авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего ...»

-- [ Страница 2 ] --

6 раз. Первое показанное значение отбросить, по пяти последующим найти среднее арифметическое и записать в табл. 4.2.

Таблица 4. Экспериментальные данные дезодорации Объем Концентрация Пороговое Количество сульфидов С, разбавляющей Проба число ТО реагента воды В, мл мг/л Контроль 5 г/л Уголь, 10 г/л С у...

15 г/л 1 мг/л Анолит, 2 мг/л С а...

3 мг/л 3. Отобрать образцы сточной необработанной воды в три химических стакана и добавить в каждый анолит, полученный на установке СТЭЛ [8], в количестве, необходимом для получения концентрации 1, 2 и 3 мг/л.

В другие три химических стакана со сточной водой добавить гранулиро ванный активированный уголь до получения концентрации 5, 10 и 15 г/л.

4. Через 20 мин повторить п. 1 и 2 для каждого образца обработанной сточной воды («Ноль» на приборе следует установить только один раз).

5. По данным табл. 4.2 построить графики зависимости ТО f ( С y ), f ( Сa ) и ТО f ( С ). Сделать вывод об эффективности проведен ТО ной дезодорации и сопоставимости двух методов определения запаха бытовых сточных вод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Назовите причины дезодорации сточных вод.

2. Перечислите основные методы дезодорации сточных вод.

3. Назовите основные вещества, вызывающие неприятный запах сточных вод.

4. Назовите наиболее оптимальный способ дезодорации.

5. В чем особенность биологического способа дезодорации?

6. Объясните причину большого разнообразия аэраторов.

7. Назовите преимущества органолептического и химического мето дов определения запахов.

8. Объясните причину широкого применения активированного угля в водопроводно-канализационном хозяйстве.

9. Что такое пороговое число и что оно показывает?

10. Назовите требования, предъявляемые к отбору проб для опреде ления запаха.

Лабораторная работа № РЕКОНСТРУКЦИЯ ЛОКАЛЬНЫХ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПИВЗАВОДА Цель: изучить устройство, принцип работы и реконструктивные реше ния биологических очистных сооружений (БОС) пивоваренного завода.

5.1. Теоретические сведения Серьезной экологической проблемой для пивоваренных предприятий является очистка производственных сточных вод. На современном пи воваренном заводе образуется от 4 до 7 л сточной воды на каждый литр произведенного пива. Сточные воды характеризуются высоким уровнем загрязнения по ХПК – до 5…7 тыс. мг/л, взвешенным веществам – до 2000 мг/л. Сброс таких сточных вод без очистки в городскую канализа цию, а тем более в открытый природный водоем недопустим.



Большинство пивоваренных заводов в России сбрасывают сточные воды на городские очистные сооружения канализации (ГОСК). Для того чтобы качество сточной воды соответствовало требованиям водокана лов, с одной стороны, и для того, чтобы уменьшить платежи за сточную воду с другой, некоторые российские пивоваренные заводы уже по строили локальные сооружения по предварительной очистке сточных вод. На данных очистных сооружениях сточные воды усредняются, ней трализуются, на механической стадии очистки из сточной воды удаляет ся мусор. Однако нередко данной обработки сточных вод недостаточно.

При увеличении производительности предприятий в результате ре конструкции, при возведении новых цехов строительство локальных очистных сооружений является одним из обязательных требований при родоохранных органов, особенно в городах, где очистные сооружения не имеют возможности принимать и перерабатывать дополнительный объ ем сильно загрязненных сточных вод. Постоянно увеличивающаяся пла та за сброс сточных вод в канализационную систему города, штрафные санкции, предъявляемые пивоваренным заводам, также способствуют тому, что руководство предприятия принимает решение строить и ре конструировать собственные очистные сооружения.

Сточные воды, поступающие на очистные сооружения пивоваренных заводов, образуются на различных стадиях производственного процес са, таких как: мытье, замачивание и проращивание сырья;

мытье техно логического оборудования, котлов для варки сусла, бродильных чанов, продольных чанов и котлов, бочек, бутылок, полов, стен;

разделение хмеля и сусла;

пролив, разлив пива;

охлаждение сусла и пива и пр.

Количество сточных вод, концентрация их загрязнений зависят от при нятой на данном предприятии технологии производства пива.

Уменьшение водопотребления-водоотведения на пивоваренном за воде – главная задача реконструкции очистных сооружений. Образова ние стоков можно уменьшить путем точной дозировки воды, внедрения оборотной системы водоснабжения, внедрения машин для мойки тары с дозирующим впрыскиванием воды. К водосберегающим мероприятиям также можно отнести обучение персонала, усовершенствование техно логий мойки и т.д. Цель внутрипроизводственных мероприятий умень шение объемов сточных вод с более высокой концентрацией загряз няющих веществ и более высокой температурой, что упрощает процесс очистки и снижает стоимость очистных сооружений.

Загрязнения сточных вод пивоваренных заводов состоят из различ ных остатков: пива, дрожжей, отработанного зерна, обрывков бумажных этикеток, корешков проросшего ячменя, хмеля и т.д. Белки и углеводы, содержащиеся в сточных водах, быстро загнивают, выделяя органиче ские кислоты (молочную, масляную, уксусную). При загнивании активная реакция среды делается кислой (рН = 4).

Сточные воды предприятий пивоваренной промышленности отно сятся к концентрированным. Наиболее загрязненными являются стоки, образующиеся при мытье и замачивании зерна, от отработанного хме ля, мытья фильтрующейся массы после фильтрования сусла и отмы вания отработанных дрожжей. Такие сточные воды характеризуются высоким содержанием загрязнений по взвешенным веществам – 10000…15000 мг/л, по БПК5 – 5000…10000 мг/л.





Сточные воды солодовен содержат разбавленные растворы сахара, камеди, белков, неорганических солей (фосфорнокислые соли щелоч ных и щелочноземельных металлов), в которых, кроме перечисленных загрязнений, также суспензированы частицы земли, зерна и т.д. Сточ ные воды дрожжевых цехов пивоваренных заводов загрязнены в основ ном органическими веществами (остатки масел, дрожжевые клетки, бел ки, углеводы и т.п.).

В сточных водах отмечается недостаток питательных веществ, биоген ных стимуляторов, азота, фосфора, необходимых для биологической (биохимической) очистки. Азот, уровень которого составляет 50…100 мг/л, образуется большей частью из органического азота (белок, дрожжи), и только очень небольшая его часть из аммиака и нитратов.

Сточные воды пивоваренных заводов можно разделить на три ос новные группы (табл. 5.1).

Таблица 5. Характеристика сточных вод пивоваренных заводов Количество Процент от общего Сточные воды сточных вод, % количества загрязнений Сильно загрязненные 15 Слабо загрязненные 35 Условно чистые 30 с тепловым загрязнением На небольших пивоваренных заводах с размером загрязнений сточ ных вод по БПК5 200…2700 мг/л, окисляемости 400…2700 мг/л и количе ством взвешенных частиц 50…2500 мг/л (нерастворимые трудноосаж дающиеся тонкодисперсные примеси) применяют химическую очистку при помощи жидких отходов некоторых химических предприятий, кото рые содержат соли алюминия, железа, натрия.

В результате коагуляции тонкодисперсных примесей происходит вы деление соли фосфорной кислоты РО4 из очищаемых сточных вод в виде крупных и легкоосаждающихся хлопьев. Снижение загрязнений при такой обработке по БПК5 составляет 90 %, по фосфору – 85 % и азоту – 30 %. Продолжительность реакции хлопьеобразования и осветления 15…20 мин. После химической обработки рекомендуется биохимическая очистка сточных вод.

Если пивоваренные заводы располагаются в пределах города или жилого поселка, то сточные воды сбрасывают в общегородские системы канализации для их совместной очистки с хозяйственно-бытовыми сто ками. При этом их количество не должно превышать 3…5 % от объема общего стока коммунальной канализации, в которую они сбрасываются.

В состоянии брожения сточные воды направлять в канализацию запре щается, так как это способствует выщелачиванию извести из сооруже ний, резкому изменению рН и, как результат, нарушению нормальной работы очистных сооружений. Поэтому даже слабо закисшие сточные воды нейтрализуются.

Механическая очистка осуществляется на решетках, ситах, в отстой никах. Осадки общего стока предприятия на сооружениях механической очистки составляют 0,4…3 % по объему, влажность осадка – 97…98,5 %, содержание летучих веществ – 70…75 %. Эффективность осветления сточных вод отстойниками не превышает 60…80 %.

Если в районе предприятий пивоваренной и безалкогольной про мышленности расположены земельные участки, сточные воды могут очищаться на полях фильтрации или орошения. Лучшие результаты по лучают в том случае, когда стоки предварительно обрабатываются на сооружениях механической очистки. На полях орошения имеется воз можность использовать стоки в качестве удобрений (азот, фосфор, ка лий). Для этого необходимо следить, чтобы в них не началось брожение, так как этот процесс способствует угнетению растений, кислой реакции почвы и закисанию. Следовательно, нейтрализация стоков до размеров рН 6,5…8,5 обязательна.

Хлорирование сточных вод пивоваренных заводов применяется в ос новном для борьбы со зловонием в канализационных сетях, приемниках насосных станций, на отдельных очистных сооружениях. При этом дозы хлора обычно составляют 5…20 мг/л. Обеззараживание производствен ных сточных вод не применяется, потому что возбудители заболеваний в этих стоках отсутствуют.

Для крупных пивоваренных заводов концентрация химического по требления кислорода (ХПК) в сточных водах колеблется в пределах от 2000 до 6000 мг/л.

