Тема № 3. Прояснення стічних вод у гідроциклонах.
Питання теми:
3.1. Прояснення у гідроциклонах та відстоюванням.
3.2. Флотація.
Основні
терміни: прояснення, гідроциклон, відстійник, флотатор, активатор,
піноутворювач, пригнічувач, барботування.
3.1. Прояснення у гідроциклонах та відстоюванням.
Гідроциклони.
Стічні води прояснюють від грубодисперсних завислих речовин у гідроциклонах, відстоюванням і фільтруванням, від тонко-дисперсних — відстоюванням, фільтруванням і флотацією. Стічні води прояснюють від каламуті комбінуванням процесів коагуляції та прояснення, а також фільтруванням або флотацією.
Напірні гідроциклони доцільно застосовувати для попереднього відокремлення піску та інших твердих часточок розміром понад 100—150 мкм і густиною 1,2 г/см3 і більше. Суть процесу прояснення в гідроциклонах (рис. 3.1) полягає в тому, що прояснювана вода підводиться тангенційно у верхню частину гідроциклона 3 через живильний патрубок 2. В результаті цього відбувається обертання води по колу корпусу апарата. Задана швидкість обертання забезпечується за допомогою змінних вкладок б живильного отвору. Прояснена вида виходить через зливний патрубок 1. Відцентрові сили, що виникають, відкидають тверді часточки до стінок корпусу апарата. Потім часточки осідають по конусу 4 униз і видаляються через насадку 5. Конструктивно гідроциклони виконують напірними і відкритими (безнапірними) діаметром від 50 до 500 мм. Гідроциклони, футеровані кам'яним литвом або шлакоситалом, мають діаметр від 150 до 2000 мм. Кут конусності становить 20°.
Рис. 3.1. Напірний гідроциклон:
1 — зливний патрубок; 2 — живильний отвір; 3 — корпус; 4 — конус; 5 — змінна насадка для випусканння осаду;
Б— змінні вкладки живильного отвору; О —діаметр циклона
Ефективність роботи гідроциклона за однакового напору збільшується із зменшенням його діаметра. Для прояснення води від тонкодисперсних речовин застосовують гідроциклони малого діаметра. Апарат, у якому встановлено кілька гідроциклонів однакового розміру, називають мультициклоном.
Прояснення стічних вод відстоюванням.
Прояснення стічних вод відстоюванням здійснюється шляхом осадження завислих часточок під дією сили гравітації. Під час відстоювання неоднорідних систем, якими є суспензії стічних вод, спостерігається поступове збільшення концентрації дисперсної фази в апараті в напрямку згори вниз В результаті осідання завислих часточок дисперсної фази утворюється прояснений шар дисперсійного середовища (зона 1), за якою йде зона 2 вільного осідання часточок — зона згущеного шару. В міру осідання часточок концентрація їх у згущеному шарі підвищується, в результаті чого утворюється зона згущеної суспензії 3 і на дно відстійника осідає шар осаду шламу 4, який періодично або безперервно видаляється з відстійника (згущувача). В зоні вільного осідання концентрація дисперсної фази відносно невелика і часточки осідають під дією сили гравітації, не чинячи впливу одна на одну. Спочатку, в перші хвилини осадження, відбувається збільшення швидкості руху часточок масою m в результаті прискорення вільного падіння під дією сили гравітації. Під час руху тіла в рідині виникає опір, величина якого залежить від режиму руху і форми часточки.
Рис. 3.2. Схема процесу відстоювання.
Отже, швидкість руху часточок у рідкому середовищі під дією сили гравітації залежить від розміру часточок, їх густини і форми, а також від властивостей дисперсійного середовища, його в'язкості і в кінцевому рахунку від режиму руху часточок. Густина дисперсної фази залежить від хімічної природи речовини, її хімічного та мінералогічного складу і змінюється в досить широких межах. Так, для кварцового піску вона дорівнює 2,65 г/см3, глини — 2,60, гідроксиду алюмінію — 3,4, оксиду алюмінію — 4,0, гідроксиду феруму (III) — 4,2 і оксиду феруму (III) — 5,12 г/см3. Густина і в'язкість дисперсійного середовища залежать від концентрації розчинених у ньому речовин та від температури. На рис. 3.3 як приклад представлені густина і в'язкість розчинів сульфату алюмінію — найбільш використовуваного коагулянту. Для того щоб збільшити швидкість осадження завислих часточок, слід прагнути до збільшення їх розміру і густини, а також до зменшення в'язкості і густини дисперсійного середовища (води і водних розчинів). Досягти збільшення розміру завислих часточок, а також їх густини можна коагуляцією за допомогою коагулянтів, у результаті чого утворюються пластівці з вищою густиною. Зменшення густини і в'язкості водної суспензії досягають її розбавлянням. Чим більш розбавлений водний розчин у суспензії, тим менші його густина і в'язкість. Проте безмежно розбавляти суспензії недоцільно, оскільки в цьому разі знижується продуктивність згущувачів, а також збільшується об'єм вод, що створює певні ускладнення в організації циклу замкненого обороту.
Рис. 3.3. Залежність густини (а) і в'язкості (б) розчинів сульфату алюмінію від концентрації і температури.
Більшість завислих часточок, що містяться в очищуваних стічних водах і утворюються в процесі водоочищення, неоднорідні за розмірами, формою і масою. Тому експериментальне визначають характер процесу осадження, використовуючи седиментометр Н.А.Фігуровського, інтегратор завислих часточок, розроблений колишнім ВНДІ ВОДГЕО, осадження в циліндрі або інші методи. Потім будують графічну залежність маса завислих речовин — час осадження (рис. 3.3). Проводячи дотичні до кривої осадження в окремих її точках і продовжуючи їх до перетину з віссю ординат, визначають масу фракції, що осіла за певний проміжок часу.
Час осадження т залежить від висоти Н шару згущуваної суспензії. Частка від ділення цієї висоти Н на час т, що відповідає певному відсотку завислих часточок, які випали в осад (т-і, т-г і т.д,), характеризує "відсоткову" швидкість випадання завислих речовин;
Рис. 3.4. Осадження полідисперсної системи.
На основі дослідження багатьох кривих у координатах "швидкість осадження — масова частка завислих речовин порівнюють здатність різних суспензій до прояснення. За цією методикою визначають кількість завислих часточок (у %), що випали, за швидкостей осадження 0,2 мм/с (В) і 1,2 мм/с (А), відповідних часу перебування очищуваної води у відстійнику протягом 6 і 1 год (глибина відстійника становить 4 м). Відношення А/В називають показником осадження завислих речовин. Пологі лінії для крупних фракцій, лінія з крутим нахилом— для дрібних.
Для проектування відстійників користуються методом технологічного моделювання процесу осадження. В основу цього методу покладена подібність кривих осадження завислих речовин, отриманих за різних висот шару суспензії.
У разі осадження агломерованих завислих речовин це співвідношення може не виконуватись.
Швидкі фільтри використовують для прояснення вод з каламутністю 8— 12 мг/дм3 і мають швидкість фільтрування 5,5—15 м/год. Швидкі фільтри розділяють на безнапірні і напірні, що працюють під тиском, який створює насос (помпа). Висоту шару завантаження встановлюють залежно від діаметра його ;зерен. За розмірів зерен завантаження 0,50...1,25 мм висота шару становить 700 мм, за 0,7...1,6 — 1200...1300 мм; за 0,8...2,0 - 1800...2000 мм. І швидкість води в підвідних трубопроводах і каналах дорівнює 0,8—1,2 м/с,
Для розділення суспензій фільтруванням у промисловості використовують (надзвичайно велику кількість різноманітних конструкцій фільтрів періодичної та 'безперервної дії з використанням вакууму або тиску: нутч-фільтри періодичної їдії, що працюють під вакуумом, та фільтр-преси, що працюють під тиском, автоматизовані фільтр-преси з горизонтальними камерами (ФПАКМ), листові і патронні фільтри, стрічкові і барабанні вакуум-фільтри різних модифікацій.