Центробежное фильтрование осадков сточных вод

Центробежное фильтрование осадков сточных вод достигается вращением суспензии в перфорированном роторе - барабане.

Фильтрование под действием центробежной силы проводят на фильтрующих центрифугах. Разделение суспензии в фильтрующих центрифугах складывается из стадии образования, уплотнения и механической сушки осадка с возможной промывкой осадка, т.е. скорость центробежного фильтрования изменяется во времени (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Стадии центробежного фильтрования в центрифугах:

1 – образование осадка; 2 – уплотнение осадка; 3 – отжим осадка.

Для 1-го периода применимы закономерности кинетики фильтрования.

Для центробежного фильтрования уравнение фильтрования имеет вид

(6.22)

где R - радиус ротора; r₀ , rос - внутренний радиус жидкости и осадка; kc - коэффициент пропорциональности слоя; L - длина ротора.

Под действием центробежной силы в массе фильтруемой суспензии развивается давление, обеспечивающее центробежное фильтрование. В результате происходит отложение осадка на внутренние поверхности барабана ротора и удаление осветленной воды через фильтрующую перегородку и отверстия в барабане.

Центробежная сила изменяется с изменением радиуса. Центробежную силу, действующую на массу элементарного кольца суспензии объемом dV=2·π·r·H·dr = F·dr, можно выразить в виде (см. рис. 6.2):

dG_ц = dm·w₀²/r = dm·ω²·r (6.23)

где dm – масса элементарного кольца; r – радиус кольца; w₀ – окружная ско-

рость вращения кольца; ω = π·n/30 – угловая скорость вращения кольца; n –

число оборотов в минуту.

Масса элементарного кольца.

dm = F·dr·ρ_с (6.24)

а давление на прилегающий к кольцу слой, развиваемое центробежной силой, приложенной к кольцу:

dP_ц = dG_ц/F = F·dr·ρ_с·ω²·r/F = ρ_с·ω²·r·dr (6.25)

где ρс - плотность суспензии.

Давление на фильтрующую перегородку, развиваемое всей массой суспензии в барабане находим интегрированием последнего уравнения в пределах (R2…R1):

ΔP_ц = ρ_с ∙ω²(R₁² –R₂²)/2 (6.26)

где R1 и R2 - внешний и внутренний радиусы слоя суспензии в центрифуге.

Рис. 6.2. К определению давления при фильтрации

под действием центробежной силы

Применительно к центробежному фильтрованию, протекающему при ΔP= const, основное уравнение для скорости центробежного фильтрования будет иметь вид

(6.27)

Для фильтрующего центрифугирования, когда осадок практически мгновенно образуется в результате центробежного осаждения можно найти продолжительность фильтрования

(6.28)

Продолжительность фильтрования, соответствующая случаю, когда количество образовавшегося осадка пропорционально количеству полученного фильтрата

(6.29)

где

Для 2-го и 3-го периодов центрифугирования длительность процесса может быть вычислена приближенно:

(6.30)

где xн , xк – начальная и конечная влажность осадка; a, b – опытные константы.

Производительность центрифуги

Q = k _р ∙V_р/ τ_ц (6.31)

где kр - коэффициент использование объема ротора, (kр = 0,4...0,6); Vр - расчетный объем ротора; τц - продолжительность пребывание суспензии в роторе.

Центрифуги могут быть периодическими или непрерывного действия, горизонтальными, вертикальными или наклонными; по способу выгрузки осадка из ротора: с ручной, ножевой, поршневой, шнековой или центробежной выгрузкой.

Центрифугипериодического действия применяют при расходах суспензии менее 5м³/ч в широком диапазоне концентраций с частицами диаметром более 10 мкм.

Центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка применяются для разделения концентрированных суспензий с размером частиц более 100 мкм. В системах очистки сточных вод используют горизонтальные шнековые центрифуги для выделения частиц гидравлической крупностью 0,2 мм (противоточные) и 0,05 мм (прямоточные).

Средняя производительность центрифуги периодического действия по очищенной воде за один цикл ее работы составит

(6.32)

где V1 - объем очищенной воды, полученного за один цикл центрифугирования, м³; τц - продолжительность стадии центрифугирования, с; τвсп =τот +τ в - продолжительность вспомогательных операций, с; τот - продолжительность стадии отжима, с; τв - продолжительность стадии выгрузки осадка.