Основні відомості про відстійники
Пристрій відстоювання є дешевшим процесом, ніж інші процеси розділення неоднорідних систем, наприклад фільтрування. Відстоювання застосовують в якості первинного процесу розділення, здійснення якого часто дозволяє прискорити (при інших рівних умовах) фільтрування чи центрифугування суспензій.
Відстоювання проводять в апаратах, які називають відстійниками чи згущувачами.
Розрізняють такі види відстійників: періодичної, безперервної і напівбезперервної дії, причому безперервнодіючі відстійники, у свою чергу, діляться на одноярусні, двоярусні і багатоярусні.
Відстійники періодичнодіючі, являють собою низькі басейни без перемішуючих пристроїв. Такий відстійник заповнюється суспензією, яка залишається в стані спокою протягом певного часу, необхідного для осідання твердих частинок на дно апарату. Після цього шар освітленої рідини декантують, тобто зливають через сифонну трубку чи крани, розташовані вище рівня осаду, що осів. Останній, зазвичай являє собою рухому текучу густу рідку масу — шлам, вивантажують уручну через верх апарату чи видаляють через нижній спусковий кран.
Розміри і форма апаратів періодичної дії залежать від концентрації диспергованої фази і розмірів її частинок. Чим більші частинки і чим більша їх щільність, тим менший діаметр може мати апарат. Швидкість відстоювання істотно залежить від температури, зі зміною якої змінюється в'язкість рідини, причому швидкість осадження зворотно пропорційна в'язкості, а остання зменшується зі збільшенням температури.
Для відстоювання невеликих кількостей рідини застосовують відстійники у вигляді циліндрових вертикально встановлених резервуарів з конічним днищем, що має кран або люк для розвантаження осаду і декілька кранів для зливу рідини, встановлених на корпусі на різній висоті.
Для відстоювання значних кількостей рідини, наприклад для очищення стічних вод, використовують бетонні басейни великих розмірів або декілька послідовно сполучених резервуарів, що працюють напівбезперервним способом: рідина поступає і видаляється безперервно, а осад вивантажується з апарату періодично.
. Відстійник напівбезперервної дії з похилими перегородками
На рис. 1 показаний відстійник напівбезперервної дії з похилими перегородками. Вихідна суспензія подається через штуцер 1 у корпус 2 апарата, усередині яких розташовані похилі перегородки 3, що направляють потік поперемінно вгору і вниз. Наявність перегородок збільшує час перебування рідини і поверхню осадження в апараті. Осад збирається в конічних днищах (бункерах) 4, звідки періодично видаляється, а освітлена рідина безперервно відводиться з відстійника через штуцер 5.
Рис. 1. Відстійник з похилими перегородками: 1 - штуцер для вводу початкової суспензії; 2 - корпус; 3 – похилі перегородки; 4 - бункер для осаду; 5 - штуцер для відводу освітленої рідини.
У промисловості найбільш поширені відстійники безперервної дії.
4. Відстійники безперервної дії
Відстійник безперервної дії з гребковою мішалкою (рис. 2) є невисоким циліндровим резервуаром 1 з плоским злегка конічним днищем і внутрішнім кільцевим жолобом 2 уздовж верхнього краю апарату. У резервуарі встановлена мішалка 3 з похилими лопатями, на яких є гребки 4 для безперервного переміщення осідаючого матеріалу до розвантажувального отвору 7. Одночасно гребки трохи збовтують осад, сприяючи цим ефективнішому його зневодненню. Мішалка робить від 0,015 до 0,5 об/хв, тобто обертається настільки поволі, що не порушує процесу осадження. Початкова рідка суміш безперервно подається через трубу 5 в середину резервуару. Освітлена рідина переливається в кільцевий жолоб і видаляється через штуцер 6. Осад (шлам) — текуча згущена суспензія (з концентрацією твердої фази не більше 35-55%) — видаляється з резервуару за допомогою діафрагмового насоса. Вал мішалки приводиться в обертання від електродвигуна 8 через редуктор.
Рис. 2. Відстійник безперервної дії з гребковою мішалкою:
1 — корпус; 2 — кільцевий жолоб; 3 — мішалка; 4 — лопаті з гребками; 5 — труба для подачі початкової суспензії; 6 — штуцер для виведення освітленої рідини; 7 — розвантажувальний пристрій для осаду (шламу); 8 - електродвигун.
Разом з осадом, що видаляється, часто втрачається значна кількість рідини, тому для зменшення її втрат і виділення рідини зі згущеної суспензії осад із першого відстійника направляють в інший відстійник для відмивання водою і подальшого відстоювання. Осад, отриманий в другому апараті, міститиме таку ж кількість рідини, що і осад у першому відстійнику, але вже значно розбавлений водою. За наявності декількох послідовно сполучених відстійників можна видалити з осаду до 97-98% рідини. Для зменшення кількості промивних вод відстоювання проводять за принципом протитечії (рис.3): осад послідовно рухається з першого відстійника в останній, а вода — в напрямі, зворотному руху осаду.
