Очистка сточных вод хлопчатобумажного комбината

2.2.4 Очистка сточных вод хлопчатобумажного комбината

Проектируемые очистные сооружения предназначены для очистки стоков на предприятии от вредных веществ.

Необходимость локальной очистки сточных вод основана на ранее выполненных расчётах ПДС по отдельным видам загрязнений. Концентрации загрязняющих веществ на входе в очистные сооружения и на выходе из них приведены в табл. 2.4.

В технологических процессах электрохимической очистки использовано следующее оборудование:

- электрокоагуляторы;

- отстойники;

- песчаные фильтры.

Для задержания щепы и пуха, поступающих от прядильно-ткацких фабрик предусмотрены устройства по установлению щепы и пуха. Стоки от отделочной фабрики после устройства по улавливанию щепы и пуха по разгрузочному коллектору направляются в насосную станцию пиковых сбросов с последующей перекачкой непосредственно на запроектируемые сооружения электрохимической очистки с последующим отведением под остаточным напором для обработки в нейтрализаторе и последующим отведением через сеть хлопчатобумажного комбината (ХБК) в городской коллектор.

Сетью от прядильно-ткацких фабрик стоки направляются непосредственно в насосную станцию (в районе нейтрализатора) в грабельном отделении которой происходит улавливание щепы и пуха с дальнейшим прохождением их через нейтрализатор и отводом также через сеть ХБК в городской коллектор.

Проектом предусматривается также возможность очистки общего стока ХБК в сооружениях электрохимической очистки, поступающего в насосную станцию в районе нейтрализатора. В этом случае стоки после сооружений электрохимической очистки под остаточным напором направляются в нейтрализатор с последующим отводом через сети ХБК в городской коллектор.

В процессе очистки образуются следующие отходы:

- щепа и пух;

- осадок из отстойников;

- водород (в процессе коагуляции).

Уловленные щепа и пух вывозятся на полигон для захоронения.

Осадок из отстойников в виде нерастворимых гидроокисей направляется на установку тепловой обработки осадков сточных вод.

В технологических процессах обработки осадка использовано следующее оборудование:

- теплообменный аппарат;

- ректор подогрева осадка;

- уплотнитель осадка;

- вакуум фильтр.

Осадок из отстойников пропускают через теплообменник для предварительного нагревания. Затем осадок поступает на обработку в реактор, куда одновременно подаётся пар от источника теплоснабжения. Обработанный осадок из реактора проходит через теплообменник в уплотнитель осадка. Уплотнённый осадок подаётся в накопитель осадка и насосной станцией направляется на обезвоживание, которое производится на вакуум-фильтре. Кек, снимаемый с вакуум-фильтра подаётся в бункер и вывозится на полигон для захоронения.

Вода, выделившаяся в процессе уплотнения, отводится на фильтры. Из реактора образующиеся газы отводятся в систему газоудаления.

Расчёт электрокоагуляционной установки для очистки сточных вод от меди и ионов других тяжёлых металлов.

Принимаем девять электрокоагуляторов производительностью 50 м³/час каждый согласно п. 6.329. /I, с. 54./.

Суммарная концентрация ионов цинка и хрома (VI) менее 50 % концентрации меди, следовательно величину тока определяем по формуле:

I_сuг= q_w *С_еn * q_сuг , A (2.7)

где q_w - производительность аппарата, м³ /ч;

С_еn - исходная концентрация меди, по табл. 2.15.;

q_сuг - удельный расход электричества, необходимый для удаления сточных вод

1 ч мед, q_сuг = 3 А*ч/г, согласно п. 6.332. /I, с. 54./.

I_сuг=50*6.96*3=1044 A

Общую поверхность анодов определяем по формуле

f_pl= I_сuг / i_an, м² (2.8)

где i_an - анодная плотность тока, i_an =150 А/м², согласно п. 6.334. 11, с. 54./.

f_pl=1044/150=6,96 м²

Определяем площадь поверхности одного электрода

f^\_pl= b_р1* h_р1, м² (2.9)

где b_р1 - ширина электродной пластины, b_р1 = 0,6 м, по табл. /2, с. 200/;

h_р1 - рабочая высота электродной пластины, h_р1 = 0,8 м, по /2, с. 200/.

f^\_pl=0.6*0.8=0.48 м²

Общее необходимое число электродных пластин определим по формуле

N_рl=2* f_pl / f^\_pl=29 шт (2.10)

N_pl=2*6,96/0,48=29 шт

Определим рабочий объём электрокоагулятора

W_ek= f_pl* b *N_pl, м³ (2.11)

где b - расстояние между соседними электродами, b = 0,01 м, п. 6.332. /1, с. 54./.

W_ek=6,96*0,01*29=2,02 м³

Продолжительность обработки сточных вод определим по формуле

t= W_ek / q_w, ч (2.12)

t=2,02/50=0,04 ч=146 с

Определим расход металлического железа для обработки сточных вод

Q_Fe= Q_W * С_еn * q_Fe /(1000* K_ek ), кг/сут (2.13)

где q_Fe - удельный расход металлического железа, для удаления 1 г меди,

q_Fe = 3 г, согласно п. 6.332. 1\, с. 54./;

K_ek- коэффициент использования материала электродов в зависимости от толщины электродных пластин, K_ek=0,8, согласно п. 6.337. /I, с. 54./;

Q_W - расход сточных вод, м³/сут

Q_Fe=10800*6,96*3/(1000*0,8)=281,88 кг/сут

Расчёт горизонтального отстойника

Расчёт отстойника выполняется по методу А. И. Жукова. Расчётная схема приведена на рис. 2.2.

Рисунок 2.2- Расчетная схема отстойника

Рассчитаем горизонтальные отстойники для очистки производственных сточных вод Q=9000 м³/сут; коэффициент часовой неравномерности К=1,2; начальная концентрация взвешенных веществ С₁=1570 мг/л; конечная концентрация сточных вод должна быть С₂ = 300 мг/л.

Скорость осаждения взвешенных веществ в состоянии покоя характеризуется рис. 2.23. /5, с. 60/. Влажность выпавшего осадка 90 %, плотность его ρ =1,02 т/м³.

Расчётный расход на отстойниках определяем по формуле

q_max.c.=Q*K/(24*3600), м³/с (2.14)

q_max.c.=9000*1,2/(24*3600)=0,125 м³/с

Принимаем 3 отстойника. Тогда расход на каждый отстойник составит

q= q_max.c /n, м³/с (2.15)

где n - количество отстойников, шт.

q=0,125/3=0,042 м³/с

Требуемый эффект осветления воды определяем по формуле

Э=(С₁- С₂ )*100/ С₁, % (2.16)

Э=(1570-300)*100/1570=81 %

Для получения такого эффекта условная гидравлическая крупность взвешенных частиц определяется по рис. 2.23. /5, с. 60/; u₀≥ 0,33 мм/с.

Принимаем глубину проточной части отстойника Н₁ == 2 м, а v_ср.=0,5 мм/с.

При распределении воды в начале сооружения и сборе ее в конце сооружения с помощью водослива h_о = 0,25 м, α = 30°.

Определим длину участка l₁, на котором высота активного слоя в отстойнике достигнет расчётной глубины Н₁ = 2 м.

h_ср.= Н₁+ h_о /2,15, м (2.17)

h_ср.=2+0,25/2,15=1,05 м

Средняя скорость потока на участке

, мм/с (2.18)

v₁=5*2/1,05=9,5 мм/с

При этом k=0,16 согласно рис. 2.24. /5, с. 60/, ω = 0,04 согласно рис. 2.24. /5,c. 60/, а

 , м (2.19)

 м

Продолжительность протекания воды на участке определяем по формуле

t₁=l₁ / v₁,ч (2.20)

t₁=8,02*1000/9,5=844 с=0,23 ч

За это время наименьшая оседающая частица пройдёт путь

h₁= t₁*(u₀- ω) (2.21)

h₁=844*(0,33-0,04)= 244,8 мм³=0,24 м

При v_ср.=5 мм/с, ω = 0,01 оставшуюся часть глубины отстойника частица пройдёт за время

t₂=( Н₁- h₁)/( u₀- ω ) (2.22)

t₂=(2000-244,8)/(0,33-0,01)=5485 с=1,52 ч

За это время частица переместится по горизонтали на расстояние

l₂= t₂* v_ср., м (2.23)

l₂=5485*0,005=27,4 м

Длина участка сужения потока определяется по формуле

l₃= Н₁/tgα= Н₁/tg30, м (2.24)

l₃=2/0,577=3,47 м

Определим общую длину отстойника

L=l₀ + l₁+ l₂+ l₃+ l₄ , м (2.25)

L=0,7+8,2+27,4+3,47+0,5=40,9 м

Ширину отстойника определяем по формуле

В=q/( Н₁* v), м (2.26)

В=0,042/(2*0,005)=4,2 м

Определим массу уловленного отстойником за сутки осадка

 , т/сут (2.27)

С_1сух=1570*0,81*1,2*9000/(1000*1000)=13,73 т/сут

Определим объём выпавшего осадка

, м³/сут (2.28)

V_ос=100*13,73/((100-90)*1,02)=134,6 м³/сут

Для накопления осадка в начале сооружения проектируем бункер в виде перевёрнутой усечённой пирамиды, верхнее основание которой 4 х2,5 м, а нижнее 1,0 х0,5 м. Высота пирамиды 2,5 м.

Определим объём бункера одного отделения

, м³ (2.29)

где h - высота пирамиды, м;

S₁ - площадь верхнего основания усечённой пирамиды, м²;

S₂ - площадь нижнего основания пирамиды, м²

 м³

В основании отстойника также предусматриваем ёмкость для накопления осадка. Высота её в конце сооружения равна 0,2 м. При уклоне днища i=0,003 высоту её в начале сооружения определяем по формуле

h=0,2+L*0,003, м (2.30)

h=0,2+40,9*0,003=0,32 м

Определим объём осадочной части в основании одного отстойника

V_осн=В* L *( h+0,2)/3, м³ (2.31)

V_осн=4,2*40,9*0,52/3=29,8 м³

Общий объём осадочных частей трёх отстойников

V_oc.=( V_б + V_осн )*n, м³ (2.32)

V_oc.=(10,6+29,8)*3=121,2 м³

Осадочные части отстойника будут заполняться осадком за

121,2/134,6=0,9≈1 сутки

Осадок выгружается 1 раз в сутки и удаляется из бункера с помощью насосов.

Расчёт фильтров

Рассчитаем песчаные фильтры для доочистки сточных вод на максимальную производительность с учетом 30 % воды выделившейся при уплотнении осадка от его первоначального объёма.

Q_max.сут=10800+40,38=10840,38 м³/сут

Проектируем однослойные песчаные фильтры с восходящим потоком воды.

Определим суммарную площадь фильтров по формуле

F_ф= , м² (2.33)

где Т - продолжительность фильтроцикла, Т = 24 ч;

v_ф- скорость фильтрования, v_ф=11 м/ч, по табл. 2.4. /5, с. 39./;

n - количество промывок каждого фильтра, п=1;

m - коэффициент учитывающий расход воды на промывку, m = 0,005;

W₁ , W₂ - интенсивность подачи воды и промывки; W₁ = 4 л/с*м²,

W₂ = 6 л/с*м², по табл. 2.4. /5, с. 39/;

t₁, t₂ - продолжительность водовоздушной промывки и промывки водой;

t₁ = 10 мин =0,17 ч, t₂ =8 мин = 0,13 ч, по табл. 2.4. /5, с. 39/;

t₃ - продолжительность простоя из-за промывки, по табл. 15, с. 39/, t₃ - 0.33 ч.

F_ф=м²

Конструктивно принимаем 6 фильтров, тогда площадь одного фильтра определим по формуле

F₁= F_ф / N, м² (2.34)

где N - количество фильтров, шт

F₁=42,7/6=7,12 м²

Принимаем фильтр размером в плане 2,8 х 2,6 м, тогда F₁ = 7,28 м.

Принимаем число фильтров, находящихся в ремонте, N_p = 1. Тогда скорость фильтрования при форсированном режиме

v_ф.ф.=, м/с (2.35)

v_ф.ф.=м/с

Эта скорость не превышает скорости, допускаемой при форсированном режиме работы фильтров по табл. 2.4. /5, с. 39./.

Рассчитаем распределительную систему фильтра.

Определим количество промывной воды, необходимой для одного фильтра при W₂ = 6 л/с*м²

q_пр= F₁* W₂, л/с (2.36)

q_пр=7,28*6=43,68 л/с

При q_пр=43,68 л/с, d_кол.= 250 мм, v_кол =1 м/с. Принимаем расстояние между ответвлениями распределительной системы m = 0,3 м.

Определим площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление (при наружном d_кол.= 270 мм)

f_отв.=  м²

Определим расход промывной воды, поступающей через одно ответвление

q_отв.=f_отв.* W₂, л/с (2.37)

q_отв.=0,38*6=2,28 л/с

Принимаем d_отв =50 мм, v =1,2 м/с.

Рассчитаем напор промывной воды для обеспечения 95 %-ной равномерности промывки фильтра по формуле

H₀=, м (2.38)

где h_о - высота загрузки фильтра песком, h_о = 1,5 м, по табл. 2.4. 15, с. 39./.

H₀=м

Расход промывной воды, вытекающей через отверстия в распределительной системе, находим по формуле

q_пр= μ∑f_0, м³/с (2.39)

где μ - коэффициент расхода, μ = 0,62;

∑f_о ~ общая площадь отверстий, м².

Из этой формулы определяем общую площадь отверстий

∑f_о= , м² (2.40)

∑f_о=  м²

При d=10 мм площадь отверстия f_о = 0,78 см² .

Определим общее количество отверстий

n= , шт (2.41)

n= 65/0.78=84 шт

Общее число ответвлений на каждом фильтре (2,6 : 0,3) • 2 ≈ 18 шт.

Число отверстий приходящиеся на каждое ответвление 84 : 18 ≈ 5 отв.

Длина каждого ответвления l_отв. =(2.8 - 0,27): 2 =1,27 м.

Расстояние между отверстиями l_о = 1_отв.: 5 = 1,27 : 5 = 0,25 м.

Принимаем два желоба с треугольным основанием.

Расстояние между желобами составит 2,8 : 2 = 1,4 м, а расход промывной воды, приходящейся на один желоб составит q_ж=q_пр : 2 = 43,68 : 2 = 21,84 л/с. Принимаем ширину желоба В = 0,25 м.

Определим площадь поперечного сечения желоба в месте его примыкания по формуле Д. М. Минца

f=, м² (2.42)

f=м²

Конструктивно принимаем размеры желоба, показанные на рис. 2.3.

Рисунок 2.3

Определим высоту кромки над уровнем загрузки

∆ h_ж=, м (2.43)

где 1 - относительное расширение фильтрующей загрузки, 1 = 25 %

∆ h_ж=м

С учётом толщины днища общая высота желоба 0,2 + 0,04 == 0,24 м. Следовательно, расстояние от низа желоба до верха загрузки фильтра будет равно 0,68-0,24=0,44 м.

Расчёт усреднителя-нейтрализатора

Рассчитаем многокорридорный усреднитель - нейтрализатор на расход

Q_max.ч.=10840,38/24=451,68 м³/ч

Определим объём усреднителя - нейтрализатора по формуле

V=, м³ (2.44)

где Q - расход сточных вод, м /ч;

t₃ - длительность залпового сброса, t₃= 8 ч;

К - коэффициент усреднения

К= (2.45)

где С_max - максимальная концентрация загрязнений в залповом сбросе,

С_max =120,3 г/м³, по табл. 2.14.;

С_ср - средняя концентрация загрязнений в стоке. С_ср = 50 г/м³, по экспериментальным данным;

С_доп - концентрация загрязнений в стоке, допустимая к сбросу в городскую сеть, С_доп=100г/м³

К=

V= м³

Проектируем прямоугольный усреднитель-нейтрализагор, состоящий из двух отделений глубиной Н = 3 м.

Определим площадь каждого ответвления по формуле

F= , м² (2.46)

где n - количество отделений, шт.

F= м²

При ширине каждого отделения В == 20 м длина их будет

 L= F/ В, м (2.47)

L=424.6/20=21.23 м

Расчёт установки тепловой обработки осадков сточных вод

Расчётный расход осадка равен 5,61 м³/ч при исходной влажности сырого осадка 90 %. Объём приёмного резервуара принимаем равным 9 м³ из учёта 1,5 ч хранения осадка.

Для теплового расчёта теплообменного аппарата принимаем следующие параметры:

 Т₁= 200 °С - температура теплоносителя на входе в теплообменник;

t₁ = 12 °С - температура осадка на входе в теплообменник;

t₂ = 150 °С - температура осадков на выходе из теплообменников;

р = 1,8 мПа -рабочее давление в теплообменнике.

Принимаем противоточную схему движения греющего и нагревающего осадка - труба к трубе d_вн =80 мм, d_нар =150 мм.

Определим площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата по формуле

F=, м² (2.48)

где Q- производительность аппарата, Дж/ч

k- коэффициент теплоотдачи, Дж/ч*м²;

∆t_ср- средняя разность температур греющего и нагревающего осадка, град.

Q = с• G • (t₁ – t₂) (2.49)

где с - теплоёмкость осадка, с=4,2 кДж/кг*К;

Q = 5610 л - количество подогреваемого осадка в 1 ч.

Q = 4,2 • 5610 • (150 - 12) =3,25 • 10⁶ кДж

 (2.50)

Принимаем k = 2100 кДж/м²*К, тогда

F= м²

Длина секции составляет 4 м, при этом площадь поверхности нагрева одной секции равна 1,12 м². Число труб n= 35,2 : 1,12 = 32.

Рабочий объём реактора, при продолжительности обработки осадка 1,5 ч равен 8,42 м³. К установке принимаем два реактора КОСП - 1СО (один рабочий и один резервный) диаметром 1400 мм, рабочим объёмом 10 м³ и рабочим давлением 1,8 МПа материал реактора ~ сталь марки 20, см. /5, с. 241./.

Уплотнение осадка производится в течение 3 часов. При этом выделяется 30% воды от первоначального объёма осадка.

Определим рабочий объём уплотнителя

у=5,61*3=16,83м³

Принимаем диаметр уплотнителя 2,5 м, площадь зеркала воды 4,9 м, рабочую глубину 3,4 м.

На вакуум-фильтр осадок подают с помощью плунжерного насоса по трубороводу d = 150 мм. Расчётный расход уплотнённого осадка, подаваемого на один вакуум-фильтр, Q_расч =2,81 м³/ч при влажности его 88 %. Период работы вакуум-фильтра 16 ч в сутки. На основании экспериментальных данных рекомендуется применять к установке два вакуум— фильтра БОУ-5-1,75.