Методы разделения гетерогенных систем: осаждение, фильтрование, центрифугирование, мокрое разделение.
Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твёрдые и жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, центробежной силы, сил инерции, и электрических сил.
Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать
взвешенные частицы. Движущей силой процесса является разность давлений.
Мокрая очистка газов – процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью, под действием сил тяжести или сил инерции и применяется для очистки газов и разделения суспензий.
ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ – разделение в поле центробежных сил жидких дисперсных систем с частицами размером более 100 нм. Используют для выделения составляющих фаз (жидкая - фугат или фильтрат, твердая - осадок) из двухкомпонентных (суспензии, эмульсии) и трехкомпонентных (эмульсии, содержащие твердую фазу) систем.
В практике центрифугирования применяются два способа разделения жидких неоднородных систем: центробежное фильтрование и центробежное осаждение. В первом случае центрифуги изготовляются с перфорированным ротором, на внутренней стенке (обечайке) которого уложена фильтровальная перегородка — фильтрующие центрифуги, во втором — с отстойным ротором, имеющим сплошную обечайку — отстойные центрифуги. Изготовляются также комбинированные отстойно-фильтрующие центрифуги, в которых совмещаются оба принципа разделения.
2. Факторы, влияющие на величину скорости осаждения частицы.
Скорость ОСАЖДЕНИЯ
зависит от физических свойств дисперсной
и дисперсионной фаз, концентрации
дисперсной фазы, температуры. Скорость
ОСАЖДЕНИЕ
отдельной
сферич. частицы описывается уравением
Стокса:
Woc = [d2*(ρт - ρс)*g]/18μc ;
где Woc – скорость свободного осаждения твердой частицы шарообразной
формы, м/с;
d – диаметр частицы, м;
ρт – плотность твёрдой частицы, кг/м3;
ρс – плотность среды, кг/м3;
μс – динамическая вязкость среды, Па.с.
Уравнение Стокса применимо лишь к строго ламинарному режиму движения частицы, когда число Рейнольдса Re < 1,6, и не учитывает ортокинетич, коагуляцию, поверхностные явления, влияние изменения концентрации твердой фазы, роль стенок сосуда и др. факторы.
Для частиц неправильной формы скорость осаждения меньше, и потому скорость, рассчитанную для шарообразной частицы, необходимо умножить на поправочный коэффициент φ, называемый коэффициентом (или фактором) формы.
W = φ*Woc шар.
где W – скорость осаждения твердых частиц произвольной формы, м/с;
φ – коэффициент формы.
Коэффициенты формы частиц:
- кубическая, φ = 0,806;
- продолговатая, φ = 0,58;
- круглая, φ = 0,69;
- пластинчатая, φ = 0,43;
- угловатая, φ = 0,66;
Процессы флотации.
Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворимых веществ (например, ПАВ).
Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:
- с выделением воздуха из растворов;
- с механическим диспергированием воздуха;
- с подачей воздуха через пористые материалы;
- электрофлотация;
- химическая флотация.
Флотацию с выделением воздуха из растворов применяют для очистки сточных вод, которые содержат очень мелкие частицы загрязнений. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. При уменьшении давления из раствора выделяется пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнение.
В зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в
воде различают: - вакуумную; - напорную; - эрлифтную флотацию.
При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разряжение 30 – 40 кПа. Выделившиеся в камере мельчайшие пузырьки выносят часть загрязнений. Процесс флотации длится около 20 минут.
Достоинствами этого способа являются:
- образование пузырьков газа и их слипание с частицами, происходящие в спокойной среде;
- затраты энергии на процесс минимальны.
Недостатки:
- незначительная степень насыщения стоков пузырьками газов, поэтому этот способ нельзя применять при высоких концентрациях взвеси частиц, не больше 250 – 300 мг/л);
- необходимость сооружать герметично закрытые флотаторы и размещать в них скребковые механизмы.
Напорные установки имеют большее распространение, чем вакуумные, они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвесей до – 5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду иногда добавляют коагулянты.
Процесс осуществляется в две стадии:
1) насыщение воды воздухом под давлением;
2) выделение растворенного газа под атмосферным давлением.
Механическое диспергирование воздуха во флотационных установках обеспечивается турбинками насосного типа – импеллерами, которые представляют собой диск с обращенными вверх лопатками. Такие установки широко используют для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (более 2 г/л). При вращении импеллера в жидкости возникает большое число мелких вихревых потоков, которые разбиваются на пузырьки определенной величины. Степень измельчения и эффективность очистки зависит от скорости вращения импеллера: чем больше скорость, тем меньше пузырек и тем больше эффективность процесса.