1. Аналитический обзор аппарата

Отстойники разделяются на три основных конструктивных типа в зависимости от направления движения воды - вертикальные, горизонтальные, радиальные. К отстойникам относят и осветлители, где одновременно с отстаиванием сточная вода фильтруется через слой взвешенного осадка, а также комбинированные сооружения - осветлители- перегниватели и двухъярусные отстойники, в которых наряду с осветлением воды осуществляется сбраживание и уплотнение выпавшего осадка.

Тип отстойника и его конструкцию следует выбирать в зависимости от производительности, концентрации и характера нерастворенных примесей в воде, способа обработки осадка, уровня стояния грунтовых вод, местных условий площадки строительства. В каждом конкретном случае выбор типа отстойников должен определяться в результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов. Число первичных отстойников надлежит принимать не менее двух, вторичных - не менее трех. Вертикальные отстойники применяют при производительности очистной станции до 20 тыс.м³/сут, горизонтальные - свыше 15тыс.м/сут, радиальные - свыше 20 тыс.м³/сут, осветлители- перегниватели - до 30 тыс.м³/сут, двухъярусные отстойники - до 10 тыс. м³/сут.

В большинстве случаев эффект очистки в отстойниках составляет 50-70 % при продолжительности отстаивания 1-3 ч; эффективность работы осветлителей достигает 70 %. Для улучшения отстаивания в сточную воду вводят коагулянты и флокулянты, способствующие увеличению скорости осаждения взвешенных частиц.

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные в плане резервуары, выполненные из железобетона и оборудованные водораспределительными и водосборными устройствами (рис. 1.1). Вода поступает в отстойник с торцевой стороны. Для более равномерного распределения воды по сечению отстойника устраивают водораспределительные и водосборные устройства в виде поперечных водосливов, дырчатых перегородок и желобов.

Рис. 1.1. Горизонтальный отстойник 1 - водоподводящий лоток; 2 - привод скребкового механизма; 3 - скребковый механизм; 4 - водоотводящий лоток; 5 - отвод осадка.

отстойник грубодисперсный примесь радиальный

В отстойнике каждая частица движется с потоком воды в горизонтальном направлении со скоростью V и вниз под действием силы тяжести со скоростью и_о. Таким образом, скорость перемещения каждой частицы будет представлять равнодействующую двух этих скоростей. В отстойнике успеют осесть только те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника в пределах его длины.

Вертикальные отстойники представляют собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим днищем, образующим емкость для накопления осадка. Различные типы вертикальных отстойников отличаются конструкцией впускных и выпускных устройств. Наиболее распространенным типом является отстойник с впуском воды через центральную трубу, снабженную в нижней части раструбом и отражательным щитом

Радиальные отстойники представляют собой круглые в плане резервуары диаметром от 18 до 50 м и более. Они предназначены для очистки больших количеств сточных вод с высоким содержанием взвесей (более 2000 мг/л).

Известны радиальные отстойники трех конструктивных модификаций - с центральным или периферийным впуском воды и вращающимся сборно-распределительным устройством (УВР).

В отстойниках с центральным впуском (рис.1.2), вода поступает по центральной трубе снизу вверх, а затем движется от центра к периферии. Скорость течения при этом меняется от максимальной в центре до минимальной на периферии, на середине радиуса она составляет 5- 10 мм/с. Глубина проточной части отстойника 1,5-5 м, отношение диаметра к глубине D:H-6-12 (до 30). Эффективность осаждения в них составляет 60 %.

Осадок, выпавший на дно отстойника, сгребается скребковым механизмом, укрепленным на вращающейся ферме, 1с приямку, расположенному в центре, откуда удаляется насосом или под действием гидравлического давления. В отстойниках с периферийном впуском воды достигается в 1,3-1,6 большая производительность, чем в обычных радиальных отстойниках. Распределительное устройство представляет собой периферийный кольцевой лоток с зубчатым водосливом или щелевыми донными отверстиями и полупогруженную перегородку, которые образуют с бортом отстойника кольцевую зону, где происходит быстрое гашение энергии входящих струй, выделение и задержание плавающих веществ. Вода входит в рабочую зону отстойника через кольцевое пространство, образуемое нижней кромкой перегородки и днищем, а отводится через центральную трубу.

Рис.1.2. Радиальный отстойник 1 - труба для подачи воды; 2 - скребки; 3 - распределительная камера; 4 - приямок для сбора осадка; 5 - водосчив, 6 - отвод осадка

Отстаивание происходит под действием силы тяжести, :

где - масса частицы, кг;

= 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия. Непрерывно действующие отстойники подразделяют на одноярусные, двухъярусные, многоярусные.

Периодически действующие отстойники представляют собой низкие бассейны без перемешивающих устройств. Такой отстойник заполняют суспензией, которая остается в состоянии покоя в течение определенного времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата. После этого слой осветленной жидкости сливают через патрубок (штуцер) или кольцевой желоб, расположенные выше уровня осевшего осадка . Патрубок - короткая труба отвода пара, газа или жидкости. Штуцер - соединительный патрубок, обеспечивающий присоединение трубопровода к резервуарам, аппаратам, другим трубопроводам и т.п. Осадок обычно представляет собой подвижную текущую густую жидкую массу - шлам, который выгружают через верх аппарата или удаляют через нижний спусковой кран. Размеры и форма аппаратов периодического действия зависят от концентрации взвешанных твердых частиц (например массовой концентрации, (кг тв. частиц / кг системы), их размеров (- эквивалентный диаметр твердых частиц, м). Чем крупнее частицы и чем больше их плотность (, кг/ м³) тем, меньший диаметр ( м) может иметь аппарат. Скорость отстаивания существенно зависит от температуры , с изменением которой изменяется вязкость жидкости, характеризуемая - динамическим коэффициентом вязкости жидкости, Па * с. Скорость осаждения обратно пропорциональна , а величина последнего уменьшается с увеличением температура,

Для отстаивания небольших количеств жидкости применяют отстойники в виде цилиндрических вертикально установленных резервуаров с коническим днищем, имеющими кран или люк для разгрузки осадка и несколько кранов для слива жидкости, установленных на корпусе на разной высоте.

Для отставания значительных количеств в жидкости, например для очистки сточных вод, используют бетонные бассейны больших размеров или несколько последовательно соединенных резервуаров, работающих полунепрерывным способом: жидкость (вода) поступает и удаляется непрерывно, а осадок (шлам) выгружают из аппарата периодически.

Отстойники непрерывного действия нашли широкое распространение в производственной практике. Наиболее типичны - отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой (рис. 1.3). Они представляют собой невысокие (относительно диаметра, ) цилиндрические резервуары 1 со слегка коническим днищем и внутренним кольцевым желобом 2 (вдоль верхнего края аппарата) для сбора осветленной жидкости.

Рис. 1.3 Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой

1 - цилиндрическая часть корпуса; 2 - кольцевой желоб; 3 - мешалка гребковая; 4 - лопасти мешалки; 5 - штуцер подачи исходной суспензии (входной штуцер); 6 - штуцер вывода осветленной жидкости; 7 - разгрузочное устройство для осадка (шлама); 8 - электродвигатель.

В резервуаре установлена мешалка 3 с наклонными лопастями 4, на которых расположены гребки для непрерывного перемещения осаждаемых частиц к разгрузочному устройству 7. Одновременно гребки слегка взбалтывают осадок, способствуя этим его обезвоживанию. Мешалка вращается медленно (0,015 0,5 оборотов в минуту), и не нарушает процесса осаждения. Исходная жидкая смесь непрерывно поступает через патрубок (штуцер) 5 в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб 2 и удаляется через штуцер 6. Осадок (шлам) - текущая сгущенная суспензия (концентрация твердой фазы обычно не превышает 60%) удаляется из резервуара при помощи диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя 8 через редуктор.

Достоинства отстойника непрерывного действия с гребковой мешалкой:

1) непрерывность функционирования;

2) высокая производительность (до 3000 т/сутки осадка);

3) равномерная плотность осадка;

4) возможность регулирования плотности осадка путем изменения производительности;

5) более эффективное обезвоживание, осадка благодаря наличию гребковой мешалки;

6) работа отстойника может быть полностью автоматизирована.

К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость. Гребковые нормализированные отстойники имеют диаметр от 1,8 до 30 м., а при очистке больших объемов воды, отстойники достигают в диаметре 100 м. В табл. 1.1 приведены данные по геометрическим параметрам этих отстойников.

Таблица 1.1 Числовые значения геометрических параметров отстойников непрерывного действия

При наличии нескольких последовательно соединенных отстойников можно удалить из осадка до 98% жидкости. Но при необходимости установки ряда отстойников значительных диаметров занимаемая ими площадь будет велика. В целях уменьшения этой площади применяют многоярусные отстойники, состоящие из нескольких аппаратов, установленных друг над другом

Многоярусные аппараты, представляют собой несколько отстойников, поставленных друг на друга и имеющих общий вал для гребковых мешалок. Многоярусность существенно усложняет конструкцию аппарата.

Несложны по конструкции и обладают большой поверхностью отстойники непрерывного действия с коническими полками (рис. 1.4). Поступающая в аппарат суспензия распределяется по каналам между коническими полками, на поверхности которых осаждаются твердые частицы. Осадок сползает по наклонным полкам к стенкам корпуса и затем перемещается в нижнюю часть аппарата, откуда удаляется. Осветленная жидкость поступает в центральную трубу и выводится из верхней части аппарата.

Уровень жидкости

Осадок (пульпа) коническими полками

Рис. 1.4 Отстойник непрерывного действия

Помимо большой поверхности осаждения к достоинствам отстойников этого типа относятся отсутствие движущихся частей и простота обслуживания. Однако влажность шлама в них больше, чем в отстойниках с гребковой мешалкой.

На рис. 1.5 показан отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий. Он представляет собой горизонтальный резервуар с перфорированной перегородкой 2, которая предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы скорость течения жидкости в корпусе 1 аппарата не превышала нескольких миллиметров в секунду и режим течения был ламинарным, что предупреждает смешение фаз и улучшает процесс отстаивания. Расслоившиеся легкая и тяжелая фазы выводятся с противоположной стороны отстойника. Трубопровод для вывода тяжелой фазы соединен с атмосферой для предотвращения засифонивания.

Легкая фаза

Эмульсия Тяжелая фаза

Рис. 1.5 Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий:

1 -корпус;

2-перфорированная перегородка

Целью выполнения курсовой работы по данной теме является определение геометрических параметров (диаметра, высоты, поверхности осаждения, ) отстойника непрерывного действия и затрат электроэнергии на подачу в него загрязненной воды по числовым значениям заданных исходных данных.