2.3.1.3. Специальные устройства для механической очистки сточных вод

Производственные сточные воды, содержащие примеси с плотностью меньше плотности воды, т. е. всплывающие примеси (нефть, смолы, масла, жиры и другие им подобные), очищают также отстаиванием в нефтеловушках, смоло- и маслоуловителях.

А) Нефтеловушки применяются для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефть и нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л. Сооружения представляют собой прямоугольные, вытянутые в дину резервуары. В них происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, а содержащиеся в сточной воде минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки.

В горизонтальной нефтеловушке (рис. 2.18) нефть всплывает на поверхность очищаемой воды в отстойной камере, которая ограничена нефтеудерживающей перегородкой, и удаляется с помощью скребкового транспортера и нефтесборной трубы. Горизонтальные нефтеловушки имеют не менее двух секций. Ширина секций составляет 2 – 3 м, глубина отстаиваемого слоя воды 1,2 – 1,5 м, продолжительность отстаивания не менее 2 ч. Скорость движения воды в нефтеловушке 5*10^-3 – 10^-2 м/с, степень очистки от нефтепродуктов – 96 – 98%.

Рис. 2.18 – Типовая нефтеловушка

1 – труба для ввода воды; 2 – приемная камера; 3 – щелевая распределительная перегородка; 4 – приямок для осадка; 5 – отстойная камера; 6 – донный скребок;

7 – нефтеудерживающая перегородка; 8 – сборный лоток; 9 – труба для отвода воды;

10 – нефтесборные трубы; 11 – скребок для сбора нефти; 12 – лебедка

Усовершенствованными разновидностями горизонтальных нефтеловушек являются радиальные и полочные тонкослойные нефтеловушки. Они имеют меньшие габариты и более экономичны.

На рис. 2.19 приведена схема многоярусной нефтеловушки.

Рис. 2.19. Схема многоярусной нефтеловушки

1 – подвод воды; 2 – водораспределительная труба; 3 – нефтесборные трубы;

4 – полочный блок; 5 – скребковый транспортер; 6 – отвод воды;

7 – гидроэлеватор; 8 – отвод осадка

Б) Жироловушки устроены по аналогии с нефтеловушками. Они используются для улавливания жиров из сточных вод. Также для этой цели используются такие сооружения, как прямоугольные и радиальные отстойники-смолоуловители.

2.3.2. Устройства для выделения из сточных вод нерастворимых примесей под действием центробежных сил

Интенсификацию процессов осаждения взвешенных частиц из сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных сил в специальных устройствах. К таким устройствам относятся гидроциклоны, центрифуги, сепараторы.

2.3.2.1.Гидроциклоны

Гидроциклоны – аппараты для осветления производственных сточных вод (для разделения суспензий). Принцип действия гидроциклона основан на осаждении твердых частиц под действием центробежных сил во вращающемся потоке жидкости. Центробежные силы примерно в сотни раз превышают силы тяжести (гравитационные).

К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести:

- высокую производительность и высокое качество процессов разделения;

- компактность и простоту устройства;

- сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;

- отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы (центробежное поле создается за счет тангенциального подвода сточной воды).

Гидроциклоны бывают двух типов: открытые и напорные.

Открытые гидроциклоны (рис. 2.20) используются для выделения как оседающих грубодисперсных примесей (в основном минерального происхождения) гидравлической крупностью более 20 мм/с, таких как песок, уголь, окалина, компоненты керамики, стекла, строительных материалов и т.п., так и всплывающих примесей. Их также можно применять для выделения скоагулированных взвешенных веществ.

Рис. 2.20. Открытый гидроциклон с конической диафрагмой:

1 - периферический водослив; 2, 3 - соответственно плоская и коническая диафрагма;

4 - отвод осветленной воды; 5 - отверстие для удаления шлама; 6 - подача сточной воды

В рабочей зоне аппарата образуется вращательное движение потока, которое обеспечивается тангенциальным подводом сточных вод к цилиндрическому корпусу. Число впускных патрубков должно быть не менее двух для более равномерного распределения потока. Скорость впуска воды составляет 0,1 – 0,5 м/с. Диаметр цилиндрической части гидроциклона составляет 2 – 10 м.

Указанные устройства могут быть единичными и батарейными (мультициклоны). Существуют также многоярусные гидроциклоны, используемые для интенсификации процесса очистки. В них рабочий объем разделен на отдельные ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами.

