , (12)где R – радиус отстойника, м; Qmax – максимальный расход сточных вод, м3/ч; N – число отстойников; K – коэффициент использования объема; U0 – гидравлическая крупность, мм/с; - вертикальная составляющая скорости, мм/с; dвп – диаметр центральной трубы, м. Коэффициент использования объема радиального отстойника: с центральным впуском – К = 0,45; с периферийным впуском – К = 0,65 0,7. Диаметр центральной трубы dвп рассчитывается по уравнению:  , (13)где wвп – скорость воды в центральной трубе, м/с. Рекомендуется принимать wвп не более 30 мм/с. Для радиальных отстойников существует определенная связь между диаметром D и глубиной слоя воды Н. Многочисленные исследования показали, что отношение D/Н должно лежать в пределах 6 12. При соблюдении указанных отношений D/Н скорость потока в точках, удаленных от центра отстойника на расстояние, равное половине радиуса, т.е. средняя скорость оказывается меньше рекомендуемых пределов. В табл. 8 приведены основные показатели типовых радиальных отстойников. Таблица 8. Типовые радиальные отстойники из сборного железобетона
Общая высота отстойника Нобщ складывается из глубины проточной части Н, высоты нейтральной зоны Нз и возвышения борта отстойника над кромкой сборного кольцевого водослива Н2. Таким образом, Нобщ = Н + Нз + Н2. (14) Обычно принимают Нз = 0,3 м; Н2 = 0,5 м. Расчет радиального отстойника производится методом подбора. Вначале следует принять глубину Н, и скорость потока w, затем определить U0 и D, и действительную скорость потока wдейст. Действительная скорость потока рассчитывается по уравнению  . (15)Если wдейст и отношение D/Н отличается от рекомендуемых значений, то следует произвести пересчет при новых значениях Н и w. Пример расчета радиального отстойника Подобрать стандартные радиальные отстойники для очистки сточных вод, средний расход которых Q = 4000 м3/ч. Коэффициент часовой неравномерности Кн = 1,2. Содержание взвешенных веществ в исходной воде Сн = 360 мг/л, допустимое содержание взвешенных веществ в осветленной воде Ск = 150 мг/л. Температура воды t = 200С.Влажность образующегося осадка хос = 70 %, плотность осадка ос = 2000 кг/м3. Зависимость продолжительности отстаивания воды в лабораторных условиях (t = 200C, h = 500 мм) от эффективности отстаивания приведена в табл. 9. Коэффициент агломерации примесей сточной воды n = 0,3. Таблица 9. Зависимость продолжительности отстаивания воды от эффективности при t = 200С, h = 500 мм, Сн = 360 мг/л
 %.
= 820 с.
= 0,05 w = 0,05 * 5 = 0,25 мм/с.
 мм/с.
 м.
 м.Тогда диаметр отстойника D = 28 м.
 м/с.Это меньше принятой ранее w = 5 мм/с, следовательно, требуется пересчет. Примем w = 4,7 мм/с; = 0,05 * 4,7 = 0,235 мм/с; U0 = 0,985 мм/с; R = 14 м. Окончательно принимаем Dст = 30 м.
Нобщ = Н + Нз + Н2 = 3 + 0,5 + 0,3 = 3,8 м.
 м3/сут.
