3912
.pdf11
Исследования по доочистке биологически очищенных сточных вод |
|
проводились на универсальной установке (рис. 1) смонтированной в здании |
|
фильтров станции доочистки биохимически очищенных сточных вод |
|
Куйбышевского нефтеперерабатывающего завода (БХО КНПЗ). |
|
Универсальность установки заключалась в том, что манипуляцией запорной |
|
арматурой на обвязке опытных фильтров, предусматривалась возможность их |
|
работы по различным схемам подачи исходной воды: снизу-вверх, сверху-вниз, а |
|
также по двухступенному фильтрованию. |
|
Установка состояла из двух фильтров диаметром 200 мм и высотой 3 метра. |
|
Для определения потерь напора в загрузке оба фильтра были оборудованы |
|
пьезодатчиками через 10 см по всей высоте колонок, показания пьезодатчиков |
|
были выведенынапьезометрическийщит. |
|
Вода после биологической очистки с помощью насоса 1,5 К-6 подавалась в |
|
бак исходной воды и последовательно проходила смеситель (при реагентной |
|
обработке фильтруемой воды), бак постоянного уровня, снабженный |
|
калиброванными шайбами, которые обеспечивали заданную скорость |
|
фильтрования, фильтры с зернистой загрузкой и бачки постоянного уровня - |
|
имитаторы сборных желобов с которых каждый час производился обор проб |
|
отфильтрованной воды. Одновременно отбиралась проба исходной воды. |
|
Указанные пробы подвергались экспресс-анализу на оптическую плотность с |
|
помощью фотоэлектрического калориметра с последующим определением по |
|
тарировочной кривой количества взвешенных веществ. Также проводился и |
|
химический анализ этих проб. |
. . |
Скорость определялась объемным способом, была постоянной и равнялась |
|
16м/ч. |
|
Регистрация потерь напора по слоям загрузки и всему слою осуществлялась с |
|
пьезометрического щита. |
|
Обработка опытных данных велась по теории технологического моделирования |
|
Д.М. Минца, усовершенствованной Б.З. Мельцером. |
|
Промывная вода
Рис. 1 Схема экспериментальной установки по доочистке сточных вод фильтрованием: 1- фильтровальные колонки; 2 — пьезометрические датчики; 3 — запорная арматура; 4 - пьезометрический щит; 5 - переливной бак; б - расходный бак; 7 - воздухо-отделительные трубы; 8 - бак подачи обрабатываемой воды; 9 - бак с коагулянтом; 10 - смеситель
13
Для пересчета значений гидравлического уклона применительно к высокопористым материалам (дробленый керамзит, керамзитовый песок) была использована формула, полученная при участии автора.
* - значения параметров фильтрования, полученные опытным путем;
V - скорость фильтрования, м/ч;
А* - предельное насыщение загрузки, определяется в зависимости от F(A) *;
т- пористость загрузки в долях единицы;
а-коэффициентформызерна;
μ- коэффициент динамической вязкости воды, г/см-с.
Сцелью определения эффективности работы фильтров с различной загрузкой (кварцевый песок и дробленый керамзит) были проведены сравнительные исследования доочистки сточных вод по различным схемам:
а) одноступенная безреагентная с переменной скоростью фильтрования с загрузкой из кварцевого песка и дробленого керамзита;
б) одноступенная безреагентная с одно- и двухслойной загрузкой из дробленого керамзита с постоянной скоростью фильтрования;
в) двухступенная безреагентная с постоянной скоростью фильтрования; г) одноступенная с предварительной реагентной обработкой исходной воды.
Преимущества загрузки из дробленого керамзита по сравнению с кварцевым песком бесспорны. Однако отсутствие централизованного дробления и рассева сдерживают его применение, что побуждает исследователей на поиски других более легкодоступных зернистых материалов. Строительной промышленностью в настоящее время выпускается керамзитовый песок, полученный в "кипящем слое". Исследования показали, что по гранулометрическому составу, физикомеханическим, гидравлическим, санитарно-гигиеническим свойствам, а также химической стойкости он удовлетворяет соответствующим требованиям. Технологические исследования по определению оптимальных параметров работы различных фильтрующих материалов показали преимущества дробленого
14
керамзита и керамзитового песка перед кварцевым по производительности и грязеемкости в среднем соответственно в 1,84 и 1,49 раза. После проведения исследований по схеме «а» применение кварцевого песка в качестве загрузки экспериментальных фильтров было исключено.
Результаты проведенных автором исследований по доочистке биологически очищенных сточных вод по различным схемам фильтрования и методам обработки исходной воды для удобства сопоставления результатов сведены в таблицу 2 и наглядно показывают технологичность применения двухступенной доочистки.
В качестве I ступени принят фильтр с движением воды снизу вверх, а II ступени двухслойный фильтр с движением воды сверху вниз. Параметры загрузки из дробленого керамзита следующие:
I ступень - высота загрузки - 150 см; объемный вес гранулированного керамзита - 550 кг/м3; диаметр зерен загрузки 2,5-5,0 мм; эквивалентный диаметр - 3,75 мм; коэффициент неодонородности - 1,7.
