Фекальные (сточно-массные) насосы — технические статьи

СМ –горизонтальные, центробежные, консольные, одноступенчатые эл.насосные агрегаты. Предназначены для перекачивания бытовых и промышленных загрязненных жидкостей с рН 6-8,5, плотностью до 1100 кг/м3, кинематической вязкостью не более 1.10-6 м2/с, температурой до 90 С, с содержанием абразивных взвешенных частиц не более 1% по объему, размером до 5 мм и микротвердостью не более 9000 МПа.
Пример полного обозначения насоса СМ100-65-200а/2-ТСУ-Е-УХЛ4, где:
— 100 -условный диаметр входного патрубка (мм),
— 65 -условный диаметр напорного патрубка,
— 200 -условный диаметр рабочего колеса (мм),
— а –первая обточка рабочего колеса (б –вторая обточка р.к.),
— 2 –обозначение частоты вращения 2900 об/мин (4 –1450 об/мин, 6 –960 об/мин.),
— ТСУ –торцовое сальниковое исполнение,
— Е –взрывобезопасное исполнение насоса,
— УХЛ4 –климатическое исполнение насоса и категория размещения.

Материал деталей проточной части – серый чугун.
Уплотнение вала насосов – сальниковое (обозначается «С») или торцовое (обозначается «ТСУ»). Взрывобезопасное исполнение насоса имеет индекс «Е»

НС или СД –горизонтальные, СДВ – вертикальные, центробежные, одноступенчатые, консольные эл. насосные агрегаты. Предназначены для перекачивания бытовых, промышленных и сточных вод и других загрязненных жидкостей с рН 6-8,5, кинематической вязкостью не более 1.10-6м2/с, плотностью до 1050 кг/м3, температурой до 80 С, с содержанием абразивных частиц по объему не более 1%, размером до 6 мм и микротвердостью не более 9000 МПа.
Материал проточной части –чугун.
Уплотнение вала –двойной мягкий сальник.

ФНВг –вертикального или горизонтального монтажа, ФНГ –горизонтальный; Центробежные, одноступенчатые эл.насосные агрегаты. Предназначены для перекачивания бытовых и промышленных сточных вод и других загрязненных жидкостей с рН 6-8,5, кинематической вязкостью не более 1.

10-6 м2/с. плотностью до 2050 кг/м3, температурой до 80 С и содержанием абразивных частиц по объему не более 1%, размером до 3-5 мм и микротвердостью не более 9000 МПа.
Материал проточной части –чугун.
Уплотнение вала –двойной мягкий сальник.

НПК 20-22 –эл.насос погружной канализационный, центробежный, вертикальный, переносной с закрытым двухлопаточным рабочим колесом. Предназначен для откачки бытовых (фекальных) и производственных сточных вод в малых системах канализации. Перекачиваемая среда с рН 6-8, плотностью не более 1050 кг/м3, может содержать абразивные частицы не более 1% по объему, размером не более 1 мм. Температура перекачиваемой среды до 45 С.

Материал проточной части –чугун.
Уплотнение вала – торцовое в масляной ванне.

ЦМФ 50-10 –центробежный, моноблочный, вертикальный, погружной эл.насос. Предназначен для откачивания фекальных жидкостей, сточных вод с максимальным размером твердых частиц до 15 мм, плотностью 2500 кг/м3. Температура перекачиваемой жидкости до 35 С.
Материал деталей проточной части –чугун.
Уплотнение вала –торцовое в масляной ванне.

ЦМК 16/27 –центробежный, моноблочный, погружной, вертикальный эл.насос с трехлопаточным рабочим колесом. Предназначен для перекачивания бытовых фекальных и производственных сточных вод с рН 6-8, плотностью не более 1050 кг/м3, содержанием абразивных частиц по объему не более 1% и температурой до 45 С. Размер твердых частиц не более 3 мм, плотностью до 3000 кг/м3. Допускается использование эл.насоса в качестве переносного средства для аварийной откачки сточных вод из канализационных колодцев, сборников и т.п.

Проточная часть –чугун.
Уплотнение вала –торцовое в масляной ванне.

 

Определение оптимального соотношения исходных компонентов в сырьевой смеси для производства керамзита с использованием осадка после биологической очистки сточных вод Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Определение оптимального соотношения исходных компонентов в сырьевой смеси для производства керамзита с использованием осадка после биологической очистки сточных вод

Ю. Н. Картушина, И.А. Полозова, Д.С. Ананьев Волгоградский государственный технический университет, Волгоград

Аннотация: Проведено исследование в области технологии получения керамзита с вспомогательными добавками в виде отходов после биологической очистки сточных вод и древесноугольного производства. Проанализировано влияние предлагаемой добавки на вспучивания керамзитового сырья. В статье приведены физико-механические характеристики опытных образцов, основные химические реакции, происходящие при обжиге керамзита с добавлением в сырье отходов.

Ключевые слова: керамзит, угольные отходы, легкоплавкие глины, очистные сооружения, вспучивание, сточные воды, активный ил, экология, строительные материалы, пористость.

На станциях биологической очистки городских и производственных сточных вод образуются осадки, представляющие собой водные суспензии минеральных и органических веществ различного состава и происхождения [1]. Под хранение этого отхода отчуждаются обширные территории со специально оборудованными площадками. В результате происходит образование экологически опасных объектов-полигонов складирования осадков сточных вод и активного ила, характеризующихся высокой степенью негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека [2].

Избыточный активный ил — это сложный органо-минеральный комплекс, органическая часть которого представляет собой биомассу и частично разложившиеся окисленные органические вещества бытовых сточных вод, а также азот- и фосфорсодержащие соединения[1-3].

Предлагаемое нами направление утилизации осадка сточных вод -применение его в качестве корректирующей добавки при производстве строительного материала — керамзитового гравия.

Согласно промышленному опыту хорошо вспучиваются глинистые материалы, содержащие тонкодисперсные органические примеси в пределах 1-5%, однако в некоторых случаях недостаток их может быть восполнен соответствующими добавками (нефтяные продукты и отходы древесноугольного производства) [4-6].

Применение этих добавок обеспечивает некоторое снижение насыпной плотности керамзита, однако не всегда обеспечивает плотность готового продукта. Основной целью исследования является снижение насыпной плотности керамзита при оптимальных прочностных характеристиках и увеличение коэффициента вспучивания его гранул.

Указанный технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления керамзита включает: глинистое сырье и органоминеральную добавку, содержит в качестве добавок осадок бытовых сточных вод после биологической очистки, отходы древесноугольного производства в соотношении приведенных в таблице 1.

Таблица № 1

Состав сырьевой смеси

Глинистое сырье, % 100 92 87 82 72 72

Осадок после биологической очистки 0 5 10 15 20 25

бытовых сточных вод, %

Отходы древесноугольного 0 2 2 2 2 2

производства, %

% общей органики в образце 0 4 5 6 7 8

Осадок бытовых сточных вод содержит, мас. %: органические соединения 28 и минеральные компоненты 72 в том числе минеральный азот (нитратный и аммонийный) 0,29; фосфор общий (Р205) 1,3; калий общий (К20) 0,46; железо 56,5 и др.

Отходы древесноугольного производства, мас.%: углерод остаточный

80; 1-15 минеральные примеси, главным образом карбонатов и оксидов К, Са, Mg, А1, Бе; остальное вода. Влажность отходов углеобогащения составляет 4,5%, потери при прокаливании — 80%.

Глинистого сырье имеет следующий химический состав, в пересчете на сухую массу, %: 8102 — 53,90; АЬОз — 17,60; Бе20з — 6,33; MgO — 2,67; СаО — 5,41; Ш2О+К2О — 3,93; ППП — 8,9; органические примеси — 0.

Химический состав пробы сырья без осадка удовлетворяет требованиям ОСТ 21-79-88 [7].

Из ГОСТа 25264-82 следует, что содержания органического вещества в керамзитовом сырье должно быть от 1 до 2%.

При увеличении содержания органической добавки в шихте более 5% керамзит становится крупнопористым, что ухудшает его качество. При введении в глину менее 2% (мас.) органической добавки ослабевает эффект вспучивания глинистого сырья, что приводит к увеличению насыпной плотности продукта.

Образцы керамзита были получены по рецепту из таблицы 1. Физико-механические показатели гравия определены по ГОСТ 9757-90 и представлены в таблице 2.

Таблица № 2

Физико-механические показатели гравия

% общей органики Диаметр , см Объем сферы, 3 см Коэф. вспуч. Масса после обжига, г Плотность, кг/м3 Насыпная плотность, кг/м3

0 1,9 3,59 1,18 7,19 2003,0 688,3

4 2,2 5,57 1,83 6,91 1240,0 599,2

5 2,3 6,37 2,09 6,87 1078,9 575,8

6 2,4 7,23 2,37 6,81 941,3 572,5

7 2,4 7,23 2,37 6,725 929,6 567,5

8 2,5 8,18 2,68 6,615 809,0 560,4

Из рис. 1 видно, что при увеличении количества органики в образцах коэффициент вспучивания растет, однако при достижении в грануле концентрации более 7% керамзит начинает терять свои прочностные характеристики [8]. Коэффициент вспучивания при данном показателе достигает показателя 2,37.

2,50

с

* 0,80

0 4 5 6 7 3

0рганика,%

Рис. 1. — График зависимости коэффициента вспучивания от содержания

органики

В ходе предварительного и основного нагрева гранул происходит выделение водяного пара и кислорода за счет испарения остаточной влаги и удаления химически связанной воды, газообразование вследствие разложения органических веществ, образование диоксида серы, а также угольной кислоты из карбонатов, при этом происходит интенсивная потеря массы гранулы [9].

Из состава отходов очистных сооружений следует, что содержание минеральных компонентов (72%) в значительной степени превосходит органические примеси (28%). Данное условие не может благоприятно влиять на химизм процесса, конечные прочностные характеристики материала и создание его оптимальной пористости.

Добавление отхода древесноугольного производства к осадку бытовых сточных вод увеличивает количество твердого углерода в смеси и снижает содержание минеральных компонентов отходов.

Как видно из таблицы 2 и рис. 2 при содержании общей органики 5-7 % были достигнута оптимальная вспучиваемость образцов (k>2), насыпная

плотность, плотность керамзита в куске и водопоглащение (16%) соответствует ГОСТу 25264-82.

Чем выше коэффициент вспучивания сырья, тем меньше плотность керамзита, и тем более ценно это сырье для его производства (рис. 2) [10].

0.50 —

5 СО. 4 j 07.5 572,5 575,8 599,2 G88..3

Насыпная пяотногть, кг/м 5

Рис. 2. — Зависимость коэффициента вспучивания от насыпной плотности

образцов

Таблица № 3

Оптимальный состав сырьевой смеси для получения керамзита

Глинистое сырье, % 87-78

Осадок после биологической очистки бытовых сточных вод, % 10-20

Отходы древесноугольного производства, % 2

Из состава указанного в Таблице №3 следует, что только взаимодействие оптимального количества органических примесей (5-7%) и умеренное содержание минеральных компонентов создает условия для нормального вспучивания и получения прочностных характеристик керамзита. Выбранная смесь позволяет получить продукт с наилучшими свойствами: значительное снижение насыпной плотности керамзитового гравия с сохранением прочностных характеристик по требованиям ГОСТ 25264-82 (плотности в куске продукта).

Литература

1. Лукашевич О. Д., Барская И.В. Экологические проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод // Экология промышленного производства. 2007. №3. С. 68-75.

2. Евилевич А.З. Утилизация осадков сточных вод. Ленинград: Стройиздат, 1988. 240 с.

3. Federico M., Eva L., Leonardo E. Industrial activated sludge exhibit unique bacterial community composition at high taxonomic ranks // Water Research. Volume 47, Issue 11, 1 July 2013. рр. 3854-3864.

4. Нефедьева Е.Э., Белицкая М. Н., Шайхиев И.Г. Возможности использования твердой фракции городских сточных вод в качестве органоминерального удобрения в городском и сельском хозяйстве // Вестник Казанского технологического университета. 2013. №19. С. 223-227.

5. Покровская Е.В., Сергеева Т.Н. Утилизация осадков сточных вод // Экология и промышленность России. 2005. №6. С. 23-25.

6. Зерщикова М.А. Меры борьбы с негативными экологическими последствиями в Ростовской области // Инженерный вестник Дона. 2010. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2010/243

7. Онацкий С. П. Производство керамзита. Москва: Стройиздат, 1987.

337 с.

8. Ананьев Д.С., Картушина Ю.Н. Современные методы утилизации отходов городских очистных сооружений. Избыточный ил как корректирующая добавка в производстве керамзита. // Естественные и математические науки в современном мире № 11. Новосибирск: «СибАК», 2013. С. 159-165.

9. Рыльцева Ю.А. Лысов В.А. Совершенствование методов расчета процессов обезвоживания осадков природных вод на площадках подсушивания // Инженерный вестник Дона. 2012. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/1011

10. Gorman, P. Technical note-lighweight aggregate in western Europe // International J. of hightweitght Conogete. 2007. №2. рр. 211-219.

References

1. Lukashevich O.D., Barskaja I.V. Jekologija promyshlennogo proizvodstva. 2007. №3. pp. 68-75.

2. Evilevich A.Z. Utilizacija osadkov stochnyh vod [Disposal of sewage sludge]. Leningrad: Strojizdat, 1988. 240 p.

3. Federico M., Eva L., Leonardo E. Industrial activated sludge exhibit unique bacterial community composition at high taxonomic ranks // Water Research. Volume 47, Issue 11, 1 July 2013. рр. 3854-3864.

4. Nefed’eva E.Je., Belickaja M.N., Shajhiev I.G. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. 2013. №19. pp. 223-227.

5. Pokrovskaja E.V., Sergeeva T.N. Jekologija i promyshlennost’ Rossii. 2005. №6. pp. 23-25.

6. Zershhikova M.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2010. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2010/243

7. Onackij S. P. Proizvodstvo keramzita [Production expanded clay]. Moskva: Strojizdat, 1987. 337 p.

8. Ananiev D.S., Kartushina Yu.N. Estestvennye i matematicheskie nauki v sovremennom mire № 11. Novosibirsk: «SibAK», 2013. pp. 159-165.

9. Ryl’ceva Ju.A. Lysov V.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2012. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/1011

10. Gorman, P. Technical note-lighweight aggregate in western Europe // International J. of hightweitght Conogete. 2007. №2. pp. 211-219.

Завершена модернизация системы очистки ливневых и талых вод на Нижнекамской ГЭС

29.11.2012 Соблюдение природоохранного законодательства требует от промышленных предприятий повышенного внимания к очистке стоков, возникающих в процессе их деятельности, а также к стокам ливневых и талых вод с территории, сбрасываемых в поверхностные водные объекты. Современные промышленные очистные сооружения должны соответствовать этим требованиям.

В ОАО «Генерирующая компания» задачи по снижению негативного воздействия на окружающую среду – в числе приоритетных. Одна из них – модернизация системы очистки ливневых и талых вод на Нижнекамской ГЭС, завершенная в текущем году. Модернизированная система расположена на левобережном сопряжении в районе площадки ОРУ, сбор дождевых и талых вод производится с территории площадью 6,87 га.

Эксплуатируемые до сегодняшнего дня очистные сооружения были введены еще в 1979 году. Они представляли собой бетонный отстойник объемом около 20 куб.м, заполненный, в качестве фильтрующего элемента, мешками с опилками. Несмотря на то, что сооружение обеспечивало нормативы очистки, установленные для сброса сточных вод в р. Кама, оно уже не удовлетворяло возросшим природоохранным требования к качеству сбросов сточных вод.

Было принято решение модернизировать очистку по двум показателям: взвешенным веществам и нефтепродуктам. Емкость существующего отстойника была сохранена для сбора стоков. В ней производится предварительная очистка стоков за счет осаждение частиц ила, песка и других нерастворенных веществ, плотностью более 1500 кг/м3. После пескоуловителя воды проходят через маслобензоуловитель для улавливания нефтепродуктов и более мелких взвешенных частиц, плотностью менее 150 кг/м3. Таким образом, очистка сточных вод доводится до разрешенного показателя сброса стоков в городскую хозяйственно-бытовую канализацию. Очищенные ливневые и талые воды дренажным насосом перекачиваются на центральную канализационную насосную станцию НКГЭС и далее — в централизованную городскую систему водоотведения. Контроль объема передаваемой воды осуществляется по расходомеру.

В результате выполненных работ прекращен сброс в р. Кама более 17,3 тонн загрязняющих веществ в год, тем самым полностью исключено нанесение вреда водному объекту.

Отстойники. Процесс осаждения

Задача №1
Расчет скорости осаждения частиц твердой фазы в воде

Условие:

Рассчитать скорость стесненного осаждения частиц твердой фазы в воде. Диаметр частиц d_Т = 1,2 мм, плотность частиц ρ_Т = 1500 кг/м³. Содержание твердой фазы в суспензии x_С = 0,1 массовых долей. Плотность воды принять равной ρ_Ж = 1000 кг/м³, динамическую вязкость принять равной μ = 0,001 Па·с.

Решение:

Предварительно найдем плотность суспензии:

ρ_с = (x_c/ρ_т + (1-x_c)/ρ_ж)^(-1) = (0,1/1500 + (1-0,1)/1000)^(-1) = 1034,5 кг/м³

Рассчитаем объемную долю жидкости в суспензии:

ε = 1-(x_c·ρ_с)/ρ_т = 1-(0,1·1034,5)/1500 = 0,93

Поскольку ε>0,7, то для расчета скорости стесненного осаждения будет использоваться формула:

w_ст = w_св·ε²·10^{(-0,82·(1-ε))}

где w_СВ – скорость свободного осаждения, вычисляемая по формуле:

w_св = μ_ж·Re/(d_т·ρ_ж)

В свою очередь Re является числом Рейнольдса, зависящим от значения числа Архимеда, которое может быть найдено по соответствующей формуле:

Ar = d_т³·ρ_ж·g·(ρ_т-ρ_ж)/(μ_ж²) = 0,0012³·1000·9,81·(1500-1000)/0,001² = 8476

Получившееся значение числа Архимеда попадает в промежуток 36<Ar<83000, следовательно значение числа Re будет рассчитываться по следующей формуле:

Re = 0,152·Ar^0,714 = 0,152·8476^0,714 = 97

Тогда скорость свободного осаждения равна:

w_св = 0,001·97/(0,0012·1000) = 0,081 м/с

Далее найдем искомую величину:

w_ст = 0,081·0,93²·10^{(-0,82·(1-0,93))} = 0,061 м/с

Ответ: 0,061 м/с

Задача №2.
Расчет площади осаждения отстойника для обработки водной суспензии с твердыми частицами неправильной формы

Условие:

Рассчитать необходимую площадь осаждения отстойника для обработки водной суспензии с твердыми частицами неправильной формы (коэффициент формы равен 0,7) и эквивалентным диаметром 50 мкм. Необходимая производительность фильтра G_Ф = 1000 м³/час. Концентрации твердой фазы в суспензии, осадке и осветленной жидкости равны соответственно x_C = 0,12, x_О = 0,4 и x_ос = 0,008. Плотность воды принять равной ρ_Ж = 1000 кг/м³, плотность твердой фазы ρ_Ж = 1150 кг/м³. динамическую вязкость принять равной μ = 0,001 Па·с. Плотность осветленной жидкости принять равной плотности воды.

Решение:

Предварительно рассчитаем значение критерия Архимеда для процесса осаждения:

Ar = (φ·d_т)³·ρ_ж·g·(ρ_т-ρ_ж)/(μ_ж²) = (0,7·50·10^(-6))³·1000·9,81·(1150-1000)/0,001² = 0,063

Получившееся значение Ar меньше 36, следовательно, расчет значения числа Re будет проводиться по формуле:

Re = Ar/18 = 0,063/18 = 0,0035

Далее найдем скорость свободного осаждения:

w_св = 0,001·0,0035/(0,7·50·10^(-6)·1000) = 0,0001 м/с

Определим плотность суспензии:

ρ_с = (x_c/ρ_т + (1-x_c)/ρ_ж)^(-1) = (0,12/1150 + (1-0,12)/1000)^(-1) = 1016 кг/м³

Следовательно, объемная доля жидкости в суспензии равна:

ε = 1-(x_c·ρ_с)/ρ_т = 1-(0,12·1016)/1150 = 0,89

Поскольку ε>0,7, то для расчета скорости стесненного осаждения будет использоваться формула:

w_ст = w_св·ε²·10^{(-0,82·(1-ε))} = 0,0001·0,89²·10^{(-0,82·(1-0,89))} = 6,4·10^(-5) м/с

Остается лишь найти искомую величину по следующей формуле, приняв коэффициент запаса K равным 1,3:

F = K·G_ф/(ρ_ос·w_ст)·((x_о-x_с)/(x_о-x_ос)) = 1,3·1000/(3600·1000·6,4·10^(-5))·((0,4-0,12)/(0,4-0,008)) = 4 м²

Ответ: 4 м²

Задача №3
Подбор отстойника по производительности

Условие:

Необходимо рассчитать отстойник, необходимый для отстаивания Q = 10 м³/ч жидкости, имеющей плотность ρ_ж = 1000 кг/м³. В жидкости содержится x₁ = 15% по массе твердых примесей с плотностью ρ_т = 2200 кг/м³. В лабораторных условиях было установлено, что скорость осаждения частиц будет составлять w = 0,8 м/ч, а содержание твердых частиц в осадке будет x₂ = 60% по массе.

Решение:

Рассчитаем плотность жидкости, подаваемой на отстаивание:

1/ρ_c = (1-x₁)/ρ_ж + x₁/ρ_т

ρ_с = ((1-x₁)/ρ_ж + x₁/ρ_т)^(-1) = (0,85/1000 + 0,15/2200)^(-1) = 1089 кг/м³

Далее определим массовый расход жидкости, поступаемой на очистку:

G = Q·ρ_с = 10·1089 = 108900 кг/ч

Отношение содержаний сухого вещества в очищаемой жидкости и осадке составит:

a = x₁/x₂ = 15/60 = 0,25

Основной характеристикой отстойника является площадь осаждения, которая может быть определена по формуле:

F = (1,3·G)/(w·ρ_ж) · (1-а) = (1,3·108900)/(0,8·1000) · (1-0,25) = 132,6 м²

Ответ: 132,6 м²

Задача №4
Расчет предельной нагрузки по очищаемой жидкости отстойника непрерывного действия

Условие:

Определить предельную нагрузку по очищаемой жидкости радиального отстойника непрерывного действия с диаметром D = 12 м, если с его помощью планируется очищать G = 10000 кг/час суспензии плотностью ρ_c = 1050 кг/м³. Плотность осадка составляет ρ_о = 1220 кг/м³, а скорость осаждения частиц равна 0,5 м/час. Плотность жидкости равна ρ_ж = 1000 кг/м³, плотность твердой фазы равна ρ_т = 1760 кг/м³.

Решение:

Общая площадь осаждения отстойника составит:

F = (π·D²)/4 = (3,14·12²)/4 = 113 м²

Рассчитаем содержание по массе твердой фазы в суспензии и осадке.

Для суспензии:

1/1050 = (1-x₁)/1000 + x₁/1760

Откуда x₁ = 0,11

Для осадка:

1/1120 = (1-x₂)/1000 + x₂/1760

Откуда x₂ = 0,42

Следовательно, их соотношение равно:

a = x₁/x₂ = 11/42 = 0,26

Выразим из формулы площади отстойника и найдем максимальный расход суспензии, подаваемой на очистку:

Q = (F·w·ρ_ж)/(1,3·(1-а)·ρ_с) = (113·0,5·1000)/(1,3·(1-0,26)·1050) = 55,9 м³/ч

Ответ: 55,9 м³/ч

4.

2. Отстаивание | Всё о красках

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

Обычно сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и размера. Такие воды представляют собой полидисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе и коагулянты. Эти явления также оказывают влияние на форму и размеры частиц. Все это усложняет установление действительных закономерностей процесса осаждения.

Свойства сточных вод отличаются от свойств чистой воды. Они имеют более высокую плотность и вязкость. Вязкость и плотность сточных вод, содержащих только взвешенные твердые частицы, равна

Объемная доля жидкой фазы вычисляется по соотношению

где и – динамическая вязкость сточной и чистой воды, Па·с; с0 –объемная концентрация взвешенных частиц, кг/м3; и – плотность соответственно чистой воды и твердых частиц, кг/м3;
– объемная доля жидкой фазы; Vж и VТВ – объем жидкой и твердой фаз в сточной воде, м3.

Основным параметром, который используют при расчете отстойников, является wос  – скорость осаждения частиц.

Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов скорость свободного осаждения шарообразных частиц вычисляют по формуле

где – число Рейнольдса;
– число Архимеда; d – диаметр частицы.

Для шарообразных частиц в формулы подставляют эквивалентный диаметр частиц:

, где Vч – объем частицы.

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей как больших, так и малых частиц. Скорость стесненного осаждения меньше скорости осаждения свободного, вследствие возникновения восходящего потока жидкости и большей вязкости среды.

Скорость стесненного осаждения шарообразных частиц одинакового размера можно рассчитать при ламинарном режиме по формуле Стокса с поправочным коэффициентом, учитывающим влияние концентрации взвешенных частиц и реологические свойства системы:

Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно изменяется во времени. Вследствие агломерации частиц она может изменяться в несколько раз по сравнению с теоретической. Способность к агломерации зависит от концентрации, формы, размера и плотности взвешенных частиц, а также от соотношения частиц различного диаметра и вязкости среды.

Коэффициент агломерации характеризуется отношением Ка = dф/d0, где dф – фиктивный диаметр частицы, эквивалентный теоретической скорости ее осаждения. Для полидисперсных систем кинетику осаждения устанавливают опытным путем. Она характеризуется кривой, показанной на рис. 1.4.

При периодическом процессе осаждения взвешенные частицы в отстойнике распределяются неравномерно по высоте слоя сточных вод. Через какой-то промежуток времени после начала отстаивания в верхней части отстойника появляется осветленный слой жидкости. Чем ближе к дну отстойника, тем больше концентрация взвешенных частиц в сточной воде, а у самого дна образуется слой осадка. Во времени высота слоя осветленной жидкости и высота слоя осадка возрастают за счет промежуточных слоев. Через определенный промежуток времени в отстойнике будут находиться только слой осветленной жидкости и слой осадка. В дальнейшем, если осадок не удалить, он будет уплотняться с уменьшением высоты.

Microsoft Word — 0Титул-содерж.doc

%PDF-1.6 % 482 0 obj > endobj 484 0 obj > endobj 2849 0 obj >stream Acrobat Distiller 8.0.0 (Windows)PScript5.dll Version 5.2.22015-06-03T16:20:01+03:002015-06-02T11:19:53+03:002015-06-03T16:20:01+03:00application/pdf

Microsoft Word — 0Титул-содерж. doc

User

uuid:b2b5ce67-812e-45ce-a2fa-24b34266e8dcuuid:43811537-e49c-4079-bb33-ed296a36b374 endstream endobj 483 0 obj >/Encoding>>>>> endobj 463 0 obj > endobj 464 0 obj > endobj 465 0 obj > endobj 466 0 obj > endobj 25 0 obj >/Type/Page>> endobj 27 0 obj >stream h{ێ$Gr{E,5=Dά4;`ٳCުYVe7 ‘sk~7%bYYY7scǎ}ߑ?{ͻw#ݻ7c7Ǝ*3ݩX㛡»w’Oovj0Py7ϣycw79tw~wx{4-I97 0ͯrU=7y%vgs޽Cy4|Mw\=]?Gݽ\!JBvBo{h]AE?qKa_%s$C?P=UI+c?x>:-]’; T GR#{/`:’?^KvP!»(ja0:Z육Y#ɏ+x/W5c!vs#i3K\ۼ$NgRDnKzG-Epa˝1N’#]xqgKt6#2d~k?Gr(~ N~TrGs y/SA»vt/. ~

Очистные сооружения

При анаэробном сбраживании существуют два основных требования к теплу, которые должны быть удовлетворены, чтобы варочный котел оставался на рабочая температура. Они жар;

(a), чтобы поднять суточный объем поступающего осадка до рабочей температуры,
(b), чтобы поддерживать весь объем варочного котла при рабочей температуре.

Последняя потребность в тепле может быть рассчитана. Однако чаще оценивают это в терминах «эквивалентного падения по температуре в содержимом варочного котла »в течение суток.Обычно это оценивается по опыту и часто бывает более точным. чем длительные расчеты теплопередачи через стены, крыши и т. д. От газа происходит выигрыш тепла.

Пример 6-5:

Рассчитайте тепловой баланс для системы мезофильного варочного котла, обслуживающей 100 000 населения, производящей 0,080 кг сухого SS на душу населения. день при 97% MC со средней годовой температурой 12 ^O C. Время удерживания составляет 25 дней при 32 ^O C и эквивалент потерь тепла в варочном котле равен 0. 5 ^O C / сутки.

Расчет:

Суточная производимая масса ила = (100000) (0,080) = 8000 кг сухого SS / день. Поскольку 97% MC — это 3% SC или приблизительно 30 кг сухой SS / м ³ ила, суточный объем производства составляет 8000/30 = 267 м ³ . Объем варочного котла (жидкости) равен (267) (25) = 6680 м ³ (вероятно, разделен поровну между двумя варочными котлами. танки).

(a) Тепловые потери:

Удельная теплоемкость или удельная теплоемкость осадка при 97% почти равна 4.18 x 10 ³ кДж / м ³ . ^O C. Следовательно, потеря тепла в окружающую среду при эквивалентных потерях 0,5 ^O C / сутки составляет;

(4,18 x 10 ³ ) (0,5) (6,680) = 14,0 x 10 ⁶ кДж / день

Тепло, необходимое для увеличения суточной подачи 267 м3 ³ ила через (32 — 12) ^O С является ;

(4,18 x 10 ³ ) (32 — 12) (267) = 22,3 x 10 ⁶ кДж / день

Общее количество тепла, необходимое в день, составляет 36. 3 x 10 ⁶ кДж / день

(b) Добыча газа:

Предполагая, что при вываривании 30% твердых веществ получается 1,1 м ³ газа / кг разрушенных твердых частиц, добыча газа является ;

(8000) (0,3) (1,1) = 2640 м ³ газа / сутки

Это теоретическая тепловая энергия (2640) (22400) = 59,1 x 10 ⁶ кДж / сутки. По-видимому, есть значительный избыток тепла, т.е. 22,9 x 10 ⁶ кДж / сутки.

(c) Использование газа:

Газ обычно разделяется между системой котла / теплообменника и двухтопливным двигателем.Первый обычно дает КПД около 60-80% в качестве тепла для варочного котла, в то время как последний может отдавать 20-25% в качестве тепла выхлопной рубашки (для нагрева варочного котла) и 30% в качестве полезной работы (приводные насосы или генератор переменного тока). Наиболее эффективное использование газа это тот, где сумма произведенного тепла просто равна потребностям варочного котла.

Пример 6-6:

Учитывая приведенную выше эффективность и объем добычи газа из Примера 6-5, рассчитайте наиболее экономичное распределение газа. между котлом и двухтопливным двигателем.

Расчет:

Для 2640 м газа ³ , полученного в Примере 6-5, пусть X m ³ поступит в котел с КПД 70%. и (2,640 — X) m ³ к двухтопливному двигателю с (тепловым) КПД 25%;

(0,70) (X) (22,400) + (0,25) (2,640 — X) (22,400) кДж

В сумме

должно получиться 36,3 x 10 ⁶ кДж. Таким образом, X = 2135 м ³ / сутки, т.е. 2135 м ³ газа / сутки используется котлом, а 505 м ³ газа / сутки используется двухтопливным двигателем.Газ 505 м ³ для двухтопливного двигателя дает (при КПД 30%) (505) (0,30) (22,400) = 0,94 x 10 ³ кВтч / сутки.

Характеристики потока неочищенных сточных вод для проектирования систем тепловых насосов источника сточных вод

ScientificWorldJournal. 2014; 2014: 503624.

Ин Сюй

¹ Школа энергетики и архитектуры, Харбинский университет торговли, Харбин 150028, Китай

Юэбинь Ву

² Школа муниципальной и экологической инженерии, Харбинский технологический институт, Харбин 150090, Китай

³ Государственная ключевая лаборатория городских водных ресурсов и окружающей среды, Харбинский технологический институт, Харбин 150090, Китай

Цян Сунь

² Школа муниципальной и экологической инженерии, Харбинский технологический институт, Харбин 150090, Китай

¹ Школа энергетики и архитектуры, Харбинский университет торговли, Харбин 150028, Китай

² Школа муниципальной и экологической инженерии, Харбинский технологический институт, Харбин 150090, Китай

³ Государственная ключевая лаборатория городских водных ресурсов и окружающей среды, Харбинский технологический институт, Харбин 150090, Китай

Научный редактор: Эбрагим Момониат

Поступила в редакцию 10 марта 2014 г . ; Принята в печать 18 апреля 2014 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Реферат

Характеристики потока неочищенных сточных вод напрямую влияют на технико-экономические характеристики тепловых насосных систем, использующих сточные воды. Цель данного исследования — экспериментальным путем охарактеризовать характеристики потока сточных вод. Была спроектирована и изготовлена ​​сложная и гибкая экспериментальная установка.Затем были изучены характеристики потока неочищенных сточных вод путем лабораторных испытаний и теоретических анализов. Результаты показали, что неочищенные сточные воды можно охарактеризовать как жидкость со степенным законом с реологическим показателем n , равным 0,891, и реологическим коэффициентом k , равным 0,00175. Кроме того, формула коэффициента потерь на трение в ламинарном потоке для неочищенных сточных вод была выведена путем теоретического анализа степенной жидкости. Кроме того, явная эмпирическая формула для коэффициента потерь на трение в турбулентном потоке была получена путем аппроксимации кривой экспериментальных данных.Наконец, эквивалентная вязкость неочищенных сточных вод определяется для расчета числа Рейнольдса в областях турбулентного потока; Было обнаружено, что сточные воды имели в два-три раза вязкость воды при той же температуре. Эти результаты способствовали определению соответствующих параметров свойств жидкости при проектировании и эксплуатации канализационных тепловых насосных систем.

1. Введение

В Китае уголь чаще всего используется в качестве основного источника тепла в муниципальных системах отопления. Кроме того, потребление энергии на отопление составляет 13% от общего годового потребления энергии [1].Поскольку системы отопления, использующие уголь, приводят к загрязнению окружающей среды, потреблению невозобновляемых источников энергии и производству парниковых газов, для достижения устойчивого развития энергетики и улучшения качества окружающей среды системы тепловых насосов на основе сточных вод в настоящее время считаются осуществимой и устойчивой альтернативой традиционному охлаждению и отоплению. системы, которые также положительно влияют на качество окружающей среды.

Системы тепловых насосов с источником сточных вод могут работать с высоким коэффициентом полезного действия (COP) без выбросов в атмосферу при правильной конструкции и установке.Они также действуют в настоящее время во многих странах. Например, в жилом районе Кореи система теплового насоса, использующая сточные воды из местных саун, общественных бань и зданий, эффективно использовалась не только для нагрева воды, но также для отопления и охлаждения [2]. В начале 2004 года на станции очистки сточных вод Miyun в Пекине впервые в Китае была применена система теплового насоса с источником сточных вод для отопления и охлаждения [3]. В Японии имитационное исследование показало, что тепловые насосы для очистки сточных вод могут снизить потребление энергии на 34%, снизить выбросы углекислого газа (CO ₂ ) на 68% и контролировать образование оксидов азота (NO _{x ).} ) на 75% по сравнению с традиционными воздушными тепловыми насосами [4].

Тепловые насосы, использующие сточные воды, могут использовать в качестве источника тепла либо неочищенные сточные воды, либо очищенные сточные воды. Как правило, системы тепловых насосов с источником сточных вод размещаются после станции очистки сточных вод, где в качестве источника тепла используется очищенная вода, выходящая с завода. Однако в системах тепловых насосов с источником сточных вод также можно использовать неочищенную воду. Преимущество этого состоит в том, что размещение этих систем тепловых насосов не будет ограничиваться местоположением станций очистки сточных вод; скорее, они могут быть распределены по всему городу.Несмотря на эти преимущества, проектирование таких систем тепловых насосов-источников неочищенных сточных вод затруднено, поскольку мало что известно о свойствах текучей среды неочищенных сточных вод. В частности, для правильного проектирования таких систем требуются знания о вязкости неочищенных сточных вод и соотношении деформаций сдвига и коэффициента потерь на трение во время турбулентного потока, поскольку они напрямую влияют на технические и экономические характеристики системы.

Неочищенные сточные воды представляют собой двухфазную жидкость, состоящую как из твердой, так и жидкой фаз.Твердое тело состоит из различных компонентов, например из пластика. Как правило, неочищенные сточные воды, если они используются в качестве источника тепла в системе теплового насоса, необходимо фильтровать. После фильтрации сетками с размером пор 3 мм его можно рассматривать как однофазный флюид [5]. Расходные характеристики источника тепла напрямую влияют на технико-экономические показатели тепловых насосных систем. Таким образом, исследование характеристик потока неочищенных сточных вод имеет большое значение для проектирования и эксплуатации тепловых насосных систем для очистки сточных вод.

Целью статьи является определение реологических параметров и основного уравнения неочищенных сточных вод с помощью лабораторных испытаний и теоретических анализов. Затем определяются выражения коэффициента потерь на трение в ламинарном потоке и турбулентном потоке, соответственно, и удобно рассчитывать потери напора на трение неочищенных сточных вод, протекающих в трубопроводах.

2. Экспериментальная система

2.1. Конструкция реометра с горизонтальной трубкой

Измерение реологических параметров — это процесс приложения напряжения сдвига к образцу жидкости и отслеживания зависимости между деформацией сдвига и временем при определенных условиях.Чтобы параметризовать уравнение определяющей связи сдвига и деформации, как показано в (1) [6]

где τ — напряжение сдвига, Па, а γ˙ — скорость деформации сдвига, 1 / с.

Ротационные реометры широко используются для удобства реологических измерений. Однако в ссылке [7] было обнаружено, что роторные реометры имеют некоторые недостатки в точности. В этом исследовании используется реометр с горизонтальной трубкой, теоретическим принципом которого является уравнение Хагена-Пуазейля [8], которое

в которой Q — расход, м ³ / с; R — радиус трубы, м; Δ P — перепад давления по трубе, Па; μ — динамическая вязкость, Па · с; L — длина трубы, м.

Подставляя уравнение Робиновича-Муни [9] в (2), можно найти следующее соотношение:

где D — диаметр реометра горизонтальной трубы, м; v — средняя скорость в поперечном сечении, м / с; k ′ — реологический коэффициент жидкости, k ′ = μ для ньютоновской жидкости; n ′ — реологический показатель жидкости, n ′ = 1 для ньютоновской жидкости.

Задав диаметр и длину экспериментальной трубы, можно измерить падение давления вдоль трубы Δ P и расход Q .Зная скорость потока в поперечном сечении, можно рассчитать среднюю скорость в поперечном сечении. В результате реологический коэффициент k ‘и реологический показатель n ‘ могут быть получены с помощью аппроксимации кривой.

2.2. Экспериментальная установка

Эскиз и изображение реометра с горизонтальной трубкой показаны на рисунках и соответственно. Чтобы поддерживать непрерывный поток сточных вод в реометре, экспериментальная система устанавливается на действующей установке по очистке сточных вод с использованием бассейна сточных вод и решеток очистных сооружений. Размер пор сеток 3 мм. Помимо бассейна канализации и решеток, экспериментальная система состояла из погружного насоса для сточных вод, участка соединительной стальной трубы, резервуара стабилизированного давления с переливным патрубком, участка экспериментальной стальной трубы, шарового клапана и пьезометра, подключенного под давлением. постукивание; также использовалась вагонка, чтобы поддерживать постоянный поток в реометре.

Эскиз лабораторной системы.

Номинальный расход и напор погружного насоса для сточных вод составляли 25 м ³ / ч и 15 м соответственно.Отфильтрованные сточные воды из сетей перекачивались из бассейна сточных вод в резервуар стабилизированного давления по стальной трубе диаметром 50 мм. Резервуар стабилизации давления имел размеры 1,5 × 1,5 × 1,5 м ³ . Внутренний диаметр и длина трубки реометра составляли 10 мм и 6,5 м соответственно. Расстояние от входного отверстия для отбора давления до резервуара со стабилизированным давлением составляло 1,2 м, чтобы учесть входной эффект, который возникает на расстоянии от 100 до 120 диаметров реометра [10]. Расстояние между двумя отводами давления составляло 5 м. Падение давления Δ P измерялось пьезометром. Расход Q измеряли объемным методом. Различные скорости потока были получены путем изменения открытия запорного клапана.

2.3. Калибровка диаметра горизонтальной трубы

Диаметр горизонтальной трубы был точно определен для калибровки реометра. Калибровочные эксперименты проводились в ламинарном потоке с использованием жидкости известной вязкости на основе формулы Дарси-Вайсбаха [11], обозначенной как (4).Коэффициент потерь на трение в условиях ламинарного потока удовлетворяет (5) [11]. Следовательно, калиброванный диаметр можно выразить как (6). Учтите следующее:

в котором х _f — потери на трение, мГн ₂ O; λ — коэффициент потерь на трение; Re — число Рейнольдса; g — ускорение свободного падения, м / с ² ; υ — кинематическая вязкость, м ² / с.

В исследовании калибровка диаметра трубы проводилась с использованием водопроводной воды.Результаты показывают, что диаметр экспериментальной трубы составлял 10,4 мм.

3. Идентификация реологических параметров

После калибровки реометра с горизонтальной трубой экспериментальная система была испытана при двадцати различных отверстиях клапана, чтобы измерить реакцию системы при двадцати различных условиях потока.

показывает, что аппроксимирующая кривая линейна и не проходит через начало координат. Таким образом, можно сделать вывод, что неочищенные сточные воды обладают характеристиками степенной жидкости [12].Подгоночная кривая также показывает, что реологический коэффициент k ‘составлял 0,00196, а реологический показатель n ‘ составлял 0,891.

Подгонка экспериментальных результатов.

Степенная жидкость удовлетворяет следующей формуле [13]

в которой n — реологический показатель степенной жидкости, n = n ′, k — реологический коэффициент степенной жидкости, k = k ′ / ((1 + 3 n ) / 4 n ) ⁿ .

Таким образом, основное уравнение неочищенных сточных вод можно выразить следующим образом:

τ = 0,00175 (γ •) 0,891.

(8)

Проведен анализ погрешностей экспериментальных данных. В экспериментах ошибки измерения D , L , Δ P и Q вносят вклад в синтетические ошибки и приводят к ошибкам реологических параметров n и k . От анализа к экспериментальным данным, относительная ошибка синтеза для каждой группы данных была рассчитана как не более 3%.

4. Формулы коэффициента потерь на трение

Число Рейнольдса является основой анализа характеристик потока; для степенной жидкости уравнение отличается от ньютоновской жидкости, поскольку [14]

Re ′ = ρ′Dnv2 − nk8n − 1

(9)

где Re ′ — число Рейнольдса степенной жидкости, а ρ ′ — плотность степенной жидкости, кг / м ³ .

Следовательно, подставляя экспериментально определенные значения n = 0. 891 и k = 0,00175 в (9), число Рейнольдса неочищенных сточных вод можно определить как

Res = ρsD0.891v1.1090.001395

(10)

где Re _s — число Рейнольдса неочищенных сточных вод и ρ _с — плотность неочищенных сточных вод, кг / м ³ .

4.1. Формула для условий ламинарного течения

Когда степенная жидкость находится в ламинарном потоке, коэффициент потерь на трение удовлетворяет следующему уравнению [14]:

в котором λ _l — коэффициент потерь на трение степенной жидкости в условиях ламинарного потока.Следовательно, подставляя (10) в (11), коэффициент потерь на трение неочищенных сточных вод в ламинарном потоке удовлетворяет

λls = 0,0893ρsD0,891v1.109

(12)

в котором λ _ls — коэффициент потерь на трение неочищенных сточных вод в ламинарном потоке.

4.2. Эмпирическая формула в условиях турбулентного потока

Та же экспериментальная система, что и в, использовалась для определения коэффициента потерь на трение в гидравлической гладкой области. Были измерены потери на трение и скорость потока, и было получено двадцать групп данных при различных скоростях потока.Предполагая, что плотность неочищенных сточных вод составляет 1000 кг / м 2 ³ , коэффициент потерь на трение и число Рейнольдса были рассчитаны согласно (4) и (10). Подгоночная кривая показана на рисунке, и эмпирическая формула для коэффициента потерь на трение оказалась следующей:

в котором λ _ts — коэффициент потерь на трение неочищенных сточных вод в турбулентном потоке.

Кривая фитинга для Re _s и λ _тс .

Коэффициент потерь на трение для степенной жидкости в гидравлической гладкой области в условиях турбулентного потока можно также рассчитать по формуле Кармана [15] следующим образом:

1λK / 4 = 4 (n) 0,75lg {Re ′ (λK4) [1- (n / 2)]} — 0,4 (n) 1,2

(14)

в котором λ _K — коэффициент потерь на трение по формуле Кармана в турбулентном потоке.

Таким образом, формула Кармана для неочищенных сточных вод ( n = 0,891) может быть выражена как

1λK / 4 = 4.362 · lg {Res · (λK4) 0,555} -0,459.

(15)

Сравнение между коэффициентами потерь на трение, рассчитанными по эмпирической формуле (13) и формулой Кармана (15), показано для неочищенных сточных вод в гидравлической гладкой области турбулентного потока.

Таблица 1

Сравнение λ _ts и λ _K .

Re s	λ ts	λ K	Различия
2991.3548	0,03788	0,04093	0,0744
3510,366	0,03630	0,03894	0,0678
5196,7925	0,03269	0,03458	0,0547
7279,2964	0,02988	0,03138	0,0479
8742,9997	0,02845	0,02981	0,0456
10645. 961	0.+02699	0,02824	0,0442
12646,107	0,02578	0,02698	0,0445
14729,198	0,02475	0,02591	0,0447
16838,074	0,02388	0,02503	0,0458
18992.198	0,02313	0,02428	0,0475
20787,17	0,02258	0. +02372	0,0482
23585.573	0,02183	0,022996	0,0508
26976,342	0,02106	0,02224	0,0531
30773,603	0,02033	0,02155	0,0566
34125,68	0,01978	0,02101	0,0587
36318,57	0,01945	0,02071	0.0608
43105,47	0,01858	0,01989	0,0659
50137,31	0,01785	0,01921	0,0708
58836,33	0,01710	0,01852	0,0767
67352,30	0,01649	0,01797	0,0824

Результаты показывают, что различия между λ _ts и λ _K не более 10%.Таким образом, представленная эмпирическая формула вполне уверена в ее способности рассчитывать коэффициенты потерь на трение неочищенных сточных вод в гидравлической гладкой области в условиях турбулентного потока.

4.3. Эквивалентная вязкость

В этом исследовании определяется эквивалентная вязкость, с помощью которой вычисляется число Рейнольдса неньютоновской жидкости на основе выражения числа Рейнольдса ньютоновской жидкости при тех же условиях турбулентного потока. Таким образом, число Рейнольдса неочищенных сточных вод в турбулентном потоке может быть выражено как

в котором мкм _e — эквивалентная вязкость неочищенных сточных вод, Па · с.

Соотношение для мкм _e может быть получен путем приравнивания потерь на трение для воды к потерям на трение для неочищенных сточных вод, как ранее было определено в этой статье.

Коэффициент потерь воды на трение можно рассчитать по уравнению Блазиуса [16] следующим образом:

в котором λ _w — коэффициент потерь воды на трение, а Re _w — число Рейнольдса воды.

Предполагая, что коэффициент потерь на трение воды λ _w в (17) равно таковому для неочищенных сточных вод λ _ts в (13) связь между числом Рейнольдса неочищенных сточных вод Re _s и числом Рейнольдса воды Re _w удовлетворяет следующему уравнению:

Res0.27Rew0,25 = 1,0139.

(18)

В инженерной практике тепловых насосных систем с источником сточных вод сточные воды обычно находятся в турбулентном потоке с плотностью ρ _s рассматривается как 1000 кг / м ³ , то же самое, что и плотность воды. При том же диаметре и расходе отношение эквивалентной вязкости μ _e к вязкости воды можно найти как

в котором мкм _w — вязкость воды, Па · с.

Результаты (19) подробно описаны в. Следовательно, эквивалентная вязкость неочищенных сточных вод в два-три раза превышает вязкость воды при той же температуре. Это упрощает расчет числа Рейнольдса для неочищенных сточных вод в инженерной практике.

Таблица 2

Отношение эквивалентной вязкости к вязкости воды.

00 0.004340

λ тс	Re с	Re w	мкм e / μ w
0.+03788	2991,3548	4865.783	1,627
0,03630	3510,366	5772,476	1,644
0,03269	5196,7925	8776,698	1,689
0,02988	7279,2964	12578,743	1,728
0,02845	8742,9997	15297.454	1,750
0,02699	10645.961	+18878,141	1,773
0,02578	12646,107	22689,018	1,794
0,02475	14729,198	26701,832	1,813
0,02388	16838,074	30803,925	1,829
0,02313	18992.198	35030.321	1,844
0,02258	20787.17	38577.246	1,856
0,02183	23585,573	44148,115	1,872
0,02106	26976,342	50958,388	1,889
0,02033	30773,603	58654,352	1,906
0,01978	34125,68	65502,310	1,919
0,01945	36318,57	70007.290	1.928
0,01858	43105,47	84063,285	1,950
0,01785	50137,31	98786,534	1,970
0,01710	58836,33	117194,504	1,992
0,01649	67352.30	135396.103	2.010
0,01484	100000	206502.717	2.065
0.009658	500000	1151929.060	2.304
0.008026	1000000	2415048.015	2.415
							разработана и изготовлена ​​гибкая экспериментальная установка для исследования характеристик потока неочищенных сточных вод. Реологические параметры и основное уравнение неочищенных сточных вод были определены посредством лабораторных испытаний и теоретических анализов, в результате чего были выведены эмпирические и теоретические формулы коэффициента потерь на трение для неочищенных сточных вод.Следовательно, были сделаны следующие выводы. (1) Неочищенные сточные воды демонстрируют характеристики степенной жидкости с реологическим показателем n , равным 0,891, и реологическим коэффициентом k , равным 0,00175. Материальное уравнение τ = 0,00175 (γ •) 0,891. (2) Формула коэффициента потерь на трение в ламинарном потоке для неочищенных сточных вод была получена путем теоретического анализа степенной жидкости и выражается как λ лс = 0.0893 / ( ρ с D 0,891 в 1,109 ). (3) Путем аппроксимации экспериментальных данных эмпирическая формула коэффициента потерь на трение в турбулентном потоке для неочищенных сточных вод была определена как λ ts = 0,3208 / (Re s ) 0,27 . Явное выражение отличается простотой и удобством по сравнению с формулой Кармана. (4) Была определена эквивалентная вязкость неочищенных сточных вод, что позволило ввести удобный метод расчета коэффициента потерь на трение турбулентного потока. Соотношение эквивалентной вязкости сточных вод составляло от двух до трех раз больше вязкости воды при той же температуре. Результаты исследования способствуют инженерному проектированию и эксплуатации тепловых насосных систем для очистки сточных вод. Благодарности Эта работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (№51208160) и Фонд естественных наук в провинции Хэйлунцзян (№ QC2012C056). Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи. Ссылки 1. Чен Х-Б, Шао З-И, Ли Д-И. Исследование применения технологии тепловых насосов для очистки сточных вод в жилых домах в Пекине. Журнал Харбинского технологического института (новая серия) 2007; 14 (5): 356–359. [Google Scholar] 2.Baek NC. Исследование системы теплового насоса, использующего сточные воды в качестве источника тепла. Исследования и разработки в области энергетики . 1994. 16 (1): 56–63. [Google Scholar] 3. Джун З. Исследование системы кондиционирования сточных вод в Миюне. Beijing Daily , август 2004 г. 4. Пэк NC, Шин UC, Юн JH. Исследование по проектированию и анализу системы отопления с тепловым насосом, использующей сточные воды в качестве источника тепла. Солнечная энергия . 2005. 78 (3): 427–440. [Google Scholar] 5. Ronghua W. Инженерное использование и исследование системы теплового насоса источника неочищенных сточных вод [Ph.Докторская диссертация] Харбин, Китай: Харбинский технологический институт; 2005. [Google Scholar] 6. Tropea C, Yarin AL, Foss JF. Справочник Springer по экспериментальной механике жидкости . Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Springer; 2007. [Google Scholar] 7. Weijia Z, Yiqun W, Zhongyi H. О точности измерения основных параметров степенной неньютоновской жидкости. Acta Metrologica Sinica . 1994. 15 (2): 132–137. [Google Scholar] 8. Сутера С.П., Скалак Р. История закона Пуазейля. Ежегодный обзор гидромеханики .1993; 25 (1): 1–19. [Google Scholar] 9. Астарита Г., Марруччи Г. Принципы неньютоновской механики жидкости . Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Макгроу-Хилл; 1997. [Google Scholar] 10. Морено Кибен Дж., Том-младший. Двухфазная модель падения давления на основе трения для горизонтальных труб, основанная на структуре течения, Часть II: Новая феноменологическая модель. Международный журнал тепла и потока жидкости . 2007. 28 (5): 1060–1072. [Google Scholar] 11. Бансал РК. Учебник механики жидкости . Firewall Media; 2010 г.[Google Scholar] 12. Пинхо FT, Уайтлоу Дж. Х. Течение неньютоновских жидкостей в трубе. Журнал неньютоновской механики жидкости . 1990. 34 (2): 129–144. [Google Scholar] 13. Чхабра Р.П., Ричардсон Дж. Ф. Неньютоновское течение и прикладная реология . 2-е издание. Оксфорд, Великобритания: Баттерворт-Хайнеманн; 2008. [Google Scholar] 14. Хелтон Дж. К., Джонсон Дж. Д., Саллаберри Си Джей, Сторли CB. Обзор основанных на выборке методов для анализа неопределенности и чувствительности. Техника надежности и системная безопасность .2006. 91 (10-11): 1175–1209. [Google Scholar] 15. Уайт А. Снижение лобового сопротивления за счет обзора добавок и библиографии . Крэнфилд, Великобритания: Bhra Fluid Engineering; 1976. [Google Scholar] 16. Малли Р. Поток промышленных жидкостей: теория и уравнения . Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: CRC Press; 2004. [Google Scholar] Плотность, удельный вес и коэффициент теплового расширения Плотность — это отношение массы к объему вещества: ρ = м / В [1] , где ρ = плотность, обычно единицы [г / см 3 ] или [фунт / фут 3 ] м = масса, обычно единицы [г] или [фунты] V = объем, обычно единицы [см 3 ] или [футов 3 ] Чистая вода имеет самую высокую плотность 1000 кг / м 3 или 1.940 снарядов / фут 3 при температуре 4 ° C (= 39,2 ° F). Удельный вес равен отношение веса к объему вещества: γ = (м * г) / V = ​​ρ * г [2] где γ = удельный вес, ед. обычно [Н / м 3 ] или [фунт-сила / фут 3 ] м = масса, обычно единицы [г] или [фунт] g = ускорение свободного падения, обычно единицы [м / с 2 ] и значение на Земле обычно дается как 9.80665 м / с 2 или 32,17405 фут / с 2 V = объем, обычно единицы [см 3 ] или [фут 3 ] ρ = плотность, обычно единицы [г / см 3 ] или [фунт / фут 3 ] Пример 1: Удельный вес воды В системе SI удельный вес воды при 4 ° C будет: γ = 1000 [кг / м3] * 9.807 [ м / с2] = 9807 [кг / (м2 с2)] = 9807 [Н / м3] = 9,807 [кН / м3] В британской системе единицей измерения массы является пуля [sl] , и она получается из фунт-сила, определив его как — масса, которая будет ускоряться со скоростью 1 фут в секунду в квадрате, когда на нее действует сила в 1 фунт : 1 [фунт f ] = 1 [sl] * 1 [фут / s2] и 1 [sl] = 1 [фунт f ] / 1 [фут / с2] Плотность воды равна 1.940 сл / фут 3 при 39 ° F (4 ° C), а удельный вес в британских единицах измерения составляет γ = 1,940 [сл / фут3] * 32,174 [фут / с2] = 1,940 [фунт f ] / ([фут / с2] * [фут3]) * 32,174 [фут / с2] = 62,4 [фунт f / фут3] Подробнее о разнице между массой и весом Онлайн-калькулятор плотности воды Калькулятор ниже можно использовать для расчета плотности жидкой воды при заданных температурах. Плотность на выходе указана в г / см 3 , кг / м 3 , фунт / фут 3 , фунт / галлон (жидкий раствор США) и сл / фут 3 . Примечание! Температура должна быть в пределах 0–370 ° C, 32–700 ° F, 273–645 K и 492–1160 ° R, чтобы получить допустимые значения. Плотность воды зависит от температуры и давления, как показано ниже: Термодинамические свойства при стандартных условиях см. В разделе «Вода и тяжелая вода». См. Также другие свойства Вода при изменении температуры и давления : Точки кипения при высоком давлении, Точки кипения при вакуумном давлении, Динамическая и кинематическая вязкость, Энтальпия и энтропия, Теплота испарения, Константа ионизации, pK w , нормальной и тяжелой воды, температуры плавления при высоком давлении, число Прандтля, свойства в условиях равновесия газ-жидкость, давление насыщения, удельный вес, удельная теплоемкость (теплоемкость), удельный объем, теплопроводность, температуропроводность и давление пара в газе -жидкое равновесие. Для других веществ см. Плотность и удельный вес ацетона, воздуха, аммиака, аргона, бензола, бутана, диоксида углерода, монооксида углерода, этана, этанола, этилена, гелия, водорода, метана, метанола, азота. , кислород, пентан, пропан и толуол. Плотность сырой нефти , плотность мазута , плотность смазочного масла и плотность реактивного топлива в зависимости от температуры. Как показано на рисунках, изменение плотности не является линейным с температурой — это означает, что коэффициент объемного расширения воды не является постоянным во всем температурном диапазоне. Плотность воды, удельный вес и коэффициент теплового расширения при температурах, указанных в градусах Цельсия: Для полной таблицы с удельным весом и коэффициентом теплового расширения — поверните экран! -0,686 5.9431 Температура Плотность (0-100 ° C при 1 атм,> 100 ° C при давлении насыщения) Удельный вес 88 Коэффициент теплового расширения [° C] [г / см 3 ] [кг / м 3 ] [сл / фут 3 ] 1 913 [фунт м / фут 3 ] [фунт м / галлон (жидкость США)] [кН / м 3 ] [фунт f / фут 3 ] [ * 10 -4 K -1 ] 0.1 0,9998495 999,85 1,9400 62,4186 8,3441 9,8052 62,419 1 0,9999017 999,90 1,9401 62,4218 8,3446 9,8057 62,422 -0,50 4 0,9999749 999,97 1,9403 62,4264 8.3452 9,8064 62,426 0,003 10 0,9997000 999,70 1,9397 62,4094 8,3429 9501 9501 9509 1,9386 62,3719 8,3379 9,7978 62,372 1,51 20 0.9982067 998,21 1,9368 62,3160 8,3304 9,7891 62,316 2,07 25 0,9970470 997,05 1,9346 62,2436 8,3208 9,7777 62,244 2,57 30 0,9956488 995,65 1,9319 62,1563 8,3091 9.7640 +62,156 3,03 35 0,9 994,03 1,9287 62,0554 8,2956 9,7481 62,055 3,45 40 0,92 992,22 1,9252 61.9420 8.2804 9.7303 61.942 3.84 45 0.99021 990.21 +1,9213 61,8168 8,2637 9,7106 61,817 4,20 50 0,98804 988,04 1,9171 61,6813 8,2456 9,6894 61,681 4,54 55 0,98569 985,69 1,9126 61,5346 8,2260 9,6663 61.535 4,86 ​​ 60 0,98320 983,20 1,9077 61.3792 8.2052 9,6419 651347 61.379 8,1831 9,6159 61,214 5,44 70 0,97776 977,76 1.8972 +61,0396 8,1598 9,5886 61,040 5,71 75 0,97484 974,84 1,8915 60,8573 8,1354 9,5599 60,857 5,97 80 0,97179 971,79 1.8856 60,6669 8,1100 9,5300 60,667 6.21 85 0,96861 968,61 1,8794 60,4683 8,0834 9,4988 60,468 6,44 60,468 6,44 6,44 6,44 6,44 9,4665 60,262 6,66 95 0,96189 961,89 1.8664 60.0488 +8,0274 9,4329 60,049 6,87 100 0,95835 958,35 1,8595 59,8278 7,9978 9,3982 59,828 7,03 110 0,95095 950.95 1.8451 59.3659 7.9361 9.3256 59.366 8.01 120 0.94 311 943,11 1,8299 58,8764 7,8706 9,2487 58,876 8,60 140 0, 926,13 1,7970 57,8164 7,7289 9,0822 57,816 9,75 160 0, 907,45 1,7607 56,6503 7,5730 8.8990 56,650 11,0 180 0,88700 887,00 1,7211 55,3736 7,4024 8,6985 7,4024 8,6985 8,6985 53.9790 7.2159 8.4794 53.979 13.9 220 0.84022 840.22 1,6303 52,4532 7,0120 8,2397 52,453 16,0 240 0,81337 813,37 1,5782 50,7770 6,7879 7,9764 50,777 18,6 260 0,78363 783,63 1,5205 48,9204 6,5397 7,6848 48.920 22,1 280 0,75028 750,28 1,4558 46,8385 6,2614 7,3577 46,838 7,3577 46,838 47 47 47 47 47 47 6.9837 44,457 320 0,66709 667,09 1,2944 41.6451 5,5671 6,5419 41,645 340 0,61067 610,67 1,1849 38,1229 5,0963 5,9886 38,123 360 0,52759 527,59 1,0237 32,9364 4,4030 5,1739 32,936 373,946 0.3220 322,0 0,625 20,102 2,6872 3,1577 20,102 Таблица плотности воды, удельного веса и коэффициента теплового расширения при температурах, указанных в градусах Фаренгейта 4: и коэффициент теплового расширения — поверните экран! 8 Коэффициент теплового расширения 1 9501 9049 9501 9049 Температура Плотность (0-212 ° F при 1 атм,> 212 ° F при давлении насыщения) Удельный вес [° F] [фунт м / фут 3 ] [сл / фут 3 ] [фунт м США liq)] [г / см 3 ] [кг / м 3 ] [фунт f / фут 3 ] [кН / м 3 ] [ * 10 -4 K -1 ] 32.2 62,42 1,9400 8,3441 0,99985 999,9 62,42 9,805 -0,68 34 9,806 -0,50 39,2 62,43 1,9403 8,3452 0,99997 1000,0 62.43 9,806 0,0031 40 62,42 1,9402 8,3450 0,99995 1000,0 62,41 9,806 62,41 9,806 62,41 9,806 0,99970 999,7 62,41 9,804 0,88 60 62,36 1,9383 8.3369 0,99898 999,0 62,36 9,797 1,59 70 62,30 1,9364 8,3283 0, 0 9501 8,3283 0, 9501 949850 62,22 1,9338 8,3172 0,99662 996,6 62,22 9,773 2,72 90 62.11 1,9306 8,3035 0,99498 995,0 62,11 9,757 3,21 100 62,00 1,9269 9 3,66 110 61,86 1,9227 8,2697 0,99093 990,9 61,86 9.718 4,08 120 61,71 1,9181 8,2499 0,98855 988,6 61,71 988,6 61,71 9,694 130501 4,46 9,694 4,46 9,694 130501 4,46 9,694 130501 4,46 986,0 61,55 9,669 4,81 140 61,38 1,908 8.205 0,9832 983,2 61,38 9,642 5,16 150 61,19 1,902 8,180 0,9802 9147 9802 8,180 0,9802 9802 9501 0,9802 9802 9801 9501 9501 0,9802 9802 9501 9501 61,00 1,896 8,154 0,9771 977,1 61,00 9,582 5,71 170 60.79 1,890 8,127 0,9738 973,8 60,79 9,550 6,05 180 60,58 1.883 47 60,51 1.883 9701 9701 9701 8,04 6,31 190 60,35 1,876 8,068 0,9668 966,8 60,35 9.481 6,57 200 60,12 1,869 8,037 0,9630 963,0 60,12 9,444 6,79 9,444 6,79 6,79 958,4 59,83 9,398 7,07 220 59,63 1,853 7,971 0.9552 955,2 59,63 9,367 240 59,10 1,837 7,900 0,9467 946,7 0,9467 946,7 5950 946,7 5950 946,7 9501 9501 7,824 0,9375 937,5 58,53 9,194 280 57,93 1.800 7,744 0,9279 927,9 57,93 9,100 300 57,29 1,781 7,659 55,59 1,728 7,431 0,8905 890,5 55,59 8,733 400 53.67 1,668 7,175 0,8598 859,8 53,67 8,432 450 51,45 1,599 9145 1,599 6,878 245 1,599 6,878 2450 9501 500 48,92 1,521 6,540 0,7836 783,6 48,92 7,685 550 45.95 1,428 6,142 0,7360 736,0 45,95 7,218 600 42,36 1,317 5,663 1,317 5,663 1,317 5,663 1,317 5,663 625 40,12 1,247 5,363 0,6426 642,6 40,12 6,302 650 37.35 1,161 4,993 0,5982 598,2 37,35 5,867 675 33,79 1,050 9501 9501 9501 9509 Плотность воды и удельный вес при 1000 psi и данных температурах: Для полного стола с удельным весом — поверните экран! 7 1, 1501 9501347 9501 9501 9501 9501 9501 9501 9501 9501 9501 9501347 9501 9501 Температура Плотность (при 1000 psi или 68.1 атм) Удельный вес [° C] [° F] [г / см 3 ] 88 [кг / ] [сл / фут 3 ] [фунт м / фут 3 ] [фунт м / галлон (жидкий раствор США)] фунт фут / фут 3 ] [кН / м 3 ] 0.0 32 1,0031 1003,1 1,946 62,62 8,371 62,62 9,837 4,4 40 40 9031 1001347 62,62 9,837 10,0 50 1,0031 1003,1 1,946 62,62 8,371 62.62 9.837 15,6 60 1.0024 1002,4 1,945 62,58 8,366 62,58 9,8476 62,58 9,8476901 9,831 62,50 8,355 62,50 9,818 26,7 80 0,9999 999,9 1.940 62,42 8,344 62,42 9.805 32,2 90 0,9981 998,1 998,1 62,3147 0,9962 996,2 1,933 62,19 8,314 62,19 9,769 43,3 110 0.9944 994,4 1,928 62,03 8,292 62,03 9,744 48,9 120 0,9912 991,2 50 9 54,4 130 0,9888 988,8 1,919 61,73 8,252 61,73 9.697 60,0 140 0,9864 986,4 1,914 61,58 8,232 61,58 9,673 9,673 9,673 8,207 61,39 9,644 71,1 160 0,9803 980,3 1,902 61.20 8,181 61,20 9,614 76,7 170 0,9768 976,8 1,895 60,98 8,152 8,152 973,1 1,888 60,75 8,121 60,75 9,543 87,8 190 0.9696 969,6 1.881 60,53 8,092 60,53 9,509 93,3 200 0,9661 966,150 0,9661 966,150 966,150 121,1 250 0,9456 945,6 1,835 59,03 7,891 59,03 9.273 148,9 300 0,9217 921,7 1,788 57,54 7,692 57,54 9,039 9501 9501 7,463 55,83 8,770 204,4 400 0,8636 863,6 1,676 53.91 7.207 53.91 8.469 260,0 500 0,7867 786,7 1,526 49,11 6,565 49,11 7501 9501 6,565 точка Плотность воды и удельный вес при 10 000 psi и заданных температурах: Для полного стола с удельным весом — поверните экран! 7 Температура Плотность (при 10 000 фунтов на кв. Дюйм или 681 атм) Удельный вес [° C]89 0 [° C]89 0 [° C]89 0 [° C]89 90 [г / см 3 ] [кг / м 3 ] [сл / фут 3 ] [фунт м / фут 3 ] [фунт м / галлон (жидкий раствор США)] [фунт на / фут 3 ] [кН / м 3 ] .0 32 1,033 1033 2,004 64,5 8,62 64,5 10,13 4,4 40 4,4 40 1032 40 1032 40 1032 40 950 950 9501 64,4 10,12 10,0 50 1,031 1031 2,000 64,4 8,60 64.4 10,11 15,6 60 1,029 1029 1,997 64,3 8,59 64,3 10,09 сл / фут 3 = 0,0007525 тонна (длинная) / ярд 3 = 0,0008428 тонна (короткая) / ярд 3 См. также конвертер плотности Пример 2: Плотность воды в унциях / дюйм 3 Плотность воды при температуре 20 o C составляет 998,21 кг / м 3 (таблица выше). Плотность в единицах унций / дюйм 3 может быть вычислена с помощью приведенного выше значения преобразования в 998.21 [кг / м 3 ] * 0,0005780 [(унция / дюйм 3 ) / (кг / м 3 )] = 0,5797 [унция / дюйм 3 ] Пример 3: Масса горячего Вода Бак объемом 10 м 3 содержит горячую воду с температурой 190 ° F. Из приведенной выше таблицы плотность воды при 190 ° F составляет 966,8 кг / м 3 . Общая масса воды в баке может быть рассчитана 10 [м 3 ] * 966,8 [кг / м 3 ] = 9668 [кг] См. Также гидростатическое давление в воде и энергию, запасенную в горячей воде. Энергия из сточных вод Энергия из сточных вод Xing Xie 24 ноября 2011 г. Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2011 г. 1,09 64,1 8,58 64,1 10,08 26,7 80 1,026 1026 1,990 64.0 8,56 64,0 10,06 32,2 90 1,024 1024 1,986 63,9 8,54 63,96 8,54 63,96 8,54 63,96 8,54 63,96501 1021 1,982 63,8 8,52 63,8 10,02 43,3 110 1,019 1019 1.977 63,6 8,51 63,6 9,99 48,9 120 1,017 1017 1,973 63,5 130,4 1,014 1014 1,968 63,3 8,46 63,3 9,94 60,0 140 1.011 1011 1,962 63,1 8,44 63,1 9,92 65,6 150 1,008 1008 1,008 1008 71,1 160 1,005 1005 1,951 62,8 8,39 62,8 9,86 76.7 170 1,002 1002 1,945 62,6 8,37 62,6 9,83 82,2 180 9501 9501 7 9501 9501 0,950 62,4 9,80 87,8 190 0,996 996 1,932 62,2 8,31 62.2 9,77 93,3 200 0,992 992 1,926 62,0 8,28 62,0 9,73 9,73 60,8 8,13 60,8 9,55 148,9 300 0,953 953 1,849 59.5 7,95 59,5 9,35 176,7 350 0,930 930 1.805 58,1 7,76 7,76 7,76 9501 9049 905 1,756 56,5 7,55 56,5 8,88 260,0 500 0,847 847 1.643 52,9 7,07 52,9 8,31 315,6 600 0,774 774 1,501 48,3 6,46 48,3 6,46 9,4 галлон рассчитан из расчета 7,48 галлона на кубический фут . 1 галлон (жидкий раствор США) = 3,7854 л = 0,8327 галлона (Великобритания) = 0,8594 галлона (сухой раствор США) = 0,1074 галлона (сухой раствор США) = 0,4297 уп (сухой раствор США) = 4 кварты (жидкий раствор США) = 8 пунктов (США) liq) = 16 c (США) = 32 gi (жидкий раствор США) = 128 жидких унций (США) = 1024 жидких унций (США) = 3.7854×10 -3 м 3 = 0,1337 фута 3 = 4,951×10 -3 ярдов 3 Для преобразования плотности в кг / м 3 в другие единицы плотности — или между единицами измерения — используйте приведенные ниже значения преобразования: 1 кг / м 3 = 1 г / л = 0,001 кг / л = 0,000001 кг / см 3 = 0,001 г / см 3 = 0,99885 унций / фут 3 = 0,0005780 унций / дюйм 3 = 0,16036 унций / галлон (Великобритания) = 0,1335 унций / галлон (жидкий раствор США) = 0.06243 фунт / фут 3 = 3,6127×10-5 фунт / дюйм 3 = 1,6856 фунт / ярд3 = 0,010022 фунт / галлон (Великобритания) = 0,008345 фунт / галлон (жидкий раствор США) = 0,001 Фиг.1: Схема двухкамерного МФЦ. Сточные воды содержат различные патогены или опасные химикаты. Удалить эти загрязнения из сточных вод перед выбрасывая его в естественную среду, происходит множество процессов. требуется, что делает очистку сточных вод энергоемкой. Около 2 × 10 6 джоулей электроэнергии расходуется на лечение за м 3 сточных вод с использованием традиционных аэробных активированных методы обработки ила и анаэробного сбраживания осадка.[1] В США, примерно 3% от общего потребления электроэнергии идет на очистки сточных вод. [1] С другой стороны, существует определенное количество химическая энергия, хранящаяся в сточных водах, в основном в форме восстановления такие вещества, как углеводы и аммиак, обеспечивая возможность извлечение энергии из сточных вод. Производство сточных вод США Согласно ТУ на проектирование сточных вод очистных сооружений, скорость образования сточных вод в США составляет 100 галлонов на душу населения в сутки.[2] Учитывая, что население США около 307 млн, 1,16 × 10 8 м 3 сточные воды генерируется каждый день. Хотя это число немного ниже, чем что указано в литературе, что составляет 1,26 × 10 8 м 3 / сутки, разумно оценить, что общая скорость образования сточных вод в США составляет около 1,2 × 10 8 м 3 / сутки, 4,4 × 10 10 м 3 / год.[3] Энергия в сточных водах Концентрация редуцирующих веществ в сточных водах обычно выражается как величина ХПК (химическая потребность в кислороде), которая указывает, сколько кислорода требуется для окисления восстанавливающего имеет значение. Типичная сточная вода имеет значение ХПК ~ 0,5 кг / м 3 . [1] На основе теоретической энергии 1,47 × 10 7 джоулей. производство на кг ХПК, окисленного до CO 2 и H 2 O, удельная энергия сточных вод равна 0.74 × 10 7 Дж / м 3 . [4,5] В другой статье, недавно опубликованной в Науки об окружающей среде и технологии, Heidrich et al. прямо подать заявку экспериментальные методы определения внутренней химической энергии Сточные Воды. По оценкам, это 1.68 × 10 7 Дж / м 3 для сточных вод, смешанных с бытовыми сточными водами и промышленные сточные воды, а 0,76 × 10 7 Дж / м 3 для чистых бытовых сточных вод.[6] Таким образом, справедливая оценка теоретическая плотность энергии в сточных водах порядка 10 7 Дж / м 3 , что в 5 раз больше энергии расходуется на очистку сточных вод. Учитывая образование сточных вод согласно приведенным выше оценкам в США, общая потенциальная энергия в сточных водах составляет 1,2 × 10 15 Дж / сут, 4,4 × 10 17 Дж / год. Текущие технологии В настоящее время анаэробная очистка сточных вод является наиболее широко применяемая технология рекуперации энергии из сточных вод.Энергия собирается как производство метана. Снятие энергии, потерянной из-за рассеивание тепла при передаче энергии от различных восстановителей к метан, потребление энергии для поддержания микробной активности и остаточные восстанавливающие вещества в сточных водах после очистки, 80% химической энергии содержится в исходных восстановителях может быть переведен в метан. Учитывая, что только ∼35% химическая энергия метана может быть преобразована в электричество посредством В процессе сгорания общая эффективность рекуперации энергии составляет ∼28%.Этот число потенциально может увеличиться до 40%, когда будет более эффективным CH 4 Разработаны химические топливные элементы с приводом от . [1] Микробный топливный элемент (MFC) — это новая технология, который может напрямую преобразовывать химическую энергию сточных вод в электроэнергия. Схема классических двухкамерных МФЦ представлена ​​на рис. Рис. 1. Основной механизм МТЭ аналогичен механизму химического топлива. ячейки: окисление восстанавливающих веществ на аноде высвобождает электроны, которые проходят через внешний контур к катоду, где восстанавливается кислород.[7] Однако в отличие от химических топливных элементов, в которых обычно используется чистый топливо, такое как водород и спирт, МФЦ применяют сточные воды в анодах поскольку топливо и окисление ХПК в сточных водах опосредовано микроорганизмы вместо катализаторов из драгоценных металлов. [5] МФЦ технологии в основном проходят лабораторные исследования, и только несколько пилотных масштабные МФЦ. [8] Обнадеживает то, что МФЦ могут собирают электроэнергию прямо из сточных вод, но их производительность все еще слишком низкий (менее 1%) для практического применения.[9] Хотя эффективность рекуперации энергии МФЦ может быть близка к анаэробной Потенциально лечение, капитальные затраты примерно в 800 раз выше. [1] Таким образом, прежде чем приступить к реальной работе, необходимо решить несколько вопросов. применение МФЦ в очистных сооружениях для получения энергии восстановление. Заключение Сточные воды содержат определенное количество энергии, которая может выздороветь. Извлечение энергии из сточных вод не может повлиять на общая структура энергопотребления в США, так как только вносит очень небольшую часть от общего потребления энергии в США даже при 100% эффективности рекуперации энергии.Однако возможно сделать установку очистки сточных вод самодостаточной для удовлетворения спроса на энергию с применением анаэробной очистки сточных вод или технологий MFC. Такой устойчивость имеет значение, особенно в развивающихся странах, для предотвращения ухудшения водной среды, сопровождающего экономический рост. © Син Се. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях.Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору. Список литературы [1] П. Л. Маккарти, Дж. Бэ и Дж. Ким, «Внутренний Очистка сточных вод как чистый производитель энергии — можно ли этого достичь? » Environ. Sci. Technol. 45 , 7100 (2011). [2] «Единые критерии обслуживания (UFC) — внутренние Очистка сточных вод, Министерство обороны США, UFC 3-240-09A, январь 2004 г. [3] H.Лю, Р. Рамнараянан и Б. Э. Логан, «Производство электроэнергии при очистке сточных вод с использованием одного Камерный микробный топливный элемент, Environ. Sci. Technol. 38 , 2281 (2004). [4] В. Ф. Оуэн, Энергия в очистке сточных вод (Прентис-Холл, 1982). [5] Б. Э. Логан, Микробный топливный элемент (Wiley, 2008). [6] Э. С. Хайдрих, Т. П. Кертис и Дж. Долфинг, «Определение внутренней химической энергии сточных вод», Environ.Sci. Technol. 45 , 827 (2011). [7] X. Xie et al. , «Трехмерный углерод Анод из нанотрубок и текстиля для высокопроизводительных микробных топливных элементов, Nano Lett. 11 , 291 (2011). [8] Б. Э. Логан, «Масштабирование микробных топливных элементов и Другие биоэлектрохимические системы, Appl. Microbiol. Biotechnol. 85 , 1665 (2010). [9] Ю. Ан и Б. Э. Логан, «Эффективность Очистка бытовых сточных вод с использованием микробных топливных элементов при температуре окружающей среды и Мезофильные температуры, «Биоресурсные технологии». 101 , 469 (2010). Плотность | Физика Цели обучения К концу этого раздела вы сможете: Определите плотность. Рассчитайте массу резервуара по его плотности. Сравните и сопоставьте плотности различных веществ. Что весит больше: тонна перьев или тонна кирпичей? Эта старая загадка играет с различием между массой и плотностью.Тонна — это, конечно, тонна; но кирпичи имеют гораздо большую плотность, чем перья, и поэтому мы склонны думать о них как о более тяжелых. (См. Рисунок 1.) Рис. 1. Тонна перьев и тонна кирпичей имеют одинаковую массу, но перья составляют гораздо большую кучу, потому что они имеют гораздо меньшую плотность. Плотность , как вы увидите, важная характеристика веществ. Это очень важно, например, при определении того, тонет ли объект в жидкости или плавает.Плотность — это масса единицы объема вещества или объекта. В форме уравнения плотность определяется как [латекс] \ rho = \ frac {m} {V} \\ [/ latex], , где греческая буква ρ (ро) обозначает плотность, м — масса, а V — объем, занимаемый веществом. Плотность Плотность — это масса единицы объема. [латекс] \ rho = \ frac {m} {V} \\ [/ latex], , где ρ — символ плотности, м — масса, а V — объем, занимаемый веществом. В загадке о перьях и кирпичах массы те же, но объем, занимаемый перьями, намного больше, так как их плотность намного меньше. Единица плотности в системе СИ — кг / м 3 , характерные значения приведены в таблице 1. Метрическая система изначально была разработана таким образом, чтобы плотность воды составляла 1 г / см 3 , что эквивалентно 10 3 кг. / м 3 . Таким образом, основная единица массы, килограмм, была впервые предложена как масса 1000 мл воды, имеющая объем 1000 см. 3 .{3} \ text {или} \ text {г / мл} \ right) \\ [/ latex] Твердые вещества Жидкости Газы Алюминий 2,7 Вода (4ºC) 1.000 Воздух 1,29 × 10 −3 Латунь 8,44 Кровь 1,05 Двуокись углерода 1,98 × 10 −3 Медь (в среднем) 8.8 Морская вода 1.025 Окись углерода 1,25 × 10 −3 Золото 19,32 Меркурий 13,6 Водород 0,090 × 10 −3 Чугун или сталь 7,8 Спирт этиловый 0,79 Гелий 0,18 × 10 −3 Свинец 11,3 Бензиновый 0.68 Метан 0,72 × 10 −3 Полистирол 0,10 Глицерин 1,26 Азот 1,25 × 10 −3 Вольфрам 19,30 Оливковое масло 0,92 Закись азота 1,98 × 10 −3 Уран 18,70 Кислород 1,43 × 10 −3 Бетон 2.30–3,0 Пар (100º C) 0.60 × 10 −3 Пробка 0,24 Стекло обычное (среднее) 2,6 Гранит 2,7 Земная кора 3,3 Дерево 0,3–0,9 Лед (0 ° C) 0,917 Кость 1,7–2,0 Как видно из таблицы 1, плотность объекта может помочь определить его состав.Плотность золота, например, примерно в 2,5 раза больше плотности железа, что примерно в 2,5 раза больше плотности алюминия. Плотность также кое-что говорит о фазе материи и ее субструктуре. Обратите внимание, что плотности жидкостей и твердых тел примерно сопоставимы, что согласуется с тем фактом, что их атомы находятся в тесном контакте. Плотность газов намного меньше, чем у жидкостей и твердых тел, потому что атомы в газах разделены большим количеством пустого пространства. Эксперимент на вынос Сахар и соль Кучка сахара и кучка соли выглядят очень похоже, но что весит больше? Если объемы обеих стопок одинаковы, любая разница в массе связана с их разной плотностью (включая воздушное пространство между кристаллами).Как вы думаете, какая плотность больше? Какие ценности вы нашли? Какой метод вы использовали для определения этих значений? Пример 1. Расчет массы резервуара по его объему Водохранилище имеет площадь 50,0 км 2 и среднюю глубину 40,0 м. Какая масса воды удерживается за плотиной? (См. Рис. 2, где показан вид на большое водохранилище — плотину «Три ущелья» на реке Янцзы в центральном Китае.) Стратегия Мы можем рассчитать объем резервуара V по его размерам и найти плотность воды ρ в таблице 1.Тогда массу м можно найти из определения плотности [латекс] \ rho = \ frac {m} {V} \\ [/ латекс]. {2} \ right) \ left (\ text {40.{\ text {12}} \ text {kg} \ end {array} \\ [/ latex]. Обсуждение Большой резервуар содержит очень большую массу воды. В этом примере вес воды в резервуаре составляет мг = 1,96 × 10 13 Н, где г — это ускорение силы тяжести Земли (около 9,80 м / с 2 ). Разумно спросить, должна ли плотина обеспечивать силу, равную этому огромному весу. Ответ — нет. Как мы увидим в следующих разделах, сила, которую должна придать плотина, может быть намного меньше веса воды, которую она сдерживает. Рисунок 2. Плотина Три ущелья в центральном Китае. После завершения строительства в 2008 году она стала крупнейшей в мире гидроэлектростанцией, вырабатывающей электроэнергию, эквивалентную мощности, вырабатываемой 22 атомными электростанциями средней мощности. Бетонная плотина имеет высоту 181 м и ширину 2,3 км. Протяженность водохранилища, образованного этой плотиной, составляет 660 км. Создание водохранилища привело к перемещению более 1 миллиона человек. (кредит: Le Grand Portage) Сводка раздела Концептуальные вопросы 1.Примерно как плотность воздуха меняется с высотой? 2. Приведите пример, в котором плотность используется для идентификации вещества, составляющего объект. Потребуется ли информация в дополнение к средней плотности для идентификации веществ в объекте, состоящем из более чем одного материала? 3. На рис. 3 показан стакан с ледяной водой, наполненный до краев. Будет ли вода переливаться, когда лед тает? Поясните свой ответ. Рисунок 3. Задачи и упражнения 1.Золото продается тройскими унциями (31,103 г). Каков объем 1 тройской унции чистого золота? 2. Ртуть обычно поставляется в колбах по 34,5 кг (около 76 фунтов). Каков объем в литрах такого количества ртути? 3. а) Какова масса глубокого вдоха воздуха объемом 2,00 л? б) Обсудите влияние такого вдоха на объем и плотность вашего тела. 4, Простой метод определения плотности объекта — измерить его массу, а затем измерить его объем, погрузив его в градуированный цилиндр.Какова плотность камня весом 240 г, вытесняющего 89,0 см 3 воды? (Обратите внимание, что точность и практическое применение этого метода более ограничены, чем у множества других, основанных на принципе Архимеда.) 5. Предположим, у вас есть кофейная кружка с круглым поперечным сечением и вертикальными сторонами (равномерный радиус). Каков его внутренний радиус, если он вмещает 375 г кофе при заполнении на глубину 7,50 см? Предположим, кофе имеет ту же плотность, что и вода. 6.(a) Прямоугольный бензобак вмещает 50,0 кг бензина в полном объеме. Какова глубина резервуара, если его ширина 0,500 м, длина 0,900 м? (b) Обсудите, имеет ли этот бензобак разумный объем для легкового автомобиля. 7. Уплотнитель мусора может уменьшить объем его содержимого до 0,350 от первоначального значения. Если пренебречь массой вытесненного воздуха, во сколько раз увеличивается плотность мусора? 8. Стальная канистра для бензина на 2,50 кг вмещает 20,0 л бензина в полном объеме.Какова средняя плотность полной канистры с газом с учетом объема, занятого сталью, а также бензином? 9. Какова плотность 18-каратного золота, состоящего из 18 частей золота, 5 частей серебра и 1 части меди? (Эти значения являются массовыми частями, а не объемом.) Предположим, что это простая смесь, имеющая среднюю плотность, равную взвешенным плотностям ее составляющих. 10. Между атомами в твердых телах и жидкостях относительно мало пустого пространства, так что средняя плотность атома примерно такая же, как у материи в макроскопическом масштабе — приблизительно 10 3 кг / м 3 .Ядро атома имеет радиус примерно 10 -5 радиуса атома и содержит почти всю массу всего атома. а) Какова приблизительная плотность ядра? (б) Один остаток сверхновой, называемый нейтронной звездой, может иметь плотность ядра. Каким был бы радиус нейтронной звезды с массой в 10 раз больше, чем у нашего Солнца (радиус Солнца 7 × 10 8 )? Глоссарий плотность: масса единицы объема вещества или предмета Избранные решения проблем и упражнения 1.1,610 см 3 3. (a) 2,58 г (b) Объем вашего тела увеличивается на количество вдыхаемого вами воздуха. Средняя плотность вашего тела уменьшается, когда вы делаете глубокий вдох, потому что плотность воздуха значительно меньше, чем средняя плотность тела до того, как вы сделали глубокий вдох. 4. 2,70 г / см 3 6. (a) 0,163 м (b) Эквивалент 19,4 галлона, что является разумным 8. 7.9 × 10 2 кг / м 3 9.15,6 г / см 3 10. (а) 10 18 кг / м 3 (б) 2 × 10 4 м Воздействие вулканического пепла и смягчение его последствий Плотность Плотность (масса на единицу объема) отдельных частиц золы варьируется. Например, 700-1200 килограммов на кубический метр (кг / м 3 ) для пемзы, 2350-2450 кг / м 3 для осколков стекла, 2700-3300 кг / м 3 для кристаллов и 2600-3200 кг / м 3 для каменных частиц (см. таблицу ниже).Фрагменты пемзы могут образовывать временные маты из плавающего материала при попадании на воду. Поскольку более крупные и плотные частицы осаждаются близко к источнику, дистальные отложения пеплопада относительно обогащены мелкими осколками стекла и пемзы. Плотность отдельных частиц золы, кг / м 3 , от Шипли и Сарна-Войчицки, 1982 г. Тип зольной частицы Плотность частиц Фрагменты пемзы 700-1200 кг / м 3 Осколки вулканического стекла 2,350-2450 кг / м 3 Кристаллы и минералы 2,700-3,300 кг / м 3 Прочие обломки горных пород 2,600-3,200 кг / м 3 Размер зерен, состав (пропорции кристаллов, литики, осколков стекла и фрагментов пемзы), форма частиц и содержание влаги определяют объемную плотность (общая плотность отложений, включая все составляющие) зольных отложений.Менее сферические частицы (более угловатые или неправильной формы) будут относительно плохо упаковываться, что приведет к более высокой пористости и более низкой объемной плотности. Агрегация частиц перед осаждением приведет к более высокой упаковке частиц и, следовательно, к более высокой плотности. Насыпная плотность в сухом состоянии вновь выпавших и слегка уплотненных отложений составляет от 500 до 1500 кг / м 3 , тогда как насыпная плотность влажной золы колеблется от 1000 до 2000 кг / м 3 . Дистальные отложения пеплопадов обычно показывают небольшое уменьшение объемной плотности по мере удаления от источника вулканического жерла. Твердость Частицы золы обычно имеют острые сломанные края, что делает вулканический пепел очень абразивным материалом. Однако степень абразивности вулканического пепла зависит от твердости материала, образующего частицы, а также от формы этих частиц. Значения твердости для нескольких распространенных минералов показаны в таблице ниже. Шкала твердости Мооса (твердость минералов из Дира и др., 2004) Номер шкалы Минеральное Металл Минералы в вулканическом пепле и их твердость 1 Тальк 2 Гипс Алюминий Медь слюда (H 2-3) 3 Кальцит Латунь 4 Флюорит Утюг 5 Апатит Сталь стекло вулканическое, пироксен, амфибол (H 5-6) 6 Ортоклаз (Полевой шпат) плагиоклаз щелочно-полевой шпат (H 6-6.5) 7 Кварц оливин (H 6.5-7) кварц (H 7) 8 Топаз 9 Корунд Хром См. Также: Решено: Приложение C: Плотность и вязкость воды Темпера… инженерное дело гражданское строительство вопросы и ответы по гражданскому строительству Приложение C: Плотность и вязкость воды Температура (° C) Плотность (кг.м3) 999,8 1000,0 999,7 … Показать текст изображения Ответ эксперта 100% (1 оценка) Предыдущий вопрос Следующий вопрос Приложение C: Плотность и вязкость воды Температура (° C) Плотность (кг.м3) 999,8 1000,0 999,7 999,1 998,2 997,0 995,7 994.1992,2 988,0 983,2 977,8 971,8 965,3 958,4 Динамическая вязкость воды (кг · м-1,5) 1,79 X 10-3 1,52 x 10-3 1,31 x 10-3 1,14 X 10-3 1,00 x 10-3 8,91 x 10-4 7,98 x 10-7,20 x 10-4 6,53 x 10-4 5,47 x 10-4,66 X 10-4 4,04 x 10-4 3,54 x 10-4 3,15 x 10-2,82 x 10-4 100 Таблица 6.7 Типичные кинетические параметры микробов ( Все даны для 20 ° C) Параметр Типичные единицы Диапазон Значение по умолчанию мг БПК = / (мг VSS.d) 2-10 d-1 1-10 мг BOD / л 25-100 мг VSS / мг BOD5 0,2-0,8 0,6 0,025 -0,075 0,06 Источник: адаптировано из Metcalf and Eddy, 1991.60 дней-1 3) Отстойник используется для удаления частиц на очистных сооружениях с расходом 120 м / ч. Бассейн прямоугольной формы, шириной 7 м и глубиной 4 м. Температура воды 30 ° C. Свойства воды при этой температуре можно найти в таблицах из учебника. Попадающие в сточные воды частицы имеют диаметр 0,02 мм и в основном состоят из оксида алюминия (Al2O3). Если вам нужно узнать какие-либо свойства материала для этого типа частиц, вы можете найти их в Интернете.(a) (15 баллов) Какой длины резервуара потребуется для полного удаления всех частиц внутри резервуара? Рукописная часть: предоставьте свои расчеты. Ваша работа должна быть завершена, чтобы получить полную оценку, т.е. любые уравнения, которые вы используете, должны быть записаны в переменных, а также должны быть записаны с тем, какие значения вы подключаете для каждой переменной, чтобы вычислить свой ответ. By alexxlab Разное Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт