Sedimentarea

Jeler Alina

  • Sedimentarea

Sedimentarea este operaţia de separare a sistemelor eterogene fluide în fazele sale componente prin acţiunea diferenţiata a unei forţe externe (gravitaţia, forţa centrifugă) asupra fazelor de densităţi diferite.
În operare, se numeşte influient sau alimentare – suspensia iniţiala, sediment (precipitat, nămol) – faza solidă dispersă îmbibată cu lichid, depusă prin sedimentare si decantat – lichidul mai mult sau mai puţin limpede rezultat în urma sedimentării. Îndepărtarea din aparat a decantatului se numeşte decantare.
După scopul operaţiei, se folosesc termenii de:
– îngropsarea – pentru concentrarea prin sedimentare a fazei solide; se foloseşte mai mult în prepararea minereurilor, la suspensiile de precipitate negrauntoase;
– clarificare sau limpezire – pentru separarea înaintată a fazei lichide dintr-o suspensie, eliminându-se practic faza solidă; se utilizează la suspensii grăuntoase diluate;
– sedimentare, când ambele faze ale suspensiei sunt valoroase.
Utilajele în care se realizeaza operaţia de sedimentare se numesc, în functie de scopul operaţiei: decantoare sau limpezitoare (clarificatoare) pentru sedimentarea in câmp gravitaţional şi centrifuge decantoare, în câmp de forţe centrifuge; nu pot funcţiona discontinuu (cu evacuarea sedimentului manual sau automat ), continuu sau mixt.

  • Factorii care influenţează sedimentarea

Referitor la:
Suspensie: – Concentraţia fazei solide
– Cantitatea sau debitul suspensiei
– Vârsta suspensiei, din momentul formării ei
– Temperatura suspensiei
Faza lichida: – Natura fazei lichide
– Densitatea
– Vâscozitatea
– Concentraţia in electroliţi
Faza solida: – Natura fazei solide. Solubilitatea
– Densitatea
– Granulometria
– Structura: grăunţoasa, negrăunţoasa, fibre, coloidală, etc.
– Tendinţa de aglomerare
Operaţia de sedimentare: – Viteza de sedimentare, curba de sedimentare
– Durata sedimentarii
– Adaosuri
– Funcţionarea continuă, discontinuă sau mixtă
– Modul de evacuare a sedimentului
– Tipul decantorului
Produsele rezultate: – Concentraţia fazei solide in decantat
– Concentraţia fazei lichide in sediment

Aparate pentru sedimentare in câmp gravitaţional.
Elemente de proiectare tehnologică

Aparatele utilizate pentru separarea prin sedimentare a emulsiilor şi suspensiilor sunt variate în funcţie de scopul operaţiei (decantoare, limpezitoare), de modul de operare (discontinuu, semidiscontinuu şi continuu) şi de forma aparatelor (orizontale si verticale).

  • Decantorul discontinuu

Este un aparat foarte simplu, format dintr-un recipient cilindric sau paralelipipedic, de regulă orizontal, în care suspensia rămâne un timp cât are loc sedimentarea; faza lichida este decantată cu un sifon basculant sau prin robinete bine situate la diferite înalţimi în peretele decantorului, iar sedimentul este îndepărtat manual.
Considerând sedimentarea completă, particulele solide de la suprafata suspensiei parcurg în sedimentare înaltimea utilă a decantorului. Decantoarele discontinue se construiesc cu arie de separare mare, fapt care constituie principalul dezavantaj al acestora. Viteza de sedimentare se poate mari, crescâd temperatura suspensiei.

  • Decantorul continuu

Se realizează în mai multe variante: dreptunghiulare (orizontale); cilindrice cu braţe (DORR); verticale; decantoare cu conuri (DERVAUX).Într-un decantor continuu, alimentarea cu sistem eterogen (suspensie,emulsie) şi eliminarea celor doua faze se face continuu. Dispozitivele de raclare a sedimentului difera prin modul în care sunt susţinute şi acţionate:
-susţinere pe o grindă sprijinită pe marginea superioară a decantorului,pentru diametre, D,de decantor D < 45 m
-pe o coloană centrală sprijinită pe baza decantorului pentru D apartinând între 30 si 150 metri.
-pe un arbore central, raclorul fiind acţionat pe o cremalieră care se deplasează pe marginea superioară a peretilor decantorului. pentru D > 60 m.

Ultima soluţie este mai puţin economică, datorită costului ridicat al pereţilor decantorului cu rol de suport al mecanismului de acţionare.
a.Decantorul dreptunghiular este un bazin dreptunghiular realizat, în general, din beton, format dintr-o camera de distribuţie, bazinul de sedimentare şi o camera colectoare a decatatului.Poate funcţiona continuu cu evacuarea mecanică sau hidraulică a sedimentului , sau uneori discontinuu, cu evacuare manuala, mecanică sau hidraulică.
b.Decantorul cilindric cu braţe (DORR) este format dintr-un bazin cilindric de înalţime mică, cu fund uşor conic prevăzut cu un curăţitor de nămol cu braţe şi rachete (2 sau 4 braţe două mari si 2 mici pentru curăţirea mai bună a ariei interioare) acţionate de un electromotor.Circulaţia suspensiei este aproximativ radială, de la centru spre periferie, viteza de deplasare micsorându-se proporţional cu drumul parcurs; aceasta determină depunerea mai aproape de centrul bazinului a particulelor mai grele, si către margine a celor mai fine.Dispozitivul de liniştire a suspensiei – mic rezervor central, pâlnie cu plutitor – prin care se alimentează suspensia asigură curgerea în regim laminar a suspensiei în decantor.Sedimentul este dirijat de raclete către centru, de unde este evacuat de o pompa cu membrană; concentraţia sedimentului în faza solidă se reglează prin variaţia debitului pompei de evacuare.Viteza curaţitorului este de 0,1-0,13 m/s pentru materiale greu sedimentabile, 0,13-0,18 m/s pentru materiale din industria metalurgică si mai mare de 0,25 m/s pentru materiale cristaline si pentru concentrate.Decantoarele DORR se utilizează la tratarea debitelor mari de suspensie (pâna la 3000 m cubi/s) si obţinerea de sedimente concentrate; au diametre cuprinse între 1 si 100 m.Consumul de energie pentru acţionarea braţelor se micsorează dacă se montează două braţe mari si două braţe mici. Pentru a realiza aparate mai compacte (D aparţine (3 – 18 ) m) se contruiesc in varianta decantor cu braţe etajat.Etajele (în numar de 2-5) au aproximativ 2 metri înaltime, alimentarea cu suspensie si evacuarea decantatului se face la fiecare etaj, iar nămolul dirijat de raclete spre centrul fundurilor intermediare curge din etaj in etaj printr-un tub central care patrunde sub nivelul suspensiei îngrosate din fiecatre decantor şi se evacueaza cu o pompa de noroi sau un injector de apa sub presiune.
c.Decantorul vertical este format dintr-un recipient cilindric vertical, cu fund conic; colectarea decantatului se realizează prin jgheaburi, ţevi găurite, rigole periferice, iar alimentarea cu suspensie se face printr-un tub central cu/fara difuzor conic.Se recomandă când sedimentarea este precedata de o reacţie chimică (precipitarea sărurilor insolubile) sau un proces fizic (coagularea), reactivii adaugându-se în partea superioară a tubului central.
d.Decantorul conic cu sifon are caracteristică o manta de formă conică prevazuta cu un sifon basculant pentru îndepartarea continuă a sedimentului. Debitul şi concentraţia sedimentului la un debit constant de suspensie este în funcţie de poziţia sifonului de evacuare. Cu cât sifonul este mai coborât, cu atât debitul sedimentului va fi mai mare (forţa motrică a curgerii – diferenţa de nivel dintre suprafata lichidului în decantor si deschiderea de evacuare a sifonului este mai mare), şi deci concentraţia sa in faza solidă mai mica si invers.
e.Decantorul cu conuri (Dervaux) este un decantor vertical care are fixat pe tubul central, mai multe conuri (numite si talere) de tabla coaxiala echidistante. Spaţiile dintre conuri comunică prin deschideri cu interiorul tubului central sau cu interiorul unui tub concentric cu tubul central, în două variante de evacuare a decantatului. Suspensia, sau emulsia, intrând in spaţiile dintre conuri se divizează in straturi subţiri şi sedimentează mai repede si mai complet decât în decantoarele vericale datorită micşorării spaţiului parcurs în mişcarea de sedimentare.

  • Decantorul semicontinuu

Se caracterizeză prin alimentare continuă cu sistem eterogen, evacuarea continuă a decantatului si evacuarea periodică a sedimentului. Pot funcţiona semicontinuu (decantoare discontinue), atunci când suspensiile tratate au un conţinut foarte mic de fază solidă.Pentru epurarea apelor reziduale, se recomandă si decantorul semicontinu cu şicane, format dintr-o manta cu secţiune dreptunghiulară şi şicane din plăci paralele înclinate la 45 grade. Sedimentarea este îmbunătăţită atât prin micşorarea spaţiului parcurs de particulă în sedimentare, cât şi prin acţiunea forţelor inerţiale (asemenea separatoarelor prin impact).

