Экспериментальные исследования гидродинамики гидроциклона с удлиненным верхним сливным патрубком показывают, что профили статического давления и тангенциальной составляющей скорости принципиально не отличаются от профилей данных величин в гидроциклоне с верхним сливным патрубком стандартной длины [7, 8].
Отношение высоты слоя сорбционной загрузки в неподвижном состоянии к высоте сорбционной загрузки в псевдоожиженном состоянии составляет 1,0 : 1,5-2,0, что обусловлено результатами эксплуатации промышленных установок. С учетом этих данных диапазон изменения порозности псевдоожиженного слоя сорбционной загрузки составляет
= 0,6-0,7 (при начальной порозности неподвижного слоя сорбционной загрузки = 0,4) [9].
Выбор сорбционной загрузки определяется физико-химическими свойствами поливной воды, а также степенью и типом ее загрязнения, при этом необходимо учитывать следующее:
- поглотительную способность (обменную емкость) и селективность;
- физико-механические свойства - прочность на истирание, насыпную плотность, фракционный состав, удельную поверхность и др.;
- способность к регенерации;
- технико-экономические показатели - стоимость, доступность;
- возможность использования после срока службы;
- безопасность воздействия на сельскохозяйственные культуры.
Объем сорбционной загрузки также определяется ее сорбционной емкостью, насыпной плотностью, содержанием примесей в воде и необходимой степенью очистки.
В практике водоочистки, в том числе в гидроциклонах, высокую эффективность показали сорбционные загрузки на основе цеолитов, глауконитов и бентонитов, особенностью которых является отсутствие токсичности, что позволяет использовать их без ограничений. Эти природные сорбенты обладают способностью к ионообмену и регенерации, высокими фильтрующими характеристиками и осветлительной способностью. Экспериментальные исследования, проведенные в отношении таких фильтрующих загрузок, как кварцевый песок, пенополистирол и цеолит, показали, что загрузка из природного сорбента продемонстрировала наилучшие результаты по длительности осветлительного фильтрования воды от закисной формы железа [10].
В качестве примера был произведен расчет высоты псевдоожиженного слоя цеолита и рабочей скорости процесса выделения из поливной воды токсичных ионов железа концентрацией 0,4 мг/л для гидроциклона типа ГНС-100 производительностью 5 м3/ч.
В результате установлено, что для выделения из воды токсичных ионов железа концентрацией 0,4 мг-экв./л потребуется высота псевдоожиженного слоя цеолита не менее 0,304 м и поддержание скорости потока в сливном патрубке гидроциклона в пределах 0,034-0,370 м/с.
Использование предлагаемых нами конструкций гидроциклонов в качестве элементов водоподготовки систем локального орошения взамен существующих аналогов позволит снизить стоимость узла водоочистки на 30 %. Кроме того, за счет сокращения частоты операций по регенерации фильтров и отмывке загрузки сорбентов эксплуатационные затраты уменьшаться на 20 %.
Выводы
1 Использование гидроциклонов с оптимизированными конструкционными параметрами позволит повысить показатели эффективности и надежности работы узла водоочистки СКО, снизить частоту и интенсивность обслуживания капельных линий для предотвращения засорения капельниц.
2 Применение в конструкции гидроциклона фильтрующей загрузки из природных сорбентов будет способствовать улучшению агроэкологических свойств оросительной воды.
3 Для выделения из воды токсичных ионов железа концентрацией 0,4 мг-экв./л требуется высота псевдоожиженного слоя цеолита 0,304 м и поддержание скорости потока в сливном патрубке гидроциклона в пределах 0,034-0,370 м/с.
4 Использование предложенных конструкции гидроциклонных аппаратов в узлах водоочистки способствует улучшению технико-экономических показателей процесса подготовки воды для систем капельного орошения.
Список использованных источников
1 Безопасные системы и технологии капельного орошения: науч. обзор / Г. Т. Балакай [и др.]. - М.: ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2010. - 52 с.
2 Шестов, Р. Н. Гидроциклоны / Р. Н. Шестов. - Л.: Машиностроение, 1967. - 78 с.
3 Терновский, И. Г. Гидроциклонирование / И. Г. Терновский, А. М. Кутепов. - М.: Наука, 1994. - 350 с.
4 ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. - Введ. 1999-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 15 с.
5 ГОСТ 17.1.2.03-90. Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения. - Введ. 1991-07-01. - М.: Гос. комитет СССР по охране природы, 1991. - 10 с.
6 Справочник по гидрохимии / А. М. Никаноров [и др.]; под ред. А. М. Никанорова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 390 с.
7 Валеев, С. И. Гидродинамика цилиндрического гидроциклона с удлиненным верхним сливным патрубком / С. И. Валеев, В. А. Булкин // Вестник технологического университета. - 2015. - № 20. - С. 231-232.
8 Валеев, С. И. Гидродинамика цилиндрического гидроциклона для разделения эмульсий с малым содержанием легких примесей / С. И. Валеев, Д. Ю. Верин, В. А. Булкин // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - № 6. - С. 142-143.
9 Тимонин, А. С. Инженерно-экологический справочник. В 3 т. / А. С. Тимонин. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. - Т. 2. - 884 с.
10 Якубов, В. В. Совершенствование технологии очистки поливной воды на системах капельного полива / В. В. Якубов, М. П. Мещеряков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и профессиональное образование. - 2014. - № 3. - C. 238-242.