 |
Современные конструкции и направления
|
|
|
|
Фильтр «DynaSand» основан на противоточном принципе. Вода для обработки поступает через впускной распределитель 1 в нижнюю часть агрегата и очищается по мере протекания вверх через слой песка перед удалением фильтрата через выпуск 2. Песок, содержащий уловленные частицы, подается из нижней части агрегата 6 при помощи эрлифтного насоса 5 в пескомойку 7.
Очистка песка начинается непосредственно в насосе, в котором примеси отделяются от песчинок путем вихревого смешивания. Загрязненный песок просыпается из выпуска насоса в лабиринт промывателя 3, где он очищается небольшим противотоком чистой воды. Отделенные твердые частицы сбрасываются через выпускное отверстие для промывочной воды 8, тогда как крупинки чистого песка (более тяжелые) возвращаются в песчаный слой 4.
В результате слой находится в постоянном медленном движении вниз сквозь агрегат. Подача сжатого воздуха для песочного насоса предусматривается с панели управления 9. Таким образом, и очистка воды, и промывка песка происходят непрерывно, позволяя фильтру работать без отключения.
Рис. Фильтр «DynaSand»: 1 – впускной распределитель; 2 – выпуск фильтрата; 3 – промыватель; 4 – песчаный слой; 5 – эрлифтный насос; 6 – нижняя часть агрегата; 7 – пескомойка; 8 – выпуск промывочной воды; 9 – панель управления
Для очистки сточных вод от нефтепродуктов разработаны фильтры «Полимер» с пенополиуритановой загрузкой. Материал обладает высокой пористостью, механической и химической прочностью и большой поглотительной способностью. Направление движения воды в фильтре – сверху вниз. Регенерация фильтрующего материала достигается механическим отжимом из него уловленных нефтепродуктов.
|
|
|
Рис. Пенополиуретановый фильтр:
Аппараты с фильтровальными перегородками применяют для осветления сточных вод, загрязненных частицами химических продуктов, активного ила и др.
Предварительный выбор фильтровальной перегородки основывается на сопоставлении свойств разделяемой суспензии и характеристик различных перегородок. В настоящее время известно большое число разнообразных по свойствам фильтровальных перегородок, изготовляемых из неорганических и органических материалов. В се фильтровальные перегородки могут быть подразделены на различные группы по нескольким признакам:
- по принципу действия:
◦ поверхностные – твердые частицы задерживаются на их поверхности, не проникая в поры;
◦ глубинные – частицы проникают в их поры и задерживаются там.
- по материалам, из которых они изготовлены: хлопчатобумажные, шерстяные, синтетические, стеклянные, керамические, металлические;
- по структуре:
◦ гибкие:
- металлические пригодны для работы с химически агрессивными жидкостями, при высокой температуре; изготовлены в виде перфорированных листов, сеток из стали, меди, бронзы и т.д.;
- неметаллические: изготовлены в виде тканей или слоев несвязанных волокон и в форме перфорированных листов; синтетические перегородки сочетают высокую механическую прочность с термической и химической стойкостью, устойчивостью к действию микроорганизмов;
◦ негибкие:
- выполняют в виде дисков, плиток, патронов.
Микрофильтры представляют собой вращающиеся барабаны диаметром 1,5-3 м с сетками, имеющими отверстия размером 20-60 мкм. Барабан погружен в камеру-резервуар примерно на 2/3 диаметра. Вращается он на подшипниках, закрепленных на неподвижном валу, по которому очищаемая вода поступает внутрь барабана.
|
|
|
Задержанные на внутренней поверхности рабочей сетки примеси смываются с нее непрерывно промывной водой под напором, распределяемой с помощью насадок, расположенных над вращающимся барабаном. Скорость фильтрации колеблется от 20 до 90 м/ч.
Микрофильтры могут задерживать до 80% поступающих на них примесей. Эффективность фильтрования определяется рядом факторов, основными из которых являются физико-химические характеристики примесей, концентрация их в сточной воде, допустимое количество остаточных загрязнений в фильтрате.
Рис. Микрофильтр
Флотация
В зависимости от принятого способа генерирования пузырьков различают несколько видов флотации:
- флотация с выделением воздуха из раствора (напорные, вакуумные установки);
- флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, пневматические установки (безнапорные), флотация с подачей воды через пористые материалы);
- электрофлотация.
♦ Флотация с выделением воздуха из раствора применяется при очистке производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность его заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения.
Процесс очистки сточных вод флотацией пузырьками, выделяющимися из пересыщенного раствора газа в воде, складывается из следующих стадий:
1. растворение газа в воде;
2. выделение пузырьков из пересыщенных растворов газа в воде (возникновение новой фазы);
3. образование флотоактивных комплексов «частицы-пузырьки»;
Комплексы «частицы-пузырьки» образуются двумя путями:
- частица прилипает к пузырьку при их столкновении во время подъема пузырька в жидкости;
- пузырек выделяется из пересыщенного раствора непосредственно на поверхности частицы (реализуется чаще).
4. подъем комплексов на поверхность сточной воды.
Скорость всплывания пузырьков может быть ориентировочно определена с помощью уравнения:
,
|
|
|
где r – радиус пузырька воздуха, м;
– кинематическая вязкость жидкости 
, м2/с
Определяющей стадией процесса, от которой в первую очередь зависит скорость флотации третья стадия.
▪ Вакуумная флотация осуществляется пузырьками, полученными путем создания вакуума над сточной водой, предварительно насыщенной воздухом при атмосферном давлении.
Сточная вода предварительно насыщается воздухом в течение 1-2 мин в аэрационной камере (при атмосферном давлении), откуда она поступает в деаэратор для удаления нерастворившегося воздуха. Далее под действием разрежения 0,02-0,03 МПа (создания вакуума) сточные воды поступают во флотационную камеру, в которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой (рис.). Продолжительность пребывания сточной воды во флотационной камере 20 мин.
Рис. Схемы процесса флотации с выделением воздуха из раствора:
а – вакуумной; б – напорной:
1 – подача сточной воды; 2 – аэратор; 3 – деаэратор; 4 – флотационная камера;
5 – механизм сгребания пены; 6 – пеносборник; 7,8 – отвод пены и осветленной воды; 9 – подача воздуха; 10 – насос; 11 – напорный бак (сатуратор)
Преимуществом вакуумной флотации является то, что образование пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание агрегатов происходит в спокойной среде и вероятность их разрушения сводится к минимуму.
Недостатки вакуумной флотации: необходимость сооружения герметически закрытых резервуаров, сложность эксплуатации, ограниченный диапазон применения (концентрация загрязнений в сточной воде не должна превышать 250 мг/л).
▪ Напорная флотация имеет более широкий диапазон применения, поскольку позволяет регулировать степень пересыщения в соответствии с требуемой эффективностью очистки сточных вод при начальной концентрации загрязнений до 4-5 г/л и более.
При напорной флотации сточные воды насосом подаются в напорный бак (сатуратор). На всасывающем трубопроводе насоса имеется патрубок для подсоса воздуха. Объем сатуратора рассчитывают не необходимую продолжительность насыщения воздухом (1-3 мин) при избыточном давлении 0,3-0,5 МПа. Количество растворяющегося в сатураторе воздуха должно составлять 3-5% объема обрабатываемой сточной воды. Насыщенная воздухом вода из сатуратора подается во флотационную камеру, где выделившиеся из сточной воды пузырьки воздуха (снижение растворимости газа) всплывают вместе с частицами взвешенных веществ (рис.). Продолжительность флотации составляет 20 мин.
|
|
|
При проектировании флотаторов для обработки сточных вод с расходом до 100 м3/ч принимают прямоугольные в плане камеры, с расходом более 100 м3/ч – радиальные флотаторы.
Современные схемы установок напорной флотации можно классифицировать на три основные группы (рис.):
а) с насыщением всего потока сточной воды воздухом;
б) с насыщением части потока сточной воды воздухом;
в) с насыщением части очищенной воды воздухом и смешением ее со сточной водой, поступающей на очистку (с рециркуляцией).
Рис. Схемы компрессионных флотационных установок
Первая схема (а) является наиболее простой. Сточная вода насыщается воздухом за счет эжекции насосом, поступает в сатуратор, в котором воздух растворяется под давлением. Далее сточная вода проходит через редукционный клапан, позволяющий резко сбросить давление, и поступает во флотоотстойник.
Недостатки этой схемы:
- повышенное диспергирование и эмульгирование загрязнений, присутствующих в сточных водах, при перекачивании центробежными насосами;
- необходимость перекачивания под давлением всего объема сточной воды.
В сочетании с процессами коагуляции и флокуляции напорная флотация по этой схеме обеспечивает высокоэффективную очистку сточных вод 80-95% и более.
Вторая схема (б) распространена значительно меньше, хотя эта схема более экономична, чем предыдущая, а по эффективности ей ни в чем не уступает.
Наиболее широкое распространение получила третья схема (в). Во многих случаях применение этой схемы целесообразнее, так как ее использование не связано с опасностью разрушения хлопьевидных осадков в редукционном клапане или повышенного эмульгирования взвесей в центробежных насосах. Для эффективной очистки сточных вод на рециркуляцию подается от 20 до 50% очищенной воды. Недостаток схемы состоит в необходимости увеличения объема флотоотстойника.
♦ Флотация с механическим диспергированием воздуха. При перемешивании струи воздуха в воде в последней создается интенсивное вихревое движение, под воздействием которого воздушная струя распадается на отдельные пузырьки.
|
|
|
▪ Флотационной машины импеллерного типа. Во флотационных машинах диспергирование воздуха в воде производится с помощью мешалки (импеллера).
Рис. Схема установки очистки сточных вод с использованием флотационной
машины импеллерного типа: 1 – импеллер; 2 – флотационная камера; 3 – штуцер ввода исходной сточной воды; 4 – электродвигатель; 5 – воздушная труба;
6 – отбойные перегородки; 7 – отверстия статора; 8 – статор; 9 – штуцер вывода очищенной воды; 10 – штуцер вывода воздуха; 11 – пеносниматель;
12 – пеносборный бункер; 13 – штуцер для вывода пенного продукта
Сточная вода поступает во флотационную камеру 2 через штуцер 3. В центре камеры установлен импеллер 1, приводимый в движение электродвигателем 4. Импеллер закрыт статором 8. При вращении импеллера образуется зона пониженного давления и через центральную трубу 5 подсасывается воздух. Одновременно через отверстия 7 на лопасти импеллера поступает небольшое количество воды, которое перемешивается с воздухом и выбрасывается через боковые отверстия во флотационную камеру. Отбойные перегородки 6 предназначены для гашения энергии турбулентного потока, выходящего из отверстий статора.
Во флотационной камере воздушные пузырьки прилипают к частицам и флотируют их на поверхность воды. Пенный слой удаляется с помощью пеноснимателя 11 в пеносборный бункер 12. Штуцеры 9, 10, 13 предназначены для вывода очищенной воды, воздуха и пенного продукта.
Степень диспергирования воздуха зависит от окружной скорости вращения импеллера, которую принимают равной 12-15 м/с. Диаметр импеллера должен быть не более 750 мм. Высота флотационной камеры принимается равной 1,5-3 м. Продолжительность флотации 20-30 мин.
Применение импеллерных установок целесообразно при очистке сточных вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнений (более 2-3 г/л) и содержащих нефть, нефтепродукты, жиры.
Недостатком импеллерных флотаторов является высокая обводненность пены. Большой объем воды в пене заставляет создавать дополнительные установки для ее обработки, что удорожает очистку в целом.
▪ Безнапорные установки. В безнапорных установках диспергирование воздуха происходит за счет вихревых потоков, создаваемых рабочим колесом центробежного насоса (схема аналогична напорной, но в ней отсутствует сатуратор). Образующиеся пузырьки в камере безнапорной установки имеют большую крупность, а следовательно, эффект флотации мелких частиц снижается. Безнапорные флотационные установки применяют для очистки сточных вод от жира и шерсти.
▪ Пневматические флотационные установки применяют при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, которые агрессивны к механизмам (насосам, импеллерам), имеющим движущиеся части. Измельчение пузырьков воздуха достигается путем впуска воздуха во флотационную камеру через сопла, которые располагаются на воздухораспределительных трубках, укладываемых на дно флотационной камеры на расстоянии 0,25-0,3 м друг от друга. Диаметр отверстий сопл 1-1,2 мм; рабочее давление перед ними 0,3-0,5 МПа; скорость выхода струи из сопл 100-200 м/с. Расход воздуха зависит от интенсивности аэрации – 15-20 м3/(м2· ч)
♦ Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличаетсяпростотой аппаратурного оформления процесса и относительно малыми расходами энергии. Воздух во флотационную камеру подается через мелкопористые фильтросные пластины, трубы, насадки, уложенные на дне камеры. Величина отверстий должна быть 4-20 мкм, давление воздуха 0,1-0,2 МПа, продолжительность флотации 20-30 мин.
Недостатком метода является возможность зарастания и засорения пор, трудность подбора мелкопористых материалов, обеспечивающих выход мелких близких по размерам пузырьков воздуха.
|
|
|
