где ρос - плотность выпавшего осадка, кг/м3; ϕ - влажность выпавшего осадка (ϕ= 0,95); Свв = ВВн – ВВк = 400 – 100 = 300 мг/л - разность концентраций взвешенных веществ на входе и выходе из грязежироловушки, кг/м3.
Плотность выпавшего осадка
ρос = ρвв(1 - ϕ) + ρводы ϕ,
где ρвв - плотность осаждающихся взвешенных веществ, кг/м3.
Так как в грязежироловушке преимущественно осаждаются тонкодисперсные
частицы песка, то ρвв = 2650 кг/м3.
ρос =2650.(1 - 0,95) + 1000.0,6 = 1083 кг/м3.
Тогда объем осадка
V = 2,16.300.10−3 = 0,012 м3/ч. 1083(1 −0,95)
Объем образовавшего за месяц осадка составит
Vос = 0,012.7.22 = 1,85 м3/мес.
Объем сборника осадка назначается 1,0 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.
50
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.
51
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 тех- нико-экономическим сравнением вариантов.
Основной расчетной величиной открытых гидроциклонов является удельная гидравлическая нагрузка q, м3/(м2·ч), которая определяется по формуле
q = 3,6K u0 ,
52
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 коагулирова-
нием. 0,033.
Скорость восходящего потока в аванкамере принимают равной 0,5 м/с. Основные параметры многоярусного гидроциклона следующие: диаметр гидро-
циклона 2…6 м, высота яруса hяр = 100…250 мм, число ярусов 4…20, диаметр цен-
трального отверстия в диафрагме d = 0,6…1,4 м, ширина шламовыводящей щели b = 100…150 мм, число впусков n1 = 3, скорость потока на входе u1 = 0,3…0,4 м/с, число
выпусков u2 = 2…3, скорость потока на выходе из яруса u2 ≤ 0,1 м/с, зазор между кор-
пусом и конической диафрагмой P = 50…70 мм, угол конуса диафрагмы α = 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.
53
Рис. 2.20. Конструкция напорного гидроциклона со съёмными элементами рабочей камеры:
1 – цилиндрическая часть; 2 – сливной патрубок; 3 – питающий патрубок; 4 – корпус; 5
– шламовый патрубок; 6 – съёмная вставка
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.
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
54