ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ И РАСЧЕТЫ В ЭКОЛОГИИ

Без учѐта характеристик водоѐма коэффициент смешения рассчитывается (упрощенно) с учѐтом кратности разбавления:

	(n			1) q	.	(I.2.8)
			Q
Q q(		ссв		1) л,		(I.2.9)
		ск

где Q – объем чистой воды, необходимый для разбавления сточной воды, чтобы концентрация ЗВ уменьшилась до концентрации близкой к ПДК (ск).

Расчѐт необходимой степени очистки сточной воды:

ссв ДКсв	100% ,	(I.2.10)
ссв

где - необходимая степень очистки сточной воды (%).

Задание: Рассчитать кратность разбавления в контрольной зоне, ПДС и необходимую степень очистки сточной воды разового отведения (без учѐта характеристик водоѐма).

№	q,	ссв,	сф,	ПДК,	ск,
вар.	л	мг/л	мг/л	мг/л	мг/л
1	2	3	4	5	6
1	500	1,0	0,01	0,3	0,2
2	1000	1,2	0,02	0,2	0,18
3	600	0,8	0,008	0,1	0,09
4	1200	2,0	0,015	0,5	0,15
5	800	1,5	0,009	0,4	0,38
6	900	1,1	-	0,25	0,2
7	1500	0,9	0,012	0,36	0,3
8	2000	2,4	0,05	0,6	0,55
9	1100	0,7	0,04	0,3	0,25
10	700	1,4	0,006	0,12	0,1
11	1400	2,2	-	0,18	0,15
12	1300	0,6	0,002	0,22	0,2
13	1600	1,8	-	0,14	0,1
14	1800	1,6	0,005	0,15	0,12

Окончание таблицы

1	2	3	4	5	6
15	1000	0,8	0,02	0,36	0,35
16	600	2,0	0,009	0,25	0,2
17	1200	1,5	-	0,4	0,35
18	800	1,3	0,12	0,56	0,55
19	900	0,9	0,05	0,3	0,28
20	150	2,4	0,04	0,12	0,1
21	200	2,7	-	0,34	0,32
22	1100	1,4	0,002	0,18	0,16
23	700	2,2	-	0,24	0,2
24	1400	1,9	0,07	0,48	0,43
25	160	1,6	0,01	0,25	0,22
26	180	2,8	0,02	0,4	0,38
27	1300	2,2	0,06	0,3	0,28
28	1200	1,1	0,03	0,12	0,1

II. Расчѐт средств очистки промышленных выбросов

исбросов

1.Очистка газовых выбросов от твѐрдых частиц сухим

способом. Расчѐт циклона [4,5]

Воздействие аэрозолей (пыли) на человека зависит от их токсичности, дисперсности и концентрации. Допустимое содержание пыли в воздухе рассчитывают в зависимости от расхода выбрасываемой

смеси.
Если Q > 15000 м3/ч = 15 тыс. м3/ч, то c = 100К.						(II.1.1)
Если Q < 15 тыс. м3/ч, то с			(160 4 Q) K ,			(II.1.2)
где с – допустимое содержание пыли (мг/м3);
Q – расход газовоздушной смеси (тыс. м3/ч);
К- коэффициент, зависящий от ПДК пыли.
						Таблица II.1.1
	Значения К от ПДК пыли
ПДК (мг/м3)	<2		2-4		4-6	>6
K	0,3		0,6		0,8	1,0
Для очистки газовоздушных выбросов от пыли применяют цикло-
ны, в которых под действием центробежных					сил частицы пыли отде-

ляются от газового потока. Различают цилиндрические (марки ЦН) и конические (марки СК-ЦН) циклоны, характеризуемые параметрами

(при р 0,1МПа )

Таблица II.1.2

Сравнительная характеристика основных показателей циклонов

		Цилиндрические		Конические
Q		0,6-48 тыс. м3/ч		2,5-98 тыс. м3/ч
T		250 0С		400 0С
с		До 1000 г/м3		До 1000 г/м3
		< 0,5 кПа		< 4 кПа
		0,8		0,95
Расчѐт основных характеристик циклона:
Оптимальная		скорость газа (	оп ), зависящая от типа циклона,

определяется по таблице (II.1.3) .

Таблица II.1.3

Значения характеристик циклона

	оп	Значения k2			при свх, г/м3								500	dТ50	lg
Тип	м/с	1,0	2,0		4,0		8,0		12,0			15,0	в атм	мкм
циклона
ЦН-24	4,5	0,95	0,93		0,92		0,90		0,87			0,86	75	8,5	0,308
ЦН-15	3,5	0,93	0,92		0,91		0,90		0,87			0,87	155	4,5	0,352
ЦН-11	3,5	0,96	0,94		0,92		0,90		0,87			0,86	245	3,65	0,352
СДК-
ЦН-33	2,0	0,81	0,79		0,78		0,77		0,76			0,75	520	2,31	0,364
СК-
ЦН-34	1,7	0,98	0,95		0,93		0,92		0,91			0,90	1050	1,95	0,308
СК-
ЦН-34М	2,0	0,99	0,97		0,95		0,94		0,90			0,90	200	1,3	0,340
Вычисляется диаметр циклона:
											м,				(II.1.3)
					D			4Q /	оп
где D – диаметр циклона (м) ;

Q – расход газо-воздушной смеси (м3/с) .

Полученный результат округляют до ближайшего типового значения (D: 0,2; 0,3-1,0; 1,2-2,0; 2,4-3,0 м). Если диаметр превышает максимально допустимое значение, то необходимо применять два и более параллельно установленных циклонов.

По выбранному D находят действительную скорость движения газа в циклоне:

4Q / nD2

м/с ,

(II.1.4)

где n – число циклонов.

Определяют коэффициент гидравлического сопротивления оди-

ночного циклона:
k1 k2 500 ,	(II.1.5)

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

k1 – поправочный коэффициент, зависящий от диаметра только

цилиндрического циклона (при D = (0,15 - 0,45) м, k1 = = (0,85 - 0,95), в остальных случаях - 1);

k2 - поправочный коэффициент, зависящий от запыленности очищаемой смеси (таблица II.1.3);

500- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона (таблица II.1.3) .

Рассчитывают гидравлическое сопротивление циклона		Р:
Р Рвх Рвых	2 / 2 Па,	(II.1.6)

где - плотность газа (кг/м3) ; - действительная скорость газа в циклоне (м/с).

Для расчѐта эффективности очистки газа в циклоне используют соотношение:

								0,5(1 Ф(х)) ,											(II.1.7)
где Ф(х) – функция от параметра х .
																		Таблица II.1.4
			Значения функции Ф(х) от величины х
х		Ф(х)		х			Ф(х)			х						Ф(х)		х	Ф(х)
-2,7		-0,0035		-1,2			0,1151			-						-		1,2	0,8849
-2,0		0,0228		-1,0			0,1587			0,2						0,5793		1,4	0,9192
-1,8		0,0359		-0,8			0,2119			0,4						0,6554		1,6	0,9452
-1,6		0,0548		-0,6			0,2743			0,6						0,7257		1,8	0,9641
-1,4		0,0808		-0,4			0,4207			0,8						0,7881		2,0	0,9772
				0			0,5			1,0						0,8413		2,7	0,9965
								lg(d	50	/ d Т	)
					х					50						,			(II.1.8)
													1
								(lg2		lg2	r	) 2
где d50 – средний размер частиц (мкм) ;
lg	r - степень полидисперсности пыли.
								lg r 1		lg d50 ,									(II.1.9)

где dТ50 и lg - значения для типового циклона и условий очистки

(таблица (II.1.4)).

Определяют концентрацию пыли после очистки:

с0 свх (1 ) 1000 мг/м3 ,

(II.1.10)

где c0 – концентрация пыли после очистки (мг/м3); свх – концентрация пыли до очистки (г/м3);

- степень очистки в циклоне.

Сравнивают с допустимым содержанием пыли в воздухе и делают вывод о качестве очистки, если одного циклона недостаточно, то требуется очистка в последующих циклонах, установленных последовательно.

Задание: Рассчитать допустимое содержание пыли в воздухе, основные характеристики циклона, степень очистки газовой смеси, сравнить с допустимым. Сделать вывод о качестве очистки и предложить последующие действия ( 1,3кг / м3 ).

№	Тип циклона	Q , м3/с	свх , г/м3	d50 , мкм	ПДК,
вар.					мг/м3
1	2	3	4	5	6
1	ЦН-11	4,0	2,0	30	2,5
2	СДК-ЦН-33	12,0	3,0	20	3,0
3	ЦН-15	8,0	1,5	40	4,5
4	СК-ЦН-34	6,0	4,0	35	6,0
5	ЦН-24	3,0	2,5	50	5,0
6	СК-ЦН-34М	10,0	6,0	15	3,5
7	ЦН-11	5,0	5,0	25	4,0
8	СДК-ЦН-33	10,8	10,0	80	5,5
9	ЦН-15	2,5	1,0	20	3,0
10	СК-ЦН-34	11,0	3,8	40	4,5
11	ЦН-24	4,0	2,0	30	2,0
12	СК-ЦН-34М	15,0	8,0	20	4,0
13	ЦН-11	3,0	4,0	10	5,0
14	СДК-ЦН-33	14,0	6,0	40	4,5
15	ЦН-15	4,0	2,0	30	5,0
16	СК-ЦН-34	8,0	3,0	50	4,0
17	ЦН-24	5,0	4,0	40	3,0
18	СК-ЦН-34М	12,0	5,0	30	5,0
19	ЦН-11	6,0	3,0	20	3,0
20	СДК-ЦН-33	10	4,0	60	4,0
21	ЦН-15	3,0	3,0	60	2,5

Окончание таблицы

1	2	3	4	5	6
22	СК-ЦН-34	9,0	5,0	80	3,0
23	ЦН-24	2,0	3,0	20	4,0
24	СК-ЦН-34М	8,0	4,0	50	2,0
25	ЦН-11	8,0	3,8	40	3,5
26	СДК-ЦН-33	16,0	8,0	50	2,5
27	ЦН-15	5,0	4,5	50	3,0
28	СК-ЦН-34	10,0	12,5	20	5,5

2. Очистка газовых выбросов от твѐрдых частиц мокрым способом. Расчѐт скруббера Вентури [3,5]

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель жидкости наибольшее распространение получили скрубберы Вентури. Основная часть скруббера – это сопло (труба) Вентури, куда подаѐтся запыленный поток газа и через форсунки жидкость для орошения.

Процесс осаждения частиц пыли на каплях жидкости зависит от расхода жидкости, площади поверхности капель и скорости потока газа, а эффективность очистки определяется равномерностью распределения капель по сечению сопла, согласно закону Стокса. В результате высокой скорости очищаемого потока в горловине трубы Вентури создаѐтся интенсивная турбулизация, которая обеспечивает высокое перемешивание пылевоздушной смеси с тонко-распылѐнной водой, смачивание частиц и их коагуляцию.

Эффективность очистки газовоздушной смеси от пыли мокрым способом значительно превышает степень очистки сухим способом.

Расчёт основных характеристик скруббера Вентури

Определяют диаметр сопла:

D		Q		м,	(II.2.1)
900			Vв

где D – диаметр трубы Вентури (м);

Q – расход пылевоздушной смеси (м3/ч);

Vв – скорость потока газа в горловине сопла (м/с).

Рассчитывают средний размер капель жидкости, образующихся в трубе Вентури:

		4870
	D0			28 L L		мкм,	(II.2.2)
		Vв

где D0 – средний диаметр капель жидкости в трубе (мкм); L – расход жидкости (л/м3).

Находят критерий Стокса, который отражает эффективность осаждения частиц пыли на каплях жидкости:

St	г	V	в	d 2
						,	(II.2.3)
	18			Д	0

где г - плотность газа (кг/м3);

d– диаметр частиц пыли (мкм);

-динамическая вязкость газа (0,00018 кг с/м).

