1.3. Технологическое моделирование процессов осветления

Исходные данные для проектирования отстойников получают опытным путем на реальных природных и сточных водах. Моделирование заключается в определении в лабораторных условиях расчетных параметров отстойников: скорости осаждения взвеси, продолжительности пребывания воды в отстойнике, обеспечивающей заданные величины осветления.

Экспериментальные данные изображают в виде зависимости между продолжительностью отстаивания и количеством выпавших веществ в цилиндре с конической донной частью. Методика основана на подобии кривых осаждения взвеси, получаемых при различных высотах столба исследуемой воды. Такое подобие является точным при осаждении агрегативно устойчивой взвеси и приближенной при осаждении агрегативно неустойчивой взвеси, скоагулированной взвеси. В цилиндрах с небольшой высотой продолжительность опыта, в течение которого достигается определенное осаждение, значительно сокращается в сравнении с продолжительностью осаждения в отстойниках. Это позволяет сократить время эксперимента и быстро определить необходимые параметры для расчета отстойников.

Определив в экспериментах кривую осаждения взвеси при известной высоте столба (h), рассчитывают эффект осветления и степень осветления (). Степень осветления определяют по изменению концентрации взвеси в исходной и в осветленной воде. Последняя регламентируется требованиями технологического процесса или требованиями к составу сточных вод, сбрасываемых в водоемы:

где  – степень осветления, с₀ и с - концентрации взвеси в исходной и осветленной воде. По величине степени осветления с помощью кривой осаждения (седиментационная кривая) определяют требуемую продолжительность осаждения .

Для расчета отстойников используют условие подобия

при постоянном давлении. Формула показывает, что при осаждении устойчивой взвеси продолжительность пребывания воды в отстойнике ( ) во столько раз больше продолжительности осаждения в цилиндре ( ), во сколько раз высота зоны осаждения отстойника (h₁) больше высоты слоя воды в цилиндре (h).

Для агломерирующихся в процессе осаждения частиц время осаждения не пропорционально высоте цилиндров. Отношение разных глубин осаждения агрегирующихся взвесей выражается соотношением

(1.9)

Для скоагулированных хлопьев при очистке природных вод n равно 0,5, для взвесей сточных вод газоочистки – 0,45, для взвесей городских сточных вод – 0,25.

Для оценки величин скоростей осаждения приведем некоторые примеры. В границах применимости линейного закона Стокса критическое значение критерия Рейнольдса равно 1. При 10⁰С для частиц песка (плотность 2,6 г/см³) критическое значение критерия Рейнольдса соответствует размеру частиц 0,12 мм и скорости осаждения 11 мм/с. Для рыхлых хлопьев, имеющих плотность порядка 1,002 г/см³ при той же температуре, критическое значение Rе соответствует диаметру частицы 1,2 мм и скорости осаждения 1,1 мм/с.

Современные конструкции отстойников, применяемые для осветления сточных вод, обычно проточные и осаждение взвесей в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. При малых скоростях потока осветляемой воды он почти теряет так называемую транспортирующую силу, обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Поэтому скорость движения воды в отстойниках должна быть малой. В вертикальных отстойниках она принимается в десятых долях мм/с, а для горизонтальных. радиальных и тонкослойных - в несколько мм/с. При этих условиях осаждение агрегативно устойчивой зернистой взвеси подчиняется законам осаждения взвесей в неподвижном слое. Осаждение неустойчивых взвесей, способных слипаться, агломерироваться в процессе осаждения, изучено в меньшей мере.