Рациональные параметры технологических схем использования устройства для электрофизической очистки воды

ТЕХНОЛОГИЯ : ОТКРЫТЫХ :

ГОРНЫХ РАБОТ

© И.М. Ялтанец, А.П. Демченко,

УДК 622.793.5

И.М. Ялтанец, А.П. Демченко

РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Расчет рациональных значений конструктивных и режимных параметров осаждающего устройства, пред-назначенного для очистки электрофорезом с последующей коагуляцией воды, произведен на ЭВМ.

Состав устройства и его работа описаны в ранее изданных работах [1,2,3].

В результате проведенных исследований определены технологические схемы очистки воды от взвешенных частиц на гидроотвалах, а также усовершенствована методика расчета рациональных параметров устройства и технологической схемы его использования.

Однако для использования предлагаемой технологии в условиях определенного разреза необходим расчет с учетом конкретных исходных данных по рассматриваемому месторождению. С этой целью в МГУ им. Ломоносова на кафедре грунтоведения был составлен паспорт глинистого грунта с Назаров-ского буроугольного месторождения. Глинистый грунт выбран за определяющий, т.к. именно тонкодисперсные глинистые частицы нуждаются в принудительном осаждении. Для поставленной задачи был составлен алгоритм расчета рациональных параметров устройства для очистки воды и технологической схемы его использования (рис. 1).

Необходимые исходные данные

решаемой задачи для рассматриваемого месторождения представлены в табл. 1. Условные обозначения к алгоритму приведены в табл. 2. На основании разработанного алгоритма была составлена программа для решения поставленной задачи на ЭВМ.

Таблица 1

В результате реализации программы получены значения рациональных режимных и конструктивных технологических схем использования устройства очистки оборотной воды электрофизическим способом, представленные в виде графических зависимостей (рис. 6-10).

При решении поставленной задачи были выбраны в качестве определяющих три параметра:

• два физико-механических -диаметр взвешенных частиц и их поверхностный заряд - дзета-потенциал;

• один - технологический определяющий расход воды в системе водоснабжения.

Значения параметров были выбраны с учетом проектных параметров гидромеханизации и паспорта глинистых грунтов Назаров-ского угольного месторождения. Значения размера частиц (60, выбранных к осаждению: 2,5 и 10 микрон (мкм), а их дзета-потенциалов - 40,80 и 120 мВ. Расход воды в системе водо-

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Наименование вводимых показателей Единица измерения Обозначения Значения

В алгоритме В программе

1. Коэффициент, учитывающий форму колодца Р 0,85

2. Диаметр водозаборного колодца м D D 1,0

3. Расход воды через водозаборное устройство м3с Q QN) 0,55; 3,33 1,11; 2,22

4. Ускорение свободного падения м/с2 ё - 9,81

5. Динамическая вязкость воды Па-с V N1 20-3

6. Электрическая постоянная ф/м D D1 8,85-10-12

7. Плотность воды кг/м3 Рі G0 103

8. Плотность породы кг/м3 Р G 2700

9. Напряжение, подаваемое на электроды В и и1 42

10. Минимальный диаметр частиц, подлежащих осаждению в прудке-отстойнике м d D(J) 2-10-6 5-10-6 10-10-6

11. Толщина двойного электрического слоя м.1010 5 Н1 30

12. Дзета-потенциал дисперсной частицы В Р 40-10-3 60-10-3 120-10-3

13. Глубина осаждения ниже уровня водосбора м ЛИ Н2 0,05

14. Плотность тока в воде А/м2 І л 0,05

15. Ширина переходной зоны м и LП 10

Таблица 2

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ К АЛГОРИТМУ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Наименование вводимых показате- Единица 1 Условные обозна- Возможные