П ступень - двухслойный керамзитовый фильтр: верхний слой - легкий керамзит (300 кг/м3); высота - 50 см; крупность 1,5-2,5 мм; нижний слой - тяжелый керамзит (550 кг/м ); высота - 100 см; крупность 1,1-3,5 мм. Общий эквивалентный диаметр зерен двухслойного фильтра - 2,1 мм.
На основе проведенных исследований была разработана технологическая схема двухступенной доочистки биологически очищенных сточных вод (рис. 2). Процесс двухступенного фильтрования биологически очищенных сточных вод имеет свои особенности по сравнению с аналогичной схемой очистки природных вод. В воде после сооружений биологической очистки содержатся хлопья активного ила, которые на зернах загрузки фильтров первой ступени образовывают биологическую пленку с микроорганизмами. Эти прикрепленные микроорганизмы и обеспечивают улучшение качества очистки по ВПК при двухступенной схеме. В связи с этим не допускается хлорирование воды перед фильтрами I ступени. Целесообразным также является периодическое применение нисходящей промывки (продувки) этих фильтров. Для условий двухступенной доочистки сточных вод продувка дает не только экономию промывной воды, но и обеспечивает сохранение прикрепленной жизнеспособной биологической пленки
Наименование
показателей
Скорость фильтров Количество взвешенных веществ
в исходной воде Количество взвешенных веществ
в фильтрате • Эффект осветления по
взвешенным веществам Удельная грязеемкость по взвешенным веществам
Продолжительность фильтроцикла БПК20 в исходной воде
БIIK20 в фильтрате
Эффект осветления по БПК20 Количество нефтепродуктов в
исходной воде Количество нефтепродуктов в
фильтрате Эффект осветления по
нефтепродуктам
|
|
|
|
Таблица 2 |
Показателиработыэкспериментальныхфильтров |
|
|
||
|
Показателиработыкерамзитовых фильтров |
|
||
Единица |
Одноступенные |
Двухступенные |
||
измерения |
Безреагентаная |
с реагентом |
I ступень |
II ступень |
|
доочистка |
|
|
|
м/ч |
16,0 |
16,0 |
16,0 |
16,0 |
мг/л |
35,62 |
35,62 |
83,7 |
47,5 |
мг/л |
9.08 |
6,78 |
47,5 |
4,7 |
% |
74,25 |
83,9 |
43,3 |
90,1/94,4 |
кг/м2. ч |
0,424 |
0,477 |
0,579 |
0,684/1,26 |
ч |
41,3 |
23,25 |
58,0 |
58,0 |
мг/л |
|
|
54,75 |
23,4 |
мг/л |
|
|
23,4 |
4,35 |
% |
|
|
57,2 |
81,4/92,05 |
мг/л |
20,8 |
20,8 |
22,3 |
12,4 |
мг/л |
8,9 |
7,7 |
12,4 |
8,0 |
% |
56,9 |
62,8 |
44,4 |
35,4/64,1 |
Примечание: Приведенные в знаменателе данные соответствуют показателям работы фильтров I и II ступени в целом
|
Входная |
Tехнологические |
камера |
|
|
емкости КОС |
Приемный резервуар |
|
и резервуар промывной |
Насос подачи воды на фильтрацию
|
Насос подачи |
|
|
промывной воды |
Фильтр |
|
|
|
|
|
I ступени |
На сооруж. |
|
|
механич. |
|
|
очистки |
|
|
|
Резервуар |
|
Насос перекачки |
грязной |
|
промывной |
|
|
грязной промыв- |
|
|
воды |
|
|
ной воды |
|
|
|
|
|
|
|
фильтр |
|
|
II ступени |
Контактный резервуар |
|
|
|
|
Воздуходувка |
в водоем |
|
|
Рис. 2. Технологическая схема двухступенной доочистки сточных вод фильтрованием:
М4 - сточная вода после биологической очистки; Ml6 — сточная вода на доочистку; Ml 1 - сточная вода на входную камеру; М8 - сточная вода на фильтрацию; М51 — сточная вода после доочистки на I ступени; M52 - сточная вода после доочистки на II ступени; М13 — сточная вода на контактные резервуары; MIO — отвод грязной промывной воды; M15 - аварийный обводной трубопровод; XO - хлорная вода; М21 - сточная вода после продувки I ступени; M14отвод переливной воды; Ml 8 - подача промывной воды на фильтры; Ml9 - отвод промывной воды от фильтров; АО - воздух
17
В третьей главе приводятся результаты по разработке, исследованию и расчету дренажа большого сопротивления с щелевым покрытием.
Автор приходит к выводу, что наиболее предпочтительной дренажнораспределительной системой в фильтрах является система без поддерживающих гравийных слоев, позволяющих увеличить высоту фильтрующей загрузки, улучшив тем самым эффективность работы фильтров.
