Тогда объем осадка

м³/ч.

Объем образовавшего за месяц осадка составит

V_ос = 0,012^.5^.22 = 1,35 м³/мес.

Объем сборника осадка назначается 0,7 м³, при этом рекомен­дуется удалять осадок не реже 2-х раз в месяц.

2.2.3. Гидроциклоны.

Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц твер­дой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепа­рирования частицы в центробежном поле гидроциклона может превы­шать скорость осаждения эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз.

К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести: 1) вы­сокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии; 2) сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию устано­вок; 3) отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для ге­нерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет тангенциального ввода сточной воды; 4) возможность создания компакт­ных автоматизированных установок.

Интенсификацию процессов осаждения взвешенных частиц из сточных вод осуществляют воздействием на них центробежных и центростремительных сил в низконапорных (открытых) и напорных гидроциклонах. Вращательное движение жидкости в гидроциклоне, приводящее к сепарации частиц, обеспечивается тангенциальным подводом воды к цилиндрическому корпусу. Вращение потока способствует агломерации частиц и увеличению их гидравлической крупности.

Открытые гидроциклоны (рис. 2.18) применяют для выделения из сточных вод тяжелых примесей, характеризуемых гидравлической крупностью более 0,2 мм/с и скоагулированных взвешенных веществ. Часто их используют в качестве первой ступени в комплексе с другими аппаратами для механической очистки сточных вод. Значительным преимуществом открытых гидроциклонов является большая удельная производительность (2…20 м³/(м^2.ч)) при небольших потерях напора (не более 0,5 м). Число впускных патрубков в гидроциклоне для более равномерного распределения потока должно быть не менее двух. Скорость впуска воды равна 0,1…0,5 м/с.

Рис. 2.18. Открытый гидроциклон с конической диафрагмой:

1 — периферический водослив; 2, 3 — соответ­ственно плоская и коническая диафрагма; 4 — отвод осветленной воды; 5 — отверстие для удаления шлама; 6 – подача сточной воды.

Открытые гидроциклоны применяются следующих ти­пов:

• без внутренних устройств для выделения из сточных вод крупных и мелкодисперсных взвешенных веществ;

• с конической диафрагмой и с внутренним цилиндром для выделения оседающих и всплывающих мелкодисперсных взвешенных веществ;

• многоярусный с наклонными выпусками осветленной воды из каждо­го яруса (рис. 2.19) для выделения крупных и мелкодисперсных взве­шенных веществ;

• многоярусный с периферийным отбором осветленной воды для выде­ления оседающих крупно- и мелкодисперсных взвешенных веществ.

Рис. 2.19. Многоярусный открытый гид­роциклон:

1 — водосборный желоб; 2 — полупогружен­ная кольцевая стенка; 3 — аванкамера; 4 — ярусы; 5 — шламоотводные козырьки; 6 — водоподающие трубы; 7 — труба для удаления всплывающих веществ; 8 — труба для удале­ния шлама; 9 — шламоотводящая шахта; 10— конические диафрагмы; 11— выпуск осветлен­ной воды; 12 — тангенциальные впускные на­садки; 13 — наклонные впуски.

Многоярусные гидроциклоны используют для интенсификации процесса очистки. В них рабочий объем разделен на отдельные ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами. Вследствие этого высота слоя отстаивания уменьшается. Вращательное движение позволяет полнее использовать объем яруса и способствует агломерации взвешенных частиц. Каждый ярус гидроциклона работает самостоятельно.

В конструкции многоярусного гидроциклона совмещены принципы работы открытого гидроциклона и тонкослойного отстойника, что позво­ляет получить высокую эффективность очистки при удельных гидравли­ческих нагрузках в 8…10 раз и более, превышающих нагрузки на обычные отстойники. Очищаемая сточная вода подается тангенциально через три щели.

Выбор типа гидроциклона в каждом конкретном случае следует оп­ределять технико-экономическим сравнением вариантов.

Основной рас­четной величиной открытых гидроциклонов является удельная гидрав­лическая нагрузка q, м³/(м²∙ч), которая определяется по формуле

q = 3,6K u₀ ,

где u₀ — гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспе­чения требуемого эффекта; определяется по кривым кинетики осаждения, получаемым в лабораторных условиях при отстаивании исходной сточной воды в состоянии покоя в слое h = 200 мм; K — коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гидроциклона и равный: для гидроциклона без внутренних устройств 0,61; для гидроциклона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром 1,98; для многоярусных гид­роциклонов:

- с наклонными выпусками

K = 0,75n(D² - d²)/D²,

здесь n — число ярусов; D — диаметр гидроциклона; d — диаметр окружности, на ко­тором располагаются раструбы выпусков;

- с периферийным отбором осветленной воды

K =1,5n(D² - d²₂)/D²,

здесь n — число пар ярусов; d₂ — диаметр отверстия средней диафрагмы пары ярусов.

Производительность одного аппарата Q, м^з/ч, определяется по фор­муле

Q = 0,785qD².

Формула для расчета содержания взвешенных веществ С_осв, м^з/ч, осветленной воде для открытого гидроциклона

С_осв = А q/H,

где А — коэффициент, равный при работе без коагулирования 0,075 и с коагулированием. 0,033.

Скорость восходящего потока в аванкамере принимают равной 0,5 м/с.

Основные параметры многоярусного гидроциклона следующие: диаметр гидроциклона 2…6 м, высота яруса = 100…250 мм, число ярусов 4…20, диаметр центрального отверстия в диафрагме d = 0,6…1,4 м, ширина шламовыводящей щели b = 100…150 мм, число впусков = 3, скорость потока на входе = 0,3…0,4 м/с, число выпусков = 2…3, скорость потока на выходе из яруса м/с, зазор между корпусом и конической диафрагмой = 50…70 мм, угол конуса диафрагмы = 60…90°.

Напорные гидроциклоны (рис. 2.20) применяются для выделения из производст­венных сточных вод грубодисперсных примесей главным образом мине­рального происхождения, плотность которых отличается от плотности жидкой среды сточных вод.

Сточная вода под давлением поступает по тангенциально расположенному вводу в верхнюю часть цилиндра и приобретает вращательное движение. Возникающие центробежные силы перемещают частицы примесей к стенкам аппарата по спиральной траектории вниз к выходному патрубку. Очищенная вода удаляется через верхний патрубок. Фактор разделения напорных гидроциклопов достигает 2000, что обусловливает их высокую эффективность. Гидроциклоны могут иметь диаметры от 15 до 1000 мм.

Рис. 2.20. Напорный гидроциклон:

1 – коническая часть циклона; 2 – цилиндрическая часть циклона; 3 – сливной патрубок; 4 – тангенциальный патрубок; 5 – шламовая насадка.

Напорные гидроциклоны могут быть единичными и батарейными (мультигидроциклоны) и используются при осветлении сточных вод для сгущения осадка, обогащения известкового молока и твердой фазы сточ­ных вод в процессе их утилизации. При осветлении, производственных сточных вод мультигидроциклоны обеспечивают высокую степень очистки.

Основное влияние на процесс разделения оказывает окружная ско­рость движения, величина которой определяет интенсивность вращения жидкости, и следовательно, фактора разделения.

Конструктивные размеры напорных гидроциклонов подбирают в зависимости от количества сточных вод, концентрации и свойств примесей.

Суммарная, производительность напорных гидроциклонов определя­ется в зависимости от конструктивных размеров аппаратов, давления питания и гидродинамических условий выхода жидкости и шлама. В боль­шинстве случаев напорные гидроциклоны работают без противодавле­ния со стороны сливного и шламового патрубков, т.е. давление на вы­ходе из сливного и шламового патрубков соответствует атмосферному (Р_сл = Р_ат, Р_шл = Р_ат).

Производительность гидроциклона назначенных размеров Q_пит, л/с, рассчитывается по формуле

,

где - D, d_пит, d_сл, d_шл, H_ц даны в см;  – в град; Р_пит – в МПа.

Требуемое число напорных гидроциклонов n_раб определяется с уче­том обеспечения расчетной производительности установки и надежности работы, т.е.

n_раб = Q/Q_пит ,

где Q — расчетная производительность установки.

Расход шлама Q_шл, л/с, определяется по формуле

.

Эффективность осветления сточных вод в гидроциклонах рассчиты­вается на основе результатов анализов гранулометрического состава частиц твердой фазы. Располагая графическим представлением интегрального распределения частиц по их геометрическим размерам и гид­равлической крупности, а также по расчетным значениям граничной крупности разделения в гидроциклоне — максимальным размерам час­тиц твердой фазы, уносимых жидкостью, определяется количество твер­дой фазы (в %), выделенной в аппарате.

Гидравлическую крупность находят по упрощенной формуле:

,

где — производительность гидроциклона, м³/с; — коэффициент, учитывающий влияние концентрации примесей и турбулентность потока; для агрегативно-устойчивых суспензий с небольшой концентрацией = 0,04; — коэффициент, учитывающий затухание тангенциальной скорости, равен 0,45.

Граничная крупность разделения , мкм, определяется по формуле

.

Количество воды, проходящей через сливной и шламовый, патрубки

; .

При выборе конструкций напорных гидроциклонов необходимо учи­тывать следующие основные данные: 1) требуемую эффективность раз­деления сточных вод; 2) абразивные свойства твердой фазы; 3) химическую агрессивность жидкой фазы; 4) предельное давление перед аппаратом и требуемое давлением в сливном трубопроводе; 5) гранулометрический состав и плотность частиц твердой фазы; 6) механическую прочность частиц твердой фазы суспензии; 7) производительность уста­новки.

Пример 2.5. Определить производительность гидроциклона и предельный диаметр выделяемых в нем частиц песка из известкового молока, если внутренний диаметр гидроциклона d = 0,1 м, угол конусности  = 15 ^о = 0,262 рад, суспензия поступает в гидроциклон под давлением 2,5 ат, плотность частиц песка _ч = 2000 кг/м³, объемная доля песка в суспензии  = 0,15

Производительность гидроциклона определим по формуле

,

откуда V = 13,3 м³/ч.

Динамическая вязкость воды при 20 ^оС  = 1^.10^-3 Па·с и плотность ее  = 1000 кг/м³.

Тогда диаметр выделяемых частиц определим по формуле

мкм.