Учебно-методический комплекс представляет собой комплект учебно-методических и контролирующих материалов по дисциплине «Водоочистка»

«Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ по дисциплине «Водоочистка» Специальность 280201.65 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" г. Владивосток 2012 Самостоятельная работа необходима при проработке материала лекции; подготовке к лабораторным работам, коллоквиумам, экзамену. На самостоятельное изучение выносятся следующие темы: Осветление воды осаждением. Механизм метода. Типы отстойников и рекомендации по их применению. Обработка воды флотацией. Сущность метода. Методы флотационной обработки. Осветление воды фильтрованием. Сущность процесса. Классификация фильтров по принципу действия. Открытый скорый фильтр. Механизм процесса очистки фильтрованием. Фильтрующие материалы и рекомендации по их выбору. Формой контроля являются тестовые задания по данным разделам. (представлены в контрольно-измерительных материалах) Теоретический материал по темам самостоятельной работы МОДУЛЬ 4 ОСВЕТЛЕНИЕ ВОДЫ ОСАЖДЕНИЕМ 1. Теоретические основы процессов осаждения твердых частиц в вязкой среде Суспензии представляют собой неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. Для промышленных суспензий принята следующая классификация: грубые суспензии с размерами частиц более 100 мкм, тонкие суспензии с размерами частиц в пределах 0,5 - 100 мкм, мути с размерами частиц 0,1 - 0,5 мкм; коллоидные растворы с размерами частиц менее 0,1 мкм. Для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей применяют процесс отстаивания. Выделение примесей при отстаивании происходит под действием гравитационных сил Рассмотрим процесс осаждения в жидкости шарообразной частицы под действием силы тяжести. Сначала частица оседает в жидкости с некоторым ускорением. С увеличением скорости возрастает сопротивление вязкой среды, и в определенный момент сила тяжести уравновешивается сопротивлением жидкости. При достижении этого момента частица начинает осаждаться с постоянной скоростью (равномерное движение частицы), которая может быть вычислена из условия равенства движущей силы частицы и сопротивления жидкости. Сила, движущая шарообразную частицу диаметром d, выражается разностью между ее весом и выталкивающей архимедовой силой, равной весу жидкости (среды) в объеме частицы: (1) Т - плотность твердой частицы (кг/м3);  - плотность среды (кг/м3); g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); d - диаметр шарообразной частицы (м). Сила сопротивления среды по закону Ньютона составляет: (2) S - площадь проекции тока на плоскость, перпендикулярную направлению его движения (м2); W - скорость движения частицы (м/с);  - плотность среды (кг/м3);  — коэффициент сопротивления среды (безразмерный). Для случая осаждения шарообразной частицы предыдущая формула приобретает следующий вид: (3) Коэффициент сопротивления среды является функцией критерия Рейнольдса, рассчитываемого по диаметру частицы: (4) где  - динамический коэффициент вязкости среды (Па•с); остальные обозначения те же, что и в предыдущих формулах. На рис. 1 представлена зависимость  от критерия Рейнольдса при движении шарообразных частиц диаметром d. Рис. 1 Зависимость  от критерия Рейнольдса при движении тел шарообразной формы в жидкостях Из представленного рисунка следует, что диаметр является определяющим размером в критерии Rе. Из графика видно, что существуют три различных режима движения, каждому из которых соответствует определенный характер зависимости  от Rе: ламинарный режим (область действия закона Стокса) приблизительно при Rе<2 (5) переходный режим при Rе = 2 – 500 (6) автомодельный режим (область действия квадратичного закона сопротивления Ньютона) при ~2·105>Rе> ~500  = 0,44 = const (7) Подстановка в уравнение для силы сопротивления R трех вышеприведенных зависимостей для  показывает, что при ламинарном режиме сила сопротивления пропорциональна скорости в первой степени, т.е. R ~ w, при переходном режиме R ~ w1,4, а при автомодельном режиме R ~ w2. При движении тел, отличающихся по форме от шара, значение коэффициента сопротивления зависит не только от критерия Rе, но и от фактора формы Ф: (8) Фактор формы рассчитывается следующим образом: (9) где Fш - поверхность шара, имеющего тот же объем, что и рассматриваемое тело поверхностью F. В частности, для куба Ф = 0,806, для цилиндра Ф = 0,69, для диска Ф = 0,32. Значения Ф приводятся в соответствующих справочниках. Для тел нешарообразной формы определяющим линейным размером в критерии Rе служит диаметр эквивалентного шара dэкв, м, равный диаметру шара, имеющего такой же объем, что и данное тело: (10) где М - масса частицы (кг); т – плотность частицы (кг/м3); dэкв – эквивалентный диаметр частицы (м); V – объем частицы (м ). Если силу сопротивления среды R из уравнения (2) приравнять силе движущей частицу, получим: (11) В общем виде уравнение для расчета скорости осаждения частицы можно получить (12) Woc - скорость свободного осаждения частицы. Таким образом, скорость свободного осаждения частицы - это скорость ее равномерного (с нулевым ускорением) движения под действием силы тяжести. Значения коэффициентов сопротивления  из зависимостей (5-7) подставляем в предыдущее уравнение и получаем расчетные формулы для Woc для каждой из трех областей: для ламинарной области (это выражение известно под названием |закона Стокса): (13) для переходной области: (14) для автомодельной области: (15) Пользуясь соотношениями (12 - 14), можно определить скорость осаждения шарообразных частиц в вязкой жидкости. Расчеты по приведенным выше соотношениям будут справедливы для случая свободного осаждения частицы, когда на ее движение не влияет наличие других частиц. На практике в подавляющем большинcтве случаев, и в том числе при эксплуатации отстойников, происходит стесненное осаждение частиц, которое сопровождается их столкновением, трением между ними и изменением скоростей как малых, так и больших частиц. При таком осаждении сопротивление среды выше, чем при свободном осаждении. Уменьшение скорости осаждения определяется объемной долей твердых частиц в суспензии. При практических расчетах обычно и используют величину , представляющую собой объемную долю жидкости, которую рассчитывают по следующей формуле: (16) где VЖ - объем жидкости в суспензии (м3); VЧ - объем частиц (м ). Тогда эмпирические формулы для расчета стесненной скорости осаждения Woc, м/с, имеют следующий вид: при > 0,7 (17) WCT - скорость стесненного осаждения частицы (м/с), WOC - скорость свободного осаждения частицы (м/с). Первичные отстойники Первичные отстойники применяют для выделения из сточных вод нерастворимых веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность. Выбор конкретного типа отстойников осуществляется в результате технико-экономического анализа нескольких вариантов. Число отстойников следует принимать не менее двух, но и не более четырех. Необходимо использовать следующие параметры для расчета отстойника. Количество сточных вод Q, м3/с ,по максимальному притоку. Концентрация взвешенных веществ С1, мг/л, тяжелых и легких (масла и нефтепродукты) механических примесей. 3. Требуемая степень очистки или допустимое содержание взвешенных веществ в осветленной воде Стр, мг/л, принимаемое в соответствии с санитарными нормами или обусловленное технологическими требованиями. Гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемой эффективности очистки Этр, равной 50—98 %. Гидравлическая крупность, определяемая по кривым кинетики отстаивания Э = f(t), полученным в результате проведения лабораторных экспериментов при высоте слоя отстаивания h1 200 мм или h2(h = h2 – h1  200 мм). Для приведения полученной величины к слою, равному высоте потока воды в отстойнике, производится перерасчет по формуле: (18) где u — гидравлическая крупность частиц, мм/с; H - глубина проточной части в отстойнике, м; К - коэффициент использования объема в отстойнике, равный в первом приближении коэффициенту использования отстойника выбранной конструкции; t - продолжительность отстаивания в лабораторном цилиндре при высоте слоя h1 в течение которого достигается требуемый эффект осветления; n - коэффициент пропорциональности, зависящий от агломерируемости взвешенных веществ в процессе осаждения, определяемый при h1> h2. Основные схемы первичных отстойников представлены на рис. 2. По направлению движения очищаемой воды в отстойниках последние делят на вертикальные и горизонтальные (разновидностью последних являются радиальные). Кроме того, получили распространение трубчатые и пластинчатые отстойники. Рис.2 Схемы отстойников: а - горизонтальный (1 - входной лоток, 2 - отстойная камера, 5 - выходной лоток, 4 - приямок); б - вертикальный (1 - цилиндрическая часть, 2 - центральная труба, 3 - желоб, 4 - коническая часть); в - радиальный (1 - корпус, 2 - желоб, 3 - распределительное устройство, 4 - успокоительная камера, 5 - скребковый механизм); г - трубчатый, д - с наклонными пластинами (1 - корпус, 2 - пластины, 3 - шламоприемник) Основная масса взвешенных веществ (40—60 %) в отстойниках выпадает в осадок в течение 1,5 ч. В большинстве случаев на это время и рассчитывают емкость отстойников. Вертикальные отстойники предназначены для осветления производственных сточных вод, а также их смесей с бытовыми сточными водами, содержащих грубодисперсные примеси. Вертикальные отстойники применяют при расходах сточных вод до 10 000 м3/сут. Они имеют диаметр 4,5-9 м. Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане) резервуар с коническим дном. Сточную воду подводят по центральной трубе. При поступлении внутрь отстойника вода движется снизу вверх к желобу. Для улучшения ее распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Осаждение происходит в восходящем потоке, скорость которого составляет 0,5 - 0,6 м/с. Высота зоны осаждения – 4 - 5 м. Горизонтальные отстойники применяют в составе станций очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод и предназначены для выделения взвешенных веществ из вод, прошедших решетки и песколовки. Горизонтальные отстойники - это прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения. Вода движется с одного конца отстойника к другому. Указанные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод более 10000 м3/сут. Глубина отстойников составляет Н = 1,5-4 м, длина (8-12)Н, а ширина коридора 3-6 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Эффективность отстаивания достигает 60 %, что превышает аналогичную характеристику для вертикальных отстойников на 10-20%. Радиальные отстойники применяют для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Они представляют собой круглые резервуары Вода в них движется от центра к периферии. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20 000 м3/сут. Глубина проточной части отстойника составляет 1,5-5 м, а отношение диаметра к глубине от 6 до 30. Обычно используют отстойники диаметром 16-60 м. Эффективность отстаивания составляет 60 %. Для повышения эффективности отстаивания следует проводить процесс осаждения в тонком слое жидкости. Для реализации этого принципа на практике используют трубчатые и пластинчатые отстойники. При малой глубине отстаивания процесс протекает за короткое время (4-10 мин), что позволяет уменьшить размеры отстойников. Рабочими элементами трубчатых отстойников являются трубки диаметром 25-50 мм и длиной 0,6-1 м. Трубки можно устанавливать с малым (до 5°) и большим (45-60°) наклоном. Трубчатый отстойник с малым наклоном работает периодически, т.е. сначала проводят отстаивание, а затем промывку трубок от осадка. Такие отстойники используют для осветления сточных вод с небольшим содержанием взвешенных веществ при расходах 100-10 000 м3/сут. Эффективность очистки достигает 80-85 %. В трубчатых отстойниках с большим наклоном вода проходит снизу вверх, а осадок непрерывно сползает по дну трубок в шламовое пространство. Непрерывное удаление осадка исключает необходимость промывки трубок. Пластинчатые отстойники имеют в корпусе ряд параллельно установленных наклонных пластин. Вода движется между пластинами, а осадок сползает вниз, в шламоприемник. Указанные отстойники наиболее эффективно использовать для осветления высококонцентрированных сточных вод. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД НЕРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ 1. Открытые и напорные гидроциклоны Действие гидроциклонов основано на выделении твердых частиц из вращающегося потока воды под действием центробежной силы. При высоких скоростях вращения жидкости в гидроциклоне величина центробежной силы, действующей на частицы значительно (в сотни раз), превышает величину гравитационной силы. Скорость движения частицы в жидкости под действием центробежной силы (Vц) может быть определена по следующей формуле: где С - коэффициент пропорциональности; d - диаметр частицы; m - константа, определенная эмпирически; с - плотность сточной воды;  - разность плотностей фаз (твердое - жидкое); I - ускорение центробежного поля;  - динамический коэффициент вязкости жидкости (сточной воды). Величины коэффициентов С и констант m не зависят от гидродинамического режима, определяемого значением Рейнольдса. Для очистки сточных вод от твердых частиц используют открытые и напорные гидроциклоны. Открытые гидроциклоны используют для выделения всплывающих и оседающих грубодисперсных примесей гидравлической крупностью более 0,2 мм/с и скоагулированных взвешенных веществ. Применяют следующие типы открытых гидроциклонов: без внутренних устройств для выделения из сточных вод крупныхи мелкодисперсных взвешенных веществ; с конической диафрагмой (рис. 3) и с внутренним цилиндром для выделения оседающих и всплывающих мелкодисперсных взвешенных веществ; Рис. 3. Открытый гидроциклон для очистки сточных вод газоочисток металлургических производств: 1 - периферический водослив, 2, 3 - соответственно плоская и коническая диафрагмы, 4 - отвод осветленной воды, 5 - отверстие для удаления шлама, 6 - подача сточной воды многоярусный с наклонными выпусками очищенной воды из каждого яруса (рис. 4) для выделения крупных и мелкодисперсных взвешенных веществ; Рис. 4. Многоярусный открытый гидроциклон: 1 - водосборный желоб, 2 - полупогруженная кольцевая стенка, 3 - аванкамера, 4 - ярусы, 5 - шламоотводные козырьки, 6 - водоподаюшие трубы, 7 - труба для удаления всплывающих веществ, 8 - труба для удаления шлама, 9 - щламоотводная шахта, 10 - конические диафрагмы, 11 - выпуск осветленной воды, 12 - тангенциальные впускные насадки, 13 - наклонные выпуски многоярусный с периферийным отбором очищенной воды для выделений оседающих крупно- и мелкодисперсных взвешенных веществ. Для повышения эффективности очистки в конструкции многоярусного гидроциклона совмещены принципы работы открытого гидроциклона и тонкослойного отстойника. Диаметр (D) первого из вышеуказанных гидроциклонов лежит в пределах от 2 до 10м. Для всех остальных типов D = 2-6 м. Напорные гидроциклоны используют для очистки сточных вод от грубодисперсных примесей (в основном минерального происхождения), таких, как песок, уголь, окалина, компоненты керамики, стекла, строительных материалов, а также отходов литейного, горнорудного, асбестоцементного, химического и металлургического производств. Указанные устройства могут быть единичными и батарейными (мультициклоны). Схема движения очищенной воды в напорном гидроциклоне представлена на рис. 5. Рис. 5. Принципиальная схема движения воды в гидроциклоне: 1 - питающий патрубок; 2, 5-соответственно нисходящий и восходящий потоки; 3, 6 - соответственно коническая и цилиндрическая части; 4 - шламовое отверстие; 7 —сливной патрубок В напорном гидроциклоне формируются внешний и внутренний потоки воды, направление вращения которых совпадает. Внешний поток при вращении проходит цилиндрическую и коническую части гидроциклона и направляется к шламовому отверстию, а внутренний поток удаляется через сливной патрубок. Типовой напорный гидроциклон со съемными элементами рабочей камеры марки ГНС представлен на рис. 6. Рис. 6. Конструкция напорного гидроциклона со съемными элементами рабочей камеры: 1 - цилиндрическая часть; 2 - сливной патрубок; 5 - питающий патрубок; 4 – корпус; 5 - шламовый патрубок; 6 - съемная вставка Указанные гидроциклоны производятся с диаметрами цилиндрической части 100-500 мм. Разработаны также конструкции напорных гидроциклонов с монолитными элементами рабочей камеры (марки ГН) и диаметрами цилиндрической части 25-80 мм. Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в котором они работают параллельно. Такие устройства называют мультигидроциклонами. Их наиболее эффективно использовать для очистки небольших количеств вод от тонкодисперсных примесей. Представленное уравнение справедливо для гидроциклонов марки ГН и ГНС при условии, что эти устройства работают без противодавления со стороны сливного и шламового патрубков, т.е. давление на выходе из сливного и шламового патрубков соответствует атмосферному. Эффективность очистки в гидроциклонах достигает 70—80 %.

Похожие:

	Учебно-методических материалов по курсу "Оценка земли" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены		Учебно-методических материалов по курсу "Макроэкономика" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены
	Учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические... Комплект учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические проекты»		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Конституционное право зарубежных стран» Учебно-методический комплекс дисциплины является частью образовательной программы высшего учебного заведения, разрабатываемый по...
	Учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и... Комплект учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и оценка риска»		Учебно-методический комплекс Направление подготовки 030900 Юриспруденция квалификация «бакалавр» Банковское право: комплекс учебно-методических материалов для студентов заочного обучения – Калининград: 2013. 37с
	3. Учебно-методический комплекс: состав и структура Мгоу, университет и представляет собой совокупность материалов, регламентирующих содержание учебной и методической работы по организации...		Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Философия» Учебно-методический комплекс включает учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, список основной и дополнительной...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Теория физической культуры» представляет собой совокупность учебно-методических материалов, способствующих эффективному освоению...		Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 «Биология...
	Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Физиология центральной нервной системы» Комплекс включает учебно-тематический план изучения дисциплины, учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, структуру...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных...