Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологические аспекты бережливых производств. Учебно-методическое пособие
.pdf
воды по существу аналогично осаждению твердых взвешенных частиц.
Отличие лишь в том, что плотность частицы в этом случае меньше
плотности воды и частица вместо осаждения всплывает.
Фильтрование. Процесс применяют для выделения из сточных
вод грубо- и мелкодисперсных примесей, не осевших при отстаивании.
Фильтрование является обычно завершающей стадией очистки сточных вод, прошедших сооружения механической, физико-химической
и биологической очистки. Применяют фильтры с фильтровальной перегородкой (сетчатой) или зернистой загрузкой. Последние представляют собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное
устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, а затем фильтрующий материал.
Центробежные методы. Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах. Для очистки сточных вод используют напорные и открытые гидроциклоны.
Гидроциклон – это аппарат для разделения взвешенных веществ во
вращающейся в нем жидкости на две фракции по крупности, форме или
плотности, для удаления твердых веществ из жидкости (осветление
жидкости).
По гидравлическим условиям работы различают два основных
вида гидроциклонов – напорные и открытые (низконапорные). Напорные гидроциклоны применяются для выделения из сточных вод грубодисперсных оседающих примесей, открытые гидроциклоны – для выделения из сточных вод не только оседающих, но и всплывающих веществ. Разделение взвешенных частиц происходит под действием центробежных сил. Этот аппарат может выполнять функции песколовки на
городских очистных сооружениях или первичного отстойника при
очистке вод некоторых производств.
Напорный гидроциклон (рис. 3.1) представляет собой металлический аппарат конической формы для выделения взвешенных веществ
из жидкости под действием центробежных сил, возникающих вследствие тангенциального впуска ее в аппарат. Сточная вода подается под
давлением под крышку гидроциклона по трубе, присоединенной тангенциально к цилиндрической части. Песок и шлам отводят через нижнее отверстие, а осветленную воду – через верхний сливной патрубок.
61
Рис. 3.1. Напорный гидроциклон: Dhc – диаметр цилиндрической
части; den – диаметр питающего патрубка; dex – диаметр сливного
патрубка; dшл – диаметр шламового патрубка; Нц – высота
цилиндрической части; Нк – глубина погружения сливного патрубок;
α – угол конусности конической части
Напорные гидроциклоны имеют сравнительно небольшой диаметр цилиндрической части Dhc = 15–1000 мм. Сточная вода подается
под давлением под крышку гидроциклона по трубе, присоединенной
тангенциально к цилиндрической части. Песок и шлам отводят через
нижнее отверстие, а осветленную воду – через верхний сливной патрубок. Благодаря тому, что центробежная сила значительно превосходит
силу тяжести, гидроциклоны могут работать в вертикальном, наклонном и горизонтальном направлениях.
Преимуществом напорных гидроциклонов является возможность
осветления воды по замкнутой схеме. Основными недостатками напорных гидроциклонов являются значительный расход электроэнергии
и быстрый износ стенок аппарата. Для предотвращения износа производится футеровка гидроциклонов износостойкими материалами.
Открытые гидроциклоны без внутренних устройств применяются
для очистки сточных вод от крупнодисперсных примесей (размером
100 мкм). Этот аппарат может выполнять функции песколовки на городских очистных сооружениях или первичного отстойника при
очистке вод некоторых производств.
62
Безнапорные гидроциклоны имеют диаметры D = 2–12 м, в них
центробежные силы очень незначительные. Однако при вращательном
движении потока создаются условия, способствующие агломерации
взвесей и более интенсивному их выделению. Кроме того, при движении потока по спирали более полно используется объем аппарата. Перечисленные преимущества позволяют выполнять открытые гидроциклоны меньшего объема по сравнению с отстойниками. Они работают
при больших удельных гидравлических нагрузках, что позволяет сократить площади, требуемые для размещения очистных сооружений.
При очистке нефтесодержащих сточных вод открытые гидроциклоны имеют существенные преимущества перед напорными. К открытым относятся гидроциклоны:
– без внутренних устройств;
– с конической диафрагмой;
– с конической диафрагмой и внутренним цилиндром;
– многоярусный с центральным отбором;
– многоярусный с периферийным отбором.
Для очистки воды от загрязнений, гидравлическая крупность которых 5 мм/с и более, используются открытые гидроциклоны без внутренних вставок. Если требуется очистка от гидравлических загрязнений, крупность которых менее 5 мм/с, рекомендуется применять гидроциклоны с внутренними вставками (с диафрагмой в верхней части,
с диафрагмой и цилиндрической перегородкой, многоярусные гидроциклоны).
Открытый гидроциклон с конической диафрагмой и внутренним
цилиндром (рис. 3.2) рекомендуется к применению при очистке сточных вод от примесей гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более,
а также коагулированных взвешенных частиц и нефтепродуктов при
расходе стоков до 200 м3/ч на один аппарат. Исходная вода подается
тангенциально в пространство, ограниченное внутренним цилиндром.
Поток по спирали движется вверх, у верхней кромки цилиндра он поворачивает и движется к отверстию в диафрагме. Диафрагма, установленная в конце горизонтального отстойника, препятствует выносу выделившегося осадка, движущегося в пристенной зоне. Внутренний цилиндр способствует образованию замкнутого циркуляционного потока,
который транспортирует этот осадок в коническую часть. Осветленный
поток воды выходит из-под диафрагмы, переливается через водослив
в кольцевой лоток и отводится за пределы сооружения. Выделившийся
63
осадок либо накапливается в конической части, либо удаляется из нее
непрерывно через нижнее разгрузочное отверстие.
Рис. 3.2. Открытый гидроциклон с конической
диафрагмой и внутренним цилиндром:
1 – исходная вода; 2 – внутренний цилиндр; 3 – диафрагма;
4 – осветленный поток воды; 5 – выделившийся осадок
Пропускная способность аппарата этой конструкции примерно в
2–2,5 раза выше пропускной способности отстойников при одинаковой
степени очистки. Сравнительный анализ открытых гидроциклонов показывает, что конструкция с конической диафрагмой и внутренним цилиндром наиболее эффективна и устойчива в работе.
Другой, более производительной конструкцией является многоярусный низконапорный гидроциклон (рис. 3.3). Этот вид гидроциклона
применяется для очистки сточных вод от крупно- и мелкодисперсных
примесей гидравлической крупностью 0,2 мм/с и более при расходе
воды более 200 м3/ч на один аппарат, а также для очистки воды от минеральной коагулированной взвеси и нефтепродуктов. Каждый ярус работает самостоятельно. При конструировании этого сооружения использован принцип тонкослойного отстаивания, который осуществлен делением объема гидроциклона коническими диафрагмами на отдельные
ярусы. Впуск воды в гидроциклон осуществляется тангенциально из специальных аванкамер по всей высоте цилиндрической части через щели.
64
Рис. 3.3. Многоярусный низконапорный гидроциклон:
1 – корпус; 2 – разделительные тарелки; 3 – бункер для шлама;
4 – водосливная кромка;5 – маслоудерживаюший щит; 5 – воронка
для отвода масла; 7 – впускные камеры; 8 – насадки для отвода воды;
9 – шламоприемные щели;10 – окна для отвода масла
В гидроциклоне с периферийным отбором осветленной воды обеспечивается более глубокая ее очистка от механических примесей, что
обусловлено увеличением пути движения и созданием в центральной
части зоны взвешенного осадка.
Коническая часть открытых и многоярусных гидроциклонов не
предназначена для длительного накопления осадка. Осадок должен
удаляться постоянно. Способ удаления осадка зависит от его характеристики и может осуществляться под гидростатическим напором, гидроэлеваторами, при помощи эжектора и т. д. Нефтепродукты и масла,
накопившиеся в пространстве, ограниченном полупогруженной кольцевой перегородкой, можно удалять любым из известных способов,
в том числе через погруженную воронку или скребковым механизмом.
65
3.2.1. Расчет гидроциклона для очистки сточных вод
Удельная гидравлическая нагрузка на гидроциклон определяется
по формуле
qhc = 3,6 Кhc uo, (3.12)
где uo – гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта очистки, мм/с;
Кhc – коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гидроциклона и равный 0,61 для гидроциклона без внутренних устройств;
1,98 – для гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром.
Для многоярусных гидроциклонов Кhc определяется следующим
образом:
– для многоярусного с центральным отбором осветленной воды.
К
= [0,75 n (D
hc
– d2d)] / D
hc2
hc2
где n – число ярусов;
D
– диаметр гидроциклона, м;
hc
d2d – диаметр центрального отверстия в диафрагме, м;
– для многоярусного с периферийным отбором
Кhc = [1,5 n (D
– d2d)] / D
hc2
(3.14)
hc2.
Общая площадь зеркала воды в гидроциклоне:
Fhc = Qw / q
(3.15)
hc.
Производительность одного гидроциклона:
, (3.13)
Qhc = 0,785 q
Количество гидроциклонов:
N = Qw / Q
66
D
hc
(3.17)
hc.
(3.16)
hc2.
Высота цилиндрической части гидроциклона определяется следующим образом:
– для гидроциклонов без внутренних устройств и с конической
диафрагмой
– для гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром
Высота конической части гидроциклона определяется по формуле
Полная высота гидроциклона:
Нц = Dhc; (3.18)
Нц = Dhc + 0,5. (3.19)
Нк = Dhc / [2 Tg( / 2)]. (3.20)
Н = Нк + Нк. (3.21)
Размер впускного патрубка рассчитывается в зависимости от конструкции аппарата:
– для гидроциклона без внутренних устройств
Вп = 0,07 Dh. (3.22)
– для гидроциклона с конической диафрагмой и гидроциклона
с конической диафрагмой и внутренним цилиндром
Вп = 0,05 Dhc; (3.23)
Диаметр центрального отверстия в диафрагме в зависимости от
конструкции аппарата:
– для гидроциклона с конической диафрагмой и гидроциклона с
конической диафрагмой и внутренним цилиндром
Do = 0,5 Dhc; (3.24)
– для многоярусного гидроциклона с центральным отбором осветленной воды колеблется от 0,6 до 1,4 м;
67
– для многоярусного гидроциклона с периферийным отбором
осветленной воды размер для нижней диафрагмы (пары ярусов) лежит
в пределах от 0,9 до 1,6 м, для верхней – от 0,6 до 1 м.
Диаметр водосливной стенки:
– для гидроциклона без внутренних устройств
Dv = Dhc; (3.25)
– для гидроциклонов со вставками и многоярусных гидроциклонов
Dv = Dhc + 0,2. (3.26)
Пример решения задачи
Задание. Провести расчет гидроциклона для очистки сточных вод.
Исходные данные:
– тип гидроциклона – открытый с конической диафрагмой и
внутренним цилиндром;
– расход сточных вод Qw = 110 м3/ч;
– гидравлическая крупность частиц uo = 0,2 мм/с;
– диаметр гидроциклона Dhc = 6 м;
– угол конической части = 600.
Решение. Удельная гидравлическая нагрузка на гидроциклон
определяется по формуле (3.13):
qhc = 3,6 1,98 0,2 = 1,43 м3/ (м2 ч).
Общая площадь зеркала воды в гидроциклоне рассчитывается по
формуле (3.15):
F
= 110 / 1,43 = 76,92 м2.
hc
Производительность одного гидроциклона – по формуле (3.16):
Q
= 0,785 1,43 62 = 40,41 м3/ч.
hc
Количество гидроциклонов (формула (3.17)):
N = 110 / 40,41 = 2,7 шт.
68
Высота цилиндрической части гидроциклона для гидроциклона
№
Qw
uo
Dhc
Тип гидроциклона
1
90
0,3 4 60
Открытый гидроциклон с конической
диафрагмой и внутренним цилиндром
2
120
0,2 5 60 3 70
0,4 2 60 4 80
0,5 2 60
5
130
0,6 5 60 6
150
0,3 4 60
с конической диафрагмой и внутренним цилиндром:
Нц = 6 + 0,5 = 6,5 м.
Высота конической части гидроциклона:
Нк = 6 / [2 tg (60 / 2)] = 5,2 м .
Полная высота гидроциклона:
Н = 6,5 + 5,2 = 11,7 м .
Размер впускного патрубка для гидроциклона с конической диафрагмой и гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром:
Вп = 0,05 6 = 0,3 м.
Диаметр центрального отверстия в диафрагме для гидроциклона
с конической диафрагмой и гидроциклона с конической диафрагмой
и внутренним цилиндром:
Do = 0,5 6 = 3 м.
Диаметр водосливной стенки для гидроциклонов со вставками
и многоярусных гидроциклонов
Dv= 6 + 0,2 = 6,2 м.
Вывод. Для очистки сточных вод расходом 110 м3/ч необходимо
поставить 3 гидроциклона высотой 11,7 м.
Варианты заданий приведены в табл. 3.6
Таблица 3.6
Варианты заданий
69
Окончание табл.3.6
7
110
0,3 5 60
8
175
0,4 5 60 9 180
0,5 4 60
Открытый гидроциклон с конической
диафрагмой
10
160
0,6 3 60
11
170
0,2 5 60
12
190
0,4 3 60
13
140
0,3 6 60
14
115
0,2 6 60
15
95
0,3 4 60
16
125
0,2 5 60
17
75
0,4 7 60
Открытый гидроциклон без внутренних
устройств
18
85
0,5 8 60
19
135
0,6 5 60
20
155
0,6 9 60
Открытый гидроциклон без внутренних
устройств
21
105
0,3 5 60
22
185
0,4 8 60
23
195
0,7 6 60
24
165
0,6
10
60
25
145
0,7 5 60
26
100
0,6 7 60
27
140
0,7 6 60
3.2.2. Фильтрационные сооружения и установки
Фильтрационные сооружения и установки применяют для глубокой очистки (доочистки) производственных сточных вод, прошедших
биологическую или физико-химическую очистку. Они подразделяются
на фильтры с зернистой загрузкой и сетчатые барабанные фильтры.
Фильтры с зернистой загрузкой классифицируются:
– по направлению потока фильтры бывают с нисходящим (сверху
вниз) и восходящим (снизу вверх) потоком, в отдельных случаях – с горизонтальным потоком;
– конструкции различают однослойные, двухслойные, аэрируе-
мые и каркасно-засыпные фильтры;
– виду фильтрующего материала. Используют природные материалы (кварцевый песок, гравий, гранитный щебень, доменный шлак,
керамзит, антрацит, горелые породы, мраморная крошка) или искусственные материалы (полимеры-пенополиуретан, полистирол, полипропилен и др.)
Сетчатые барабанные фильтры, применяемые в качестве самостоятельных сооружений глубокой очистки, называют микрофильтры,
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]