Оборудование для защиты гидросферы: обоснование, выбор, расчеты (стр. 4 )

В табл. 6.4 приведены данные, характеризующие основные параметры однослойных фильтров на стадии доочистки механически и биологически очищенных сточных вод.

Таблица 6.4

Основные параметры однослойных фильтров

Тип фильтра, применяемого для доочистки	Крупность загрузки, мм	Высота загрузки, мм	Скорость фильтрации, м/ч
После механической очистки: грубозернистый крупнозернистый среднезернистый мелкозернистый После биологической очистки - крупнозернистый	2 - 1 1 - 2 0,8 - 1,5 0,4 - 1,2 1 - 2	2000 1 1 1000 1	10 7 – 10 5 – 7 5 - 7

Регенерация загрузки однослойных фильтров зависит от состава очищаемых сточных вод и материала загрузки. Промывку можно осуществлять фильтратом или неочищенной сточной водой. Интенсивность водяной промывки 16–18 л/(с´м2), продолжительность промывки 6–8 мин.

Применение сжатого воздуха и совместной водовоздушной промывки в ряде случаев обеспечивает хорошее качество отмывки. Однако иногда высокая интенсивность подачи промывной воды не обеспечивает качественной отмывки и приводит к выносу зерен загрузки из фильтра. В этих случаях необходимо принимать такие меры, как поверхностная промывка, предварительное барботирование загрузки сжатым воздухом и т. д.

Интенсивность промывки сверху вниз 3 - 4 л/(с´м2) для стационарной распределительной системы и 0,5 - 0,7 л/(с´м2) для вращающейся распределительной системы.

Для многослойных фильтров в качестве загрузки используют антрацит, песок, гранит и ильменит со средним удельным весом соответственно 1,5; 2,6; 4,2; 4,8.

В многослойных фильтрах наилучшим образом реализуется принцип фильтрации в направлении убывающей крупности загрузки; характерным для этих фильтров является осуществление процесса фильтрации в беспленочном режиме. Грязеемкость многослойных фильтров в 2 - 3 раза больше грязеемкости обычных однослойных фильтров. Применение их позволяет увеличить скорость фильтрации или удлинить продолжительность фильтроцикла.

Для очистки сточных вод также эффективны двухслойные и каркасно-засыпные фильтры.

Конструкция двухслойного фильтра аналогична конструкции обычного скорого фильтра, схема которого представлена на рис. 6.9, 6.10. Загрузка выполняется из песка (нижний слой) и антрацита или керамзита (верхний слой). Крупность песка 0,5 - 1,2 мм при высоте слоя 500 мм; крупность антрацита 0,8 - 1,8 мм при высоте слоя мм; скорость фильтрации м/ч.

Применение двухслойных фильтров для очистки сточных вод, содержа­щих волокнистые примеси и склеивающие вещества, нецелесообразно, по­скольку при промывке фильтров неизбежен вынос легких фракций.

Интенсивность промывки двухслойных фильтров составляетл/(с´м2), продолжительность промывки – мин.

Разновидностью многослойных фильтров является каркасно-засыпной фильтр конструкции (рис. 6.11). В этом фильтре можно использовать дешевые фильтрующие материалы, такие как гравий, щебень, песок и другие, что выгодно отличает его от других многослойных фильтров. Каркасно-засыпной фильтр оборудуется системами равномерного распределения исходной воды и отвода промывных вод через расположенные на расстоянии мм от уровня загрузки съемные дырчатые затопленные трубы. Загрузка каркасно-засыпного фильтра выполняется в виде каркаса из гравия или из щебня и засыпки из мелкозернистого материала, который заполняет часть порового пространства каркаса. Диаметр зерен каркаса и засыпки, а также их объем подбираются таким образом, чтобы зерна засыпки свободно проникали в межзерновые каналы каркаса и под действием сил тяжести опускались в нижние слои каркаса, оставляя в его верхней части пространство, свободное от засыпки.

В качестве материала засыпки могут использоваться песок, антрацит, мраморная крошка, керамзит, гранулированный доменный шлак.

В табл. 6.5 приведены основные параметры каркасно-засыпных фильтров.

Таблица 6.5

Основные параметры каркасно-засыпных фильтров

Вид загрузки фильтра, применяемого для доочистки	Крупность загрузки, мм	Высота загрузки, мм	Скорость фильтрации, м/ч
После механической очистки: гравий	40	1300	6 - 7
Песок	0,6	700	10
После биологической очистки: гравий	40 - 60	1800	-
Песок	0,8 - 1	900

Основным достоинством фильтров этого типа является новый принцип регенерации загрузки, который заключается в том, что мелкозернистая засыпка взвешивается и перемещается в порах каркаса, зерна которого остаются неподвижными. При этом происходит отмывка самой засыпки и очистка поверхности зерен каркаса. Неподвижность каркаса во время промывки позволяет производить промывку водой или водовоздушной смесью без опасности смещения поддерживающих слоев. При водовоздушной промывке интенсивность подачи воды 6 - 8 л/(с´м2), воздуха 8-10 л/(с´м2). Продолжительность водовоздушной промывкимин, после чего в течение 3 - 4 мин фильтр промывают только водой с интенсивностью ее подачи 15 л/(с´м2).

Фильтры с восходящим потоком воды или контактные осветлители (КО) по эффективности своей работы аналогичны фильтрам с многослойной загрузкой.

При очистке сточных вод фильтры с восходящим потоком применяются не только в схемах с реагентной очисткой воды, но и в схемах без коагуляции.

Сточную воду перед подачей в дренажную систему фильтров с восходящим потоком воды предварительно очищают от плавающих и грубодисперсных загрязнений. Для этой цели перед фильтрами с подачей воды снизу устанавливают барабанные сита или микрофильтры.

Фильтры КО-1 промывают водой; промывка фильтров КО-3 производится с применением сжатого воздуха и низкого отвода промывных вод. При сочетании водовоздушной промывки с низким отводом промывных вод фильтрующая загрузка не расширяется. Поэтому в фильтре КО-3 нет гидродинамической неустойчивости загрузки в процессе промывки, чем устраняется основная причина смещения гравийных слоев загрузки. Для фильтра КО-3 характерно увеличение скоростей фильтрования на% вследствие большой высоты загрузки и снижение расхода воды на промывку на% за счет применения сжатого воздуха.

Рис. 6.11. Фильтр типа КО-1:

1 - подача исходной воды; 2 - подача промывной воды;

3 - поддерживающие гравийные слои; 4 - загрузка фильтра (песок);

5 - желоб для отвода фильтрата и промывной воды; 6 - отвод фильтрата;

7 - отвод промывной воды

Рис 6.12. Фильтр типа КО-3:

1-  подача промывной воды; 2 - подача воздуха; 3 - подача исходной воды;.

4 - загрузка фильтра; 5 - струенаправляющий козырек;

6 - пескоулавливающий выступ; 7 - перелив; 8 - отвод осветленной воды;

9 - отвод промывной воды

Для фильтров КО-3 с низким отводом промывных вод режим водовоздушной промывки предусматривает продувку загрузки воздухом с интенсивностью В - 20 л/(с´м2) в течение 1-2 мин, совместную водовоздушную промывку с интенсивностью подачи воды 3 - 4 л/(с´м2) и воздухал/(с´м2) в течение 8-10 мин и окончательную промывку загрузки водой с интенсивностью 6 - 7 л/(с´м2) в течение 4 - 6 мин.

Для загрузки фильтров с восходящим потоком воды используют кварцевый песок, однако можно использовать и другие фильтрующие материалы, например доменный шлак.

По схеме восходящего фильтрования работают также фильтры с плавающей загрузкой из нового фильтрующего материала — полистирола. Эти фильтры встраиваются в первичные или вторичные отстойники и могут быть однослойными или двухслойными. На рис.6.13 представлена схема установки плавающего фильтра в отстойнике. Фильтрация осуществляется снизу вверх, при этом часть взвешенных веществ выпадает в отстойнике, а остальная задерживается плавающим фильтром.

Ориентировочная доза коагулянта для контактной коагуляциимг/л в расчете на Al(SO4)3 или на безводный FeSO4.

 

Рис. 6.13. Фильтр с плавающей загрузкой: 1 - зона отстаивания; 2 - подача исходной

воды; 3 - прижимная решетка; 4 - отвод осветленной воды; 5 - мелкие фракции

плавающей загрузки; 6 - крупные фракции плавающей загрузки;

7 - дырчатое дно фильтра

Фильтры с восходящим потоком воды не выдерживают значительных колебаний расхода из-за потери статической устойчивости загрузки. Допустимое увеличение расхода для этих фильтров в течение одного фильтроцикла составляет%.

Регенерация осуществляется промывкой плавающей загрузки с подачей воды сверху вниз. Интенсивность подачи (промывной водыл/(с´м), продолжительность промывки 3 - 4 мин. Высокий эффект отмывки объясняется тем, что направление вектора скорости водного потока совпадает с направлением силы тяжести вымываемых загрязнений.

