• 5

7.4. УДАЛЕНИЕ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ И ОТЖИМАНИЕМ

(каждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в гидроциклонах и центрифугах.

Гидроциклоны. Для очистки сточных вод используют напор­ные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гид­роциклоны применяют для осаждения твердых примесей, а от­крытые — для удаления осаждающих к всплывающих примесей. Гидроциклоны просты по устройству, компактны, их легко об­служивать. Они отличаются высокой производительностью и не­большой стоимостью.

При вращении жидкости в гидроциклонах на частицы дейст­вуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, силы сопротивления движущегося потока, гравитационные силы и силы инерции. Силы инерции незначи­тельны и ими можно пренебречь. При высоких скоростях вра­щения центробежные силы значительно больше сил тяжести.

Скорость движения частицы в жидкости под действием цент­робежной силы зависит от ее диаметра d, разности плотностей фаз Др, вязкости и плотности рс сточной воды и от ускорения центробежного, поля I:

Коэффициент пропорциональности С и показатель степени tn зависят от гидродинамического режима. Для ламинарного ре­жима при числе Re=tiudp/|,ic— 1,6, т — 2, С— 1,7-10~4. Для пере­ходного режима при Rc= 16—420, т — 1,2, С —2,49-10-\ Для турбулентного режима Re>420, in — 5,36, С = 0,5.

Кроме физических свойств жидкости на эффективность рабо­ты гидроциклонов влияют конструктивные параметры (диаметр аппарата и устройство впускных и сливных патрубков). Из на­порных гидроциклонов наибольшее распространение получил аппарат конической формы (рис. П-13,а).

Сточную воду тангенциально подают внутрь гидроциклона. При враще­нии жидкости под действием центробежной силы внутри гидроциклона обра­зуется ряд потоков. Жидкость, войдя в цилиндрическую часть, приобретает вращательное, движение и движется около стенок по винтовой спирали вниз к сливу. Часть ее с крупными частицами удаляется из гидроциклоиа. Дру­гая часть (осветленная) поворачивает и движется вверх около оси гидро­циклопа. Кроме того, возникают радиальные и замкнутые циркуляционные токи. В центре образуется воздушный столб, давление которого меньше ат­мосферного. Он оказывает влияние на эффективность гидроциклонов.

Сточная- Вода

 

Е-"3

& а

"""Ч Масло Шлам

Рис. II-13. Гидроциклоны:

а — напорный;

6 с внутренним цилиндром и конической диафрагмой; 1 — корпус; 2 — внутренний ци­линдр; S — кольцевой лоток; 4 — диафрагма; в - блок напорных гидроциклонов;

г - многоярусный гидроциклон с наклонными патрубками для отвода очищенной воды; / — конические диафрагмы; 2 —■ лоток; J — водослив; 4 — маслосборная воронка; 5 —рас­пределительные лотки; 6 — ш.чамоотводящая щель

Гидроцик'лоны изготовляются диаметром от 10 до 700 мм, высота ци­линдрической части- примерно равна диаметру аппарата. Угол конусности равен 10—20°.

Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70%. При уменьшении вязкости сточной воды скорость осаждения частиц, в поле центробежных сил увеличивается. С ростом плотности жидкости уменьшается разность плотностей фаз и для частиц, тяжелее воды. Это сопровождается снижением их скорости дви­жения в центробежном поле, а для частиц легче воды — увели­чением скорости движения.

Скорость осаждения пропорциональна квадрату скорости вращения час­тиц. Эту величину в первом приближении можно считать равной скорости воды иа входе в аппарат. Скорость воды на входе можно увеличить умень­шением площади сечения входного патрубка или увеличением расхода жид­кости. Однако это можно делать до определенного предела, так как при увеличении расхода воды снижается время пребывания ее в гидроциклоне, а при уменьшении сечения патрубка возрастает турбулентное перемешивание, которое отрицательно сказывается на скорости осаждения частиц. Турбу­лентное перемешивание снижают изменением конструкции гидроциклона. Для этой цели уменьшают сечение рабочей струи, уменьшив диаметр вход­ного патрубка, а для сохранения производительности и скорости жидкости на входе в гидроциклон увеличивают число патрубков. Форма патрубка должна иметь плавное сужение. Для уменьшения трения потока о внутрен­ние стенки и предотвращения возможности роста турбулизации вследствие этого уменьшают диаметр аппарата или предусматривают вставки.

Для снижения скорости жидкости на входе в циклон в патрубке уст­раивают специальные вращающиеся распределительные устройства, напоми­нающие роторы турбин. Такие аппараты называют турбогидроциклонами.

Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий. агре­гат, в котором они работают параллельно. Такие аппараты на­зывают мультигидроцнклонами. Мультициклоны наиболее эф­фективны при очистке небольших количеств воды от тонкодис- пергированных примесей. Увеличение производительности этих аппаратов достигается путем компоновки их в блоки со значи­тельным числом рабочих единиц (рис. П-13,6). Для глубокой ■очистки последовательно устанавливают гидроциклоны разных типоразмеров.

Производительность напорных гидроциклонов определяют по •формуле

Q=KiDdml/^H,           (11.34)

где К1 — безразмерный коэффициент; D — диаметр гидроциклоиа, м; dM — диаметр входного патрубка, м; ЛЯ-—перепад давлений между сливным и входным патрубками, Па.

Открытые (безнапорные) гидроциклоны. Их применяют для ■очистки сточных вод от крупных примесей (гидравлической крупиостыо 5 мм/с). От напорных гидроциклонов они отличают­ся большей производительностью и меньшим гидравлическим ■сопротивлением. Схема одного из гидроциклонов — с внутрен­ним цилиндром и конической диафрагмой показана на рис. II-13,s.

Сточную воду тангенциально подают в пространство, ограниченное внут­ренним цилиндром. Поток по спирали движется вверх. Дойдя до верха ци­линдра, он разделяется на два потока. Один из них (осветленная вода) дви­жется к центральному отверстию диафрагмы и пройдя ее, попадает в ло- 'ток. Другой поток со взвешенными частицами направляется в пространство между стенками цилиндра и гидроцилиндра и поступает в коническую его часть.

Многоярусные гидроциклоны. В многоярусных гидроцикло­нах рабочий объем разделен коническими диафрагмами на не

сколько ярусов, каждый из которых работает самостоятельно. В этой конструкции использован принцип тонкослойного отстаи­вания (более полное использование объема аппарата, уменьше­ние времени пребывания при одинаковой степени очистки). Схе­ма гидроциклона показана на рис. II-13, г.

Сточная вода из аванкамер через щели поступает в пространство между ярусами, где движется по спирали к центру. При этом происходит осаждение in'нее твердых частиц на нижние диафрагмы ярусов. Осадок сползает и че­рез щели попадает в коническую часть. Осветленная вода попадает в коль­цевой поток. Частицы масел и нефти через зазор между диафрагмами и стенкой корпуса всплывают иод верхнюю диафрагму и по маслоотводкщиы трубам выходят иа поверхность, откуда через воронку их удаляют из гид роциклоиа.

Производительность многоярусного гидроциклона определя­ется по зависимости

а-3,6да(Я2-~ r')wm, (И.35)

где R — радиус вращения; г — радиус шламоприемных козырьков; и — число ярусов в гидроциклоне.

Конструктивные размеры многоярусных гидроциклонов: диа­метр 3—6 м; высота яруса 130—200 мм; число ярусов 4         -20;

диаметр отверстия диафрагмы 0,6—1,4 м; ширина шламоотео дящей щели 100 мм; число впурков 3; скорость воды на входе в аппарат принимается равной 0,5 м/с.

Центрифуги. Для удаления осадков из сточных вод могу\ быть использованы фильтрующие и отстойные центрифуги.

Центробежное фильтрование достигается вращением суспен­зии в перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильт­ровальной тканью. Осадок остается на стенках барабана. Его удаляют вручную или ножевым съемом. Такое фильтрование наиболее эффективно, когда надо получать продукт с наимень­шей влажностью и требуется промывка осадка.

Для центробежного фильтрования уравнение фильтрования имеет вид:

du/ch;- рнйз- (R40')nKcL/ii In (R/nK).          (11.36)

Перепад давлений в центрифуге определяют по формуле

AP^a>*pe(R>—ra*)l2,          (11.37)

где р„ — плотность жидкости; <о — угловая скорость вращения ротора; R- ■ радиус ротора; га, гос — внутренний радиус жидкости и осадка соответствен­но; Кс—коэффициент пропорциональности слоя; L --- длина ротора.

Фильтрующие центрифуги применяют для разделения сус­пензий, когда требуется высокая степень обезвоживания осадка и эффективная его промывка, а также в тех случаях, когда не пользуется обезвоженный осадок и достаточно чистый фильтрат.

Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными;

различаются по расположению вала в пространстве; по способу выгрузки осадка из ротора (с ручной, с ножевой, поршневой, шнековой или центробежной выгрузкой). Они могут быть в гер­метизированном и негерметизированном исполнении.

Центрифуги периодического действия применяют при расхо­дах суспензии меньше 5 м3/ч в широком диапазоне концентра­ций суспензий с частицами диаметром больше 10 мкм. Наи~ большее распространение получили центрифуги с механизиро­ванной выгрузкой осадка. Цикл их работы состоит из следую­щих операций: наполнения, центрифугирования, промывки осад­ка, центрифугирования после промывки и выгрузки осадка. Сре- ,^ди центрифуг непрерывного действия наиболее распространены центрифуги с пульсирующей и шнековой выгрузкой осадка. При­меняются для разделения концентрированных суспензий с раз­мером частиц более 100 мкм.

Из отстойных центрифуг непрерывного действия в системах очистки сточных вод наибольшее распространение получили го­ризонтальные шнековыв центрифуги типа ОГШ, Их используют для выделения частиц гидравлической крупностью примерно •Ю,2 мм/с (противоточные) и 0,05 мм/с (прямоточные).

Производительность центрифуги равна

где К — коэффициент использования объема ванны (/(=0,4—0,6); у„ — рас­четный объем ванны ротора; тц — продолжительность пребывания суспензии в роторе.

Схема очистки воды на центрифугах представлена на рис. II-14. Из сточной воды сначала удаляется крупный осадок на решетках, а затем песок в гидроциклоне. После уплотнения осадка его удаляют из центрифуги.

Червячные отжимные аппараты. При разделении суспензий •.такие аппараты имеют следующие преимущества перед центри­фугами: отсутствие быстровращающихся частей, низкая конеч­ная влажность осадка, простота изготовления и непрерывность процесса. К недостаткам следует отнести значительный унос •твердой фазы при работе с низкоконцентрированными и мелко­дисперсными (менее 100 мкм) суспензиями и невозможность

'.Рис. II-14. Схема установки удаления осадка из сточной воды на центрифуге:

J—решетка; 2 — гидроциклон; S — уплотнитель осадка; 4, 7 — емкости; 5—-насос; 6' — щентрнфуга

Q*=Kv п/Тц,

(11.38)

 

Ш/iaM

219

Сточная Soda К f 2 3 4

 

Очищенная Soda

Осадок

Рис. II-15. Червячный отжимной аппарат:

I — воронка; 2 — отжимной червяк; 3 — корпус; 4— набор пластин; 5 — прижимная го-

лромывки осадка в аппарате. Схема такого аппарата показана на рис. 11-15.

Суспензия через загрузочную воронку поступает в фильтрующий кор­пус, нижняя часть которого выполнена в виде набора пластин с регулируе­мыми зазорами {зя. счет прокладок). Частицы твердой фазы, осаждаясь в фильтрующем корпусе червячного отжимного аппарата, перемещаются к вы­ходу. Поскольку выходное сечение корпуса аппарата уменьшено за счет прижимной головки, иа выходе из корпуса создается давление, под действи­ем которого происходит отжим фильтрата. Осадок имеет низкую конечную влажность. Шнек приводится во вращение электродвигателем. Частота вра­щения невелика. В таких аппаратах особенно хорошо разделяются суспен­зии, имеющие волокнистые частицы.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я