Седиментационный анализ очистки воды (стр. 3 )

Создание ламинарного режима в обычных нефтеловушках представляет сложную проблему. Чем больше высота отстойника, тем больше времени для всплытия частицы на поверхность воды. А это, в свою очередь, связано с увеличением длины отстойника, возрастает стоимость отстойников. Несмотря на простоту прямоугольных отстойников интенсифицировать их работу довольно сложно, т. к. с увеличением размеров отстойников их гидродинамические характеристики ухудшаются. Проблема была решена на основании идеи тонкослойного отстаивания в тонком слое, известная по работам Хазена, и затем экспирементально подтверждена Н. Фишерстромом, И. Добряковым, Р. Кэмпом, В. Радзигом [4].

Такое положение привело к разработке и созданию тонкослойных отстойников [19 - 31].

По конструкции их можно разделить на пластинчатые и, реже, трубчатые.

Рис.4. - Конструкции отстойников с пластинчатыми и трубчатыми тонкослойными элементами [17].

На наш взгляд более перспективны первые. Пластинчатые отстойники состоят из ряда параллельных пластин, между которыми движется вода. В зависимости от направления движения воды и движения выпадающего (всплывающего) осадка отстойники делятся: на прямоточные, в которых направление движения воды и осадка совпадают; противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно к направлению осадка. На рис. 5 [5] представлен график по результатам испытания отстойников с расстоянием между пластинами h = 12 ¸ 100мм. Сточную воду, содержащую 450 мг/ дм3 взвеси, обрабатывали сернокислым алюминием (100 мг/дм3) с добавкой 0,5 мг/ дм3 полиакриламида

Рис. 5. - График зависимости эффективности седиментации воды в пластинчатом отстойнике от его длины и расстояния между пластинами

Скорость движения воды в отстойнике составляла 10 м/ч, время пребывания ее (при длине отстойника 2,5м) около 15 мин.

Для глубокой очистки воды от нефтепродуктов во Франции [31] применены нефтеловушки, выполненные в виде тонкослойных элементов из гофрированного стеклопластика, с расстоянием между полками 19 мм, установленными под углом 45°. При габарите установки 1х1х1,75 (м) ее производительность доведена до 20 м3/ч, остаточное содержание нефти не превысило

30 мг/дм3.

Преимущество тонкослойных отстойников заключается в их эффективности, т. к. гидравлическая нагрузка возросла до 10 м3/м2·ч [5], экономичности вследствие небольшого строительного объема, возможности использования пластмасс для тонкослойных элементов. Однако, к недостаткам его следует отнести. В производственной деятельности редко используются тонкослойных элементов в отстойниках. Возможно, это связано с удорожанием строительства и эксплуатационных затрат на обслуживание.

Различают следующие термодинамические и кинетические факторы устойчивости дисперсных систем [5]: электростатический, адсорбционно-сольватный, энтропийный, структурно-механический, гидродинамический, смешанные факторы.

Над проблемами эффективности отстаивания сточных вод работали , , Карелин Я. Г. , , Л, , и многие другие. [6-19].

В технологии очистки воды седиментацией применяются различные устройства для осветления воды: песколовки, гидроциклоны, усреднители, отстойники (прямоугольные, круглые).

Динамические отстойники

Динамические отстойники от статических отличаются тем, что примеси, находящиеся в воде, выделяются при движении очищаемых стоков.

«Тонкослойные отстойники, имею­щие глубину 0,2 - 0,3 м, применяются для осветления слабоконцентрированных произ­водственных сточных вод. Конструктивно они оформлены в виде резервуаров с полочными или трубчатыми вставками (дренами), распо­ложенными под углом, обеспечивающим естественное сползание осадка к шламосборнику. Технологический расчет таких отстойников производится аналогично расчету горизонтальных отстойников» [12]

В основу работы отстойников – нефтелолвушек положен слабо выраженный турбулентный режим (Re = 6000 - 8000) Экспериментальные данные показали, что эффект осветления зависит от числа Рейнольда: при увеличении турбулентности эффект осветления падает, см. рис.6:

Рис. 6. - График зависимости эффекта осветления Эф от числа Рейнольдса Re и угла наклона отстойника р (градус) [1]:

/ — 5; //—10; ///—15; IV— 10 (статический отстой)

·  наилучший эффект осветления получается при минимальном числе Рейнольдса;

·  при увеличении числа Рейнольд­са с 500 до 2000 эффект осветления (очистки) нефтесодержащей воды снижается, но не очень заметно;

·  с переходом режима очистки в турбулентную область эффект очистки резко снижается;

·  чем выше число Рейнольдса (в турбулентной области), тем рез­че ухудшается процесс отделения нефтяных частиц;

·  с увеличением числа Рейнольд­са увеличивается длина отстойника.

Основной вывод из проведенных исследований заключается в том, что теория лучшей коалесценции нефтяных частиц при малой турбу-лизации потока не подтвердилась. Поэтому в существующих нефтело­вушках необходимо добиваться уменьшения числа Рейнольдса до

достижения ламинарного режима течения. Для некруглых труб число Рейнольдса можно определить по формуле:

где уср - средняя скорость потока по сечению; d - диаметр трубы; μ - кинематическая вязкость; Q - расход жидкости через поперечное сечение сооружения; R - гидравлический радиус; F - площадь поперечного сечения потока жидкости в сооружении; χ - периметр смачивания потока жидкости в сооружении.

«Из формулы следует, что для уменьшения число Рейнольдса необходимо сократить расход жидкости Q или увеличить пери­метр смачивания %, оставив постоянными параметры жидкости. Сократить расход жидкости через нефтеловушку при постоянном расходе сточных вод на производстве - значит увеличить число нефтеловушек. При снижении числа Рейнольдса с 8000 до 2000 не­обходимо вместо одной нефтеловушки установить четыре. Такое увеличение капитальных вложений и занятие дополнительных площадей, очевидно, нецелесообразно. Для увеличения смоченного периметра можно установить тонкие горизонтальные или верти­кальные перегородки, однако в эксплуатации такие сложные кон­струкции не нашли широкого применения (выделено мной)». [1]

Таким образом, приходит к выводу, что для увеличения эффективности очистки необходимо увеличить смоченный периметр с установкой горизонтальных или вертикальных перегородок.

Надо отметить, что на практике чаще всего применяются противоточные тонкослойные элементы. Мне это было не совсем понятно в 80-х годах, не понятно и сейчас. Свои сомнения в целесообразности такого решения я задал при личной встрече , на что он ответил, что эта конструкция оптимальна для отстойников, оборудованных донными скребковыми механизмами.... С теории оптимизации процесса седиментации резкое изменение направление потока очищаемых стоков в динамическом отстойнике приведет к турбулентности, а, следовательно, к уменьшению эффективности отстаивания. Таким образом, я вижу в этом проблему применения тонкослойного отстаивания прямоточного, противоточного типа для динамического отстойника, хотя это противоречит общественному техническому мнению.

К этой проблемы науки мы еще вернемся. Теперь необходимо оценить, а что говорит на эту тему СНиП 2.04.03-85 «КАНАЛИЗАЦИЯ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ».

«6.57. Тип отстойника (вертикальный, радиальный, с вращающимся сборно-распределительным устройством, горизонтальный, двухъярусный и др.) необходимо выбирать с учетом принятой технологической схемы очистки сточных вод и обработки их осадка, производительности сооружений, очередности строительства, числа эксплуатируемых единиц, конфигурации и рельефа площадки, геологических условий, уровня грунтовых вод и т. п.

6.58. Число отстойников следует принимать: первичных - не менее двух, вторичных - не менее трех при условии, что все отстойники являются рабочими. При минимальном числе их расчетный объем необходимо увеличивать в 1,2-1,3 раза

6.61. Основные расчетные параметры отстойников надлежит определять по табл. 31.

Таблица 31

Отстойник	Коэффициент использования объема Кset	Рабочая глубина части Hset, м	Ширина Bset, м	Скорость рабочего потока vw, мм/с	Уклон днища к иловому приямку
Горизонтальный	0,5	1,5-4	2Hset - 5Hset	5-10	0,005-0,05
Радиальный	0,45	1,5-5	-	5-10	0,005-0,05
Вертикальный	0,35	2,7-3,8	-	-	-
С вращающимся сборно-распределительным устройством	0,85	0,8-1,2	-	-	0,05
С нисходяще-восходящим потоком	0,65	2,7-3,8	-	2uo - 3uo	-
С тонкослойными блоками:	0,5-0,7	0,025-0,2	2-6	-	-
противоточная (прямоточная) схема работы
перекрестная схема работы	0,8	0,025-0,2	1,5	-	0,005

Примечания: 1. Коэффициент Кset определяет гидравлическую эффективность отстойника и зависит от конструкции водораспределительных и водосборных устройств; указывается организацией-разработчиком.