Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Осветление воды в гидроциклонах. Флотационная обработка природных вод

В практике водоподготовки для осветления поверхностных мутных вод, содержащих грубодисперсные примеси, находят применение гидроциклоны (рис. 5.17, а). Они просты по конструкции и в эксплуатации, дешевы в изготовлении, компактны, эффективны, обладают большой производительностью, надежны. Их действие основано на использовании поля центробежных сил, где выделение механических примесей из воды происходит под действием этих сил, превосходящих в сотни и тысячи раз силы тяжести, за счет чего увеличивается скорость отделения частиц. При этом значительно сокращается продолжительность процесса осветления и уменьшается объем центробежного аппарата по сравнению с объемом отстойника. Режим движения частиц в поле центробежных сил — турбулентный.

Осветление воды в поле центробежных сил основано на переносе взвешенных частиц к периферии центробежной силой, равной разности значений центробежной силы для твердой и жидкой фаз. Эта сила Р, возникающая при тангенциальном впуске воды в аппарат под некоторым давлением, равна:

где d — эквивалентный диаметр взвешенных частиц, см; рт и рж — плотность твердой и жидкой фаз в осветляемой воде, г/см3; v — скорость движения воды на входе в аппарат, см/с; г — расстояние от центра аппарата до оси тангенциального питающего патрубка, см.

При больших значениях v и малых г сила, действующая на взвешенную частицу во вращающемся потоке жидкости, будет во много раз больше силы тяжести и скорость движения взвешенных частиц будет значительно больше скорости их свободного осаждения. В результате в поле центробежных сил выделение взвешенных частиц из воды происходит значительно быстрее, чем в отстойниках.

Гидроциклоны могут быть напорными и открытыми. Чем меньше диаметр гидроциклона, тем больше развивающиеся в нем центробежные силы и тем меньше размер отделяемых в аппарате частиц. Максимальная эффективность разделения достигается в гидроциклоне вытянутой формы с возможно малым углом конусности (см. рис. 5.17, а). Обрабатываемая вода поступает в верхнюю часть гидроциклона тангенциально и, вращаясь, движется к основному патрубку, раположенному в центре по оси аппарата. Центробежной силой диспергированные примеси воды перемещаются к стенкам гидроциклона и по ним опускаются вниз, в конус, через насадку в нижней части которого они непрерывно удаляются в сток. Движение 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.

Гидроциклон (а) и мультициклон (б)

Рис. 5.17. Гидроциклон (а) и мультициклон (б):

1 — сменная насадка-сгуститель; 2 — разъемная конусная часть; 3, 6 — входной и выходной патрубки; 4 — камера сбора осветленной воды; 5 — сливной патрубок с диафрагмой; 7 — шламовая камера; 8 — гидроциклоны диаметром 15 мм; 9, 11 — нижняя и верхняя разделительные плиты; 10 — распределительная камера; 12 — цилиндрический

корпус аппарата

Для задержания тонкодисперсных взвешенных веществ используют гидроциклоны малого диаметра, устанавливая их параллельно в большом количестве. Такой аппарат называют мультициклоном (см. рис. 5.17, б). Пластмассовые гидроциклоны диаметром 10, 15 и 20 мм способны задерживать взвешенные частицы гидравлической крупностью до 0,17 мм/с при потере давления около 0,1 МПа. Подача одного гидроциклона диаметром 15 мм при такой потере давления составляет около 0,07 м3/ч.

Гидроциклоны надлежит использовать в системах хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения для предварительного осветления высокомутных поверхностных вод (более 1500 мг/л). Для осветления воды следует применять гидроциклоны литые нефутерованные как наиболее дешевые и достаточно стойкие против истирания.

Недостатками гидроциклонов являются: быстрый износ, особенно при обработке вод, содержащих крупные минеральные примеси; колебания эффекта осветления в зависимости от состава и содержания взвешенных веществ в исходной воде.

Для предварительной обработки маломутных (до 150—200 мг/л) и цветных (до 200 град) вод, содержащих планктон и плавающие загрязнения (масла, нефтепродукты и т. п.), применяют флотаторы (рис. 5.18). Остаточная мутность после флотаторов 3—5 мг/л (до 10 мг/л).

Флотационная установка

Рис. 5.18. Флотационная установка:

1, 2 — подача исходной воды с реагентами и отвод осветленной; 3 — флотационная камера; 4 — лотки сбора пены; 5 — система распределения водовоздушной смеси; 6 — напорный бак; 7, 8 — насос и компрессор; 9 — перегородчатая камера хлопьеобразования

Сущность процесса флотации состоит в специфическом проявлении молекулярных сил, способствующих слипанию взвешенных примесей воды с пузырьками высокодиспергиро- ванного в воде газа, всплыванию образующихся агрегатов и формированию на поверхности воды пенного слоя, насыщенного извлеченными веществами. Флотируемость примесей различной крупности определяется размерами пузырьков газа (15 • 10_6—30 • 10_6 м), которые зависят от поверхности натяжения на границе вода — газ. При понижении поверхностного натяжения до 0,06—0,065 Н/м и ниже эффект очистки воды флотацией повышается.

Предварительное коагулирование примесей воды повышает эффект флотации, так как понижает поверхностное натяжение. Как показала практика, оптимальная крупность флотируемых примесей находится в пределах 10_3—10-1 см.

