ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД 9 страница
При прохождении постоянного тока через раствор происходит электролиз материала анода, что выражается в его растворении. Ионы анода (Fe2+, Al3+), выделились, во-первых, способствуют уменьшению заряда коллоидных частиц суспензии и тем самым создают условия для коагуляции последних, а во-вторых, гидролизуются, образуя нерастворимые в воде гидроксиды Al(OH)3 и Fe(OH)3, которые коагулируют сами с образованием хлопьев. Дальнейшее осветление воды происходит аналогично, как и при коагуляции примесей воды, коагулянтами.
В большинстве случаев для электрокоагуляции применяют алюминиевые аноды, но для очистки сточных вод преимущественное использование стальных (железных) анодов.
Большинство устройств для очистки воды электрокоагуляцией является безнапорными пластинчатыми электролизерами горизонтального или вертикального типа. Пластины металла располагаются вертикально на расстоянии 3...20 мм одна от другой и удерживаются изолирующими вставками, электрический ток подводится к каждой пластине (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Электролизер для коагуляции
Использование в качестве электродов листового металла затрудняет широкое использование метода электрокоагуляции. Поэтому в настоящее время ведутся работы по созданию электролизеров с использованием засыпных анодов (из стружки, обрезков металла).
Расход электроэнергии на очистку единицы объема воды зависит от расстояния между электродами (пластинами); чем меньше зазор, тем меньше расход энергии. С увеличением плотности тока процесс очистки протекает быстрее и полно.
|
|
|
2 Агрегация примесей воды флокулянтами
Для ускорения процессов осветления кроме коагулянтов в воду добавляют флокулянты. Важным их преимуществом является то, что они не изменяют рН и щелочность обрабатываемой воды.
В качестве флокулянта чаще всего используют технический полиакриламид (ПАА) в виде густой желеобразной массы, которая содержит 4...9% полимера или в виде гранул (стружки) с содержанием активного продукта 70%.
Кроме ПАА применяют также флокулянты типа К-4, К-6, активированную кремниевую кислоту – все анионного типа. Они требуют предварительной обработки примесей воды коагулянтом.
Второй тип флокулянтов - катионного типа. Их применение носит самостоятельный характер, поскольку он не требует предварительного введения коагулянта. Фрагменты таких молекул флокулянтов имеют положительный заряд, к ним прикрепляются отрицательно заряженные частицы примесей воды. К флокулянтов этого типа относятся ВА-2, ВА-3, ВПК-402, флокатон и другие.
Действие флокулянтов при коагуляции заключается в адсорбции молекул флокулянта на частицах взвеси и хлопьев коагулянта, а также в связывании их в крупные и прочные агрегаты. Вместе с адсорбцией полимера происходит и непосредственное сцепление твердых частиц, когда флокулянт выступает как связующий мостик. Оседания под действием силы тяжести крупных агрегатов (флокул), образовавшихся, происходит с большой скоростью и к быстрому их осаждению.
|
|
|
Вид агрегированных частиц после обработки воды флокулянтами представлен на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Образование полимерных мостиков при флокуляции
3 Реагентное хозяйство
3.1 Хранения реагентов
Употребляемые при обработке воды реагенты вводятся в виде порошков или гранул (сухое дозирование) либо в виде водных растворов или суспензий (мокрое дозирование). Оба способа дозирования требуют организации на водоочистному комплексе реагентного хозяйства. Больше всего в практике получило мокрое дозирование. Это предполагает наличие в составе реагентного хозяйства специальных баков для растворения и разбавления реагентов, насосов для перекачки агрессивных жидкостей, воздуходувных установок и аппаратов-дозаторов.
Складирование реагентов - полуфабрикатов возможно в сухом виде (навалом или в специальной таре) или в жидком (в виде высококонцентрированных растворов концентрацией до 30% в специальных емкостях). Для предотвращения потерь коагулянта от слеживания, снижения трудоемкости погрузочно-разгрузочных работ и обеспечения хороших санитарных условий для персонала в настоящее время переходят на хранение реагентов в жидком. С этой целью на водоочистному комплексе предусматривают резервуары большой емкости (баки мокрого хранения), которые загружают сухим коагулянтом и заготавливают его расчетный запас в виде раствора высокой концентрации (до 30%). Схема одного из вариантов устройства резервуара для складирования реагентов в жидком виде приведена на рис. 5.4. Баком есть бетонный резервуар с горизонтальными поддерживающими колосниковой решеткой и перемешивающим устройством (с помощью сжатого воздуха и пара). Сухой коагулянт засыпают на решетку, заполняют бак водой и перемешивают ее до полного растворения коагулянта. Кроме барботирования для побуждения и интенсификации растворения реагентов можно предусматривать механическое перемешивание или непрерывную циркуляцию раствора с помощью насоса.
|
|
|
 |
Рис. 5.4. Бак мокрого хранения коагулянта: корзина раствора, 2 - дырчатые трубы, 3 - поплавок, 4 - резиновый шланг, 5 - насос, 6 - бак постоянного уровня
|
|
|
3.2 Растворные и расходные баки
Концентрированный раствор реагента готовится в растворных баках. Растворения можно достичь барботирования сжатым воздухом, механическим или циркуляционным способом. Соответствующие три конструкции баков растворов приведены на рис. 5.5.
Рис. 5.5. Баки растворения реагентов: а) барботирования сжатым воздухом, б) механическое перемешивание, в) циркуляционное перемешивание; корпус, 2 - колосники, 3 - дырчатые трубы, 4 - накопитель осадка, 5 - сброс осадка в канализацию, 6 - поплавок, 7 - резиновый шланг, 8 - подача раствора на разбавление, 9 - подвод воды из водопровода
После отстаивания концентрированный раствор перепускается в расходные баки, где разбавляется водой до рабочей концентрации (4...10%), а затем дозируется в обрабатываемую воду. На водоочистных комплексах большой производительности (более 1000 м3/сут) растворенные и расходные баки сооружают отдельно друг от друга. При малых расходах сточных вод (до 1000 м3/сут) применяют расходно-растворные баки, имеющие два параллельных отделения для обеспечения бесперебойной подачи реагента.
3.3 Дозаторы
Для дозирования растворов коагулянтов и флокулянтов в шахтную воду применяют дозаторы трех видов: дозаторы постоянной дозы; пропорциональные дозаторы (что автоматически меняют дозу соответственно к расходу обрабатываемой воды, меняется); автоматические дозаторы (доза автоматически отслеживается по изменениям показателей качества воды). Наиболее распространены дозаторы постоянной дозы. Применение насосов-дозаторов, учитывая их мобильность, перспективно.
Простейшим дозирующим устройством постоянной дозы является поплавковый дозатор систем В.Хованского (рис. 5.6), который размещается в расходном баке. Дозатор обеспечивает (благодаря неизменной высоте уровня водного раствора над диафрагмой) постоянную расход реагента, что вытекает через резиновую шлангу, независимо от колебания высоты уровня раствора в баке.
 |
Рис. 5.6. Поплавковый дозатор: поплавок, 2 - пригруз, 3-расходная трубка; 4 - шайба калиброванная, 5 - трубка отвода воздуха, 6 - резиновый шланг, 7 - расходный бак
Изменяя диаметр диафрагмы, можно регулировать количество вытекающего раствора. Воздушная трубка необходима, чтобы шланг не работал как сифон.
В последние годы все более широко применяют насосы-дозаторы: плунжерные и диафрагменные. Наиболее распространены плунжерные насосы типа НД. Подача насосов НД составляет 16...2500 л/час. Схема плунжерного насоса-дозатора приведена на рис. 5.7.
 |
В автоматических дозаторов пропорциональной расходы относятся бункерные дозаторы, незаменимы для загрязненных растворов реагентов (суспензий) (рис. 5.8).
Рис. 5.7. Схема плунжерного насоса-дозатора: рабочая камера, 2 - всасывающий патрубок, 3 - нагнетательный патрубок, 4 - клапаны, 5 - плунжер, 6 - рычаг, 7 - кулиса, 8 - шток, 9 – вал
Рис. 5.8. Бункерный дозатор: 1 - большой бункер, 2 - малые бункеры, 3 - перегородки, 4 - слив, 5 - делитель потока; 6 - плоская струя, 7 - рукоятка.
4 Смесители
При использовании в процессе освещения различных реагентов (коагулянтов, флокулянтов) требуется их тщательное смешение со сточной водой. Для осуществления этой операции применяют устройства смесителей и смесители. К первым относятся диафрагмы, трубчатые смесители, вставки и сопла Вентури, а ко вторым - специальные сооружения. И те, и другие должны удовлетворять требованию быстрого и полного смешения реагентов со всей массой воды (время пребывания воды 1...3 мин).
В практике очистки шахтных вод преимущественное распространение получили смесители в виде специальных сооружений. По принципу действия их делят на гидравлические и механические. Хорошо зарекомендовали себя гидравлические смесители, в которых смешение воды с реагентами осуществляется за счет энергии турбулизованого потока воды. Однако при больших скоростях потока потери напора в таких смесителях достигают значительной величины. Различают гидравлические смесители коридорного типа с вертикальным или горизонтальным движением воды), дырчатые, перегородчатые с разделением потока и вертикальные (вихревые). На практике широко применяются железобетонные дырчатые смесители. При движении воды через щели перегородок или отверстия со скоростью 1 м/с образуются завихрения и полное смешение реагента с водой. Расстояние между перегородками должно равняться двойной ширине лотка. Диаметр отверстий принимают 20...100 мм. Верхний ряд отверстий должен быть затоплен под уровень воды на 0,1...0,15 м во избежание подсоса воздуха.
При использовании вертикальных (вихревых) смесителей обрабатываемая вода подводится снизу корпуса, который состоит из конической (пирамидальной) и цилиндрической (паралелепипедной) части. Восходящая скорость движения воды в цилиндрической части смесителя должна быть 25 мм/с, благодаря чему частицы примесей во взвешенном состоянии. Из смесителя вода отводится по периферийном лотке, дырчатым трубам или центрально расположенной затопленной воронкой.
Механические смесители выполняют обычно в виде пропеллерных мешалок, располагаемых в квадратных в плане камерах. Продолжительность пребывания воды в них составляет 10...30 сек.
ЛЕКЦИЯ 15
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ШАХТНЫХ ВОД МЕТОДОМ ГРАВИТАЦИОННОГО И ЦЕНТРОБЕЖНОГО ОСАЖДЕНИЯ
1 Очистка шахтных вод осаждением
Очистка производственных сточных вод от грубодисперсных примесей производится гравитационной сепарацией в разных отстойных сооружениях, которые делят на две группы в зависимости от соотношения плотности вещества примесей и воды.
К сооружениям первого типа (улавливающих примеси, плотность вещества которых выше плотности воды) относятся песколовки и отстойники, осветлители со слоем взвешенного осадка; пруды-осветлители, хвостохранилища обогатительных фабрик, пруды-накопители промышленных отходов (вместимость хвостохранилищ и прудов-накопителей рассчитывают на длительное пребывание в них воды, измеряемое годами). Следует отметить, что во многих случаях отстойники являются единственными сооружениями при очистке воды.
К сооружениям второго типа относятся нефтеловушки и маслоулавливатели; установки флотации для гидрофобных частиц различной степени дисперсности.
Поскольку отстойники и песколовки предназначены для улавливания седиментационной неустойчивых грубодисперсных примесей, то принцип их действия основан на использовании силы тяжести частицы: если плотность вещества частиц больше плотности воды, то по мере движения их вместе с водой выпадают на дно сооружения. При этом имеет место режим свободного осаждения частиц.
Песколовки служат для задержания примесей размером частиц свыше 0,15-0,25 мм. Их рассчитывают на такую скорость, при которой на дно резервуара выпадают только наиболее тяжелые примеси, мелкие же частицы проскакивают. Нерастворенные полидисперсные взвешенные частицы, оставшиеся в большом количестве, включая частично коллоидно-дисперсные (после обработки коагулянтами) удаляют гравитационным осаждением в отстойниках.
Отстойники применяют, как правило, как сооружения для предварительной очистки сточных вод, или как самостоятельные сооружения, если по санитарным нормам для местных условий достаточно выделять из сточных вод только механические примеси.
В зависимости от направления основного потока песколовки подразделяют на горизонтальные и вертикальные, с прямолинейным и круговым движением воды, а также такие, которые аэрируются. По этим же признакам отстойники делятся на горизонтальные, вертикальные и радиальные.
В практике очистки шахтных вод широкое применение нашли горизонтальные и вертикальные отстойники - радиальные. Их используют, как правило, на первой стадии очистки. На многих шахтах отстойники являются самостоятельными сооружениями.
Принцип действия песколовок и отстойников одинаковый.
Особенностью отстойников проточного (непрерывного) типа, в отличие от отстойников периодического (наливного) действия, является то, что каждая движущаяся частица имеет два вектора скорости: вертикальный Uo (возникающей под действием силы тяжести и определяется соотношением Архимедовой силы и силы сопротивления жидкости) и вектор скорости движения воды V, по движению потока воды. Сложение этих двух векторов дает результирующий вектор скорости частицы.
1.1 Горизонтальные отстойники
Горизонтальные отстойники являются резервуарами, которые имеют в плане форму вытянутого прямоугольника (рис. 6.1). Обычно отстойник имеет две или несколько параллельно работающих секций, чтобы при чистке или ремонте одного из них не прерывать процесс отстаивания. Как правило, отношение ширины отстойника к его длине принимается не менее 1:3. Ширина секций отстойника колеблется от 4 до 9 м; длина - от 20 до 90 м; глубина - от 2,5 до 5,0 м. Днища горизонтальных отстойников делаются с уклоном i=0,01 в сторону впуска воды. Во входной части отстойника в днище иногда делается приямок для сбора осадка.
