Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса и критический анализ имеющихся литературных данных 10
1.1. Выводы 62
ГЛАВА II. Обоснование выбора процессов обезвреживания сточных вод промывочно-пропарочной станции 63
2.1. Анализ технологических процессов промывочно-пропарочной станции, как источника образования сточных вод 63
2.2. Общие теоретические предпосылки и методика проведения экспериментов 74
2.3. Разработка способа обезвреживания (очистки) сточных вод промывочно-пропарочной станции 81
2.4. Выводы 100
ГЛАВА III. Исследование процесса барботажа при термическом обезвреживании сточных вод промывочно-пропарочной станции 101
3.1. Особенности рабочего процесса в барботажном теплообменнике-реакторе 101
3.2. Математическая модель барботажного устройства 104
3.3. Определение коэффициента массоотдачи при барботаже изучаемых промышленных сточных вод 111
3.4. Выводы 117
ГЛАВА IV. Результаты промышленных и опытно промышленных испытании технологии обезвреживания сточных вод промывочно пропарочной станции 118
4.1. Технологическая линия по обезвреживанию сточных вод промывочно-пропарочной станции 118
4.2. Изучение режимов работы опытно-промышленной установки по термическому обезвреживанию сточных вод 136
4.2.1. Исследование состава дымовых газов при испытании опытно-промышленной установки термического обезвреживания сточных вод 137
4.2.2. Влияние процесса барботажа на эффективность работы опытно-промышленной установки по термообработке промстоков 143
4.3. Повышение эффективности процесса отстаивания при обезвреживании сточных вод 147
4.4. Выводы 154
ГЛАВА V. Совершенствование процессов обезвреживания сточных вод промывочно-пропарочной станции 155
5.1. Оптимизация функционирования сооружений для обезвреживания промстоков 155
5.2. Повышение качества усреднения загрязняющих веществ в сточных водах 162
5.3. Система автоматического контроля и управления откачкой промстоков 180
5.4. Функциональные схемы автоматизации технологических процессов обезвреживания сточных вод 183
5.5. Выводы 195
Технико-экономическая и экологическая оценка эффективности технологии обезвреживания сточных вод промывочно-пропарочной станции 196
Общие выводы 199
Литература
- Общие теоретические предпосылки и методика проведения экспериментов
- Математическая модель барботажного устройства
- Изучение режимов работы опытно-промышленной установки по термическому обезвреживанию сточных вод
- Повышение качества усреднения загрязняющих веществ в сточных водах
Общие теоретические предпосылки и методика проведения экспериментов
Следует отметить, что выбор того или иного метода обезвреживания промышленных сточных вод обуславливается, прежде всего, химическим составом и физическим состоянием токсичных примесей, объемом сточных вод, подлежащих обработке[74-84].
Сточные воды, рассматриваемой промывочно-пропарочной станции, в связи со спецификой технологических процессов, имеют весьма сложный химический состав. Качественный анализ изучаемых нами промстоков показал, что в данных сточных водах содержатся такие виды токсичных загрязнений как взвешенные вещества, хлориды, нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, нитриты, нитраты, фосфаты, азот аммонийный, сульфаты, фенолы. Обезвреживание (очистка) таких сточных вод, при столь сложном составе, наличии минеральных и органических токсичных веществ выше норм, утвержденных для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения [70], представляет, на наш взгляд, сложный и энергоемкий процесс.
Существует целый ряд методов обезвреживания промышленных Общая панорама 000 «СФАТ-Рязань» (на фоне Рязанского фтеперерабатывающего завода). примесей путем фильтрования через песок, гравий, кокс и т.п, центрифугирования, гидроциклонирования, отстаивания (простого и с применением химических реагентов, ускоряющих осаждение-реагентная обработка); химические- извлечение из воды вредных компонентов с помощью соответствующих химических реакций; физические - разделение молекул солей и воды, в результате действия физических сил (обратный осмос, электролиз и т.п.); физико-химические - экстракция различными растворителями, ионный обмен-поглощение вредных компонентов сорбентами; биохимические -разрушение токсичных примесей в результате деятельности микроорганизмов; электрохимические (электрокоагуляция, электродиализ, обработка растворов электролитов в магнитных полях); термический метод-окисление при повышенной температуре органических примесей промстока, с образованием соединений С02, Н20 и др. (жидкофазное каталитическое окисление и огневой способ).
