ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Центробежное осаждение примесей из сточных вод

Скорость разделения неоднородных систем в поле центробежных сил выше по сравнению со скоростью разделения этих систем в поле силы тяжести. Отношение центробежной силы к силе тяжести можно сделать сравнением ускорений, действующих на частицы примесей в центробеж­ном и гравитационном полях, т. к. применительно к частице определенной массы силы пропорциональны ускорениям.

В общем случае центробежная сила Рц (Н) выражается равенством

22 m • v о G • v о

РЦ =------ - =-------- -, (3.46)

R g • r

Где m - масса вращающейся частицы, кг; G - вес частицы, Н; v0 - окруж­ная скорость вращения, м/с; r - радиус вращения, м. Окружная скорость вращения равна

V0 = mr = 2 nnr/60, (3.47)

Где т - угловая скорость вращения, рад/с; n - число оборотов в минуту.

Сопоставляя эти равенства, найдем

G (2п - n л2 r

Pu = r g r-g

Или приближенно

G r n2

Рц «G r. (3.49)

Ц 900

Отношение центробежного ускорения vо2 r к ускорению силы тяже­сти g называют фактором разделения:

2

V

Kp = —. (3.50)

G-r

Для величины G = 1H получаем

Kp = r-n2 /900. (3.51)

Фактор разделения является важной характеристикой гидроциклонов и цетрифуг, т. к., при прочих равных условиях, разделяющее действие при осадительном центрифугировании возрастает пропорционально величине

Кр.

Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (низко­напорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осажде­ния твердых примесей, а открытые гидроциклоны - для удаления осаж­дающихся и всплывающих примесей.

При вращении жидкости в гидроциклонах (рис. 3.8) на частицы дей­ствуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к перифе­рии потока, силы сопротивления движущегося потока, гравитационные си­лы и силы потока. Силы инерции в потоке жидкости незначительны и ими можно пренебречь. При высоких скоростях вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести.

Скорость движения частицы в жидкости под действием центробеж­ной силы зависит от ее диаметра dH, разности плотностей фаз Ар, вязкости

Ц0 и плотности р0 сточной воды и от ускорения центробежного поля J:

V4 = к0385 - d4 m рс (m-2 )/3 - Ap(m +1)/3 - J(m+1)/3 / цс (2m -1)/3. (3.52)

Коэффициент пропорциональности к и показатель степени m зависят от гидродинамического режима.

Для ламинарного режима при числе Рейнольдса Явч = ^ос^чрч/ц0 = 1,6; m = 2; к = 1,7-10-4.

_ Л

Для переходного режима при Яеч = 16.420; m = 1,2; к = 2,49-10 . Для турбулентного режима Яеч > 420; m = 5,36; к = 0,5.

Кроме физических свойств жидкости на эффективность работы гид­роциклонов влияют конструктивные параметры: диаметр аппарата, соот­ношение входного и сливных патрубков.

Гидроциклоны изготавливаются диаметром от 10 до 700 мм, высота цилиндрической части равна диаметру аппарата. Угол конусности равен 10.20°. Эффективность гидроциклонов находится на уровне 70%. При изменении вязкости сточной воды скорость осаждения частиц увеличива­ется. С ростом плотности жидкости уменьшается разность плотности фаз Ар = (рч - р0). Это сопровождается снижением скорости осаждения частиц тяжелее воды, а для частиц легче воды - увеличением скорости всплыва- ния.

Скорость осаждения пропорциональна квадрату скорости вращения частиц, которую можно считать равной скорости воды на входе в аппарат.

Гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат, в ко­тором они работают параллельно. Такие аппараты называют мультигидро - циклонами. Мультигидроциклоны наиболее эффективны при очистке не­больших количеств воды от тонкодисперсированных примесей.

Производительность напорных гидроциклонов

Q = К1 • D4 • І „V 2 g •АН, (3.53)

Где K1 - безразмерный коэффициент; Вц - диаметр гидроциклона, м; dex -

Диаметр входного патрубка. м; АН - переход давлений между сливными и выходными патрубками, Па.

Открытые (безнапорые) гидроциклоны применяют для очистки сточных вод от крупных примесей (гидравлическойой крупностью 5 мм/с). От напорных гидроциклонов, они отличаются большей производительно­стью и меньшим гидравлическим сопротивлением.

Для удаления осадков из сточных вод используются отстойные и фильтрующие центрифуги. В отстойных центрифугах (рис. 3.9) со сплош­ными стенками ротора производят разделение суспензий и эмульсий по принципу отстаивания.

Разделение суспензий в отстойных центрифугах складывается из стадий осаждения твердых частиц на стенках ротора и уплотнения обра­зовавшегося осадка. Первая из этих стадий протекает по законам гидроди­намики, вторая - по закономерностям механики грунтов (пористых сред). При малой концентрации твердых частиц в сточной воде (не более 4% об.) наблюдается свободное осаждение их в роторе без образования четкой по­верхности раздела между чистой жидкостью и еще не расслоившейся сус­пензией. При повышенной концентрации образуется ясная граница раздела вследствие стесненного осаждения твердых частиц. Вследствие неодно­кратности по радиусу интенсивности поля центробежных сил и площади осаждения закономерности процессов осаждения в отстойных центрифу­гах отличаются от осаждения в отстойниках.

Разделяющая способность отстойных центрифуг характеризуется индексом производительности I, который является произведением

Площади цилиндрической поверхности осаждения F в роторе на фактор разделения Kp:

1= F • Kp, (3.54)

Откуда

I/F = Kp. (3.55)

Величину I следует считать равной площади отстойника, эквива­лентного по производительности (для данной суспензии) рассматриваемой центрифуге.

Фактор разделения для отстойной центрифуги равен

R • n 2 (D - h)ri

(3.56)

900 2 • 900

Где r = (D - h)/2 - средний радиус слоя жидкости в центрифуге

Площадь цилиндрической поверхности осаждения в роторе F = п( D - к)- L, (3.57)

Откуда получим

£ = F-Kp = п-L(D - к)2 n Vl800. (3.58)

Индекс производительности зависит от режима осаждения частиц:

T-. 7^0,715

= F - K p ;

- в турбулентном режиме ^ = F - K0'5 .

Производительность отстойных центрифуг снижается по сравнению с теоретической вследствие отставания скорости вращения жидкости от скорости вращения ротора, неравномерности течения жидкости вдоль ро­тора, образование вихревых зон, увлекающих осажденные частицы.