1.7.2. Отстаивание воды

На характер осаждения частиц взвеси влияют их размер и форма, режим движения осветляемой воды и ее вязкость. При коагулировании часто приходится иметь дело с осаждением агрегативно-неустойчивой взвеси, частицы которой в процессе осаждения меняют свою структуру и размеры. Все это крайне затрудняет математическое описание законов осаждения взвеси и получение точных методов расчета отстойников.

Основной величиной, которую следует знать при расчете отстойников, является скорость выпадения взвеси, которая зависит от вязкости жидкости.

Как известно, скорость выпадения частиц в стоячей воде при температуре 10 °С называют гидравлической крупностью частиц. Величина частиц любой формы может быть условно выражена через теоретический (эквивалентный) диаметр. Эквивалентным диаметром называется диаметр частицы шарообразной формы, которая имеет ту же гидравлическую крупность, что и данная частица произвольной формы.

Скорость выпадения частиц произвольной формы в стоячей воде можно определить по следующей формуле

где  и _o – соответственно плотность частицы и воды;

g – ускорение силы тяжести;

W – объем частицы;

 - коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса;

d – эквивалентный диаметр частицы.

Для частицы произвольной формы, имеющей эквивалентный диаметр d, объем частицы равен

.

Поэтому формула (1.46) принимает вид

Для частиц весьма малого размера величина коэффициента сопротивления  обратно пропорциональна скорости выпадения частицы:

Подставив значение коэффициента  в формулу (1.47), получим формулу Стокса:

Приведенные выше выражения для скорости выпадения частиц могут быть использованы лишь для случая монодисперсной взвеси, т.е. когда частицы, замутняющие воду, имеют одинаковые размеры.

Обычно при осаждении как естественной, так и коагулированной взвеси приходится иметь дело с полидисперсной взвесью, отличающейся большим диапазоном размеров частиц. Для такой взвеси характеристики осаждения получают эмпирическим путем в результате лабораторных исследований осаждения частиц. На рис. 1.14 в качестве примера представлен графический материал результатов лабораторных исследований осаждения полидисперсной взвеси.

Рис. 1.14. Графики выпадения частиц полидисперсной взвеси

а) -зависимость интенсивности выпадения от времени; б) - зависимость между количеством выпавшей взвеси и соответствующей скоростью

Осаждение взвеси осуществляется в специальных сооружениях – отстойниках, через которые осветляемая вода непрерывно проходит с малыми скоростями.

В настоящее время применяют отстойники трех видов, различаемые по направлению движения воды в них: горизонтальные, радиальные и вертикальные.

На рис. 1.15 и 1.16 показаны схемы горизонтального и вертикального отстойников.

Рис. 1.15. Схема горизонтального отстойника

Рис. 1.16. Схема вертикального отстойника

Горизонтальный отстойник представляет собой резервуар прямоугольного сечения, продольная (более длинная) ось которого направлена по движению воды. Осветляемая вода из камеры хлопьеобразования по трубе 1 направляется в распределительный желоб 2, имеющий ряд отверстий, служащих для более равномерного распределения потока воды по сечению отстойника. Скорость движения воды в этих отверстиях не должна превышать 0,4 м/с. Осветленная вода поступает в другой желоб 3 и из него по трубе 4 отводится на фильтры. Осевшие частицы (шлам) скапливаются на дне, имеющем уклон в направлении, обратном движению воды.

Время отстаивания Т для горизонтальных отстойников принимают для коагулированной смеси не более 4 ч.

Вертикальные отстойники (рис. 1.16) представляют собой круглый в плане (иногда квадратный) резервуар с коническим днищем и центральной трубой, в которую подается осветляемая вода из камеры хлопьеобразования.

При выходе из центральной трубы в отстойник вода движется вверх с малой скоростью и сливается уже осветленной через борт концентрически расположенного желоба, откуда отводится на фильтр. Выпадающий на дно отстойника осадок периодически удаляется. Скорость протекания воды в центральной трубе принимают от 30 до 75 мм/с. Время отстаивания воды в отстойнике Т=2 ч. Скорость восходящего движения воды составляет 0,5…0,5 мм/с.

Диаметр отстойника не должен превышать 12 м, а отношение диаметра к высоте отстойника обычно принимают не более 1,5.