Розрахунки зворотноосмотичних апаратів

 

4.1. Вибір типу зворотноосмотичного апарату

 

Серед типових конструкцій мембранних модулів можна використовувати наступні:

- рулонні мембранні модулі;

- плоскі мембранні модулі;

- трубчасті мембранні модулі;

- капілярні (половолоконні) мембранні модулі.

Кожен тип мембранного модуля характеризується: щільністю упаковки в апараті (м² мембраны на м³ апарату), матеріалом дренажу, розмірами напірного каналу, наявністю і типом турбулізатора.

Вибравши тип мембранного апарату, необхідно з довідкових матеріалів в Інтернеті отримати інформацію про основні параметри мембранного модуля:

- площа мембран;

- габаритні розміри;

- робочий тиск, що рекомендується, і ін.

Приймаємо до розрахунку рулонні мембранні модулі.

4.2. Розрахунок мембранної установки

 

Мета розрахунку:

- визначити потрібну площу мембран і, відповідно, потрібну кількість мембранних модулів і апаратів для забезпечення заданої продуктивності;

- визначити гідравлічні втрати напору для вибору належного насосного обладнання.

Порядок розрахунку:

1) З рівнянь матеріального балансу визначаємо загальну витрату пермеата:

де W₀ – витрата початкової води,

с₀ – концентрація іона в розчині,

W_К – витрата концентрату,

с_К – концентрація іона в концентраті,

R – затримуюча здатність мембрани по конкретному іону.

2) Знаходим потрібну робочу площу мембран, рахуючи в першому наближенні питому продуктивність як середню арифметичну величину між її значеннями при початковій і кінцевій концентраціях:

3) Визначаємо число вибраних мембранних модулів, знаючи площу мембран в кожному, і число мембранних апаратів, знаючи або задавшись кількістю модулів в апараті:

де F_мод – площа мембран в одному модулі;

n_апп – кількість модулів в апараті.

Після цього проводиться уточнений розрахунок установки залежно від вибраної її технологічної схеми.

 

4) Розрахунок гідравлічного опору напірних і дренажних каналів.

У напірних і дренажних каналах рулонних мембранних елементів розміщені, відповідно, турбулізуючі і дренажні сітки. У основі розрахунку гідравлічних опорів каналів лежить допущення, що сітка збільшує опір каналу в порівнянні з опором полого каналу по рівнянню:

де - гідравлічний опір полого каналу;

- коефіцієнт опору сітки (для турбулізуючих сіток , для дренажних сіток ).

Крім того, для розрахунку слід задатися інформацією про конструктивні особливості мембранного модуля і физико-хімічні параметри води:

- висота щілини напірного каналу, рівна товщині турбулізуючої сітки і дренажного каналу;

- довжина пакету (спіралі, в яку скручений елемент з двох мембран і дренажної сітки) l_П;

- кількість пакетів, спільно згорнутих навколо фильтроотводящей трубки, тобто що входять в мембранний модуль, n_п

- ширина мембранного полотна, створюючого пакет, в;

- число мембранних модулів, послідовно розташованих в мембранному апараті, n_{М ;}

- в'язкість води ;

- коефіцієнти опору турбулізуючої і дренажної сіток.

З попередніх розрахунків відомі Wвх – об'ємна витрата води на вході в мембранний апарат і G - середня питома продуктивність мембран в умовах розділення.

Визначаємо лінійну швидкість рідини на вході в мембранний модуль:

Величина гідравлічного опору напірного каналу:

Величина гідравлічного опору дренажного каналу:

 

РОЗРАХУНОК СПОРУД ДЛЯ ОЗОНО-СОРБЦІЙНОЙ ОБРОБКИ ВОДИ

 

При проектуванні озоно-сорбційної технології потрібно окремо розрахувати озонаторну станцію та сорбційні фільтри з використанням наступних розрахункових параметрів.

Озонаторная станція

5.1.1. Розрахункові дози змінюються в діапазоні від 1 - 1,5 до 20 міліграм/л. Менші дози озону відносяться до первинного озонування і вони характерні для зимового періоду. Середні значення доз озону (3 - 5 міліграм/л) відносяться до періодів паводків і до літнього періоду. Велика доза озону відноситься до очищення висококольорових вод. Остаточно величина необхідних доз визначається після проведення відповідних досліджень.

5.1.2. Питома витрата електроенергії озонаторной станції при нормальному режимі не більше 23 кВт/ч на 1 кг озону.

5.1.3. Робочий тиск газового середовища на виході з озонаторної установки незалежно від режиму роботи - 0,07 - 0,08 МПа.

5.1.4. Концентрація озону в озоноповітряній суміші змінюється від 15 до 22 міліграм/л залежно від необхідної ефективності і глибини очищення, а також рівня забруднень вододжерела.

5.1.6. Для охолоджування елементів озонаторної установки використовується вода питної якості з температурою від +5 °С до +25 °С і наступним складом:

- жорсткість - не більше 7 мг-екв/л;

- наявність вільної вуглекислоти - 10 - 100 мг-екв/л;

- концентрація водневих іонів - 6,5 - 8,5;

- каламутність - 0,2 - 0,5 міліграм/л;

- залізо - 0,1 - 0,3 міліграм/л;

- хлориди - не більше 12 міліграм/л.

5.1.7. Контактні камери складаються з 3 реакційних відділень. У камерах здійснюється змішення озоноповітряної суміші з оброблюваною водою; змішення проводиться за принципом барботування в протитечії. Для створення протиточного руху камери розділені між собою струменапрямними перегородками, що забезпечують рух води в напрямі зверху-вниз.

5.1.8. Для розрахунку контактних камер приймають наступні параметри:

- тривалість контакту води з озоном 5 - 15 хв, рахуючи сумарний час перебування води в 3 відділеннях;

- висота шару води в камері - не менше 4,5 м;

- у перше відділення камери слід вводити від 50 до 65 % необхідної кількості озону, в друге - 20 - 35 % і в третє - 15 - 20 % (визначається дослідним шляхом).

5.1.9. Як диспергатори озону доцільно використовувати метало-керамічні труби (або пластини) або дрібнопухирцеві аератори.

5.1.10. Озоноповітряна суміш збирається системою труб з трьох реакційних відділень і за допомогою вентилятора відводиться на апарат каталітичного розкладання озону (КРО), завантаженого сорбентом - гопкалітом. З апарату повітря викидається в атмосферу.

 

Сорбційні вугільні фільтри

5.2.1. Для розрахунку вугільних фільтрів рекомендується наступний діапазон величин (після відповідної лабораторної перевірки ці показники уточнюються):

- швидкість фільтрації - 5 - 15 м/год;

- висота шару активного вугілля - 1 - 2,5 м;

- час контакту оброблюваної води з вугіллям - 6 - 15 хв;

- інтенсивність промивки - 10 л/(с·м²) (для вугілля АГМ і АГОВ) і 14 - 15 л/(с·м²) (для вугілля мазкий АГ-3 і ДАУ);

- промивку вугільного завантаження проводити не рідше за один раз в 2 - 3 доби. Тривалість промивки - 7 - 10 хвилин.

5.2.2. Втрати напору у вугільному завантаженні складають 0,3 - 0,4 м. Відстань від поверхні завантаження, до кромки жолобів рівна 1 - 1,5 м.

5.2.3. Розподільна система вугільних фільтрів - безгравійна (з щільових поліетиленових труб, ковпачковий або полімербетонний дренаж).

5.2.4. При експлуатації вугільних фільтрів щорічні втрати вугілля складають до 10 %. Тому на станції необхідно мати запас вугілля для довантаження фільтрів.