к.т.н., доцент Бекмуратов М.М., магистр Байжигитова М.Т., магистр Кадырбекова А.

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

НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ АППАРАТОВ ГИДРОЦИКЛОННОГО ТИПА

Аппараты гидроциклонног типа, относятся к устройствам для очистки сточных вод и может найти применения в сельском хозяйстве для очистки животноводческих стоков. Оно может найти применение также в пищевой, химической промышленности, в практике очистки бытовых сточных вод и ряде других технологических процессов со значительным содержанием загрязнений, имеющих удельный вес менее единицы, которые, находясь во взвешенном состоянии, выносятся из гидроциклона через сливную трубу [1,2].

Анализ причин, обуславливающих отрицательный эффект выноса, изучение достоинств и недостатков известных технических решений, а также проведенные исследования ученых показали, что актуальные значения 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 наносов 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 механико-физическим особенностям скопа (совокупности частиц загрязнений, вынесенных в слив гидроциклона и задержанных фильтрующим элементом), новые конструкции гидроциклонов для очистки коллекторно-дренажных вод, снабженных камерой дополнительной очистки слива.

Нами рекоменедуемое изобретение относится к области сельского коммунального хозяйства, гидротехники и строительства и может быть применен для очистки коллекторно-дренажных вод орошаемых полей. Для сравнения вариантов ниже приводим два прототипа.

Известен гидроциклон [3] содержащий цилиндрический корпус, шламовый патрубок, сливную камеру с патрубками отвода фильтрата и сгущенной фракции, сливной патрубок, вставленный в полость направляющего усеченного конуса прикреплен большим основанием к крышке сливной камеры. Направляющий конус меньшим основанием опирается на струенаправляющие ребра фильтрующего элемента, прикрепленного к сливному патрубку разжимными болтами. Внутрення полость цилиндра, крышка корпуса гидроциклона и фильтрующий элемент образуют камеру сбора фильтрата, а снаружи – круговой приемник, ограниченный внутренней поверхностью сливной камеры и ее дном, имеющим по периметру уклон в сторону патрубка отвода сгущенной фракции.

Недостаток конструкции сложность и очистка происходит в над крышечном устройстве, а не внутри самой гидроциклонной камеры.

Известен фильтроциклон [4] состоящий из гидроциклонной камеры, входного, сливной и пескового патрубков. Вода с наносами и взвешенными частицами входит в гидроциклонную камеру входный патрубок. Взвешенные частицы удерживаются фильтром, а очищеная вода выходит через сливной патрубок.

Задачей предлагаемого изобретения является в гидроциклонной камере очистить сточные воды коллекторно-дренажных систем содержащие большое количество разных солевых соединений и мелких частиц.

Технический результат достигается тем, что в гидроциклоне одновременно осуществляется процессы гидроциклонирования и фильтрования коллекторно-дренажных вод. Для этого сливной патрубок гидроциклона выполнен из затопленной и незатопленной частей, причем затопленная часть выполнена в виде фильтра цилиндроконической формы пропорционально повторяющий геометрические размеры гидроциклона малых размеров и внутри фильтра установлен съемный тонкий прочный матерчатый материал для удержания мелких и твердых частиц и солей, что способствует более рациональному фильтрованию коллекторно-дренажных сточных вод.

Для детального изложения сущности изобретения ниже приводим поперечный разрез фильтроциклона [5] для очистки коллекторно-дренажных вод (рис. 1).

Рисунок 1 – Фильтроциклон

Фильтроциклон для очистки коллекторно-дренажных вод состоит из гидроциклонной камеры 1, входного 2, пескового 3 и сливного 4 патрубков, фильтра 5 и съемного тонкого прочного матерчатого материала 6.

Фильтроциклон работает следующим образом.

Сточная вода коллекторно-дренажных систем с наносами и солесодержащими мелкими частицами входит гидроциклонную камеру 1 через входной патрубок 2. Крупные наносы в процессе гидроциклонирования направляется в песковой патрубок 3. Солесодержащие мелкие частицы удерживаются фильтром 5 и тонким прочным матерчатым материалом 6 фильтрируются до оптимального состояния, пригодного для орошения сельхозкультур, а очищенная вода выходит через сливной патрубок 4.

В комплексе мер по охране водоемов от загрязнения и одновременно повышению продуктивности кормовых угодий, все возрастающее значение имеет использование сточных вод коллекторно-дренажных систем для орошения сельхозугодий, сенокосов и пастбищ. Оросительная система, работающая на сточных водах, т.е. использующие сточные воды оросительной системы отличается от обычной наличием сооружений по подготовке, накоплению и регулированию расходов сточных вод. При этом одним из направлений научного поиска, является исследование и разработка высокоэффективных компактных сооружений по подготовке сточных вод, которые позволяют 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 коллекторно-дренажных вод. 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, требующий необходимость включения в технологические линии дополнительных сооружений для отделения плавающих примесей или применения многоступенных установок, которые усложняют эксплуатацию технологических линий, требует повышенных энергозатрат, что, в конечном счете, сдерживает широкое использование гидроциклонов в области очистки сточных вод коллекторно-дренажных систем, а в некоторых случаях приводит к полной замене технологии очистки. Нами было разработана новая конструкция фильтроциклона.

