ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Гидромеханическое обезвоживание осадков сточных вод

В процессе очистки сточных вод образуются осадки, объем которых составляет от 0,5 до 1 % объема сточных вод для станций совместной очи­стки бытовых и производственных сточных вод и от 10 до 30 % для ло­кальных очистных сооружений. Условно осадки можно разделить на три основные категории - минеральные осадки, органические осадки и избы­точные активные илы. Основные задачи современной технологии обработ­ки состоят в уменьшении их объема и в последующем превращении в без­вредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей среды.

В осадках содержатся соединения кремния, алюминия, железа, окси­да кальция, магния, калия, натрия, никеля, хрома и др. Химический состав осадков оказывает большое влияние на их водоотдачу. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щелочи и некоторые другие ве­щества, содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход хи­мических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жи­ры, азотные соединения, волокнистые вещества, наоборот являются небла­гоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание ор­ганических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотда­чи.

Механическое обезвоживание осадков промстоков может произво­диться экстенсивными и интенсивными методами. Экстенсивные методы осуществляются в различного рода уплотнителях, интенсивное обезвожи­вание и сгущение производится при помощи фильтрования, центрифуги­рования, гидроциклонирования и т. п.

Фильтрование представляет собой процесс отделения твердых ве­ществ от жидкости, происходящий при разности давлений над фильтрую­щей средой и под ней. Для обезвоживания осадков и шламов обычно ис­пользуют вакуум-фильтры и фильтр-прессы. Фильтрующей средой на фильтрах является фильтровальная ткань и слой осадка, прилипающий к ткани и образующий в процессе фильтрования дополнительно фильтрую­щий вспомогательный слой, который собственно и обеспечивает задержа­ние мельчайших частиц суспензии. По мере увеличения слоя роль фильт­рующей перегородки (ткани) сводится лишь к поддержанию фильтрующе­го вспомогательного слоя. Увеличение толщины слоя обеспечивает улуч­шение качества фильтрата, но в то же время в результате увеличения со­противления прохождению воды через поры и капилляры слоя кека уменьшается скорость фильтрации.

Фильтруемость суспензий характеризуется удельным сопротивлени­ем осадка. В данном случае под осадком имеется в виду слой, отлагаю­щийся на фильтровальной перегородке при фильтровании суспензий.

Удельным сопротивлением осадка называется сопротивление едини­цы массы твердой фазы, отлагающейся на единице площади фильтра при фильтровании под постоянным давлением суспензии, вязкость жидкой фа­зы которой равна единице.

Удельное сопротивление осадка, характеризующее сопротивление фильтрации и фильтруемость (водоотдачу) осадков, определяют по фор­муле

I = (2 РР2/-птуд)Ь, (3.83)

Где Р - давление (вакуум), при котором происходит фильтрование; F - площадь фильтрующей поверхности; ц - вязкость фильтрата; туд - масса твердой фазы осадка, отлагающегося на фильтровальной перегородке при получении единицы объема фильтрата; b =

T/U - параметр, получаемый опытным путем (t - время фильтрации); U - объем выделяемого фильтрата.

Под центрифугированием понимают разделение неоднородных фаз при помощи центробежных сил. Оно осуществляется в аппаратах, назы­ваемых центрифугами.

Центрифугирование суспензий и шламов производится двумя мето­дами. В первом случае центрифугирование выполняется в роторах, имею­щих сплошную стенку, во втором - перфорированную. Центрифугирование в перфорированных роторах является процессом, отдельные элементы ко­торого сходны с фильтрацией и прессованием шламов.

Процессы центрифугирования в сплошных роторах подразделяются на центрифугальное осветление и осадительное центрифугирование. Оса - дительное центрифугирование является процессом разделения суспензий, содержащих значительное количество твердой фазы. Основным парамет­ром центрифуг является фактор разделения Кр - отношение ускорения центробежной силы к ускорению силы тяжести:

Кр = W02/(gr), (3.84)

Где w0 = 2 п n r/60 - окружная скорость вращения, м/с; n - частота враще­ния, мин-1; g - ускорение силы тяжести, м/с2; r - радиус вращения, м.

Среди аппаратов для центробежного разделения различных жидких отходов широкое распространение получили также жидкостные сепара­торы, работающие по принципу тонкослойного центрифугирования (се­парирования). В нефтяной промышленности они применяются, например, для очистки водонефтяных ловушечных эмульсий, отделения механиче­ских примесей из присадок к маслам, очистки глинистого раствора, при­меняемого при бурении нефтяных скважин, очистки сточных вод нефтепе­рерабатывающих заводов, отделения кислого гудрона от светлых дистил­лятов и т. д.

В практике сгущения и обезвоживания осадков из очистных соору­жений малых и средних промышленных и транспортных предприятий наибольшее распространение получили гидроциклоны, которые применя­ются, как правило, в комбинации с расположенными ниже бункерами - уплотнителями осадка. По конструктивным особенностям все гидроцикло­ны можно разбить на следующие группы: а) конические гидроциклоны; б) цилиндрические гидроциклоны; в) турбоциклоны (центриклоны).

Осаждение частиц взвеси в поле действия центробежной силы, имеющее место при работе гидроциклонов, во много раз интенсивнее оса­ждения их в поле вертикальных сил, возникающих под действием силы тяжести в уплотнителях вертикального или горизонтального типа. Фактор разделения Кр, показывающий, во сколько раз скорость перемещения час­тицы под действием центробежной силы больше скорости ее оседания под действием силы тяжести, определяется следующим выражением:

Кр = 1882(рч - p0)|W/[18-S2(p4 - p0Kgr]) = wT2/gr, (3.85)

Где 8 - диаметр частицы взвеси; рч - плотность частицы взвеси; р0 - плот­ность жидкости (среды); |0 - абсолютная вязкость жидкости; wr - танген­циальная скорость на радиусе разделения; g - ускорение силы тяжести; r - радиус вращения.

Значения фактора разделения Кр колеблются в пределах от 500 до

2000.

В гидроциклонах, как и в центрифугах, разделение суспензий проис­ходит под действием центробежной силы, но по способу действия они зна­чительно отличаются. В центрифуге суспензия вместе с барабаном при по­стоянной угловой скорости совсем или почти (шнековые центрифуги) не движется относительно барабана. При этом на частицы не действуют ни­какие касательные силы. В гидроциклоне же на частицы суспензии дейст­вуют большие тангенциальные силы, поддерживающие их в непрерывном относительном движении. Между слоями суспензии возникает напряжение сдвига, действующее на твердую частицу как поперечная сила. Известно, что для увеличения глубины отбора частиц взвеси в центрифугах при по­стоянной частоте вращения барабана необходимо увеличить его диаметр. В гидроциклонах, наоборот, это прямо пропорционально связано с умень­шением диаметра аппарата. В то же время уменьшение диаметра гидроци­клона ведет к снижению его производительности. Поэтому в тех случаях, когда требуется добиться более тонкой очистки необходимого продукта при значительных расходах последнего, используют батарейные гидроци­клоны (мультигидроциклоны), представляющие собой несколько парал­лельно включенных элементарных гидроциклонов.