- •Глава 1. Методы очистки сточных вод.
- •Глава 2. Процессы и аппараты механической очистки сточных вод.
- •3.3. Экстракционные аппараты и установки.
- •Глава 1. Методы очистки сточных вод.
- •1.1. Источники загрязнения гидросферы.
- •1.4. Методы и способы очистки сточных вод от примесей.
- •Глава 2. Процессы и аппараты механической очистки сточных вод
- •2.1. Сооружения первичной обработки сточных вод.
- •2.1.1. Усреднители.
- •2.1.2. Решетки.
- •Полезная длина стержней решетки составит
- •2.2. Аппараты для осаждения примесей из сточных вод.
- •2.2.1. Песколовки.
- •2.2.2. Отстойники.
- •Тогда объем осадка
- •2.2.3. Гидроциклоны.
- •2.2.4. Центрифуги.
- •Устанавливаем две центрифуги типа ногш-600.
- •2.2.5. Жидкостные сепараторы.
- •2.3. Фильтрационные установки.
- •2.3.1. Барабанные сетки и микрофильтры.
- •Продолжительность фильтроцикла, с . . . . . . . . . . . 9
- •Глава 3. Установки и аппараты для физико-химической очистки сточных вод
- •3.1. Установки для коагулирования и флокулирования примесей сточных вод.
- •Суммарное количество осадка, поступающего в уплотнитель
- •3.2. Флотационные установки.
- •3.3. Экстракционные аппараты и установки.
- •Определяем высоту рабочей части экстрактора
- •3.4. Сорбционные и ионообменные установки.
- •Тогда с учетом потерь расход сточных вод равен
- •Объем рабочей части фильтра (объем загрузки) составляет
- •Плотность частицы набухшего катионита
- •Характеристики ацетатцеллюлозных мембран
- •Глава 4. Аппараты для химической очистки сточных вод
- •4.1. Установки для нейтрализации.
- •Количество реагентов для нейтрализации 100%-х кислот и щелочей
- •Количество реагентов, требуемое для удаления металлов
- •Характеристика озонаторов трубчатого типа
- •Глава 5. Процессы и аппараты для биологической очистки сточных вод
- •5.1.1. Аэротенки.
- •В выражении (5.1) уравнение скорости реакции окисления загрязнений имеет вид
- •5.1.2. Окситенки.
- •Расчет.
- •5.2. Сооружения биологической очистки сточных вод в естественных условиях.
- •Глава 6. Процессы и аппараты для глубокой очистки (доочистки) сточных вод.
- •6.1. Глубокая очистка сточных вод на фильтрах с зернистой и плавающей загрузками.
- •6.2. Удаление растворенных веществ методом сорбции.
- •6.3. Биологическая денитрификация.
- •6.4. Установки для обеззараживания сточных вод.
- •6.5. Устройства для насыщения кислородом очищенных сточных вод.
- •6.5. Схемы сооружений глубокой очистки.
- •Сооружений доочистки:
Тогда объем осадка
м3/ч.
Объем образовавшего за месяц осадка составит
Vос = 0,012.5.22 = 1,35 м3/мес.
Объем сборника осадка назначается 0,7 м3, при этом рекомендуется удалять осадок не реже 2-х раз в месяц.
2.2.3. Гидроциклоны.
Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования частицы в центробежном поле гидроциклона может превышать скорость осаждения эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз.
К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести: 1) высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии; 2) сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок; 3) отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет тангенциального ввода сточной воды; 4) возможность создания компактных автоматизированных установок.
Интенсификацию процессов осаждения взвешенных частиц из сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных и центростремительных сил в низконапорных (открытых) и напорных гидроциклонах. Вращательное движение жидкости в гидроциклоне, приводящее к сепарации частиц, обеспечивается тангенциальным подводом воды к цилиндрическому корпусу. Вращение потока способствует агломерации частиц и увеличению их гидравлической крупности.
Открытые гидроциклоны (рис. 2.18) применяют для выделения из сточных вод тяжелых примесей, характеризуемых гидравлической крупностью более 0,2 мм/с и скоагулированных взвешенных веществ. Часто их используют в качестве первой ступени в комплексе с другими аппаратами для механической очистки сточных вод. Значительным преимуществом открытых гидроциклонов является большая удельная производительность (2…20 м3/(м2.ч)) при небольших потерях напора (не более 0,5 м). Число впускных патрубков в гидроциклоне для более равномерного распределения потока должно быть не менее двух. Скорость впуска воды равна 0,1…0,5 м/с.
Рис. 2.18. 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.
Открытые гидроциклоны применяются 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;
многоярусный с наклонными выпусками осветленной воды из каждого яруса (рис. 2.19) для выделения крупных и мелкодисперсных взвешенных веществ;
многоярусный с периферийным отбором осветленной воды для выделения оседающих крупно- и мелкодисперсных взвешенных веществ.
Рис. 2.19. 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.
Основной расчетной величиной открытых гидроциклонов является удельная гидравлическая нагрузка q, м3/(м2∙ч), которая определяется по формуле
q = 3,6K u0 ,
где u0 — гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта; определяется по кривым кинетики осаждения, получаемым в лабораторных условиях при отстаивании исходной сточной воды в состоянии покоя в слое h = 200 мм; K — коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гидроциклона и равный: для гидроциклона без внутренних устройств 0,61; для гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром 1,98; для многоярусных гидроциклонов:
- с наклонными выпусками
K = 0,75n(D2 - d2)/D2,
здесь n — число ярусов; D — диаметр гидроциклона; d — диаметр окружности, на котором располагаются раструбы выпусков;
- с периферийным отбором осветленной воды
K =1,5n(D2 - d22)/D2,
здесь n — число пар ярусов; d2 — диаметр отверстия средней диафрагмы пары ярусов.
Производительность одного аппарата Q, мз/ч, определяется по формуле
Q = 0,785qD2.
Формула для расчета содержания взвешенных веществ Сосв, мз/ч, осветленной воде для открытого гидроциклона
Сосв = А q/H,
где А — коэффициент, равный при работе без коагулирования 0,075 и с коагулированием. 0,033.
Скорость восходящего потока в аванкамере принимают равной 0,5 м/с.
Основные параметры многоярусного гидроциклона следующие: диаметр гидроциклона 2…6 м, высота яруса = 100…250 мм, число ярусов 4…20, диаметр центрального отверстия в диафрагме d = 0,6…1,4 м, ширина шламовыводящей щели b = 100…150 мм, число впусков = 3, скорость потока на входе = 0,3…0,4 м/с, число выпусков = 2…3, скорость потока на выходе из яруса м/с, зазор между корпусом и конической диафрагмой = 50…70 мм, угол конуса диафрагмы = 60…90°.
Напорные гидроциклоны (рис. 2.20) применяются для выделения из производственных сточных вод грубодисперсных примесей главным образом минерального происхождения, плотность которых отличается от плотности жидкой среды сточных вод.
Сточная вода под давлением поступает по тангенциально расположенному вводу в верхнюю часть цилиндра и приобретает вращательное движение. Возникающие центробежные силы перемещают частицы примесей к стенкам аппарата по спиральной траектории вниз к выходному патрубку. Очищенная вода удаляется через верхний патрубок. Фактор разделения напорных гидроциклопов достигает 2000, что обусловливает их высокую эффективность. Гидроциклоны могут иметь диаметры от 15 до 1000 мм.
Рис. 2.20. Напорный гидроциклон:
1 – коническая часть циклона; 2 – цилиндрическая часть циклона; 3 – сливной патрубок; 4 – тангенциальный патрубок; 5 – шламовая насадка.
Напорные гидроциклоны могут быть единичными и батарейными (мультигидроциклоны) и используются при осветлении сточных вод для сгущения осадка, обогащения известкового молока и твердой фазы сточных вод в процессе их утилизации. При осветлении, производственных сточных вод мультигидроциклоны обеспечивают высокую степень очистки.
Основное влияние на процесс разделения оказывает окружная скорость движения, величина которой определяет интенсивность вращения жидкости, и следовательно, фактора разделения.
Конструктивные размеры напорных гидроциклонов подбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации и свойств примесей.
Суммарная, производительность напорных гидроциклонов определяется в зависимости от конструктивных размеров аппаратов, давления питания и гидродинамических условий выхода жидкости и шлама. В большинстве случаев напорные гидроциклоны работают без противодавления со стороны сливного и шламового патрубков, т.е. давление на выходе из сливного и шламового патрубков соответствует атмосферному (Рсл = Рат, Ршл = Рат).
Производительность гидроциклона назначенных размеров Qпит, л/с, рассчитывается по формуле
,
где - D, dпит, dсл, dшл, Hц даны в см; – в град; Рпит – в МПа.
Требуемое число напорных гидроциклонов nраб определяется с учетом обеспечения расчетной производительности установки и надежности работы, т.е.
nраб = Q/Qпит ,
где Q — расчетная производительность установки.
Расход шлама Qшл, л/с, определяется по формуле
.
Эффективность осветления сточных вод в гидроциклонах рассчитывается на основе результатов анализов гранулометрического состава частиц твердой фазы. Располагая графическим представлением интегрального распределения частиц по их геометрическим размерам и гидравлической крупности, а также по расчетным значениям граничной крупности разделения в гидроциклоне — максимальным размерам частиц твердой фазы, уносимых жидкостью, определяется количество твердой фазы (в %), выделенной в аппарате.
Гидравлическую крупность находят по упрощенной формуле:
,
где — производительность гидроциклона, м3/с; — коэффициент, учитывающий влияние концентрации примесей и турбулентность потока; для агрегативно-устойчивых суспензий с небольшой концентрацией = 0,04; — коэффициент, учитывающий затухание тангенциальной скорости, равен 0,45.
Граничная крупность разделения , мкм, определяется по формуле
.
Количество воды, проходящей через сливной и шламовый, патрубки
; .
При выборе конструкций напорных гидроциклонов необходимо учитывать следующие основные данные: 1) требуемую эффективность разделения сточных вод; 2) абразивные свойства твердой фазы; 3) химическую агрессивность жидкой фазы; 4) предельное давление перед аппаратом и требуемое давлением в сливном трубопроводе; 5) гранулометрический состав и плотность частиц твердой фазы; 6) механическую прочность частиц твердой фазы суспензии; 7) производительность установки.
Пример 2.5. Определить производительность гидроциклона и предельный диаметр выделяемых в нем частиц песка из известкового молока, если внутренний диаметр гидроциклона d = 0,1 м, угол конусности = 15 о = 0,262 рад, суспензия поступает в гидроциклон под давлением 2,5 ат, плотность частиц песка ч = 2000 кг/м3, объемная доля песка в суспензии = 0,15
Производительность гидроциклона определим по формуле
,
откуда V = 13,3 м3/ч.
Динамическая вязкость воды при 20 оС = 1.10-3 Па·с и плотность ее = 1000 кг/м3.
Тогда диаметр выделяемых частиц определим по формуле
мкм.