показателей измерения В алгоритме В программе значения

1. Коэффициент, учитывающий форму колодца - Л - и 0,85

2. Диаметр водозаборного колодца м D D 1,0

3. Расход воды через водозаборное устройство м3с Q 0,55; 3,33 1,11; 2,22

4. Ускорение свободного падения м/с2 ё - 9,81

5. Динамическая вязкость воды Па-с п N1 10-3

6. Электрическая постоянная ф/м D D1 8,85-10-12

7. Плотность воды кг/м3 Рі G0 103

8. Плотность породы кг/м3 Р G 2700

9. Напряжение, подаваемое на электроды В и иі 42

10. Минимальный диаметр частиц, подлежащих осаждению в прудке-отстойнике м d Щ() 2-10-6 5-10-6 10-10-6

11. Толщина двойного электрического слоя м.1010 5 ні 30

12. Дзета-потенциал дисперсной частицы В Р 40-10-3 80-10-3 120-10-3

13. Глубина осаждения ниже уровня водосбора м ли Н2 0,05

14. Плотность тока в воде А/м2 І 31 0,05

15. Ширина переходной зоны м Ьп ЬП 10

16. Расстояние от оси водозаборного колодца до взвешенной частицы в данный момент времени м Ro R

17. Число Рейнольдса - Re R 40000

18. Радиус турбулентной зоны - Rт Ш(^) -

19. Внутренние радиусы электродного кольца м Ші,....,Шіо ш -

20. Константа, численно равная произведению внутреннего радиуса на ширину электродного колодца м2 К К5

21. Ширина электродного колодца м ДЬь..., АЬю - -

22. Высота перелива воды в водозаборный колодец м Ьпер - -

23. Расстояние между электродами м н - -

24. Напряженность электрического поля В/м Е - -

25. Площадь в плане одной электродной сетки м2 S - -

26. Потребляемая мощность электрического тока Вт Рп - -

27. Показатели увеличения скорости осаждения твердых (частиц) - - -

снабжения - 2000, 4000, 8000 и (рис. 2-6). Для условий другого ме-

12000 м3/ч. Таким образом, было сторождения требуется применение

получено 36 расчетных вариантов исходных данных, характерных

именно данному месторождению. Из анализа полученных решений можно сделать следующие выводы. Ни одна из графических зависимостей, представленных на рис. 2-6, не имеет оптимумов. Поэтому выбор конструктивных и режимных параметров необходимо производить из условия рациональности, а именно: с учетом труда и материа-лозатрат и энергопотребления.

Электрофизический способ может быть рекомендован к использованию лишь в определенных условиях:

• твердые частицы должны иметь достаточно большой поверхностный заряд (с потенциалом 40-80 мВ);

• диаметр частиц, принятых к осаждению, не должен быть меньше, как правило, 5 мкм;

• необходимо учитывать технологические параметры гидроотвалооб-разования, в частности, расход воды через одно водозаборное устройство.

Как видно из рис. 6 и 7, затраты на материал и электроэнергию будут находиться в разумных пределах при значениях расходов воды через одно водозаборное устройство 2000-4000 м/ч. При этом значения внутреннего радиуса электродного кольца будут составлять от 12 до 15м (рис. 4), а ширина электродного кольца от 19 до 30м (рис. 5). В этом случае значения показателя увеличения скорости осаждения взвешенных частиц от использования электрофизического способа будут находиться в пределах 4-20 (рис. 6).

Результатом анализа полученных решений является выбор рациональных конструктивных и режимных параметров устройства для электрофизического осветления оборотной воды. В данном случае критерием рациональности является минимум трудо- и материалозатрат по сборке устройства, а также энергопотребления. Например, при расходе воды через колодец в 2000

м3/ч, дзета-потенциале частиц 40 мВ и диаметре частиц, принятых к осаждению, в 10 мкм искомые параметры соответствуют варианту 7.

Кроме того, в каждом варианте представлено еще десять комбинаций конструктивных параметров устройства, используемых при исследовательском

перемещении его через определенный срок согласно технологической схеме. В частности, для варианта 7 получены следующие первоначальные значения

- 9

Рис. 1. Алгоритм расчета рациональных параметров устройства для очистки воды и схемы его использования

параметров: внутренний радиус элек-

тродного кольца -12,25 м, ширина электродного кольца - 19,38м, площадь элек-тродного кольца -2672 м2, потребляемая мощность - 5611 Вт.

В зависимости от способа гидравлической укладки пород в отвалы и соотношения темпов подъема уровня воды в прудке-отстойнике и уровня осажденных тонкодисперсных фракций под устройством, использование его возможно как с постоянными, так и с переменными конструктивными и режимными параметрами.

Схема 1. Односторонний намыв с неподвижным в плане местом водозабора (например, с наращиванием шандорным колодцем). При том, если темп подъема уровня воды опережает темп осадконакопления, конструктивные параметры устройства могут быть приняты неизмененными на весь срок работы гидроотвала, что делает при-

менение устройства более экономичным. В том случае, если темп подъема уровня осадка необходимо уменьшить, достаточно воспользоваться одной передвижкой устройства, т.е. устройство будет использоваться в двух конструктивных модификациях, например, для того же варианта 7: Rl=12,25 м, Ll=19,38 м; R2=31,63 м, L2=7,51 м.

Схема 2. Односторонний намыв с подвижным в плане местом водозабора. В данном случае возможно использо-вание устройства с постоянными R и L, т.к. само устройство будет передвигаться в прудке-отстойнике с изменением местоположения колодца. Однако, если осадконакопление будет иметь преимущественные темпы, то устройство придется использовать в двухтрех и т.д. конструктивных модификациях при очередном изменении месторасположения колодца.

Схема 3. Кольцевой намыв. В данном случае место водозабора постоянно. При этом достаточно использовать устройство одной или двух конструктивных модификаций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Демченко А.П. Обоснование рациональных параметров электро-форетичесского способа осветления тонкодисперсной гидросмеси на гидроотвалах. Автореф. на соискание ученой степени канд.техн.наук. М.,

МГИ, 1986, с.15

2. Ялтанец ИМ., Демченко А.П. Экологические требования к гидроустановкам на карьерах. В сб.: Вопросы проектирования открытой разработки угольных месторождений. Межвуз. сб. научных трудов. - Кемерово, 1990, с. 62-69.

3. Ялтанец ИМ. Электрофизический способ осаждения тонкодисперсных фракций непосредственно в зоне водозабора прудка-отстойника. М., МГГУ.

Рис. 4. Зависимость внутреннего радиуса кольца К (м) от расхода воды через водозаборный колодец Q (м3/ч) при различных значениях диаметра частиц м) и их дзета-потенциала (^, В):

^1,2,3 - соответственно (2,5,10)10-6, м; £1,2,3 - соответственно (40,80,120)10-3,В

\№1

Я.тишец Пеан Михстиншч локюр юхнических наук. профессор кафедры «Техно, ю-i ия. механизация и opi анизация о1кры тых i орных рабо|» Ml ГУ.

Демченко Аркадии Петрович кандидат технических наук. доцен1 кафедры «Физика * i орных пород» МГГУ.

- 9

Рис. 5. Зависимость показателя увеличения скорости осаждения частиц (^ раз) от расхода воды через водозабор-Рис. 2. Зависимость площадкоаобдщЗЗмм5/)!) 1пр9*<ра*я»1чйьчерва^9а0ях5^инмйгр:»лйай1и0((1, I/*)) при различных значениях диаметраичвхтдат[а-1мт№цйдаата,пВ)|;енциала (£, В): (1$^- -оят5твтстст8*йо2(,5,1,01)1)1-0,-6мм;;1<,2132- -оят5твтстст8*йо4018,0{0,210)1)1-0,-3,ВВ

Рис. 3. Зависимость потребляемой мощности Р (Вт) от расхода воды через водозаборный колодец Q (м3/ч) при различных значениях диаметра частиц м) и их дзета-потенциала (^, В):

^,2,3 - соответственно (2,5,10)10-6, м; £12,3 - соответственно (40,80,120)10-3, В

Рис. 6. Зависимость ширины электродного кольца ^, м ) от расхода воды через водозаборный колодец Q (м3/ч) при различных значениях диаметра частиц м) и их дзета-потенциала (^, В):

^,2,3 - соответственно (2,5,10)10-6, м; £12,3 - соответственно (40,80,120)10-3, В

\№1

- 9