Рис. 6.1. Принципиальная схема горизонтального отстойника
Равномерное распределение сточной воды в поперечном сечении отстойника достигается с помощью поперечного распределительного лотка, который устраивается вдоль его торцевой стороны. Освещенную воду выпускают через такой же сборный лоток.
Для задержания плавающих примесей и равномерного распределения потока по глубине на входе в отстойник и выходе из него устанавливают перегородки-щиты, погруженные в воду на 0,25-0,3 м.
Горизонтальные отстойники проектируют с механическим или гидравлическим удалением осадка (без выключения подачи воды в отстойник) или предусматривают в них гидравлическую систему напорного смыва осадка (вариант с периодическим отключением подачи воды). Второй вариант применяют в случае осветления мутных вод с образованием малоподвижных осадков. Для обмыва стен и днищ отстойников предусматривают трубопровод с вентилями для присоединения шлангов. Шахтные отстойники обычно чистят периодически. Осадок при этом размывают струей воды и выкачивают из отстойника.
Горизонтальные отстойники используются для удаления как коагулированных, так и некоагулированных примесей.
Основным преимуществом горизонтальных отстойников является простота их строительства, возможность монтажа из железобетонных элементов. Вместе с тем им свойственны низкие гидравлические и технологические показатели. Эффективность отстаивания достигает 60%. Продолжительность отстаивания 1-3ч.
1.2 Вертикальные отстойники
Вертикальные отстойники является круглым или квадратным резервуаром с коническим (пирамидальным) днищем, угол наклона стенок которого к горизонтали равен 450 (рис. 6.2).
В центральной части отстойника может размещаться труба, используемая как водоротна камера образования хлопьев. Направления скоростей осаждения частицы под действием силы тяжести и движения воды вертикальные, но направлены в противоположные стороны. Таким образом, осаждение частиц происходит в восходящем потоке. Высота зоны осаждения составляет 4-5 м. Сбор осветленной воды происходит через периферийные и радиальные желоба. Для выпадения твердой фазы в осадок необходимо, чтобы гидравлическая крупность частиц была больше, чем скорость восходящего потока воды, то есть должно соблюдаться условие . Такое условие выполняется при агрегации примесей коагулянтами.
Рис. 6.2. Принципиальная схема вертикального отстойника
Коническая часть отстойника служит для накопления и уплотнения осадка. Чем она больше, тем более плотный осадок может быть получен. Осадок из отстойника периодически удаляют, не прекращая работу отстойника, самотеком под гидростатическим напором, открывая задвижки на выпускной трубе.
Эффективность осаждения в вертикальных отстойниках ниже на 10-20%, чем в горизонтальных.
1.3 Радиальные отстойники
Радиальные отстойники - это круглые в плане резервуары с небольшой высотой по сравнению с его диаметром (рис. 6.3). Известны радиальные отстойники трех модификаций: с центральным впуском, с периферийным впуском и сборно-распределительным устройством, вращающимся. Отстойники оборудованы фермами, вращающиеся со скребками, которые сдвигают осадок, который накапливается, к приямку, расположенному в центре отстойника, а оттуда в водосток (самотеком или насосом). Радиальные отстойники рассчитаны на очистку некоагулированных вод и стоков.
В отстойниках с центральным впуском, сточная вода подается в специальное приемное устройство в центре отстойника, из которого она растекается в радиальном направлении к периферии и переливается в кольцевой сливной желоб. В радиальных отстойниках твердые частицы выпадают из горизонтального потока так же, как в горизонтальных отстойниках. Отличие заключается в том, что в горизонтальных отстойниках скорость потока V постоянна, а в радиальных переменная и убывает от центра Vн к стенкам отстойника Vк. Это объясняется увеличением площади поперечного сечения потока от центра. Скорость осаждения частиц суспензии Uo остается постоянной все время их выпадения.
Преимуществом радиальных отстойников является постоянное механизированное удаление осадка без выключения отстойника из работы, что позволяет очищать высокомутные воды.
1.4 Наклонные тонкослойные отстойники
Для очистки сточных вод все большее применение получают наклонные тонкослойные отстойники. Относительно шахтных условий конструкции данного типа отстойника разработаны ДонУГИ, ДонНТУ, ВНДИОСуголь. На рис. 6.4 приведена схема одного канала такого отстойника, из которой понятен принцип их действия.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 342; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!