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第15章 水的其它物理化学处理方法
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第15章 水的其他物理化学处理方法
本章提要:本章简介离心分离、电解、中和、化学沉淀法的基本原理与设计计算的基本方法。着重介绍了水力旋流器和离心机两种设备,要求掌握其工作原理,进行简单的计算。电解水处理法在实际中常利用电极表面处理、电凝聚处理、电解浮选以及电解氧化还原过程中的一种或多种。电解过程中应该注意电极材料、槽电压、电流密度、pH值等影响因素;了解电解氧化法处理含氰废水和含酚废水以及电絮凝处理工艺的特点;了解药剂中和法、过滤中和法,以废治废中和法对于环境保护,废物利用都有深远的意义。
本章要求:初步掌握常用的沉淀法:氢氧化物、硫化物、碳酸盐、卤化物、淀粉黄原酸脂沉淀法。
本章重点:离心分离原理;中和、沉淀、电解原理。
本章难点:离心分离原理,电解原理。
15.1 离心分离
15.1.1 离心分离原理
利用离心力分离废水中密度与水不同的悬浮物的处理方法,称为离心力分离法。
废水在高速旋转过程中,悬浮颗粒同时受到两种径向力的作用,即离心力和水对颗粒的向心力。设颗粒和同体积水的质量分别为mp和m0,旋转半径为r,角速度为ω,则颗粒受到的离心力和径向推力分别为mpω2r和m0ω2r。此时,颗粒所受的净离心力Fc为二者之差
? (15-1)
式中 FC——净离心力(N);
,m0——分别为颗粒和水的质量(kg);
r——旋转半径(m);
ω——角速度 (rad/s)。
该颗粒在水中的净重力为FG=(mp-m0)g。若以n表示转速(r/min),并将ω代入上式,以表示颗粒所受离心力与重力之比,则有?
(15-2)
?称为离心设备的分离因素,是衡量离心设备性能的基本参数。在旋转半径r一定时,f值随转速n的平方急剧增大。例如,当r=0.3m,n=500r/min时,f ≈83;当n=2000r/min时,则f ≈1333。可见,在离心分离中,离心力对悬浮颗粒的作用远远超过了重力,从而极大地强化了分离过程。
另外,根据颗粒随水旋转时所受的向心力与水的反向阻力平衡原理,可导出粒径为d的颗粒的分离速度为
(15-3)
式中 —— 颗粒的分离速度(m/s);
d ——颗粒的粒径(m);
——分别为颗粒和水的密度(kg/m3);
——水的动力粘度 (0.1Pa·s)。
当>时,为正值,颗粒被抛向周边;当<时,颗粒被推向中心。离心分离设备,可能进行离心沉降或离心浮上两种操作。从上式可知,悬浮颗粒的粒径越小,密度同水的密度越接近,水的动力粘度越大,则颗粒的分离速度越小,越难分离;反之,则较易于分离。
15.1.2 离心分离设备
按照产生离心力的方式不同,离心分离设备可分为水旋和器旋两类。
1. 水力旋流器?
水力旋流器简称水旋器,有压力式和重力式两种。
(1)压力式水力旋流器 由钢板或其它耐磨材料制成,其构造如图15-1所示。上部是直径为D的圆筒,下部是锥角为θ的截头圆锥体。
?当物料借水泵提供的能量以6~10m/s的流速切向进入圆筒后,沿器壁形成向下作螺旋运动的一次涡流,其中直径和比重较大的悬浮固体颗粒被甩向器壁,并在下旋水流推动和重力作用下沿器壁下滑,在锥底形成浓缩液连续排除。其余液流则向下旋流至一定程度后,便在愈来愈窄的锥壁反向压力作用下改变方向,由锥底向上作螺旋形运动,形成二次涡流,经溢流管进入溢流筒后,从出水管排除。流体在器内的上述流动状态如图15-2所示。
水力旋流器设计计算程序是首先确定各部结构尺寸,然后求出处理水量和极限粒径,最后根据处理水量确定设备台数。??
图15-1水力旋流器的构造 图15-2物料在水力旋流器内的流动情况
1-圆筒 2-圆锥体 3-进水管 4-溢流管 1-入流 2-一次涡流 3-二次涡流
5-排渣口 6-通气管 7-溢流筒 8-出水管 4-空气涡流柱
1)旋流器各部分尺寸设计 旋流器各部分尺寸的相对关系对分离效果有决定性影响。一般以圆筒直径和锥体锥角作为基本尺寸,再按以下关系确定其它尺寸。
设圆筒直径为D,则圆筒高度H0=1.70D;锥体锥角θ取10~15°;中心溢流管直径d0=(0.25~0.3)D;锥底直径d3=(0.5~0.8)d0;锥体高度Hk=(D-d3)/2tgθ;进水管直径dl=(0.25~0.4)D;出水管直径d2=(0.25~0.5)D。水旋器的圆筒
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