Напомним, что ХПК используется для более полной оценки содержа ния органических веществ в сточной воде, особенно если она представ ляет собой смесь бытовых и производственных вод. Для бытовых сточ ных вод БПК20 составляет 86 % ХПК;

однако многие производственные воды имеют ХПК, превышающую БПК20 на 50 % и более.

Для такого производства характерны значительные временные ко лебания количества и концентрации сточных вод, так называемые зал повые сбросы. Значение показателя рН также колеблется, но большей частью остается высоким. Залповые сбросы обусловлены поступлением в заводскую канализацию отработанных моющих растворов и дезинфи цирующих веществ (например, каустической соды), уровень показателя рН сточных вод в этот момент может быть больше 11. Тем не менее да же небольшого содержания азота (50…100 мг/л) и фосфора в сточных водах достаточно для биологической очистки сточных вод с использова нием системы BIOMAR без применения каких-то специальных химиче ских добавок.

Технология BIOMAR может состоять из следующих элементов:

– предварительной механической очистки, во время которой происходит задержка мусора на решетках, удаление песка и первичное отстаивание;

– предварительной физико-химической обработки, включающей ней трализацию стоков (установка SPLIT-O-MAT) и дозирование реагентов (установки SPLIT-O-MAT, DOS-O-MAT);

– биологической обработки сточных вод: предварительной анаэроб ной-аэробной обработки (BIOMAR MAB);

предварительной анаэробной обработки (BIOMAR ASB);

анаэробной-аэробной очистки (BIOMAR ASB-OSB);

аэробной доочистки (BIOMAR OSB).

Выбор оптимальной комбинации методов для строительства или ре конструкции станции очистки сточных вод основывается на анализе тре бований к качеству сточных вод и тарифов со стороны городских очист ных сооружений.

Схемы анаэробной (BIOMAR ASB) и аэробной (BIOMAR OSB) систем представлены на рис. 5.1. В табл. 5.2 приведена сравнительная харак теристика этих методов.

Аэробная очистка сточных вод Усреднение, Аэробная очистка Осаждение закисление BIOMAR OSB 120 м3/сут – активный Уменьшение Уменьшение ХПК на 10 % ХПК на 89,5 % ил (2 % от ТS) Анаэробная очистка сточных вод 2000 м3 биогаза/сут Предваительная Анаэробная очистка Аэробная очистка Осаждение обработка BIOMAR АSB BIOMAR OSB 30 м3/сут – активный ил Уменьшение Уменьшение Уменьшение ХПК на 10 % ХПК на 70 % ХПК на 14,5 % (2 % от ТS) Рис. 5.1. Схемы очистки сточных вод пивзавода Таблица 5. Сравнительная характеристика анаэробной (BIOMAR ASB) и аэробной (BIOMAR OSB) систем очистки Анаэробная система Аэробная система BIOMAR ASB BIOMAR OSB Используется только при высокой Используется при меньших объё концентрации загрязнений в сточ мах загрязнений в сточных водах ных водах (ХПК 1500 мг/л) Используется при наличии отно Может использоваться при нали сительно тёплой воды (темпера чии холодной воды тура 25 °C) При определённых условиях до Не допускается наличие токсич пускается наличие токсичных ве ных веществ в сточных водах ществ Для щелочных сточных вод требу- Для щелочных сточных вод ется предварительная нейтрали- не требуется предварительной зация нейтрализации Активный ил может сохранять Без постоянного поступления жизнеспособность без поступле- «свежих» сточных вод активный ния «свежих» сточных вод ил погибнет Необходима последующая аэроб- Необходимы две-три стадии ная доочистка для достижения аэробной очистки для достижения ПДК ПДК Нет значительного удаления азота Возможна интеграция удаления (N) и фосфора (P) азота (N) и фосфора (P) Большое количество избыточного Небольшое количество избыточ ила, необходимо обезвоживание и ного ила обезвреживание ила Небольшая потребность в элек- Высокая потребность в электро троэнергии энергии, в том числе на аэрацию Требуются большие площади Очистные сооружения компактны Большие капиталовложения Меньшие капиталовложения Более низкие эксплуатационные Более высокие эксплуатационные расходы расходы Сопоставление двух методов очистки показывает, что для получения очищенной сточной воды, соответствующей по своим качествам норма тивам ПДК рыбохозяйственных водоемов, необходимо применить их комбинацию. Преимущества предварительной анаэробной очистки сточ ных вод (BIOMAR ASB) могут удачно дополняться последующей аэроб ной (BIOMAR OSB) стадией доочистки.

По сравнению с традиционной для России аэробной очисткой (BIOMAR OSB) комбинация двух процессов значительно уменьшает экс плуатационные затраты на очистных сооружениях.

Особенностью работы реактора «BIOMAR ASB» является оптималь ное разделение трех фаз: воды – активного ила – биогаза, благодаря чему отпала необходимость в дополнительном разделении и переработ ке. Система разделения трех фаз «GLOBAL» позволяет сгладить пики образования биогаза, которые зависят от концентрации органических веществ в сточных водах. Она обеспечивает относительно постоянную подачу биогаза либо на установку сжигания, либо на утилизацию.

Собственные очистные сооружения с использованием анаэробного метода хорошая альтернатива аэробному методу очистки сточных вод для компаний, сбрасывающих сточные воды в городскую канализацию.

Значительно снижается потребность в площадях под очистные соору жения (в 3–5 раз), образуется небольшое количество избыточного ак тивного ила, что позволяет избежать больших расходов по его удале нию. Биогаз, образующийся в процессе очистки, можно использовать на предприятии, при этом потребности в электроэнергии сокращаются в 3–4 раза.

Работа очистных сооружений BIOMAR ASB-OSB (анаэробно-аэроб ный метод), работающих в автоматическом режиме, происходит по сле дующей схеме (рис. 5.2), которая включает в себя барабанные решетки, первичный отстойник, смеситель-усреднитель, анаэробный реактор (ме тан-реактор) BIOMAR ASB, аэробный реактор (аэротенк) BIOMAR OSB, вторичный осветлитель, станцию дозирования реагентов, станцию обез воживания осадка на ленточном фильтр-прессе, биофильтр для очистки отходящего воздуха.

Сточные воды собираются в накопителях, находящихся в двух раз ных местах на территории пивоваренного завода. Каждый оборудован фильтром для очистки сточных вод от механических частиц. Замеры рН проводят после того, как объединились два потока сточных вод.

Для удаления мусора вода подается насосами на две барабанные ре шетки, а затем в первичный осветлитель, где происходит отделение лег ко осаждаемых взвесей. Особенно важно удалить из воды остатки дрожжей, силикатный гель и частицы бумаги для того, чтобы они не на капливались на последующих этапах обработки.

Сточные воды, прошедшие стадию механической очистки, попадают в смеситель-усреднитель, который играет роль также и накопителя.

Здесь происходит предварительное закисление сточной воды, в резуль тате чего снижается значение рН и образуются органические кислоты.

Работа завода носит относительно сезонный характер, зависит от времени года, максимальный объем производства приходится на летние месяцы. Два параллельных смесителя-усреднителя и два метан-реакто ра BIOMAR ASB позволяют качественно чистить воду и при максималь ной производственной нагрузке.

BIOMAR ASB BIOMAR OSB Рис. 5.2. Схема очистных сооружений BIOMAR ASB-OSB, устанавливаемых фирмой «Enviro-Chemie»

Удельная мощность анаэробного сбраживания реактора составляет в среднем 4,5…5 кг ХПК/м3 в сутки. Он обеспечивает удаление до 85…95 % массы органического загрязнения. До того как сточная вода попадает в метан-реактор, производится ее нейтрализация путем до бавления каустической соды или соляной кислоты. Также в сточную во ду можно дозировать питательные вещества. Уже после метан-реактора достигается значительное снижение уровня ХПК (рис. 5.3).

ХПК, мг/л 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 День месяца ХПК на входе ХПК после метанреактора ХПК на сливе Рис. 5.3. ХПК после различных ступеней очистки сточной воды В результате анаэробной очистки органические соединения разлага ются до метана и углекислого газа (биогаз). Поэтому образование избы точной биомассы при анаэробном процессе незначительно, что выгодно отличает его от аэробных систем. Биогаз, содержащий 75…80 % метана, безопасно сжигается на факельной установке (см. рис. 5.2). Существует возможность использования биогаза для получения пара, горячей воды или электроэнергии.

Заключительная аэробная доочистка следует за анаэробной стадией.

Аэротенк разделен на две части (каскады), воздух в реактор подается мелкопузырчатыми аэраторами. Качество очищенной сточной воды по сле двухстадийной аэробной очистки и стадии фильтрации соответству ет требованиям, предъявляемым к сточным водам, сбрасываемым в рыбохозяйственный водоем.

При значительных объемах и загрязненности сточных вод независи мо друг от друга могут функционировать два аэротенка. Для обработки осадка запроектирован участок обработки и обезвоживания осадка.

Первичный осадок и избыточный активный ил (аэробный и анаэроб ный) собираются в накопителях и сгущаются под действием силы тяже сти, после чего полученный осадок направляется на обезвоживание на центрифуге. Обезвоженный активный ил после получения соответст вующих сертификатов можно применять в сельском хозяйстве как орга ническое удобрение.

Таким образом, все показатели качества сточных вод удовлетворяют нормам РФ. Главный показатель ХПК на выходе из очистных сооруже ний равен 12 мг/л. В Российской Федерации ХПК не нормируется.

Для сравнения по нормам стран Запада ХПК не должен превышать 30 мг/л.

5.2. Экспериментальная часть Порядок выполнения работы Лабораторная работа проходит в форме экскурсии на биологические очистные сооружения (БОС) пивоваренного завода (рис. 5.4).

