Конструкции устройств и аппаратов для осветления моечных вод и сгущения шлама
Для осветления моечных (шламовых) вод и сгущения шлама применяют устройства и аппараты периодического и непрерывного действия — отстойники и сгустители (табл. 176).
Пирамидальный отстойник (рис. 261) представляет собой железобетонный бассейн, состоящий из примыкающих друг к другу камер-бункеров с пирамидальными днищами. В днищах имеются отверстия, в которые вставлены патрубки с кранами для выпуска шлама. Haклон стенок пирамидального днища 65—70°.
Шламовая вода поступает в головную часть отстойника и, переливаясь из одной камеры в другую, освобождается от оседающего шлама, который по мере накопления выпускается через патрубки в днищах камер в желоб и затем направляется в сборник. Осветленная вода собирается в последней камере и снова поступает в технологический процесс. Камеры отстойника могут загружаться последовательно или параллельно.
Пирамидальные отстойники обычно применяются для осаждения из шламовых вод частиц шлама крупностью > 0,1—0,3 мм. Данные по осветлению шламовых вод приведены в табл. 177.
Поверхность осветления пирамидального отстойника
где V1 — количество осветленной шламовой воды, м3/час;
v0 — скорость осаждения в зоне осветления наименьших улавливаемых частиц шлама, м/сек;
V — количество исходной шламовой воды, м3/чac;
V2 — количество сгущенного шлама (пульпы), м3/чac.
Основные размеры отстойника находятся из соотношения
F = BL,
где В — ширина отстойника, м;
L — длина отстойника, м.
Цилиндрические сгустители представляют собой большие открытые келезобетонные резервуары цилиндрической формы с коническим днищем, наклоненным под углом 6—8°. В центре резервуара установлен цилиндрический патрубок для приема шламовой воды. По днищу резервуара вращается гребковая рама с гребками для подгребания осевшего в резервуаре шлама к центру, где расположено отверстие для выгрузки осадка. Обычно для перекачивания осадка используют диафрагмовые насосы.
Шламовая вода расходится от центра резервуара к периферии и, осветляясь в пути, переливается через борта резервуара в кольцевой желоб.
Различают сгустители с центральным и периферическим приводом гребковой рамы.
Цилиндрический сгуститель с центральным приводом показан на рис. 262. Гребковая рама сгустителя укреплена на конце вертикального вала, подвешенного на стальной ферме, опирающейся на стенки резервуара или Ra специальные колонны. На ферме расположен также механизм привода вертикального вала (рис. 263), вращающегося от электродвигателя через шкив, червяк, упирающийся в пружину, и червячное колесо.
При перегрузке сгустителя шламом крутящий момент вала увеличивается и передается на червяк, который отходит вправо и давит на пружину. Последняя сжимается, а связанная с ней стрелка замыкает электрическую цепь двигателя, приводящего в движение механизм для подъема вертикального вала вместе с гребковой рамой. Этот механизм состоит из червяка, червячного колеса и штанги с винтовой нарезкой, ввинчивающейся в колесо и захватывающей головку вертикального вала.
Сгустители с центральным приводам обычно имеют диаметр не более 25 м. Для сгустителей большего диаметра предусматривают для вращения гребковой рамы периферический привод.
Цилиндрический сгуститель с периферическим приводом показан на рис. 264. Гребковая рама сгустителя опирается одним концом на вращающийся подпятник, установленный на железобетонной колонне в центре резервуара, а другим концом — на тележку, катящуюся по рельсу, уложенному на борту резервуара. С движущим механизмом тележки связано автоматическое устройство, при помощи которого прекращается подача шламовой воды в сгуститель при его перегрузке.
Цилиндрические сгустители применяют для осаждения из шламовых вод частиц шлама крупностью > 0,5—0,1 мм. Техническая характеристика цилиндрических сгустителей и данные по осветлению в них шламовых вод приведены в табл. 178, 179.
Поверхность осветления цилиндрических сгустителей рассчитывается так же, как и для пирамидальных отстойников [см. формулу (7)].
Диаметр сгустителя находят из соотношения
где F — поверхность осветления, м2;
D — диаметр сгустителя, м;
d — диаметр питающего патрубка, м.
Для ориентировочных расчетов поверхность осветления может быть определена по формуле
где q — необходимая поверхность осветления сгустителя для осаждения 1 т шлама в час, м2/т/час (табл. 180);
G — количество шлама, поступающего в сгуститель со шламовой водой, т/час.
Конусные сгустители (воронки) (рис. 265) представляют собой конические резервуары с небольшой цилиндрической частью вверху, вокруг которой расположен кольцевой желоб для слива. Угол конусности резервуара 60—65°. В центре резервуара установлен цилиндрический патрубок для приема исходной шламовой воды. Последняя расходится от центра к периферии и образует* восходящий поток, сливающийся в кольцевой желоб.
Частицы шлама осаждаются, опускаются по наклонным стенкам вниз и выпускаются через разгрузочный патрубок.
Поверхность осветления конусных сгустителей рассчитывается так же, как и для пирамидальных отстойников [см. формулу (7)].
Диаметр сгустителя находится из соотношения
где F — поверхность осветления, м2;
D — диаметр цилиндрической части сгустителя, м;
d — диаметр патрубка для приема шламовой воды, м. Конусные сгустители обычно применяются для вторичного сгущения осадка пирамидальных отстойников или цилиндрических сгустителей.
Шламовые бассейны предназначены для осветления сточных шламовых вод, направляемых с обогатительных фабрик в канализацию. Эти воды собираются на обогатительных фабриках в сборниках капельных вод, выпускаются из различных емкостей при их ремонте или при замене моечной воды и т. п. Шламовые бассейны используются также для осветления сбрасываемых фабриками хвостов флотации.
Обычно шламовые бассейны устраивают на площадке обогатительной фабрики. Осветленная вода из бассейнов возвращается на фабрику или направляется в ближайший естественный водоем, а шлам используют для местных нужд.
Количество сточных вод составляет 0,02—0,65 м3 на 1 т обогащаемого угля, содержание твердых частиц в водах — до 130 Г/л.
Шламовые бассейны состоят из нескольких секций, заполняемых поочередно шламовой водой и очищаемых периодически по мере осаждения шлама и уплотнения осадка. Шламовые бассейны бывают двух типов: с параллельным и радиальным расположением отдельных секций.
Шламовые бассейны с параллельными секциями (рис. 266) представляют собой котлован прямоугольной формы, дно и стенки которого выполнены из бетона или бутобетона. Котлован разделен перегородками на несколько еекций. С одной торцовой стороны котлована устроен желоб для подачи шламовой воды в секции, а с другой — желоб для осветленной воды. Здесь же, в торцовой стенке бассейна устроены фильтры для пропуска воды, выжимаемой из уплотняющейся массы шлама.
Выгрузка шлама производится при помощи грейферного крана в железнодорожные вагоны или на дренажную площадку, располагаемую около бассейна, для дополнительного обезвоживания шлама. Для выгрузки шлама пользуются также скреперами (рис. 267).
Размеры бассейнов определяются в зависимости от продолжительности накопления шлама и способа его удаления из бассейна. При грейферной выгрузке шлама глубина бассейна принимается примерно 3 м, при скреперной выгрузке—1,5 м. Ширина секции 5—6 м. Дно бассейна делают с уклоном 0,01—0,005 в сторону выпуска осветленной воды и армируют его рельсами, заделанными в бетон.
Размеры дренажных площадок определяют из расчета накопления шлама за 15—20 суток.
Шламовые бассейны с параллельными секциями работают в условиях Донбасса круглый год. Вследствие проточного режима работы секций и сравнительно высокой температуры шламовой воды на ее поверхности не образуется толстой корки льда, а тонкая корка льда легко пробивается грейфером.
На Енакиевской обогатительной фабрике четырехсекционный шламовый бассейн работает при следующем режиме. Шламовые воды подаются в первую секцию бассейна до тех пор, пока в слив идет чистая вода (7—10 суток). Как только слив начинает мутнеть, шламовые воды переключают во вторую секцию, а шлам в первой секции продолжает отстаиваться в течение 12—24 час. Осветленную воду откачивают насосом или отжимают в желоб, добавляя в секцию шламовую воду.
Эту операцию повторяют 4—5 раз в течение 6—8 суток.
После накопления шлама осветление замедляется и остаток шламовой воды выпускают из секции (в течение 1—2 суток) в канализацию.
Осевший в первой секции шлам в течение 3—5 суток выгружают грейферным краном на площадку для дополнительного обезвоживания, после чего грузят в железнодорожные вагоны для отправки по назначению.
Такой же цикл осветления шламовой воды происходит во второй и последующих секциях шламового бассейна.
На обогатительную фабрику возвращается 82% чистой воды и улавливается 92% шлама. Нагрузка на 1000 м2 поверхности бассейна составляет 43,9 м3/час шламовой воды, или 5,3 т/час сухого шлама (на 1000 м3 емкости бассейна соответственно приходится 13,4 м3/час воды и 1,7 т/час шлама).
Шламовые бассейны с радиальными секциями (рис. 268) состоят из радиально расположенных секций в котловане, облицованном бетоном. На дне котлована уложены дренажные керамические трубы для удаления осветленной воды. Выгрузку шлама производят при помощи скрепера.
Бассейны с радиальными секциями обычно рассчитаны на работу в теплое время года. Летом порядок заполнения секций шламовой водой и выгрузки шлама такой же, как в бассейнах с параллельными секциями. Зимой производят только заполнение секций, выгрузку шлама не производят.
Шламовые пруды устраивают для накопления шлама в течение длительного периода эксплуатации обогатительной фабрики или складирования хвостов флотации. Их стремятся располагать в естественных котлованах — балках и оврагах, перегораживаемых дамбами. Осветленная вода из пруда накапливается в водосливных колодцах и оттуда насосами перекачивается на обогатительную фабрику.
Часть воды по каналу отводится в естественный водоем.