Промивні води
Рис.3. Схема безперервного протитечійного відмивання осаду від рідини
Промивні води використовують потім для приготування початкової суспензії.
Окрім безперервності дії і великої продуктивності (яка становить іноді 3000 т/добу осаду) гребкові відстійники мають такі переваги: у них досягається рівномірна щільність осаду, є можливість регулювання її шляхом зміни продуктивності, забезпечується ефективніше зневоднення осаду внаслідок легкого збовтування його мішалкою. Робота таких відстійників може бути повністю автоматизована. До недоліків цих апаратів слід віднести їх громіздкість. Гребкові нормалізовані відстійники мають діаметр від 1,8 до 30 м, а в деяких виробництвах, наприклад для очищення води, відстійники досягають в діаметрі 100 м.
При необхідності встановлення відстійників значних діаметрів займаюча ними площа буде велика. З метою зменшення цієї площі застосовують багатоярусні відстійники, що складаються з декількох апаратів, встановлених один на одний.
Багатоярусні відстійники. Розрізняють багатоярусні відстійники закритого і збалансованого типів.
Простий багатоярусний відстійник закритого типу (рис.4, а) являє собою декілька відстійників, поставлених один на одний, що мають загальний вал для гребкових мішалок і відповідно, — загальний привід.
Рис. 4. Багатоярусні відстійники закритого (а) і збалансованого (б) типів:
1 — розподільник початкової суспензії: 2 — труба-стакан для введення суспензії в кожен ярус; 3 — колектор для збору освітленої рідини; 4 — збірка осаду (шламу).
На рис. 4 для простоти показані лише два розташованих один над іншим відстійника. У місцях проходу валу крізь днище кожного відстійника встановлені ущільнюючі сальники. Таким чином, у цих відстійниках зливання освітленої рідини і вивантаження осаду здійснюються роздільно з кожного ярусу.
Досконалішими є багатоярусні відстійники збалансованого, чи урівноваженого типу (рис.4, б). Такі відстійники також мають загальний вал і привід, але, на відміну від відстійників закритого типу, їх яруси послідовно сполучені по шламу: стакан для видалення шламу з кожного вище розташованого ярусу опущений нижнім кінцем в шар згущеного шламу розташованого нижче ярусу.
Відстійники працюють таким чином: початкова суспензія з розподільного пристрою 1 подається через стакани 2 в кожен ярус. Освітлена рідина через зливні патрубки збирається в колектор 3. Згущений осад, під час застосування відстійника закритого типу видаляється роздільно з кожного ярусу в збірники 4, а у відстійниках збалансованого типу—тільки з нижнього ярусу.
Таким чином, у апаратах закритого типу дно кожного ярусу сприймає тиск всієї маси суспензії, що знаходиться в ньому, а у відстійників збалансованого типу навантаження на дно сприймає тільки нижній ярус.
Крім багатоярусних відстійників велика поверхня осадження досягається також у відстійниках безперервної дії з конічними полицями (рис. 5). Суспензія, що розділяється, подається через штуцер 1 і розподіляється по каналах між конічними полицями 2 (через одну), на поверхні яких відбувається осадження твердих частинок. Частинки, що осіли, сповзають по похилих полицях до стінок корпусу і потім переміщуються вниз до штуцера 3 для видалення шламу. Освітлена рідина відводиться по каналах 4 між двома вище розміщеними полицями і виводиться з апарату через штуцер 5. Перевагою відстійників цього типу є відсутність рухомих частин і простота обслуговування.
Рис. 5. Відстійник безперервної дії з конічними полицями: 1 - штуцер для підведення суспензії, що розділяється; 2 - конічні полиці; 3- штуцер для відведення шламу; 4 - каналів для відведення освітленої рідини; 5 - штуцер для виведення освітленої рідини.
На рис. 6 показаний відстійник безперервно дії для розділення емульсій. Він являє собою горизонтальний резервуар, усередині якого проти вхідного штуцера 1 встановлена перфорована відбійна перегородка 2. Вона служить для запобігання збуренням рідини струменем емульсії, що надходить. Поперечний перетин відстійника вибирають таким, щоб рух рідини в корпусі апарату був ламінарним або близьким до нього (швидкість — декілька мм/сек), що сприяє прискоренню відстоювання. Легка рідка фаза видаляється з апарату по трубопроводу 3, важка — по трубопроводу 4. На останньому є пристрій 5 для розриву сифона, попереджуючий повне спорожнення резервуару.
Рис. 6. Відстійник безперервної дії для розділення емульсій: 1 - штуцер для підводу емульсії; 2 - перфорована перегородка; 3 - трубопровід для відводу легкої фази; 4 - трубопровід для відводу тяжкої фази; 5 - пристрій для розриву сифона.