К.т.н., профессор Жангужинов Е.М., магистр Жайлаубаев Ж.Ж.

Таразский государственный университет имени М.Х.Дулати, Казахстан

 

ОЧИСТКА ТРАНСПОРТЕРНО-МОЕЧНЫХ  ВОД  САХАРНЫХ ЗАВОДОВ  УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМИ ГИДРОЦИКЛОННЫМИ УСТАНОВКАМИ

 

Для проведения исследований по очистке сточных вод приняты реальные производственные сточные воды – транспортерно-моечные воды АО «Кант».

В оборотную систему транспортерно-моечных  вод  II категории  АО «Кант» поступают воды от свеклонасосов, элеватора свеклы, свеклорезки и  весов для свеклы.

Грязная транспортерно-моечная вода, пройдя последовательно соломоловушки с ботвоулавливателями, камнеловушки, поступает в сборник грязной транспортерно-моечной воды 1 (рис.1), откуда насосами 2 подается на мезгоулавливатель барабанного типа 3. Задержанные в мезгоуловителе взвешенные вещества ленточным транспортером направляются в бункер для мезги, откуда периодически вывозятся, а частично осветленная транспортерно-моечная вода поступает на радиальный отстойник 4. Осадок из радиального отстойника перекачивается на поля фильтрации, а осветленная вода поступает в сборник осветленной транспортерно-моечной воды и насосами подается на производство.

С целью изучения состава твердой фазы загрязнений транспортерно-моечных  вод был проведен анализ средних проб, отобранных на выходе подающего трубопровода, в точке подачи обрабатываемой суспензии на мезгоулавливатель барабанного типа.

Гранулометрический состав частиц загрязнений определялся методом ситового анализа, процеживанием фракций >  0,14 мм на наборе сит с размерами отверстий в свету (0,14; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5; 5; 10; 20)мм, с последующим высушиванием при 1050 С до постоянной массы и взвешиванием, а содержание частиц твердой фазы размерами менее 0,14 мм определялось фильтрованием через беззольный бумажный фильтр.

Процентное содержание в исследуемой сточной воде оседающих и плавающих грубодисперсных примесей определялось по объему, занимаемому этими примесями в цилиндре Лисенко, а содержание минеральных примесей в осадке сточных вод – по методике Московского государственного строительного университета.

Визуальное изучение состава твердой фазы загрязнений транспортерно-моечных  показало, что частицы загрязнений представлены, в основном, структурными оседающими агрегатами (песок, глина, шлак, кусочки  корнеплодов и другие примеси с ρт≥1), плавающих (листья, стебли сорняков, волокнистые включения, солома, древесная стружка, опилки и другие включения ρт≤1) примесей, существенно отличающихся по природе и свойствам. При этом плавающие примеси составляют 40…60% общего содержания загрязнений.

Концентрация загрязнений в грязной воде перед фильтром –мезгоулавливателем колеблется от 3г/л до 20г/л и зависит от технологии обработки свеклы, а также от почв, на которых она выращена. Следует  отметить, что весь охваченный интервал анализов проб исходной воды характеризовался значительным содержанием (3…6г/л) глинистых частиц.

Проведенные анализы показывают, что из общего количества твердого, содержащегося в обрабатываемой сточной воде, включения размером 0,63…10мм составляют 48…58%, с преобладанием частиц органического происхождения, а включения размерами менее 0,63мм-42…52%, с преобладанием минеральных частиц и представлены большей частью частицами размером менее 0,14мм.

В качестве опытных аппаратов для очистки исследуемых сточных вод принят гидроциклон диаметром 180 мм, а также геометрически подобный этому аппарату гидроциклон с параметрами: Dц=360мм; dвк=80мм; dсл=100мм; dпес=25мм; угол конусности 2α=300. Глубина погружения сливного патрубка во внутреннюю полость гидроциклона tcл=Тц.

Опыты осуществлялись путем подключения аппаратов в действующую технологическую линию по очистке сточных вод II категории сахарного комбината, перед барабанным фильтром- мезгоулавливателем.       

Рис.1 Схема  очистки транспортерно-моечных вод АО «Кант» со схемой подключения опытного гидроциклона.

1-сборник грязной воды; 2-насосная станция; 3-мезгоулавливатель барабанного типа; 4-радиальный отстойник РОI-2; 5 опытный гидроциклон.

Концентрация загрязнений в исходной сточной воде и в продуктах разделения  аппаратов Сисх, Сосв, Сн.сх в отобранных средних  пробах определялось путем фильтрования через беззольный бумажный фильтр.

Эффект очистки исследуемых сточных вод оценивался по содержанию загрязнений в питании и осветленном продуктах аппарата.

 

 

              Результаты проведенных  опытов  при очистке исследуемых сточных вод в стандартных гидроциклонах приведены в таблицах №1, 2.

         Опытные данные очистки транспортерно–моечных вод

         в цилиндроконических гидроциклонах

Таблица 1.

Дц,мм

Спит, г/л

Сосв., г/л

Qпит., л/с

Qосв., л/с

Э,%

 

 

 

360

6,86

4,85

7,7

6,8

29,3

7,53

5,15

14,7

14,1

31,6

15,62

9,06

15,7

15,2

41,9

13,01

7,95

21,0

20,5

33,89

20,61

13,57

19,6

19,0

34,2

10,7

7,25

13,6

13,15

32,24

5,41

3,33

15,2

14,6

38,4

3,0

1,81

20,1

19,6

39,5

6,03

4,9

18,9

18,5

35,3

 

 

Показатели очистки транспортерно-моечных  вод  в стандартных

аппаратах при изменении исходной концентрации загрязнений.

Таблица2.

Исходная концентрация, г/л

 

6.86

 

7.53

 

15.62

 

13.01

Показатели

Мпит, кг/ч

190,16

403,91

882,64

983,56

Мосв, кг/ч

118,73

261,41

495,76

586,71

Мн.сх, кг/ч

71,43

142,5

387,08

396,85

%выноса загрязнений в верхний слив с осветленной водой

 

62,4

 

64,7

 

56,2

 

59,7

 

  Как  видно из таблицы, эффект очистки транспортерно-моечных  вод  в гидроциклонах принятых конструктивных параметров, несмотря на создание благоприятных условий, не превышает 29…42%, гидравлическая крупность задерживаемых в аппарате частиц составляет 0,828 мм/с, при этом вынос загрязнений из аппарата с осветленной водой составляет 56,2…64,7%.

  Анализ полученных данных показывает, что высокий процент выноса загрязнений с осветленной водой, очевидно обусловлен неоднородным составом загрязнений, в частности, высоким содержанием в обрабатываемой сточной воде плавающих примесей.

  Исследование вопросов очистки транспортерно-моечных  вод   сахарных заводов с помощью гидроциклонных установок, проводилось и ранее[1,2]. Так, согласно исследованиям КТИПП на Григоровском сахарном заводе и проведенным продолжительным испытаниям обычной производственной гидроциклонной установки для очистки транспортерно-моечных  вод , аналогичной установкам, сооруженным на Григоровском, Корнинском, Хмельницком и др. (Украина) сахарных заводах для оптимальных условий эффект очистки не превышал 39%. Авторы отмечают, что по данным ВНИИСПА эффект очистки транспортерно-моечных  вод на Хмельницком сахарном заводе был незначительным-14…25%,а проведенные ими анализы на этом же заводе показали эффект очистки 23,3%. На Корнинском сахарном заводе 8 гидроциклонов вы- деляли из транспортерно-моечных  вод  25% грязи, главным образом в виде песка, остальные 75% загрязнений выносились с осветленной водой и улавливались в отстойнике длиной 250 м и шириной 7м.

  Таким образом, изучение опыта работы гидроциклонов на сахарных заводах и собственные исследования авторов показали, что при примененных на этих заводах конструкциях, схемах и оптимальных режимах работы гидроциклонами можно выделить лишь 40% загрязнений в виде грязи.   Обработка транспортерно-моечных  вод,  загрязненных примесями различной плотности, приводит к отрицательному эффекту выноса загрязнений из гидроциклона с осветленной водой  (до 50 и более процентов, главным образом плавающих), обусловленного несовершенством применяемых для этих целей стандартных аппаратов. Применяемые для снижения выноса способы и средства не всегда эффективны. Для выделения плавающих примесей  предусматриваются дополнительные сооружения, что существенно усложняет эксплуатацию технологических линий,  сдерживает использование этих высокоэффективных аппаратов  при очистке транспортерно-моечных  вод, приводит к полной замене технологии  очистки.

  Актуальное значение для снижения отрицательного эффекта выноса при очистке транспортерно-моечных  вод, загрязненных примесями различной плотности формы и размеров, отличающихся по природе свойствам и концентрации, имеет объединение в одном компактном узле двух процессов:  центробежного разделения - для  выделения оседающих примесей и безнапорного фильтрования – для отделения плавающих примесей [3,4,5].

Опытный аппарат –а.с. №1018718 (рис.2), в котором   безнапорный режим работы фильтрующего элемента достигается тем, что камера  дополнительной очистки слива снабжается направляющим усеченным конусом, большее основание которого является крышкой этой камеры, а удлиненный сливной патрубок гидроциклона вставлен соосно меньшему основанию во внутреннюю полость, где происходит гашение энергии потока и излив осветленной в гидроциклоне от оседающих примесей   транспортерно-моечной  воды через меньшее основание направляющего конуса на фильтрующий элемент.

 

Рис.2 Гидроциклон для очистки сточных вод

 

В качестве параметра, характеризующего показатели работы гидроциклона с камерой дополнительной очистки слива при обработке  транспортерно-моечных  вод, принят вынос взвешенных веществ с продуктами разделения. Для каждой точки производился отбор проб и определялась средняя концентрация загрязнений Сисх, Сосв, Сн.сх. Количество загрязнений,  задержанных фильтрующим элементом камеры дополнительной очистки слива аппарата, определялось уравнениями материального баланса загрязнений в исходной воде и продуктах разделения после гидроциклона.(таблица 3).

 

 

Опытные данные очистки транспортерно-моечных вод в гидроциклоне

                 с камерой дополнительной очистки слива при Рвх= 30…50кПа

Таблица 3.

Дц,мм

Спит., г/л

Сосв., г/л

Спеск., г/л

Э,%

 

 

 

360

5,19

0,26

43,87

95,07

8,66

2,07

39,65

76,16

9,28

2,41

65,08

74,0

11,01

2,95

44,69

73,18

7,28

0,82

54,65

88,71

6,46

1,84

79,79

71,54

3,6

0,81

56,3

77,5

18,86

4,86

138,44

74,2

2,11

0,34

49,1

83,8

13,3

3,32

102,6

75,78

15,4

3,7

113,2

76,0

4,1

0,58

68,4

86,1

 

Проведенный анализ гранулометрического состава твердой фазы загрязнений грязных транспортерно-моечных  вод, а также продуктов разделения аппарата показывает, что 86…93% примесей, выносимых из аппарата с осветленной водой составляют частицы размером менее 0,14 мм.

Наличие в пробах осветленной суспензии до 3% фракций примесей, превышающих размеры ячеек фильтрующего элемента, очевидно, объясняется некачественным выполнением кольцевого зазора между фильтрующим элементом и вращающейся гильзой опытного аппарата, что приводит к проникновению этих фракций в камеру фильтрата.

   Выражая количество поступающих с исходной водой и отводимых с продуктами разделения загрязнений через массовые расходы, можно отметить, что относительный вынос загрязнений с осветленной водой  босв, характеризующийся отношением массового расхода примесей в осветленной воде к массовому расходу загрязнений  в исходной воде, не превышает 0.27 (таблица 4). При этом эффект очистки изменяется от 73.2 до 88.7%. Каждому значению исходной концентрации соответствует определенное значение Мпит, Мосв, Мн.сх. Увеличение загрязненности исходной суспензии приводит, в отличие от характера изменения  Мосв, и Мн.сх, к более значительному увеличению Мпит. Однако такой интенсивный рост Мпит не оказывает существенного влияния на работу аппарата и на величину относительного выноса загрязнений с осветленной суспензией.

 

 

 

 

Соотношение массовых расходов загрязнений в продуктах разделения

аппарата при изменении исходной концентрации транспортерно-моечных

вод (Рвх=35 кПа)

Таблица 4.

 

Показатели

Исходная концентрация, г/л

7,34

11,01

8,66

18,85

9,28

6,46

Мпит, кг/ч

403,7

605,6

476,3

1037,3

510,4

355,3

Мосв, кг/ч

103,4

157,2

110,3

259,0

128,4

97,5

Мн.сх, кг/ч

75,7

77,3

58,6

120,9

70,2

50,6

δосв.

0,26

0,26

0,23

0,25

0,25

0,27

 

Баланс массовых расходов твердого, поступающего с грязной суспензией на аппарат и отводимого с основными продуктами разделения, можно выразить зависимостью,

 

 

где Мф.эл- массовый расход твердого с поверхности фильтрующего элемента, кг/ч.

  Тогда, зная  массовые расходы загрязнений в поступающей и осветленной сточной воде, а также нижнем сходе, можно определить количество скопа, задержанного фильтрующим элементом камеры дополнительной очистки слива аппарата,

 

 .

По результатам проведенных исследований для очистки транспортерно-моечных  вод с использованием усовершенствованной гидроциклонной установки рекомендуется следующая технологическая схема (рис.3). Грязная транспортерно-моечная вода, пройдя последовательно соломоловушки с ботвоулавливателями, камнеловушку, поступает в сборник грязной воды 1, откуда насосами 2, установленными в насосной станции, подается на гидроциклон с камерой дополнительной очистки слива 3. Осветленная в гидроциклоне вода, при наличии существующих очистных сооружений, может подаваться на эти сооружения для дополнительного осветления или непосредственно на нужды производства из сборника осветленной воды 4. Скоп, уловленный камерой дополнительной очистки слива гидроциклона, ленточным транспортером подается в бункер для мезги, откуда периодически вывозится. Нижний сход гидроциклона грязевыми насосами перекачивается на поля фильтрации. Перелив из сборника осветленной воды 4 по специальному трубопроводу направляется в сборник грязной воды 1.   

Рис. 3  Схема  очистки транспортерно-моечных вод с использованием гидроциклона с камерой дополнительной очистки слива

1-сборник грязной воды; 2-насосы; 3-гидроциклон с камерой дополнительной очистки слива; 4- сборник осветленной воды; 5-ленточный транспортер; 6-грязевые насосы; 7- сборник нижнего схода.

Выводы

1.    Камера дополнительной очистки слива разработанного аппарата позволяет снизить вынос загрязнений из стандартного гидроциклона на 39…46%. При этом эффект очистки транспортерно-моечных  вод повышается с 21…45% до 63…89%.

2.    При исследованных конструктивных и технологических параметрах, полученные опытные данные характеризуют устойчивую работу аппарата.

3.    При разработке, выборе режима работы и подборе фильтрующего элемента аппарата, предназначенного для очистки транспортерно-моечных  вод содержащих аморфные примеси, следует учитывать интенсивное разрушение загрязнений в центробежном поле гидроциклона и более повышенный вынос в слив аппарата мелких фракций.

Литература

1.        З.Д. Журавлева. Гидроциклоны в сахарной промышленности (техническая информация) – М. ЦИНТИ, 1963, с. 45-51.

2.        З.С. Шлипченко, И.К. Мотуз., Н.Г. Кресан Применение гидроциклонов для очистки транспортерно-моечной  воды.- Сахарная промышленность,№10,1966,с.21-27.

3.        А.С.1018718 СССР Гидроциклон для очистки сточных вод./Жангужинов Е.М. (СССР)  опубликовано 23.05.83.№19.1983. 

4.        А.С. 34750 РК Гидроциклон с камерой для очистки слива./ Жангужинов Е.М., Конюшихин Д.Г., Жангужинов А.Е. (РК) Бюл.№12. // Государственный реестер изобретений РК, 2002.

5.        А.С. 34753 РК. Гидроциклон с фильтрующим сливом/ Жангужинов Е.М., Конюшихин Д.Г. (РК) Бюл. №12 // Государственный реестр изобретений РК, 2002.