22.Сточные воды. Удаление взвешенных примесей под действием центробежных сил.

Сточные воды представляют собой сложные системы, которые содержат органические и минеральные загрязнения, находящиеся в коллоидном и нерастворимом состоянии. Общий объем сточных вод – 12-15 км³. Основные загрязнители ^– нефтепродукты, биогенные вещества, фенолы, ядохимикаты, соли тяжелых металлов, радионуклиды. Сточные воды подразделяют на 3 категории: бытовые (хоязйственно-фекальные), производственные и атмосферные (ливневые). Отличительная особенность бытовых сточных вод – постоянство их состава. Они содержат субстрат гетеротрофных бактерий, при их очистке применяют биологиечский метод. Количество и состав производственных сточных вод зависит от ряда факторов: режимов его ведения, состава сырья выпускаемой продукции, состава и свойств воды и др.

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

Гидроциклоны. Для очистки сточных вод использу ют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроцик­лоны применяют для осаждения твердых примесей, а открытые— для удаления осаждающих и 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 движу щегося потока, гравита­ционные силы и силы инерции. Силы инерции незначительны, и ими можно пренебречь. При высоких скоростях вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести.

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

Сточную воду тангенциально подают внутрь гидроциклона. При вращении жидкости под действием центробежной силы внутри гид­роциклона образу ется 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 гидроциклона. Другая часть (осветленная) по­ворачивает и движется вверх около оси гидроциклона. Кроме того, возникают радиальные и замкнутые циркуляционные токи. В цент­ре образуется возду шный столб, давление которого меньше атмос­ферного. Он оказывает атияние на эффективность гидроциклонов.

Гидроциклоны 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 на 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 патру бка возрастает ту рбулентное перемешивание, которое отрица­тельно сказывается на скорости осаждения частиц. Турболентное перемешивание снижают изменением конструкции гидроциклона. Для этой цели уменьшают сечение рабочей струи, уменьшив диа­

метр 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 тур- богидроциклонами.

Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в котором они работают параллельно. Такие аппараты называют муль- тигидроциютонами. Мультициклоны наиболее эффективны при очи­стке небольших количеств воды от тонкодиспергированных приме­сей. Увеличение производительности этих аппаратов достигается путем компоновки их в блоки со значительным числом рабочих еди­ниц (рис. 11-13, б). Для глубокой очистки последовательно устанав­ливают гидроциклоны разных типоразмеров.

Открытые (безнапорные) гидроциклоны. Их применяют для очистки сточных вод от крупных примесей (гидравлической крупностью 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, е.

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 лоток. 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 несколь­

ко 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). 

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 шламоотводящей щели 100 мм; число впусков 3; скорость воды на входе в аппарат принимается рав­ной 0,5 м/с.

Центрифуги. Для удаления осадков из сточных вод могут 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 полу чать продукт с наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.

Фильтрующие центрифуги применяют для разделения суспензий, когда требуется высокая степень обезвоживания осадка и эффектив­ная его промывка, а также в тех случаях, когда используется 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, ножевой, поршневой, шнековой или цен­тробежной выгрузкой). Они могут быть в герметизированном и не- герметизированном исполнении.

Центрифуги периодического действия применяют при расходах су спензии меньше 5 м3/ч в широком диапазоне концентраций сус­пензий с частицами диа*метров больше 10 мкм. Наибольшее распро­странение получили центрифуги с механизированной выгрузкой осад­ка. Цикл их работы состоит из следующих операций: наполнения, центрифугирования, промывки осадка, центрифугирования после промывки и выгрузки осадка. Среди 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 полу чили горизон­тальные шнековые центрифуги типа ОГШ. Их используют для вы­деления частиц гидравлической крупностью примерно 0,2 мм/с (про­тивоточные) и 0,05 мм/с (прямоточные).