Практическая работа № 21 Расчет ионитовых установок для очистки сточных вод

Цель работы - изучить принципы расчета параметров очистных сооружений и закрепить теоретические знания.

Общие сведения

Ионообменная очистка сточных вод позволяет извлечь и утилизировать следующие загрязняющие вещества: тяжелые цветные металлы (медь, никель, цинк, свинец, кадмий и др.), хром, ПАВ, цианистые соединения и радиоактивные вещества. При этом достигается высокая степень очистки сточной воды (до уровня ПДК), а также обеспечивается возможность ее повторного использования в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения. Кроме того, иониты используются для обессоливания воды в процессе водоподготовки.

Для очистки данным способом применяют ионитовые фильтры. Система «обвязки» фильтра (т.е. трубопроводов и запорной арматуры) обеспечивает не только пропуск воды через слой ионитов в процессе ее очистки, но и разрыхление, регенерацию и отмывку ионита, а также отбор проб анализируемого контроля.

Методика расчета:

В основу расчета независимо от конкретного вида ионообменного процесса принимают уравнение материального баланса:

,

где W - необходимый суммарный объем загрузки ионитов, м³; РОЕ - рабочая обменная емкость данного ионита, г-экв/м³; q - расход воды сточной воды, м³/ч; С₀ - содержащие ионов в сточной воде, г-экв/м³; С_ф- допустимое остаточное содержание ионов в фильтрате, г-экв/м³.

Необходимый объем загрузки ионитов определяется по формуле:

.

Независимо от вида ионообменного процесса расчет включает следующие основные этапы:

• выбор скорости фильтрации, оптимальной для данного процесса;

• вычисление ориентировочной величины суммарной площади поперечного сечения ионитовых фильтров;

• выбор габарита фильтров и определение их количества;

• уточнение скорости фильтрации по фактической площади поперечного сечения фильтров;

• определение продолжительности рабочего периода фильтроцикла и (при необходимости) корректировка расчета;

• определение числа фильтров, отключаемых на регенерацию.

Суммарная площадь фильтров F определяется по формуле:

,

где V – скорость фильтрации, м/ч; q – производительность установки, м³/ч.

Объем нагрузки ионита в одном фильтре W_ф площадью поперечног сечения F_Ф:

,

где h – высота слоя ионита, м.

Необходимое число фильтров определяется из уравнения:

.

Уточненная суммарная площадь фильтров:

,

а суммарный фактический объем загрузки .

Уточненная скорость фильтрации . Определяют, находится ли уточненная скорость в пределах оптимальной зоны. Затем определяют продолжительность рабочего периода фильтроцикла:

.

В расчетах учитывают необходимость периодического отключения фильтров на регенерации, продолжительность которой вместе с отмывкой составляет от 2 до 8 часов.

Количество дополнительных фильтров n_доп для обеспечения непрерывной работы установки определяют из соотношения:

,

где τ – суммарная продолжительность регенерации и отмывки, ч.

Отсюда

.

Пример расчета:

Определить количество типовых ионитовых фильтров, необходимое для очистки сточных вод, у которых общая концентрация удаляемых катионов поступлением на фильтры C₀ =5 г-экв/м³. Производительность установки q =150 м³/ч очищенной воды. Применяется катионит КУ-1 с РОЕ=450 г-экв/м³, высота фильтрующего слоя h=2,5 м, диаметр d=2 м, суммарная продолжительность регенерации и отмывки τ=4 ч.

1. Принимаем, что очистка воды на катионитовых фильтрах обеспечивает практически полное удаление катионитов растворенных солей, т.е С_ф=0. Тогда С₀=С_ф= С₀.

2. Для определения объема ионитовых задаемся определенной скоростью фильтрации, которую при эксплуатации ионитовых фильтров первой ступени следует выбирать в пределах от 5 до 25 м/ч (считая на всю площадь поперечного сечения фильтра). Принимаем V = 15 м/ч (ориентировочно)

3. Определяем суммарную площадь фильтров:

, м².

4. , м³.

5. .

6. , м².

7. , м³

8. , м/ч, т.е. в пределах оптимальной величины.

9. , ч.

10.

Вывод: для эффективной ионообменной очистки сточных вод необходимо 4 фильтра в установке.

Исходные данные для расчета:

• содержание ионов в исходной воде С₀ = 8+0,6*N, г-экв/м³ (N – номер студента по журналу);

• расход воды, подлежащий очистке q = 150+8∙N, м³/ч;

• рабочая обменная емкость данного ионита РОЕ=500+3∙N, г-экв/м³;

суммарная производительность регенерации τ=2+0,2∙, ч;

• допустимое остаточное содержание ионов в фильтрате С_ф=0,1∙N г-экв/м³;

• диаметр d = 4+0,15∙N, м;

• скорость фильтрации V = 20+0,5∙N, м/ч;

• высота фильтрующего слоя h =3+0,06∙N, м.