Изучение работы напорных гидроциклонов

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ

НАПОРНЫХ ГИДРОЦИКЛОНОВ

Целью данной лабораторной работы является определение эффективности очистки сточных вод от взвешенных веществ в зависимости от напора на входе в гидроциклон.

Общие сведения

Гидроциклоны являются наиболее эффективными сооружениями при очистке сточных вод, загрязненных механическими примесями.

Основные достоинства напорных гидроциклонов:

  • 1) высокая удельная производительность по осветляемой воде;
  • 2) относительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;
  • 3) отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы;
  • 4) возможность создания компактных автоматизированных установок.

В зависимости от требуемой эффективности очистки сточных вод работа напорных гидроциклонах может осуществляться в одну или несколько ступеней путем последовательного соединения аппаратов с разрывом и без разрыва струи.

На первой ступени следует использовать чаще всего гидроциклоны больших размеров для задержания основной массы взвешенных веществ и их крупных частиц, которые могут засорить гидроциклоны малых размеров, используемых на последующих ступенях установки.

Давление питания (напор на входе) напорных гидроциклонов при осветлении вод от механических примесей варьируется в диапазоне 0,15—0,6 МПа.

Основные закономерности процесса очистки сточных вод в гидроциклонах

Гидроциклоны применяют в основном для осветления промышленных сточных вод от механических примесей, при этом различают два типа гидроциклонов — напорные (рис. 18.1, а) и открытые (рис. 18.1, б)

Конструктивные схемы гидроциклонов

Рис. 18.1. Конструктивные схемы гидроциклонов

Гидроциклоны отличаются от отстойников более высокой производительностью при примерно одинаковом эффекте осветления. На эффективность работы гидроциклона оказывают как параметры самого аппарата: диаметра гидроциклона Г), диаметров нижней и верхней дн и дв насадок, угол конической части сс, высоты цилиндрической части Нц, площадь входного отверстия со, напор на входе Н, — так и параметры осветляемой воды: концентрации взвешенных веществ, их гранулометрического состава, плотность взвеси (должна быть более 1,2 г/см3).

В напорном гидроциклоне (рис. 18.1, а) при подаче осветляемой воды по напорному трубопроводу 1 под давлением в цилиндрическую часть аппарата возникают центробежные силы, благодаря которым происходит расслоение осветляемой воды. Осветляемая жидкость движется по спиральной траектории. Тяжелая фракция отбрасывается к периферии гидроциклона и опускается вниз по конической части аппарата к шламовому отверстию 2. Осветленная вода благодаря меньшей плотности формируется в центральной части аппарата, откуда отводится через разгрузочный патрубок 3.

Эффективность очистки сточных вод в гидроциклонах определяется по формуле:

где Со — концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей на очистку в гидроциклон, мг/л; Ст концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, мг/л.

Необходимое оборудование для выполнения лабораторной работы

Для выполнения лабораторной работы «Очистка сточных вод в гидроциклонах» необходимо подготовить следующие приборы и оборудование:

  • 1. Секундомер.
  • 2. Фильтры беззольные «белая лента».
  • 3. Металлические щипцы.
  • 4. Бюксы с притертой крышкой.
  • 5. Мерные цилиндры объемом 100 мл.
  • 6. Эксикатор
  • 7. Сушильный шкаф
  • 8. Весы. Точность измерения — не ниже 0,001 гр.

Описание лабораторной установки напорного гидроциклона

Технологическая схема лабораторного стенда по исследованию работы напорного гидроциклона (фото 18.1) представлена на рис. 18.2.

Исходная (неочищенная) сточная вода насосом 5 по напорному трубопроводу подается тангенциально через входной патрубок в гидроциклон, в котором происходит ее (непосредственное) осветление от взвешенных веществ. Осветленная вода через центральный патрубок сверху отводится из гидроциклона в бак исходной воды, при этом посредством водосчетчика 9 может быть замерен ее объем. Контроль за напором на входе в гидроциклон осуществляется с помощью манометра 8, установленного на напорном трубопроводе насоса 5, при этом регулирование напора на входе в гидроциклон в пределах от Ртіп до Ртах (см. рис. 18.2) осуществляется открыванием клапаназапорного 1 и одновременным перекрыванием клапана запорного 4. В открытом положении вентиль 4 позволяет взмучивать осадок, выпадающий на дно бака 6.

Фото 18.1. Лабораторный стенд «Изучение работы напорного гидроциклона»

Технологическая схема лабораторного стенда

Рис. 18.2. Технологическая схема лабораторного стенда:

1, 3,4 — запорные краны; 2,9 — водосчетчик; 5 — насос; 6 — бак исходной воды; 7 — напорный гидроцилиндр; 8 — манометр;

А, Б — пробоотборники

Задержанный в гидроциклоне шлам (выделенные взвешенные вещества) отводятся в нижней его конической части, при этом с помощью клапана запорного 3 поток шлама можно регулировать, изменяя его расход.

Пробоотборники (краны) А и Б, установленные на напорном трубопроводе насоса 5 (А) и на трубопроводе отвода осветленной воды (Б), предназначены для отбора пробы исходной сточной воды и пробы осветленной воды для анализа.

Методика проведения лабораторной работы

  • 1. Проверить исходное состояние лабораторного стенда, при этом:
    • — клапаны запорные А и Б должны быть закрыты;
    • — клапан запорный 3 должен находиться в положении «открыто»;
    • — клапан запорный 1 должен находиться в положении «закрыто».
  • 2. Ручку клапана запорного 4 установить в положение «открыто».
  • 3. Включить подающий насос 5.
  • 4. Через 3—5 мин работы подающего насоса, наблюдая за показаниями манометра 8 и изменяя позиции клапанов запорных 1 и 4, установить начальный напор на входе в гидроциклон 0,01 МПа.
  • 5. С помощью клапанов запорных А и Б отобрать пробы исходной (100 мл) и очищенной (100 мл) воды.
  • 6. Одновременно снять начальные показания водосчетчиков 2 и 9 (Уинсахч и Уонсач).
  • 7. Через 1—3 мин одновременно снять конечные показания водосчетчиков 2 и 9 (Уикс°хн и Уокс°н).
  • 8. Результаты наблюдений, измерений занести в табл. 18.1.
  • 9. Поворотом клапанов запорных 1 и 4 установить следующее значение напора на входе в гидроциклоне согласно табл. 18.1.
  • 10. Выполнить все операции и работы, указанные в п. 5.5— 5.9, заполняя табл. 18.1.
  • 11. Выполнить полный цикл опытов.
  • 12. Выключить подающий насос 5.

Лабораторный стенд привести в исходной состояние.

Определить расходы исходной воды, осветленной воды и расход отводимого из гидроциклона шлама. Определить концентрации взвешенных веществ в исходной и очищенной воде. Занести результаты расчетов в табл. 18.2.

Результаты наблюдений заносятся в табл. 18.1.

В дальнейшем опытные данные необходимо подвергнуть камеральной обработке, а результаты свести в табл. 18.2.

Таблица 18.1

Опытные данные работы гидроциклона

№ режима

Напор на входе Н, МПа

Продолжительность опыта Т, с

Концентрация взвешенных веществ в воде, мг/л

Показания водосчетчиков

исходной Со (кран Б)

осветленной Ст (кран А)

исходной воды

V

* исх

осветленной вода Уосв

началь

ные т/нач *исх

конеч

ные

17 кон *исх

началь

ные

унач *осв

конеч

ные

1/КОН уосв

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0,01

2

0,02

3

0,03

4

0,04

Таблица 18.2

Обработка экспериментальных данных

№ режима

Напор на входе Н, МПа

Эффект очистки, д. ед.

Расход (}, л/с

исходной

воды

Фисх

осветленной воды Фосв

шлама Фшл’ л/с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0,01

2

0,02

3

0,03

4

0,04

По результатам вычислений, занесенных в таблицу, рассчитать значения эффекта очистки сточных вод от взвешенных веществ для каждого режима работы гидроциклона по формуле (18.1).

По вычисленным значениям эффекта очистки сточных вод от взвешенных веществ при данном напоре на входе в гидроциклон строят график зависимости эффекта от напора (давления); по замеренным значениям соотношения расходов (Qhcx/Qiwp Qhcx/Qocb, Qocb/QuJ и напору (давлению) выстраи-вают соответствующие зависимости.

Методика определения концентрации взвешенных веществ

Взвешенные вещества — основная масса нерастворимых в воде загрязнений.

Концентрация взвешенных веществ определяется весовым методом с предварительным фильтрованием сточной воды через беззольные фильтры «белая лента».

Этот метод применяется при содержании взвешенных веществ не менее 10 мг/л.

В бюкс с притертой крышкой вкладывают плотный беззольный фильтр диаметром 9—11 см и сушат (при этом крышка бюкса должна быть открытой) в термостате до постоянной массы в течение двух часов при температуре 105 °С. После сушки бюкс с фильтром плотно закрывают крышкой и помещают в эксикатор, охлаждают в течение 20—30 мин и взвешивают на аналитических весах с точностью до 1 мг.

Тщательно перемешанную пробу исследуемой воды (100 мл) небольшими порциями фильтруют через беззольный фильтр, пользуясь при этом воронкой Бюхнера, сосудом Бунзена. Мерный цилиндр, в котором помещалась отобранная проба, несколько раз ополаскивают дистиллированной водой, которую также фильтруют через фильтр. Влажный фильтр с осадком помещают в бюкс и сушат в термостате (крышка бюкса должна быть открыта) до постоянной массы в тех же условиях, что и чистый фильтр. После сушки, не вынимая бюкса из термостата, плотно закрывают его крышкой и переносят в эксикатор металлическими щипцами. После охлаждения бюкса бюкс с высушенными фильтром и осадком взвешивают.

Пример расчета концентрации взвешенных веществ. На фильтрование взято 100 мл исследуемой воды. Масса бюксы с высушенным фильтром и осадком 25,901 г. Масса бюксы с чистым высушенным фильтром 25,859 г. Тогда масса остатка на фильтре составит:

25,901 г - 25,859 г = 0,042 г, или 42,0 мг.

Пересчет результатов: в 100 мл сточной воды содержится 42,0 мг взвешенных веществ, в 1000 мл —X, тогда Х= 42 • 1000/100 = 420 мг. Концентрация взвешенных веществ в исследуемой воде составляет 420 мг/л.

Контрольные вопросы

  • 1. В чем заключается сущность процесса осветления сточных вод в гидроциклонах?
  • 2. Какие бывают типы гидроциклонов?
  • 3. Чем отличается процесс отстаивания сточных вод от процесса осветления их в гидроциклонах?
  • 4. Факторы, влияющие на процесс осветления сточных, вод в гидроциклонах.
  • 5. Как определить содержание взвешенных веществ в сточной воде весовым способом?
  • 6. Как влияет напор на входе в гидроциклон на эффект очистки сточных вод и почему?
  • 7. Какие силы действуют на частицу в гидроциклоне?
  • 8. Под действием каких сил происходит осветление сточных вод в гидроциклонах?
  • 9. Как определяется концентрация взвешенных веществ в сточной воде?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >