8.3 Гидроциклоны и центрифуги

Гидроциклон представляет собой конус 1 (рисунок 22,а) с короткой цилиндрической частью 2, имеющей питающий патрубок 3, по которому подается гидросмесь, и сливное отверстие 4. У конической части предусмотрена насадка 5, через которую разгружается нижний продукт разделения. Питающий патрубок расположен таким образом, что пульпа вводится в гидроциклон по касательной и вращается в нем с образованием внешних и внутренних потоков (рисунок 22,б). Твердые частицы подвергаются воздействию центробежной силы и отбрасываются к периферии. Чем больше масса зерна, тем дальше оно будет отброшено. Зерна, имеющие большую массу, чем граничные зерна, по которым производится разделение, остаются во внешнем потоке и, перемещаясь к вершине конуса, разгружаются через насадку. Зерна с меньшей массой попадают во внутренний поток и выносятся через сливное отверстие.

Очистка сточных вод от взвешенных веществ протекает под воздействием центробежных сил, возникающих при вращении потока жидкости (рисунки 23,24). Благодаря этому скорость осаждения взвешенных веществ значительно выше, чем в отстойниках. Поэтому гидроциклоны отличаются высокой производительностью.

а – общий вид; б – схема потоков

Рисунок 22 – Гидроциклон

Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ допускается приме­нять открытые и напорные гидроциклоны. Открытые гидроциклоны необходимо при­менять для выделения всплывающих и оседающих грубодисперсных примесей гидрав­лической крупностью свыше 0,2 мм/с и скоагулированной взвеси. Напорные гидроци­клоны следует применять для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей главным образом минерального происхождения. Гидроциклоны могут быть использо­ваны в процессах осветления сточных вод, сгущения осадков, обогащения известкового молока, отмывки песка от органических веществ, в том числе нефтепродуктов. При ос­ветлении сточных вод аппараты малых размеров обеспечивают больший эффект очист­ки. При сгущении осадков минерального происхождения следует применять гидроци­клоны больших диаметров (свыше 150 мм).

Основные размеры напорного гидроциклона следует подбирать по данным заводов-изготовителей.

Давление на входе в напорный гидроциклон надлежит принимать:

• 0,15-0,4 МПа (1,5-4 кгс/см²) - при одноступенчатых схемах осветления и сгущения осадков и многоступенчатых установках, работающих с разрывом струи;

• 0,35-0,6 МПа (3,5-6 кгс/см²) - при многоступенчатых схемах, работающих без разрыва струи.

Число резервных аппаратов следует принимать:

• при очистке сточных вод и уплотнении осадков, твердая фаза которых не обладает абразивными свойствами, - один при числе рабочих аппаратов до 10, два - при числе до 15 и по одному на каждые десять при числе рабочих аппаратов свыше 15;

• при очистке сточных вод и осадков с абразивной твердой фазой - 25 % числа рабочих аппаратов.

Рисунок 23 – Схемы открытых гидроциклонов

а - без внутренних вставок; б - с конической диафрагмой; в - с конической диафрагмой и внутренним цилиндром 1 - водоподающая труба; 2 - шламоотводящая труба; 3 - водоотводящая труба; - полупогружная кольцевая стенка; 5 – кольцевой водослив; 6 – водосборный кольцевой лоток; 7 - коническая диафрагма; 8 – цилиндрическая перегородка

Рисунок 24 – Схема многоярусного гидроциклона с центральными выпусками

Рисунок 25 – Схема многоярусного гидроциклона с периферийным отбором очищенной воды

1 - водоподающая труба; 2 - шламоотводящая труба; 3 - водоотводящая труба; 4 – полупогружная кольцевая стенка; 5 - кольцевой водослив; 6 – водосборный кольцевой лоток; 7 - конические диафрагмы; 8 – направляющая диафрагма; 9 – промежуточные диа­фрагмы; 10 - нижние диафрагмы; 11 - шламоотводящая шахта

Рисунок 26 – Схема трехпродуктового напорною гидроциклона 1 – питающий патрубок;

2 – сливной патрубок; 3 - шламовый патрубок

Для очистки воды от тонкодисперсных примесей применяют гидроциклоны малого диаметра 10 – 20 мм, устанавливаемые парал­лельно в больших количествах, которые называются мультицикло­нами.

За последние годы в ряде отраслей промышленности широко внедряются мультигидроциклоны - монолитные или сборные блочные конструкции, включающие десятки или сотни единичных напорных гидроциклонов, имеющих единые питающие, сливные и шламовые камеры. Путем создания мультигидроциклонов успешно реализуется возможность промышленного применения высокоэффективных двухпродуктовых и многопродуктовых напорных гидроциклонов с малым диаметром цилиндрической части от 8 до 75 мм. Производительность батарейного гидроциклона при давлении питания 0,4 МПа-120 м³/ч. Материал - нержавеющая сталь.

Осадительные центрифуги непрерывного или периодического действия следует применить для выделения из сточных вод мелкодисперсных взвешенных веществ, когда для их выделения не могут быть применены реагенты, а также при необходимости из­влечения из осадка ценных продуктов и их утилизации. Центрифуги непрерывного дей­ствия следует применять для очистки сточных вод с расходом до 100 м³/ч, когда требу­ется выделить частицы гидравлической крупностью 0,2 мм/с (противоточные) и 0,05 мм/с (прямоточные); центрифуги периодического действия – для очистки сточных вод, расход которых не превышает 20 м /ч, при необходимости выделения частиц гидравли­ческий крупностью 0,05-0,01 мм/с. Концентрация механических загрязняющих веществ не должна превышать 2–3 г/л.

Флотационные установки надлежит применять для удаления из воды взвешенных веществ, ПАВ, нефтепродуктов, жиров, масел, смол и других веществ, осаждение кото­рых малоэффективно. Флотационные установки также допускается применять:

• для удаления загрязняющих веществ из сточных вод перед биологической очисткой;

• для отделения активного ила во вторичных отстойниках;

• для глубокой очистки биологически очищенных сточных вод;

• при физико-химической очистке с применением коагулянтов и флокулянтов;

• в схемах повторного использовании очищенных вод.

Напорные, вакуумные, безнапорные, электрофлотационные установки надлежит применять при очистке сточных вод с содержанием взвешенных веществ свыше 100–150 мг/л (с учетом твердой фазы, образующейся при добавлении коагулянтов). При меньшем содержании взвесей для фракционирования в пену ПАВ, всплывающих ве­ществ и для пенной сепарации могут применяться установки импеллерные, пневматиче­ские и с диспергированием воздуха через пористые материалы.

Для осуществления процесса разделения фаз допускается применять прямоугольные (с горизонтальным и вертикальным движением воды) и круглые (с радиальным и вертикальным движением воды) флотокамеры. Объем флотокамер складывается из объемов рабочей зоны (глубина 1,0-3,0 м), зоны формирования и накопления пены (глубина 0,2-1,0 м), зоны осадка (глубина 0,5-1,0 м). Гидравлическая нагрузка - 3-6 м³/(м²ч). Число флотокамер должно быть не менее двух, все камеры рабочие

Для повышения степени задержания взвешенных веществ допускается использовать коагулянты и флокулянты. Вид реагента и его доза зависят от физико-химических свойств обрабатываемой воды и требований к качеству очистки.

При проектировании установок импеллерных, пневматических и с диспергированием воздуха через пористые материалы необходимо принимать:

• продолжительность флотации - 20-30 мин;

• расход воздуха при работе в режиме флотации - 0,1-0,5 м³/м³;

• расход воздуха при работе в режиме пенной сепарации - 3-4 м³/м³ (50-200 л на 1 г извлекаемых ПАВ) или 30-50 м³/(м²ч);

• глубину воды в камере флотации - 1,5-3 м;

• окружную скорость импеллера - 10-15 м/с;

• камеру для импеллерной флотации - квадратную со стороной, равной 6D (D - диаметр импеллера 200-750 мм);

• скорость выхода воздуха из сопел при пневматической флотации -100-200 м/с;

• диаметр сопел - 1-1,2 мм;

• диаметр отверстий пористых пластин - 4-20 мкм;

• давление воздуха под пластинами - 0,1-0,2 МПа (1-2 кгс/см²).

При проектировании напорных флотационных установок следует принимать:

• продолжительность флотации - 20-30 мин;

• количество подаваемого воздуха, л на 1 кг извлекаемых загрязняющих веществ: 40 - при исходной их концентрации C_en  200 мг/л, 28 - при C_en = 500, 20 - при C_en = 1000 мг/л, 15 - при C_en = 3-4 г/л;

• схему флотации - с рабочей жидкостью, если прямая флотация не обеспечивает подачу воздуха в нужном количестве;

• флотокамеры с горизонтальным движением воды при производительности до 100 м³/ч, с вертикальным - до 200, с радиальным - до 1000 м³/ч;

• горизонтальную скорость движения воды в прямоугольных и радиальных флотокамерах - не более 5 мм/с;

• подачу воздуха через эжектор во всасывающий патрубок насоса - при небольшой высоте всасывания (до 2 м) и незначительных колебаниях уровня воды в приемном резервуаре (0,5-1,0 м), компрессором в напорный бак - в остальных случаях.

Для удаления растворенных газов, находящихся в сточных водах в свободном со­стоянии, надлежит применять дегазаторы с барботажным слоем жидкости, с насадкой различной формы и полые распылительные (разбрызгивающие) аппараты. Работа дега­заторов допускается при атмосферном давлении или под вакуумом. Для интенси­фикации процесса в дегазатор следует вводить воздух или инертный газ.