Отстаивание

В технологии процессов очистки природных и сточных вод рассматривается осаждение частиц двух типов — гранулированных и флокулированных. Гранулированные частицы осаждаются независимо друг от друга и с постоянной скоростью, а флокулированные, которые могут быть естественного происхождения или искусственно полученными вследствие агломерации коллоидных веществ, осаждаются по-разному в зависимости от исходной концентрации частиц. Если их концентрация мала, то в верхних слоях воды осаждение каждого хлопка происходит индивидуально, но затем при столкновении и слипании частиц скорость осаждения увеличивается. Это явление носит название стесненного или флокулянтного осаждения. При высокой концентрации происходит совместное осаждение хлопьев с четко выраженной границей раздела фаз между верхним слоем жидкости и осадком. Такое осаждение называют зонным.

Теория осаждения гранулированных частиц агрегативно устойчивой взвеси, частицы которой в процессе осаждения не меняют своей формы и размера, основана на следующих представлениях. На частицу действует гравитационная сила, вследствие чего она двигается вниз. Осаждению частицы препятствуют силы сопротивления, обусловленные вязкостью среды. Для процесса осаждения таких частиц при условии их малого размера и малой скорости осаждения справедливо уравнение Стокса:

uo = 1/18 [( ρx - ρж) / μ] gd2

где uo — скорость осаждения, или гидравлическая крупность частиц, м/с; ρx и ρж — соответственно плотность частиц и жидкости, Н/м3; μ — коэффициент динамической вязкости жидкости, Па·с; g — ускорение свободного падения, м/с2; d — диаметр шарообразной частицы, м.

Из структуры формулы видно, что на скорость седиментации влияют размер частиц, разность плотностей частиц и жидкости, температура, от которой зависит вязкость среды. Повышение температуры приводит к уменьшению вязкости и соответствующему увеличению скорости осаждения частиц.

Взвешенные вещества сточных вод и взвесь, образующаяся в результате обработки воды коагулянтами, неоднородны по форме частиц, их размеру и плотности, более того, частицы в процессе осаждения агломерируются, вследствие чего изменяется и скорость их осаждения. Такая взвесь называется полидисперсной, агрегативно неустойчивой. Закономерности осаждения частиц полидисперсной взвеси оказываются более сложными. Строгого математического описания для осаждения такой взвеси нет, и кинетические зависимости получают опытным путем.

Для решения задач проектирования отстойных сооружений изучают зависимость Э = f(t), при этом высота столба воды в отстойном сосуде h должна быть не менее 500 мм, в диаметр сосуда не менее 100 мм. Эти условия обеспечивают возможность фиксирования эффекта слипания частиц и ускорения их падения при одновременном сведении к минимуму искажающего картину явления налипания частичек на стенки сосуда.

Для агрегативно устойчивых взвесей необходимое для их осаждения время Т в сооружении с глубиной Я при заданном эффекте (Э) отстаивания определится из соотношения:

T/H = t/h

Если частицы взвеси в процессе осаждения образуют агломераты, зависимость принимает вид:

T = t(H/h)n

где n — показатель степени, отражающий влияние агломерации. Для хорошо сформированных скоагулированных хлопьев n=0,5; для взвешенных веществ городских сточных вод n=0,2—0,3.

Для зонного осаждения, которое наблюдается при исходной концентрации взвешенных веществ более 1000 мг/л, закономерности осаждения описываются также эмпирическими формулами.

В расчетах зонного осаждения (активного ила) иногда пользуются понятием "индекс". Объемный индекс I —это объем (мл), занимаемый 1 г осадка после 30 мин отстаивания.

Процессы отстаивания — наиболее широко применяемые процессы в любой очистке природных вод или бытовых и производственных отходов.

www.ovode.net 2011