1. До выезда на объект экскурсии заведующим кафедрой «Гидравли ка и водоснабжение» проводится инструктаж по технике безопасности всех студентов с обязательной фиксацией подписи в журнале о его про хождении. Примерное содержание целевого инструктажа отражено в прил. 6. Кроме того, в нем перечислены опасные и вредные производст венные факторы, действующие на объекте экскурсии.

Рис. 5.4. Очистные сооружения «Enviro-Chemie» пивоваренного завода 2. Из числа студентов создается 4 подгруппы с условными названия ми: «Технологи», «Экологи», «Строители», «Химики». Каждая подгруппа выполняет общий отчет по экскурсии с обязательным освещением во просов, указанных в табл. 5.3.

Таблица 5. Примерный перечень вопросов для подгрупп Подгруппа Вопросы, освещаемые в отчете Принципиальная технологическая схема очистки сточ ных вод пивоваренного завода. Обеззараживание сточ ных вод завода. Процессы, происходящие в сооружени «Технологи»

ях биологической очистки, и их эффективность. Пред ложения по совершенствованию технологии очистки сточных вод Показатели качества промышленных сточных вод (ПСВ), контролируемые лабораторией БОС, и их при борное измерение. Нормативы сброса ПСВ в реку Бе «Экологи»

резовую и соответствие им. Оценка экологичности БОС.

Предложения по улучшению экологической обстановки на территории завода Окончание табл. 5. Подгруппа Вопросы, освещаемые в отчете Конструктивно-строительные решения БОС. Контроль но-измерительные приборы и их размещение на БОС.

«Строители» Объемно-планировочные решения основного и вспомо гательного зданий БОС и занимаемая ими площадь.

Предложения по модернизации зданий БОС Реагентное хозяйство БОС. Установка для сжигания биогаза. Принципиальное устройство газгольдера.

«Химики»

Предложения по интенсификации работы очистных со оружений 3. Помимо вопросов из табл. 5.3, в отчете должны быть отражены общие сведения о БОС пивоваренного завода (дата пуска в эксплуата цию, проектировщики, производительность, режим работы и др.) и пред ложения по переходу очистных сооружений на безреагентные техноло гии. Каждый отчет должен быть проиллюстрирован фотографиями и схемами, поясняющими основные мысли.

Для составления отчета используются сведения, полученные на экс курсии при ознакомлении с производственной документацией и общении с обслуживающим персоналом. Отчет защищается всеми членами груп пы в виде презентации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Назовите основные загрязнения сточных вод пивоваренных заводов.

2. Перечислите способы интенсификации работы очистных сооруже ний пивоваренных заводов.

3. Укажите места сброса сточных вод пивоваренных заводов и тре бования к ним.

4. В чем вы видите причины строительства локальных очистных со оружений большинством промышленных предприятий?

5. Перечислите особенности химической очистки сточных вод пиво варенных заводов.

6. Зарисуйте технологические схемы очистки сточных вод пивова ренных заводов.

7. Назовите особенности аэробной и анаэробной очистки сточных вод пивоваренных заводов.

8. Какие способы обработки осадков пивоваренных заводов вам из вестны?

9. Как показатель ХПК влияет на выбор метода очистки сточных вод пивоваренных заводов?

10. Как обычно используют биогаз, полученный на установках ана эробной обработки пивоваренных заводов? Каков его химический состав?

Лабораторная работа № ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ ВТОРИЧНЫХ ОТСТОЙНИКОВ Цель: выявить влияние ЭМ-пластмассы на работу моделей вторич ных отстойников.

6.1. Теоретические сведения Ужесточение требований к качеству очищенных сточных вод и, как следствие, увеличение числа станций очистки сточных вод, которые в си лу объективных причин не могут их выполнить, обусловливает необходи мость поиска путей повышения эффективности обработки стоков.

Проблема дефицита мощностей очистных сооружений канализации в значительной степени тормозит развитие жилищного строительства и го родской инфраструктуры. На сегодняшний день подавляющее большин ство очистных сооружений работают по схемам биологической очистки в аэробных условиях, которые имеют ряд существенных недостатков, в том числе чувствительность процесса к качеству стоков, колебания их расхо да, недостаточно глубокое удаление соединений фосфора и др.

Вторичные отстойники являются составной частью сооружений био логической очистки, располагаются в технологической схеме непосред ственно после биоокислителей и служат для отделения активного ила от биологически очищенной воды, выходящей из аэротенков, или для за держания биологической пленки, поступающей с водой из биофильтров.

Эффективность работы вторичных отстойников определяет конеч ный эффект очистки воды от взвешенных веществ. В качестве основных показателей работы вторичных отстойников используются иловый ин декс и динамика осаждения активного ила.

Иловый индекс равен объему активного ила после 30-минутного от стаивания 100 мл иловой смеси, отнесенного к 1 г сухого вещества.

Иловый индекс Ii универсальный показатель, он говорит и о степени минерализации активного ила, и о структуре его зооглей. Все это указы вает также на гидродинамические свойства зооглей и на их способность оседать в очищаемой воде. Глубоко минерализованный ил имеет индекс 60…90, нормальным считается иловый индекс 70…120, недостаточно хорошо работающий ил способен «вспухать». В этом случае иловый ин декс более 150…200 мл/г.

Для технологических схем биологической очистки сточных вод в аэротенках вторичные отстойники в какой-то степени определяют также объем аэрационных сооружений, зависящий от концентрации возвратно го ила и степени его рециркуляции, способности отстойников эффектив но разделять высококонцентрированные иловые смеси.

Иловая смесь, поступающая из аэротенков во вторичные отстойники, представляет собой гетерогенную систему, в которой дисперсионной средой служит биологически очищенная сточная вода, а основным ком понентом дисперсной фазы являются хлопья активного ила.

Скорость осаждения активного ила зависит от его плотности и мине рализованности, а также от структуры зооглей. Мелкие микроорганизмы образуют плотный ил, а длинные, нитчатые формы, разветвленные зоо глеи образуют рыхлый, плохо осаждаемый ил. Увеличение концентра ции ила в сточной воде приводит к росту скорости очистки, но требует усиления аэрации для поддержания концентрации кислорода на необ ходимом уровне.

От структуры зооглей зависит свойство активного ила адсорбировать загрязнители в аэротенке и скорость отделения активного ила от очи щенной воды во вторичных отстойниках.

Важнейшим свойством иловой смеси как дисперсной системы явля ется ее агрегативная неустойчивость, которая выражается в изменении диаметра хлопьев активного ила в пределах 20…300 мкм в зависимости от интенсивности турбулентного перемешивания.

При снижении интенсивности турбулентного перемешивания и по следующем отстаивании иловой смеси в результате биофлокуляции происходит агрегирование хлопьев активного ила в частицы размером 1…5 мм, которые осаждаются под воздействием силы тяжести.

Осаждение хлопьев активного ила (при его концентрации в иловой смеси более 0,5…1 г/л) происходит с образованием видимой границы раздела фаз между осветляемой водой и илом.

Гидродинамический режим работы вторичных отстойников формиру ется в результате совокупного воздействия следующих гидродинамиче ских условий:

– режима впуска иловой смеси в сооружение, оцениваемого скоро стью ее входа и определяющего интенсивность взаимодействия входя щего потока с потоками оседающего ила и осветляемой воды;

– процесса сбора осветленной воды, определяемого в основном ско ростью подхода воды к сборному лотку и его удаленностью от уровня осевшего ила;

– режима отсоса осевшего ила, определяемого скоростью входа ила в сосуны илососа, уровнем стояния ила и удаленностью сосунов от сборного лотка.

Таким образом, разделение иловой смеси и осветление очищенной воды во вторичных отстойниках происходит в условиях турбулентного движения, которое представляет собой результирующую всех перечис ленных выше компонентов, продуцирующих вихревое воздействие на поток в этом сооружении. Учет влияния турбулентного режима движения воды во вторичных отстойниках на конечную концентрацию взвешенных веществ производится как через коэффициент объемного использова ния, характеризующий конструкцию отстойника, так и через основные технологические параметры его работы.

Интенсификация процесса гравитационного илоразделения достига ется за счет низкоградиентного перемешивания (G ~ 2 1/с) иловой смеси с помощью стержневых перемешивающих устройств. По результатам ис следований, проведенных МГСУ, наилучшие результаты обеспечиваются при использовании стержней полукруглого сечения (d = 50…100 мм), воз действующих на иловую смесь по всей высоте зоны илоразделения.

Под воздействием низкоградиентного перемешивания улучшается флокуляция хлопьев активного ила, уплотняется их структура и, как следствие, на 20…30 % повышается концентрация удаляемого возврат ного активного ила при снижении конечной концентрации взвешенных веществ в осветленной воде до 8…15 мг/л по сравнению с 15…25 мг/л при гравитационном разделении иловой смеси без перемешивания.

Повышение эффективности процесса гравитационного илоразделе ния достигается также при использовании взвешенного слоя активного ила, в котором, как в контактной среде, интенсифицируется хлопьеобра зование и с последующим доосветлением надыловой воды в слое высо той Н = 2…3 м возможно снижение концентрации взвешенных веществ в осветленной воде до 1…5 мг/л.

Седиментационные свойства активного ила улучшаются в случае об работки иловой смеси коагулянтами (сульфат железа или алюминия, ок сихлорид алюминия (ОХА) и пр.) дозами около 100 мг/л. Осаждение коа гулированного активного ила происходит с повышенной интенсивностью, а коагулянт не ухудшает окислительной способности ила.

Коагуляция иловой смеси (симультанное осаждение) хотя и дает по ложительный эффект, но требует тщательного обоснования, так как не обходимо дооборудовать очистные сооружения реагентным хозяйством.

