Осаждение взвеси в воде. Обработка воды

Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

Книги по строительству и ремонту

Водоснабжение

Быт. Хозяйство. Строительство.Техника

§ 87. Осаждение взвеси в воде

При исследовании процесса осаждения взвеси в сооруженияхдля осветления воды возникают большие трудности, так как это явление крайнесложно. На характер осаждения частиц взвеси влияют их размер и форма, наличиеи режим движения осветляемой воды и ее вязкость (изменяющаяся стемпературой). Встречаемые в практике мутные воды всегда представляют собойполидисперсную систему, т. е. содержат частицы различных размеров, а такжеразличных форм. Наконец, весьма часто (при коагулировании) приходится иметьдело с осаждением агрегативно-неустойчивой взвеси, частицы которой в процессеосаждения меняют свою структуру и размеры.

Все это крайне затрудняет математическое выражение законовосаждения  взвеси  и  получение  точных  методов  расчета   отстойников.

Рассмотрим некоторые теоретические предпосылки, которыемогут быть положены в основу методики расчета отстойников.

Очевидно, что основной величиной, которая нас будетинтересовать при проектировании и расчете отстойников, является скоростьвыпадения взвеси.

Скорость выпадения частицы в стоячей воде при температуре10° С называют, как известно, гидравлической крупностью частицы. Величиначастицы любой формы может быть условно выражена через теоретический(эквивалентный) диаметр. Эквивалентным диаметром называется диаметр такойшарообразной частицы, которая имеет ту же гидравлическую   крупность,   что иданная   частица   произвольной   формы.

Следует отметить, что и в этой области коэффициентсопротивления будет зависеть от формы осаждающихся частиц.

Приведенные выражения для скорости выпадения могут бытьпрактически использованы лишь для случаев монодисперсной взвеси, т. е. когдачастицы, замутняющие воду, имеют одинаковые (или весьма мало колеблющиеся)размеры.

Так как обычно при осаждении как естественной, так икоагулированной взвеси приходится иметь дело с полидисперсной взвесью сбольшим диапазоном размеров частиц, характеристики осаждения такой взвесиполучают эмпирическим путем.

Определяя в лаборатории количество р взвешенных веществ (впроцентах от количества взвешенных веществ до отстаивания), выпавших из пробисследуемой воды через различные промежутки времени (например, через каждыйчас), получают кривую выпадения взвеси (V.14).

Обычно кривые выпадения взвеси для воды природныхисточников обращены выпуклой стороной вверх. Это свидетельствует о замедлениипроцесса осветления с течением времени, что объясняется неоднородным составомвзвеси. Более крупные частицы выпадают быстрее и осаждаются в начале процессаосветления воды. Чем более выгнута кривая выпадения, тем более неоднороденсостав взвеси. Для монодисперсной  взвеси эта кривая обратилась бы в прямуюлинию.

Кривая выпадения взвеси позволяет определить, какойпроцент взвеси осаждается в течение любого заданного промежутка времени. Онадает возможность также найти процентное содержание различных фракций взвеси сразной гидравлической крупностью частиц.

Кривые выпадения взвеси, полученные на основе специальнопоставленных экспериментов, позволяют обоснованно подойти к расчетуотстойников при их проектировании. С помощью указанных кривых определяютрасчетные скорости выпадения взвеси, при которых обеспечивается заданныйэффект осветления воды, а также необходимое время пребывания воды вотстойниках.

Экспериментальные исследования, проводимые для получениякривых выпадения взвеси, относятся к технологическому анализу воды,упомянутому ранее.

Перенося результаты опытов по исследованию осаждениявзвеси на реальные сооружения, очевидно, следует считать, что скоростьвыпадения взвеси данной крупности постоянна (если взвесь в процессе выпаденияне агломерируется), и, следовательно, время ее осаждения будетпропорционально высоте слоя осветляемой воды. Таким образом, для частицданной крупности будет иметь место соотношение и т. д.

Для полидисперсной взвеси  (как было показано)  может бытьопределена скорость выпадения,  соответствующая   заданному   проценту задержаниявзвеси. С этой целью можно использовать метод, показанный на V.14. Весьмаудобно для этой цели строить кривые зависимости и —h/i от р. При этом, чтобыисключить влияние высоты h опытного цилиндра, можно разделить ее на периодывремени ti, для которых опытом был установлен определенный процент выпадениявзвеси. Тогда получим величины, имеющие размерность скорости u\\ = h/t\\y u2 = h(t2и т. Д., соответствующие каждому данному проценту выпадения взвеси.

Зависимость между процентом выпавшей взвеси исоответствующей ему скоростью и может быть выражена графически (график наV.15, построенный в данном случае для той же воды, для которой построенграфик на V.14).

Такие графики, составленные на основании предварительныхопытов с водой, подлежащей осветлению, используются при проектированииотстойников.

Все сказанное справедливо для полидисперсной, ноагрегативно-устойчивой взвеси, т. е. такой взвеси, в которой размеры и формачастиц в процессе осаждения не изменяются. Между тем при коагулировании,широко используемом в современной практике осветления воды, имеет местепроцесс агломерации частиц взвеси — их слипание, изменение формы и размеров(укрупнение). Таким образом, в практике приходится весьма часто иметь дело сосаждением агрегативно-неустойчивой взвеси. Для такой взвеси линейнаязависимость между величинами h и t уже не будет соблюдаться.

По опытам Академии коммунального хозяйства значение пколеблется в пределах 0,2—0,5 (большее для хорошо сформированных крупныххлопьев).

Согласно упомянутой методике проведения технологическогоанализа (ГОСТ 2919—45), выпадение взвеси из воды характеризуется осаждаемостьювзвеси. За показатель осаждаемости S принимается (по предложению А. А.Кастальского) отношение количества взвеси А (в %), выпадающей со скоростью 12 мм/с, к количеству взвеси В, выпадающей со скоростью 0,1 мм/с (в этихпределах лежат величины скоростей выпадения, практически имеющие место вотстойниках), т. е. S — A/B. Так как в этом диапазоне скоростей криваявыпадения взвеси (V.16) может быть принята за прямую, при помощи величин А яВ могут быть получены скорости выпадения «, соответствующие требуемомупроценту р задержания взвеси отстойником.  

В практике очистки воды осаждение взвеси осуществляется вспециальных сооружениях — отстойниках.

Под отстаиванием в строгом смысле слова понимаетсяосаждение взвеси из воды, находящейся в покое. Осуществление такого процесса(«периодического отстаивания») в практике очистки воды крайне неудобно, таккак требует периодического наполнения и опорожнения отстойных бассейнов.Поэтому применяют так называемое непрерывное отстаивание, при которомосветляемая вода непрерывно проходит с малыми скоростями через отстойники, вкоторых происходит   осаждение взвеси.

В настоящее время применяют отстойники трех типов,различаемые по направлению движения воды в них: горизонтальные, вертикальныеи радиальные.