Удаление взвешенных частиц под действием центробежных сил
Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводят в гидроциклонах и центрифугах.
ГИДРОЦИКЛОНЫ. Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяются для осаждения твердых примесей, а открытые - для удаления осаждающихся и всплывающих примесей.
Гидроциклоны просты по конструкции, компактны, их легко обслуживать. Они отличаются большой производительностью и невысокой стоимостью. На эффективность работы гидроциклонов влияют физические свойства жидкости и твердой фазы (вязкость, удельный вес, диаметр твердых частиц), а также конструктивные параметры гидроциклонов (диаметр аппарата, диаметры и устройство входного и сливных патрубков). Из напорных гидроциклонов наибольшее распространение получили аппараты конической формы. Гидроциклоны изготавливаются диаметром от 10до 700 мм, высота цилиндрической части примерно равна диаметру аппарата, угол конусности равен 10-30 градусов. Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70-80%. Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат (батарею), в котором они работают параллельно. Такие аппараты называют мультигидроциклонами. Они наиболее эффективны при очистке сточных вод от тонкодисперсных твердых частиц. Производительность напорных гидроциклонов определяют по формуле:
,
где K1 — коэффициент, зависящий от условий входа сточной воды в гидроциклон для гидроциклонов с D=0,125-0,6 м и =30° K1=0,524
D — диаметр гидроциклона, м; dВХ — диаметр входного патрубка, м; — перепад давления между сливным и входным патрубками, Па.
ОТКРЫТЫЕ (БЕЗНАПОРНЫЕ) ГИДРОЦИКЛОНЫ. Их применяют для очистки сточных вод от крупных примесей (гидравлической крупностью 5 мм/с и более). От напорных гидроциклонов они отличаются большей производительностью и меньшим гидравлическим сопротивлением. Схема одного из гидроциклонов — с внутренним цилиндром и конической диафрагмой показана на рис. 4).
Рис. 4. Схема открытого гидроциклона
На рисунке: 1 — вход ной патрубок, 2 — кольцевой водослив, З — отвод для чистой воды, 4 — шламоотводящая труба.
Производительность открытого гидроциклона определяется по формуле:
Q=0.875q.D2
гдеq — удельный расход воды: q = 4,32 Wo; с внутренней перегородкой q = 7,15Wo. При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются следующие параметры: D = 2-10 м; Н = D; dВХ = 0,1.D; угол конусности = 60°.
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 стенах барабана. Его удаляют вручную или ножевым съемом. Такое фильтрование наиболее эффективно, когда надо получать продукт с наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.
Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными. Производительность центрифуги равна
где К — коэффициент использования объема ванны (К=0,4-0,6); Vh — расчетный объем ванны ротора; — продолжительность пребывания суспензии в роторе.
ФИЛЬТРОВАНИЕ. Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.
Для очистки сточных вод машиностроительных предприятий используют два класса фильтров:
1. зернистые, в которых очищаемую жидкость пропускают через насадки не связанных пористых материалов;
2. микрофильтры — фильтроэлементы изготовлены из связанных пористых материалов.
В зернистых фильтрах широко используют в качестве фильтроматериалов кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит, и др. Зернистые фильтры изготавливают однослойными и многослойными. Скорость фильтрации в таких фильтрах невысока и составляет 0,0014 -0,002 м/с. Для выделения из сточных вод механических загрязнений с размерами частиц менее 0,01 мм применяют микрофильтры, в которых фильтрующий элемент изготавливают из одного или нескольких слоев металлических сеток с размерами ячейки (2-4)-105 м или из натуральных или искусственных тканей. Для очистки сточных вод машиностроительных предприятий применяют барабанные или пластинчатые конструкции микрофильтров.
Рис. 5. Схема каркасно-насыпиого фильтра
На рис. 5 представлена схема каркасно-насыпного фильтра. Очищаемая сточная вода поступает по коллектору 3 и через отверстия в нем равномерно распределяется по сечению фильтра. Нисходящий поток сточной воды проходит через слой гравия 5 и песка 6, через перфорированное днище 2, установленное на поддерживающем слое гравия 1 и через трубопровод 8 отводится из фильтра. Регенерацию фильтра осуществляют продувкой сжатого воздуха, подаваемого в фильтр по трубопроводу 4, с последующей обратной промывкой водой через вентиль 7.
Для очистки сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов от ферромагнитных примесей применяют электромагнитные фильтры (рис.б), в которых используют силы взаимодействия между намагниченной фильтровальной загрузкой и ферромагнитными примесями сточной воды.
Рис. 6. Схема электромагнитного фильтра
Исходная сточная вода через трубопровод 1 поступает в корпус 3 из немагнитного материала, проходит через ограничительную решетку 4, фильтровальную загрузку 5 из ферромагнитных частиц с толщиной слоя 0,15-0,2 м, опорную решетку б и выводится из фильтра по трубопроводу 7. Намагничивание фильтровальной загрузки осуществляется магнитным полем, создаваемым катушкой индуктивности 2 с ферромагнитным сердечником. Эффективность очистки сточных вод от ферромагнитных и немагнитных примесей составляет соответственно 95-98 и 40-60%. Регенерацию фильтра осуществляют при выключенном электромагнитном поле не очищенной сточной водой в направлении фильтрования или в обратном направлении чистой водой.