Схема расположения шламового пруда показана на рис. 269.
При наличии в сточных водах токсичных флотационных реагентов, особенно фенолов, осветленная вода дополнительно подвергается специальной очистке перед сбросом ее в водоем.
Емкость шламового пруда (хвостохранилшца) рассчитывают по формуле
где Q — количество шлама (хвостов), сбрасываемых за год, т;
п — продолжительность эксплуатации обогатительной фабрики, лет;
у — объемный вес шлама, т/м3.
Гидроциклоны-сгустители (рис. 270) работают на том же принципе, что и циклоны для осаждения пыли из воздуха и дымовых газов. Шламовая вода в осадительной камере гидроциклона совершает вращательное движение, частицы шлама отбрасываются центробежной силой к стенкам камеры, по спиральной траектории спускаются вниз и выводятся через разгрузочный патрубок. Для выпуска сгущенного шлама устанавливают сменные или регулируемые насадки. Осветленная вода вытекает под напором через сливную трубу в центре осадительной камеры.
Гидроциклоны выполняются малых размеров, диаметр осадительной камеры 100—500 мм. Часто гидроциклоны объединяют в батареи с общей загрузочной и сливной камерами.
Чем меньше диаметр осадительной камеры, тем большее центробежное ускорение сообщается частицам шлама при одной и той же окружной скорости вращения шламовой воды:
где vt — окружная скорость вращения, м/сек;
r — радиус вращения, м.
Значение j в гидроциклонах достигает 2000-кратной величины ускорения силы тяжести.
Батарейный гидроциклон ГБ-1 (рис. 271) состоит из пяти блоков по три гидроциклона в каждом. Один из гидроциклонов предназначен для первичного осветления шламовых вод, два других — для вторичного осветления слива первого гидроциклона.
Шламовая вода под напором поступает в распределительный коллектор, а затем в гидроциклоны для первичного осветления. В работу могут быть включены все блоки или часть их.
Гидроциклоны применяют преимущественно для осветления моечных вод, содержащих тонкие шламы. Производительность гидроциклонов зависит от их геометрических размеров и режима работы. При концентрации в исходной шламовой воде частиц шлама 200 Г/л извлечение твердого в сгущенный продукт составляет 65—93%, концентрация частиц 500—700 Г/л.
Эффективность улавливания шлама зависит от давления пульпы при входе в гидроциклон (1—3 ат), концентрации шлама в исходной воде и сгущенном шламе, соотношений диаметров патрубков для приема исходной шламовой воды и сгущенного шлама и диаметра сливной трубы. Данные о работе гидроциклонов приведены в табл. 181, 182.
Осадительные центрифуги работают на принципе осветления шламовых вод методом осаждения частиц шлама под действием центробежной силы. В этих центрифугах происходит не только сгущение шлама, но и его обезвоживание.
Центрифуга УЦМ (угольная центрифугальная машина) (рис. 272) состоит из осадительной камеры, выполненной в виде вращающегося ротора, представляющего собой усеченный конус, закрытый кожухом. Торцовые стенки составляют одно целое с полыми цапфами, опирающимися на подшипники. На правой цапфе насажен приводной шкив, соединенный с электродвигателем через клиноременную передачу.
Внутри ротора соосно с ним установлен шнек с полым коническим валом, имеющим ряд отверстий — окон. Шнек приводится во вращение в ту же сторону, что и ротор от планетарно-дифференциального редуктора, укрепленного на левой цапфе ротора. Скорость вращения шнека на 2—3% меньше скорости вращения ротора.
В полый вал шнека введена труба, по которой подается шламовая вода. Через окна в валу вода поступает в ротор и приводится во вращательное движение. При этом частицы шлама отжимаются к стенкам ротора и транспортируются шнеком к разгрузочному отверстию (с левой стороны ротора). Осветленная вода выливается через отверстия в торцовой стенке ротора (с правой стороны).
Техническая характеристика осадительных центрифуг типа УЦМ и данные о их работе приведены в табл. 183, 184.
Центрифуга ЦМФ-25 (рис. 273) имеет ротор, составленный из двух усеченных конусов. Правая часть ротора работает аналогично ротору в центрифугах УЦМ, отжимая воду из частиц шлама. Левая часть ротора покрыта щелевидным ситом, на котором происходит фильтрование осадка.
Центрифуга ЦМОВ-1 (рис. 274) аналогична по конструкции центрифугам УЦМ. Отличительной особенностью этой машины является наличие встроенного в ротор центробежного сепаратора (агрегиратора), предназначенного для коагуляции самых мелких частиц шлама действием электрического поля постоянного тока. Коагулирующие частицы осаждаются затем на стенках ротора. Осветленная вода выливается через сливные окна.
Центрифуга ЦС-500 (рис. 275) имеет фильтрующий ротор, внутри которого расположен шнек. Шламовая вода поступает в ротор, где происходит фильтрование ее под действием центробежных сил. Осадок выгружается из ротора шнеком, а вода удаляется через фильтровальную сетку.
