Расчет и проектирование гидроциклона для комплексной технологии глубокой очистки промышленных сточных вод (стр. 2 из 5)

Адсорбция может быть реагентной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с адсорбентом. Эффективность очистки, в зависимости от применяемого адсорбента, 80-95%. В качестве адсорбентов используются активированный уголь, зола, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикогели, алюмогели, гидраты окислов металлов. Наиболее универсальны активированные угли с радиусом пор 0,8-5 нм. Процесс адсорбции проводят либо при интенсивном перемешивании адсорбента и воды, с последующим отстаиванием, либо фильтрованием через слой адсорбента. Отработанный адсорбент регенерируют перегретым паром или нагретым инертным газом.

2.2.3 Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cl, Va, Mn и др.), а так же соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества. Суть метода состоят в том, что существуют природные и синтетические вещества (иониты), нерастворимые в воде, которые при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. Иониты, способные поглощать из воды положительные ионы называют катионитами, а отрицательные - анионитами. Иониты, обменивающие и катионы и анионы, называются амфотерными. К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды. К неорганическим синтетическим относятся силикагели, труднорастворимые окиси и гидроокиси некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).

Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным относятся ионообменные слюды. Упрощенно формулу катионита можно записать RH, а анионита - ROH, где R - сложный радикал.

Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

при контакте с катионитом

RH+NaCl RNa+HCl,

при контакте с анионитом

RОH+NaCl RCl+NaOH.

Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия (рис).

2.2.4 Экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция выгодна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует затраты на ее проведение. При концентрации 3-4 г/л экстракция выгоднее адсорбции.

Экстракция проводится в 3 стадии: интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем).

При этом образуются две жидкие фазы; одна фаза - экстракт, содержащий извлекаемые вещества и экстрагент, другая - рафинад - сточную воду и экстрагент; разделение экстракта и рафината; регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Экстрагент из экстракта выделяется выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием и осаждениями.

2.2.5 Ультрафильтрация - процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества, размером =< 0,5 мкм.

2.3 Химические методы

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, коагулирование и флокулирование, окисление и восстановление. Химическая очистка проводится как доочистка вод перед биологической очисткой или после нее.

2.3.1 Нейтрализация. Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, перед сбросом в водоемы или перед технологическим использованием подвергаются нейтрализации. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН 6,5...8,5. Для нейтрализации кислых стоков используют щелочи, для нейтрализации щелочных - кислоты.

Нейтрализацию можно проводить различными путями: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием через нейтрализующие материалы. Для нейтрализации кислых вод используют щелочи (NaOH, KOH), соду (Na₂CO₃), аммиачную воду (NH₃OH), карбонаты кальция и магния (CaCO₃ и MgCO₃), доломит (CaCO₃ и MgCO₃), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является известковое молоко (Ca (OH) ₂).

Для нейтрализации щелочных сточных вод используют магнезит, доломит, известняк, шлак, зола, а также применяются отходящие газы, содержащие СО₂, SО₂, NО₂, N₂О₃ и др. При этом происходит очистка дымовых газов от кислых компонентов.

2.3.2 Коагуляция - это процесс укрупнения дисперсных частиц при их взаимодействии и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмулированных веществ. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окисей металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести и улавливают коллоидные и взвешенные частицы.

2.3.3 Флокуляция - это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высоко молекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличии от коагуляции агрегатизация происходит не только в результате контакта, но и в результате взаимодействия флокулянта и извлекаемого вещества. Для очистки используют природные и синтетические (полиакриламид, крахмал, целлюлозы) флокулянты.

3. Общая характеристика гидроциклонов

Гидроциклоны используются в процессах осветления сточных вод, сгущения осадка, обогащения известкового молока, отмывки песка от органических веществ, в том числе нефтепродуктов и жира, т.е. в нефтепромыслах, автохозяйствах, стекольных, литейных производствах и др.

При осветлении сточных вод аппараты малых размеров обеспечивают больший эффект очистки. При сгущении осадков минерального происхождения следует применять гидроциклоны больших диаметров (свыше 150 мм). Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ допускается применять открытые и напорные гидроциклоны. Открытые - для выделения всплывающих, оседающих грубодисперсных примесей гидравлической крупностью свыше 0,2 мм/с и скоагулированной взвеси и напорные - для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей минерального происхождения. Для расчета и проектирования установок с открытыми циклонами задаются те же параметры по воде и загрязнениям, что и для отстойников. Гидравлическая крупность частиц, которые надо выделить для обеспечения требуемого эффекта очистки, определяется при высоте слоя воды, равном 200 мм. Для многоярусных гидроциклонов слой отстаивания должен быть равен высоте яруса.

Выделение примесей из сточных вод эффективно осуществляется под действием центробежных и центростремительных сил в открытых и напорных гидроциклонах. Открытые гидроциклоны применяют для выделения из суспензий частиц диаметром >0,1 мкм при очистке грубодиспергированных примесей.

3.1 Открытые гидроциклоны

Открытые гидроциклоны применяют для выделения из суспензий частиц диаметром >0,1 мкм при очистке грубодиспергированных примесей.

Модифицированный гидроциклон с конической диафрагмой и внутренним цилиндром (рис. 3) устраняет накопление взвешенных частиц под диафрагмой и их периодический вынос с осветленной водой.

Исходную суспензию подают тангенциально в нижнюю часть зоны, ограниченную внутренним цилиндром. Восходящий поток у верхней кромки цилиндра разделяется на основной поток, движущийся по спирали к центральному отверстию в диафрагме, и дополнительный, поступающий в зазор между стенками гидроциклона и цилиндра. В дополнительном потоке транспортируются выделившиеся в восходящем потоке взвешенные частицы.

Рис. 3 Открытые гидроциклоны: а - без внутренних вставок; б - с конической диафрагмой; в - с конической диафрагмой и внутренним цилиндром

Основной расчетной величиной открытых гидроциклонов является удельная гидравлическая нагрузка q_hc (м³/ (м²ч), определяемая по формуле

q_hc= 3,6 * K_hc * U_o,

где U_o - гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта, мм/с;

К_hc - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа гидроциклона и равный для гидроциклонов: а) без внутренних устройств 0,61; б) с конической диафрагмой и внутренним цилиндром 1,98; в) многоярусного с центральными выпусками

здесь n_ti - число ярусов, D_hc - диаметр гидроциклона, м; d_d - диаметр окружности, на которой располагаются раструбы выпусков, м; г) многоярусного с периферийным отбором осветленной воды

где n'_ti - число пар ярусов; d_{d -} диаметр отверстия средней диафрагмы пары ярусов, м. Величины конструктивных размеров D_hc, d_en и т.д., входящих в расчетные зависимости, принимаются по табл.6. Производительность одного аппарата определяют по формуле

где q_hc - удельная гидравлическая нагрузка, м³/м²*ч; D_hc² - диаметр гидроциклона, м.

Исходя из общего количества сточных вод Q_w определяют количество рабочих единиц циклонов N

После назначения диаметра аппарата и определения их количества по табл.6 определяют основные размеры гидроциклона.

Угол наклона образующей для конических диафрагм в от крытых гидроциклонах в каждом случае задается с учетом свойств выделяемого осадка, но не менее 45°.

Диафрагмы в открытых гидроциклонах могут быть выполнены как из стали, так и из неметаллических материалов (ткань, пластик и т.д.).