Основы расчета первичных отстойников Согласно СНиП 2.04.03 – 85 расчет первичных отстойников следует производить по кинетике осаждения (всплывания) взвешенных веществ с учетом необходимой эффективности отстаивания.
Кинетику осаждения (всплывания) взвешенных веществ изучают экспериментально в лабораторных условиях в цилиндрах диаметром 120 мм при высоте слоя отстаивания h1 = 200 мм и h2 = 500 мм.
При расчете тонкослойных отстойников кинетику отстаивания изучают при высоте слоя отстаивания равной расстоянию между наклонными перегородками. Обычно h = 100 мм.
Кинетические кривые отстаивания – это зависимость эффективности отстаивания Э от времени при постоянной высоте отстаивания h. Кинетические кривые отстаивания приведены на рис. 1.
Э      , %
h1 = 200 мм h2 = 500 мм
Э
1 2 , мин Р и с. 1. Экспериментальные кинетические кривые отстаивания при t = 200С
| Гидравлическая крупность частиц U0, осаждающихся в лабораторных условиях, при эффективности отстаивания Э равна
(1)
Для расчета гидравлической крупности частиц, осаждение которых обеспечивает эффективность отстаивания Э в реальных условиях при глубине отстойника H и температуре t, используется формула
|
(2)
где U0 – гидравлическая крупность в мм/с;
H – глубина проточной части отстойника в м;
– время отстаивания, найденное по кинетической кривой при эффективности отстаивания Э и высоте слоя отстаивания h, с;
K – коэффициент использования объема проточной части отстойника;
– коэффициент, учитывающий влияние температуры;
– вертикальная составляющая скорости воды в отстойнике, зависящая от линейной скорости потока w, мм/с;
h – высота слоя отстаивания, м;
n – показатель степени, зависящий от агломерации взвешенных веществ.
Показатель степени n вычисляется по формуле:
, (3)
где 1 и 2 – продолжительность отстаивания воды в секундах, при которой достигается требуемая эффективность отстаивания в цилиндрах с высотой столба воды соответственно h1 и h2 в мм.
Расчет отстойников для сточных вод, содержащих загрязняющие вещества легче воды, следует выполнять с учетом гидравлической крупности всплывающих веществ. При наличии в воде частиц тяжелее и легче воды за расчетную надлежит принимать меньшую гидравлическую крупность.
Опыт обследования промышленных предприятий показывает, что гидравлическая крупность частиц, которые должны быть выделены из воды для обеспечения требуемой эффективности очистки, колеблется в пределах 0,2 0,5 мм/с. для ориентировочных расчетов отстойных сооружений U0 можно принимать равной 0,3 мм/с.
Численные значения величин и приведены в табл. 1 и 2. Таблица 1. Зависимость вертикальной составляющей скорости от линейной скорости потока воды w
-
w, мм/с
| 5
| 10
| 15
| 20
| , мм/с
| 0
| 0,05
| 0,2
| 0,5
|
Таблица 2. Зависимость температурного коэффициента от температуры воды в отстойнике
-
t, 0С
| 60
| 50
| 40
| 30
| 25
| 20
| 15
| 10
| 5
| 0
|
| 0,45
| 0,55
| 0,66
| 0,8
| 0,9
| 1,0
| 1,3
| 1,4
| 1,5
| 1,8
|
Турбулентная составляющая скорости может быть рассчитана по формуле = 0,05 w. (4) Численные значения коэффициента использования объема отстойников различных конструкций и другие их расчетные параметры приведены в табл. 3. Таблица 3. Расчетные параметры первичных отстойников
Тип отстойника
| Коэффициент использования объема K
| Рабочая глубина проточной части отстойника Н, м
| Ширина В, м
| Скорость потока w, мм/с
| Уклон днища i
| Угол наклона пластин , град.
| 1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
| 7
| Горизонтальный Радиальный:
- с центральным вводом
- с периферийным вводом Вертикальный:
- с центральным впуском
- с периферийным впуском С вращающимся сборно-распределительным устройством
| 0,5
0,45
0,65 – 0,75
0,35
0,65 – 0,7 0,85
| 1,5 – 4
1,5 – 5
1,5 – 5
2,7 – 3,8
2,7 – 3,8 0,8 – 1,2
| (2-5)Н
___
___
___
___ ___
| 5 – 10
5 – 10
5 – 10
___
___ ___
| 0,005
0,05
0,05
___
___ 0,05
| ___
___
___
___
___ ___
|
1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
| 7
| С нисходяще-восходящим потоком Тонкослойный:
противоточная и прямоточная схемы
- перекрестная схема
| 0,65
0,5 – 0,7 0,8
| 2,7 – 3,8
0,025 – 0,2 0,025 – 0,2
| ___
2 – 6 1,5
| (2-3)U0
___ ___
| ___
___ 0,005
| ___
45–60 45–60
|
Рекомендуемые диаметры
радиальных отстойников – 18; 24; 30; 40 м;
вертикальных отстойников – 4; 6; 9 м;
отстойников с нисходяще-восходящим потоком – 4; 5; 6; 9 м;
отстойников с вращающимся сборно-
распределительным устройством – 18; 24 м. Расчет первичных отстойников сводится к определению длины или радиуса сооружения, его производительности, количества рабочих единиц отстойников.
Основные расчетные зависимости для первичных отстойников приведены в табл. 4. Если при проектировании очистных установок применяются типовые или экспериментальные конструкции отстойных сооружений с известными геометрическими размерами, за расчетную величину следует принимать производительность одного отстойника q, при которой обеспечивается заданный эффект очистки. Производительность отстойника рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 4. После расчета q, исходя из общего расхода сточных вод Q, определяется число отстойников N
. (5) Кроме того, необходимо рассчитать объем осадка, выделяемого при отстаивании, и решить вопрос о способе перемещения осадка к приямку и выгрузки его из отстойника.
Объем осадка Vос, выделяемого при отстаивании, определяется по формуле
, (6)
где Vос – объем осадка, м3/сут.;
Сн и Ск – концентрация примесей в исходной воде и после отстаивания, мг/л;
Q – часовой расход сточных вод, м3/ч;
хос – влажность осадка, %;
ос – плотность осадка, кг/м3. Таблица 4. Основные расчетные зависимости для первичных отстойников
Тип отстойника
| Основной размер, м
| Пропускная способность q, м3/ч
| Горизонтальный
|

|

| Радиальный С вращающимся сборно-распределительным устройством Вертикальный
|

|

| С нисходяще-восходящим потоком
|

|

| Тонкослойный:
с противоточной и прямоточной схемой;
- с перекрестной схемой
|


|


|
Условные обозначения: L, B – длина, ширина отстойника, м;
R – радиус отстойника, м;
q – пропускная способность, м3/ч;
N – число секций;
Q – расход воды, м3/ч;
dвп – диаметр впускной трубы, м;
U0 – гидравлическая крупность, м/с;
- вертикальная составляющая скорости, м/с;
w – скорость потока воды, м/с;
h – высота слоя отстаивания в тонкослойном отстойнике, м;
LБЛ – длина яруса в тонкослойном отстойнике, м;
НБЛ – глубина тонкослойного отстойника с ярусами, м;
K – коэффициент использования объема;
K1 – коэффициент выноса частиц:
K1 = 1,2 – для плоских пластин,
K1 = 1 – для рифленых пластин. При проектировании первичных отстойников необходимы следующие данные:
расход сточных вод Q, м3/ч;
температура сточных вод t, 0С;
периодичность образования сточных вод;
содержание тяжелых механических примесей Снт, мг/л;
содержание нефтепродуктов и масла Снл, мг/л;
плотность тяжелых и легких загрязнений т, л, кг/м3;
требуемая степень очистки Э, % или допустимое содержание тяжелых Скт и легких Скл примесей в очищенной воде, мг/л;
кинетика осаждения примесей тяжелее и легче воды при их расчетной концентрации в исходной воде, т.е. зависимость Э = f () при h = const и t = 200С.
влажность осадка хос, %.
Горизонтальные отстойники Схема горизонтального отстойника изображена на рис. 2.

L
H
Н2


Рис. 2. Схема горизонтального отстойника:
1 - подводящий лоток; 2 - распределительный лоток; 3 - полупогружные доски; 4 - сборный лоток; 5 - отводной лоток; 6 - трубопровод для удаления осадка.
Н - глубина проточной части отстойника; Н2 - высота нейтрального слоя (от дна на выходе отстойника); L - длина отстойника; В - ширина. Горизонтальные отстойники применяют при расходе сточных вод более 15000 м3/сут. Глубина отстойников достигает 1,5 – 4 м, отношение длины к глубине 8 – 12 (до 20), ширина отстойника зависит от способа выгрузки осадка и обычно находится в пределах 6 – 9 м. Число отстойников применяется не менее двух. В табл. 5 приведены основные показатели типовых первичных горизонтальных отстойников. Таблица 5. Основные показатели типовых первичных горизонтальных
отстойников
Число
отделений
| Объем
отстойной зоны, м3
| Пропускная способность при времени отстаивания
= 1,5 ч, м3/ч
| Глубина, м
| Длина, м
| Ширина
отделения, м
| Номер типового проекта
| 4
6
8
| 3475
5214
6952
| 2132
3198
4264
| 3,2
3,2
3,2
| 30
30
30
| 9
9
9
| 902-2-386.85
902-2-387.85
902-2-388.85
|
Днище отстойника имеет уклон к приямку не менее 0,005. Перемещение выпавшего осадка к приямку осуществляется скребковыми механизмами тележечного или ленточного типа, сдвигающими выпавший осадок в приямок. Объем приямка равен двухсуточному количеству выпавшего осадка. Из приямка осадок удаляют насосами, гидроэлеваторами, грейдерами или под гидростатическим давлением. Угол наклона стенок приямка принимается равным 50 – 600.
Основной расчетной величиной горизонтального отстойника является его длина (табл. 4). Для расчета общей длины отстойника используется уравнение
, (7)
где L – общая длина отстойника, м (см. рис. 2);
Н – глубина проточной части отстойника;
w – линейная скорость потока, мм/с;
К – коэффициент использования объема отстойника;
U0 – гидравлическая крупность, рассчитанная по уравнению (2), мм/с;
- вертикальная составляющая скорости, мм/с;
Величины Н и w назначаются по табл. 3; берется по табл. 1 или рассчитывается по уравнению (4).
Ширина отстойника В определяется по формуле
, (8)
где В – ширина отстойника, м;
q – производительность отделения (секции) отстойника, м3/ч;
Q – расход сточных вод, м3/ч;
Nc – число отделений (секций) отстойника.
При расчете ширины В числом отделений отстойника Nc необходимо задаваться, учитывая, что ширина отстойника лежит в пределах 6 – 9 м.
Действительная скорость wдейст потока вычисляется по уравнению
, (9)
откуда . (10)
Если поступление воды в отстойник неравномерно, то расчет отстойника выполняется по максимальному расходу Qmax
, (11)
где Qmax – максимальный расход сточных вод, м3/ч;
КN – коэффициент неравномерности поступления воды;
Q – средний часовой расход сточных вод, м3/ч. |