Курсовая работа: Расчет и проектирование установки по очистке сточных вод для предприятия целлюлозно-бумажной промышленности
Курсовая работа: Расчет и проектирование установки по очистке сточных вод для предприятия целлюлозно-бумажной промышленности
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Камская государственная инженерно-экономическая академия
Кафедра "Химии и Экологии"
Курсовой проект
По дисциплине "Техника защиты окружающей среды"
На тему "Расчет и проектирование установки по очистке
сточных вод для предприятия целлюлозно-бумажной промышленности"
Выполнила:
Проверил: Доцент
Мифтахов М.Н.
Набережные Челны
2009г.
Содержание
Введение
1. Производство бумаги
1.1 Общая характеристика целлюлозно-бумажной промышленности
1.2 Характеристика продукции и сырья
1.3 Общая технологическая схема производства бумаги
2. Характеристика общих методов очистки сточных вод
2.1 Механическая очистка сточных вод
2.2 Физико-химические методы очистки сточных вод
2.3 Химическая очистка
2.4 Биологическая очистка
3. Общая характеристика гидроциклонов
3.1 Напорные гидроциклоны
3.2 Безнапорный гидроциклон
3.3 Открытые гидроциклоны
4. Расчет открытого гидроциклона без внутренних вставок
Заключение
Список использованной литературы
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения
Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти
млн. человек. Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация
сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую
среду приняло глобальный характер.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация
сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель,
улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет
проблемы обеспечения водой.
Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный
расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3.
При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Много
воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и
цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению
потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей
отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть
воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в
виде сточных вод. Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой.
Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде
заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения
этой проблемы.
На современном этапе определяются такие направления
рационального использования водных ресурсов: более полное использование и
расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых
технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и
свести к минимуму потребление свежей воды, совершенствование методов очистки сточных
вод. Моя работа посвящена расчету и проектированию установки очистки сточных
вод на предприятии целлюлозно-бумажной промышленности. В ней будут рассмотрены
основные методы очистки сточных вод.
Целлюлозно-бумажная промышленность - наиболее
сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и
химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги,
картона и изделий из них. Эта отрасль отличается:
Высокой материалоёмкостью: для получения 1 т целлюлозы
необходимо в среднем 5-6 куб. древесины;
Большой водоёмкостью: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем
350 куб. м. воды;
Значительной энергоёмкостью: 1 т продукции требует в среднем
2000 кВт/ч;
Следовательно, предприятия ЦБП ориентируются на лесные
ресурсы вблизи крупных водных источников. В основном они размещаются на
европейской части страны.
Бумага - листовой материал, состоящий в основном из
растительных волокон, соответствующим образом обработанных и соединенных в
тонкий лист, в котором волокна связаны между собой поверхностными силами
сцепления. Помимо растительных волокон в последнее время при выработке
специальных видов бумаги все чаще применяют волокна как синтетические
органического происхождения, так и минеральные (асбестовые, стеклянные и др.). Крайне
редко используют волокна шерсти. Кроме того, в бумаге могут содержаться
проклеивающие вещества, минеральные наполнители и красители.
Свойства бумаги легче всего поддаются объяснению, если
исходить из того, что бумага является упругопластическим капиллярно-пористым
коллоидным материалом.
Происхождение термина "бумага" остается до сих пор
неясным. Однако в европейских странах это понятие явно связано с корнем слова
папирус - растения, из которого в былое Бремя изготовлялся бумагоподобный
материал. Действительно, бумага по-английски - (the
рарег, по-немецки - das Рарiеr, но французски - le рарiеr.
Обычно при изготовлении разных видов бумаги применяют два,
три и более волокнистых полуфабрикатов, образующих, таким образом, композицию
бумаги по виду волокон. Иногда ее изготовляют из одного волокнистого
полуфабриката, подготовленного для этого соответствующим образом. Очень часто в
композицию бумаги вводят минеральные наполнители, проклеивающие и окрашивающие
вещества.
В Советском Союзе приняты следующие обозначения. Когда после
названия вида бумаги (например, типографская, писчая, офсетная) стоит номер и
одна из цифр от О до 3 включительно, то эти цифры свидетельствуют о композиции
бумаги по виду использованных волокон. О - означает, что бумага изготовлена из
тряпичных волокон, 1 - из 100% волокон целлюлозы, 2 - из 50% целлюлозы и 50%
древесной массы, 3 - из 35% целлюлозы и 65% древесной массы.
В настоящее время мировая бумажная промышленность, выпускает
свыше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными, а в ряде случаев
совершенно противоположными свойствами: высокопрозрачные и почти совершенно
непрозрачные (неактиничные); электропроводящие и электроизоляционные; толщиной
в 4-5 мкм (т.е. в 10-15 раз тоньше человеческого волоса) и толстые виды
картона, хорошо впитывающие влагу и водонепроницаемые (бумажный брезент); прочные
и слабые, гладкие и шероховатые; паро-, газо-, жиронепроницаемые и др.
Это разнообразие свойств разных, видов бумаги обеспечивает
широкие возможности применения ее не только в быту и в качестве материальной
основы для письма и печати, но и в различных областях народного хозяйства: химической,
электро-, радиотехнической, пищевой, строительной и других отраслях
промышленности.
Несмотря на обилие выпускаемых видов бумаги и разнообразие
ее свойств технологическая схема изготовления бумаги может быть представлена
обобщенной в самом упрошенном виде.
Лишь ограниченное количество специальных видов бумаги в
относительно малом количестве производится сухим способом. При этом способе
формование (образование) бумажного полотна осуществляется не из водной
суспензии, а из воздушного потока с последующим склеиванием волокон.
Согласно общей технологической схеме исходные волокнистые
материалы в водной среде подвергаются размолу и, если их несколько, смешению в
необходимом соотношении.
В размолотую бумажную массу в зависимости от назначения
бумаги вводят минеральные наполнители, проклеивающие и окрашивающие вещества. Бумажная
масса с отрегулированной, концентрацией аккумулируется в метальном бассейне. Далее
осуществляют дозированное разбавление бумажной массы оборотной водой, т.е. водой,
возвращаемой в технологический процесс и взятой из-под сетки, на которой
осуществлялось обезвоживание и формование бумажного полотна. Такое использование
оборотной воды позволяет снизить расход - свежей воды, а также уменьшить потери
в сток (промои) волокон и наполнителей, так как оборотная вода содержит
некоторое количество мелких волокон и частиц наполнителя, прошедших с водой
через сетку.
Разбавленную бумажную массу подвергают очистке от
посторонних включений (загрязнений) на очистной аппаратуре, после чего она
поступает на бумагоделательную машину. Здесь происходит формование бумажного
полотна, сопровождаемое его обезвоживанием на сетке, прессование, сушка,
охлаждение полотна, увлажнение перед машинным каландрированием и намотка в
рулон на накате. Если требуется повышенное уплотнение структуры бумаги (например,
для конденсаторной бумаги), увеличение ее прозрачности (чертежная калька),
повышение гладкости или лоска (блеска) поверхности (некоторые виды бумаги для
печати, мелованная бумага), то бумагу после дополнительного увлажнения
пропускают через суперкаландр.
Готовую бумагу разрезают на рулоны или листы. Последние
считают и упаковывают. Рулоны также упаковывают и отправляют на склад. Некоторые
виды бумаги (конденсаторная, мундштучная, для телеграфной и кассовой лент и др.)
разрезают на узкие ленты и наматывают в бобины (узкие рулончики).
Избыток оборотной воды направляют в улавливающую аппаратуру,
откуда уловленные волокна используются в производстве, а осветленная
вода идет в сток. Бумажный брак с бумагоделательной машины, суперкаландра,
станков, разрезающих бумагу, ее перематывающих и упаковывающих, идет на
переработку и в виде волокнистой массы используется для изготовления бумаги.
Общая схема изготовления бумаги уточняется в зависимости от
ее вида (рис.2). При этом устанавливается композиция бумаги, вид используемого
оборудования, количество ступеней размола и очистки массы и другие
специфические для данного вида бумаги особенности производства (наличие или
отсутствие наполнения, проклейки, окраски, поверхностного покрытия и пр). По
уточненной схеме производства с учетом заданной производительности
бумагоделательной машины и, пользуясь данными концентрации бумажной массы и
влажности (сухости) бумаги по стадиям технологического процесса, составляют
балансы воды, волокон и наполнителя (если он в данной бумаге присутствует). Полученные
при этом данные являются отправными для выполнения всех основных технологических
расчетов оборудования и определения технико-экономических показателей: удельного
расхода волокнистых материалов, наполнителя, химикатов и воды, промоев волокон
и наполнителей.
Промышленные сточные воды часто содержат загрязнения,
которые образуют гетерогенные системы с различной степенью дисперсности загрязняющих
веществ - взвеси, частицы дисперсной фазы которых образованы нерастворимыми в
воде твердыми веществами. Для удаления таких частиц из воды используют процессы
процеживания, отстаивания, фильтрования, которые составляют сущность методов
механической очистки промышленных сточных вод. Механическую очистку как
самостоятельный метод применяют в тех случаях, когда получаемую очищенную воду
можно использовать в производстве или спускать в природные водоемы. Во всех
других случаях механическая очистка служит предварительной стадией перед
другими видами очистки сточных вод.
Процеживание представляет собой процесс пропускания
загрязненной сточной воды через решетки и сита с целью улавливания крупных примесей.
Неподвижная решетка выполняется в виде металлической рамы, внутри которой
устанавливается ряд параллельных стержней. Решетку ставят на пути движения
сточных вод под углом 60 - 75О. Вода со скоростью 0,8 - 1,0 м/с
проходит между стержнями решетки, крупные загрязнения задерживаются на решетке
и затем снимаются специальными механическими устройствами. Полученные твердые
отходы подлежат дальнейшей переработке. Один из способов их утилизации - обезвоживание
на механическом прессе с последующим сжиганием с примесью дешевого топлива. Для
удаления взвешенных частиц с размерами порядка 0,5 - 1 мм применяют сита (барабанные
и дисковые). Частицы задерживаются на поверхности сита, затем смываются с нее
водой и отводятся в специальный желоб.
Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод
грубодисперсных примесей и выделения всплывающих примесей. Песколовки,
отстойники, осветлители - аппараты для осаждения грубодисперсных примесей.
Песколовки предназначены для выделения из сточных вод
тяжелых минеральных примесей, главным образом песка, с крупностью частиц 0,2 -
0,25 мм. Их устанавливают перед отстойниками. Работа песколовок основана на
использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом,
чтобы в них выпадали тяжелые минеральные частицы, но не выпадал легкий осадок
органического происхождения.
Отстойники представляют собой сооружения, в которых
из большого объема сточной воды осаждаются или всплывают грубодисперсные
примеси. В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной
станции они делятся на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники
перед сооружениями для биохимической очистки сточных вод, вторичными - отстойники,
используемые для осветления сточных вод, прошедших биохимическую очистку.
Осветлители применяются для очистки природных вод и
для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют
осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускается вода,
предварительно обработанная коагулянтом.
Нефтеловушки и жироловушки. Для выделения из
сточных вод всплывающих примесей - нефти, масел, жиров в промышленности
используют нефтеловушки и жироловушки. По сути, эти приспособления являются
также отстойниками, но примеси здесь концентрируются на поверхности водного
зеркала, собираются и удаляются из верхней части такого отстойника.
Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных
твердых или жидких веществ. Основной конструкционный элемент очистных установок
- фильтр, представляющий собой пористую перегородку, проницаемую для воды, но
задерживающую частицы дисперсной фазы. В качестве фильтров используют
металлические перфорированные листы и сетки из коррозионно-стойкой стали или
других металлов и сплавов, ткани, керамику. Роль пористой перегородки (фильтра)
может выполнять слой зернистого материала - песка, гравия, кокса и др. Материал
фильтра должен быть устойчив к воздействию очищаемой воды, термически стоек,
механически прочен.