 ч.Отстойник снабжен скребковым механизмом для сгребания осадка в приямок. Тонкослойные отстойники Тонкослойное отстаивание применяется для сокращения объема очистных сооружений при ограниченности выделяемой площади и при необходимости повышения эффективности существующих отстойников. В первом случае тонкослойные отстойники выполняют роль самостоятельных сооружений, во втором существующие отстойники дополняются тонкослойными модулями, располагаемыми в совершенствуемом отстойнике перед водосборным устройством. Тонкослойные отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными и радиальными. Они состоят из водораспределительной, отстойной и водосборной зон. В тонкослойных отстойниках отстойная зона делится трубчатыми и пластинчатыми элементами на ряд слоев (ярусов) небольшой глубины (25 200 мм). Определенное число труб или пластин заданных размеров образуют блок (модуль), из которых конструируется секция отстойника. Трубчатые и пластинчатые элемента в блоке расположены наклонно. Угол наклона элементов к горизонту составляет 45 – 600. По взаимному движению воды и выделяемых примесей различают отстойники с прямоточной, противоточной и перекрестной схемами. Схемы тонкослойных отстойников различных конструкций изображены на рис. 4 – 7. Основные расчетные зависимости и параметры работы тонкослойных отстойников с различными схемами движения воды и примесей приведены в таблице 4. При проектировании отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка (рис. 4) расчетными величинами являются длина яруса LБЛ и производительность q. Длина яруса LБЛ в м определяется по формуле  . (16)Производительность одной секции отстойника q в м3/ч – по уравнению  , (17)где К – коэффициент использования объема отстойника; h – высота яруса, м; w – скорость потока воды, мм/с; U0 – гидравлическая крупность, мм/с; К1 – коэффициент выноса уловленных частиц; НБЛ – высота блока, м; ВБЛ – ширина блока, м. Величина коэффициента использования объема тонкослойного отстойника К принимается по табл. 3 в зависимости от схемы движения воды и осадка. Высота яруса h и скорость потока воды w берутся по табл. 3 (при высоких концентрациях загрязнений рекомендуется принимать большие значения). Коэффициент выноса уловленных частиц К1 зависит от профиля пластин. При плоских пластинах К1 = 1,2; при рифленых К1 = 0. Р и с. 4. Схема тонкослойного отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка: 1 – водоподводящее устройство; 2 – водораспределительная зона; 3 – вертикальная перегородка; 4 – распределительное устройство; 5 – блок (модуль) с параллельными пластинами; 6 – отстойная (рабочая) зона; 7 – полупогружная стенка; 8 – водосборная зона; 9 – водосборный лоток; 10 – приямок Р и с. 5. Схема тонкослойного отстойника, работающего по противоточной схеме удаления тяжелых примесей: 1 – водоподводящая труба; 2 – наклонная перегородка; 3 – блок с параллельными пластинами; 4 – водосборный лоток; 5 – водоотводящая труба; 6 – приямок Р и с. 6. Схема тонкослойного отстойника, работающего по противоточной схеме удаления примесей: 1 – водораспределительная зона; 2 – отстойная зона; 3 – водосборная зона; 4 – приямок Р и с. 7. Схема радиального отстойника, дополненного тонкослойными блоками: 1 – труба для подвода воды; 2 – центральная водораспределительная труба; 3 – тонкослойный блок; 4 – кольцевой водоотводящий лоток; 5 – приямок Гидравлическая крупность задерживаемых частиц U0 в мм/с рассчитывается на основе экспериментальных данных по формуле  , (18)где t - температурный коэффициент, принимаемый по табл. 3; - время отстаивания в секундах, необходимое для обеспечения требуемой степени очистки в слое высотой h равной принятой высоте яруса в мм. Высота блока НБЛ и его ширина ВБЛ принимаются из конструктивных соображений с учетом обеспечения ламинарного движения потока воды в межполочном пространстве. Ширина тонкослойного блока назначается по табл. 3, исходя из допустимого прогиба листа, выбранного для тонкослойного ( = 3 - 5 мм) при наклоне под углом сползания осадка. Число секций отстойника N можно рассчитать по формуле  , (19)где Q - расход сточных вод, м3/ч; КN - коэффициент часовой неравномерности. N - принимается целым числом. Проверка действительной скорости потока wдейст осуществляется по уравнению  . (20)Если wдейст равна принятой скорости потока w, то исходные для расчета величины выбраны верно. Общая ширина В отстойника определяется по формуле:  , (21)где b1 = 0,25 м; b2 = 0,05 0,1 м - размеры, принятые по конструктивным соображениям Общая высота Н отстойника Н = НБЛ + h3 + hм, (22) где h3 = 0,2 0,3 м, hм = 0,1 м – размеры отстойника, принятые по конструктивным и технологическим соображениям. После определения длины яруса LБЛ отстойника, исходя из возможных размеров материала, применяющегося для параллельных пластин, назначаются длина пластины в ярусе и количество блоков (модулей), расположенных по одной прямой. Обязательным условием, выполняемым при конструировании отстойника, должна быть плотная стыковка соответствующих пластин в рядом устанавливаемых блоках (модулях). Длина тонкослойного отстойника L в м рассчитывается по формуле L = LБЛ + l1 + l2 + 2 l3 + l4 , (23) где l1 - длина зоны распределения потока по ширине отстойника, служащая для выделения крупных примесей; длина зоны рассчитывается на 2 - 3-х минутное пребывание потока  (24)(здесь 1 - продолжительность пребывания потока в зоне; Кз = 0,3 - коэффициент использования зоны); l2 - ширина распределительного устройства; l2 = 0, если распределение осуществляется с помощью дырчатой перегородки; l2 = 0,2 м, если применяется пропорциональное распределительное устройство; l3 = 0,2 - 0,25 м - расстояние между водораспределительным устройством и блоками параллельных пластин; l4 = 0,15 - 0,2 м - расстояние между полупогружной стенкой и водосливом. В настоящее время применяется большое количество конструктивных разновидностей тонкослойных отстойников, работающих по противоточной схеме. Все они, практически могут быть сведены к двум расчетным схемам, показанным на рис. 5 и 6. В конструкции отстойника, показанного на рис. 5, расчетными величинами являются длина пластины в блоке (модуле) LБЛ и производительность секции q. Длину пластины LБЛ в м можно определить по формуле  , (25)где w - скорость потока в ярусе, мм/с; h - высота яруса, мм; U0 - гидравлическая крупность удаляемых частиц, мм/с. Скорость потока w и высота яруса h задаются по табл. 3. Гидравлическая крупность U0 рассчитывается по формуле (2), производительность секции q – по формуле  , (26)где НБЛ = n * bn - высота блока, м; n – количество ярусов в блоке (назначается из конструктивных соображений); bn = h * cos - расстояние между пластинами, м; - угол наклона пластин к горизонту. Ширина секции отстойника ВБЛ назначается из конструктивных соображений и исходя из размеров пластин, предназначенных для изготовления блоков. Рекомендуемые размеры ВБЛ приведены в табл. 3. Размеры других узлов отстойника (ширина резервуара, его глубина) определяются в зависимости от размеров тонкослойного блока LБЛ и НБЛ, с учетом обеспечения ламинарного режима движения потока и условий равномерного распределения поступающей и отвода очищенной воды. Например, общая глубина отстойника Н рассчитывается по формуле Н = h1 + h2 + h3, (27) где h1 = h3 = 0,5 м; h2 = НБЛ * cos + LБЛ * sin . Длину резервуара отстойника L можно определить как L = l1 + l2 + l3 , (28) где l1 = 0,05 - 0,1 м; l2 = LБЛ * cos + HБЛ * sin .; l3 = 0,5 м. В расчетные параметры тонкослойного отстойника, изображенного на рис. 6 следует принимать длину пластин в блоке LБЛ и длину расположение тонкослойных блоков LБ. Длина пластин в блоке LБЛ рассчитывается по формуле (18), а LБ - по формуле  . (29)Общая длина отстойника L определяется по формуле  , (30)где  = 1 1,5 м – длина зоны формирования потока перед распределением между ярусами; здесь же происходит выделение крупных механических примесей; = LБЛ * sin (90 - ) = LБЛ * cos ;  = 0,3 м; = 0,05 0,1 м; - размеры назначаемые по конструктивным = 0,4 0,5 м. соображениямОбщая глубина воды в отстойнике Н определяется как сумма высот различных зон Н = hм + h2 + h3 + h4 + h5, (31) где hм 0,1 м; h2 = LБЛ * sin ; h3 = 0,2 0,5 м; h4 = 0,1 0,2 м; h5 = 0,3 м. Для всех конструкций тонкослойных отстойников определяется расход удаляемого осадка по уравнению (4). Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные В случае дополнения горизонтальных отстойников тонкослойными блоками (при необходимости повышения их эффективности или для увеличения производительности), расчетными параметрами являются, длина пластин LБЛ в блоке и расстояние LБ, на котором устанавливаются блоки в отстойнике. Эти величины рассчитываются по формулам (18) и (22). Величина ВБЛ численно равна ширине секции отстойника. При дополнении тонкослойными блоками вертикальных отстойников при известных габаритах L и В или D, заданной гидравлической крупности задерживаемых частиц U0 расчетной величиной является длина пластин LБЛ, которая при заданной высоте яруса h рассчитывается по формуле (18) или высота яруса h, которая рассчитывается по той же формуле при заданной длине пластин. Для расчета производительности отстойника используется формула  ; (32)F = B * L или F = 0,785 D; НБЛ = LБЛ * sin . (33) Если известна производительность отстойника и требуется лишь увеличить эффективность очистки Э, по экспериментальным кинетическим кривым определяется соответствующая новой эффективности гидравлическая крупность. Затем, задавалась высотой яруса h по формуле (25) определяется высота НБЛ, на которой должны располагать тонкослойные элементы, а затем по формуле (26) рассчитывается длина пластины LБЛ и по формуле (18) проверяется скорость потока w1 в ярусе. При дополнении существующих радиальных отстойников тонкослойными блоками (рис. 7), когда известны геометрические размеры отстойника и его производительность, а требуемая степень очистки задана гидравлической крупностью U0, которые необходимо выделить, расчетными параметрами являются длина пластины в блоке LБЛ, высота блока НБЛ и число ярусов в блоке n. Величина LБЛ рассчитывается по формуле (18) при заданной высоте яруса h. Высота блока НБЛ рассчитывается по следующей зависимости  , (34)где D1 – диаметр расположения блоков; К – коэффициент использования объема для радиальных отстойников. Затем определяется число ярусов в блоке  (35)Пример расчета отстойников Пример 1. Рассчитать тонкослойный отстойник, работающий по перекрестной схеме удаления осадка. Схема отстойника изображена на рис. 4. Исходные данные:
При помощи табл. 3 примем следующие величины:
 мм/с,где t = 0,8 (по данным табл. 2 при t = 300С).
 м,где К1 = 1 для гофрированных пластин.
 м3/ч.
 .Примем число секций отстойника N = 2.
 мм/с.
Результаты расчета при w = 6,4 мм/с: LБЛ = 2,06 м; q = 41,4 м3/ч; N = 2; wдейст = 6,36 мм/с. wдейст w, следовательно, исходные величины приняты верно.
Впл = ВБЛ * cos = 0,75 * 1,41 = 1,06 м.
 ,где Lпл = 1,06 м – длина пластины в одном блоке. Обычно Lпл принимают равной Впл.
В = 2 ВБЛ + b1 + 2 b2 = 2 * 0,75 + 0,25 + 2 * 0,05 = 1,85 м, где b1 = 0,25 м; b2 = 0,05 м.
Н = НБЛ + h3 + hм = 1,5 + 0,2 + 0,1 = 1,8 м, где h3 = 0,2 м; hм = 0,1 м.
 м,где 1 = 2 мин.
L = LБЛ + l1 + l2 + 2 l3 + l4 = 2,06 + 1,65 + 0,2 + 2 * 0,2 + 0,15 = 4,46 м, где l2 = 0,2 м; l3 = 0,2 м; l4 = 0,15 м. 14. Объем выделяемого осадка Vос  м3/ч.Принимаем удаление осадка под гидростатическим напором. Пример 2. Рассчитать тонкослойный отстойник, работающий по противоточной схеме удаления осадка. Схема отстойника изображена на рис. 5. Исходные данные:
Примем по табл. 3 высоту яруса h = 0,1 м и скорость потока в ярусе w = 5 мм/с. Коэффициент использования объема отстойника К = 0,6. Угол наклона гофрированных пластин = 450.
 мм/с.
 м.
bп = h * cos = 0,1 * cos 450 = 0,1 * 0,707 = 0,07 м.
НБЛ = n * bп = 15 * 0,07 = 1,05 м.
Примем ВБЛ = 6 м
 м3/ч.
 .Примем N = 9.
Н = h1 + h2 + h3 = 0,5 + 1,05 * 0,707 + 1,7 * 0,707 = 0,5 = 2,94 м, где h1 = h3 = 0,5 м; h2 = НБЛ * cos + LБЛ * sin .