В России проводятся работы по биохимической (биологической) очистке промышленных сточных вод, в частности, с высоким солесодержанием [128]. Следует отметить, что, как правило, биохимический метод очистки промстоков применяется для обработки сточных вод с невысоким содержанием токсичных примесей ( 1г/л), так как повышенное солесодержание снижает растворимость кислорода, необходимого для жизнедеятельности бактерий. К сожалению, к изучаемым нами промстокам, биохимический (биологический) метод очистки неприемлем, из-за сложности химического состава, относительно небольшого объема сточных вод (Q=250 м /сутки) и периодичности их образования.
Нейтрализация (обезвреживание) промышленных сточных вод с использованием реагентов-реагентная очистка промстоков, проводится, как правило, путем добавления к стокам различных растворимых в воде ще лочных реагентов - окиси кальция, гидроокиси натрия, кальция, магния, карбоната натрия [127]. Практически нейтрализация в чистом виде встречается редко. В большинстве случаев она сопровождается реакциями осаждения вредных примесей, содержащихся в промстоках, путем превращения последних в гидроокиси, выпадающие в осадок. Таким образом, при нейтрализации кислых промышленных сточных вод щелочь расходуется как на снижение концентрации в них ИҐ -ионов, так и на образование гидроокисей. В частности, например, на осаждение токсичных металлов расходуется больше реагента, чем на нейтрализацию свободных кислот. Установлены [117] значения водородного показателя, соот ветствующие началу и окончанию растворения гидроокисей металлов в вод ных растворах (таблица 1.1.). В России при эксплуатации очистных сооружений для обезвреживания кислых промышленных сточных вод чаще всего применяют известь, добавляя ее в сточные воды, в виде 5-10%-ной грубой суспензии- известкового молока [33,60,63]. Присутствующий в известковом молоке шлам, способствует коагуляции части гидроокисей нерастворимых примесей [187]. Растворимость осадка зависит от его структуры, которая в свою очередь определяется условиями процесса нейтрализации.
Известно, что осаждение гидроокисей проходит в несколько стадий: сначала образуются гидроксиды, которые постепенно полимеризуются, что сопровождается их дегидратацией и мицелобразованием; затем происходит флокуляция. Осадок со временем стареет, поэтому растворимость его может снижаться. При обработке кислых промстоков содой образуются, вследствии гидролитического разложения средних карбонатов, основные карбонаты. Основные карбонаты, большинства металлов, начинают осаждаться при более низких значениях водородного показателя, чем соответствующие гидроокиси, однако расход соды на осаждение больше, чем расход извести или едкого натра. Это объясняется тем, что при осаждении содой процесс идет через стадию образования бикарбонатов и, чтобы довести реакцию до получения основных карбонатов, требуется избыток реагента.
Можно уменьшить расход соды путем удаления из воды углекислоты, образовавшейся в результате процесса нейтрализации. Это достигается продувкой воздухом после достижения рН=4,0,4,5. Выделение углекислого газа при нейтрализации промстоков содой приводит к флотационному эффекту - пузырьки газа, обволакивая частицы осадка, поднимают их вверх, способствуя всплытию части осадка в отстойниках. Осадки, образующиеся при обработке промышленных сточных вод содой, уплотняются значительно хуже, чем осадки, образующиеся при обработке промстоков известью, так как флокулирующие свойства соды выражены слабее. Основным недостатком соды и едкого натра при реагентной обработке промышленных сточных вод, как реагента, является высокая стоимость и дефицитность соды [127,187]. Кроме того известно, что обработка промстков растворами щелочей не всегда позволяет достичь, достаточно полного осаждения токсичных примесей, соответствующего требованиям к содержанию их в воде рыбохозяйственных водоемов. Поэтому, на наш взгляд, необходимо при разработке и внедрении природоохранных очистных сооружений, предусматривающих реагентную обработку промстоков промывочно-пропарочной станции, обеспечить бессточную систему водопотребления (создать замкнутый цикл производства), предусмотреть полную ликвидацию сточных вод, с применением других методов обезвреживания, например, термического удаления «излишков» промстоков, образовавшихся после реагентной обработки, в связи со сложностью и многокомпонентностью химического состава изучаемых промстоков.
При рассмотрении состояния вопроса, связанного с обезвреживанием промышленных сточных вод различными реагентами было установлено, что влияние обработки щелочами на содержание токсичных примесей в промстоках изучено недостаточно. Нами проведен патентный поиск по теме: «Химические и электрохимические способы очистки промышленных сточных вод» за 1982-1998гг. по странам: Россия, США, Япония, Германия, Великобритания и Франция.
Установлено, что в качестве осадителя токсичных примесей из промышленных сточных вод применяют в разных комбинациях следующие реагенты: щелочи; сульфид натрия; изопропиловый спирт; фенолформальдегидную смолу; газ термического разложения горючего сланца; фосфатсодержащие реагенты и щелочь; сульфат железа и щелочь; смесь силиката натрия, этанола и хлористого кальция; окислы железа, в виде пыли; карбонаты натрия и алюминия; окись цинка и сульфид бария; шлам от производства сернистого натрия; ксантогенат целлюлозы; комплексный реагент, состоящий из смеси полиуретана, карбоната кальция, сульфатов железа и алюминия; полиакриламида, аминосульфокислоты, оксалевой кислоты, формамида; хелатообразующие агенты из спиртов, полиаминоолефинов и галоидопроизводных углеводородов;
Математическая модель барботажного устройства
Обработанные на промывочно-пропарочной станции цистерны накапливаются на путях. По мере накопления вагонов-цистерн составляется разметка перед номером цистерны о подаче на окраску и ремонт, или на станцию.
Затраты воды на одну цистерну с внутренней и наружней обработкой из-под светлых нефтепрдуктов с легкой степенью загрязнения поверхности ок. 0,5м промывной воды и ок. 0,2м (без наружнего ополаскивания) чистой воды. Расходы воды на одну цистерну с внутренней и наружней обработкой из-под светлых (бензин, бензол, растворители и т.п.) и темных нефтепродуктов с небольшим остатком (до 5-10 см) и со средней степенью загрязнения составляют: ок. 13,5-18,5м промывной воды и 0,4м (без наружнего ополаскивания) чистой воды.
В процессе внедрения рассматриваемой ППС ООО «СФАТ-Рязань», нами был разработан способ и устройство для мойки загрязненных конструкций [73], который включает в себя подвижную раму, поддерживающую две штанги моющих струй, содержащих решетки моющих форсунок. При этом, одну штангу, снабженную форсункой с большим отверстием, применяют для мойки, а труднодоступные объекты в отдаленных положениях моют с большого расстояния с использованием струй низкого давления. Другую штангу, снабженную решеткой форсунок с широким охватом, применяют для мойки несложных поверхностей с близкого расстояния. Форсунки, которые установлены на каждой из штанг, соединены устройством повышения давления (гидравлическим приводом с регулируемыми производительностью и давлением), благодаря чему в форсунки можно подавать моющую жидкость из устройства повышения давления, с использованием или давления системы, или существенно повышенного давления. Согласно разработанного нами способа мойки загрязненных конструкций каждую отдельную задачу очистки можно эффективно решать путем выбора оптимального диапазона давлений, интенсивности нагнетания жидкости, формы струи и эффективного предела досягаемости струи.
В процессе проведения внедренческих работ на ППС ООО «СФАТ-Рязань» для обеспечения постоянства нагрузки на клапан запорного узла вне зависимости от субъективных факторов обслуживающего персонала нами был разработан сливной прибор железнодорожной цистерны [86].
Следует отметить, что известные конструкции сливных приборов [161-164] имеют ряд недостатков, основными из которых являются: 1-применение в качестве упругого элемента спиральной пружины, существенно снижающей надежность работы сливного прибора, так как возможное усталостное ее разрушение вызовет не только выход прибора из строя, но и аварию с тяжелыми последствиями, из-за вылива нефтепродуктов из цистерны; 2- размещение пружины в замкнутом объеме, образованном цилиндрическим колпаком, что затрудняет отвод тепла от пружины, выделяемого при динамических нагрузках на нее, возникающих при движении цистерны.Кроме того, геометрические параметры колпака, тесно увязанные с габаритами пружины, исключают регулировку силовых параметров пружины, за счет изменения ее габаритных размеров; 3- непосредственная связь штока с силовым элементом, исключающей возможность открытия клапана при неисправностях силового элемента (заклинивание или заедание в рычажной системе); 4- размещение силового элемента на внешней поверхности цистерны делает возможным несанкционированное открытие клапана и слив груза; 5- отсутствие контроля закрытия клапана, что является причиной потерь заливаемого в цистерну груза; 6- отсутствие узла ограничения вертикального и углового смещения штока, что исключает возможность сохранения заданной степени сжатия упругого элемента при подъеме клапана и может привести к изменению длины штока, при превышении допустимого его углового смещения, а также к нарушению герметичности запорного узла из-за относительного углового смещения уплотняющих поверхностей клапана и его седла.
