Расчет горизонтальной аэрируемой песколовки для очистной станции

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова"

Кафедра "Химическая техника и инженерная экология"

Пояснительная записка к курсовому проекту

Расчет горизонтальной аэрируемой песколовки для очистной станции

по дисциплине "Основы проектирования природоохранных технологий"

Проект выполнил

Студент гр.9ООС - 71 Кельменчук А.П.

Проверил Сомин В.А.

Барнаул 2012

Оглавление

Введение

1. Характеристика процесса отстаивания

2. Технологический расчет

2.1 Расчет песковых площадок

2.2 Расчет песковых бункеров

3. Гидравлический расчет трубопроводов

3.1 Расчет подводящего трубопровода

3.2 Гидравлический расчет песколовки

3.3 Расчет отводящего трубопровода

4. Материальный баланс

5. Выбор конструкционного материала

6. Подбор устройства для удаления осадка из песколовки

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

Введение

В городских сточных водах содержится большое количество нерастворимых и малорастворимых веществ с размером частиц более 1 мкм, которые образуют с водой дисперсные системы - суспензии и эмульсии. Такие систем являются кинетически неустойчивыми и в определённых условиях способны разрушаться - выпадать в осадок или всплывать на поверхность воды.

Механическая очистка - это выделение из сточных вод находящихся в них нерастворенных грубодисперсных примесей, имеющих минеральную или органическую природу. Для этого применяют следующие методы:

·        процеживание - задержание наиболее крупных взвешенных веществ и частично взвешенных веществ на решетках и ситах;

·        отстаивание - выделение из сточных вод взвешенных веществ под действием силы тяжести на песколовках (для выделения минеральных примесей), отстойниках (для задержания более мелких и всплывающих примесей), а также нефтеловушках, масло - и смолоуловителях. Разновидностью этого метода является центробежное отстаивание, используемое в гидроциклонах и центрифугах;

·        фильтрование - задержание очень мелкой суспензии во взвешенном состоянии на сетчатых и зернистых фильтрах.

При неравномерном образовании сточных од перед подачей на очистные сооружения их усредняют по расходу и концентрации в усреднителях различной конструкции.

Метод отстаивания вместе со сбраживанием осадков используется в комбинированных сооружениях для очистки небольших количеств сточной воды - септиках, двухъярусных отстойниках и осветлителях перегнивателях.

В настоящее время как самостоятельный метод механическую очистку применяют редко. Такая возможность существует, если при использовании только механической очистки по условиям сброса в водоем обеспечивается необходимое количество воды (для производственных сточных вод повторный возврат технологический процесс).

В основном же механическую очистку используют как предварительный этап перед биологической очисткой или в качестве доочистки стоков.

1. Характеристика процесса отстаивания

Аэрируемые песколовки применяются для удаления из сточных вод песка крупностью более 0,15-0,20 мм, рекомендуются при производительности станции более 15-20 тыс. м³/сут и особенно при значительном содержании в городском стоке жировых веществ, нефтепродуктов и ПАВ.

Песколовки проектируются в виде блока, состоящего не менее чем из двух самостоятельных отделений (все рабочие).

Как правило, песколовки оборудуются гидромеханической системой сбора песка; из песколовок песок удаляется не реже, чем через 2 суток гидроэлеватором. Схема песколовки приведена на рис.3.2.

В песколовках скорость движения составляет не более 0,08-0,12 м/с; регуляторы скорости не предусматриваются.

По [1, п.6.28] при проектировании аэрируемых песколовок принимают:

-       установку аэратора из дырчатых труб на глубину 0,7 м вдоль одной из продольных стен над лотком для сбора песка;

-       интенсивность аэрации 3-5 м³/м²ч;

-       поперечный уклон дна к песковому лотку 0,2-0,4;

-       впуск воды совпадающим с направлением вращения воды в песколовке, выпуск - затопленным;

-       отношение ширины к глубине отделения В: Н = 1: 1¸1: 1,5.

Перед каждой песколовкой и за ней устанавливаются шиберы, и предусматривается возможность ее отключения и опорожнения.

Сборник песка размещается в начале песколовки и рассчитывается на двухсуточное накопление песка. Конусность сборника 55-60°, ширина дна 0,5 м. Песок из сборника удаляется гидроэлеватором или эрлифтом.

При проектировании известны: максимальный часовой расход сточных вод и приведенное количество жителей.

Рис.3.2 Аэрируемая песколовка: 1 - пескопульпа; 2 - технический трубопровод; 3 - объединяющий канал; 4 - колодец для плавающих веществ; 5 - отвод воды; 6 - трубопровод подачи воздуха

аэрируемая песколовка очистная станция

2. Технологический расчет

Расчет производим по источнику [1]

Количество отделений принимаем из расхода 30 тыс. м³/сут.

Площадь живого сечения находим по формуле:

W = q_max/n*v_s, (1)

Где q_max - максимальный расход сточных вод;

v_s - скорость течения воды м/с (см. табл.1)

Q_max = 50000*24*3600 = 0.58 м³/с

V_s = 0.1 м/с

W = 0.58/0.1 = 2.9 м²

Принимаем соотношение ширины В и глубины Н песколовки α (в пределах 1-1,5) и определяем сами значения ширины и глубины

H = √w/α (2), H = √2.9/1.5 = 1.39 м

B = α*H (3)

B = 1.5*1.39 = 2.085 м

Для типовой песколовки принимаем В = 3 м

Найдем длину осаждения песчинки:

h = B*u₀/V₁ (4) h = 3*0.0145/0.1 = 0.435 м

определяем требуемое количество кругов вращения жидкости для достижения 90% эффективности улавливания песка

n _ул = - 1/ lg (1-h/h_p) (5)

h/h_p = h/H/2 = 0.435/2.1/2 = 0.4

Время вращения одного круга:

t₁ = 1.2*B/V₁ (6) t₁ = 1.2*3/0.1 = 36 c

Продолжительность пребывания жидкости:

t = t₁ *n*1.1 (7)

T = 1.1*4.54*36 = 179.784 c

Длину песколовки рассчитываем по формуле:

L_s = 1000*K_s*H_s*v_s/u₀, (8)

где K_s - коэффициент принимаемый по табл.2;

H_s - расчетная глубина песколовки м, равная Н/2 = 1,39/2 = 0,695

L_s = 1000*2,39*0,695*0,1/14,5 = 11,45

По рассчитанной глубине и ширине принимаем типовую песколовку n = 2; B = 3 м; H = 2.1 м; L = 12 м

Находим суточный объем осадка

W_сут = N_пр*q_ос/1000, (9)

где q_ос - удельное количество песка, л/ (сут*чел) (принимаемое по табл.1);

N_пр - приведенное население, чел.

N_пр = 1000*Q/a (10)

Примем а = 250 л/ (сут*чел)

N_пр = 1000*50000/250 = 200000 чел.

W_сут = 200000*0.03/1000 = 6 м³/сут

Примем интервал выгрузки осадка из песколовки Т_ос = 2 сут и рассчитаем объем бункера одного отделения песколовки:

W = w_сут*T_oc/n (11) W = 6*2/2 = 6 м²

Определяем глубину бункера песколовки:

H_б = W/B (12)

H_б = 6/9 = 0.67 м

Определяем расход промывной воды при гидромеханическом удалении песка:

q_h = v_h*L_sc*b_sc (13), L_sc = L_s - B (14)_sc = 12-3 = 9 м

q_h = 0.0065*9*0.5 = 0.02925 л/с

Напор в начале смывного трубопровода:

H₀ = 5.4*h₀+5.4*v_тр/2*g, (15)

где h₀ = 0.3 максимальная высота слоя песка;

v_тр - скорость воды в начале смывного трубопровода, равная 3 м/с.

H₀ = 5.4*0.3+5.4*3²/2*9.81 = 4.1 м/с

Общий расход оздуха на аэрацию:

Q_air = I_aBL_s, (16)

где I_a - интенсивность воздуха при аэрации (3 м³/ (м²*ч)

Q_air = 3*3*12 = 108 м³/ч

2.1 Расчет песковых площадок

Определяем годовой объем песка:

W_год = 365 * N_пр*q_ос/1000 (17)

W_год = 365*200000*0.03/1000 = 2190 м³/^ггод

Рассчитываем рабочую площадь песковых площадок:

S_p = W_год/h_год, (18)

где h_год - годовая нагрузка на площадки, равная не более 3 м³/ (м²*год)

S_p = 2190/3 = 730 м²

Находим общую площадь песковых площадок:

S_общ = 1,2 * S_{p (}19)

S_общ = 1,2*730 = 876 м²

2.2 Расчет песковых бункеров

Определим необходимый объем бункеров:

W_b = w_сут*Т, (20)

где Т - продолжительность хранения песка в бункерах, равная 4 сут.

W_b = 6*4 = 24 м³

Рассчитаем объем одного бункера:

W₁ = П/4* (D³+D/3* (D²+D+1)), (21)

где D - диаметр бункера, равный 1,5-2 м

Принимаем D = 2 м

W₁ = 3,14/4* (2³+2/3* (2²+2+1)) = 9,9

Найдем количество бункеров:

n_b = W_b/W₁ (22)

n_b = 24/9.9 = 2.4

Принимаем количество бункеров равное 3.

3. Гидравлический расчет трубопроводов

Расчет производим по источнику [2]

3.1 Расчет подводящего трубопровода

Примем длину участка L = 2 м. Расход сточных вод на участке q_max = 0.58 м³/с. Местные сопротивления:

1.       распределение потока ( = 1,5) не учитывается так как в месте распределения потока формируется перепад.

Сечение потока воды в канале b*h = 600*300 мм, гидравлический уклон i = 0,002, скорость потока V = 0,9 м/с. Перепад уровней воды на входе в канал:

∆ = 0,42-0,36 = 0,06 м

h_w = i*L = 0.002*2 = 0.004 м

3.2 Гидравлический расчет песколовки

Потери напора в песколовке h_п = 0,2 м (принимаем по табл.4). Местные потери в песколовке:

2.       потери на входе ( = 1,0).

Общие потери напора

h_w = h_п + *V²/2*g (23)

h_w = 0.2+1*0.9²/2*9.81 = 0.241 м

3.       вход в канал (=0,5).

Сечение потока воды в канале b*h = 600*300 мм, гидравлический уклон i = 0,002, скорость потока V = 0,9 м/с.

Общие потери напора в канале:

h_w = i*L+*V²/2*g (24) h_w = 0.002*2+0.5*0.9²/2*9.81 = 0.0246 м

4. Материальный баланс

Q_ст*С_нач=Q_очищ*С_кон+Q_ос*ƿ*w_сут+Q_п*С_п

*С_нач=Q_очищ*С_кон+Q_oc*1000*6+Q_п*С_п

50000*С_нач=Q_очищ*С_кон+Q_ос*6000+Q_п*С_п

где Q_ст - расход сточной воды на очистку

Q_оч - расход сточной воды после очистки

Q_ос - количество воды в осадке

Q_п - потери воды

C_кон - концентрация начальная

C_кон - концентрация конечная взвешенных веществ

C_{в. в осад. -} концентрация взвеси в осадоке

C_п - концентрация потери взвешенных веществ

5. Выбор конструкционного материала

Для песколовки выбран следующий материал: железобетон [ГОСТ 7473-2010]. Введен 01.01.2012 Взамен ГОСТ 7473-94 Распространяется на готовые для применения бетонные смеси тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов на цементных вяжущих, отпускаемые потребителю для возведения монолитных и сборно-монолитных конструкций или используемые на предприятиях для изготовления изделий и сборных бетонных и железобетонных конструкций.

Настоящий стандарт не распространяется на бетонные смеси специальных бетонов и бетонов на специальных заполнителях (см. ГОСТ 25192), конструкционных бетонов на основе известковых, шлаковых, гипсовых и специальных вяжущих, а также на сухие строительные смеси.

Для трубопроводов выбрана сталь Ст3сп [ГОСТ 380-2005]. Распространяется на круглые, квадратные, прямоугольные, овальные и плоскоовальные трубы для металлоконструкций из углеродистой и низколегированной стали.

6. Подбор устройства для удаления осадка из песколовки

Стремление избежать устройства скребковых механизмов для удаления осадка привело к созданию песколовок с бункерами под днищем или дренажным днищем. В последнем случае в днище каждого отделения закладывают бетонную или керамическую дренажную трубу диаметром 100 мм, над которой располагают слой гравия толщиной 20-30 см.

В песколовках с бункерами под днищем по всей длине устраиваются 2-3 пирамидальные бункера. Желательно, чтобы проточные и осадочные части таких песколовок разделялись между собой колосниковыми днищами (перегородками), т.к. проточность осадочных частей вредно отражается на работе песколовок. Площадь колосников составляет около 50 % площади всего днища, остальная часть приходится на продольные отверстия, через которые и проваливается в бункера выпавший осадок. Для исключения выпадения в таких песколовках органических загрязнений создают искусственную шероховатость днища. Оптимальным является устройство днищ в виде гряд, формируемых потоком из осадка.

Осадок целесообразно выгружать эрлифтом, так как песколовка вертикальная и объем осадка мал, поэтому целесообразно использовать эрлифт.

Эрлифт разновидность струйного насоса. Состоит из вертикальной трубы, в нижнюю часть которой, опущенной в жидкость, вводят газ под давлением. Образовавшаяся в трубе эмульсия (смесь жидкости и пузырьков) будет подниматься благодаря разности удельных масс эмульсии и жидкости. Естественно, что эмульсия тем легче, чем в ней больше пузырьков.

Теория газлифта рассчитывает движение газожидкостной смеси в вертикальной трубе на основании дифференциального уравнения Бернулли для гомогенной сжимаемой среды.

Заключение

В данном курсовом проекте представлен расчет основного и вспомогательного оборудования аэрируемой песколовки для очистки сточных вод.

Были рассчитаны подводящий и отводящий трубопроводы, материальный баланс и подобран конструкционный материал.

В результате технологических расчетов были получены следующие данные:

площадь каждого отделения песколовки - 2,9 м²;

диаметр каждого отделения песколовки - 3 м;

глубина бункера - 0,67 м;

полная строительная высота песколовки - 2,1 м.

Результаты расчетов песковых площадок:

годовой объем песка, задерживаемый в песколовках - 2190 м³/год;

рабочая площадь песковых площадок - 730 м²;

общая площадь песковых площадок - 876 м².

Результаты расчетов песковых бункеров:

необходимый объем бункеров - 24 м³;

объем одного бункера - 9,9 м³;

продолжительность хранения песка в бункерах - 4 сут;

количество бункеров - 3.

Результаты расчетов гидравлических трубопроводов:

Подводящего трубопровода:

длина участка - 2 м;

перепад уровней воды на входе в трубопроводе - 0,06 м;

диаметр трубопровода - 1 м.

Результаты расчетов потери напора в песколовках:

общие потери напора - 0,241 м.

Результаты расчетов отводящего трубопровода:

длина участка - 2 м;

общие потери напора в трубопроводе - 0,0246 м.

Список используемой литературы

1.       Гудков А.Г. "Механическая очистка сточных вод." Учебное пособие. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - 152 с.

2.       Г.И. Воловник, М.И. Коробко. "Технологические расчеты сооружений для очистки городских сточных вод." Учебное пособие. - Хабаровск: ДВГУПС, 2005. - 117 с.

.        СНиП 2.0403-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.

.        ГОСТ 380-2005, ГОСТ 54384-2011.

Приложение

Таблица 1. Параметры различных типов песколовок

Таблица 2. Параметры к расчету песколовок

Таблица 3. Основные показатели типовых аэрируемых песколовок