Очистка и повторное использование технической воды и промышленных стоков (стр. 2 из 5)
В песколовках с круговым движением воды объем аэрированной зоны изменяется от 25,8 до 170 м3 при интенсивности аэрации 3,5 м3/м2ч.
Для увеличения скорости осаждения частиц примесей в промышленные стоки вводят коагулянты и флокулянты, которые образуют неустойчивые полидисперсные системы.
Продолжительность отстаивания определяют по формуле:
где Н – глубина проточной части отстойника; п – коэффициент, учитывающий свойства взвешенных частиц; h– высота эталонного цилиндра; т – продолжительность осаждения.
Объем отстойной зоны V0 = QT, а поверхность осаждения F0 = Q/wq.
Гидравлическую крупность определяют по зависимости:
где к = 0,5; 0,35; 0,45 – коэффициент, характеризующий конструкцию отстойника соответственно для горизонтального, вертикального и радиального типа, а – 0,66–1,5 – коэффициент, учитывающий влияние вязкости воды на скорость осаждения при изменении температуры от 40 до 50 °С; ео-вертикальная составляющая скорости движения воды в отстойнике; при изменении и от 5 до 20 мм/с величина w изменяется от 0 до 0,5 мм/с.
Расчет отстойников с учетом эффективности осветления проводится в соответствии со стандартными методиками.
Коллоидные вещества, гидратированные взвеси, мелкодисперсные вещества вследствие их малой плотности осаждаются медленно. Даже ввод коагулянтов не обеспечивает заданной степени очистки промышленных стоков.
С целью более глубокой очистки воды от таких примесей и ее осветления используют флотацию.
Флотацию растворенным в воде воздухом обычно ведут совместно с коагуляцией и флокуляцией взвеси для удаления коллоидных малоконцентрированных примесей.
Пузырьки воздуха размером 10–100 мкм, выделяющиеся из воды, пересыщенной растворенным в ней воздухом, захватывают взвесь частиц. Воздух диспергируется турбиной – импеллером флоат-машины. Иногда воздух вводят под избыточным давлением 0,03–0,2 МПа через сопла или фильтры. Флотация осуществляется крупными быстро всплывающими пузырьками.
При электрофлотации очистку промышленных стоков осуществляют кислородом и водородом, которые выделяются на электродах, размещаемых в осветленной воде. Выделяющийся в ламинарном режиме газ с размером пузырьков 50 мкм обеспечивает высокий эффект очистки.
Биологическая и химическая флотация происходит в результате взаимодействия пузырьков газа размером 5–50 мкм с поверхностью взвешенных в воде частиц, которые освобождаются от воды.
Наибольшую эффективность разделения достигают при соотношении между твердой и газовой фазами, равном 0,01–0,1, и определяют по формуле:
где Geo3, G4– соответственно масса воздуха и твердых частиц в суспензии, г; У* – растворимость воздуха в воде при атмосферном давлении рабочей температуре, см3 /дм3; fH= 0,5–0,8 – степень насыщения; Р – давление насыщения воды воздухом, Па; Qi– количество воды, насыщенное воздухом, м3/ч; Сч – концентрация твердой фазы в суспензии, г/см3; Q– расход сточной воды, м3/ч.
На практике в сочетании с химической коагуляцией широко применяют напорную флотацию, позволяющую обеспечивать осветление воды за 15–40 мин со скоростью, в 4–5 раз превышающей скорость осаждения и при расходе энергии 0,1–0,2 кВт ч/м3.
Установка с рециркуляцией работает следующим образом. Вода, смешанная с коагулятором в смесителе 1, поступает в камеру 2 хлопьеобразования с лопастной мешалкой, где образуются крупные хлопья коагулянта, сорбирующие коллоидные взвеси. Из камеры 2 коагулированная вода со скоростью 0,2–0,5 м/с перетекает по трубе 3 в центральную камеру 4. В трубу 3 врезан трубопровод, по которому со скоростью 1–2 м/с вводится вода, пересыщенная воздухом. Часть воды, очищенная во флотаторе насосом 7, подается под давлением в смеситель 9, куда компрессором 8 вводится сжатый воздух, и затем в сатуратор 10. В сатураторе за 1–3 мин происходит насыщение воды воздухом и отделение нерастворившего-ся воздуха. Насыщенная вода после снижения давления в дросселирующем устройстве 11 становится пересыщенной и поступает во флотатор. Тонкий слой пены со взвесью собирается скребком 6 в приемный бункер 5.
Применяемые в отечественной и зарубежной практике сатураторы представлены на р и с. 3. Недостатком сатураторов является введение воздуха в насос, что снижает его производительность и КПД при увеличенном кавитационном износе. Более эффективны сатураторы, в которых воздух вводится после насоса. Для повышения эффективности используется насадочный сатуратор с кольцами Рашига, а также распылительный и струйный сатураторы.
При расчете напорной флотации с сатурацией необходимо учитывать, что выделение пузырьков газа из воды происходит на частице.
Эффективность флотационного выделения частиц определяют по формуле:
где Т1 – время пребывания жидкости во флотаторе; Т = Г? + Т2; Т2– время обработки до флотатора; а – число столкновений пузырьков газа с частицами на единице длины пути; Сг– объемная концентрация газовой фазы; уп– скорость движения пузырьков; _ высота слоя жидкости во флотаторе.
Выделение примесей из сточных вод эффективно осуществляется под действием центробежных и центростремительных сил в открытых и напорных гидроциклонах.
Открытые гидроциклоны применяют для выделения из суспензий частиц диаметром более 1x10"5 см при очистке грубодиспергированных примесей.
Применяют конструкции гидроциклонов без внутренних устройств, с диафрагмой и многоярусные.
Модифицированный гидроциклон с конической диафрагмой и внутренним цилиндром устраняет накопление взвешенных частиц под диафрагмой и их периодический вынос с осветленной водой.
Исходную суспензию подают тангенциально в нижнюю часть зоны, ограниченную внутренним цилиндром. Восходящий поток у верхней кромки цилиндра разделяется на основной поток, движущийся по спирали к центральному отверстию в диафрагме, и дополнительный, поступающий в зазор между стенками гидроциклона и цилиндра. В дополнительном потоке транспортируются выделившиеся в восходящем потоке взвешенные частицы.
В многоярусном гидроциклоне, состоящем из конической 1 и цилиндрической 9 частей, рабочий объем разделен коническими диафрагмами 10 на отдельные ярусы, работающие независимо друг от друга. В основе работы такого аппарата лежит принцип тонкослойного от стаивания. Исходная смесь поступает в аванкамеры 3 с распределительными лопатками 16 и равномерно распределяется между ярусами 12. Вывод воды из аванкамер 3 осуществляется через три щели 11, расположенные по окружности циклона через три щели 11, расположенные по окружности циклона через 120° и равномерно по его высоте.
Поступающая сточная вода движется по нисходящей спирали к центру. Частицы тяжелее воды оседают на нижних диафрагмах ярусов, сползают к центру и, попав под шламозадерживающие козырьки 13, через кольцевую щель 2 опускаются в коническую часть. Масло с примесями, выделившееся в ярусах, всплывает к верхним диафрагмам 10, задерживается перегородкой 6 и попадает в водосборник, откуда маслосборными воронками 7 через трубы 4 удаляется из гидроциклона. Осветленная вода выводится через три тангенциальных выпуска 14. В центральной части циклона жидкость поднимается вверх, через водослив 5 переливается в лоток 8 и удаляется из циклона. Осадок из конической части 1 удаляется через разгрузочное отверстие 15 под действием гидростатического напора.
В общем случае при расчете гидроциклонов, применяя данные кинетики отстаивания, рассчитывают гидродинамические параметры циклона и определяют его геометрические характеристики. Для всех конструкций удельную гидравлическую нагрузку определяют по формуле:
где к – коэффициент; и0– гидравлическая крупность задерживаемых частиц, мм/с.
Задавшись и0по нагрузке q и назначаемому диаметру цилиндрической части аппарата D, определяют его производительность
Геометрические размеры циклонов выбирают по рекомендациям. Зная общее количество сточных вод Q06, определяют число гидроциклонов:
Для многоярусных циклонов гидравлическую нагрузку определяют по уравнению:
где к – 1; с1цо – диаметр центрального отверстия в диафрагме, м; Ь – ширина шламовыводящих щелей, м; Л/я – число ярусов; ц = 0,75 – коэффициент при нагрузке q= 2–2,5 м3/.
При очистке сточных вод на установках с производительностью не более 200 м3/ч от частиц крупностью более 0,2–0,3 мм/с используют циклоны с внутренним цилиндром и конической диафрагмой. Фактор разделения определяется критерием Fr:
где vr – скорость движения частицы под действием центробежных сил, м/с; д – ускорение свободного падения, м/с2; г – радиус частицы, м.
Их характеристики благодаря высокой эффективности и компактности позволяют использовать гидроциклоны вместо отстойников, центробежных сепараторов, центрифуг, фильтров или в сочетании с ними.