Коагуляционная очистка - это метод очистки сточных
вод от коллоидных частиц, основанный на свойстве коллоидной системы в
определенных условиях терять агрегативную устойчивость. Основным процессом
коагуляционной очистки производственных сточных вод является взаимодействие
коллоидных и мелкодисперсных частиц загрязнений с агрегатами, образующимися при
введении в сточную воду коагулянтов. В промышленности находят применение
различные коагулянты:
соли алюминия: cульфат алюминия (глинозем)
Al2 (SO4)
3 ·18H2O, алюминат натрия NaAlO2;
соли железа: железный купорос FeSO4
·7H2O, хлорид железа (III)
FeCl3;
соли магния: хлорид магния MgCl3·6H2O, сульфат магния MgSO4·7H2O;
известь, шламовые отходы.
Сорбционная очистка - это метод очистки, основанный на
поглощении загрязняющих веществ из сточных вод твердым телом или жидкостью. Поглощающее
тело называют сорбентом, а поглощаемое вещество - сорбатом. Абсорбция -
поглощение вещества всем объемом жидкого сорбента. Адсорбция - поглощение
вещества поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента. Сорбция,
сопровождающаяся химичесим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом,
называется хемосорбцией. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно
или совместно с другими методами очистки для извлечения из сточных вод ценных
растворенных веществ, а также в целях последующего использования очищенной воды
в системах оборотного водоснабжения. Метод применим для очистки сточных вод от
ароматических соединений, красителей, углеводородов, слабых электролитов. При
содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших
одноатомных спиртов этот метод неприменим. В качестве сорбентов применяют
различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь,
торф, силикагели, алюмогели, активные глины, уголь и др. Активность сорбента
характеризуется массой поглощаемого вещества на единицу объема или массы
сорбента (кг/м3, кг/кг).
Флотация - метод очистки промышленных сточных вод от
гидрофобных мелкодисперсных загрязнений, основанный на явлении смачивания
жидкостью твердых или жидких несмешивающихся с ней поверхностей. Метод
применяют для удаления из сточных вод нерастворимых в воде диспергированных загрязнений,
которые самопроизвольно плохо отстаиваются в условиях механической очистки. Процесс
флотационной очистки заключается в удалении гидрофобных частиц загрязнений за
счет прилипания их к всплывающим пузырькам воздуха с образованием пенного слоя
на поверхности очищаемой сточной воды.
Экстракционная очистка сточных вод основана на
распределении загрязняющего вещества между двумя несмешивающимися жидкостями в
соответствии с растворимостью в них (жидкофазная экстракция). Отношение
равновесных концентраций 
извлекаемого
вещества в двух взаимно несмешивающихся жидкостях величина постоянная,
называемая коэффициентом распределения: 
.
Величина его зависит от химической природы веществ, температуры и других
факторов, влияющих на состояние равновесия в рассматриваемой системе. Метод
экстракционной очистки целесообразно применять при значительной концентрации
растворенных в воде органических веществ (3-4 г/л) или при высокой стоимости
извлекаемого вещества.
Ионный обмен (ионообменная сорбция) - метод очистки
сточных вод, основанные на реакции обмена между ионами, находящимися в составе
очищаемой воды, и подвижными ионами, входящими в состав полиэлектролита -
ионита.
Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания
производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды,
комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно
извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород,
сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в машиностроительной (цехи
гальванических покрытий), горно-добывающей (обогатительные фабрики
свинцо-цинковых и медных руд), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и
нефтехимические заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других
отраслях промышленности.
В узком смысле окисление - реакция соединения какого-либо
вещества с кислородом, а в более широком - всякая химическая реакция, сущность
которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике
обезвреживание производственных сточных вод в качестве окислителей используют
хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон,
технический кислород и кислород воздуха.
Хлорирование - обезвреживание сточных вод хлором или его
соединениями - один из самых распространенных способов их очистки от ядовитых
цианидов, а также от таких органических и неорганических соединений, как
сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и др.
Озонирование - озон обладает высокой окислительной
способностью и при нормальной температуре разрушает многие органические
вещества, находящиеся в воде. При этом процессе возможно одновременное
окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание сточной воды и
насыщение ее кислородом. Преимуществом этого метода является отсутствие
химических реагентов при очистке сточных вод.
Перспективность применения озонирования как окислительного
метода обусловлена также тем, что оно не приводит к увеличению солевого состава
очищаемых сточных вод, не загрязняет воду продуктами реакции, а сам процесс
легко поддается полной автоматизации.
Смешение очищаемой воды с озонированным воздухом может
осуществляться различными способами: барботированием воды через фильтры,
дырчатые (пористые) трубы, смешением с помощью эжекторов, мешалок и т.д.
Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов,
которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ,
находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и
являются для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит
очистка сточных вод от загрязнения.
Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на
два основных типа:
сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких
к естественным;
сооружения, в которых очистка происходит в искусственно
созданных условиях.
К первому типу относятся сооружения, в которых происходит
фильтрование очищаемых сточных вод через почву (поля орошения и поля фильтрации)
и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной
водой. В таких сооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за
счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа
микроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет диффундирования его
через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.
При повышенных требованиях к очистке биологически очищенную
воду очищают дополнительно. Наиболее широкое распространение в качестве
сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным
образом двух - и многослойные, а также контактные осветлители (микрофильтры
применяют реже).
Снижение концентрации трудноокисляемых веществ возможно
методом сорбции, например активированным углем и химическим окислением или
путем озонирования. Концентрацию солей можно снижать методами обессоливания.
Гидроциклон - (от гидро - вода и греч. kyklon - вращающийся)
(центробежный сепаратор) аппарат, предназначенный для обесшламливания, сгущения
шламов и продуктов флотации, осветления оборотных вод, классификации рудной
пульпы в стадиях тонкого измельчения в замкнутом цикле с шаровыми мельницами и
обогащения тонких фракций угля и руд в водной среде и тяжелых суспенциях в
центробежном поле, создаваемом в результате вращения пульпы.
Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц
твердой фазы в возвращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования
частицы в центробежном поле гидроциклона может превышать скорость осаждения
эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз.
К основным
преимуществам гидроциклонов следует отнести:
высокую удельную производительность по обрабатываемой
суспензии;
сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию
установок;
отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для
генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет
тангенциального ввода сточной воды;
возможность создания компактных автоматизированных установок.
Характеристики гидроциклонов:
диаметр цилиндрической части - до 2000мм
угол конуса - до 20°
эквивалентный диаметр питающего отверстия - до 420мм
диаметр сливового отверстия - до 520мм
диаметр пескового отверстия - до 500мм
давление на воде - до 4,5кг/смІ
крупность слива - до 300мкм
габаритные размеры: длина - до 3400мм, ширина - до 3500мм,
высота - до 8500мм
производительность - до 2100мі/час
масса - до 11 500кг
Применение гидроциклонов:
разделение по крупности в водной среде измельченных руд и
других материалов в процессе классификации
обогащение мелко - и среднезернистых руд в тяжелых
суспензиях
обезвоживание продуктов обогащения рудных и других полезных
ископаемых
дешламация продуктов обогащения рудных и других полезных
ископаемых
Рабочие инструменты гидроциклонов:
цилиндрично-конический сосуд
питающая насадка
песковая насадка
сливной патрубок
сливная труба
Классификация гидроциклонов:
цилидроконические гидроциклоны
батарейные гидроциклоны
стандартные гидроциклоны
Производители гидроциклонов:
Первоуральский завод горного оборудования
НПО Ривс
Weir Warman торговая марка Cavex
НПК Механобр-техника
Усольмаш
Завод Ротор
Сточные воды очищают в открытых и закрытых (напорных) гидроциклонах.
Открытые гидроциклоны обычно проектируют для очистки сточных вод от тяжелых
примесей. Обычно гидроциклоны применяют в комплексе с другими очистными
сооружениями.
Решающее влияние на рабочий эффект открытого гидроциклона
оказывают физические свойства частиц (размер, форма, плотность и др.), для
задержания которых он предназначен, а также геометрические размеры гидроциклона
и гидравлический режим его работы.
В напорные гидроциклоны вода подается через тангенциально
направленный патрубок в цилиндрическую часть. В гидроциклоне вода, двигаясь по
винтовой спирали наружной стенки аппарата, направляется в коническую его часть.
Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной
части аппарата. Поток осветленной воды в центральной части аппарата по трубе
выводится из гидроциклона, а тяжелые примеси вдоль конической части
перемещаются вниз и выводятся через патрубок шлама.
Промышленность выпускает напорные гидроциклоны нескольких
типоразмеров. Для грубой очистки применяют гидроциклоны больших диаметров. При
целесообразности глубокой очистки сточной воды используют схему
последовательного соединения различных типоразмеров гидроциклонов. При такой
сложной схеме соединения гидроциклонов подача воды может осуществляться от
одного насоса или от ряда насосов, установленных перед последующими
гидроциклонами.
Применение гидроциклонов обычной конструкции не всегда
приводит к необходимой степени очистки сточных вод. Поэтому был предложен ряд
новых конструкций усовершенствования напорного гидроциклона. Он отличается от
обычного напорного гидроциклона тем, что в нем установлены коаксиально три
сливных патрубка, различных по диаметру и глубине погружения. Такое
расположение патрубков позволяет работать данному гидроциклону как трем
совмещенным гидроциклонам, имеющим различный диаметр, производительность и
степень очистки.
Твердая частица, попадая в цилиндрическую часть гидроциклона,
под действием центробежных сил перемещается вдоль стенки и опускается вниз. В
центре гидроциклона образуются восходящие потоки легких фракций, которые
удаляются через коаксиально расположенные патрубки. Чем меньше глубина
погружения патрубка, тем больше и крупнее взвесь идет по нему в слив.
Частицы, не вынесенные потоком через патрубки, оседают на
дне конической части гидроциклона и удаляются через песковой штуцер.
Одним из технических приспособлений для очистки сточных вод является
безнапорный гидроциклон.
Если в предыдущих конструкциях для вращения жидкости в
гидроциклоне применяли подачу воды в гидроциклон по патрубку, расположенному по
касательной в цилиндрической части, то в данном случае проводят отсос воды из
гидроциклона по патрубку, расположенному по касательной внизу конической части
гидроциклона. Такое расположение патрубка дает возможность образовывать внутри
гидроциклона вращение жидкости, причем поступление воды из водоема происходит в
верхней части гидроциклона.
Собранная с поверхности воды пленка, попадая в гидроциклон
как более легкая, собирается в центре гидроциклона. По мере увеличения
количества нефтепродуктов в гидроциклоне внутри него образуется конус из нефтепродуктов,
который, увеличиваясь в размере, достигает нефтяного отборного патрубка,
расположенного в центре гидроциклона. Нефтепродукты по этому патрубку
сбрасываются в специальные емкости на берегу водоема. Концентрация воды и нефти
в этом потоке может быть различной. Поэтому в отстойных емкостях происходит
гравитационное разделение воды и нефтепродуктов, после чего условно чистую воду
сбрасывают в водоемы. Если концентрация нефтепродуктов в сбрасываемой воде
велика, то необходимо эту воду пропускать через очистные сооружения.
Открытые гидроциклоны применяют для выделения из суспензий
частиц диаметром >0,1 мкм при очистке грубодиспергированных примесей.
Модифицированный гидроциклон с конической диафрагмой и
внутренним цилиндром (рис.3) устраняет накопление взвешенных частиц под
диафрагмой и их периодический вынос с осветленной водой.
Исходную суспензию подают тангенциально в нижнюю часть зоны,
ограниченную внутренним цилиндром. Восходящий поток у верхней кромки цилиндра
разделяется на основной поток, движущийся по спирали к центральному отверстию в
диафрагме, и дополнительный, поступающий в зазор между стенками гидроциклона и
цилиндра. В дополнительном потоке транспортируются выделившиеся в восходящем
потоке взвешенные частицы.
Рис.3 Открытые гидроциклоны: а - без внутренних вставок; б -
с конической диафрагмой; в - с конической диафрагмой и внутренним цилиндром
Исходные данные:
| № вариантов |
Количество сточных вод Qw, м3/ч
|
Гидравлическая крупность частиц
Uo, мм/с
|
Диаметр циклона Dhc, м
|
| 6 |
60 |
0,25 |
5 |
Основной расчетной величиной
является удельная гидравлическая нагрузка qhc (м3/
(м2ч), определяемая по формуле
qhc = 3,6 * Khc
* Uo,
где Uo - гидравлическая
крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого
эффекта, мм/с;
Кhc - коэффициент
пропорциональности, зависящий от типа гидроциклона и равный для гидроциклонов: а)
без внутренних устройств 0,61;
qhc = 3,6 * 0,61 *
0,25=0,549 (м3/ (м2ч)),
Величины конструктивных размеров Dhc,
den и т.д., входящих в расчетные зависимости, принимаются по
табл.6.
Производительность одного аппарата
определяют по формуле
Qhc=0.785*0.549*5=10.774
где qhc - удельная
гидравлическая нагрузка, м3/м2*ч; Dhc2 - диаметр
гидроциклона, м.
Исходя из общего количества
сточных вод Qw определяют количество рабочих единиц циклонов N
N=Qw/Qhc=60/10,774=5,57
После назначения диаметра аппарата
и определения их количества по табл.6 определяют основные размеры гидроциклона.
Диаметр аппарата Dhc=
5м,
высота цилиндрической части Н =5м,
размер впускного патрубка, доля от
Dhc 0,07,количество впусков n= 2шт,
угол конической части
α=60град,
диаметр полупогруженной кольцевой
перегородки, доли от Dhc=4,8 м.
В данном курсовом проекте передо мной стояла задача
рассчитать и спроектировать установку очистки сточных вод для предприятия
целлюлозно-бумажной промышленности. В ходе работы были рассмотрены: технология
производства бумаги, методы очистки сточных вод и общие характеристики
гидроциклонов. Также для данного производства был рассчитан и спроектирован
открытый гидроциклон без внутренних вставок. На основании полученных данных я
рекомендую внедрить этот аппарат, позволяющий снять нагрузку на общее состояние
вод, ведь рациональное использование водных ресурсов - это прежде всего охрана
водных пространств от загрязнения. А так как промышленные стоки занимают первое
место по объёму и ущербу, который они наносят, то в первую очередь необходимо
решать проблему сброса их в реки. В частности ограничение сбросов в водоёмы, а
также усовершенствование технологий производства, очистки и утилизации. Также
важным является взимание платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ и
перечисление взимаемых средств на разработку новых безотходных технологий и
сооружений по очистке. Например, необходимо снижать размер платы за загрязнения
окружающей среды предприятиям с минимальными выбросами и сбросами, что в
дальнейшем будет служить приоритетом для поддержания минимума сброса или его
уменьшения.
Если мы сейчас не начнем задумываться о сохранении водных
ресурсов, то уже в ближайшем будущем это может пагубно отразиться на всей жизни
на Земле.
1. Соколов М.П. Очистка сточных вод.
- Учебное пособие, Наб. Челны: КамПИ, 2005, 197 с.
2. Справочник "Основы
конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования"/А.С.
Тимонин т.1. - Калуга: Бочкарева, 2003.
3. Справочник проектировщика. Канализация
населенных мест и промышленных предприятий. Н.И. Лихачев, И.И. Ларин. - 2-е изд.,
- М. Стройиздат, 1981.
4. Промышленная экология: Учебное
пособие для студентов высших учебных заведений / Калыгин В.Г. - М.: Издательский
центр "Академия", 2004 - 432с.
5. Терновцев В.Е., Пухачев В.М. Очистка
промышленных сточных вод. - Киев: Вудивельник, 1985,120с.
6. Яковлев С.В., Корелин Я.А. Канализация.
- Учебник для вузов, М.: Стройиздат, 1975, 632с.