ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

 

Механическое обезвоживание осадков промстоков может производиться экстенсивным и интенсивным методами. Экстенсивные методы осуществляются в различного рода уплотнителях, интенсивное обезвоживание и сгущение производится фильтрованием, прессованием, центрифугированием, гидроциклонированием и т. п.

 

 

3.1. Фильтрование [2]

 

Это 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 здесь является фильтровальная ткань и осадок, 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 в осадке уменьшается скорость фильтрации.

Фильтруемость суспензий характеризуется удельным сопротивлением осадка. 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∙P∙F² / h∙c¢) ∙b, (26)

где P - давление (вакуум), при котором происходит фильтрование; F - площадь фильтрующей поверхности; h - вязкость фильтрата; c¢- масса твердой фазы кека, отлагающегося на фильтровальной перегородке при получении единицы объема фильтрата; b = t / v² - параметр, получаемый опытным путем (t - время фильтрации); v - объем выделяемого фильтрата.

Из фильтрующих аппаратов наибольшее распространение получили барабанные вакуум-фильтры.

 

3.2. Прессование [2]

 

Другим распространенным способом для обезвоживания осадков является прессование. Для этих целей наиболее широко применяют рамные, камерные и ленточные фильтр-прессы.

Из всех известных механических обезвоживающих устройств фильтр-прессы дают осадок с самой низкой влажностью. Производительность их несколько ниже, чем у вакуум-фильтров при равных условиях кондиционирования.

Рамные и камерные фильтр-прессы являются наиболее старыми и широко известными аппаратами периодического действия, которые, благодаря введению систем автоматизации, усовершенствованию конструкции, применению новых фильтровальных тканей и конструкционных материалов, увеличению площади поверхности фильтрации (в некоторых вариантах до 1000 м²), получили в настоящее время широкое распространение для обезвоживания осадков городских и промышленных сточных вод.

Производительность фильтр-прессов L_ф, кг/(м²∙ч), определяют по формуле

 

L_ф = [(100-W_к)∙h∙r_тв ] /(20∙t_ф), (27)

 

где W_к - конечная влажность кека, %; r_тв - плотность осадка, г/см³; h- высота фильтровальной части пресса, м; t_ф - время фильтрации, с.

 

3.3. Центрифугирование [2]

 

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. Осадительное центрифугирование является процессом разделения суспензий, содержащих значительное количество твердой фазы. Основным параметром центрифуг является фактор разделения К_р - отношение ускорения центробежной силы к ускорению силы тяжести:

 

К_р = W² / g∙r, (28)

 

где W - окружная скорость вращения, м/с (W = 2∙p∙r∙n / 60, м/с); n - частота вращения, мин^-1; g - ускорение силы тяжести, м/с²; r - радиус вращения, м.

 

3.4. Гидроциклонирование [2]

 

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 К, показывающий во сколько раз скорость перемещения частицы под действием центробежной силы больше скорости ее оседания под действием силы тяжести, определяется следующим выражением:

 

К = d²∙(g-g₁)∙18∙m∙v²_т / d²∙(g-g₁)∙18∙m∙g∙r = v²_т / g∙r, (29)

 

где d - диаметр частицы взвеси; v_т - тангенциальная скорость на радиусе разделения; g - ускорение силы тяжести; g - плотность частицы взвеси; g₁ - плотность жидкости (среды); m - абсолютная вязкость жидкости; r - радиус вращения.

Значения фактора разделения К 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 несколь-ко параллельно включенных элементарных гидроциклонов.

 

 

Контрольные вопросы

1. Когда применяется метод дробления кусков ТО, его основная технологическая характеристика?

2. Классификация измельчения кусков ТО при использовании метода дробления.

3. Какое оборудование используют для уменьшения размеров кусков, основные технические характеристики шаровых мельниц?

4. Классификация фракций измельчения при использовании метода помола.

5. Что такое классификация и сортировка ТО, в чем сущность этих процессов?

6. Какие методы используют для разделения ТО по крупности кусков?

7. Назовите основные характеристики грохотов.

8. Сущность процесса классификации пульп, основные характеристики классификаторов.

9. Сущность процессов фильтрования, прессования при обезвоживании осадков промстоков.

10. Сущность процессов центрифугирования и гидроциклонирования при обезвоживании осадков.