При значениях критерия Стокса St>0,1 эффективность очистки определяют согласно соотношению:

	St 2	100% .	(II.2.4)
	(St 0,125) 2

Рассчитывают сопротивление трубы Вентури:

	Роб.	1	(	г ж L)	г Vв2 Па,	(II.2.5)
		2

где Роб – общее сопротивление трубы Вентури (Па); г - коэффициент гидравлического сопротивления;

ж L - расход жидкости в зависимости от скорости газа

(таблица (II.2.1)) .

Таблица II.2.1

Расход жидкости в зависимости от скорости газа в трубе Вентури

	Расход		ж L при скорости газа Vв, м/с
	жидкостиL, л/м3
		50	70	90	110	150
	0,3	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
	0,5	0,3	0,3	0,3	0,4	0,4
	0,7	0,4	0,4	0,4	0,5	0,5
	0,9	0,6	0,7	0,9	1,0	1,1
	1,1	0,8	1,0	1,2	1,4	1,7
	1,3	1,2	1,6	2,0	2,4	2,6

Задание: Рассчитать основные характеристики скруббера Венту-

ри, если			г 1,29	кг/м3 .
	№		Q,		Vв ,	L ,	d ,	г
	вар.		м3/ч		м/с	л/м3	мкм
	1		3600		50	0,3	1,0	0,25
	2		5400		70	0,5	0,5	0,30
	3		7200		90	0,7	0,6	0,24
	4		6000		110	0,9	0,8	0,27
	5		10000		150	1,1	0,7	0,26
	6		4800		50	1,3	0,9	0,29
	7		5800		70	0,7	0,4	0,30
	8		6200		90	0,9	0,5	0,28
	9		8000		110	0,7	0,4	0,25
	10		9000		90	0,5	0,3	0,27
	11		7500		110	1,1	0,2	0,30
	12		6800		90	1,1	0,8	0,24
	13		4500		90	0,3	0,9	0,25
	14		5600		110	0,5	1,0	0,26
	15		8200		110	1,3	0,6	0,29
	16		6400		70	0,9	0,7	0,28
	17		8400		70	1,1	0,8	0,27
	18		9500		150	0,5	0,5	0,24
	19		8600		150	0,7	0,8	0,30
	20		7900		150	0,9	0,9	0,25
	21		6500		90	1,1	1,0	0,26
	22		7000		50	0,5	0,4	0,27
	23		8000		50	0,7	0,9	0,28
	24		5200		50	0,9	0,5	0,29
	25		9400		50	1,1	0,9	0,25
	26		4600		70	1,3	0,6	0,30
	27		5000		90	1,3	0,7	0,26
	28		8300		110	0,9	0,8	0,24

3. Расчѐт средств механической очистки сточных вод [3]

Одним из способов механической очистки сточных вод от взвешенных частиц является отстаивание, которое осуществляют в песколовках и отстойниках.

Отстаивание основано на свободном оседании примесей с плотностью, превышающей плотность воды. Для расчѐта очистных устройств необходимо знать скорость свободного осаждения твѐрдых частиц:

W0	g d 2 (	r	в	)	м/с,	(II.3.1)
	18

где W0 – скорость оседания частиц (м/с);

g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2); d – средний размер частиц (м);

r- плотность частиц (кг/м3);

в- плотность воды (при 20 0С равная 998 кг/м3);

- динамическая вязкость воды (0,001 Па/с).

А. Расчет песколовки:

Песколовки используют для очистки от частиц металла, песка.

В зависимости от направления движения сточной воды применяют горизонтальные, вертикальные и аэрируемые песколовки.

Основные параметры горизонтальной песколовки рассчитывают по формулам:

L	п	h W
			м,	(II.3.2)
		W0

где L – длина песколовки (м);

п - коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и неравномерности скорости сточной воды;

h – рабочая глубина песколовки (м);

W – скорость движения сточной воды (м/с).