Гидроциклоны для механической очистки воды.

Гидроциклоны, применяемые при промышленной  очистке воды, делятся на напорные и безнапорные гидроциклоны.

Основные конструкции безнапорных гидроциклонов

Безнапорные открытые - для удаления осаждающихся и всплывающих примесей. Открытые гидроциклоны имеют большую производительность и меньшее гидравлическое сопротивление, чем закрытые, но меньший эффект осветления. Часто их используют в качестве первой ступени в комплексе с другими аппаратами для механической очистки сточных вод. Число впускных патрубков в гидроциклоне для более равномерного распределения потока должно быть не менее двух. Скорость впуска

воды 0,1-0,5 м/с. Разработаны различные конструкции открытых гидроциклонов): без внутренних устройств, с диафрагмой, с диафрагмой и цилиндрической перегородкой, многоярусные.

1 - отвод воды; 2 - полупогруженная кольцевая доска; 3 - лоток; 4 - кольцевой водослив; 5 - подача воды; 6 - отвод шлама; 7 - коническая диафрагма; 8 - цилиндрическая перегородка

В открытых гидроциклонах задерживают всплывающие примеси и нефтепродукты кольцевым полупогруженным щитом. Диаметры открытых гидроциклонов составляют от 2 до 10 м.

Напорные гидроциклоны (одиночные и батарейные)

Условия применения центрифуг следующие: 1) локальная очистка производственных сточных вод, когда осадок представляет собой ценный продукт, который может быть утилизирован; 2) мелкодисперсный состав загрязнений, когда для их выделенияне могут быть применены реагенты.

Гидроциклоны просты по устройству, компактны, легко обслуживаются, имеют высокую производительность, невысокую стоимость. Вращательное движение жидкости в гидроциклоне, приводящее к сепарации частиц, обеспечивается тангенциальным подводом воды к цилиндрическому корпусу. Вращение потока способствует агломерации частиц и увеличению их гидравлической крупности. При высоких скоростях вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести. Скорость движения частицы в жидкости зависит от ее диаметра, разности плотностей фаз, вязкости и плотности сточной воды, ускорения центробежного поля. При больших значениях скоростей и малых радиусах гидроциклонов сила, действующая на частицу взвеси во вращающейся жидкости, будет значительно превосходить скорость их свободного осаждения:

где К - фактор разделения, показывающий, во сколько раз центробежные силы больше сил тяжести; V - тангенциальная скорость движения частицы, м/с; R - радиус вращения частицы, м.

Кроме физических свойств жидкости, на эффективность работы гидроциклонов влияют конструктивные размеры (диаметр аппарата и устройство впускных и выпускных патрубков). Чем меньше диаметр гидроциклона, тем выше (при одинаковом напоре) его эффективность. Напорные гидроциклоны представляют собой цилиндрические аппараты с нижней конической частью. Сточная вода под давлением 0,15-0,4 МПа поступает по тангенциально расположенному вводу в верхнюю часть цилиндра и приобретает вращательное движение. Возникающие центробежные силы перемещают частицы примесей к стенкам аппарата по спиральной траектории вниз к выходному патрубку. Очищенная вода удаляется через верхний патрубок. Фактор разделения напорных гидроциклонов достигает 2000, что обусловливает их высокую эффективность. Диаметр напорных гидроциклонов от 75 до 1000 мм (типовых 50-500 мм), высота цилиндрической части равна примерно диаметру аппарата. Эффективность очистки 70 %. Скорость потока на входе достигает 20 м/с. Производительность гидроциклонов от 3 до 90 м3/ч. К недостаткам можно отнести высокую энергоемкость, быстрый износ стенок. Последнее устраняется футеровкой внутренней поверхности аппарата резиной или каменным литьем.

1 - цилиндрическая часть; 2 - отвод воды; 3 - впуск воды; 4 - коническая часть; 5 - отвод шлама

Для увеличения производительности фильтров - напорных гидроциклонов гц, их объединяют в параллельно работающие батарейные гидроциклоны. Для гидроциклонов диаметром 50 – 200 мм выпускаются системы с единой емкостью для сбора осадка, что значительно ускоряет его выгрузку.

В тех случаях, когда основным продуктом является твердая фаза (осадок) созданы батарейные гидроциклоны с механическим устройством выгрузки осадка шнекового типа. Мультигидроциклоны предназначены для удаления очень мелких частиц с гидравлической крупностью менее 0,1 мм/с (до 20 мкм) при сохранении больших расходов очищаемой воды. Мульти гидро циклоны состоят из гидроциклончиков малого диаметра (50 – 15 мм) расположенных внутри одного аппарата. Гидроциклончики работают параллельно, взвешенные вещества собираются в общую емкость, откуда и удаляются. Рабочая потеря напора в мультигидроциклонах составляет 1 – 2 кг/см2.

Батарейные гидроциклоны с центральным коллектором (а) и с гидроциклоном предварительной очистки (б): 1 — распределительная камера; 2— гидроциклои; 3 — бункер; 4 — камера сбора очищенной жидкости; 5 — гидроциклои предварительной очистки

Схема батарейного гидроциклона для трехступенчатой обработки воды: I—III — ступени обработки