Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., Вельдин Р.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Использование вихревых смесительных устройств в технологии очистки сточных вод

В настоящее время значительное внимание при выполнении мероприятий экологического характера обращается на актуальную проблему глубокой очистки нефтесодержащих производственных сточных вод, которые после прохождения очистных сооружений могут использоваться для пополнения системы оборотного водоснабжения.

Одним из наиболее эффективных методов очистки промышленных нефтесодержащих стоков является метод флотации, который реализуется с использованием аппаратов и установок различных конструкций. Существенным фактором, влияющим на степень флотационной очистки сточных вод, является способ приготовления газожидкостной смеси, подаваемой во флотатор.

Применяемый в настоящее время на многих очистных сооружениях метод напорной флотации в сатураторах наряду с преимуществами имеет ряд недостатков, в частности, большую чувствительность к изменению расходов очищаемой воды, а также серьезные ограничения по количеству подаваемого в систему воздуха. Оптимальное сочетание концентрации газовой фазы и размеров воздушных пузырьков в обрабатываемой воде при применении в широких пределах производительности очистной станции может дать метод реагентной флотации с использованием вихревых смесителей водовоздушного потока.

Авторами теоретически обосновано использование вихревых трубчатых смесителей с центральными стержневыми (трубчатыми) телами обтекания и эмалевыми покрытиями проточных частей, позволяющих с относительно небольшими энергозатратами получить водовоздушные смеси с требуемыми соотношениями размеров пузырьков воздуха и частиц нефтепродуктов, необходимыми для осуществления эффективной флотационной очистки.

На основе теоретических и экспериментальных исследований предложен новый способ получения высокодиспергированной водовоздушной смеси с использованием вихревых смесительных устройств (ВСУ) первой и второй ступеней, установленных на напорной линии рециркуляционного насоса флотационной установки.

Схема узла диспергирования водовоздушной смеси с использованием ВСУ показана на рис. 1. Процесс смешения возвратной воды и сжатого воздуха осуществляется в вихревом смесительном устройстве (ВСУ) первой ступени, работающим по принципу вихревого эжектора с тангенциальной подачей воды во входную камеру 1 и вводом воздуха через центральный патрубок 4, установленный на крышке входной камеры ВСУ. Конструктивные параметры ВСУ первой ступени определяются по расчетам, применяемым для определения размеров вихревых эжекторов.

Рис. 1 Схема узла диспергирования водовоздушной смеси:

1, 3 – входная и выходная камеры вихревого смесительного устройства (ВСУ) первой ступени; 2 – камера смешения;4 – патрубок подачи сжатого воздуха; 5, 8 – входная и выходная камеры эмалированного ВСУ второй ступени; 6 – тело обтекания (стержень); 7 – ствол (вихревая камера)

Водовоздушная смесь из ВСУ первой ступени поступает во входную камеру 5 вихревого смесительного устройства (ВСУ) второй ступени и далее направляется в кольцевой зазор устройства, образующегося между центральным стержнем 6 и стенкой вихревой камеры 7 для интенсивного диспергирования воздушных пузырьков. Поверхность вихревого смесительного устройства (стержня и вихревой камеры) покрывается силикатной стеклоэмалью МК-5, позволяющей уменьшать потери удельной энергии при движении потока в кольцевом пространстве ствола ВСУ.

Теоретический анализ показал, что расчетное значение коэффициента гидравлического трения для эмалированного ствола смесителя в 1,5-1,6 раза меньше, чем для обычного стального ствола, не покрытого эмалью, что, прежде всего, влияет на увеличение длины спиральной траектории пузырька воздуха в потоке водовоздушной смеси за счет более плавного убывания радиальной скорости при движении потока от начального до конечного участков ствола.

Авторами разработан метод расчета для нахождения технологических и конструктивных параметров работы ВСУ второй ступени с эмалированной проточной поверхностью, а также характеристик рециркуляционного насоса и компрессора, обеспечивающих необходимую степень диспергирования воздушных пузырьков при заданных реологических характеристиках гидросмеси.

В процессе экспериментов было доказано, что использование стеклоэмали для покрытия проточной части ВСУ второй ступени позволяет получать диспергированные пузырьки воздуха с диаметрами на 10 – 20 % меньшими по сравнению с пузырьками, полученными при пропуске водовоздушной смеси через неэмалированную проточную часть ВСУ за счет более высоких радиальных скоростей потока при меньших на потерях давления.

Установлено, что для обеспечения высокой эффективности извлечения из воды нефтепродуктов процесс флотационной очистки с применением ВСУ экономически целесообразно проводить при относительных объемных концентрациях газовой фазы от 0,05 до 0,15 в многокамерных флотаторах с организацией движения частиц нефтепродуктов и пузырьков воздуха в одном направлении для каждой флотокамеры.