Файл: Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений.pdf

отстойников этого Вида применяют те же формулы, ЧТО и ранее, при обозначении:

L = R — радиус отстойника, м;

ѵ = ѵсѵ — средняя скорость жидкости в отстойнике на расстоянии RI2 от места ее входа в отстойник.

Вертикальные отстойники значительно отличаются от рассмотренных горизонтальных отстойников. Их строят в виде круглых или квадратных конструкций с конусообразным дном, предназначенным для накопле­ ния осадков. Сточные воды подводятся через централь­ ную трубу к нижней части отстойника, где происходит изменение направления и скорости их течения в кольце­ вом пространстве между центральной трубой и стеной отстойника. Благодаря этому взвесь, имеющая скорость осаждения ѵ, большую, чем скорость ѵ1 вертикального подъема жидкости, оседает в конусный сборник отстой­

кального перемещения жидкости в отстойнике.

Высота проточной части отстойника устанавливается равной 4—5 м, а глубина погружения центральной тру­ бы на 0,6 м меньше. Под центральной трубой располо­ жен так называемый отражательный щит, который из­ меняет направление движения струи жидкости, вытека­ ющей из центральной трубы. Скорость протекания жид­ кости в центральной трубе не должна превышать ШО мм/с.

Угол между образующими конуса находится в преде­ лах 60—90° и зависит от свойств осадка. Глубина во­ ронки для осадка (высота конуса) зависит от диаметра отстойника [36].

Для поддержания условий равномерного протекания сточных вод через отстойник его диаметр не должен превышать 8—10 м.

В последние годы для удаления трудноосаждаемых взвесей применяют отстойники со слоем взвешенной сус-

93

пензпи, которые отличаются от вертикальных отстойни­ ков тем, что подводимые сточные воды протекают через слой взвешенной суспензии, в которой происходят агло­ мерационные процессы и осаждение крупных частичек в осадочную камеру. Эти отстойники работают очень эф­ фективно, но требуют равномерной подачи сточных вод с постоянной температурой, так как даже мелкие откло­ нения изменяют состояние динамического равновесия и ухудшают эффективность очистки.

Гидроциклоны

Гидроциклоны получили значительное распростране­ ние и популярность благодаря своим техническим и эко­ номическим преимуществам. Эти преимущества позво­ ляют заменить такие устройства, как сепараторы, фильт­ ры и другие [7] (рис. 23).

Гидроциклон является очень простым устройством. Он состоит из двух основных частей: цилиндрической и конической (рис. 24).

Жидкость, введенная в головку, совершает спираль­ ное движение, вызываемое падением давления. Вслед­ ствие разницы в плотности (удельном весе) и форме

94

частичек твердых тел (зерен), находящихся во взвешен­ ном состоянии, они разделяются на две фракции и через центральные отверстия опускаются в коническую часть гидроциклона. Через верхнее отверстие (слив) сливает­ ся более легкая фракция, а через нижнее — более тя­ желая концентрированная фракция. Внутри гидроцикло­ на образуется воздушный поток, соединяющий вход и выход воды.

Движение зерен происходит возле оси гидроциклона по траектории пространственной спирали, форма кото­ рой зависит от массы зерен и действующих на них сил. Зерна, которые на 50% переходят в излив, имеют харак­ терную для данного гидроциклона величину, называе­ мую граничным зерном [41].

Несмотря на конструктивную простоту гидроцикло­ нов, протекающие в них гидромеханические процессы очень сложны, и правильный подбор этих устройств для данной технологической задачи часто осуществляют эк­ спериментально.

Основным размером гидроциклона является диаметр цилиндрической части (D), от которого зависят осталь­ ные конструктивные параметры. Диаметр входного от­

'Подбор соответствующего отношения ширины к вы­ соте этого отверстия зависит от максимальной величины зерна взвеси (dm) в сточной воде. При выборе гидроцик­ лона полагают, что чем легче зерна взвеси, тем меньше должен быть диаметр гидроциклона (D) и наоборот.

Диаметр D гидроциклона выбирают обычно в зависи­ мости от требуемой величины разделяемого зерна dq, которая колеблется от 0,1—0,3 мм для больших гидро­ циклонов низкого давления (диаметр 350—Т50 мм) до 0,003—0,005 мм для малых гидроциклонов высокого дав­ ления (диаметр 8—100 мм).

Эффективность осветления зависит также и от фор­ мы конусной части. В общем принимают, что чем длин­ ней коническая часть, тем прозрачней слив и меньше концентрация взвеси в стоке. В операциях, при которых требуется значительная концентрация взвеси в сливе.

95

применяют гидроциклоны с короткой цилиндрической частью и большим углом в вершине конуса.

Во многих случаях применение одноступенчатой уста­ новки гидроили мультигидроциклонов не всегда дает желаемые результаты. Тогда применяют многоступенча­ тые системы или комбинацию гидроциклонов с другими устройствами, служащими для удаления или сгущения взвеси. Операции осветления проводят преимущественно в двухили трехступенчатой системе гидроциклонов, ус­ тановленных последовательно, причем применяют систе­ мы с междуступенчатыми насосами или с помощью од­ ного насоса высокого давления перекачивают подавае­ мую сточную воду через всю систему.

Фильтры

Взвесь из жидкости можно наиболее полно удалить фильтрацией ее через пористую среду ((преимуществен­ но песок). Этот способ применяют для удаления относи­ тельно небольших концентраций взвеси, в основном в тех случаях, когда сточные воды подвергают затем очистке ионообменным или электрохимическими спосо­ бами.

Фильтры делят на две группы: медленные и скорые. Их работа характеризуется условной скоростью фильт­ рации, отнесенной к единице поверхности фильтра:

F — поверхность фильтра, м2.

Медленные фильтры, со скоростью фильтрации около 0,04-^0,12 м/ч, практически не применяют в технологии очистки сточных вод из-за их больших размеров. Для фильтрации сточных вод применяют исключительно скорые фильтры напорного типа со скоростью фильтра­ ции 5—20 м/ч.

Взвесь, задержанная в процессе фильтрации, скапли­ вается на поверхности фильтрующего слоя и частично внутри его. По мере накопления осадка уменьшается скорость фильтрации. Для регенерации фильтра его под­ вергают промывке водой в направлении, обратном к первичному направлению течения фильтруемой жид­ кости.

96

Чем мельче гранулы (песчинки), тем выше степень удаления взвеси, но тем чаще фильтр требует регенера­ ции (промывки).

Преимущественно применяют многослойные фильт­ ры, в которых на дренажном дне уложен слой крупного щебня, затем крупного гравия и мелкого кварцевого песка.

Перед промывкой фильтрующий слой песка проду­ вают сжатым воздухом.

Подробную информацию о методе подсчета и эк­ сплуатации напорных фильтров можно найти в книгах по технологии очистки воды [42].

Кроме рассмотренных фильтров, служащих для отде­ ления мелкой взвеси от фильтруемой жидкости, приме­ няют также и специальные фильтры, заполненные кок­ сом или древесным углем. Их применяют прежде всего для удаления из сточных вод масел и смол и использу­ ют в качестве второй фильтрации после песчаных фильт­ ров, служащих для задержки взвесей.

Кокс, применяемый в качестве наполнителя фильтра, должен иметь зернистость 5—15 мм. Принимают, что в обычных условиях эксплуатации 1 кг гранулированного кокса задерживает 0,2—0,3 кг смолистого вещества. Тол­ щина фильтрующего слоя должна достигать 1—1,5 м, а скорость фильтрации 1—2 м/ч.

Как указывает Шабалин [6], отличные результаты получают при фильтрации сточных вод через слой (0,7— 1,0 м) мелкотолченого стекла зернистостью 1—б мм. Скорость фильтрации может быть очень высокой до 50 м/ч. Фильтр промывается водой при интенсивности 15 м/с на 1 м2 поверхности фильтра.

3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА

Фильтрующие прессы

Фильтрующие прессы состоят из определенного коли­ чества камер, отделенных друг от друга жесткими пли­ тами, между которыми помещается фильтрующая ткань. В плитах есть каналы для прохода фильтруемой жид­ кости, фильтрата и воздуха. Фильтруемая жидкость — обычно сгущенный осадок из отстойника или гидроцик­ лона подается к прессу под определенным давлением

2—20 ат* с помощью насоса. Жидкость, содержащаяся в осадке, проходит через фильтрующую ткань и сте­ кает к сборному коллектору, а загустевший (частично обезвоженный) осадок образует на ткани так называе­ мые лепешки.

Существует много типов фильтрационных прессов, отличающихся друг от друга конструктивными особен­ ностями, но работающих по одному принципу.

Несмотря на трудности в обслуживании, фильтраци­ онные прессы часто применяют при обезвоживании осад­ ков. Нужно также подбирать для определенного осад­ ка соответствующую категорию фильтрующей тка­ ни, так как в процессе фильтрации под давлением боль­ шую роль играет структура первичного слоя осадка, об­ разованного на ткани. Если она выбрана неудачно, то образуется слой с грубым зерном или слой с высоким сопротивлением для протекания жидкости, что практи­ чески прерывает процесс фильтрации.

Вакуумные фильтры

В отличие от фильтрационных процессов, которые работают периодически и при большой разнице давле­ ний, вакуум-фильтры работают непрерывно при разни­ це давлений ниже 0,8 ат.

Наиболее часто применяют барабанные вакуумные фильтры, в которых самым главным элементом явля­ ется перфорированный роторный барабан, покрытый фильтрующим материалом. Внутри барабан разделен на фильтры, в которых создается вакуум, когда барабан по­ гружен в фильтруемую жидкость, и повышенное давле­ ние, когда специальные скребки снимают слой обезво­ женного осадка с фильтрующей ткани. Толщина уда­ ляемого слоя осадка достигает 5—15 мм.

Для создания вакуума применяют вакуумные насосы.

4. С П Е Ц И А Л Ь Н Ы Е У С Т А Н О В К И

Современные методы очистки сточных вод травиль­ ных и гальванических отделений имеют целью не толь­ ко обезвреживать токсичные вещества, содержащиеся в сточных водах, но и получать ценные продукты, состав­ ляющие вторичное сырье или применяемые для повтор­

* 1 а т « І 1 0 5 Н /м 2.

98

ного использования в основном производстве. К этим продуктам относится также и очищенная вода.

В этом разделе будут рассмотрены определенные типы установок, применяемых в промышленном мас­ штабе в течение продолжительного времени, а также такие установки, которые применяются недавно, часто в виде прототипов промышленных установок. По-види­ мому, представление актуальных направлений развития технологии переработки сточных вод, а также применяе­ мых установок имеет большое значение с точки зрения дальнейшего технического развития в этой области.

Кристаллизаторы

Процесс кристаллизации применяется обычно для по­ лучения железного купороса FeS04-7H20 из отработан­ ных травильных растворов серной кислоты. В процессе естественного или искусственного охлаждения отрабо­ танного травильного раствора начинается выделение кристаллов FeS04-7H20, причем интенсивность этого процесса зависит от степени ох­

тем перетекает в центрифугу, где происходит отделение кристаллов FeS04-7Hä0 от кристаллизованного (маточ­ ного) раствора, который затем возвращается для пов­ торного использования в травильное отделение.

В других технологических схемах используют типо­ вые диафрагменные кристаллизаторы, в которых отра­

ботанный травильный раствор охлаждается холодной водой, протекающей через змеевик холодильника. Уст­ ройства этого типа работают преимущественно периоди­ чески.

В СССР широко применяют вакуумные выпарные кристаллизаторы, работающие при давлении 0,033 ат; в этих условиях раствор кипит при 5—10°С [6]. Загустев­ ший раствор с выделенными кристаллами FeS04-7H20 подвергают затем центрифугированию.

Выпарные кристаллизаторы могут быть непрерывно­ го и периодического действия. На 1 кг выделенного FeS04-7H20 расходуется 0,75 кг пара. Обычно устанав­ ливают группу из трех или четырех испарителей после­ довательно.

Ионообменные установки

Ионообменные установки применяют прежде всего для очистки травильных растворов, составленных из

тов; иногда ионообменники применяют для повышения концентрации разбавленных электролитов. В зависимо­ сти от назначения установка может состоять только из катионитовых или анионитовых ионообменников, иногда они работают вместе. Количество и тип ионитовых ко­ лонн зависит от их технологического назначения, однако

колонны и фильтры являются устройствами периодиче­ ского действия, поэтому для обеспечения непрерывности технологической обработки сточных вод должны быть установлены по крайней мере две равноценные линии ионитовых устройств и фильтров.

Основными факторами, определяющими необходимое количество ионитовых колонн одного вида, являются время регенерации отработанной ионообменной массы, допускаемая обменная емкость одной колонны и коли­ чество загрязнений, содержащихся в объеме сточных вод, подаваемых в течение часа.

Конструкция ионитовых колонн идентична конструк­ ции напорных фильтров. Слой ионита расположен на дренажном дне, а его высота около 1,6—2,0 м. Сточные воды проходят через слой сверху вниз со скоростью

2—2,5 м/ч.

100