Очистка сточных вод вакуумгидроциклонными насосными установками

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 628.31

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ВАКУУМГИДРОЦИКЛОННЫМИ НАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ

А.А. Джумабеков

Е.М. Жангужинов

В современных условиях при очистке сточных вод промышленных предприятий все большее применение находят установки с напорными гидроциклонами, обеспечивающими высокопроизводительные и эффективное улавливание механических примесей при минимальной потребности в капитальных затратах и производственных площадях /1/.

Установлено, что в настоящее время очистка сточных вод промышленных предприятий осуществляется в следующей компоновке: очистная установка с отстойником и фильтром; очистная установка с отстойником и открытым фильтром в виде очистки грязеотстойника и очистная установка с флотатором и фильтром. Во всех этих компоновках первичную очистку от наносов производят напорными гидроциклонами.

Гидроциклонные насосные установки (ГЦНУ) выполняют комплекс разделительных сгустительных и транспортирующих гидросмесь процессов, ранее осуществляемых центробежными насосами, гидроциклонами и струйными аппаратами автономно. ГЦНУ применяются во всех производственных отраслях народного хозяйства. Однако следует отметить, что имеются проблемы, которые требуют своих решений.

Центробежные насосы обладают достаточно высоким коэффициентом полезного действия, но очень легко подвергаются абразивным и кавитационным износам /2/. Нестационарность движения жидкости в рабочем колесе и в спиральной камере вызывает вибрацию насоса. Степень вибрации насоса тесно связана со стадиями развития кавитации (шумом).

Гидроциклоны, установленные на всасывающей линии центробежного насоса, работают в вакуумном и напорно-вакуумном режимах. В вакуумном режиме удобно их применение в качестве двух - и трехпродуктового классификатора для очистки сточных вод, а в напорно-вакуумном - как сгустителя шламов с незначительным содержанием воды. Отмечено, что гидроциклон на всасе насоса является местным сопротивлением, углубляющим вакуум, поэтому борьба с кавитацией должна быть главной задачей. Развитие ВГЦНУ способствовало решению новых гидродинамических задач по взаимодействию рабочей и всасываемой струи в струйных аппаратах.

Струйные аппараты (гидроэлеваторы), позволяющие отводить агрессивные потоки до места утилизации безвредно, требуют применения так называемых вихревых струйных аппаратов.

Обращено внимание на перспективность применения гидроциклонов совмест-но с фильтром или с флотатором в одном компактном дизайне.

Экспериментальные исследования трехпродуктовых гидроциклонных насос-ных установок осуществлены: в вакуумном (рисунок 1) режиме.

Размеры элементов экспериментальной установки представлены в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1 Размеры элементов экспериментальной установки

Примечание. dвс, dнаг - диаметры соответственно всасывающего и нагнетательного патрубков базового насоса; Dц, dвх, dсл -диаметры соответственно, гидроциклона, входного и сливного патрубков гидроциклона; 2 - угол конусности гидроциклона; dсг- диаметр сгустителя; Lл , dл - длина и диаметр ловушки; dпер - диаметр отверстий (перфорации); dе, dк.с. - диаметры, сопла и камеры смешения.

В экспериментальной установке (рисунок 1) все эти элементы остаются без изменения, но устанавливаются на всасывающей линии базового насоса. Пуск установки осуществляется путем заливки водой всей всасывающей линии насоса и полного выпуска воздуха. Необходима качественная герметичность соединений. Гидравлическая замкнутость системы позволит поддерживать режим работы установки.

Геометрические размеры трехпродуктового гидроциклона более полно приведены на рисунке 2. Там, где необходимо знание внутреннего и внешнего диаметров труб, эти величины даны в виде дроби: dвн - внутренний диаметр/ dнар - наружный диаметр /3/.

Перфорация выполнена по всей поверхности кольцевой трубы. В процессе исследований, путем последовательного увеличения поверхности закрытой части кольцевой трубы, определялась оптимальная длина перфорированной части. Общая длина перфорированной части кольцевой трубы 185 мм, диаметр перфорации 6 мм. Закрытие перфорации начинается с верхней части. насосный сточный вода нефтепродукт

Эксперименты проводились в два этапа: постановка опытов по разделению сложной гидросмеси (вода + песок + моторное масло) на три составляющих компонента в напорных условиях; исследования по разделению гидросмеси на составляющие компоненты в вакуумных условиях.

В обоих условиях брались пробы жидкой и твердой фаз из всех шлангов 5, 8, 13 (рисунок 2) одновременно. Расход жидкой части измерялся как объемным способом, так и треугольным водосливом Томсона. Анализы твердой фазы проводились весовым и ситовым способами. На втором этапе менялись только консистенции твердой фазы и моторного масла.

Рисунок 1 Схема экспериментальной установки

1 - бак; 2 - всасывающая труба; 3 - входной патрубок; 4 - гидроциклонная камера; 5 - пульпопровод; 6 - сливной патрубок; 7 - центробежный насос; 8 - напорная линия; 9 - подвод рабочей струи; 10, 11 - сопло; 12 - сгуститель; 13 - отвод легкой фазы; 14 - всас легкой фазы; 15 - нефтеловушка; 16 - перфорации; 17 - задвижка; 18,19, 20 - емкость, 21 - обратный клапан.

Рисунок 2 Геометрические размеры трехпродуктового гидроциклона (предпатент № 15937)

Опыты проводились при трех различных длинах ловушки для легкой фазы. При каждой длине ловушки по три раза менялись консистенции твердой фазы (песка) и легкой фазы (моторного масла).

Давление на высоте в гидроциклонной камере Рвх=(0,1-0,5) кг/см2 изменялось трижды (0,1; 0,3 и 0,5 кг/см2), диаметр пескового отверстия dпес меняли тоже трижды 20 мм; 12 мм; 6мм (рисунок 2).

В качестве нефтепродукта использовали моторное масло с удельным весом мм = 9•102 кг/м3. Разность удельных весов воды и моторного масла Д = 1•101 кг/м3.

Состав твердой фазы, использованный в опытах, представлен на рисунке 3.

Гранулометрический состав наносов в исходной гидросмеси

Опытные данные показали, что твердые частицы размером более 0,1 мм полностью улавливаются напорным гидроциклоном. В сливной патрубок и в нефтеловушку поступают частицы размером менее 0,1 мм. Коэффициент сгущения твердой фазы по песковому отверстию составляет от 2,1 - 3,2. Этот коэффициент растет с увеличением консистенции твердой фазы на входе в гидроциклон.

Коэффициент обогащения масла в нефтеловушке увеличивается с ростом входного давления гидросмеси, подаваемой в напорный гидроциклон (рисунок 4). Как видно из графика, при диаметре пескового отверстия dпес=12 мм повышение напора до 1,5 м. вод. ст. вызывает обогащение нефтепродуктов в 1,15 раза, тогда как при dпес=20 мм этот показатель значительно выше -1,39. Дальнейшее увеличение Рвх до 6 кПа (Н6,0 м вод. ст.) повышает коэффициент обогащения нефтепродуктов в нефтежироловушке до 1,55 (при dпес=12 мм) и 1,7 (при dпес=20 мм ) раза.

Аналогичные данные получены Шестова Р.Н. /4/ при разделении гидросмеси «жир+вода» в двухпродуктовом напорном гидроциклоне, расположенном в пространстве устьем конуса вниз.

Для проведения опытов на экспериментальном стенде обогащения легкой фазы в трехпродуктовом гидроциклоне был использован центробежный насос 2к - 6, на всасывающей линии которого установлен вакуумгидроциклон с диаметром цилиндрической части Dц= 140 мм. Величина вакуума на входе в насос изменялась от 2,89

График зависимости

до 4,11 м.вод.ст. В результате обработки опытных данных получено, что коэффици- ент обогащения нефтеловушки Енл увеличивается до 2,3 раза с увеличением Нвх.вак, причем Енл>Епр (рисунок 5) для каждого значения Нвх.вак.. Это объясняется тем, что в качестве рабочей струи гидроэлеватора и эжектора используется промежуточный продукт - нагнетаемая центробежным насосом жидкость. Поэтому высокая эффективность работы трехпродуктового гидроциклона по обогащению легкой фазы и сгущению твердой фазы на всасывающей линии центробежного насоса (рисунок 6) очевидна. Это дает возможность в технологических схемах по очистке сточных вод на производственных предприятиях легкой и пищевой промышленности успешно использовать трехпродуктовую вакуумгидроциклонную насосную установку (предварительный патент №15937 КZ) вместо обычных двухпродуктовых напорных гидроциклонов.

График зависимостей и

График зависимости

Проведены также опыты по очистке от твердых примесей и нефтепродуктов сточных вод двухпродуктовыми гидроциклонами на АО завода «Запчасти» (таблицы 2 и 3).

Таблица 2 Содержание механических примесей и нефтепродуктов в сточной воде до ее очистки

Таблица 3 Содержание механических примесей и нефтепродуктов в сточной воде после ее очистки трехпродуктовой гидроциклонной установкой

Анализ результатов опытных данных показывает, что количество механичес-ких примесей после очистки в предполагаемой трехпродуктовой гидроциклонной установке уменьшается в десятки раз и составляет 4,5-6,6 % от ее исходного содержания.

Консистенция нефтепродуктов в сливе гидроциклона уменьшается в 10-15 раз от первоначального содержания, а на входе в аппарат 7,0-8,1 %.

Выводы

1. Выявлено, что твердая фаза загрязнений исследуемых сточных вод представляется частицами различной плотности, формы и размеров, состоящих из оседающих (песок, глина, шлак и другие примеси с т1) и плавающих (волокнистые включения, солома, древесная стружка, палки и другие с т 1) веществ, существенно отличающихся по природе и свойствам. При этом плавающие примеси составляют до 20% от общего содержания загрязнений исследуемых сточных вод. Концентрация загрязнений в сточных водах изменяется от 3 до 20 г/л, а нефтепродуктов - от 1,1 до 5,4 г/л. Разработана, изготовлена и исследованы гидроциклонная шламожиро-нефтеловушка (Предпатент №15937 КZ ) для очистки оборотных сточных вод. Представлены графики зависимостей коэффициентов сгущения шлама через песковое отверстие , обогащения легкой фазы в жиронефтеловушке и другие технологические параметры. Предложены технологические схемы очистки оборотных сточных вод, где показана эффективность применения вакуум гидроциклонных насосных установок вместо традиционных напорных гидроциклонов, расположенных на нагнетальной линии базового насоса.

2. Разработана, изготовлена, исследована новая конструкция вакуум- и маногидроциклонной насосной установки (инновационный патент №20781 КZ), которая способна разделять трехкомпонентную среду по составляющим (шлам+нефте-продукты+вода). Описаны параметры относительных расходов, абсолютного значения давлений, консистенции наносов (шламов) по разгрузочным отверстиям гидроциклона и мини гидроциклона; исследован режим работы вакуум- и маногидроциклонной насосной шламонефтеловушки. Представлены формулы для определения размеров граничных зерен в гидроциклоне. Впервые приведен полный гидравлический расчет одноповерхностного вихревого гидроэлеватора.

Литература

1. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Чернышев В.И. Технология очистки промышленных сточных вод.// Напорные гидроциклоны, - Горький, 1981,- 63с.

2. Абдураманов А.А. Гидравлика гидроциклонов и гидроциклонных насосных установок. -Алматы, «?ылым» . 1993, ч. 1. - 215с., ч.2, -138с.

3. Шестов Р.Н. Гидроциклоны. Л., 1967. -77 с.

4. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Под. ред. Ю.В.Воронова. М., 2004. -704 с.

Аннотация

Рассмотрены вопросы очистки сточных вод на вакуумгидро-циклонных насосных установках. Приведены результаты лабораторных исследований по очистке промышленных сточных вод от механических примесей и нефтепродуктов.

Ма?алада а?аба суларды вакуумгидроциклонды сор?ылы ?ондыр?ыларда таза-лау м?селелері ?арастырыл?ан. Сонымен ?атар ?ндіріс а?аба суларын механикалы? ?оспалар мен м?най ?німдерінен тазалауды? зертханалы? н?тижелері келтірілген.

Sewage treatment questions on vacuum-hydro-cyclonic pump installation are considered6 results of laboratory researches on clearing of industrial sewage of mechanical impurity and oil products are resulted.

Размещено на Allbest.ru