1.4. Основы процессов осветления воды в поле центробежных сил
Для достижения более высоких степеней осветления природных и сточных вод возможно применение центробежных сил с использованием центрифуг и гидроциклонов. Выделение взвешенных частиц происходит под действием сил, которые в сотни и тысячи раз превосходит силы тяжести. Вследствие этого увеличивается скорость осаждения частиц, сокращается продолжительность процесса и объемы аппаратуры. Режим движения жидкости – турбулентный.
Осветление воды в поле центробежных сил при вращении воды в аппарате основано на переносе частиц взвеси от центра к периферии центробежной силой, равной разности значений этой силы для твердой и жидкой фаз. Центробежная сила возникает при тангенциальном вводе воды под некоторым давлением:
,
(1.10)
где
- скорость движения воды на входе в
аппарат; r
–
расстояние от центра аппарата до оси
тангенциального питающего патрубка.
При больших значениях скорости и малых величинах расстояния сила, действующая на частицу взвеси в потоке, будет во много раз больше силы тяжести, а скорость движения частицы будет значительно больше скорости их свободного осаждения.
Гидравлическая крупность частиц (Uц), для задержания которых предназначен гидроциклон, определяется по формуле
(1.11)
где
- гидравлическая нагрузка на один ярус
гидроциклона, обычно в м3/м2ч;
и
– соответственно диаметры гидроциклона
и шламозадерживающего козырька, м.
Чем меньше диаметр гидроциклона, тем меньше диаметр задерживаемых частиц. Большая эффективность достигается в циклонах вытянутой формы с возможно малым углом конусности. Для выделения тонкодисперсных взвесей используют гидроциклоны малых диаметров /10-15 мм/, устанавливая их параллельно в большом количестве, т.е. мультициклоны. Такие циклоны способны задерживать частицы крупностью до 0,17 мм при потере напора 0.1 мПа. Образующийся шлам имеет высокую влажность, превышающую 90%.
Для более полного выделения тонкодиспергированных взвесей или для обезвоживания шламов возможно использование центрифугирования.
Мощность силового поля в центрифугах значительно превышает мощность гравитационных сил и центробежных сил гидроциклонов. Основной характеристикой центрифуг является фактор разделения Фр, рассчитываемый по зависимости
(1.12)
где
– угловая скорость вращения ротора,
– радиус
вращения,
– частота
вращения ротора.
Фактическая продолжительность центрифугирования зависит от фактора разделения, гидравлической нагрузки, рабочего объема ротора, относительной скорости его вращения и, конечно, от состава осветляемой воды. Следует отметить, что центрифугирование – наиболее дорогой метод осветления вод.
1.5. Выделение грубодисперсных частиц из сточных вод
Для выделения из природных и сточных вод крупных частиц песка, известняка, гипса при гидравлической крупности минеральных частиц не менее 11 мм/с используют песколовки. В системах очистных сооружений песколовки устанавливают перед отстойниками для снижения нагрузки и улучшения режима их работы или после смесителей-нейтрализаторов. Основные принципы выделения крупнодисперсных примесей аналогичны ранее рассмотренным закономерностям для агрегативно устойчивых смесей.
Скорость движения воды в горизонтальных песколовках от 0,15 до 0,3 м/с при времени нахождения воды 0,5 – 1 мин. В песколовках с тангенциальным движением воды при скорости течения воды до 0,036 м/с с водой выносятся частицы песка диаметром менее 0.25 мм.
В вертикальных песколовках скорость восходящего потока 0,02-0,05 м/с при времени протекания воды через зону отстоя 2 – 2,5 мин.
Для расчета горизонтальных песколовок применяют следующие формулы:
(1.13)
где
– расчетная
длина песколовки,
– расчетная глубина проточной части
песколовки,
– площадь живого сечения проточной
части аппарата,
–
гидравлическая
крупность наименьших частиц песка,
– скорость протока воды,
– продолжительность пребывания воды
в песколовке,
– расход сточных вод,
– эмпирический коэффициент. учитывающий
влияние характера движения воды на
скорость осаждения песка в песколовках.
Значения коэффициента
для расчета песколовок зависит от
диаметра частиц песка:
dr, мм |
0,20 |
0,25 |
K |
18,7 |
24,2 |
Следует привести для понимания и зависимость гидравлической крупности песка при 10 0С от размеров зерен песка:
dr, мм |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
U0, мм/с |
5,12 |
11,2 |
17,1 |
29,7 |
40,7 |
51,6 |
При очистке сточных вод от взвешенных веществ в целях интенсификации осветления проводят укрупнение взвешенных частиц, в том числе с помощью коагулянтов и флокулянтов.