Основное назначение гидроциклонов для очистки воды: что нужно знать при выборе устройств такого типа?

Что это такое и какие бывают?

Как полезный гидромеханический агрегат, гидроциклоны (ГЦ) появились в конце 19 века.

Их назначение – разделение различных субстанций по весу — с тех пор практически не изменилось.

Учитывая эффективное выполнение гидроциклонами этой функции, их применяют в следующих областях:

• Очистка и обогащение различных руд, угля;
• Сепарация нефтяных, масляных растворов;
• Очистка сточных и скважинных вод, а также прочих суспензий и эмульсий.

По типу конструкции бывают напорные (закрытые) и безнапорные (открытые). Они отличаются как устройством, так и сферой применения.

Напорные ГЦ

Основа конструкции напорного гидроциклона – это цилиндроконический или конический корпус, обладающий одним входом и двумя выходами.

Иногда внутренняя поверхность облицована (футерована):

• резиновым,
• стеклопластиковым,
• керамическим или каменным футером, снижающим ее истирание.

Выход для шлама (осадка) находится на вершине конуса – внизу. Выход осветленной воды расположен сверху – в основании цилиндра по его оси. Вход для суспензии (жидкости с высоким содержанием взвесей) — в верхней части цилиндра, расположенного над конусом.

Питающий патрубок конструктивно выполнен по касательной (тангенциально) относительно сечения гидроциклона. 

Устройство работает следующим образом:

1. Суспензия подается под давлением (как правило – 5 – 15 атм.) в питающий патрубок.
2. Направляясь внутренними стенками корпуса, жидкость закручивается (как циклон).
3. Тяжелые нерастворенные примеси под действием центробежных сил отбрасываются на периферию, прижимаясь к стенкам корпуса.

   Образуется два циклона – внешний (у стенок) и внутренний (по центру — в виде узкого высокого завихрения).

4. Тяжелые взвеси опускаются книзу под действием силы тяжести, растущей в связи с укрупнением (агломерацией) частиц. Внешний закрученный поток, при этом, также устремляется вниз.
5. На более легкие примеси в составе осветленной жидкости действуют центростремительные силы. Очищенная вода поднимается во внутреннем потоке к центральному верхнему выходу. Оттуда она поступает на следующую стадию водоподготовки.

Шлам выходит через сливной патрубок в специальный промываемый накопитель. Здесь проявляется преимущество такого гидромеханизма перед, например, обычными фильтрами предварительной очистки. Для гидроциклона горсть песка – это «ничто», а для сетчатого фильтра – выход из строя.

Особенности безнапорных агрегатов

Как более габаритные, они нашли применение, в основном, в промышленности.

Например – для первичной очистки сточных вод различных предприятий от тяжелых взвесей (гидравлическая крупность которых – 20 и выше мм/с).

Также безнапорные гидроциклоны используют при необходимости разделения смешанных жидких субстанций. Востребованность этих установок обоснована высокой производительностью – 20 и более м3 в час.

Как правило, их действие в некотором смысле противоположно работе напорных механизмов. Здесь отбор воды происходит из емкости или водоема напрямую, под действием силы тяжести.

Например, в случаях, когда речь идет об очищении от нефтепродуктов, система работает следующим образом:

1. Более легкая нефтяная пленка, закручиваясь в циклоне, стремится к его центру;
2. В процессе работы ее количество растет;
3. Таким образом, внутри «эмульсионного» конуса образуется еще один – нефтяной;
4. Когда этот новый конус достигает выходного патрубка, расположенного в верхнем основании устройства (по центру), нефтепродукты выдавливаются через него.

Безнапорные ГЦ, в зависимости от конкретного назначения, могут быть дополнительно оборудованы диафрагмой и внутренними цилиндрическими перегородками. При необходимости повышения производительности применяют многоярусные агрегаты.

Здесь внутренний объем разделен коническими диафрагмами. Каждый ярус (секция) при этом – самостоятельный гидромеханизм, что существенно повышает эффективность системы.

Достоинства и недостатки

Понимание принципа действия гидроциклона делает очевидными достоинства такой водоочистки. Кроме явных плюсов, например — простоты конструкции, гидроциклоны отличаются связанными с ними свойствами: 

• Отсутствием движущихся механических деталей;

• Ненадобностью расходных материалов (коллоидных средств, фильтрующих загрузок и пр.).
• Невысокой стоимостью устройства и простотой ремонта, обусловленной низкой технологичностью изделия.
• Легкостью компоновки в последовательную систему батарей, производящих поэтапную очистку.
• Возможностью автоматизации работы.
• Безопасностью применения устройств любых видов.

Однако сфера применения гидроциклонов все же ограничена, в основном, промышленным использованием. Этот факт связан с малочисленными, но существенными недостатками изделий:

• Необходимостью поддержания стабильного давления и вытекающим отсюда расходом энергии, а также амортизацией насоса;
• Механическим износом частей ГЦ вследствие абразивного воздействия шлама;
• Снижением давления в системе, обуславливающим применение второго насоса.

К тому же, крайне сложно правильно рассчитать параметры и подобрать элементы гидроциклона для выверенного разделения фракций. Об автоматической или упрощенной перенастройке агрегата речь не идет. Например — чтобы ловить крупный песок, устанавливают одну песковую насадку, для мелкого – другую.

Для удаления ила, вообще, требуется ГЦ иной формы и размеров, работающий с другим давлением. В любом случае сепарация будет лишь приблизительной, что не особо приветствуется в частной водоподготовке. Примитивный отстойник, может быть, работает медленнее, зато других серьезных недостатков не имеет.

Критерии и характеристики, имеющие значение при выборе и заказе устройств

Важнейший источник данных при проектировании любого водоочистного сооружения – это анализ исходной воды. Ее качество, количество, а также габариты, гидравлическая крупность и происхождение частиц влияют на все параметры гидроциклона.

Включая такие параметры:

• Диаметр,
• Высоту,
• Диаметры и количество патрубков,
• Скорость вращения (давление подачи или отсоса),
• Тип гидромеханизма (открытый или закрытый).

Однако возможно и «приблизительное» использование гидроциклонов. Его примером служат самодельные устройства. Их собирают практически без расчетов, подбирая диаметры входных и выходных патрубков опытным путем.

Популярная заготовка – пожарный ствол типа РС–70. Тем не менее, при выборе поставщика желательно обратить внимание на комплектацию сооружения. В стандартном исполнении оно может включать:

• Гидрозаполненные манометры;
• Краны,
• Мембранный клапан для автоматической промывки шламосборника;
• Электроприводные задвижки;
• Систему управления задвижками и клапанами с автономным питанием;
• Антикоррозийную защиту;
• Футеровку и антистатическое покрытие.

Разумеется, этот перечень не полон, ведь патенты на изобретения различных гидроциклонов получают до сих пор. Например, опционально установка может дополняться расширенной системой контроля с выводом на дисплей оператора или увеличенным «пескосборником».

Также – за дополнительную плату – могут быть предусмотрены резервные механизмы управления и обходные (байпасные) пути для подачи воды.

Особенности обслуживания

Обслуживание гидроциклонных установок заключается в контроле и очистке. Как правило, контролю подлежит герметичность всех компонентов агрегата, а также наполненность шламосборника. Очищать и промывать время от времени необходимо, в основном, его. Однако также осадок может оставаться на стенках патрубков или кранов.

Заключение

Стоит добавить, что гидроциклоны на тематических форумах непопулярны. Практически все разговоры прерываются утверждениями о ненужности ГЦ в частной водоочистке. Если таковые проявления и присутствуют, то, как правило, в виде «самоделок». Причем сооружения эти узконаправленные — работающие для одной конкретной цели. 

Например, имеет смысл монтировать такую установку перед циркуляционным насосом открытой отопительной системы. Основная масса крупных примесей будет удалена из теплоносителя.

Будет ли гидроциклонное сооружение эффективным для очистки воды, например, от песка? Определенно, будет. Но целесообразность его применения сомнительна и устанавливается только после глубокого анализа всех данных.