2.3 Предлагаемая технологическая схема очистки сточных вод

Предлагаемая схема очистки сточных вод представлена на рисунке 2.2

1 – приемный колодец; 2 – усреднитель; 3 – отстойник; 4 – клапан; 5 – сборник уловленной нефти; 6 – насос; 7 – сепаратор; 8 – аэротенк.

Рисунок 2.2 – Предлагаемая схема очистки нефтесодержащих сточных вод

Сточная вода накапливается в приемном колодце. Затем, пройдя усреднитель, она поступает в отстойник, где происходит осаждение мелких и грубодисперсных примесей под действием силы тяжести. Оттуда по насосу сточная вода идет в нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор. Затем в аэротенки на биологическую очистку. Пройдя очистку в аэротенках, сточная вода поступает во вторичные отстойники, где происходит процесс отделения активного ила от очищенных стоков. И далее идет на реализацию.

Так же очищенная сточная вода не сбрасывается в реку Прониху, а поступает в оборот, на реализацию:

– на ремонтно – технические нужды;

– на промывку цехов;

– на охлаждение котельной;

– на другие нужды котельной;

– на полив газонов и озелененных площадок;

–на испытания системы орошения резервуаров и охлаждения резервуаров при пожаре;

– на промывку фильтров;

– на мытье автотранспорта и на другие бытовые нужды.

Предлагаемую и базовую схему очистки можно увидеть в приложении В и Д соответственно.

2.4 Конструкторский раздел

Расчеты используемых аппаратов.

Расчет нефтеловушки.

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 2ч.

Рассчитаем скорость всплывания нефтепродуктов ω_о, м/с

, (2.4)

где ρ_H2O, ρ_н/пр − плотность воды и нефтепродуктов соответственно, кг/м³;

ρ _н/пр = 1100 кг/м³;

g − ускорение свободного падения (g = 9,8 1 м/с²);

d_ч − диаметр частиц нефтепродуктов, м; (80 − 100 мкм), принимаем 100 мкм = 0,0001 м.

µ_H2O — динамическая вязкость воды (µ_H2O =0,001 Па-с).

Рассчитаем длину нефтеловушки по формуле

, (2.5)

где ω – скорость движения воды в нефтеловушке, (0,005 – 0,01) м/с, принимаем ω = 0,005 м/с.;

а – коэффициент, зависящий от отношения ω/ω₀:

h – глубина рабочей проточной части нефтеловушки (обычно h = 0,5 – 1,5 м), принимаем h = 1 м.

ω/ω₀ = 0,005/0,000545=9,17

а = 1,5;

L = 1,5 · 10 · 1=15 м

Найдем ширину нефтеловушки В, по формуле

B = F/L, (2.6)

где F - площадь поперечного сечения нефтеловушки, м², которую определяем по формуле

F = Q/ω₀ , (2.7)

F = 0,0017/ 0,000545 = 3,12 м²

B = F/L = 3,12/15 = 0,208 м.

Определяем количество нефтеловушек, необходимых для очистки воды от нефти, с учетом степени очистки воды и заданной конечной концентрации нефтепродуктов по формулам

С_к = С_н – α  С_н , (2.8)

С_к = С_к1 – α  С_к1, (2.9)

где принимаем С_к ≈1г/л , α = 60%

С_к1 = 6 - 0,6  6 = 2,4 г/л,

С_к2 = 2,4 - 0,6  2,4 = 0,96 г/л.

Следовательно необходимо 2 нефтеловушки. Нефтеловушка представлена в приложении Г.

Расчет усреднителя

Усреднители – аппараты, усредняющие водные потоки по объемам и концентрациям примесей. Во избежание выпадения осадков их устанавливают обязательно после песколовок.

Перемешивание в усреднителях можно осуществлять с помощью бар-ботажа воздуха или механическим перемешиванием.

Находим объем усреднителя по формуле

V_общ = V_з.выб +V_ц.кол +V_зап , (2.10)

где V_з.выб, V_ц.кол, V_зап, – соответственно объем, учитывающий возможность залпового выброса, объем, учитывающий циклические колебания работы аппарата и запасный объем аппарата.

V_зап= Qτ_раб , (2.11)

где Q – расход воды, м³/ч, Q = 6,12 м³/ч;

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

V_зап = 6,123 = 18,36 м³

, (2.12)

где τ_з.выб – время залпового выброса, ч. Принимаем τ_з.выб = 0,5 ч;

К_п – коэффициент подавления залпового выброса:

К_п= (С_max - C_ср )/(С_доп - С_ср ), (2.13)

где С_max, C_ср, С_доп – максимальная, средняя и допустимая концентрации загрязняющего вещества соответственно, г/л.

С_ср = 2 г/л,

С_max= 2С_ср=22=4 г/л,

С_доп= 1,5 С_ср=1,52=3 г/л,

К_п= (4 - 2 )/(3 - 2 ) = 2,

м³.

Определяем V_ц._кол по формуле

V_ц.кол = 0,16 К_п Qτ _ц.кол , (2.14)

где τ _ц.кол – время циклических колебаний, ч (τ_ц._кол от 1 до 2). Принимаем τ_ц._кол = 2ч.

V_ц.кол = 0,1626,12 = 1,95м³

V общ = 18,36+2,65+1,95 = 22,96 м³

Определим площадь поперечного сечения усреднителя

F_общ = Q1000 / nU_c3600, (2.15)

где Q – расход воды, м /ч;

U_c – скорость движения воды вдоль усреднителя через поперечное сечение, мм/с (U_c ≤ 2,5). Принимаем U_c = 1 мм/с.

n – число секций усреднителя. Принимаем n = 1.

F = 6,121000/113600 = 1,7 м²

Определим ширину усреднителя В

B = F/H, (2.16)

где H − высота усреднителя. Принимаем Н = 1,5 м.

B = 1,74/1,5 = 1,61 м

Найдем длину усреднителя L по формуле

L = V_общ / F (2.17)

L = 22,96/1,7 = 13,5 м

На рисунке 2.3 изображен нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор.

1 – клапан электромагнитный; 2 – верхняя крышка сепаратора; 3 – датчик раздела границ сред; 4 – термодатчик; 5 – клапан электромагнитный; 6, 12, 13, 14, 21, 22 – клапан; 7 – фильтрующая кассета; 8 – корпус сепаратора;

9, 20 – клапан электромагнитный; 10 – фильтрующий гранулированный наполнитель; 11 – пароводяной змеевиковый подогреватель; 15 – сборник очищенной воды; 16 – лапы для крепления к фундаменту; 17 – конус; 18 – спускная пробка; 19 – патрубок; 23 – фильтроэлемент.

Рисунок 2.3 – Центробежно-фильтрующий сепаратор

Нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор, содержащий корпус с днищем и крышкой с воздушным клапаном и патрубками, кассету, размещенную в верхней части корпуса, гранулированный наполнитель в виде термически закаленных шариков, расположенный во внутреннем объёме корпуса, днища и кассеты, верхний гравитационный отстойник-нефтесборник, нижний гравитационный отстойник, патрубки подвода очищаемой воды, подачи промывочной воды и продувочного воздуха и патрубки удаления грязи, а в днище расположена камера дренажа и снятия избыточного давления, образованная диском с отверстиями, в которых установлены колпачково-проволочные или колпачково-щелевые фильтры, и нижней частью днища, причем в камере дренажа и снятия избыточного давления установлено устройство защиты от коррозии.

Устройство очистки от жидких нефтепродуктов обеспечивает создание центробежных сил при движении ее снизу-вверх, отстой в поле гравитационных сил и последующую ее фильтрацию сверху-вниз через термонапряженные гранулы крупной фракции кассеты с последующем повторным отстоем и поле гравитационных сил и окончательной фильтрации воды сверху-вниз через гранулы отфильтрованного материала в хорошем режиме течения воды.

Вода с нефтепродуктами через патрубок ввода очищаемой воды гидроциклона, выполненного в виде сопла, по касательной к окружности цилиндрической части, поступает в винтовую направляющую, где закручивается, создавая поле центробежных сил, при котором дисперсионная среда – вода, грязь оттесняются к цилиндрической поверхности, а дисперсная среда (нефтепродукт) – к центру цилиндрической части гидроциклона.

Использование в качестве фильтрующих наполнителей термически закаленных металлических, стеклянных или керамических шариков размещенных в кассете и в объеме днища, корпуса позволяет обеспечить процессы коагуляции, коалесценции отдельных частиц нефтепродуктов и исключает необходимость периодической замены фильтрующегматериала, обеспечивая стабильную во времени очистку и возможность периодической очистки наполнителя от механических взвесей продувкой его объема воздухом в направлении снизу-вверх с последующей доочисткой чистой воды в том же направлении.Параметры сепаратора можно увидеть в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Параметры сепаратора

Производительность установки	л/с	0,5	1	2	5	10
Длина блока	мм	2 000	2 600	4 200	4 400	7 600
Ширина блока	мм	800	800	800	1 600	1 600
Высота блока	мм	1 280	1 280	1 280	1 280	1 280
Высота входного патрубка	мм	1 180	1 180	1 180	1 180	1150
Высота выходного патрубка	мм	1 030	1 030	1 030	950	950
Диаметр трубопровода	мм	150	150	150	200	200
Объем осадка	м^3	0,07	0,13	0,26	0,66	1,12
Объем нефтепродуктов на поверхности	дм^3	7,5	15	30	75	150
Масса блока	кг	220	260	390	620	940

Нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор представлен в приложении Ж.

Расчет вертикального отстойника

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод мелких (диаметр частиц меньше 0,1мм) 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 − 5м. частицы движутся с водой вверх с определенной скоростью, а под действием силы тяжести − вниз. Поэтому различные частицы будут занимать различное положение в отстойнике.

Находим критерий Архимеда по формуле

, (2.18)

где d_ч − диаметр частиц, м. =210 ^-5м;

ρ_тв = ρ_гл =1600 кг/м³,

ρ_ж = 1000 кг/м³,

μ = 0,001 Па·с

.

Рассчитаем скорость свободного падения ω_св по формуле

При Ar ≤ 36

(2.19)

м/с

Определим скорость стесненного осаждения частиц

ω_ст < ω_св ω_ст = ω_свЕ²10 ^-1,82(1-Е), (2.20)

где Е − объемная доля жидкости в сточной воде

, (2.21)

где − массовая доля взвешенных частиц;

ρ_тв,ρ_ж − плотность твердого вещества и сточной воды

, (2.22)

= 0,2/100 = 0,002,

кг/м³.

Тогда

,

ω_ст = 1,310 ^-40,998²10 ^{-1,82(1-0,998)} = 1,2910 ^{-4 м/с}.

Определим количество сточных вод

G_н = Qρв, (2.23)

G_н = 0,00171001=1,7 кг/с.

Определим площадь осаждения твердых частиц

, (2.24)

где А − коэффициент, характеризующий тип сгустителя. Принимаем А = 1,33;

−содержание твердых веществ в осадке сгустителя. Принимаем =0,4;

определяем по Ск глины по формуле 2.8 с учетом степени очистки α=99,8%.

С_к = 2 - 0,9982=0,004 г/л=0,0004%,

=0,0004/100=0,000004,

м².

Выбираем типовой отстойник по величине площади осаждения Ц 6.

Размеры чана: диаметр 6000 мм, высота 2500 мм. Площадь осаждения 30м². Производительность (по твердому веществу) 30 т/сутки.