Материал: Промышленная безопасность в технологических процессах и аппаратах. Колодяжный С.А., Иванова И.А

3 – ферментация простых органических веществ с образованием метана, CO и CO2, водорода, H2O, сероводорода и т.п. и последующее взаимодействие продуктов предыдущих реакций между собой также с выделением метана.

Процессы метанового брожения происходят в специальных сооружениях, именуемых метантенками: герметично закрытые (для обеспечения анаэробных условий) резервуары, оборудованные приспособлениями для ввода несброженного и отвода сброженного осадка, подогрева содержимого, отвода биогаза и устройствами для перемешивания. Образующийся в метантенках биогаз сжигают с получением тепла, которое используют для нагрева воды, отопления и т.п.

10.ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ, ВЕРТИКАЛЬНЫЕ

ИРАДИКАЛЬНЫЕ ОТСТОЙНИКИ

Горизонтальные отстойники

Прямоугольные резервуары, имеющие два и более одновременно работающих отделения (рис. 10.1, а). Вода движется с одного конца отстойника к другому.

Глубина отстойников равна Н = 1,5-4 м, длина 8-12 м, а ширина коридора 3-6 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м3/сутки. Эффективность отстаивания достигает 60 %.

В отстойнике каждая частица движется с потоком воды со скоростью и под действием силы тяжести вниз. Таким образом, скорость перемещения каждой частицы будет представлять равнодействующую двух этих скоростей. В отстойнике успеют осесть только те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника в пределах его длины. Горизонтальную скорость движения воды в отстойнике принимают не более 0,01 м/с. Продолжительность отстаивания 1-3 ч.

Вертикальные отстойники

Схема вертикального отстойника одной из конструкций показана на рис. 10.1, б. Отстойник представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем. Сточную воду подводят по центральной трубе. Поступая внутрь отстойника, вода движется снизу вверх к желобу. Для лучшего ее распределения и предотвращения образования мути трубу делают с раструбом и распределительным щитом. Таким образом, осаждение происходит в восходящем потоке, скорость которого равна 0,5-0,6 м/с. Высота зоны осаждения — 4-5 м. Каждая частица движется с водой вверх со скоростью v и под действием силы тяжести вниз woc. Поэтому различные частицы будут занимать различное положение в отстойнике. При w > v будут быстро оседать, при woc < v — уноситься вверх. Эффективность осаждения вертикальных отстойников ниже на 10-20 %, чем в горизонтальных.

76

Радиальные отстойники

Круглые в плане резервуары (рис.10.1, в). Вода в них движется от центра к периферии. При этом минимальная скорость наблюдается у периферии. Такие отстойники применяют при расходах сточных вод свыше 20 000 м3/сут. Глубина проточной части отстойника — 1,5-5 м, а отношение диаметра к глубине от 6 до 30. Обычно используют отстойники диаметром 16-60 м. Эффективность их осаждения составляет 60 %.

Эффективность отстаивания можно повысить за счёт увеличения скорости осаждения, увеличив размеры частиц коагуляцией и флокуляцией или уменьшив вязкость сточной воды путем нагревания. Можно увеличить площадь отстаивания и проводить процесс осаждения в тонком слое жидкости. В последнем случае используют трубчатые и пластинчатые отстойники. При малой глубине отстаивания процесс протекает за короткое время (4-10 мин), что позволяет уменьшить размеры отстойников.

Рис. 10.1. Отстойники: а — горизонтальный:

1 — входной лоток, 2 — отстойная камера, 3 — 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

77

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 небольшим наклоном (рис. 10.1, г) работает периодически.

Сначала проводят отстаивание, затем промывку трубок от осадка. Для успешного проведения процесса необходимо равномерное распределение воды по трубкам и ламинарный режим движения. Такие отстойники используют для осветления сточных вод с небольшим содержанием взвешенных частиц при расходах 100-10 000 м3/сут. Гидравлическая нагрузка у отстойников 6-10 м3/ч на 1 м2 входного сечения трубок. Эффективность очистки 80-83 %.

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. Отстойники этого типа могут быть изготовлены из пластмассовых блоков, которые устанавливаются в корпусах обычных отстойников. Гидравлическая нагрузка отстойников с большим наклоном труб от 2,4 до 7,2 м3/ч на 1 м2 входного сечения труб.

Пластинчатые отстойники. Имеют в корпусе ряд параллельно установленных наклонных пластин (рис. 10.1, д). Вода движется между пластинами, а осадок сползает вниз в шламоприемник. Могут быть прямоточные отстойники, в которых направление движения воды и осадка совпадают; противоточные — вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно движению осадка. Наиболее распространены противоточные отстойники.

Осветлители. Применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители с взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.

Принципиальная схема осветлителя показана на рис. 10.2.

Воду с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока — сечение I-I. Выше этого сечения образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. При этом наблюдается процесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная сода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.

78

Рис. 10.2. Блок осветлителя:

1- осветлитель; 2 - желоб; 3 - осадкоуплотнитель

Образование и уплотнение осадка в осадкоуплотнителе происходит в условиях непрерывного поступления взвеси. При этом протекают следующие процессы:

1)стесненное осаждение частиц, образование сплошной пространственной структуры из этих частиц с постепенным уменьшением ее объема в результате сжатия пустот между частицами;

2)уплотнение хлопьевидных частиц осадка, сопровождающееся удалением воды, заключенной в ячейках хлопьев;

3)сжатие хлопьев.

Третий процесс протекает медленнее двух других и поэтому лимитирует процесс уплотнения осадка в целом.

11. АДСОРБЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ

Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут:

1)при интенсивном перемешивании адсорбента с водой;

2)при фильтровании воды через неподвижный или движущийся слой адсорбента;

3)в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия.

Установки при перемешивании адсорбента с водой. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0.1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней.

Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства.

Более эффективно (при меньшем расходе адсорбента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от ch до с, затем адсорбент отделяют отстаиванием или

79

фильтрованием, а сточную воду направляют во вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент. По окончании процесса адсорбции во второй ступени концентрация загрязнений в воде уменьшается от с1 до с2 и т. д. Схема такой установки показана на рис. 11.1, а.

В противоточной схеме адсорбент вводят однократно в последнюю ступень, и он движется навстречу сточной воде (рис.11.1, б). По этой схеме процесс очистки ведут непрерывно при значительно меньшем расходе адсорбента, чем по схеме с последовательным введением сорбента. Однако эта установка дороже и сложнее в эксплуатации.

Рис. 11.1. Схемы адсорбционных установок а — с последовательным введением адсорбента: 1 — смесители, 2 — отстойники;

б — с противоточным введением адсорбента:

1 — смесители, 2 — отстойники, 3 — приемники адсорбента, 4 — насосы; в — непрерывного действия:

1 — усреднитель, 2 — насос, 3 — фильтр, 4-6 — колонны, 7 — емкость

Установки с неподвижным слоем адсорбента. В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2-4 до 5-6 м3/(м2.ч). Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размером в пределах 1,5-5 мм. При более мелких зернах возрастает сопротивление фильтрованию жидкости. Уголь вкладывают на слой гравия,

80