15. Осветление воды в поле центробежных сил. Основы процесса, применяемые аппараты и их классификация.

Для осветления воды, содержащей грубодисперсные приме­си (ГДП), все более широкое применение получают центрифуги и гидроциклоны (рис. 9.1). Их действие основано на использо­вании поля центробежных сил, где выделение механических примесей из воды происходит под воздействием этих сил, ко­торые в сотни и тысячи раз превышают силы тяжести, за счет чего увеличивается скорость осаждения частиц. При этом экви­валентно сокращается продолжительность процесса осветления воды и значительно уменьшается необходимый объем центро­бежного аппарата по сравнению с объемом отстойника. Режим движения жидкости в поле центробежных сил — турбулентный. Передача вращения от периферии внутрь происходит диффузией и конвекцией под действием вращающего момента сил, вязкости и перемещения самой завихренной жидкости. При этом возни­кают два основных круговых потока: внешний, направленный ,к вершине образующегося конуса, и внутренний, направленный в противоположную сторону. При вращении внешнего потока часть жидкости удаляется через нижнее отводное отверстие, а другая часть отделяется, и, двигаясь радиально, вливается во внутренний поток, к нему добавляется основное количество жидкости у вершины конуса и, изменяя направление, отводится через верхнее отводное отверстие в диафрагме аппарата. В гид­роциклоне кроме внешнего и внутреннего вращающихся потоков жидкости образуется третий — воздушный поток (воздушный столб) по оси аппарата. Потоки жидкости направлены по ло­гарифмической спирали. Внешний поток ограничен стенкой ап­парата и поверхностью внутреннего потока, который, в свою очередь, ограничен с внутренней стороны воздушным столбом.

О светление воды в поле центробежных сил при вращении воды в аппарате основано на переносе частиц взвеси к перифе­рии центробежной силой, равной разности значений центробеж­ной силы для твердой и жидкой фаз.

Рис. 9.1. Схема одноярусного напорного гидроциклона. 1 — сменная насадка для выпуска осадка; 2 н 4 — коническая и цилиндрическая часть; 3, 5 — питающий и сливной патрубки, 6 — отвод осветленной воды

При больших значениях v и малых величинах R сила, дейст­вующая на частицу взвеси во вращающемся потоке жидкости, будет во много раз больше силы тяжести и скорость движения частиц взвеси будет значительно больше скорости свободного _их осаждения. Поэтому в поле центробежных сил выделение взвеси из воды осуществляется значительно быстрее, чем в от­стойниках.

Гидроциклоны могут быть открытыми и напорными. Откры­тые гидроциклоны устраивают одно- и многоярусными (см. рис. 9.1).

Напорные гидроциклоны, бывают обычными и мультицикло­нами. Изготавливают гидроциклоны двух видов: литые нефутерованные диаметром от 75 до 500 мм (табл. 9.1) и футеро­ванные каменным литьем или шлакоситаллом диаметром от 150 до 2000 мм. Угол конусности гидроциклонов составляет 20 град. В них обеспечивается извлечение из воды минеральных примесей размером более 0,1... 0,15 мм плотностью не менее 1,2 г/см³.

Обрабатываемая вода подводится в верхнюю часть гидро- Циклона тангенциально и, вращаясь, движется к сливному пат­рубку, расположенному в центре по оси аппарата. Центробеж­ной силой диспергированные примеси воды перемещаются к стенкам гидроциклона и по ним спускаются вниз, в конус, через насадку в нижней части которого они непрерывно удаляются ^в сток. Перемещение твердых частиц к стенкам аппарата про­исходит со скоростью, равной разности между значением ско­рости, возникающей в результате действия центробежных сил, и радиальной скорости движения,, направленной к центру.

Потери напора в гидроциклоне зависят от его конструкции и подачи. С возрастанием расхода воды через аппарат в нем увеличивается скорость движения воды, адекватно этому воз­растает и эффект осветления воды, одновременно растут и по­тери напора в гидроциклоне.

Чем меньше диаметр гидроциклона, тем выше (при равном напоре) эффект осветления воды (рис. 9.2). Поэтому для об­работки вод, содержащих тонкодисперсную взвесь, следует ис­пользовать аппараты малого диаметра.

К достоинствам гидроциклонов следует отнести: компакт­ность, простоту устройства и отсутствие движущихся частей; высокую объемную производительность; большую скорость и

0,20 ан,МПа

высокую эффективность разделения суспензий; простоту обслу­живания; быстроту пуска и выключения из работы; возможностьразнообразного использования, особенно в условиях действую­щих предприятий, без затраты дополнительной площади; воз­можность соблюдения санитарных условий труда; непрерыв­ность процесса и возможность автоматизации. Недостатками гидроциклонов являются: быстрый износ, особенно при обра­ботке твердых материалов; колебания эффекта осветления в зависимости от состава и содержания взвешенных веществ в исходной воде; не всегда возможно полное выделение частиц заданного размера, поскольку гидроциклон действует как про­порциональный разделитель.

Чем меньше диаметр гидроциклона, тем больше развиваю­щиеся в нем центробежные силы и тем меньше размер задер­живаемых в гидроциклоне частиц. Большая эффективность раз­деления достигается в гидроциклоне вытянутой формы с воз­можно малым углом конусности. Поэтому для задержания тон­кодисперсной взвеси используют гидроциклоны малого диаметра, устанавливая их параллельно в большом количестве. Такой аппарат называют мультициклоном (рис. 9.3).

Пластмассовые мультициклоны диаметром 10, 15 и 20 мм способны задерживать частицы взвеси гидравлической круп­ности до 0,17 мм/с при потере напора около 0,1 МПа. Подача одного гидроциклона диаметром 15 мм при этой потере напора составляет около 0,07 м³/ч. Подача мультициклона диаметром 1,0 м, состоящего из 320 таких гидроциклонов, составляет по­рядка 500 м³/сут.

Гидроциклоны целесообразно использовать в системах хо­зяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения для предварительного осветления поверхностных вод, обладающих высокой кратковременной мутностью (более 1500 мг/л). Для осветления воды следует применять гидроциклоны литые не- футерованные, как наиболее дешевые и достаточно стойкие про­тив истирания. ВНИИ ВОДГЕО разработаны открытые много­ярусные гидроциклоны, которые могут быть использованы для частичного осветления воды перед поступлением ее на основные очистные сооружения.

Применение гидроциклонов вследствие их небольшой стои­мости позволяет сократить затраты на строительство и эксплуа­тацию сооружений для предварительного осветления воды.

16. Удаление примесей методом флотации. Принцип действия и конструкции флотационных аппаратов.

Сущность процесса флотационного выделения из воды дисперсионных примесей заключается в слипании взвешенных веществ в воде частиц и пузырьков тонкодисперс­ного в воде воздуха под действием молекулярных сил. В результате этого на поверхно­сти воды образуется пенный слой, насыщенный извлекаемыми примесями с размерами от 10³ до 1СИ см. Интенсификация процесса флотации достигается понижением смачи­ваемости поверхности извлекаемых частиц с помощью флотореагентов, избирательно сорбирующихся на их поверхности. Эффективность процесса флотации в общем случае зависит от рН растворов, присутствуя в них электролитов, наличия органических при­месей, температуры воды, параметров диспергированного воздуха (диаметра и заряда пузырьков воздуха, скорости его подачи во флотокамеры и пр.).

Известны установки для напорной флотации, флотаторы с механическим диспер­гированием воздуха, электрокоагуляционно-флотационные установки (рис. 13.32-13.35). Установки, в которых газовые пузырьки образуются за счет перепада давления, подраз­деляются иа напорные и вакуумные. В напорных флотационных установках в воду, по­ступающую на очистку вводятся реагенты, образующие поверхностно-активные ком­плексы с извлекаемыми примесями и воздух. Последний растворяют в напорном резер­вуаре или вводят в рециркулирующую часть воды после флотации. Во флотационной камере флотируемые вещества всплывают, а осевшие частицы в виде осадка скаплива­ются на дне камеры.

В вакуумных флотаторах вместо компрессора применяют эжекторы для подсоса воздуха в обрабатываемую воду, работающие за счет перепада давления воды до и по­сле эжектора.

На станциях средней и большой производительности (> 10 тыс. м³/сут) ширину ка­мер назначают в пределах 3-6 метров, длину - до 6-9 метров.

Во флотаторах с горизонтальным движением воды струенаправляемую перегород­ку устанавливают под углом 60-70° к горизонтали в сторону движения воды. Скорость движения воды над ней назначают в пределах 0,015...0,020 м/с.

Формирование мелких воздушных пузырьков и равномерное их распределение в объ­еме обрабатываемой воды достигают устройством перфорированной трубопровода с раз­мещением под ним кожуха. Диаметр отверстий в трубопроводе принимают равным 5-8 мм. Скорость выхода водовоэдушной смеси из отверстий принимают равной 20-25 м/с.

С помощью флотаторов воду освобождают ие только от суспензированных твердых примесей, но и от нефтепродуктов, ПАВ, некоторых иоиов растворенных в воде соеди­нений.

Рис.13.32. Схема напорной флотации:

1 - приемный резервуар; 2 - всасывающий трубопровод; 3 - иасос; 4 - напорный бак; 5 - регулятор давления; б - флотационная камера; 7 - поверхностные скребки

Рнс. 13.33. Флотационная установка с диспергированием воздуха черех мелкопористые

фильтры:

1 - трубопровод подачи воздуха; 2 - фильтросные пластины; 3 - флотационная камера; 4 - скребок; S - шламопрнемник; 6 - регулятор уровня воды на выпуске.