L = l1 + l3 + LБЛ * cos + НБЛ * sin . = 0,1 + 0,5 + 1,7 * 0,707 + 1,05 * 0,707 = = 2,54 м. 11. Объем осадка Vос  м3/ч.Принимаем удаление осадка скребковым механизмом. Пример 3. Рассчитать тонкослойный отстойник, работающий по противоточной схеме удаления осадка. Схема отстойника изображена на рис. 6. Исходные данные:
По табл. 3 примем высоту яруса h = 0,1 м, скорость потока в ярусе w = 5 мм/с, угол наклона пластин = 500, коэффициент использования объема отстойника К = 0,6.
 мм/с,где t = 0,66 (по табл. 2).
 м.
 м3/ч.
 м.
= 1,2 м; = LБЛ * sin (90 - ) = 1,67 * sin (90 – 50) = 1,67 * 0,643 = 1,07 м; = 0,3 м; = 0,1 м; = 0,5 м.
 м.
hм = 0,1 м; h2 = LБЛ * sin = 1,67 * 0,766 = 1,28; h3 = 0,3 м; h4 = 0,15 м; h5 = 0,3 м;
Н = hм + h2 + h3 + h4 + h5 = 0,1 + 1,28 + 0,3 + 0,15 + 0,3 = 2,13 м. 10. Расход удаляемого осадка Vос  м3/ч.Принимаем удаление осадка в приямок скребковым механизмом. Отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством Схема отстойника с вращающимся сборно-распределительным устройством изображена на рис. 8. Р и с. 8. Отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством: 1 – трубопровод для подачи сточной воды; 2 – воздушный затвор; 3 – центральная чаша; 4 – сборно-распределительное устройство; 5 – электропривод; 6 – скребки; 7 –трубопровод осветленной воды; 8 – трубопровод для удаления осадка; 9 – затопленный лоток; 10 – лопатки; 11 – водослив; 12 – полупогружная доска; 13 – щелевое днище; 14 – перегородка; 15 – поплавковый жиросборник. Для данного типа отстойников рекомендуются следующие параметры:
 (36)
Эффективность отстаивания Э = 65 %. Диаметр отстойника D в метрах рассчитывается по формуле  (37)где Q – расход сточных вод, м3/ч; N – число отстойников (принять); U0 – гидравлическая крупность, соответствующая заданной эффективности Э, мм/с; dвп – диаметр впускной трубы, м.  (38)По расчетному диаметру выбирают стандартный диаметр Dст, используя рекомендуемые типоразмеры, и рассчитывают пропускную способность q одного отстойника в м3/ч  , (39)где U0 – гидравлическая крупность, м/с; величины Dст и dвп измеряются в метрах. Расчетное число отстойников N равно:  N – принять целым числом (округлить в большую сторону). Для отстойника данного типа рассчитывается форма перегородки, разделяющей распределительный и водоприемный лоток. Форма этой перегородки может быть выражена через изменяющуюся ширину b распределительного лотка:  , (40)где m = 0,1 0,12 – отношение ширины водораспределительного желоба в его начале к радиусу отстойника;  ;b3 = 0,1 0,15 м – зазор между стенкой отстойника и фермой; lл – удаление расчетного створа лотка от центра отстойника; величиной lл задаются в пределах от  до Rл.Количество струенаправляющих лопаток nл определяется конструктивно при соблюдении следующего соотношения: 2 rл * (2 nл + 1) = Rл, (41) где rл = 0,1 0,125 м. Число лопаток не следует принимать более 24 шт. Полная глубина отстойника H равна: H = h + hз + hи. (42) Период вращения водораспределительного устройства Т зависит от требуемой степени очистки:  ; (43)Изменение высоты водослива по длине водоприемного лотка зависит от изменения по радиусу расхода воды, удаляемой из отстойника. Высота водослива hсб по мере удаления от центра отстойника рассчитывается по формуле затопленного водослива с тонкой стенкой  (44)Объем образующегося осадка Vос:  , (45)где Vос – объем образующегося осадка, м3/сут.; Q – расход сточных вод, м3/ч; Сн и Ск – содержание взвешенных веществ в воде, мг/л; ос – плотность осадка, кг/м3; хос – влажность осадка, %. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ширина отстойника В будет равна