Предложенная нами конструкция сливного прибора направлена прежде всего на устранение указанных недостатков. Она нечувствительна к динамическим нагрузкам, неизбежным в условиях эксплуатации железнодорожного транспорта, имеет повышенную надежность в работе за счет полной разгрузки механизма перемещения клапана в рабочем состоянии. Это достигается тем, что шток клапана снабжен серьгой, связанной с механизмом перемещения; между клапаном и ограничительной стойкой установлен в сжатом состоянии упругий элемент (предположительно в виде тарельчатых пружин), а серьга, выполненная в виде рамки, снабжена ограничителем углового и линейного ее перемещения, а также контрольным стержнем закрытия клапана. Подъем клапана обеспечивается механизмом перемещения, снабженным гайкой, закрепленной между двумя ограничительными пластинами и силовым винтом, или эксцентриковым кулачком, уплотненным на оси и размещенным внутри серьги.
Устройство (рис. 2.6 а,б,в,г) работает следующим образом. В рабочем состоянии цистерна 3 заполнена жидким грузом. Клапан 1 упругим элементом 7 прижат к сливному патрубку 2, исключая тем самым протечку жидкого груза. Механизмы перемещения клапана полностью разгружены На рис. 2.6а и 2.66 представлено рабочее состояние сливного прибора. Для слива жидкого груза открывают крышку 27 входной горловины 15, вращением шестерни 26 против часовой стрелки (при правом выполнении резьбы силового винта 17 обеспечивается вращение гайки 18, перемещение силового винта и связанных с ним серьгой 8, штока 4 и клапана 1 на заданную высоту). Выбор высоты подъема клапана определяется заданными условиями слива жидкого груза и зависит от расстояния между верхней 16 и нижней 11 сторонами серьги 8 и толщиной ограничителя углового и вертикального смещения 14. При вращении гайки 18 ограничитель 14 исключает угловое смещение винта от действия момента трения в сопряжении резьбы винт 17-гайка 18. Подъем силового винта 17 прекращается при соприкосновении торцевой поверхности 21 утоненной части 9 штока 4 и ограничителя углового и вертикального смещения 14.
При подъеме клапана 1 сжимается упругий элемент 7. Усилие, необходимое для подъема клапана на заданную высоту, зависит от осевой жесткости упругого элемента 7, то есть- от числа пружин в наборе (чем больше пружин, тем меньше требуемое усилие).
При использовании варианта механизма перемещения клапан (рис. 2.6в, 2.6Г) подъем клапана 1 на заданную высоту обеспечивается поворотом рычага эксцентрикового кулачка 28 вверх. На рис. 2.6в и рис. 2.6г представлено это положение. При этом клапан 1, связанный с серьгой 33, штоком 4 перемещается вверх на высоту, равную удвоенному эксцентриситету кулачка 28.
После слива груза из цистерны, вращением шестерни 26 по часовой стрелке, силовой винт 17 перемещается вниз вместе с серьгой 8. Освобождаемый шток 4 вместе с клапаном 1 под действием сжатого упругого элемента 7 перемещается вниз, и клапан 1 запирает сливной патрубок 2 заданным усилием, предварительно сжатого упругого элемента 7. Вращение шестерни 26 прекращают при соприкосновении верхней стороны 16 серьги 8 с ограничителем углового и линейного смещения 23. Достоверность закрытия клапаном 1 сливного патрубка 2 определяют по выступающему над торцевой поверхностью силового винта 17 участку сигнального стержня 22, отметка на котором (не показано) соответствует полному закрытию клапаном 1 сливного патрубка 2. При использовании варианта механизма перемещения клапан (рис. 2.6в, 2.6 ) опускание клапан 1 на сливной патрубок 2 осуществляется поворотом рычага 35 эксцентрикового кулачка 28 вниз. При этом освобождается серьга 33 вместе со штоком 4 и клапаном 1 под действием сжатого упругого элемента 7 перемещается вниз, и клапан 1 запирает сливной патрубок 2 заданным усилием предварительно сжатого упругого элемента 7.
Предложенная конструкция сливного прибора, по нашему мнению, может успешно использоваться в области железнодорожного транспорта для перевозок жидких грузов, а также в резервуарах для хранения жидких сред. Основной отличительной чертой разработанного нами прибора является повышение надежности запорного узла в условиях эксплуатации , простота его обслуживания, уменьшение потерь нефтепродуктов и предотвращение попадания их в сточные воды.
Изучение режимов работы опытно-промышленной установки по термическому обезвреживанию сточных вод
Рассмотрим задачу о растворении газового пузырька, всплывающего в большом объеме жидкости. Пусть на поверхности отрыва радиус пузырька был известен и равен z. Считаем, что газовый пузырек всплывает под действием только архимедовых сил и одновременно растворяется за счет химических реакций. Кроме того, положим, что температура газа в пузырьке постоянна, тоесть процесс является изотермическим. Будет также считать, что скорость химической реакции известна и не зависит от внешних условий.
Для нахождения плотности газа в пузырьке воспользуемся законом Менделеева-Клайперона: PV = RT, (ЗЛЗ) М где Р - давление газа в пузырьке, V - объем пузырька, т - масса газа в пузырьке, JU - молекулярный вес газа, R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура. Из закона (3.13) дляpg - плотности газа имеет соотношение: m Р (3.14) s V RT Если пренебречь пульсационным движением пузырька, т.е. рассматривать его в виде сферы, то для давления Р на основании формулы Лапласа имеем зависимость: Р = Рі + 2Ж, О-") где, Р/ - давление в жидкости на поверхности сферы, а X - коэффициент поверхностного натяжения X - фазы. Заметим, что при известной величине х0 (уровень стоков в теплообменнике-реакторе) - для Р/ можно записать: P,=P+P,g(.x.-x) (3.16) где, х - положение пузырька в рассматриваемый момент времени. Считая, что пузырек находится в термическом равновесии с жидкой фазой, а последняя является изотермической, для из (3.14) с учетом (3.16) найдем: plg(x0-x) + P0+2 г (3-17) Ро UlH\ Л.. — AITJ. "Г І- . RT Подставляя это соотношение в (3.12) и дифференцируя полученное выражение с учетом принятых допущений, находим:
В правую часть этого уравнения входят концентрации вещества газа на поверхности пузыря и вдали от него. Если концентрация (числовая) газовых пузырьков в теплообменнике-реакторе невелика, то без нарушения общности можно считать, что Кос=0. Концентрацию вещества Кх, под которой понимается количество молекул в единице объема, можно найти, если считать, что процессы переноса вещества внутри сферического пузырька происходят гораздо быстрее, чем перенос вещества в жидкой фазе. В этом случае для КЕимеем соотношение:
Таким образом, мы получаем интегродифференциальное уравнение, которое описывает процесс всплытия и растворение газовых сфер. В квадратурах это уравнение не интегрируется, но может быть найдено его решение с использование численных методов. Заметим, что при т=0, т.е. для закона всплытия крупных пузырей, уравнение (3.29) допускает интегрирование в квадратурах. Покажем это. Полагая в (3.29) т=0, найдем: tdr -,Х ч d2r „ (З
Мы получили неоднородное дифференциальное уравнение первого порядка. Для нахождения решения уравнения (3.37) применим метод вариации постоянной. Для этого рассмотрим однородное дифференциальное уравнение: Следует отметить, что в связи с некорректностью формулы (3.26) решение (3.46) имеет разрыв при t=0. Действительно, при t=0 из (3.46) следует, что г (о)=оо, в то время как радиус пузыря не может быть больше, чем г0т.е. г(о)= г0.
Чтобы устранить разрыв в решении (3.46) заметим, что в нижней части реактора на высоте от дна Лх от концентрации Kl и Коо примерно равны, т.е. раствор является насыщенным. Эта физическая особенность позволяет считать, что механизм растворения включается в момент времени t=T=l/f, а до этого момента пузырек всплывает, не реагируя со средой, т.е. r0=const.