Улучшение процесса флотации достигают гидрофобизацией поверхности примесей коагулянтами и флокулянтами, которые, сорбируясь на поверхности удаляемых частичек, понижают их смачиваемость, что интенсифицирует прилипание примесей к пузырькам газа.

Использование коагулянтов позволяет значительно повысить эффективность флотационной очистки и удалять загрязнения, находящиеся в воде в виде стойких эмульсий и взвесей, а также в коллоидном состоянии. После флотационного разделения гидрофобный осадок отработанных гидроксидов занимает значительно меньший объем и влажность его ниже влажности осадка, полученного при декантировании.

Существует несколько видов флотации, среди которых по размерам пузырьков газа или воздуха можно выделить:

  • • флотацию с выделением из воды воздуха — установки вакуумные, эрлифтные и напорные;
  • • флотацию с механическим диспергированием воздуха — установки безнапорные (пенные), импеллерные и пневматические;
  • • электрофлотацию.

При обработке природных вод наиболее эффективна напорная флотация, при которой в части воды (до 10 %) в напорном резервуаре растворяется воздух, а в другую часть обрабатываемой воды вводятся реагенты. При входе во флотационную камеру оба потока смешиваются. Подготовку водовоздушной смеси осуществляют в абсорберах (или напорных резервуарах) под давлением 0,6—0,8 МПа, куда подают воду после фильтров и воздух в количестве 0,9—1,2 % расхода очищаемой воды. В зоне меньшего давления из насыщенной воздухом воды выделяются мельчайшие пузырьки, необходимые для флотации легкой взвеси. Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду, в зависимости от состава взвеси в исходной воде.

Преимущества флотаторов перед осветлителями со взвешенным осадком и отстойниками заключаются в следующем:

• эффективно удаляется фитопланктон, что позволяет отказаться от микрофильтров;

  • • удаляются из воды плавающие и плохо оседающие примеси;
  • • улучшается санитарное состояние очистных сооружений вследствие постоянного удаления выделенных загрязнений.

При напорной флотации в жидкости происходит ряд процессов: растворение и выделение воздуха, прикрепление воздушных пузырьков к частицам взвеси и всплывание их на поверхность с образованием пены. Условия протекания этих процессов существенно влияют на эффект осветления воды.

В состав флотационных установок входят флотационные камеры, камеры хлопьеобразования, узлы подготовки и распределения водовоздушной смеси, устройства для удаления и отвода пены. Наиболее часто применяются флотаторы с горизонтальным движением воды. Они могут иметь в плане квадратную или прямоугольную форму. Длина камеры назначается 3—9 м, ширина — до 6 м. Глубина слоя воды во флотаторе принимается 1,5—2,5 м. Прямоугольные флотаторы чаще всего бывают вытянуты в плане по ходу движения воды (см. рис. 5.18).

Для улучшения использования всего объема флотатора в некоторых случаях устанавливают продольные перегородки. Во входной части прямоугольной флотационной камеры струенаправляющую перегородку размещают под углом 60—70 град к горизонтали в сторону движения воды. Днище флотационной камеры имеет уклон 0,01 к трубопроводу для опорожнения.

Скорость входа обрабатываемой воды во флотатор не должна превышать скорости ее выхода из камеры хлопьеобразования, поэтому скорость движения обрабатываемой воды над струенаправляющей перегородкой назначают 0,016—0,02 м/с. Равномерное распределение водовоздушной смеси в объеме обрабатываемой воды и формирование мелких воздушных пузырьков достигаются устройством перфорированного трубопровода и размещенного под ним на расстоянии 8—10 см кожуха из материала, стойкого к кислородной коррозии. Распределительную трубку располагают на расстоянии 0,25—0,35 м от дна во входной части флотатора, в отсеке, образованном торцевой стенкой аппарата и струенаправляющей перегородкой. Скорость выхода водовоздушной смеси из отверстий распределителя принимают 20—25 м/с, диаметр отверстий 3—5 мм. Отверстия следует располагать равномерно по нижней образующей трубы линейно.

Сбор и отвод осветленной воды из флотатора должны производиться равномерно из нижней части камеры с помощью подвесной стенки, направляющей поток к отводу воды из аппарата, либо с помощью отводящей системы из перфорированных труб. Скорость движения воды под подвесной стенкой или в отверстиях водосборной системы принимают 0,8—1,2 м/с.

При строительстве новых очистных сооружений предпочтение следует отдавать флотаторам с горизонтальным движением воды, прямоугольной формы в плане, совмещенным с камерами хлопьеобразования с целью предотвращения разрушения хлопьев, сформированных в процессе коагуляции взвеси в воде.

Образующуюся во флотаторе пену влажностью не менее 94 % удаляют либо кратковременным подъемом уровня воды с отводом ее через подвесные лотки, расположенные равномерно по площади камеры, либо с помощью скребковых механизмов, перемещающих пену к сборным лоткам. Днища лотков выполняют с уклоном 0,025 в сторону отвода пены.

Флотационную камеру рассчитывают на удельную нагрузку 6—8 м3/ч на 1 м2 площади. Продолжительность пребывания воды в камере до 40 мин. Высоту флотационной камеры и время флотации находят по результатам технологических исследований по формуле

где Тм и Тк время флотации в лабораторной модели и в реальной камере; Нми Нк высота слоя воды в модели и камере; п — показатель степени, принимаемый 0,45—0,65 в зависимости от качества обрабатываемой воды.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>