Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Основы методики расчета флотационных установок с пневмогидравлической системой аэрации

Описание:

В работе рассмотрено применение пневмогидравлического способа аэрации при флотационной очистке воды. Показано, что пневмогидравлическая система удовлетворяет данным требованиям и обладает рядом преимуществ перед наиболее распространенными системами аэрации. С учетом особенностей процесса, протекающего при пневмогидравлическом аэрировании, предложена двухкамерная флотационная машина с пневмогидравлической системой аэрации. Разработана методика расчета предлагаемой флотационной машины с использованием результатов моделирования.

Основы методики расчета флотационных установок с пневмогидравлической системой аэрации

В работе рассмотрено применение пневмогидравлического способа аэрации при флотационной очистке воды. Показано, что пневмогидравлическая система удовлетворяет данным требованиям и обладает рядом преимуществ перед наиболее распространенными системами аэрации. С учетом особенностей процесса, протекающего при пневмогидравлическом аэрировании, предложена двухкамерная флотационная машина с пневмогидравлической системой аэрации. Разработана методика расчета предлагаемой флотационной машины с использованием результатов моделирования.

Основы методики расчета флотационных установок с пневмогидравлической системой аэрации

Аэрация – основа флотационного процесса, поэтому важнейшей задачей является выбор системы аэрации, которая обеспечит требуемые гидродинамические параметры для высокой эффективности процесса. При этом предпочтительно использование более простой по конструкции системы с меньшими энергозатратами. Проведенный анализ литературных источников и собственные результаты исследований показали, что пневмогидравлическая система удовлетворяет данным требованиям и обладает рядом преимуществ перед наиболее распространенными системами аэрации [1–3].

С учетом особенностей процесса, протекающего при пневмогидравлическом аэрировании, нами предложена двухкамерная флотационная машина с пневмогидравлической системой аэрации.

На экспериментальной установке лабораторного масштаба проведено определение важнейших параметров данной системы аэрации: диаметра пузырька, скоростей всплытия, интенсивности аэрации. Проведено математическое моделирование процесса с учетом параметров, определенных экспериментально. Предложена методика расчета предлагаемой флотационной машины с использованием результатов моделирования.

Определение параметров системы аэрации было выполнено на лабораторной установке, состоящей из камеры аэрации, в которой генерируются пузырьки воздуха с помощью пневмогидравлической системы аэрации. На камере закреплена небольшая прозрачная емкость, частично погруженная в воду. С одной стороны емкости установлен цифровой USB-микроскоп, а с противоположной стороны, напротив микроскопа, – источник света. При этом цифровой USB-микроскоп подключен к компьютеру.

В данном эксперименте проводились измерение диаметров и скорости всплытия пузырьков, генерируемых в данной установке, и статистическая обработка результатов. Эксперимент проводился при расходе воды около 0,7–0,8 м3/ч. В прозрачную емкость, частично погруженную в воду, набиралась исследуемая водовоздушная смесь. Постепенно пузырьки воздуха всплывали, вытесняя воду из емкости. При их попадании в поле зрения USB-микроскопа они периодически регистрировались.

Полученные фотографии анализировались и были обработаны с помощью компьютерной программы. Далее была проведена обработка полученных результатов, в ходе которой все пузырьки был разбиты на группы по размерам: 0–10 мкм в диаметре, более 10–20 мкм и т. д. На основе этого была построена гистограмма распределения диаметров пузырьков (рис. 1), на которой число под столбцом указывает левую границу диапазона, а по оси ординат – количество пузырьков, попавших в данный диапазон.

Гистограмма распределения диаметров пузырьков

Рисунок 1.

Гистограмма распределения диаметров пузырьков

Проанализировав все данные, можно сделать следующие выводы.

  • Разброс диаметров пузырьков находится в интервале 10–160 мкм.
  • Наибольшее число пузырьков с диаметрами в интервале 50–60 мкм – почти 20 % всех пузырьков), а на диапазон 30–80 мкм приходится 75 % пузырьков.
  • Средний диаметр пузырька около 60 мкм.

Наряду с определением размеров пузырьков были рассчитаны и скорости их всплытия. С учетом распределения пузырьков следует ожидать и такого же примерно распределения по скоростям всплытия этих пузырьков. Действительно, полученные данные свидетель-ствуют о подобном распределении пузырьков как по размеру (рис. 1), так и по скоростям их всплытия (рис. 2). При этом на гистограмме (рис. 2) число под столбцом указывает левую границу диапазона, а по оси ординат – количество пузырьков, попавших в данный диапазон.

Распределение скоростей всплытия пузырьков

Рисунок 2.

Распределение скоростей всплытия пузырьков

С учетом особенностей процесса, протекающего при пневмогидравлическом аэрировании, нами предложена двухкамерная флотационная машина с пневмогидравлической системой аэрации.

Используя многостадийную модель флотационного процесса, предложенную нами ранее [1], можно описать процесс флотационного извлечения загрязнений из сточной жидкости в такой флотомашине в два этапа: на первом этапе – в режиме идеального смешения, а на втором – в режиме идеального вытеснения (рис. 3).

Схема флотационного процесса во флотокамере с режимом идеального перемешивания и последующего
идеального вытеснения

Рисунок 3.

Схема флотационного процесса во флотокамере с режимом идеального перемешивания и последующего идеального вытеснения: С0 – начальная концентрация частиц загрязнений в исходной сточной жидкости; СА – концентрация загрязнений в очищаемой жидкости по истечении времени t; СВ – концентрация флотокомплексов в момент времени t; СС – концентрация загрязнений в пенном слое в момент времени t; t1 – время, в течение которого очищаемая жидкость находится в режиме идеального смешения; t2 – время, в течение которого очищаемая жидкость находится в режиме идеального вытеснения

Таким образом, в первой камере создаются оптимальные условия для образования флотокомплексов, а во второй – благоприятные возможности для их всплывания в пенный слой, так как для образования флотокомплексов нужно интенсивное перемешивание, а для их всплытия – отсутствие перемешивания. В связи с этим время пребывания в первой камере должно быть не менее интервала времени, определяющего максимум образования флотокомплексов, а время пребывания очищаемой жидкости во второй камере должно определяться значением начала выхода концентрационной кривой пенообразования практически на постоянное значение.

Наиболее реально отражающей кинетику флотационного процесса является многостадийная модель флотации Ксенофонтова [1–3]. Типичное решение системы уравнений флотационного процесса, согласно модели Ксенофонтова [1], имеет вид решения, представленного графически на рис. 4.

Графическое решение системы уравнений флотационного процесса согласно модели Ксенофонтова

Рисунок 4.

Графическое решение системы уравнений флотационного процесса согласно модели Ксенофонтова. Зависимость концентрации загрязнений в осветляемой жидкости от времени: 1 – в осветляемой жидкости (состояние А); 2 – в виде флотокомплексов (состояние В); 3 – в пенном продукте (состояние С)

Пример расчета габаритных размеров камер аэрации

В процессе расчета необходимо определить размеры камер I и II: длины камер l1, l2, ширину B, высоту h (рис. 5).

Задаем расход воды: Q = 3 м3/ч.

Рабочий объем флотомашины определяют по формуле:

V = Qt, (1)

где Q – расход воды;
t– время процесса флотации.

По графику рис. 4 определяем полное время процесса t = 25 мин. Тогда полный рабочий объем будет равен:

V = 3 • 25 / 60 = 1,25 м3.

Принимаем рабочую высоту флотомашины: h = 0,8 м.

Ширину камер флотомашины принимаем:

B = 1 м – из конструктивных соображений.

Тогда полная рабочая длина флотомашины:

l = l1+ l2, определяется, как:

l= V / h B = . (2)

Получим l = 1,56 м.

По конструктивным соображениям в отдельных случаях общая длина флотомашины может быть увеличена до 2 м из-за создания дополнительной камеры вывода очищенной воды.

Определим длины камер l1 и l2.

Минимальное время процесса в камере I, определенное по графику рис. 4, составляет примерно t1 = 8 мин. Тогда минимальная длина l1 камеры I составляет:

.

Таким образом, l1 = 0,5 м, тогда l2 = 1,06 м или в отдельных случаях, как отмечено выше, l2 = 1,5 м.

Расчетные габариты флотомашины

Рисунок 5.

Расчетные габариты флотомашины

В заключение следует отметить, что предлагаемая методика нашла практическое применение. Флотомашины производительностью 3 м3/ч, установленные на ряде объектов, имеют такие же габариты, какие приведены в данном расчете.

Литература

  1. Ксенофонтов Б. С. Флотационная обработка воды, отходов и почвы. М.: Новые технологии, 2010. 272 с.
  2. Ксенофонтов Б. С. Очистка сточных вод: Кинетика флотации и флотокомбайны. М.: Изд. дом «Инфра-Форум», 2015. 256 c.
  3. Ksenofontov B. S. Water systems flotation treatment. Wastewater and soil flotation treatment. Saarbrucken: LAP LAMBERT acad. publ., 2011. 189 p.

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Сантехника” за №6'2015

распечатать статью распечатать статью PDF pdf версия


Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте