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

• 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

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: 11: 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 = 50 000*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 б (в пределах 1−1,5) и определяем сами значения ширины и глубины

H = vw/б (2), H = v2.9/1.5 = 1.39 м

B = б*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 = 0.435/2.½ = 0.4

n_ул = - 1/lg (1−0.4) = 4.54

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*50 000/250 = 200 000 чел.

W_сут = 200 000*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)

L_sc = 12−3 = 9 м

q_h = 0.0065*9*0.5 = 0.2 925 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*200 000*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

3.3 Расчет отводящего трубопровода

Длина участка L = 2 м. расход сточных вод q_max = 0,58 м³/с. Местные сопротивления:

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*?*w_сут+Q_п*С_п

50 000*С_нач=Q_очищ*С_кон+Q_oc*1000*6+Q_п*С_п

50 000*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 25 192), 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.

3. СНиП 2.0403−85. Канализация. Наружные сети и сооружения.

4. ГОСТ 380–2005, ГОСТ 54 384–2011.

Приложение

Таблица 1. Параметры различных типов песколовок

Таблица 2. Параметры к расчету песколовок

Таблица 3. Основные показатели типовых аэрируемых песколовок