Открытые гидроциклоны бывают следующих типов:

- без внутренних устройств для выделения из сточных вод крупных и мелкодисперсных взвешенных веществ;

- с конической диафрагмой и с внутренним цилиндром для выделения оседающих и всплывающих мелкодисперсных взвешенных веществ;

- многоярусные с наклонными выпусками осветленной воды из каждого яруса (рис. 2.21) для выделения крупных и мелкодисперсных взвешенных веществ;

- многоярусные с периферийным отбором осветленной воды для выделения оседающих крупно- и мелкодисперсных взвешенных веществ.

Рис. 2.21. Многоярусный открытый гидроциклон:

1 - водосборный желоб; 2 - полупогруженная кольцевая стенка;

3 - аванкамера; 4 - ярусы; 5 - шламоотводные козырьки;

6 - водоподающие трубы; 7 - труба для удаления всплывающих веществ;

8 - труба для удаления шлама; 9 - шламоотводящая шахта;

10 - конические диафрагмы; 11 - выпуск осветленной воды;

12 - тангенциальные впускные насадки; 13 - наклонные впуски

Многоярусные гидроциклоны используют для интенсификации процесса очистки. В них рабочий объем разделен на отдельные ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами. Вследствие этого высота слоя отстаивания уменьшается. Вращательное движение позволяет полнее использовать объем яруса и способствует агломерации взвешенных частиц. Каждый ярус гидроциклона работает самостоятельно.

В конструкции многоярусного гидроциклона совмещены принципы работы открытого гидроциклона и тонкослойного отстойника, что позволяет получить высокую эффективность очистки при удельных гидравлических нагрузках в 8 - 10 раз и более, превышающих нагрузки на обычные отстойники. Очищаемая сточная вода подается тангенциально через три щели.

Выбор типа гидроциклона в каждом конкретном случае следует определять технико-экономическим сравнением вариантов.

Напорные гидроциклоны (рис. 2.22) применяются для выделения из производственных сточных вод грубодисперсных примесей главным образом минерального происхождения, плотность которых отличается от плотности жидкой среды сточных вод.

Рис. 2.22. Конструкция напорного гидроциклона со съёмными элементами

рабочей камеры:

1 - цилиндрическая часть; 2 - сливной патрубок; 3 - питающий патрубок;

4 - корпус; 5 - шламовый патрубок; 6 - съёмная вставка

Напорные гидроциклоны используются для выделения только оседающих примесей. Сточная вода подается тангенциально по трубе, расположенной в верхней цилиндрической части резервуара и приобретает вращательное движение. Осадок отводится через отверстие, а осветленная вода – через сливной патрубок.

Движение воды происходит по винтовым пространственным спиралям. Под действием центробежных сил твердые частицы отбрасываются от центра к периферии, скапливаются у стенок, затем собираются в нижней конической части, сползают к шламовому отверстию, после чего удаляются. В напорном гидроциклоне формируются внешний и внутренний спиральные потоки воды, направление вращения которых совпадает. Осветленная жидкость движется во внутреннем спиральном потоке снизу вверх к сливному патрубку. Напор определяет окружную скорость в гидроциклоне и влияет на эффект очистки. Указанные гидроциклоны производятся с диаметрами цилиндрической части 100 – 500 мм.

Для более тонкой очистки необходимо уменьшение диаметра аппарата, но это ведет к снижению его производительности. Поэтому гидроциклоны малых диаметров (25 – 100 мм) объединяют в батарейные (мультигидроциклоны), состоящие из большого числа циклонных элементов (24 – 48 шт.), устанавливаемых параллельно, и имеющих единую систему питания. Такие гидроциклоны служат для очистки от мелкодисперсных примесей. Напорные гидроциклоны можно соединять в 2 – 3 ступени и последовательно для улучшения эффекта очистки (вначале аппараты большого диаметра, а затем – малого).

К недостаткам напорных гидроциклонов относятся значительный расход электроэнергии и быстрый износ аппарата (при работе с грубодисперсными примесями).

На рис. 2.23 приведена принципиальная схема движения воды в напорном гидроциклоне.

Рис. 2.23. Принципиальная схема движения воды в напорном гидроциклоне

1 – питающий патрубок; 2, 5 – соответственно нисходящий и восходящий потоки;

3, 6 – соответственно коническая и цилиндрическая части;

4 – шламовое отверстие; 7 – сливной патрубок