3.8. Филтриране на отпадъчни води
В процеса на пречистване на отпадъчни води трябва да се справите с голямо количество вода, така че се използват филтри, които не изискват високо налягане. Въз основа на това се използват филтри с мрежести елементи (микрофилтри и барабанни мрежи) и филтри с филтриращ гранулиран слой.
Механизмът за извличане на частици от вода на филтри с гранулирана преграда:
1) филтриране с механично извличане на частици;
2) гравитационно утаяване;
3) инерционно улавяне;
4) химична адсорбция;
5) физическа адсорбция;
7) коагулационна преципитация;
8) биологично отглеждане.
В общия случай тези механизми могат да действат заедно и процесът на филтриране се състои от следните етапи:
1) прехвърляне на частици към повърхността на веществото, образуващо слоя;
2) закрепване към повърхността;
3) откъсване от повърхността.
Според характера на механизма на задържане на суспендираните частици се разграничават 2 вида филтрация:
1) филтриране през филм (утайка) на замърсители, образувани на повърхността на зърната на товара;
2) филтриране без образуване на филм от примеси.
В първия случай се задържат частици, по-големи от порите на материала, след което се образува слой от замърсители, който също е филтърен материал. Този процес е типичен за бавни филтри, които работят при ниски скорости на филтриране. Във втория случай филтрирането се извършва в дебелината на зареждащия слой, където частиците се задържат върху зърната на филтърния материал чрез адхезионни сили. Този процес е типичен за високоскоростните филтри. Големината на адхезионните сили зависи от размера и формата на зърната, от грапавостта на повърхността и нейния химичен състав, от дебита и температурата на течността и от свойствата на примесите.
Полепналите частици са постоянно засегнати от движещия се поток, който ги откъсва от повърхността на филтърния материал. При
Ако броят на частиците, влизащи в повърхността на филтърния слой и напускащи го за единица време, е равен, повърхността се насища и престава да избистря отпадъчните води.
Кинетиката на филтриране и материалният баланс се описват с уравненията:
Когато тези уравнения се решат, се получава общото уравнение на процеса.
където c е концентрацията на суспендирани твърди вещества в отпадъчните води; x е дължината на участъка на канала, където се отделя примесът; a и b са скоростните константи за откъсване и закрепване на частици; q е концентрацията на утайка; v f
Продължителността на филтъра до "пробив" е времето на защитното действие τ C . Продължителността на филтъра до "пробиването" на частиците във филтрата се определя по формулата
където l е дебелината на филтърния слой; d е размерът на частиците на филтърния слой; k и S o са константи, зависещи от концентрацията на суспендираните твърди вещества в изходната и избистрената отпадъчна вода.
Суспендираните вещества, когато преминават през слой материал, намаляват порьозността и променят повърхността. Съпротивлението на филтърния слой се увеличава с преминаването на отпадъчните води.
Филтрите с гранулиран слой са разделени на бавни и високоскоростни, отворени и затворени. Височината на слоя в отворените филтри е 1…2 м, в затворените е 0,5…1 м. Водното налягане в затворените филтри се създава от помпи.
Бавните филтри се използват за филтриране на некоагулиращи отпадъчни води. Скоростта на филтриране в тях зависи от концентрацията на суспендирани частици: до 25 mg / l, скоростта е 0,2 ... 0,3 m / h; при
25…30 mg/l – 0,1…0,2 m/h.
Високоскоростните филтри са еднослойни и многослойни. В еднослоен филтър, слоят се състои от същотоматериал, за многопласт
– в различни материали (напр. антрацит и пясък).
Изборът на типа филтър за пречистване на отпадъчни води зависи от количеството на филтрираната вода, концентрацията на замърсителите и степента на тяхната дисперсност,
свойства на твърдата и течната фази и необходимата степен на пречистване.
3.9. Хидромеханично обезводняване на утайки от отпадъчни води
Механичната дехидратация на утайките от промишлени отпадъчни води може да се извърши чрез екстензивни и интензивни методи. Извършват се обширни методи в различни видове компактори, интензивно дехидратиране и сгъстяване се извършва с помощта на филтриране, центрофугиране, хидроциклон и др.
Филтрирането е процес на отделяне на твърди вещества от течност, протичащ при разлика в налягането над и под филтърната среда. За дехидратиране на седименти и утайки обикновено се използват.Филтърната среда на филтрите е филтърна тъкан и слой от утайка, полепнал върху тъканта и образуващ допълнителен филтриращ спомагателен слой по време на процеса на филтриране, което всъщност осигурява задържането на най-малките частици от суспензията. Тъй като слоят се увеличава, ролята на филтриращата преграда (тъкан) се ограничава до поддържане на филтриращия спомагателен слой. Увеличаването на дебелината на слоя подобрява качеството на филтрата, но в същото време, в резултат на увеличаване на устойчивостта на преминаване на водата през порите и капилярите на слоя кейк, скоростта на филтриране намалява.
Филтрируемостта на суспензиите се характеризира със съпротивлението на утайката. В този случай утайката се отнася до слоя, отложен върху филтърната мембрана при филтриране на суспензии.
Специфичното съпротивление на утайката се нарича съпротивление на единица
маса на твърдата фаза, отложена на единица площфилтър при филтриране при суспензия с постоянно налягане, чийто вискозитет на течната фаза е равен на единица.
Съпротивлението на утайките, което характеризира устойчивостта на филтриране и филтрируемостта (загуба на вода) на утайките, се определя по формулата
където P е налягането (вакуум), при което се извършва филтриране; F е площта на филтриращата повърхност; η е вискозитетът на филтрата; m удари - масата на твърдата фаза на утайката, отложена върху стената на филтъра при получаване на единица обем от филтрата; b = t/U 2 - параметър, получен емпирично ( t - време на филтриране); U е обемът на отделения филтрат.
Центрофугирането е разделяне на хетерогенни фази с помощта на центробежни сили. Осъществява се в апарати т.нар
Центрофугирането на суспензии и утайки се извършва по два метода. В първия случай центрофугирането се извършва в ротори с плътна стена, във втория - перфорирани. Центрофугирането в перфорирани ротори е процес, чиито отделни елементи са подобни на филтриране и уплътняване на утайки.
Процесите на центрофугиране в твърди ротори се подразделят на центрофугално избистряне и седиментационно центрофугиране. оса-
Мощното центрофугиране е процес за разделяне на суспензии, съдържащи значително количество твърди вещества. Основният параметър на центрофугите е факторът на разделяне K p - коефициентът на ускорение
центробежна сила към ускорението на гравитацията:
K р \u003d w 0 2 / ( g . r ),
π n r/ 60 - скорост на въртене по обиколката, m/s;
n - честота на въртене
g - ускорение на гравитацията, m / s 2; r - радиус на въртене, m.
Сред устройствата за центробежно разделяне на различни течни отпадъци, течните сепаратори също са широко използвани.
тори работиспоред принципа на тънкослойното центрофугиране (се-
парирам). В петролната промишленост те се използват например за пречистване на емулсии за улавяне на нефт-вода, за отделяне на механични примеси от добавки за масло, за пречистване на кал, използвана при сондиране на нефтени кладенци, за пречистване на отпадъчни води от петролни рафинерии.
преработвателни инсталации, отделяне на киселинни утайки от леки дестилати и др.
В практиката на сгъстяване и дехидратиране на утайки от пречиствателни станции на малки и средни промишлени и транспортни предприятия най-широко се използват хидроциклони, които се използват, като правило, в комбинация с уплътнители на утайки, разположени отдолу. По конструктивни характеристики всички хидроциклони могат да бъдат разделени на следните групи: а) конични хидроциклони; б)
цилиндрични хидроциклони; в) турбоциклони (центриклони).
Утаяването на суспендираните частици в полето на действие на центробежната сила, което възниква по време на работа на хидроциклоните, е многократно по-интензивно от утаяването им в полето на вертикалните сили, възникващи под действието на гравитацията във вертикални или хоризонтални компактори. Коефициентът на разделяне K p , показващ колко пъти скоростта на движение на частиците под действието на центробежната сила е по-голяма от скоростта на нейното утаяване под действието на гравитацията, се определя от следния израз:
K p \u003d 18. δ 2 ( ρ h - ρ 0 ) μ 0 . w t 2 /[18. δ 2 ( ρ h - ρ 0 ) μ 0 . ж. r ]) = w t 2 / g . r , (3,85)
където δ е диаметърът на суспензионната частица; ρ h е плътността на суспендираните частици; ρ 0 - плътност на течността (среда); μ 0 - абсолютен вискозитет на течността; w t - тангенциална скорост при радиуса на разделяне; g е гравитационното ускорение; r - радиус на въртене.
Стойностите на коефициента на разделяне K p варират от 500 до
INхидроциклоните, както и в центрофугите, разделянето на суспензиите става под действието на центробежна сила, но те се различават значително по начина на действие. В центрофугата суспензията заедно с барабана при постоянна ъглова скорост не се движи изобщо или почти (шнекови центрофуги) спрямо барабана. В този случай върху частиците не действат тангенциални сили. В хидроциклон големи тангенциални сили действат върху частиците на суспензията, поддържайки ги в непрекъснато относително движение. Между слоевете на суспензията има напрежение на срязване, действащо върху твърдата частица като напречна сила. Известно е, че за да се увеличи дълбочината на селекцията на частиците от суспензията в центрофуги при постоянна честота на въртене на барабана, е необходимо да се увеличи неговият диаметър. При хидроциклоните, напротив, това е правопропорционално на намаляването на диаметъра на апарата. В същото време намаляването на диаметъра на хидроциклона води до намаляване на неговата производителност. Ето защо, в случаите, когато е необходимо да се постигне по-фино пречистване на необходимия продукт при значителни разходи за последния, се използват батерийни хидроциклони (мултихидроциклони), които представляват няколко елементарни хидроциклони, свързани паралелно.
3.10. Филтриране на утайки от отпадъчни води
Филтрирането се използва за изолиране на фини твърди вещества или течности от отпадъчните води. Разделянето се извършва с помощта на порести или гранулирани прегради, които позволяват преминаването на течността и задържането на дисперсната фаза. Процесът протича под действието на хидростатичното налягане на течния стълб, повишено налягане над преградата или вакуум след преградата.
Изборът на прегради зависи от свойствата на отпадъчната вода, температурата, налягането на филтриране и конструкцията на филтъра.
Използват се метални преградиперфорирани платна и мрежи, платнени прегради от естествени, изкуствени и синтетични влакна. Филтрираните прегради трябва да имат минимално хидравлично съпротивление, механична якост и гъвкавост, химическа устойчивост, не трябва да набъбват и да се срутват при определени условия на филтриране.
Разликата в налягането от двете страни на филтрираната преграда се създава по различни начини. Ако пространството над суспензията е свързано с източник на сгъстен газ или пространството под филтрираната преграда е свързано с източник на вакуум, тогава процесът на филтриране протича при постоянна разлика в налягането.
В този случай скоростта на процеса намалява поради увеличаване на съпротивлението на седиментния слой с нарастваща дебелина.
Ако суспензията се подава към филтъра от бутална помпа с постоянен капацитет, тогава процесът на филтриране се извършва с постоянна скорост; в този случай разликата в налягането се увеличава поради увеличаване на съпротивлението на седиментния слой с нарастваща дебелина.
Ако суспензията се подава към филтъра от центробежна помпа, чиято производителност намалява с увеличаване на съпротивлението на утайката, което води до увеличаване на разликата в налягането, тогава процесът на филтриране се извършва при променлива разлика в налягането и скорост. Филтрирането се извършва при следните разлики в налягането:
- под вакуум - 5•10 4 …9 10 4 Pa;
- под налягане на сгъстен въздух - не повече от 3·10 5 Pa;
- при захранване от бутална или центробежна помпа - до 5 10 5 Ра;
- при хидростатично налягане - до 5·10 4 Pa.
Процесът на филтриране се извършва с образуване на утайка върху повърхността на филтърната преграда или със запушване на порите на филтърната преграда.
Наблюдава се филтруване с образуване на утайка при достатъчновисока концентрация на твърда фаза в суспензията (повече от 1 об.%).