При известных величинах т, fy, /л можно найти закон растворения сфер. Покажем, что соотношение (3.48) может быть положено в основу расчета барботажного теплообменника-реактора. Представляется рациональным реактор, в котором объемное содержание газовой фазы будет величиной постоянной по объему теплообменника-реактора или в рассматриваемом случае, по его высоте. Тоесть:
Полученная зависимость (3.52) при известном коэффициенте массоотдачи может быть положена в основу расчета барботажного устройства, используемого в теплообменнике, применяемом в процессе термического обезвреживания сточных вод.
Для определения коэффициента массоотдачи [194] в уравнении (3.48) нами предложена лабораторная установка (рис. 3.2), которая состоит из реактора 1, представляющего собой цилиндр с верхней сменной и нижней глухой крышками 2 и 3. В верхней крышке установлен патрубок с резиновой трубкой и краником для отвода кислорода. В нижней части установлен дырчатый лист, сменный, с известным диаметром отверстий, а в крышке 3 крепятся два патрубка 4 и 5 для подачи кислорода и промстока. В боковой стенке реактора имеется патрубок 6 с краником для отвода сточных вод. Кислород подводится из газгольдера 7, а отводится в газгольдер 8; на соединительных трубках имеются краники для регулирования расхода.
Избыточное давление в газгольдере 7 создается грузом, не показанном на рис. 3.2. Вытесненный объем газа фиксируется по измерительной линейке. В газгольдер 8 отводится кислород, его объем также фиксируется по измерительной линейке. Зарядка газгольдера 7 осуществляется через емкость-баллон с кислородом 9. Свежий прометок подается в реактор из бачка 10 по трубке 11. Слив прореагировавшего промстока идет через патрубок 6 в емкость - бачок 12.
Повышение качества усреднения загрязняющих веществ в сточных водах
Среднее значение функции x(t) выражается через автокорреляционную функцию равенством: М = Rx( )
Следовательно, среднее значение функции x(t) равно положительному значению квадратного корня из автокорреляционной функции. Аналогично среднее значение квадрата реализации равно автокорреляционной функции при нулевом сдвиге: \/х = Rx(0).
Автокореляционная функция гармонического колебания или любого другого детерминированного процесса отлична от нуля при всех значениях аргумента, тогда как автокорреляционная функция случайного процесса при больших значениях сдвига стремится к нулю (если МХ=Ю). Это свойство автокорреляционной функции можно использовать при выявлении детерминированных процессов, которыми являются залповые выбросы сточных вод (как по расходу, так и по концентрации загрязнителей), маскируемые случайными фоновыми колебаниями.
Наиболее важная характеристика стационарных случайных процессов -спектральная плотность, описывающая частотный состав процесса формирования сточных вод.
Среднее значение квадрата реализаций в интервале частот от f до f+Af при стремлении Т к бесконечности можно определить по уравнению: Т \/x2(f,Af) =liml/T x2(t,f,Af)dt (5.8) Т О где ,,x(t,f,Af) -составляющие функции x(t) „ имеющие частоты в интервале от f до f+Af. Спектральную плотность вычисляем: VKx2(f,Af) 1 р 1т Gx(t) = lim Af = lim Af (5.9) Af-0 Af-O T-0 0 Величина Gx(t) -всегда действительная, неотрицательная функция. Важное свойство спектральной плотности заключается в ее связи с автокорреляционной функцией. В частности, для стационарного процесса эти
Среднее значение квадрата функции x(t) определяется: х2 = Gx(f)df (5.12) Следовательно, среднее значение квадрата реализации равно общей площади под кривой спектральной плотности. В заключении отметим, что предлагаемая нами методика статистического анализа характеристик исследуемых сточных вод позволяет оценить залповые выбросы стоков. Полученные статистические характеристики случайных процессов необходимы для расчета рабочих параметров аппаратов, участвующих в процессе обезвреживания промышленных сточных вод.
Ярко выраженные колебания параметров сточных вод при поступлении на очистные сооружения (рис. 5.2, 5.3) обуславливают особенности их функционирования, усложняя динамические характеристики режима работы и ухудшая качество очистки. Важным звеном стабильности процесса очистки промышленных сточных вод является усреднение концентраций загрязнителя и расходов сточных вод на входе в систему очистки. Для этого применяются контактные и проточные усреднители [157] (при небольших расходах и периодическом сбросе воды-контактные усреднители). В большинстве же случаев используют проточные усреднители в виде многокоридорных резервуаров или резервуаров с перемешивающими устройствами.
Из многокоридорных усреднителей наиболее распространены прямоугольные и круглые. Усреднение в них достигается за счет дифференцирования потока, который в усреднителе делится на ряд струй, протекающих по коридорам разной длины. В результате в сборном лотке смешиваются струи воды с различной концентрацией примесей, поступившие в разное время. Такие усреднители рекомендуется применять при незначительном количестве взвешенных веществ в поступающей сточной воде. В усреднителях с перемешивающими устройствами загрязнителя в стоке, мг/л; Сдоп - концентрация загрязнителя в стоке, допустимая по условиям работы последующих сооружений, мг/л. Объем усреднителя определяется с учетом характера усреднение воды достигается за счет интенсивного перемешивания воды, что может осуществляться барботированием воды воздухом, специальными мешалками или циркуляцией воды в резервуарах, создаваемой насосами. Характеристикой усреднителя служит коэффициент усреднения: где, Стах - максимальная концентрация загрязнителя, мг/л; Сср -средняя концентрация колебаний концентрации загрязняющих веществ: залпового, циклического и произвольного.
Расчет усреднителей сводится к определению их объемов [46]. Объем многокоридорного усреднителя при залповых выбросах промстоков: где, С и С" - концентрация загрязнителя на предыдущем и последующем шагах расчета, мг/л; At - временный шаг расчета, принимаемый не более одного часа; АС -приращение концентраций на выходе усреднителя за текущий шаг расчета.
Определение концентраций загрязнителя следует начинать с периода, когда наблюдается максимальная концентрация данного загрязнителя на выходе. Если полученный результат в любой период времени превышает допустимую концентрацию загрязнителя, то расчет следует проводить при увеличенном объеме усреднителя [122]. Г
Для усреднения расхода сточных вод расчет объема усреднителя необходимо проводить аналогично расчету регулирующих емкостей. Объем усреднителя расходов и концентраций загрязнения определяется проверкой принятого объема усреднителя и концентрации загрязнителя на выходе из него в отдельные периоды времени.
Для выбора конструкции усреднителя концентраций и расходов сточных вод и определения ее параметров, необходим анализ входных характеристик промстока предприятия. Сточные воды, поступающие на очистные сооружения, ежесуточно анализируются санитарно-химической лабораторией по следующим показателям: концентрации взвешенных веществ, окисляемости, биохимическому потреблению кислорода, активной реакции водородных ионов рН, содержанию сернистых соединений, фенолов. Замеряется также расход сточных вод.
Как видно из рис. 5.2 и 5.3., пиковые (залповые) концентрации различных загрязнителей, как и расхода, не приходятся на одни и те же сутки, т.е. повышение концентрации отдельных загрязнителей не совпадает, а происходит, на первый взгляд, хаотично. В то же время, анализируя графики изменения концентраций за каждые сутки, невозможно выявить цикличность процесса формирования сточных вод.
Таким образом, можно отметить, что разовые суточные колебания концентрации взвешенных веществ и окисляемости, носят произвольный характер. Для выявления закономерностей процесса, необходим анализ загрязнителей с меньшим шагом (периодом времени). Такая же картина наблюдается и по расходам сточных вод. Если же более частые замеры не выявят цикличность колебаний и характерные залповые выбросы, то выбор типа усреднителя и его расчет по обычной схеме, на наш взгляд, невозможен. В этом случае необходима статистическая обработка входных характеристик сточных вод изучаемого предприятия.
Для теоре.81.93] в соответствии с расчетной схемой (рис. 5.4) была составлена функциональная схема усреднителя (рис. 5.5,а) в виде двух последовательно соединенных блоков. Один отображает верхнюю часть -винтовой канал, а другой- секториальный объем. Для нахождения передаточной функции усреднителя (как объекта управления), характеризующего его динамические свойства, проведено преобразование неоднородного линейного уравнения первого порядка: dCi(t-ix) dt + aj Ci(t-ix) , (5.16) где , a; = Qi /Vj -параметр задачи; V; -объем і-й емкости; С; - массовая концентрация загрязнений после идеального перемешивания; Cj - средняя концентрация загрязняющих веществ в каждом секториальном объеме; Qj - стабилизированный расход тического анализа динамических свойств предлагаемого нами усреднителя [78 стока с произвольно меняющейся концентрацией загрязнителя.