Как указывалось выше, наряду с известной общностью процессов фильтрации разнородных по составу сточных вод имеются существенные отличия в этих процессах, обусловленные различным составом и свойствами фильтруемых вод. Загрязняющие вещества, содержащиеся в сточных водах, например масла, нефть, смолистые вещества, целлюлоза, лигнин и т. д., способны оказывать влияние на механизм процесса фильтрации через зернистую загрузку и изменять структуру отложений в порах, что должно быть учтено при выборе конструктивных и технологических параметров фильтров: типа и крупности зерен загрузки, высоты ее слоя, направления фильтрационного потока, условий регенерации загрузки, методов обработки промывной водой и др.

6.6. Гидроциклоны

Интенсификацию процессов осаждения взвешенных частиц из сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных и центростремительных сил в напорных гидроциклонах (рис. 6.14) и низконапорных (открытых) (рис. 6.15). Вращательное движение жидкости в гидроциклоне, приводящее к сепарации частиц, обеспечивается тангенциальным подводом воды к цилиндрическому корпусу. Вращение потока способствует агломерации частиц и увеличению их гидравлической крупности.

Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых мелких примесей, изготовляются диаметром от 01.01.01 мм, высота цилиндрической части примерно равна диаметру аппарата (табл. 6.6), угол конусности равен 10-20°.

Производительность напорных гидроциклонов определяют по формуле:

Q=K1Ddвх, (6.31)

где K1 -безразмерный коэффициент; D-диаметр гидроциклона, м; dвх - диаметр входного патрубка, м; DН - перепад давлений между сливным и входным патрубками, Па.

Открытые гидроциклоны применяют для очистки сточных вод от крупных примесей. От напорных они отличаются большей производительностью и меньшим гидравлическим сопротивлением. Проектировочные данные открытых гидроциклонов приведены в табл. 6.7.

Производительность одного аппарата равна:

Q=0.785qD2, (6.32)

где q=3,6ku0 - гидравлическая нагрузка, м/с; k - коэффициент; для гидроциклона без внутренних устройств 0,61; с диафрагмой 1,98; с диафрагмой и цилиндрической перегородкой 1,98; u0- скорость движения потока, м/с.

Таблица 6.6

Параметры напорных циклонов

Гидравлическая крупность, мм/с при	Диаметр цилин-дричес-кой части, мм	Размеры элементов, доли диаметра циклона	Потеря напора, м	Произ-води-тель-ность, м3/ч
об. массе 2-3,5 г/см3 и конц-ии 2-4 г/л	об. массе 5 г/см3 и кон-ии 0,2-0,8 г/л		диаметр впуска	диаметр верхнего слива	диаметр нижнего слива	высота цилиндрической части
1-1,7	0,2-0,25	50	0,28	0,4	0,12	1	10-15	3-4
1,3-2,1	0,3-0,4	75	0,24	0,27	0,12	1	15-20	5,6
2,7-3,7	0,4-0,5	250	0,2	0,23	0,1	0,7	15-25	46-53
3,6-4,6	0,8-1,1	350	0,18	0,22	0,07	0,88	20-30	75-85
4,3-4,8	1,8-2	500	0,13	0,22	0,05	0,8	25-35	85-90

2

 

1

Рис. 6.14. Напорный гидроциклон:

1- подвод исходной воды;

2 - удаление чистой воды;

3

3 - корпус; 4 - отвод осадка

4

 

б
а	в

Рис. 6.15. Открытые гидроциклоны: а – без внутренних устройств; б – с конической диафрагмой; в - с конической диафрагмой и цилиндрической перегородкой; 1 – отвод воды; 2 – полупогружная кольцевая стенка; 3 – лоток; 4 – кольцевой водослив;

5 – подача воды; 6 – отвод шлама; 7 – коническая диафранма;

8 – цилиндрическая перегородка

Таблица 6.7

Проектировочные данные для открытых гидроциклонов

Показатель	Гидроциклон
без внутренних устройств	с диафрагмой	с диафрагмой и цилиндрической перегородкой
Диаметр цилиндрической части D, м	2-10	2-6	2-6
Высота цилиндрической части Нц, м	D	D	D
Уклон наклона конической части, град	60	60	60
Диаметр водосливного лотка D1 , м	D +1	D +1	D +1
Высота водослива h, м	0,5	0,5	0,5
Диаметр впускного патрубка dпит, м	0,07 D	0,05 D	0,05 D
Число впусков	2	2	2
Диаметр водослива D2, м	D +0,2	D +0,2	D +0,2
Высота диафрагмы h1, м	-	0,7	-
Угол конусности диафрагмы, град	-	45	-
Диаметр отверстия в диафрагме D3,м	-	0,5 D	0,5 D
Диаметр цилиндра D4, м	-	-	0,85 D
Высота цилиндра Нцв, м	-	-	0,8 D
Высота конуса Н, м	-	-	0,1 D

6.7. Нефтеловушки