  • Limpezitoare

Limpezitoarele numite si clarificatoare, sunt decantoare al căror principiu de funcţionare constă în trecerea suspensiei care sedimenteaza printr-un strat de suspensie îngroşata (concentrată) care se gaseşte la partea inferioară a decantorului. Procesul de sedimentare realizat în limpezitoare prezintă avantajele:
-viteza de sedimentare este de 1,5-2 ori mai mare ca in decantoarele obişnuite;
-creşte procesul de reţinere, deci decantat mai limpede;
-se micşorează consumul de coagulant, dacă se lucrează cu adaos de coagulant.

Constructiv, limpezitoarele pot fi:
-limpezitoare cu difuzor;
-limpezitoare cu fund găurit
-combinaţii ale ultimelor două tipuri;
-decantoare cilindrice verticale continue transformate în limpezitoare.

Tot ca limpezitoare se utilizează si decantoarele în care sedimentarea se realizează fie cu adaos de agenţi de coagulare sau de floculare, însoţita de flotare, fie se introduce un curent de apă pentru a mări gradul de separare în hidroseparatoare. Limpezitoarele pot fi prevazute cu separatoare de aer şi cu vase pentru concentrarea nămolului.
Separatoarele de aer sunt dispozitive în care prin micşorarea vitezei de curgere a apei, se degajă bulele de aer; dacă s-ar realiza in limpezitor, ar împiedica sedimentarea.

a.Limpezitorul cu difuzor este format dintr-o manta conica (unghiul difuzorului mai mic de 45 de grade) prevazută la partea superioară cu o rigolă pentru colectarea apei limpezite; apa brută, degazată, strabate de jos în sus, prin stratul de suspensie îngroşată şi în urma procesului de sedimentare (viteza căruia este influenţată şi de micşorarea vitezei apei în difuzor) se limpezeşte. Evacuarea nămolului se face dintr-un decantor auxiliar, cu rol de concentrator, în care se aduce suspensia din difuzor, printr-o ţeava plasată la 1 – 2 m de marginea superioară a decantorului. Aceste limpezitoare prezintă dezavantajul sensibilităţii la variaţiile de temperatură ale apei brute, prin schimbarea nivelului suspensiei în difuzor.
b.Limpezitorul cu fund găurit are stratul de suspensie îngroşată concentrat deasupra fundului găurit; nivelul statului de suspensie îngroşată este limitat de marginea superioară a rezervorului central de concentrare a nămolului, peste care devastează. Funcţionarea limpezitorului nu este influenţată de variaţiile de temperatură ale apei brute. În limpezitoarele mixte, ca şi în decantoare transformate în limpezitoare care au difuzor, se realizează de obicei o operaţie de sedimentare cu adaos de agenţi de coagulare sau de floculare, spaţiul din difuzor fiind spaţiul de coagulare, sau de flocuare numit şi spaţiu de reacţie.

  • Decantoare pentru separarea lichidelor nemiscibile

În procesele chimice sunt frecvente separările a două faze lichide parţial miscibile sau nemiscibile, prin tehnica sedimentarii in câmp gravitaţional. Decantoarele sunt aparate cilindrice orizontale sau verticale, cu funcţionare continuă, proiectate astfel încât să asigure durate de staţionare a sistemului în aparat, suficiente pentru separarea impusă (grad de separare) şi un conţinut minim de antrenări. Decantorul lichid-lichid (numit şi vas florentin); sistemul eterogen se introduce printr-o conductă al cărei capăt este plasat la înalţime, deci deasupra interferenţei de separare a lichidelor. Conductele de evacuare a celor doua lichide sunt legate printr-o conductă de egalizare a presiunii pentru a evita sifonarea; pozitia racordării rezultă din echilibrul presiunilor hidrostatice la baza vasului.

  • Sedimentarea cu adaos de agenti de coagulare si de floculare

Tipul de sedimentare a suspensiilor tratate cu agenti de coagulare sau de flocurare depinde de concentraţia iniţială în solid a suspensiei si proprietaţile chimice ale lichidului.La concentraţii mici, flocoanele sedimentează ca unitaţi individuale formate din particule îmbibate cu fluid, la început cu viteza constantă şi apoi, acumulându-se spre baza vasului se deformeaza sub greutatea flocoanelor înconjurătoare şi deci viteza variază.La concentraţii mari, viteza maximă de sedimentare se realizează în timp, şi creşte cu creşterea înălţimii iniţiale a suspensiei.Pentru a stabili condiţiile optime de coagulare sau floculare şi curba de sedimentare sunt necesare cercetări de laborator în care natura si concentraţia de coagulant precum şi pH variază.
Sedimentarea cu adaos de agenţi de coagulare sau de floculare se utilizează pentru limpezirea apelor de alimentare, apelor reziduale.O instalaţie de sedimentare cu adaos de agent de aglomerare (coagulant, floculant) este formată din: vas pentru prepararea soluţiei de agent de aglomerare; dozator de agent-rezervor de nivel constant, care asigură un debit constant de agent într-un raport de 1/1000 – 1/2000 între debitul de agent şi debitul solului; amentecător de agent cu solul de tratat sub forma: agitatoare cu barbotare de gaz, agitatoare mecanice (cu braţe, cu elice) amestecare în pompe de recirculare, amestecătoare cu şicane; spaţiul de aglomerare (de coagulare sau de flocurare) prin mişcarea lentă, orizontală sau verticală cu viteza 0,2 – 0,3 m/s a solului tratat cu agent, în aparate cu şicane sau cu agitatoare mecanice; decantor.Eficienţa operaţiei depinde de amestecarea cât mai omogena a agenţilor de coagulare sau de floculare cu solul şi de asigurarea, prin mişcarea lentă a solului tratat, a duratei (10 – 20 minute) necesare reunirii si creşterii flocoanelor mici în spaţiul de floculare.
Unele instalaţii au decantorul prevăzut cu dispozitivul de aglomerare în aceeaşi manta în diverse soluţii constructive.Decantorul-limpezitor eficient cu floculator; un mecanism de acţionare roteşte cu viteză mare cu agitator turbina care realizează în zona de floculare o amestecare bună necesară flocularii, şi cu viteză mică un sistem de braţe cu raclete care evacuează nămolul din decantor.În aceste aparate, se poate realiza si tratamentul apei cu solide adecvate,pentru decolorarea acesteia.În alta varianta constructiva, apa tratata cu agent de aglomerare, intră în floculator prin doua conducte cu deschideri tangenţiale care provoacă o mişcare lentă, elicoidală a apei spre partea inferioară a floculatorului.Dimensiunile floculatorului şi viteza apei sunt asfel stabilite încât aglomerarea flocoanelor să fie determinată la ieşirea apei din floculator.

  • Sedimentare cu flotare

Se utilizează pentru îndepartarea particulelor coloidale din suspensii şi a uleiurilor emulsionate.Aerul dizolvat sub presiune în curentul de alimentare formeaza o masă de bule foarte fine care aderă la particulele (solide sau lichide) suspendate în lichid,antrenându-le spre suprafaţa lichidului (flotaţie) de unde sunt eliminate printr-un jgheab (pentru spumă), în timp ce restul particulelor sedimentează şi este eliminat la baza decantorului, cu ajutorul unor braţe cu raclete.În decantorul cu flotare, aerul fiind dizolvat sub presiune într-o fractiune de apă limpezită recirculată.
Diverse posibilităţi de introducere a aerului de flotaţie; se recomandă presurizare totală,când apele impure conţin cantităţi mari de substanţe uleioase, deoarece induce o amestecare intensă;
-presurizare parţială pentru concentraţii medii şi mici de substanţe uleioase;
-presurizare cu recirculare,pentru tratarea apelor cu solide sau uleiuri care s-ar degrada prin amestecarea intensă indusă de soluţiile anterioare.Se recomandă un raport masic de 0,02 aer/solid pentru majoritatea aplicaţiilor practice.Pentru a mari eficienţa operaţiei de limpezire se pot utiliza si floculanţi (polimeri sintetici) sau coagulanţi pentru a destabiliza emulsiile cu uleiuri.

  • Sedimentare în contracurent

Atunci când scopul operaţiei de sedimentare este separarea cât mai avansata a fazelor unei suspensii formată din faza solidă si o soluţie de sare solubilă se face spalarea sedimentului.Aceasta se poate realiza în instalaţii cu mai multe decantoare,fie alimentând cu apa de spălare fiecare decantor, fie realizând circulaţia în contracurent se obţine un decantat concentrat din care se poate recupera mai economic, (prin concentrare sau evaporare) sarea solubilă şi un sediment cu cât mai puţina sare solubilă.
Acest procedeu se realizează în:
-decantoare etajate;
-instalaţii formate din mai multe decantoare (de obicei, decantoare cu braţe Dorr) aşezate în cascadă, în care suspensia, concentrată (nămolul) şi apa de spălare a sedimentului circulă în contracurent.Se realizează astfel menţinerea unei forţe motrice (diferenţa de concentraţie a sării solubile în decantat si în sediment) mari, favorabilă transferului de masa între faze, deoarece în ultimul decantor nămolul este spălat cu apa proaspăta, iar în primul decantor suspensia iniţiala plus apa de spălare îmbogăţita cu sare solubilă în decantoare, sedimentează, rezultând o soluţie limpede concentrată si un nămol bogat în soluţia initiala.

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s


%d blogeri au apreciat asta: