Расчет первичного вертикально отстойника

Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким и дешевым методом выделения из сточных вод грубодиспергированных примесей с плотностью, отличной от плотности воды. Под действием силы тяжести частицы загрязнений оседают на дно сооружения или всплывают на его поверхность. Относительная простота отстойных сооружений обуславливает их широкое применение на различных стадиях очистки сточной воды и обработки образующихся осадков. По направлению движения основного потока воды различают отстойники: вертикальные, диагональные, радиальные. Вертикальные отстойники применяют на очистных станциях производительностью до 10…15 тыс.м³/сут. Помимо производительности очистной станции при выборе типа отстойников учитывают рельеф площадки, геологические условия, уровень грунтовых вод. Число рабочих первичных отстойников следует принимать не менее двух, при минимальном числе их расчетный объем необходимо увеличивать в 1,2…1,3 раза [18]. 

На данном предприятии установлен вертикальный отстойник (рис. 7). Вертикальный отстойник представляет собой круглый в плане резервуар диаметром 4, 6, 9 м с конической нижней (осадочной) частью. Осаждение взвеси происходит в восходящем потоке сточных вод, следовательно, в осадок выпадают частицы, гидравлическая крупность которых больше скорости восходящего потока. Уклон днища отстойника принимают не менее 45⁰ для естественного сползания осадка к отверстию трубы. Основные параметры типовых первичных отстойников с выпуском воды через центральную трубу представлены в таблице 2 [19].

Таблица 2

 Основные параметры первичных вертикальных отстойников

При расчете отстойников основной расчетной величиной является поверхность осаждения F (м²), которую находят по формуле (2.9):

F = K3∙ ∙ ( )                                 (2.9)

где K3 – коэффициент запаса поверхности, учитывающий неравномерность распределения исходной суспензии по всей площади осаждения, вихреобразование и другие факторы, проявляющиеся в производственных условиях (обычно K3 = 1,3 – 1,35); Gсс – массовый расход исходной суспензии, кг/с; ρосв – плотность осветленной жидкости, кг/м³; ωст – скорость осаждения частиц суспензии, м/с; Хсм, Хос, Хосв – содержание твердых частиц соответственно в исходной смеси, осадке и осветленной жидкости, массе, доли.

Скорость осаждения частиц суспензии (скорость стесненного осаждения) можно рассчитать по формуле (2.1.1) в м/с:

при ξ>0,7 ωст = ωос* ξ*10^-1,82*(1- ξ⁾                    (2.1.1)

                         при ξ<0,7 ωст = ωос* 0,123* ξ³/(^1- ξ)                  (2.1.2)

где ωос – скорость свободного осаждения частиц; ξ – объемная доля жидкости в суспензии. Величину ξ находят по соотношению (2.1.3):

ξ = 1- Хсм*ρсм/ρт                                                      (2.1.3)

Ar = dт³* ρж*g*( ρт-ρж)/ μж²                                     (2.1.4)

при Ar<36 Re=Ar/18                                             (2.1.5)

при 36<Ar<83000    Re=0,152Ar^0,714                    (2.1.6)

                        при Ar>83000  Re=1,74                                 (2.1.7)

Расход суспензии Gсс =15000 кг/ч;

Содержание твердых частиц в суспензии Хсм=0,15 кг/кг; в осадке Хос = 0,55 кг/кг; в осветленной жидкости Хосв = 0,00015 кг/кг;

Минимальный размер удаляемых частиц dт = 20 мкм;

Плотность частиц ρт = 2400 кг/³.

Определим значение критерия Ar по формуле (2.1.4):

Ar = (20∙10^-6)³∙1000∙9,81∙(2400-1000)/(1,519∙10^-3)² = 0,048

Поскольку Ar < 36, рассчитаем Re по формуле (2.1.5):

Re = 0,048/18 = 0,00267

Скорость свободного осаждения в соответствии с выражением (2.1.2) составит:

ωос = 0,00267∙1,519∙10^-3/(20∙10^-6 ∙1000) = 2,03∙10^-4 м/с

Найдем плотность суспензии по формуле (2.1.3):

ρсм = 1/[0,15/2400 + 0,85/1000] = 1095 кг/м³

По формуле (2.1.3) определим значение ξ:

ξ = 1 – 0,15∙1095/2400 = 0,932

Поскольку ξ >0,7, для расчета скорости стесненного осаждения применяем формулу (2.1.2):

ωст = 2,03∙10^-4∙0,868624∙10^{-1,82*(0,062)} = 0,75 м\с

По формуле (2.1.2) находим поверхность осаждения, принимая K3 = 1,3 и считая, что плотность осветленной жидкости равна плотности чистой воды:

F = 1,3∙ ∙  = 56,7 м²

Следовательно, на предприятии установлен вертикальный отстойник с d = 9 м, высотой 9,3 м, пропускаемой способностью 156,5 м³/ч и поверхностью осаждения 63,9 м².

Рис.7  Первичный вертикальный отстойник из сборного железобетона:

1 – отражательный щит; 2 – центральная труба; 3 – илопровод; 4 – жиропровод;

5 – водосборный лоток; 6 – подающий лоток; 7 – отводящий лоток

Расчет аэротенка

Аэротенки-отстойники разрабатываются в виде прямоугольных емкостей сооружений, объединяющих в себе аэротенки продленной аэрации (аэрационная часть) и вторичные отстойники вертикального типа (отстойная часть) (рис.8). Оба сооружения связаны между собой переливными окнами, обеспечивающими переток иловой смеси из аэрационной зоны в отстойную зону [20].

Режим продленной аэрации, который также называется методом полного окисления, отличается значительно большей продолжительностью пребывания сточных вод в аэротенках. Продолжительность аэрации сточных вод в продленном режиме составляет 1-3сут. в зависимости от начальной концентрации сточных вод по БПК. Аэротенки с продленной аэрацией работают при дозах активного ила по сухому веществу 3-6 г/л. в сут.

Аэротенки, работающие в режиме полного окисления, могут эксплуатироваться с удалением избыточного активного ила или без его удаления. В последнем случае избыточный активный ил выносится из вторичного отстойника, что снижает качество очистки. Поэтому для более высокой степени очистки проектом предусмотрено удаление избыточного ила из системы, тем более что низкий его прирост позволяет производить эту операцию через значительные промежутки времени.

Применение режима продленной аэрации обусловлено незначительным приростом активного ила и высокой степенью его минерализации, простотой эксплуатации, устойчивостью работы в режимах неравномерного поступления расхода сточных вод.

Рис.8 Аэротенк

1 - аэротенк, 2 – отстойник, 3 – трубопровод подачи сточных вод на очистку, 4 – трубопровод отвода очищенной воды, 5 – система аэрации , 6 – трубопровод циркуляционного ила, 7 – трубопровод отвода избыточного ила, 8 – воздухопровод, 9 – эрлифт, 10 – лоток, 11 – водослив зубчатый.

Расчет таких биоблоков производится в соответствии с исходными данными, приведенными в таблице 3

Таблица 3