Совершенствование и разработка сооружений

для очистки сточных вод

Жангужинов Е.М., Сарбасова Г.А

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати, г. Тараз Республики Казахстан

Одним из показателей качественной работы песколовок является отмывка задержанного песка от органических примесей, которые, загнивая, приводят к загрязнению окружающей среды, снижают качество песка.

Наиболее эффективным сооружением, позволяющим разделить задержанный песок от органических примесей считается тангенциальная песколовка /1/, снабженная шнековым пескопромывателем и центральной телескопической отводящей трубой. Однако, наличие в песколовке приспособлений для сбора и отвода задержанного песка, вращающихся, трущихся и движущихся элементов усложняет эксплуатацию сооружения, требует повышенного расхода электроэнергии.

Разработанная песколовка (/2/ рис. 1) содержит корпус в виде перевернутого усеченного конуса, питающий, песковой и сливной патрубки. При этом питающее отверстие расположено тангенциально у большего основания перевернутого усеченного конуса, а песковое отверстие и отверстие для отвода очищенной жидкости расположены соосно у вершины усеченного конуса.

Песколовка эффективна для непрерывной очистки больших количеств жидкостей, в том числе сточных вод, содержащих оседающие твердые примеси.

Впуск обрабатываемой воды осуществляется через тангенциальный питающий патрубок 2. Подаваемая вода, вращаясь, стремится вниз к песковому и сливному отверстиям песколовки. Под действием центробежных сил содержащиеся в сточной воде оседающие примеси (песок), смещаясь к периферии опускаются по стенке песколовки и отводятся через щелевое песковое отверстие 3. Осветленная, освобожденная от оседающих примесей (песка), вода отводится через сливное отверстие 4.

Рис. 1. Песколовка.

Использование данной песколовки, позволит за счет отсутствия вращающихся, движущихся и трущихся элементов значительно упростить эксплуатацию, снизить расход электроэнергии, увеличить пропускную способность. Кроме этого, возникающее в песколовке интенсивное вращательное движение, за счет турбулизации потока, способствует более качественной отмывке песка от органических примесей и позволит снизить вынос этих примесей с песком.

В комплексе мер по охране водоемов от загрязнения и одновременно повышения продуктивности кормовых угодий, все возрастающее значение имеет использование сточных вод для орошения сенокосов и пастбищ.

Оросительная система, работающая на сточных водах, отличается от обычной наличием сооружений по подготовке сточных вод. При этом одним из направлений научного поиска, является исследование и разработка высокоэффективных компактных сооружений по подготовке сточных вод, позволяющих расширить использование ирригационного оборудования при удобрительном орошении сельхозугодий. Несомненный интерес для решения этих задач представляют напорные гидроциклоны.

Кроме этого, как показали исследования отечественных и зарубежных ученых, исключительно широкие перспективы применения гидроциклонов связаны с технологией очистки промышленных сточных вод /3, 4/.

Однако, большинство работ посвященных гидроциклонной очистке, относятся к области разделения двухкомпонентной жидкости, содержащей примеси с плотностью намного большей, чем плотность обрабатываемой среды. При этом отмечается высокая эффективность работы этих аппаратов. При разделении трехкомпонентных жидкостей, содержащих примеси с плотностью как большей, так и меньшей плотности обрабатываемой среды, 50 и более процентов общего содержания загрязнений, главным образом плавающих, выносится из аппарата с осветленной водой.

Известны конструкции гидроциклонов с фильтрующими элементами, предназначенные для интенсификации процесса разделения. Однако работа фильтрующих элементов этих аппаратов предусмотрена в напорном режиме, что при значительных скоростях выхода жидкости из сливного патрубка гидроциклона и недостаточно эффективной их регенерации приводит к ряду существенных недостатков.

Недостаточная изученность особенностей разделения сточных вод, загрязненных примесями различной плотности в напорных гидроциклонах, и методов интенсификации процесса, несовершенство применяемых для этих целей конструкций аппаратов, их недостаточная эффективность и эксплутационная надежность, приводящая к отрицательному эффекту выноса загрязнений в верхний слив гидроциклона, необходимость включения дополнительных сооружений для отделения плавающих примесей или применения многоступенных установок усложняет эксплуатацию технологических линий, требует повышенных энергозатрат, что, в конечном счете, сдерживает широкое использование гидроциклонов в области очистки сточных вод, а в некоторых случаях приводит к полной замене технологии очистки.

Анализ причин, обуславливающих отрицательный эффект выноса, изучение достоинств и недостатков известных технических решений, а также собственные исследования показали, что актуальное значение для интенсификации процесса разделения в гидроциклоне имеет объединение в одном компактном узле двух процессов: центробежного разделения (для отделения оседающих примесей), и, учитывая эксплуатацию фильтрующего элемента в условиях нестационарного процесса со случайным характером загрязнения рабочей поверхности, зависящей от концентрации твердого в сливе гидроциклона, необходимость повышения надежности работы аппарата путем предотвращения засорения фильтрующего элемента, облегчения доступа к последнему, обеспечив надежную регенерацию фильтрующей поверхности, беспрепятственный отвод уловленных загрязнений – безнапорное фильтрование (для отделения плавающих примесей).

Реализация этой положительной предпосылки в конструктивное решение позволила разработать на основе стандартных цилиндроконических гидроциклонов, применительно к механо-физическим особенностям скопа (совокупности частиц загрязнений, вынесенных в слив гидроциклона и задержанных фильтрующим элементом), новые конструкции гидроциклонов для очистки сточных вод, снабженных камерой дополнительной очистки слива /А.с. СССР №№ 887000, 1018718, 997830, 1421421, 1632503, и А.с. РК №№18453, 32533, 33355, 34750, 34753/ .

Гидроциклон для очистки сточных вод (/А.с. СССР №1018718/ рис. 2) разработан с целью обеспечения стабильности работы фильтрующего элемента камеры дополнительной очистки слива, при очистке сточных вод со значительным содержанием как плавающих, так и оседающих примесей, когда скоп состоит из практически нетекучей, с пониженной влажностью массы.

Рис. 2. Гидроциклон для очистки сточных вод.

Гидроциклон содержит цилиндроконический корпус 1 с крышкой 2, тангенциальный входной 3, сливной 4 и песковый 5 патрубки. Направляющий конус 6 большим основанием прикреплен к крышке 7 сливной камеры. Внутренняя полость, ограниченная фильтрующим элементом 8, цилиндром 9 и крышкой 2 гидроциклона, образует камеру сбора фильтрата 10 с патрубком 11. Скребок 12 имеет плавно изогнутую по ходу движения форму и прикреплен к гильзе 13, имеющей специальные окна. Гильза с прикрепленным валом 14 свободно вращается на полке 15 и подшипнике 16 вокруг сливного патрубка. Ведомая полумуфта 17 вала 14 соединена с ведущей полумуфтой вала электродвигателя 18, прикрепленного к стойке 19. На отверстия для установки вала к крышке сливной камеры прикреплен штуцер 20 с крышкой 21 для установки подшипника и сальника 22, а крышка сливной камеры присоединена к специальным выступам днища камеры фильтрата шпильками 23.

Осветленная в гидроциклоне от оседающих примесей сточная вода, содержащая в своем составе более легкие примеси, поступает по сливному патрубку через специальные окна гильзы в направляющий конус и далее на фильтрующий элемент и, профильтровавшись, отводится через патрубок отвода фильтрата. При включении привода, обеспечивающего 2...4 оборота в минуту, загрязнения с поверхности фильтрующего элемента сдвигаются скребками по касательной к периферии и проваливаются в круговой приемник. Поступательное движение скребков по фильтрующей поверхности обеспечивает также прочистку фильтрующего элемента от волокнистых примесей.

Гидроциклон для очистки сточных вод (/А.с. РК №18453/ рис. 3) относится к устройствам для очистки сточных вод и может найти применение при очистке сточных вод предприятий агропромышленного комплекса, химической, пищевой промышленности со сложным составом твердой фазы загрязнений, состоящих как органических, так и минеральных плавающих, с плотностью менее и оседающих с плотностью более плотности воды примесей.

Технический результат настоящего аппарата – повышение эффективности разделения за счет одновременного улавливания в одном компактном узле как из оседающих, так и плавающих примесей, повышение грязеемкости фильтрующего элемента и предотвращение его засорения.

Гидроциклон для очистки сточных вод содержит цилиндроконический корпус 1, тангенциальный питающий 2, сливной 3 и шламовый 4 патрубки. Полость, ограниченная внутренней поверхностью барабана 7 и наклонной сетки 5, образует камеру фильтрата 8. Над камерой фильтрата расположена сливная камера 9, образованная отжимными роликами 6, наклонной сеткой 5 и двускатной крышкой камеры дополнительной очистки слива 12. ПО касательной к барабану 7 установлено скребковое устройство 10. Гидроциклон работает следующим образом.

Под действием центробежных сил содержащиеся в сточной воде оседающие примеси, смешиваясь к периферии опускаются по стенке гидроциклона и отводятся через шламовый патрубок 4. Частично осветленная, содержащая в своем составе плавающие примеси, сточная вода через сливной патрубок 3 поступает в сливную камеру 9 камеры дополнительной очистки и профильтровавшись в камеру фильтрата 8, отводится через патрубок 11. Сгущенная фракция при вибрации сетки перемещается к барабану 7, отжимается роликами 6 и снимается с поверхности барабана скребковым устройством 10 в желоб 13, который служит для отвода сгущенной фракции. Использование аппарата позволит применять гидроциклон для очистки многофазных жидкостей, в том числе сточных вод, содержащих грубодиспергированные примеси отличные по плотности, как в большую так и в меньшую сторону от плотности воды, независимо от количества в обрабатываемой сточной воде плавающих примесей.

Предлагаемый гидроциклон имеет следующие преимущества:

- обеспечивается возможность работы аппарата в широком диапазоне категорий сточных вод; - повышается эффективность разделения за счет улавливания плавающих примесей и повышения грязеемкости фильтрующего элемента; - не нарушается гидродинамический режим работы гидроциклона; - обеспечивается непрерывность цикла очистки за счет повышения надежности регенерации фильтрующего элемента.

Рис. 3. Гидроциклон для очистки сточных вод.

Литература

1. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И. Колобанов С.К. Канализация, -М.: Стройиздат. 1975.630с.

2. А.с. №53118 РК. Песколовка / Жангужинов Е.М., Джумабеков А.А., Жангужинов А.Е., Сарбасова Г.А., Искакова А. (РК) №2005/0893.1; Заявлено 08.07.2005; опубликовано 15.11.2007, Бюл №11 //Государственный реестр изобретений Республики Казахстан, 2007

3. Абдураманов А.А., Айгаскаев К.С., Баджанов Б.М. Водоочистные устройства, водоподъемные установки и гидротехнические сооружения систем водоснабжения, орошения и обводнения. Жамбыл.: УОП Жамбылского ЦНТИ. 1994. 79с.

4. Скирдов И.В., Пономарев В.Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах. М.: Стройиздат, 1975. 100 с.