Известен гидроциклон [4] для очистки сточной воды содержащий цилиндрический корпус, шламовый патрубок, сливную камеру с патрубками отвода фильтрата и сгущенной фракции, сливной патрубок, вставленный в полость направляющего усеченного конуса прикреплен большим основанием к крышке сливной камеры. Направляющий конус меньшим основанием опирается на струенаправляющие ребра фильтрующего элемента, прикрепленного к сливному патрубку разжимными болтами. Внутрення полость цилиндра, крышка корпуса гидроциклона и фильтрующий элемент образуют камеру сбора фильтрата, а снаружи – круговой приемник, ограниченный внутренней поверхностью сливной камеры и ее дном, имеющим по периметру уклон в сторону патрубка отвода сгущенной фракции.

Недостаток способа очистки в сложности конструкции и очистка происходит в над крышечном устройстве, а не внутри самой гидроциклонной камеры. Известен фильтроциклон [5], состоящий из гидроциклонной камеры, входного, сливной и пескового патрубков. Вода с наносами и взвешенными частицами входит в гидроциклонную камеру входный патрубок. Взвешенные частицы удерживаются фильтром, а очищеная вода выходит через сливной патрубок. Недостаток способа заключается в том, что фильтроциклоном удерживаются только взвешенные частицы, а коллекторно-дренажные воды в основном состоят из сильно засоленной воды. И почти все виды солей выходит вместе с очищенной водой. И нами было поставлена задача в гидроциклонной камере очистить коллекторно-дренажные воды, содержащие большое количество разных солевых соединений. Технический результат достигается тем, что в гидроциклоне одновременно осуществляется процессы гидроциклонирования и фильтрования коллекторно-дренажных вод. Фильтроциклон для очистки коллекторно-дренажных вод [6], состоящей из гидроциклонной камеры, входного и сливного патрубков, съемной крышки, фильтра и пескового патрубка закрытого заглушкой, верхняя крышка фильтроциклона выполнена съемной, для добавления к воде угольного сорбента с увеличением вихревого движения из-за пескового патрубка закрытой заглушкой.Способ фильтроциклонной очистки коллекторно-дренажной воды выглядит так. Сточная вода коллекторно-дренажных систем с солесодержащими мелкими частицами входит гидроциклонную камеру через входной патрубок. Солесодержащие мелкие частицы удерживаются фильтром, для этого через съемную крышку перед началом очистки к воде добавляется угольный сорбент. Угольный сорбент обеззараживает сточные воды с большим содержанием соли. Количество угольного сорбента определяется химическим составом коллекторно-дренажных вод. Так как очищается только солесодержащие мелкие частицы, песковый патрубок гидроциклона закрыта заглушкой, чтобы вода фильтрировалось до оптимального состояния, пригодного для орошения сельхозкультур. Очищенная вода выходит через сливной патрубок. После каждой серии очистки, открывают съемную крышку фильтроциклона и снимают фильтр, очищают и ставят обратно для повторного использования.Предлагаемая конструкция фильтроциклона для очистки коллекторно-дренажных вод прост в изготовлении и эффективно очищает сточные воды коллекторно-дренажных систем. Вышеприведенные конструкции являются результатами усовершенствования и создания качественно новых конструкции гидроциклонных насосных установок. Поставленные задачи успешно решены путем применения эффекта центробежного разделения фаз при вращательном движении двух и трехфазной жидкостей в аппаратах гидроциклонного типа. Благодаря простоте конструкции, удобству компоновки в различных технологических системах (устройствах) они обязательно найдут широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

Литература

1. Абдураманов А. Гидравлика гидроциклонов и гидроциклонных установок. – Тараз: «Сенім», 2011. – 296 с.

2. Абдураманов А.А., Касабеков М.И., Алибеков Г.И., Жабагиева К.Р. Гидроциклонная нефтеловушка. Предпатент РК №18257. Бюл. №2, 15.02.2007.

3. А.с. 887000, СССР, МКИ 3В04С 5/12. Гидроциклон для очистки сточной воды //Абдураманов А.А., Жангужинов Е.М., Бюл. №45, 1981.

4. Предпатент №21102 КZ, Бюл.№4, 15.04.2009//Абдураманов А., Джолдасов С.К., Жоламанов Н.Ж.

5. Авторское свидетельсвто №76335, 24.02.2012. Фильтроциклон для ачистки коллекторно-дренажных вод. Авторы: Джолдасов С.К., Даулетбаев Б.У., Жоламанов Н.Ж.