Центробежное осаждение примесей из сточных вод

Скорость разделения неоднородных систем в поле центробежных сил выше по сравнению со скоростью разделения этих систем в поле силы тяжести. Отношение центробежной силы к силе тяжести можно сделать сравнением ускорений, действующих на частицы примесей в центробежном и гравитационном полях, так как применительно к частице определенной массы силы пропорциональны ускорениям. В общем случае центробежная сила Р_ц (Н) выражается равенством.

(10.15).

где m — масса вращающейся частицы, кг; G — вес частицы. ?; ?₀ — окружная скорость вращения, м/с; r — радиус вращения, м.

Окружная скорость вращения равна.

(10.16).

где w — угловая скорость вращения, рад/с; п — число оборотов в минуту.

Сопоставляя эти равенства, найдем.

(10.17).

или приближенно.

(10.18).

Отношение центробежного ускорения к ускорению силы тяжести g называют фактором разделения:

(10.19).

Фактор разделения является важной характеристикой гидроциклонов и центрифуг, так как при прочих равных условиях разделяющее действие при осадительном центрифугировании возрастает пропорционально величине К_р.

Для очистки сточных вод используют гидроциклоны. При вращении жидкости в гидроциклоне (рис. 10.2) на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, силы сопротивления движущегося потока, гравитационные силы и силы инерции потока.

Силы инерции в потоке жидкости незначительны и ими можно пренебречь. При высоких скоростях вращения центробежные силы значительно больше сил тяжести.

Скорость движения частицы в жидкости ПОД действием центробежной СИЛЫ зависит от ее диаметра разности плотностей фаз ??, вязкости ?₀ и плотности р₀ сточной воды и от ускорения центробежного поля J:

(10.20).

Коэффициент пропорциональности k и показатель степени m зависят от гидродинамического режима.

Рис. 10.2. Схема гидроциклона Для ламинарного режима при числе Рейнольдса = 1,6; m = 2; А: = 1,7 — 10^-4; для переходного режима при Re = 16…420; m= 1,2; k = 2,49 · 10^-3; для турбулентного режима Re > 420; m = 5,36; k = 0,5.

При уменьшении вязкости сточной воды скорость осаждения частиц увеличивается. С ростом плотности жидкости уменьшается разность плотности фаз ?? = (?_ч — ?₀). Это сопровождается снижением скорости осаждения частиц, которые тяжелее воды, а для частиц легче воды — увеличением скорости всплывания. Скорость осаждения пропорциональна квадрату скорости вращения частиц, которую можно считать равной скорости воды на входе в аппарат.

Для удаления осадков из сточных вод используют отстойные и фильтрующие центрифуги. В отстойных центрифугах (рис. 10.3) со сплошными стенками ротора производят разделение суспензий и эмульсий по принципу отстаивания.

Р и с. 10.3. Схема действия отстойной центрифуги Разделение суспензий в отстойных центрифугах складывается из стадий осаждения твердых частиц на стенках ротора и уплотнения образовавшегося осадка. Первая из этих стадий протекает по законам гидродинамики, вторая — по закономерностям механики грунтов (пористых сред). При малой концентрации твердых частиц в сточной воде (не более 4% об.) наблюдается свободное осаждение их в роторе без образования четкой поверхности раздела между чистой жидкостью и еще не расслоившейся суспензией. При повышенной концентрации образуется ясная граница раздела вследствие стесненного осаждения твердых частиц. Вследствие неоднородности по радиусу интенсивности поля центробежных сил и площади осаждения закономерности процессов осаждения в отстойных центрифугах отличаются от процессов осаждения в отстойниках.

Фактор разделения для отстойного центрифугирования равен.

(10.21).

где r = (D — h)/2 — средний радиус слоя жидкости в центрифуге.