Для фильтров без гравийных поддерживающих слоев с участием автора был конструктивно разработан и исследован трубчатый дренаж большого сопротивления с щелевым покрытием (рис. 3), работа которого была исследована на экспериментальной установке. Щелевое покрытие изготавливается из нержавеющей стали толщиной 0,8-1,0 мм и приваривается в виде желоба по длине перфорированной дренажной трубы с диаметрально противоположных ее сторон. Целесообразно, для увеличения срока эксплуатации дренажно-распределительной системы, трубы применять из нержавеющей стали. Ширина щелевого покрытия (в) зависит от диаметра трубы (d) и высоты его над отверстием трубы. Максимальная его высота по конструктивным соображениям принимается равной 0,5 диаметра трубы, а минимальная - 0,4. Ширина щелевого покрытия, при высоте его над отверстием трубы 0,5d может быть определена по формуле:
в = 0,75 . π. d |
(2) |
При применении в дренажно-распределительной системе стальных труб должна быть предусмотрена защита отверстий от коррозии, так как практика эксплуатации дырчатых стальных труб показывает, что отверстия под действием коррозии изменяют свои размеры и соответственно расчетные расходы. Отверстия в стальных трубах рекомендуется футеровать материалами, стойкими против коррозии. Для этих целей предлагается использовать эбонитовые втулки (рис. 3).
Щелевое покрытие изготавливается на штамповочном станке с различной заданной высотой щелей, при этом форма щели получается в виде вдавленного равнобедренного треугольника, расположенного под углом 60° по отношению к плоскости щелевого покрытия. Во избежание заиливания отверстий нами рекомендуется высоту щели принимать равной 0,5-0,6 эквивалентного диаметра
Щелевое покрытие Перфорированная труба Эл.сварка Фланец
РАЗРЕЗ 1-1
УЗЕЛ А
УЗЕЛ А
Эбонитовая втулка
Рис. 3. Дренаж большого сопротивления с щелевым покрытием
19
зерен фильтрующей загрузки. Скважность щелевого покрытия зависит от высоты
щели и может быть определена по формуле: |
|
|
α=11,5hщ. |
% |
(3) |
где hщ - высота щели в мм.
Суммарные потери напора в дырчатой трубе и щелевом покрытии могут быть
определены по формуле:
Нобщ=hp.c.+hщ.n. (4)
где hp.c. - потери напора, м, определяемые в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84;
hщ.п. - потери напора в щелевом покрытии, м.
Потери напора в щелевом покрытии определяются по формуле:
где Vотв. - скорость движения воды в отверстиях перфорированной трубы, м/с Отверстия в трубах рассчитываются из условия обеспечения равномерности распределения воды по площади фильтра при отношении общей площади отверстий в трубах 0,25-0,3% площади фильтра. Диаметр отверстий принимается
10-12мм.
ζщ.п. - коэффициент сопротивления щелевого покрытия. Зависит от скважности щелевого покрытия, направления движения потока воды. Величина коэффициента сопротивления определяется по аналитическим зависимостям (6) и (7), полученными на основе экспериментальных данных (рис. 4)
для режима промывки
20
Aф= 3,8 .110-9 α-0,2
d - диаметр отверстия в перфорированной трубе, м
V- кинематический коэффициент вязкости воды, м /с
а - скважность щелевого покрытия в %.
Проводимые исследования работы щелевого покрытия показали, что величина коэффициента сопротивления существенно зависит от его скважности, и увеличивается при его работе в режиме фильтрования. Размер зерен загрузки контактирующей со щелями, при отношении их к высоте щели более 1,5 практически на величину коэффициента сопротивления щелевого покрытия влияния не оказывает.
Величина коэффициента сопротивления труб со щелевым покрытием скважностью от 7 до 35% изменяется в пределах от 2,0 до 2,8 в режиме промывки п от 2,3 до 3,0 в режиме фильтрования.
На рис. 4 приведен график изменения потерь напора hр.с. = f(Re) в
трубах с щелевым покрытием при различных величинах его скважности в режимах промывки и фильтрования. При этом определяющими величинами чисел Рейнольдса является скорость движения в отверстиях труб и диаметр их отверстий.
В случае применения дренажа большого сопротивления с щелевым покрытием процесс регенерации протекает более интенсивно, так как направленность щелей под углом 60° к поверхности покрытия обеспечивает более быстрое разрушение агломератов загрязнений и интенсивное их отделение от зерен загрузки в зоне действия струй промывной воды. Т.е. частицы загрузки при регенерации находятся не просто во взвешенном состоянии, а им придается еще и вращательное движение в вертикальной плоскости, обеспечивая тем самым эффект промывки из-за увеличения вероятности соударений частиц загрузки.
При взаимно-противоположной ориентации направленности щелей соседних труб дренажно-распределительной системы в фильтре этот эффект будет максимальным, приводящим к сокращению времени промывки, а следовательно и к снижению расхода промывной воды.