Дипломная работа: Очистка шахтных вод шахты "Житомирская" ш/у "Комсомольское" ГХК "Октябрьуголь"

Очистка шахтных вод от бактериальных примесей является завершающим этапом и производится на практике путем хлорирования с использованием жидкого хлора, хлорной извести и гипохлорида натрия или бактерицидного облучения. [9].

Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Так, при его использовании природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются, а бактерицидное действие во много раз быстрее, чем хлора. Благодаря этому воду можно сразу подавать потребителям. Бактерицидные лучи уничтожают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие. Эксплуатация установок для обеззараживания бактерицидными лучами проще, чем эксплуатация хлорного хозяйства. На некоторых шахтах этот способ уже применяется.

Наибольшим бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны от 200 до 295 нм, излучаемые аргонно-ртутными или ртутно-кварцевыми лампами. Наиболее распространенными из всех ламп являются ртутно-кварцевые лампы высокого давления ПРК и аргонно-ртутные лампы низкого давления РКС-2,5.

Процесс отмирания бактерий подчиняется уравнению:

Р=Р0 е (-Е*t/к), (4.1)

где Р - число бактерий в единице объема, которые остались живыми после бактерицидного облучения;

Р0- начальное число бактерий в единице объема;

Е - интенсивность потока бактерицидных лучей;

t - продолжительность облучения;

к - коэффициент сопротивляемости бактерий.

При условиях: Р0=1000 шт; Е=125 (для лампы РКС - 2,5); t=116 с и к=2500 имеем:

Р=1000*е-5,8=3.

Таблица 4.2 - Характеристики бактерицидных ламп

Тип	Потребляемая мощность, Вт	Бактерицидный поток лампы, Вт
Аргонно-ртутные: БУВ-15 БУВ-30 БУВ-30П БУВ-60П	19 36 38 72	1,2 3,2 2,5 6,0
Ртутно-кварцевые: ПРК-7 РКС-2,5	1000 2500	50 125

Из уравнения видно, что эффект обеззараживания воды зависит от произведения интенсивности бактерицидного облучения Е на продолжительность облучения t, то есть от количества затраченной бактерицидной энергии. Это означает, что один и тот же эффект может быть достигнут при малой интенсивности облучения, но большой продолжительности его и, наоборот, при большой интенсивности облучения и при малой продолжительности.

При проектировании бактерицидной установки рассчитывают по методике Соколова В.Ф. требуемую мощность потока бактерицидного облучения Fp, Вт:

где q - расход воды, м3/ч;

a - коэффициент поглощения, см;

k = 2500 - коэффициент сопротивляемости бактерий, мкВт. с/см2;

Р0 - коли-индекс воды до облучения;

Р£3 - коли-индекс воды после облучения;

h0 = 0,9 - коэффициент использования бактерицидного потока, учитывающий поглощение лучей в слое воды;

hn - коэффициент использования бактерицидного потока, учитывающий погруженность (не погруженность) ламп, который равен соответственно 0,9 и 0,75.

Fр= (50*24*2500*lg3/1000) /1563,4*0,9*0,9=2369 Вт.

Необходимое количество бактерицидных ламп:

n=Fp/Fл, (4.3)

где Fл - расчетный бактерицидный поток каждой лампы.

n=2369/125=18,95, принимаем 19 ламп.

Расход электроэнергии (Вт. ч/м2) на обеззараживание воды вычисляется:

S=N*n/q, (4.4)

где N - потребляемая мощность лампы, Вт;

S=2500*19/269,98=176 Вт. ч/м2

В зависимости от способа размещения бактерицидных ламп (в воздухе над поверхностью воды или в ее объеме) установки для обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением делится на два типа: с не погруженными и погруженными источниками бактерицидного облучения. В зависимости от давления, под которыми работают лампы, различают напорные и безнапорные бактерицидные установки.

Опыт эксплуатации установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами показывает, что этот метод обеспечивает надежную дезинфикацию воды, однако только при обработке осветленных и бесцветных вод. Расход электроэнергии на обеззараживание воды из подземных источников водоснабжения облучением не превышает 10-15 Вт. ч/м2, а из поверхностных источников (после осветления воды) до 30 Вт. ч/м2.

Недостатком метода является отсутствие оперативного контроля за эффектом обеззараживания. [9].

Накопление осадка в прудах-отстойниках и илонакопителях является простым, удобным в эксплуатации и дешевым методом его обработки, позволяющем избежать затрат на его обезвоживание. Однако эти сооружения занимают большие площади, а в паводковые периоды представляют потенциальную опасность как источник загрязнения водоемов. Они рассчитываются на длительный срок службы, составляющий не менее 10 лет. По истечении срока службы производится наращивание бортов сооружений для образования дополнительной емкости, или строятся новые сооружения, а территории, занимаемые старыми сооружениями, рекультивируются.

4.2 Выбор и обоснование схемы очистки шахтных вод шахты "Житомирская"

Шахтные воды шахты "Житомирская" ГХК "Октябрьуголь" относятся к слабосолоноватым, сульфатно-хлоридного класса. Имеют низкую минерализацию.

Слабосолоноватые воды могут использоваться в промышленном водоснабжении практически всех потребителей без снижения солесодержания.

Общие требования к технологии очистки и очистным сооружениям, которые сводятся к следующим:

технология очистки должна предусматривать 3 основных стадии: удаление взвешенных веществ (или осветление), обеззараживание воды, обработку (или складирование) осадка;

удаление взвешенных веществ должно производиться в одну или две ступени в зависимости от их концентрации в исходной шахтной воде;

технология очистки должна обеспечивать получение необходимого качества очистки воды при изменении количества и качества исходной шахтной воды по сезонам года, а также в результате вскрытия новых горизонтов и освоения новых участков шахтного поля;

качество очистки шахтных вод должно обеспечивать возможность широкого использования очищенной воды на производственные нужды предприятий и удовлетворять условиям сброса избыточного объема в водоемы;

очистные сооружения должны быть надежны в работе, экономичны, простыв строительстве и эксплуатации, по возможности компактны и не должны занимать больших площадей, пригодных для использования в народном хозяйстве;

технологические процессы очистки воды и обработки осадка должны максимально поддаваться механизации, дистанционному управлению и автоматизации;

совокупность технологических схем очистки должна охватывать весь диапазон изменения притоков, состава и технологических свойств шахтных вод.

На основании анализа результатов выполненных научных исследований, практического опыта применения различных технологических схем очистки шахтных вод и выявления соответствия этих схем перечисленным выше общим требованиям выбраны 6 наиболее современных и эффективных технологических схем. Для условий шахты "Житомирская" наиболее подходит технологическая схема с использованием прудов-отстойников и скорых фильтров на весь приток.

Технологическая схема с применением прудов-отстойников может эффективно использоваться для очистки шахтных вод, в которых взвешенные вещества обладают хорошими седиментационными свойствами, то есть кинетически неустойчивы и способны к коагуляции без введения химических реагентов. При этом содержание взвешенных веществ в исходной воде может быть различным и не оказывает существенного влияния на качество очистки.

Очистные сооружения по данной технологической схеме предназначены для очистки от взвешенных веществ и обеззараживания нейтральной шахтной воды с рН=6,5-8,5 с целью последующего ее использования на производственные нужды шахты и соседних с ней предприятий, а также для предотвращения загрязнения водоемов в результате сброса избыточного объема шахтных вод. Общая концентрация взвешенных веществ в исходной шахтной воде не ограничивается, содержание тонкодисперсных частиц гидравлической крупностью менее 0,05 мм/с не должно превышать 50 мг/л.

В данной технологической схеме шахтная вода по трубопроводу поступает в пруд-отстойник, отстаивается в нем и подается насосом на скорые открытые фильтры. Для повышения качества очистки шахтной воды перед поступлением на фильтры она может обрабатываться раствором флокулянта. Далее фильтрат попадает в бактерицидную установку, где обеззараживается путем облучения и направляется в резервуар очищенной воды.

4.2.1 Расчет основных сооружений технологической схемы

Пруд-отстойник предназначен для удаления взвешенных веществ их шахтных вод и промывной воды фильтров и для длительного хранения и складирования образующегося при этом осадка. Кроме того, он обеспечивает улучшение органолептических, бактериологических и других показателей свойств воды в результате естественного обогащения ее кислородом, частичного разложения органических веществ и других сложных физико-химических процессов самоочищения.

Располагаются отстойники преимущественно в балках, оврагах, на заболоченных участках и других неудобных для промышленного и сельскохозяйственного использования землях и имеют неправильную форму в плане. В некоторых случаях они размещаются на равнинных участках и ограничиваются насыпными дамбами, имеют правильную прямоугольную форму. Очистка прудов-отстойников от осадка обычно не производится в связи с большим объемом и высокой его влажностью, необходимостью иметь специальные сооружения большой емкостью (илонакопители) при гидравлическом способе удаления осадка или дополнительные площади для размещения осадка при механическом способе его удаления после подсушивания. При заполнении пруда-отстойника осадком до расчетного уровня производится наращивание его бортов (дамб) с целью создания дополнительной емкости или строительство нового пруда-отстойника. При благоприятных условиях пруды-отстойники могут рассчитываться с учетом периодической чистки их от осадка. В этом случае количество отстойников принимается не менее двух, из которых один находится в работе, а другой в очистке. Периодичность удаления осадка должна быть не более одного раза в два года.

Отстойник, имеющийся на шахте соответствует требования.

Скорые открытые фильтры предназначены для глубокой очистки от взвешенных веществ шахтных вод, прошедших предварительную очистку в пруде-отстойнике.

Для загрузки фильтров используется кварцевый песок, удовлетворяющий требованиям по химической стойкости и механической прочности (измельчаемость не более 4%, истираемость на более 0,5%).

Восстановление фильтрующей способности загрузки производится периодически восходящим потоком воды. Параметры промывки следующие.

Для обеспечения эффективной и стабильной работы фильтров, особенно при большом содержании тонкодисперсных примесей, в поступающей на них воде используются флокулянты. Раствор флокулянта вводится непосредственно перед фильтрами с тем, чтобы процесс коагуляции происходил в толще фильтрующей загрузки. Основные параметры работы скорых фильтров определяются на основании технологических исследований подлежащей очистке воды.

Скорые фильтры представляют собой резервуары прямоугольной формы, выполненные из железобетона, нижняя часть которых заполнена загрузкой, состоящей из фильтрующих слоев кварцевого песка и поддерживающего слоя гравия.

Фильтрация воды происходит в направлении сверху вниз под действием гидростатического напора. Высота слоя воды над поверхностью загрузки не должна быть менее 2 м.

Расчет скорых фильтров.

Полезная суточная производительность фильтра должна соответствовать суточному водопритоку, таким образом, полезная суточная производительность фильтра Q =1002,84 м3/сут.

Принятый тип фильтра - скорые однослойные песчаные, плотность зерен загрузки составляет rз =2,5 т/ м3, минимальный диаметр зерен dmin=0,5 мм, максимальный диаметр зерен dmax=1,2 мм, эквивалентный диаметр зерен dэ=0,8 мм, коэффициент неоднородности кн=1,9, высота фильтрующего слоя Lф=0,8 м.

Скорость фильтрования при нормальном режиме принимаем равным

vн=5,0 м/ч.

Допустимая скорость фильтрования при форсированном режиме:

vф=6,0 м/ч.

По п.6.97 [11] принимаем 2 промывки в сутки, т.е. nпр=2.

По табл.23 [11] принимаем следующие параметры промывки:

интенсивность промывки - w=14 л/ (с*м2);

относительное расширение загрузки - Е=45%;

По п.6.110,6.114 [11] принимаем продолжительность промывки: tпр=10 мин.

Удельный расход промывной воды на один фильтр рассчитывается по формуле:

q=0,06*tпр*w (4.5), q=0,06*10*14=8,4 м3/м2.

По п.6.98 [11] принимаем время простоя фильтра в связи с промывкой:

tпр=0,33 часа.

По формуле 18 [11] рассчитываем общую площадь всех фильтров, F:

F=Q/ (24*vн-nпр*q-nпр*tпр*vн) (4.6)

F=1002,84/ (24*5,0-2*8,4-2*0,33*5,0) =10,04 м2.

Ориентировочное количество фильтров определяем по формуле:

N0=0,5* (4.7)

N0=0,5*=1,6, принимаем 2 шт.

Ориентировочная площадь одного фильтра определяется по формуле:

F1=F/N0, (4.8)

F1=10,04/2=5,02 м2.

Принимаем стандартную площадь фильтрования типового фильтра Fст - ближайшее значение к F1, Fст=6,7 м2. Принятые размеров фильтра:

а=3 м;

в=2,5 м.

Принятое количество фильтров рассчитывается по формуле:

N=F/Fст, (4.9)

N=10,04/6,7=1,5, принимаем 2 шт.

По п.6.95 [11] принимаем, что в ремонте будет резервный фильтр.

Действительная скорость фильтрования в форсированном режиме определяется по формуле:

vф=vн*N/ (N-Nр), (4.10)

vф=5,0*2/2=5 м/ч.

По таблице 22 [11] определяем состав и высоту поддерживающих слоев: Lп=0,7 м,

крупность: 40-20 мм - толщина: 0,35 м

20-10 мм 0,15 м

10-5 мм 0,1 м

5-2 мм 0,1 м

Итого всего: - 0,7 м

Расчет распределительной системы фильтра.

Выбираем тип распределительной системы с дырчатыми трубами.

Расход воды при промывке одного фильтра определяется по формуле:

Qпр.1=Fст*w/1000, (4.11)

Qпр.1=6,7*14/1000=0,094 м3/с.

По п.6.106 [11] принимаем скорость движения воды в коллекторе:

vк=1,2 м/с.

Площадь сечения коллектора:

fк=Qпр.1. /vк, (4.12), fк=0,094/1,2=0,075 м2.

Диаметр водораспределительного коллектора:

Dк=p,

Dк==0,309 м, принимаем Dк=300 мм.

По п.6.105 [11] принимаем расстояние между боковыми ответвлениями:

S=0,35 м.

Количество боковых ответвлений:

nбо=2* (b/S-1), (4.13)

nбо=2 (2,5/0,35-1) =12 боковых ответвлений.

Расход промывной воды на одно ответвление:

Qбо=Qпр1/nбо, (4.13)

Qбо=0,094/12=7,5*10-3

Диаметр бокового ответвления:

Dбо=,

Dбо==0,069 м, принимаем 75 мм.

Отверстия располагаются в 2 ряда в шахматном прядке под углом 45° к низу от вертикали, и по п.6.105 [11] принимаем диаметр отверстий d0=12 мм.

Площадь одного отверстия рассчитывается по формуле:

f0=p*d02/4, (4.14)

f0=3,14*122/4=113 мм2.

По п.6.106 [11] коэффициент перфорации изменяется в пределах от 0,0025 до 0,005, принимаем коэффициент перфорации Кп=0,0025.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13