При увеличении расходов иловой смеси, поступающей во вторичные отстойники, возможен вариант применения полочных модулей. Полки имеют высоту около 100 мм и рассчитываются исходя из гидравличе ской крупности выделяемых хлопьев в зависимости от значения крите рия аi J i. Чем больше значение критерия, тем хуже проходит осажде ние и тем меньше гидравлическая крупность, которая должна прини маться в расчетах тонкослойных модулей. Тонкослойное отстаивание может также происходить в полосных или трубчатых вставках во вто ричном отстойнике.

Для нормальной работы вторичного отстойника необходим опреде ленный режим рециркуляции активного ила, отвечающий как его дозе, так и нагрузке на активный ил.

Большие значения коэффициентов рециркуляции, соответствующие повышенным дозам ила аi, и общая перегрузка сооружений требуют ре конструкции всего узла рециркуляции (трубопроводы, насосные установ ки) и вызывают дополнительную перегрузку вторичных отстойников.

Одновременно следует реконструировать систему подачи воздуха и воздухораспределения. Известно, что системы крупно- и среднепузыр чатой аэрации пригодны при низких дозах ила (не более 2,1 г/л), мелко пузырчатой фильтросной – не более 2,9 г/л. При больших дозах реко мендуется заменить систему аэрации, применив в качестве воздухорас пределителей пористые трубы «Экополимер» и «Полипор-A», пригод ные при аi = 5…6 г/л. При таких же дозах возможна механическая, а при дозах до 20 г/л – эрлифтная и струйная аэрация.

С увеличением подачи сточной воды и доз активного ила возрастают расходы воздуха, что требует усиления воздуходувной станции.

Существенное влияние на работу вторичных радиальных отстойни ков большого диаметра (характерных для крупных станций аэрации) оказывает равномерность сбора осветленной воды, которая может на рушаться под воздействием ветра. Ветровой нагон воды способен пере грузить на 30…40 % одну часть сборного лотка, вызвать соответствую щее перераспределение потока иловой смеси и привести к повышенно му выносу загрязнений с осветленной водой. Использование зубчатых водосливов не обеспечивает требуемой равномерности сбора воды.

Для борьбы с указанным явлением используют систему сбора осветлен ной воды через затопленные дырчатые трубы, которые при равном вет ровом нагоне обеспечивают более равномерный сбор воды, чем зубча тые водосливы.

Для снижения выноса загрязнений из вторичных отстойников боль шое значение имеет тщательное сгребание и постоянное удаление вы падающего в осадок активного ила. При залеживании ила на днище, особенно при достаточно глубокой развитости процесса нитрификации в аэротенках, практически неизбежна его денитрификация, приводящая к всплыванию комков ила и его выносу с потоком осветленной воды. Опыт эксплуатации горизонтальных вторичных отстойников показал, что при прочих равных условиях отстойники с цепными илоскребами обеспечи вают вынос взвешенных веществ 8…10 мг/л против 15…20 мг/л в от стойнике с мостовым илоскребом. Этот эффект объясняется непрерыв ностью удаления активного ила и меньшим взмучивающим влиянием цепного илоскреба по сравнению с мостовым.

Аналогичным образом на процесс илоразделения воздействует ре жим впуска иловой смеси, в частности, более высокие скорости ее вво да в радиальные отстойники, чем в горизонтальные, объясняют в 1,5…2 раза меньший конечный вынос взвешенных веществ в гори зонтальных отстойниках по сравнению с радиальными. Очевидно, что для вторичных отстойников, особенно радиальных, при расчете гид равлической нагрузки следует учитывать коэффициент рециркуляции активного ила, а сама нагрузка не должна превышать 1,0…1,5 м /(м ч).

В последнее время особый интерес исследователей вызывает влия ние ЭМ-пластика на очистку природных и сточных вод.

Установлено [9], что ЭМ-пластик так воздействует дистанционно на активный ил, что скорость его осаждения увеличивается примерно на 20…25 %. Ускорение осаждения активного ила в отстойнике происходит за счет усиления агрегации бактерий, образующих хлопья активного ила под влиянием излучения ЭМ-керамического порошка, который входит в состав ЭМ-пластика.

Активный ил без воздействия на него ЭМ-пластика достигает макси мального уплотнения через 30 мин, в то время как при действии ЭМ пластиковой емкости тот же объем достигается за 20 мин, т. е. на 30 % быстрее. А далее следует еще уплотнение активного ила, и его объем становится примерно на 25 % меньше по сравнению с илом без ЭМ воздействия. Ускорение осаждения ила на 1/3 может дать значительный экономический эффект за счет сокращения объема вторичного отстой ника без нарушения циркуляции активного ила в очистном сооружении, а уплотнение осевшего ила на 25 % позволит сократить расходы на ути лизацию избыточного активного ила.

6.2. Экспериментальная часть Оборудование. Мерные цилиндры объемом 1 л, очищаемая сточная вода в смеси с активным илом из аэротенков ГОСК г. Хабаровска, ЭМ-сосуд типа «кашпо», часовые стекла диаметром 10 см.

Порядок выполнения работы 1. Отбираем по 1000 мл активного ила с водой в 2 мерных цилиндра.

Один из них помещаем внутрь ЭМ-сосуда типа «кашпо», которое нахо дится в обычном положении. Второй (контроль) удаляем от ЭМ-сосуда типа «кашпо» на 2 м.

2. Через 10, 15, 20 и 30 мин после начала отстаивания цилиндр осто рожно приподнимаем из ЭМ-пластиковой емкости и отмечаем объем осевшего ила. Одновременно отмечаем объем оседающего ила в кон трольном цилиндре. Данные замеров заносим в табл. 6.1.

Таблица 6. Экспериментальные данные отстаивания Время анализа t i, мин, и со ответствующий ему объем ак Наименование пробы тивного ила V i, мл 10 15 20 Цилиндр 1 (внутри ЭМ-емкости) Цилиндр 2 (контроль, вне ЭМ-емкости) 3. Строим график зависимости Vi f (ti ) и делаем вывод о влиянии ЭМ-пластмассы на иловый индекс. В выводе следует обязательно отме тить, какие реконструктивные решения возможны во вторичном отстой нике на основе применения пластмассовых ЭМ-изделий.

4. Отбираем по 15 мл очищаемой сточной воды в смеси с активным илом в 5 часовых стекол. Одну пробу ставим на дно перевернутого ЭМ сосуда из пластика, остальные на дно перевернутой конической колбы (на одном уровне с дном перевернутого ЭМ-сосуда) на расстоянии 20, 30, 50 и 200 (контроль) см от ЭМ-сосуда, как показано на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Размещение часовых стекол с актив ным илом на различных расстояниях от ЭМ сосуда типа «кашпо» [9] 5. Через 40 мин измеряем размер пятна активного ила в часовых стеклах. Данные заносим в табл. 6.2.

Таблица 6. Экспериментальные данные дистанционного воздействия Вид линейного размера Значение, см Расстояние от ЭМ-кашпо ri, см 0 20 30 50 Диаметр пятна активного ила Di, см 6. Строим график зависимости Di f (ri ) и делаем вывод о дистан ционном воздействии ЭМ-пластика на адгезию бактериальных хлопьев.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Назовите причины интенсификации вторичных отстойников.

2. Перечислите методы интенсификации вторичных отстойников.

3. Назовите виды вторичных отстойников, укажите их достоинства и недостатки.

4. Перечислите эксплуатационные параметры работы вторичных от стойников.

5. В чем вы видите особенности применения ЭМ-пластика для интен сификации работы вторичных отстойников?

6. Назовите основные причины неудовлетворительной работы вто ричных отстойников.

7. Опишите реагентное хозяйство, требуемое для интенсификации работы вторичных отстойников.

8. Перечислите способы удаления активного ила из вторичных от стойников.

9. Каково назначение вторичных отстойников?

10. Как можно объяснить положительное влияние ЭМ-пластика на гидробионты активного ила?

Лабораторная работа № МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАГЕНТНОЙ ДЕФОСФАТИЗАЦИИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД Цель: установить характер изменения эффекта очистки сточных вод от фосфора в зависимости от исходной концентрации фосфатов, дозы коагулянта и щелочи;

рассчитать коэффициенты уравнения регрессии и определить их значимость.

7.1. Теоретические сведения Интенсивное развитие химической науки и химической технологии во второй половине XX столетия потребовало значительного расширения объема научных исследований. В свою очередь, любое химическое и химико-технологическое исследование связано с постановкой экспери ментов, особенно при создании новой технологии, оптимизации новых или уже существующих процессов. Поэтому у экспериментаторов воз никло естественное стремление проводить опыты таким образом, чтобы при их минимальном количестве получить исчерпывающую информацию об объекте исследования. Это стремление послужило основной причи ной того очевидного факта, что химикам и технологам пришлось сделать своим повседневным орудием математику. В результате плодотворное развитие получило новое направление – математическое планирование химического эксперимента.

В настоящее время уже создана теория эксперимента и разработано множество методов планирования эксперимента, которые позволяют решать весьма сложные и трудоемкие задачи.

В каждом случае выбор метода определяется постановкой задачи и особенностями объекта исследования. Поскольку большое количество экспериментальных задач в химии и химической технологии формули руются как задачи оптимизации, то наиболее широкое распространение получили методы планирования экстремального эксперимента, позво ляющие получить математическое описание объекта исследования статистическую математическую модель, которая может быть основой решения задач оптимизации.

Под объектом химической технологии (ОХТ) подразумевается типо вой технологический процесс, происходящий в аппаратуре определен ного конструктивного оформления, или технологическая цепочка, охва тывающая несколько процессов и аппаратов.

Объект химической технологии, на котором осуществляется плани руемый эксперимент (рис. 7.1, б), характеризуется обязательным усло вием – все входные переменные или факторы ( Х 1, Х 2, Х n ) должны быть управляемы. Этого требует сама постановка планирования эксперимен та, предполагающего активное вмешательство в ход эксперимента.

Такой ОХТ, в отличие от традиционной схемы (рис. 7.1, а), называют объектом исследования.

ZS Z1 Z2 Z а б Y X1 X1 Y Объект Y X2 X2 Y Объект химической исследования технологии Xn Ym Xn Ym UK U1 U Рис. 7.1. Схема объекта химической технологии (а) и объекта исследования (б) Согласно принятой терминологии факторы Х 1, Х 2, Х n – это изме ряемые и регулируемые входные параметры объекта (независимые пере менные);

помехи Z1, Z 2, Z s – неконтролируемые, случайным образом изменяющиеся параметры объекта;

выходные параметры Y1,Y2, Ym контролируемые параметры, которые определяются факторами (зависи мые переменные) и связаны с целью исследования. Поэтому в планируе мом эксперименте Y принято называть параметром оптимизации (техно логический или экономический показатель процесса).

Параметры Х 1, Х 2, Х n иногда называют основными, так как они определяют условия эксперимента, а возмущения Z1, Z 2, Z s – случай ными;

они, как правило, недоступны для измерения. Эти параметры проявляются лишь в том, что изменяют картину влияния факторов на выходные параметры. Объект исследования может иметь несколько вы ходных параметров, которые необходимо сократить до минимума, ис пользуя какой-либо способ, описанный в специальной литературе. Опыт показывает, что в большинстве случаев удается ограничиться одним па раметром оптимизации, и тогда вектор Y превращается в скаляр Y.

Количество факторов и характер взаимосвязей факторов с выходным параметром определяют сложность объекта исследования. При наличии статистической информации о факторах и зависящем от них выходном параметре можно построить математическую модель объекта исследо ( Х 1, Х 2, Х n ), связывающую пара вания или функцию отклика Y метр оптимизации, характеризующий результаты эксперимента, с фак торами, которые варьируются при проведении опытов.

Принято называть пространство с координатами Х 1, Х 2, Х n фак торным пространством, а геометрическое изображение функции отклика в факторном пространстве – поверхностью отклика.

При использовании статистических методов математическая модель чаще всего представляется в виде полинома:

f ( Х1, Х 2, Х n ;

0, 1, n Y ). (7.1) Поскольку в реальном процессе всегда существуют неуправляемые и неконтролируемые переменные, изменение величины Y носит случай ный характер. Поэтому при обработке экспериментальных данных полу чаются так называемые выборочные коэффициенты регрессии b0,b1,bi,bn, являющиеся оценками теоретических коэффициентов 0, 1, i, n.

Тогда статистическая математическая модель в форме уравнения регрессии, полученного на основании эксперимента, в общем случае будет иметь вид n n n bii X i Y b0 bi X i bij X i X j (7.2) i1 i1 i ij Математическая модель (7.2) видоизменяется в зависимости от объ екта исследования и способа сбора экспериментальных данных. В част ности, по данным полного факторного эксперимента (ПФЭ) первого по рядка можно построить полином первого порядка:

b1X 1 b2 X 2 bi X i bn X n Y b0 (7.3) или неполный квадратичный полином (если учитываются двойные взаи модействия факторов):

b1 X 1 bi X i bij X i X j bn X n.

Y b0 (7.4) Разработке плана эксперимента всегда должны предшествовать сбор априорной информации для составления характеристики объекта исследования, опыты по наладке экспериментальной установки и при необходимости – опыты для установления области определения наибо лее существенных факторов и выходного параметра.

Теорией и практикой эксперимента выработаны определенные тре бования (условия), которым должны удовлетворять независимые и за висимые переменные. Поэтому на стадии подготовки к проведению экс перимента весьма полезными оказываются рекомендации, которые при водятся ниже.

При выборе выходного параметра необходимо учитывать следую щие требования:

– выходной параметр должен иметь количественную характеристику, т.е. должен измеряться;

– выходной параметр должен однозначно оценивать (измерять) ра ботоспособность объекта исследования;

– выходной параметр должен быть статистически эффективным, т.е.

иметь возможно меньшую дисперсию при проведении опытов;

это по зволяет четко различать опыты;

– выходной параметр должен отражать как можно более широкий спектр исследуемого явления, т.е. обладать универсальностью;

практи чески это требование трудно обеспечить в ряде случаев, тогда рекомен дуют пользоваться так называемой обобщенной переменной;

– выходной параметр должен иметь достаточно четкий физиче ский смысл.

Удачный выбор выходного параметра в значительной степени опре деляется уровнем знания технологии.

При выборе факторов нужно выполнять следующие требования:

– фактор должен быть регулируемым, т.е. с помощью определенного регулирующего устройства фактор может изменяться от значения Х i до значения Х i. Например, доза коагулянта может быть изменена от 40 до 50 мг/л;

это свойство называют операционной определенностью;

– точность измерения и управления фактора должна быть известна и достаточно высока (хотя бы на порядок выше точности измерения вы ходного параметра);

очевидно, что низкая точность измерения факторов уменьшает возможности воспроизведения эксперимента;

– связь между факторами должна быть мала (в пределе должна от сутствовать);

это свойство называют однозначностью факторов, что со ответствует независимости одного фактора от другого.

Ряд требований предъявляется одновременно и к факторам, и к вы ходному параметру:

– факторы и выходной параметр должны иметь области определе ния, заданные технологическими или принципиальными ограничениями (пример технологического ограничения – максимальная производитель ность насоса-дозатора, подающего коагулянт в отстойник;

пример прин ципиального ограничения – температура кристаллизации жидкого про дукта, образующегося в результате реакции);

– области определения факторов должны быть таковы, чтобы при предельных значениях факторов выходной параметр оставался в сво их границах;

– между факторами и выходным параметром должно существовать однозначное соответствие, т.е. изменение факторов повлечет за собой изменение выходного параметра (причинно-следственная связь).

Сущность факторного эксперимента состоит в одновременном варьи ровании всех факторов при его проведении по определенному плану, представления математической модели (функции отклика) в виде линей ного полинома и его исследовании методами математической статистики.

Построение плана факторного эксперимента удобно проиллюстриро вать на примере, который будет выполняться в лабораторной работе.

Объектом исследования является модель вторичного отстойника, в ко тором эффект коагуляционной очистки от фосфора Y зависит от трех факторов – дозы коагулянта ОХА Х 1, концентрации фосфатов в исход ной воде Х 2 и дозы щелочи Х 3. Технологические схемы реагентной дефосфатизации подробно описаны в работах [8, 10]. Из статьи [11] до полнительно известно, что изменения фактора «концентрация фосфа тов» в диапазоне от 2,8 до 5,45 мг/л влияют на эффект очистки. Обозна чим крайние значения каждого фактора соответственно символами «+1»

и «–1» и назовем их верхним и нижним уровнями. Тогда все возможные комбинации факторов при варьировании на двух уровнях (верхнем и нижнем) будут определены восемью опытами. План ПФЭ принято запи сывать в виде таблицы, которая получила название матрицы планиро вания (для рассматриваемого примера см. табл. 7.1) Таблица 7. Матрица планирования ПФЭ Уровни факторов Отклик Yi № опыта Х0 Х1 Х2 Х (цилиндра) (эффект очистки, %) –1 –1 –1 Y 1 + –1 –1 Y 2 +1 + –1 –1 Y 3 +1 + –1 –1 Y 4 +1 + –1 Y 5 +1 +1 + –1 Y 6 +1 +1 + –1 Y 7 +1 +1 + Y 8 +1 +1 +1 + Yi 9, 10, 11 +1 0 0 В общем случае в первом столбце матрицы планирования ПФЭ запи сываются номера опытов ( i 1,2, N ), второй столбец отводится фик тивной переменной Х 0 (тождественно равной +1), которая подразуме вается при свободном члене полинома Y b0 X 0 b1 X 1 bn X n.

Последующие столбцы матрицы планирования предназначены для факторов Х i ( i 1,2, n ) и представляют собой собственно «планиро вание», т.е. все возможные комбинации факторов на двух уровнях.

В столбце под названием «отклик» записываются опытные значения выходного параметра Yi, т.е. результаты эксперимента, проведенного по плану, зафиксированному в каждой i -й строке матрицы. Нередко при необходимости проведения параллельных опытов по условиям каждой строки рубрика «отклик» содержит несколько столбцов для записи ре зультатов этих опытов.

Если требуется установить значимость влияния на выходную пере менную Y взаимодействий факторов, к матрице планирования добав ляются столбцы Х i X j [тогда искомый полином будет иметь вид уравне ния (7.4)].

Таким образом, матрица планирования эксперимента – это стан дартная форма записи условий эксперимента с использованием кодиро ванных значений факторов (всех комбинаций факторов или их части) в виде упорядоченной системы чисел.

Средние значения между верхними и нижними уровнями факторов названы нулевыми уровнями Х i0, или нулевыми точками факторов, ко торые, по существу, являются центром планирования и должны быть выбраны экспериментатором. При наличии высокого качества априор ной информации может быть такой идеальный случай, когда в результа те удачного выбора нулевых точек факторов центр планирования «по падает» в область оптимума выходного параметра. Не имея оснований рассчитывать на такое «попадание», все же можно рекомендовать экс периментатору выбирать в качестве нулевого уровня те величины фак торов, при которых в предварительных исследованиях наблюдалось (или оценивалось) наилучшее значение выходного параметра.

Верхний и нижний уровни факторов расположены симметрично от нулевого уровня и отличаются от него на некоторую часть области оп ределения факторов, которая также выбирается и является интервалом возможного варьирования факторов.

После построения матрицы планирования приступают к эксперимен ту. Обычно матрицу планирования представляют в виде, удобном для реализации опытов, – все кодированные значения факторов заменяют натуральными. Такую матрицу планирования называют рабочей.

В рабочую матрицу также заносят время проведения опытов, значения ограничительных переменных и некоторые временные изменения в ана лизируемых пробах (если они наблюдаются). Эти подробности в описа нии условий эксперимента часто бывают полезными для подтверждения достоверности тех или иных опытов, в оценке влияния систематических ошибок и др. Поскольку на выходной параметр воздействуют помехи, план чаще всего реализуют несколько раз и при этом получают в каждой строке матрицы результаты параллельных опытов.

Большое внимание при реализации матрицы планирования следует уделять аппаратуре контроля и регулирования. Эффективность экспе римента повышается, если опытную установку оснастить высокой точ ности приборами, регистрирующими расходы, давление, температуру, автоматическими газоанализаторами, хроматографами и др. Если экс периментатор не располагает или не может применить стандартные приборы, он должен найти и обосновать методику ручного анализа, точ ность которого превышает требуемую точность измерения переменных.

Организация ручных анализов должна быть четкой и налаженной;

точ ность работы лаборантов заранее рассчитана. Не рекомендуется в про цессе эксперимента менять лаборантов, поскольку это сказывается на результатах опытов.

Практика показывает, что эффективности эксперимента значительно способствует грамотная организация сбора на объекте исследования.

Для определения значений коэффициентов регрессии b0,bi,bij по экспериментальным данным чаще всего используется метод наимень ших квадратов (МНК), который содержит в себе требование минимума суммы квадратов отклонений выходного параметра объекта и модели.

Для ПФЭ 23 формулы для расчета коэффициентов регрессии имеют следующий вид:

1 b0 Yi ;

(7.5) 8 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y b1 ;

(7.6) Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y и т.д. (7.7) b Из формул (7.5)–(7.7) вытекают следующие определения:

– свободный член уравнения регрессии равен среднему арифмети ческому всех значений исходного параметра;

– для расчета коэффициентов уравнения регрессии, полученного ме тодом ПФЭ первого порядка, необходимо в каждом случае значениям выходного параметра присвоить знаки соответствующего столбца матрицы планирования (см. табл. 7.1), произвести алгебраическое сум мирование и разделить на число опытов.

Проверка значимости коэффициентов регрессии проводится для оценки влияния каждого фактора на выходной параметр и позволяет убедиться, случайно или значимо каждый из вычисленных по статисти ческим данным коэффициентов отличается от нуля (проверка нуль гипотезы о равенстве нулю генерального коэффициента: i 0 ). С этой целью для всех коэффициентов уравнения регрессии составляется t -отношение:

bi t bi. (7.8) S bi При этом дисперсия S bi вычисляется через три параллельных опыта, сделанных в центре плана, по формуле S Sbi, (7.9) где дисперсию трех параллельных опытов S0 находим из выражения ( Yi0 Y 0 ) i S0. (7.10) В математической статистике доказано, что каждое отношение tbi, являясь случайной величиной, имеет распределение Стьюдента.

Поэтому в процедуру проверки значимости коэффициентов регрессии включается, кроме составления отношений tbi, сравнение их со значе нием t -критерия, которое находят по таблицам распределения Стью дента tT (прил. 7) для выбранного уровня значимости (в технических расчетах обычно q 0,05 ) и числа степеней свободы f 0 (в нашем слу чае равного 2).

Сравнение tbi с критерием значимости tT проводится по условию q 0, bi tbi tT ;

. (7.11) f0 Sbi Если условие (7.11) соблюдается, то коэффициент значим (нуль гипотеза i 0 отвергается).

При невыполнении условия (7.11) i -й коэффициент признается не значимым и, следовательно, соответствующий фактор может быть ис ключен из уравнения регрессии как не влияющий на выходной параметр.

Однако такое решение будет правильным только тогда, когда экспе риментатор убежден, что незначимость коэффициента не является следствием неудачного выбора интервала варьирования (он не слишком мал) или других причин. Поэтому иногда повторяют опыты с изменен ным интервалом варьирования.

Из изложенного выше можно сделать вывод, что в инженерной прак тике составление статистической математической модели ОХТ и иссле дование на ее основе осуществляется по некоторой схеме, включающей ряд этапов.

1. Этап сбора априорной информации и составления характеристики объекта исследования;

обоснование актуальности задачи и возможно сти ее решения на основе статистической математической модели (СММ). Этот этап включает изучение литературы и других носителей информации об объекте исследования.

2. Этап анализа собранной информации, выбора общего вида СММ и метода планирования эксперимента;

выявление факторов и их влияния на процесс;

выбор выходного параметра Y и наиболее существенных факторов X i ;

оценка области их определения.

3. Этап установления центра плана X i0 и выбора интервалов варьи рования факторов;

определение верхнего и нижнего уровней факторов и выбор области эксперимента;

кодирование.

4. Этап составления плана эксперимента матрицы планирования и его реализации на опытной установке (на объекте). Это этап полу чения исходного статистического материала, характеризующего объ ект исследования.

5. Этап математической обработки результатов эксперимента (или этап расчета с целью получения СММ), состоящий из вычисления ее коэффи циентов и статистического анализа найденного уравнения peгрессии.

7.2. Экспериментальная часть Схема лабораторной установки. Экспериментальная часть прово дится на спектрофотометре DR2800 (прил. 4) по прилагаемой к прибору методике [7] с использованием реагентов фирмы HACH. Данная методи ка позволяет определять концентрацию фосфатов в диапазоне от 0, до 2,5 мг/л.

Порядок выполнения работы Данная работа состоит из двух этапов – химического анализа сточ ных вод на содержание фосфатов и статистической обработки экспери ментальных данных.

Химический анализ бытовых сточных вод Предварительно определить концентрацию фосфатов в исходной сточной воде, а затем в пробах, которые прореагировали с щелочью и коагулянтом.

1. Определить исходную концентрацию фосфатов по методике HACH № 490. Ноль прибора устанавливать по разбавленному в 5 раз образцу.

2. Затем в разбавленный образец добавить содержимое одного паке тика реагента «PhosVer3».

3. Энергично перемешать содержимое кюветы в течение 30 с. Обра зец поголубеет, если в нем присутствуют фосфаты.

4. Включить таймер на 2 мин. После звукового сигнала вставить кю вету с подготовленным образцом в кюветное отделение так, чтобы риска уровня находилась справа. Нажать клавишу «Измерение» 6 раз. На дис плее появится результат PO4, мг/л. Первое показанное значение от бросить, пять последующих записать в таблицу экпериментальных дан ных и найти среднее арифметическое.

5. На основе табл. 7.1 одиннадцать мерных цилиндров емкостью 500 мл заполнить сточной жидкостью, отобранной после вторичных от стойников очистных сооружений канализации г. Хабаровска. Требуемую концентрацию фосфатов создать разбавлением пробы дистиллирован ной водой.

6. Затем в каждый цилиндр пипеткой добавить щелочь и 1%-ный рас твор ОХА в количествах, указанных в табл. 7.1 и 7.2.

Таблица 7. Уровни варьирования факторов Интервал Фактор Основной уровень варьирования Доза ОХА, мл, Х 1 2,25 0, Концентрация фосфатов 4,1 1, в очищенных СВ, мг/л, Х Доза NaOH, мл, Х 3 0,2 0, 7. Добавив к сточной воде коагулянт, быстро перемешать содержи мое цилиндра стеклянной палочкой в течение 20…30 с, затем продол жать перемешивать медленно в течение 15 мин на встряхивающем ап парате ЛАБ-ПУ-01 (с частотой 150 об/мин) [8].

В [10] указаны причины подобной технологии перемешивания.

Первая операция направлена на быстрое распределение реагента в объеме пробы и формирование микроструктур – фосфатов алюминия.

Вторая операция позволяет предупредить осаждение образующихся хлопьев на дно, но, вместе с тем, предотвращает их разрушение.

8. После этого цилиндры оставить в покое на 30 мин и наблюдать за образованием и осаждением хлопьев.

9. По истечении необходимого времени отстаивания из каждого ци линдра градуированной пипеткой отобрать пробу воды из верхнего слоя, в которой по п. 1–4 определить остаточную концентрацию фосфатов.

Статистическая обработка результатов эксперимента 1. Рассчитать эффекты очистки – отклики Yi по каждому цилиндру.

2. По формулам (7.5)–(7.7) определить коэффициенты регрессии.

3. В центре плана по формулам (7.9)–(7.10) найти дисперсии.

4. Оценить значимость коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента, используя формулы (7.8), (7.11) и прил. 7.

5. Исключить из уравнения регрессии незначимые коэффициенты и записать его в кодированном и натуральном виде. Сравнить полученное уравнение регрессии с результатами работы [10].

6. Проанализировать знаки, которые получаются при взаимодейст вии факторов.

7. Сделать вывод о необходимости дополнительных поверочных экс периментов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Назовите преимущества ПФЭ.

2. Перечислите основные требования к выходному параметру.

3. Что такое операционная определенность фактора?

4. Как составляется матрица планирования?

5. О чем говорит отрицательный знак коэффициента регрессии?

6. Что называют центром планирования?

7. Как производится кодирование факторов?

8. Какая связь между применением ПФЭ и реконструкцией систем водоснабжения и водоотведения?

9. Что служит графической интерпретацией ПФЭ 23?

10. Как проверить значимость коэффициентов регрессии через дове рительный интервал?


11. Почему необходимо удалять фосфаты из очищенных сточных вод?

12. Какую глубину дефосфатизации можно считать успешной?

13. Почему для дефосфатизации применяют высокие дозы коагулянтов?

14. Для каких целей вместе с коагулятом добавляется щелочь?

15. Как можно удалить продукты коагуляции из очищенных сточ ных вод?

Лабораторная работа № ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ НАПОРНОГО ГИДРОЦИКЛОНА Цель: установить влияние напора на входе на эффективность рабо ты гидроциклона и его производительность, освоить фотометрический метод определения содержания взвешенных веществ.

8.1. Теоретические сведения В большинстве случаев сточные воды содержат грубодисперсные примеси (ГДП), поэтому в составе очистных сооружений почти всегда предусматриваются сооружения для механической очистки сточных вод.

На очистных сооружениях такие примеси выделяются преимущественно в отстойниках различных конструкций.

Однако в центробежных аппаратах, где выделение механических примесей из воды происходит под действием центробежных сил, кото рые могут превосходить силы тяжести в сотни и тысячи раз, увеличива ется скорость осаждения частиц. В той же степени сокращается про должительность процесса и уменьшается необходимый объем центро бежного аппарата по сравнению с объемом отстойника. Поэтому гидро циклоны применяются во многих отраслях промышленности и в техноло гических процессах очистки воды.

Процесс осаждения взвешенных веществ из сточных вод осуществ ляют воздействием на них центробежных и центростремительных сил в низконапорных (открытых) и напорных гидроциклонах.

Наибольшее распространение среди напорных гидроциклонов полу чил конический гидроциклон (рис. 8.1). В нем под действием центробеж ных сил, возникающих в аппарате при прокачке через него жидкости, происходит выделение твердых частиц из сточных вод. Осветляемая вода, войдя в цилиндрическую часть гидроциклона, по касательной по степенно опускается вниз, и в результате движение воды и взвешенных в ней частиц проходит по винтовым пространственным спиралям (рис. 8.2).

Каждая твердая частица, участвуя в таком движении, описывает не сколько тысяч оборотов в 1 мин вокруг центральной геометрической оси аппарата. Центробежные силы инерции отклоняют твердые части цы с периферии и при этом делают это тем быстрее, чем крупнее час тицы. Двигаясь по внешним спиралям, твердые частицы собираются в нижней конической части аппарата, откуда и удаляются через шламо вое отверстие.

Осветленная жидкость движется во внутреннем спиральном потоке, направленном снизу вверх, к сливному патрубку.

Частица, находящаяся в гидроциклоне, испытывает влияние в основ ном двух сил: центробежной, отбрасывающей ее к стенке гидроциклона, и силы сопротивления среды, возникающей от действия радиального потока жидкости и увлекающей ее к оси аппарата.

а б Осветленная вода Исходная суспензия Пульпа Рис. 8.1. Схема напорного гидро- Рис. 8.2. Схема потоков в напорном циклона: 1 – коническая часть;

гидроциклоне: а – горизонтальный;

– цилиндрическая часть;

б – вертикальный 3 – сливная насадка;

4 – впускная насадка;

5 – шламовая насадка При относительно высоких скоростях вращения жидкости в гидроци клонах центробежные силы значительно превосходят силы тяжести, со ответственно возрастает и скорость движения частиц в центробежном поле. Для характеристики интенсивности центробежного поля использу ют специальный критерий фактор разделения, который является от ношением скорости движения частицы под действием центробежных сил к скорости их осаждения в гравитационном поле. Фактор разделения может быть вычислен по формуле Vт Fr. (8.1) gr В напорных гидроциклонах Fr достигает 2000, что обусловливает их высокую эффективность при разделении мелкодисперсных суспензий.

На эффективность гидроциклона влияет ряд факторов, которые не обходимо учитывать при выборе типа аппарата, его размеров и опреде ления оптимального режима эксплуатации.

Эти факторы можно разделить на две группы. К первой относятся факторы, которые формируют гидродинамический режим аппарата и ин тенсивность центробежного поля в циклоне. Они зависят от конструк тивных особенностей гидроциклона, размеров его основных элементов и соотношений между ними. В первую очередь имеют значение диаметр корпуса аппарата и конструкции впускных и сливных устройств.

Ко второй группе относятся факторы, обусловленные свойствами ос ветляемой жидкости: концентрацией ГДП, их гранулометрическим со ставом и плотностью, которые определяют гидравлическую крупность частиц, вязкостью жидкости, а также расходом сточных вод, который не обходимо обрабатывать на гидроциклонах.

Известно, что центробежная сила растет с увеличением массы час тиц, поэтому чем крупнее частицы и их больше, тем быстрее происходит их осаждение в поле центробежных сил. Однако после определенного предела влияние увеличения концентрации ГДП на эффективность ра боты гидроциклона заметно снижается, а иногда исчезает совсем.

В этом случае при повышении концентрации взвешенных веществ уве личивается вязкость в пристенном слое жидкости в циклоне, что вызы вает снижение интенсивности турбулентного перемешивания и таким образом парализует рассеивание частиц ГДП в рабочей струе.

Вязкость жидкости в основном зависит от температуры;

иногда на вязкость могут влиять тонкодиспергированные вещества коллоидные и глинистые частицы. В присутствии тонкодиспергированных веществ вяз кость воды увеличивается и, кроме того, существенно изменяется плот ность дисперсионной среды. Снижение вязкости жидкости увеличивает скорость осаждения частиц, но вместе с тем вызывает возрастание тур булентности потока, что существенно сглаживает влияние вязкости на работу гидроциклона.

Из выражения (8.1) следует, что эффективность гидроциклона опре деленного диаметра пропорциональна квадрату скорости вращения час тицы. Эту величину в первом приближении можно считать равной скоро сти входа воды в аппарат. Скорость входа в гидроциклон можно увели чить, уменьшая живое сечение впускной насадки и сохраняя при этом неизменным расход обрабатываемой воды или увеличивая расход воды при постоянном сечении впускной насадки. Оба эти способа имеют оп ределенный предел положительного влияния на процесс разделения суспензий. Так, при уменьшении сечения впускной насадки возрастает турбулентное перемешивание, при увеличении расхода воды снижается продолжительность пребывания ее в циклоне.

Для повышения эффективности осветления сточных вод можно из менять сечение сливного патрубка шламовой насадки, а также напор перед аппаратом. Для каждого конкретного случая в зависимости от се диментационных свойств ГДП оптимум зависимости эффективности ос ветления от напора перед аппаратом может несколько смещаться в сто рону как повышения, так и снижения давления.

При уменьшении диаметра шламовой насадки концентрация сгу щенной пульпы возрастает, но при этом ухудшается качество освет ленной воды. Увеличение концентрации пульпы происходит и при по вышении давления перед аппаратом. Однако при этом следует учиты вать возможность увеличения концентрации взвешенных веществ в осветленной воде.

При эксплуатации напорных гидроциклонов необходимо обращать внимание на следующее.

1. Давление перед аппаратами должно поддерживаться в преде лах оптимального.

2. Вибрация циклона и подводящих трубопроводов, а также резкие колебания давления на входе говорят о засорении питающего отверстия или трубопровода.

3. Неправильный веер струи пульпы, излив ее с одной стороны или выход рывками говорят о засорении шламовой насадки.

4. Засорение гидроциклонов может быть устранено установкой сеток на всасывающих трубах насосов. Размеры отверстий в этих сетках должны быть в 2…3 раза меньше диаметра шламовой насадки и шири ны щели в питающем отверстии.

5. Износ конической части циклонов происходит наиболее интенсив но в нижней части аппарата. Затем постепенно изнашиваются и верхние части конуса. Необходимо иметь в виду, что износ этих деталей пропор ционален кубу скорости движения жидкости в аппарате. При этом дав ление пропорционально квадрату скорости жидкости, поэтому износ де талей циклона резко возрастает с увеличением давления. С целью про дления срока службы циклонов следует стремиться работать на мини мальных давлениях.

Одним из существенных недостатков напорных гидроциклонов явля ется большая турбулентность потока в аппарате, вызванная трением вращающегося рабочего потока о неподвижные стенки гидроциклона и сложным движением воды в нем. Другой причиной сравнительно не большой эффективности разделения суспензии в напорном гидроцикло не является низкий коэффициент использования объема. При сокраще нии времени пребывания потока в аппарате частицы взвешенных ве ществ не успевают выделиться в осадок.

Поэтому одним из направлений интенсификации работы напорных гидроциклонов должно явиться снижение турбулентности потоков и по вышение коэффициента использования объема за счет изменения формы корпуса аппарата и его разгрузочных насадок.

Так, при очистке сточных вод с малой исходной концентрацией (ме нее 2100 мг/л) и однородности механических примесей рекомендуется использовать гидроциклоны с перфорированным сливным патрубком без дополнительного фильтра. Выполнение сливного патрубка перфо рированным взамен торцевого повышает производительность гидроци клона на 10…21 %. А при очистке стоков с высокой концентрацией ГДП (2300 мг/л и более) целесообразно использование гидроциклона, снаб женного сетчатым фильтром на сливном патрубке. Такое исполнение аппарата повышает эффект очистки до 94 %.

Другим направлением является разработка гидроциклонов с различ ными конструкциями вставок. Так, тарельчатая вставка значительно по вышает эффективность использования объема.

Турбулентность потока в напорном гидроциклоне может быть значи тельно снижена за счет вращения его корпуса. В этом случае гидроци клон приближается к центрифуге.

Кроме того, достаточно широко стал использоваться способ соеди нения гидроциклонов с другим обо рудованием и сооружениями.

Так, схема (рис. 8.3) с гидроцикло ном (вакуум-гидроциклон), установ 4 5 6 ленным на всасывающей линии цен тробежного насоса, удлиняет срок службы последнего до паспортного.

2 7 Как показывает практика приме нения напорных гидроциклонов, в результате воздействия абразивных 1 частиц механических примесей, по падающих в сточные воды, аппараты Рис. 8.3. Гидроциклонный узел: быстро изнашиваются. Для удлине 1 – камера сгущения;

2 – цилиндроко- ния срока их службы внутреннюю нический гидроциклон;

3 – гидроэле- поверхность гидроциклонов футеру ватор;

4 – установка для сбора пуль- ют базальтом или резиной. Неболь пы;

5 – емкость для сбора и подачи шие аппараты диаметром 15 мм и исходной воды;

6 – емкость для сбора более (мультициклоны) штампуют из очищенной сточной жидкости;

7 – на абразивно-устойчивых материалов сос;

8 – компрессор резины, керамики, пластмасс.

Для уменьшения длины подводящих коммуникаций и уменьшения потерь напора в них напорные гидроциклоны следует размещать воз можно ближе к питающим насосам.

Напорные гидроциклоны можно располагать вертикально или на клонно. В последнем случае снижается засоряемость шламовых наса док и уменьшаются потери воды со шламом.

Открытые гидроциклоны обладают существенными преимуществами перед напорными, так как вследствие сравнительно небольших скоро стей входа воды они имеют гораздо меньшее гидравлическое сопротив ление потери давления в них не превышают 5 кПа (0,5 м вод. ст.).

Другим достоинством этих аппаратов является большая производи тельность, что при осветлении значительных объемов воды позволяет со кратить число сооружений и упростить эксплуатацию очистной установки.

Открытые гидроциклоны применяют для выделения из сточных вод тяжелых примесей, характеризуемых гидравлической крупностью 20 мм/с и более. Часто их используют в качестве первой ступени в ком плексе с другими аппаратами для механической очистки сточных вод.

Значительным преимуществом открытых гидроциклонов является большая удельная производительность: 2…20 м3/(м2ч) при небольших потерях напора. Число впускных патрубков в гидроциклоне для более равномерного распределения потока должно быть не менее двух.

Скорость впуска воды равна 0,1…0,5 м/с.

Разработаны следующие конструкции открытых гидроциклонов: без внутренних устройств, с диафрагмой, с диафрагмой и цилиндрической перегородкой и многоярусные.

Многоярусные гидроциклоны используют для интенсификации про цесса очистки сточных вод. В них рабочий объем разделен на отдельные ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами (рис. 8.4).

Вследствие этого высота слоя отстаивания уменьшается, т.е. использо ван принцип тонкослойного отстаивания, благодаря чему в этом циклоне достигается более полное использование объема (70…80 %). Враща тельное движение позволяет полнее использовать объем яруса и спо собствует агломерации взвешенных частиц. Каждый ярус гидроциклона работает самостоятельно. Кроме того, в многоярусном гидроциклоне бла годаря уменьшению высоты слоя, в котором происходит осаждение взвешенных частиц, снижается турбулентное перемешивание, и поэтому процесс разделения сточных вод значительно ускоряется.

Исходная вода подается в три аванкамеры с распределительными лопатками, выдвинутыми в распределительный канал аванкамеры.

Благодаря этому водный поток равномерно делится между ярусами.

Рассредоточенный впуск исходной воды позволяет почти полностью ис пользовать объем яруса циклона. Поступающая вода движется по нис ходящей спирали к центру. Частицы более тяжелых, чем вода, взвешен ных веществ оседают на нижние диафрагмы ярусов и сползают к центру через шламозадерживающие козырьки в коническую часть. Крупнодис пергированное масло, выделившееся в ярусе, всплывает к верхним диафрагмам ярусов и по образующей поднимается вверх, а далее по маслоотводящим трубам направляется на поверхность.

2 Рис. 8.4. Многоярусный гидроциклон: 1 – коническая часть;

2 – кольцевая щель;

3 – аванкамера;

4 – маслоотводящие тру бы;

5 – водослив;

6 – кольцевой полупогружной щит;

7 – ворон ка для удаления масла;

8 – отводящий кольцевой лоток;

9 – цилиндрическая часть;

10 – конические диафрагмы;

11 – ярусы;

12 – шламозадерживающие козырьки;

13 – танген циальный выпуск;

14 – нижнее разгрузочное отверстие Осветленная вода выходит из ярусов в центральную часть через три тангенциальных выпуска. В центральной части водный поток поднима ется вверх и через кольцевой водослив переливается в кольцевой ло ток, по которому очищенная вода отводится за пределы сооружения.

Для всех типов открытых гидроциклонов удельную гидравлическую нагрузку q, м3/(м2ч), определяют по формуле q 3,6ku, (8.2) где k коэффициент;

для гидроциклона без внутренних устройств ра вен 0,61;

для гидроциклона с диафрагмой – 1,98;

для гидроциклона с диафрагмой и цилиндрической перегородкой – 1,98;

u – гидравлическая крупность, мм/с.

Если рассчитанная нагрузка меньше подаваемой на циклон, то числа предусмотренных в проекте гидроциклонов недостаточно. В этом случае нужно искать способы увеличения производительности гидроциклонов.

Одним из таких способов может явиться предварительная коагуляция сточных вод с помощью реагентов. Раствор реагента можно подавать в подводящий трубопровод. Другой способ повышения эффективности очистки сточных вод – их доочистка любым методом.

В том случае, если расчетная нагрузка равна или больше фактиче ской нагрузки, причиной неудовлетворительной работы гидроциклона является засорение или неправильная регулировка распределитель ных устройств, в особенности это относится к конструкции многоярус ного гидроциклона.

При эксплуатации гидроциклонной установки основное внимание следует уделять равномерности распределения количества поступаю щих сточных вод между гидроциклонами, которая проверяется по пока заниям дифманометров.

Удаление осадка из гидроциклона должно производиться непрерывно.

Периодическое удаление осадка может привести к переполнению гидро циклона осадком, к его засорению и полному выходу из строя. Это объяс няется тем, что при проектировании угол естественного откоса осадка в воде был определен неправильно. В этом случае во избежание засоре ния можно применить периодическую вибрацию гидроциклона. Масло, задержанное в гидроциклоне и плавающее на поверхности в пространст ве, ограниченном полупогружным кольцом, удаляется периодически.

8.2. Экспериментальная часть Схема лабораторной установки. Основные элементы лаборатор ной установки показаны на рис. 8.5.

осветленная вода подача в гидроциклоны сброс шлама на анализ исходной воды Рис. 8.5. Схема лабораторной установки: 1 – напорный гидроци клон;

2 – резервуар неочищенной воды;

3 – насос подачи на гидро циклон;

4 – манометр;

5 – промежуточная емкость;

6 – емкость сбора очищенной воды и пульпы;

7 – циркуляционный насос;

8 – задвижка для регулировки напора на входе в гидроциклон Из резервуара 2 осветляемая жидкость насосом 3 подается в гидроци клон, в котором непосредственно происходит ее осветление. Слив пульпы и осветленной жидкости осуществляется в емкость 6, из которой оба сме шанных компонента возвращаются насосом 7 снова в резервуар 2. На на порном трубопроводе насоса 3 установлен кран для регулировки давления на входе в гидроциклоны, манометры и пробоотборники для исследования исходной жидкости, подаваемой на осветление.

Порядок выполнения работы 1. При закрытой задвижке 8 включить центробежный насос 3.

2. Открывая задвижку 8, по манометру 4 установить давление P на входе в гидроциклоны равным 50, 80, 100, 140 кПа. При каждом режиме отбирается проба пульпы Wп, л, и осветленной воды Wо, л. Секундоме ром фиксируется время наполнения мерного сосуда ti, с, для определе ния расхода объемным способом.

3. Расход осветленной воды или пульпы Qi, л/с, вычислить по формуле Wi Qi. (8.3) ti 4. В пробах поступающей на очистку и осветленной воды определить содержание взвешенных веществ фотометрическим методом по мето дике 8006 с помощью спектрофотометра DR2800 (прил. 4). Данная ме тодика позволяет определять концентрацию взвешенных веществ в диапазоне от 0 до 750 мг/л. По номеру 630 найти методику определения взвешенных веществ и нажать клавишу «Пуск». Отобрать в кювету 25 мл дистиллированной воды (холостой раствор), поместить ее в кю ветное отделение и нажать на сенсорном экране клавишу «Ноль». При бор покажет значение 0,000 mg/L. Перелить 25 мл пробы в измеритель ную кювету. Осторожно вращать кювету вокруг своей оси некоторое время, чтоб удалить пузырьки газа и добиться однородности. Поместить кювету в кюветное отделение и нажать на сенсорном экране клавишу «Измерение» 6 раз. Первое показанное значение отбросить, пять по следующих записать в таблицу экспериментальных данных и найти среднее арифметическое. Данные занести в табл. 8.1.

Таблица 8. Экспериментальные данные Концентра Q = Qо + Qп, л/с Общий расход На- Осветлен- ция взве Давле- Эф Пульпа пор ная вода шенных ве ние по фект № на ществ, мг/л мано- очи опы вхо метру стки та Qо, л/с Qп, л/с Wо, л Wп, л де tо, с tп, с Э, % P, кПа Cen Cex Н, м 1…4 50… Ср._ Ср._ _ 5. Эффект очистки Э, %, рассчитать по формуле Cen Cex Э, (8.4) Cen где Cen – среднее арифметическое концентраций взвешенных веществ в воде, поступающей в гидроциклон на очистку, мг/л;

Cex – среднее арифметическое концентраций взвешенных веществ в осветленной во де, мг/л.

6. По литературным данным заполнить табл. 8.2.



Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.