На рисунке: 1 -- вход ной патрубок, 2 -- кольцевой водослив, 3 -- отвод для чистой воды, 4 -- шламоотводящая труба.
Производительность открытого гидроциклона определяется по формуле:
Q=0.875q.D2
где q -- удельный расход воды: q = 4,32 Wo; с внутренней перегородкой q = 7,15Wo. При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются сле-дующие параметры: D = 2-10 м; Н = D; dВХ = 0,1.D; угол конусности = 60°.
ЦЕНТРИФУГИ. Для удаления осадков из сточных вод могут быть ис-пользованы фильтрующие и отстойные центрифуги. Центробежное фильт-рование достигается вращением суспензии в перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильтровальной тканью. Осадок остается на стенах бара-бана. Его удаляют вручную или ножевым съемом. Такое фильтрование наибо-лее эффективно, когда надо получать продукт с наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.
Центрифуги могут быть периодического или непрерывного действия; горизонтальными, вертикальными или наклонными. Производительность центрифуги равна:
где К -- коэффициент использования объема ванны (К=0,4-0,6); Vh -- расчетный объем ванны ротора; -- продолжительность пребывания суспензии в роторе.
ФИЛЬТРОВАНИЕ. Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых веществ, удаление которых отстаивани-ем затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенно-го давления над перегородкой или вакуума после перегородки.
Для очистки сточных вод машиностроительных предприятий исполь-зуют два класса фильтров:
1. зернистые, в которых очищаемую жидкость пропускают через насад-ки не связанных пористых материалов;
2. микрофильтры -- фильтроэлементы изготовлены из связанных по-ристых материалов.
В зернистых фильтрах широко используют в качестве фильтроматериалов кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит, и др. Зерни-стые фильтры изготавливают однослойными и многослойными. Скорость фильтрации в таких фильтрах невысока и составляет 0,0014 -0,002 м/с. Для выделения из сточных вод механических загрязнений с размерами частиц ме-нее 0,01 мм применяют микрофильтры, в которых фильтрующий элемент изго-тавливают из одного или нескольких слоев металлических сеток с размера-ми ячейки (2-4)-105 м или из натуральных или искусственных тканей. Для очистки сточных вод машиностроительных предприятий применяют бара-банные или пластинчатые конструкции микрофильтров.
Рис. 14.5. Схема каркасно-насыпиого фильтра
На рис. 14.5 представлена схема каркасно-насыпного фильтра. Очищае-мая сточная вода поступает по коллектору 3 и через отверстия в нем равно-мерно распределяется по сечению фильтра. Нисходящий поток сточной воды проходит через слой гравия 5 и песка 6, через перфорированное днище 2, установленное на поддерживающем слое гравия 1 и через трубопровод 8 отводится из фильтра. Регенерацию фильтра осуществляют продувкой сжато-го воздуха, подаваемого в фильтр по трубопроводу 4, с последующей обрат-ной промывкой водой через вентиль 7.
Для очистки сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов от ферромагнитных примесей применяют электромагнитные фильтры (рис. 14.6), в которых используют силы взаимодействия между намагниченной фильтро-вальной загрузкой и ферромагнитными примесями сточной воды.
Рис. 14.6. Схема электромагнитного фильтра
Исходная сточная вода через трубопровод 1 поступает в корпус 3 из немагнитного материала, проходит через ограничительную решетку 4, фильт-ровальную загрузку 5 из ферромагнитных частиц с толщиной слоя 0,15-0,2 м, опорную решетку б и выводится из фильтра по трубопроводу 7. Намагничива-ние фильтровальной загрузки осуществляется магнитным полем, создавае-мым катушкой индуктивности 2 с ферромагнитным сердечником. Эффектив-ность очистки сточных вод от ферромагнитных и немагнитных примесей составляет соответственно 95-98 и 40-60%. Регенерацию фильтра осуществ-ляют при выключенном электромагнитном поле не очищенной сточной водой в направлении фильтрования или в обратном направлении чистой водой.
Очистка сточных вод от маслопродуктов.
На машиностроительных предприятиях для очистки сточных вод от маслопродуктов в зависимости от их состава и концентрации, применяют сле-дующие методы очистки: отстаивание, обработка в гидроциклонах, флотация и фильтрование.
ОТСТАИВАНИЕ. Этот метод основан на закономерностях всплывания маслопродуктов по тем же законам, что и осаждение твердых частиц. Процесс отстаивания осуществляется в отстойниках и маслоловушках. При проектиро-вании очистных сооружений, предусматривают использование отстойников, как для осаждения твердых частиц, так и для всплывания маслопродуктов. При этом расчет длины отстойника проводят по скорости осаждения твердых час-тиц, и по скорости всплывания маслопродуктов, и принимают максимальное из двух значений.
Конструкция маслоловушек аналогична конструкции горизонтального отстойника. При среднем времени пребывания сточной воды в маслоловушке, равном двум часам, скорость ее движения составляет 0,003-0,008 м/с. В ре-зультате отстаивания маслопродукты, содержащиеся в воде, всплывают на поверхность, откуда удаляются маслосборным устройством.
Для расчета маслоловушек необходимо знать скорость всплывания маслопродуктов, которую определяют по формуле:
,
и расход сточной воды. Тогда расчет сводится к определению геометрических размеров ловушек и времени отстаивания сточной воды.
Для очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод машиностроительных предприятий, например, стоков охлаждающих жидкостей металлорежущих станков, широко применяют обработку сточных вод специ-альными реагентами, способствующими коагуляции примесей в эмульсиях.
В качестве реагентов используют: Nа2СО3, H2SO4, NaCl, А12(SO4)3, смесь NaCI с Al2(S04), полиакриламид и др. При этом степень очистки повышается с 0,62 до 0,92, а расход реагентов составляет от 0,03 до 0,36 кг/м3.
Отделение маслопродуктов в поле действия центробежных сил
Очистку сточных вод от маслопродуктов в поле действия центробежных сил осуществляют в напорных гидроциклонах. При этом целесообразнее ис-пользовать гидроциклон для одновременного выделения и твердых частиц и маслопродуктов, что необходимо учитывать в конструкции аппарата.
На рис. 14.7 представлена схема напорного гидроциклона, предназначенного для очистки сточных вод от металлической окалины и масла.
Рис. 14.7. Схема комбинированного напорного циклона
Исходная сточная вода через установленный тангенциально по отношению к корпусу гидроциклона входной патрубок 1 поступает в аппарат. Вследствие закручивания потока сточной воды, твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и стекают в шлакосборник 7, откуда периодически удаляются. Сточная вода с содержащимися в ней маслопродуктами дви-жется вверх, при этом вследствие меньшей плотности маслопродуктов они концентрируются в ядре закрученного потока, который поступает в приемную камеру 3, и через трубопровод 5 выводится из гидроциклона для последующей утилизации. Сточная вода, очищенная от твердых частиц и маслопродуктов, скапливается в камере 2, откуда через трубопровод 6 отводится для даль-нейшей очистки. Регулируемое гидравлическое сопротивление 4 предназначено для выпуска воздуха.
Гидроциклоны данной конструкции используют для очистки сточных вод с концентрацией твердых частиц и маслопродуктов: 0,13-0,16 и 0,01-0,015 кг/м3 соответственно и эффективностью их очистки около 0,7-0,5. При расходе очи-щаемой воды 5 м3/ч перепад давлений в гидроциклоне составляет 0,1 Мпа.
Очистка сточных вод от маслопримесей флотацией
Метод основан на интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса лежит молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде воздуха. Образование агре-гатов частица-пузырьки воздуха зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия находящихся в воде веществ, из-быточного давления воздуха в сточной воде и т.п.
В зависимости от способа образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологическую, электрофлотацию и т.д.
Рис. 14.8. Схема пневматической флотационной установки
На рис. 14.8 представлена схема флотационной пневматической установки, предназначенной для очистки сточных вод от маслопродуктов, поверхностно-активных и органических веществ, а также от взвешенных частиц малых размеров. Исходная сточная вода по трубопроводу 1 и отверстиям в нем равномерно поступает во флотатор 10. Одновременно по трубопроводу 2 подается сжатый воздух, который через насадки 11 из пористого материала в виде мельчайших пузырьков равномерно распределяются по сечению флотатора. В процессе всплывания пузырьки воздуха обволакивают частицы маслопродуктов, ПАВ и мелких твердых частиц, увеличивая скорость их всплывания. Образующаяся таким образом пена скапливается между зеркалом воды и крышкой 3 флотатора, откуда она отсасывается центробежным вентилятором 4 в пеносборник 5 и через трубопровод 6 направляется для обработки пены и из-влечения из нее маслопродуктов. В процессе вертикального движения сточной воды во флотаторе содержащийся в воздухе кислород окисляет органические примеси, а при малой их концентрации имеет место насыщение воды кислородом. Очищенная таким образом вода огибает вертикальную перегоро-дку 9 и сливается в приемник 7 очищенной воды, откуда по трубопроводу 8 подается для дальнейшей обработки. Эффект флотации зависит от величины отверстий пористого материала, давления и расхода воздуха, продолжительности флотации, уровня воды во флотаторе. По опытным данным размер отверстий должен быть 4-20 мкм при давлении воздуха 0,1-0,2 МПа, расход воздуха 40-70 м3/ч, продолжительность флотации 20-30 мин., уровень воды в камере до флотации 1,5-2,0 м.
Очистка сточных вод от растворимых примесей.
Для очистки сточных вод от растворимых примесей существует много разнообразных методов. Выбор метода очистки сточных вод от растворимых примесей зависит от вида примеси (органическая или неорганическая) и ее концентрации в очищаемой воде. К основным методам очистки сточных вод от растворенных примесей, которые широко используют в промышленности, относятся: экстракция, адсорбция, ионный обмен, электрохимические методы, химические и др.
ЭКСТРАКЦИЯ. Процесс, основанный на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента) в соответствии с коэффициентом экстракции:
КЭ = СЭ / СВ,
где СЭ, СВ -- концентрации примесей в экстрагенте и воде по окончании экстракции. Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содержащих фенолы масла, органические кислоты, ионы металлов и др.
Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение. Для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3-4 г/л их рациональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий:
1. Интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). В условиях развитой поверхности контакта между жидкостями, образуются две жидкие фазы. Одна - экстракт- содержит извлекаемое вещество и экстрагент, другая - рафинат - сточную воду и экстрагент.
2. Разделение экстракта и рафината.
3. Регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Чтобы снизить содержание растворимых примесей до концентраций ниже ПДК, необходимо правильно выбрать экстрагент и скорость его подачи в сточную воду. При выборе растворителя следует учитывать его селективность, физико-химические свойства, стоимость и возможные способы регенерации.
Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной многоступенчатой экстракции и непрерывной противоточной экстракции.
АДСОРБЦИЯ. Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих примесей в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента.
Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и т.д. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперация этих веществ. Эффективность адсорбционной очистки составляет 0,8-0,95 и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.
В качестве адсорбентов для очистки сточных вод от растворимых органических веществ широкое применение находят активные угли, которые должны обладать следующими свойствами: слабо взаимодействовать с водой и хорошо с органическими веществами, иметь размер пор доступный для извлекаемого вещества, иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации, быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав.