Переработка отходов производства и потребления

Пенная сепарация - физико-химический процесс, заключаю­ щийся в избирательной адсорбции поверхностно-активных компо­ нентов жидких систем на поверхности поднимающихся пузырьков

воздуха.

Концентрирование суспензий или растворов этим методом ос­ новано на использовании пузырьков газа для увеличения подъем­ ной силы, действующей на отделяемые частицы. Газовые пузырьки ’’прилипают” к частицам, понижая при этом их эффективную плотность до величины меньшей, чем плотность воды.

Газовые пузырьки могут образовываться несколькими метода­ ми. В зависимости от способа создания пузырьков воздуха в жид­ кой среде пенная сепарация подразделяется на механическую и пневматическую, а также сепарацию с выделением растворенного в жидкости воздуха за счет снижения давления.

При механической пенной сепарации образование пузырьков воздуха происходит при мехническом взаимодействии воздуха и воды, создаваемом с помощью специальных турбинок импеллеров. Полученные механическим способом пузырьки воздуха имеют большие размеры, что снижает эффективность сепарации.

При пневматической пенной сепарации образование пузырьков воздуха происходит за счет диспергирования сжатого воздуха в по­ ристых или перфорированных аэраторах. Этот способ сепарирова­ ния также недостаточно эффективен из-за сложности получения мелких пузырьков воздуха.

Более эффективным является создание пузырьков воздуха при снижении давления. При этом способе воздух растворяется в жид­ кости при повышенном давлении, а пузырьки выделяются при его снижении в системе до атмосферного, так как снижение давления приводит к уменьшению растворимости воздуха. Это наиболее час­ то используемый способ, так как он позволяет получать большое число пузырьков малого размера (30 - 120 мкм). Такой способ пенной сепарации получил название напорной флотации.

В технологическую линию для осуществления процесса пенной сепарации входят нагнетательный насос, устройство для подачи воздуха, флотационная камера, где происходит насыщение жидко­ сти воздухом, и выделительная камера. Исходное сырье и воздух поступают в камеру, где происходит насыщение суспензии возду­ хом, и затем в выделительную камеру. Твердые частицы всплыва­ ют, образуя слой на поверхности жидкости, и удаляются скребка­ ми. Осветленная жидкость отводится из аппарата с помощью регу­ лируемого водослива.

Пропускная способность флотационных установок по жидкости, как правило, больше, чем гравитационных, так как скорость подъ­ ема частиц активированного ила при флотации обычно превышает скорость их оседания в гравитационном поле.

Удаление нерастворенного взвешенного вещества методом пен­ ной флотации происходит следующим образом (рис. 6.33). Мель­ чайшие пузырьки воздуха, образующиеся при его подаче в жид­ кость в сжатом состоянии, скапливают вокруг себя гидрофобные взвешенные частицы. Благодаря разнице плотностей эта агрегация частиц и пузырька устремляется к поверхности жидкости, и взве­ шенное вещество концентрируется в слое пены. Затем пена вместе с взвешенными частицами удаляется.

Эффективность пенной сепарации зависит от устойчивости и дренажной способности пены (т.е. способности к влагоотдаче). Дренажная способность зависит от содержания жидкости внутри слоя, размера пузырьков, вязкости и. поверхностного натяжения стенок пузырька.

На устойчивость пены влияют концентрация водородных ионов (рШ, температура, размер пузырьков, объемная концентрация растворенного вещества. Степень отделения зависит и от соотно­ шения жидкости и газа, площади поверхности пузырька, высоты слоев жидкости и пены и ее долговечности.

Многочисленные конструкции флотационных установок можно разделить по их устройству на горизонтальные, вертикальные, ра­ диальные, многокамерные, колонные. Устройство некоторых из них показано на рис. 6.34 - 6.36.

Рис. 6.34. Устрой­ ство горизонталь­ ного флотатора:

1 — флотационная камера; 2 - выдели­ тельная камера; 3 - скребковое устройст­ во; 4 - сборный кар­ ман очищенной во­ ды; 5 - камера для сбора пены; 6 ~ шту­ цер для слива пен­ ной массы; 7 - пат­ рубок для слива ос­ ветленной воды; 8 ~

дросселирующее

устройство

Фракционирование пеной используется для удаления абсорби­ рующих очищающих средств и других ПАВ из промышленных и бытовых сточных вод. Оно находит применение и при обработке промышленных отходов для удаления некоторых ПАВ. Метод мо­ жет быть использован при очистке отходов пищевых и текстиль­ ных предприятий, а также сточных вод целлюлозно-бумажного производства.

рифуги.

При разделении суспензий в фильтрующих центрифугах жид­ кость фильтруется через перфорированную стенку ротора, а твер­ дые частицы задерживаются ею. Образовавшийся на стенке осадок выгружается в непрерывном или периодическом режиме.

В осадительных центрифугах, имеющих ротор со сплошной стенкой, твердая фаза с более высокой плотностью отлагается на стенке, а жидкая фаза, образующая кольцевой слой ближе к оси вращения, выводится из аппарата. Аналогично происходит разде­ ление эмульсий: у сплошной стенки ротора образуется слой более плотной жидкости.

Классификация выпускаемых промышленностью центрифуг проводится по следующим признакам: принципу разделения (ос­ новному конструктивному признаку), способу выгрузки осадка,

герметичности, взрывозащищенности, возможности регулирования температуры разделяемой смеси.

При выборе центрифуги необходимо учитывать, помимо усло­ вий работы, свойства разделяемой смеси, дисперсность твердых ча­ стиц, вязкость дисперсионной среды, разницу плотностей разделяе­ мых фаз (последний фактор не относится к процессу центробежно­ го фильтрования, так как в этом случае разность плотностей двух фаз не влияет на эффективность процесса разделения), концентра­ цию вещества в жидкой фазе.

Эффективность разделения материалов в центрифуге определя­ ется фактором разделения К> показывающим, во сколько раз ско­ рость перемещения частицы под действием центробежной силы

где со - угловая скорость ротора, рад/с; g - ускорение силы тяже­ сти, м/с , п - частота вращения ротора, мин"1; г - радиус ротора, м.

Таким образом, с увеличением радиуса и скорости вращения ротора растет фактор разделения и, следовательно, эффективность работы центрифуги.

При расчете производительности центрифуги необходимо по­ мнить, что отделение твердой фазы от жидкости в центрифуге происходит лишь в том случае, когда время пребывания суспензии в роторе tn достаточно, чтобы твердая частица достигла его стенки. Время пребывания жидкости в аппарате:

где V - объем аппарата; Q - объемная скорость жидкости, проходя­ щей через аппарат.

Повышение производительности и эффективности действия центрифуг возможно при переходе к тонкослойной сепарации. Элементы тонкослойной сепарации (тарелки) выполняют кониче­ скими с направлением потока разделяемой суспензии к оси ротора, сбором осадка по его периферии и выгрузкой осадка через специ­ альные сопла. Такое направление потока в центрифугах с элемен­ тами тонкослойной сепарации определяется уменьшением потреб­ ной длины канала. Однако в связи с тем, что проходное сечение каналов между тарелками по мере приближения к оси ротора уменьшается, скорость потока возрастает, и на некотором радиусе

ротора становится возможным переход от ламинарного режима те­ чения к турбулентному. Это приводит к снижению эффективности сепарации твердых частиц от жидкости.

Средняя скорость в межтарелочном канале существенно влияет на эффективность сепарации и размер сепарируемых частиц. Она определяется соотношением:

где А - расстояние между тарелками (толщина потока).

С увеличением скорости потока одновременно уменьшается центробежная сила, в связи с чем наиболее благоприятные условия для сепарации частиц обеспечиваются на периферии тарелок.

Важнейшую роль при центрифугировании играет система вы­ грузки осадка, которая может быть ручной, шнековой, ножевой, гравитационной, поршневой, инерционной и вибрационной.

Материал, из которого изготавливают детали центрифуг, дол­ жен быть устойчивым к средам, которые будут на него воздейство­ вать. Для изготовления центрифуг используют легированные кор­ розионностойкие стали, титановые сплавы, чугун, пластики, рези­ ну.

Наиболее крупную группу машин составляют непрерывно дей­ ствующие осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка типа ОГШ. Отличием этих центрифуг является использование шнека для выгрузки осадка. Он размещен внутри ротора и вращается вместе с ним в одном направлении, но с раз­ ной скоростью, что позволяет выгружать из ротора образующийся на его стенке осадок твердой фазы. Центрифуги типа ОГШ ис­ пользуют для разделения суспензий с концентрацией твердой фазы от 1 до 40% (объемн.) с крупностью частиц более 5 мкм при раз­ ности плотностей фаз более 0,2 г/см3. Кроме того, эти центрифуги применяют для гидравлической классификации суспензий по круп­ ности твердых частиц и для других целей. В соответствии с назна­ чением центрифуги типа ОГШ подразделяют на осветляющие, классифицирующие, обезвоживающие и универсальные.

Производительность центрифуг типа ОГШ по суспензии со­ ставляет 2 - 8 0 м3/ч; они имеют ротор диаметром от 200 до 1000 мм, скорость вращения ротора - от 6000 до 1000 мин’1 и соответст­ венно фактор разделения - от 4000 до 560.

На рис. 6.37 показано устройство непрерывно действующей го­ ризонтальной осадительной центрифуги модели ОГШ-501К-Ю.

Машина предназначена для обезвоживания и сгущения осадков сточных вод с использованием флокулянтов. Она имеет удлинен­ ный противоточный ротор и устройство для регулирования относи­ тельной скорости вращения шнека с целью подбора оптимального ре­ жима работы. Основные характеристики центрифуги ОГШ-501К-Ю приведены ниже:

Широко используются промышленностью автоматические гори­ зонтальные фильтрующие и осадительные центрифуги типа ФГН и ОГН с ножевым съемом осадка. Они имеют простую конструкцию, высокое качество разделения, возможность обработки суспензий в широком диапазоне концентраций и размеров частиц твердой фа­ зы. В табл. 6.18 приведены некоторые характеристики автоматиче­ ских горизонтальных центрифуг.

Таблица 6.18

Основные характеристики автоматических горизонтальных центрифуг

Центрифуги типа ФГН и ОГН герметичны и могут работать во взрывоопасных помещениях и в помещениях с повышенной влаж­ ностью. Однако периодичность работы центрифуг этого класса, их высокая металлоемкость и ряд других недостатков ограничивают области их применения.

На рис. 6.38 показана конструкция автоматической горизон­ тальной центрифуги с ножевой выгрузкой осадка модели ФГН- 633К-02 с диаметром ротора 630 мм. Машина может устанавли­ ваться во взрывоопасных помещениях класса В-Ia. Детали центри­ фуги, соприкасающиеся с обрабатываемой суспензией, изготавли­ ваются из нержавеющей стали. Для съема нерастворимого осадка с поверхности ротора центрифуга оборудована специальным меха­ низмом, имеющим самостоятельный привод.

Рис. 6.38. Устройство центрифуги ФГН-633К-02:

1 - станина; 2 - главный вал; 3 - кожух; 4 , 5 - патрубки отвода фильтрата и жид­ кости, перелившейся через борт ротора; 6 - разгрузочный бункер; 7 - гайка; 8 - за­ щитный колпак; 9 - щетки; 10 - крышка кожуха; 11 —прокладка; 12 —патру­ бок отсоса паров и газов; 13 - поворотный нож; 14 - ротор; 15 - герметизирующее уплотнение; 16,18 - трубы загрузки и промывки; 17 - разделительный клапан; 19 - патрубок поддува инертного газа; 20-регулятор загрузки; 21, 23 - маслонасосные станции; 22 - электродвигатель; 24 - виороизолирующее устройство; 25 - гидромо­

тор; 26 ~ обгонная муфта