Контрольные вопросы
От каких факторов зависит скорость осаждения взвешенных веществ?
Формулировка и математическое выражение закона Стокса.
Что называется моно- и полидисперсной системой?
Что называется оседающими веществами?
Для чего производят их определение?
Как производится определение оседающих веществ?
Как выражаются результаты определения оседающих веществ?
Графическое изображение осаждения взвеси в моно- и полидисперсной системе. Какая из этих кривых характеризует осаждение оседающих веществ для сточных и природных вод?
Какую часть составляют оседающие вещества от взвешенных веществ (по весу) в сточных водах?
Содержание оседающих веществ в городских сточных водах (в мг/л).
.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э.ЦИОЛКОВСКОГО
Кафедра «Промышленная экология и безопасность производства»
Лабораторная работа по Промышленной экологии
«Осветление воды фильтрованием»
Составители: Кривошеин Д.А.
Федотова Н.В.
Москва 2011
Лабораторная работа
«Осветление воды фильтрованием»
Процесс осветления сточных вод фильтрованием относится к механическим способам их очистки, при котором из этих вод выделяются нерастворимые примеси.
Фильтрованием суспензий называют процесс отделения твердых нерастворимых частиц от жидкости путем ее пропускания через пористую фильтровальную перегородку или слой дисперсного материала, на поверхности которого или в порах задерживаются твердые частицы. Прошедшую через фильтр жидкость называют фильтратом, а выделившиеся твердые частицы - осадком.
Для осветления сточных вод их обычно пропускают через слой сыпучего материала (кварцевого песка, гранитного щебня, дробленого антрацита и керамзита и других материалов). Возможно также использование и других фильтровальных устройств: сетчатых фильтров и микрофильтров, напорных фильтров и фильтров с плавающей загрузкой.
Цель работы: 1. Определить производительность насыпных фильтров с различной загрузкой (песок, катионит КУ-2). 2Определить скорость процесса фильтрования. 3. Оценить качество очистки воды (определение прозрачности фильтрата.
Используемая аппаратура: лабораторная фильтровальная установка, лабораторный цилиндр для определения прозрачности воды: (по методу Снеллена).
Описание лабораторной фильтровальной установки: установка для осветления воды фильтрованием состоит из миксера для приготовления суспензии (1), которую готовят путем перемешивания порции твердой фазы (измельченного мела в воде). Готовую суспензию из миксера (1) по шлангам (2) перекачивают в напорный резервуар (3), используя вакуумный насос (4). Включение и выключение насоса осуществляют с помощью пульта (5). Из напорного резервуара (3) по шлангу (6) суспензия поступает на фильтрование в насыпной фильтр (7) или (8), после которого определяют прозрачность фильтрата используя лабораторный цилиндр (9).
Рис 2.1 Схема лабораторной фильтровальной установки
Порядок работы:
Определение
производительности насыпных фильтров
и скорости фильтрования: для
определения производительности
насыпных фильтров используют уравнение
фильтрования при постоянной разности
давлений
,
которое может быть записано в следующем
виде:
(2.1)
где
— объем фильтрата, м3;
—продолжительность
фильтрования, с;
— сопротивление фильтровальной
перегородки, м-1;
— поверхность фильтрования, м2;
— удельное сопротивление слоя осадку
м-1;
— отношение объема осадка к объему
фильтрата;
— динамический коэффициент вязкости
жидкой фазы суспензии, Па·с;
— разность давлений, Па.
При проведении постоянных расчетов постоянные в предыдущем уравнении объединяют, в результате чего получают преобразованное уравнение:
(2.2)
где
,
а
Скорость
фильтрования
в данный момент определяется по уравнению:
(2.3)
где — скорость фильтрования м3/м2с.
Видоизмененное уравнение:
выражающее
прямолинейную зависимость между
величинами
и
применяется для определения
и
по экспериментальным данным.
Для
этой цели откладываются по оси абсцисс
измеренные значения
,
,...,
,
а по оси ординат — соответствующие
измеренные значения
,
,....,
.
Рис
2.1. Зависимость
от
Проведя по экспериментальным точкам прямую, находят затем и из уравнений:
,
.
Используя полученные и рассматривают процесс фильтрования по уравнению (2) или скорость фильтрования по уравнению (3).
Кусковый мел измельчают в ступке, просеивают через сито (размер отверстий 100 мкм), загружают в миксер (1) из расчета 100-125 мг/л и заливают водой. Суспензию мела готовят в течение 10 минут, после чего ее, используя шланг (2) с помощью вакуумного насоса (4) перекачивают в напорный резервуар (3). Насос (4) включают посредством пульта (5).
Суспензию
через шланг (6) подают вначале на фильтр
с песчаной загрузкой (7), а затем на фильтр
с ионитовой загрузкой и после этого на
фильтр с угольной загрузкой (8). С помощью
мерного цилиндра (9) измеряют объем
фильтрата, прошедшего через фильтр за
определенные промежутки времени. Для
повышения точности измерений рекомендуется
получить 4-5 точек, по которым в координатах
строится прямая, координаты
и
,
по которым рассчитывается производительность
каждого из насыпных фильтров и скорость
фильтрования по уравнениям (2) и (3).
Результаты опытов заносятся в таблицу.
Измерения рекомендуется проводить через каждые 5-7 минут после начала фильтрования.
Таблица 2.1
Вид загрузки |
Объем фильтрата, дм3 |
Продолжительность фильтрации , мин |
|
, дм3/м2 |
,
|
, |
Песок |
|
|
|
|
|
|
Катионит |
|
|
|
|
|
|
Активированный уголь |
|
|
|
|
|
|
,
мин/дм3
По полученным данным необходимо также рассчитать продолжительность фильтрования 100 дм3 суспензии через насыпной фильтр с песочной загрузкой и с загрузкой КУ-2 из катионита.
Определение качества фильтрата: качество фильтрата определяют при помощи шрифта (метод Снеллена). Измерительный цилиндр Снеллена - стеклянный цилиндр с плоским дном, высотой 30-35 см, диаметром 2,5-3 см. Цилиндр градуирован в сантиметрах на высоту 30 см от дна. Прозрачность выражают в сантиметрах высоты столба воды.
Ход работы: полученный фильтрат наливают в измерительный цилиндр на высоту, предположительно отвечающую прозрачности воды, затем ставят цилиндр неподвижно над стандартным шрифтом так, чтобы он находился в 4 см от дна. Добавляя воду из цилиндра, находят предельную высоту столба, при которой чтение шрифта еще возможно.
Определение проводят в хорошо освещенном помещении, но не на прямом солнечном свету, на расстоянии ~ 1 метра от окна. Прозрачность выражают в сантиметрах высоты столба воды с точностью до 0,5 см. Результаты опытов заносят в таблицу 2.
Таблица 2.2
Вид загрузки фильтра |
Прозрачность воды, см. |
Песок |
|
Катионит КУ-2 |
|
Активированный уголь |
|
По полученным данным делают обоснованные выводы об эффективности работы каждого из насыпных фильтров. Более эффективной считается работа того фильтра, который обеспечивает большую прозрачность воды.