2. Отстаивание

   1. Закономерности осаждения взвесей в воде

Отстаивание применяют для выделения из сточных вод твердых или жидких примесей под действием гравитационных сил. Для этого используют различные аппараты и сооружения: песколовки, первич- ные и вторичные отстойники, нефтеловушки, илоуплотнители и др.

Современные конструкции сооружений по отстаиванию являют- ся, как правило, проточными и осаждение взвесей в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. Скорости движе- ния воды при этом должны быть малы, а поток почти полностью ли- шен, так называемой, транспортирующей способности. Осаждение взвеси в таком потоке подчиняется с известным приближением зако- нам осаждения в неподвижном объеме жидкости. Эти законы хорошо изучены только применительно к осаждению зернистой агрегативно устойчивой взвеси.

Основным параметром, на основании которого рассчитывают размеры отстойной аппаратуры, является скорость осаждения взве- шенных частиц в непроточной воде при постоянной температуре (гид- равлическая крупность U_о).

Как правило, сточные воды, содержащие взвешенные примеси,

имеют частицы различной формы и размера. На характер осаждения частиц влияют их размеры, форма, плотность, степень шероховатости их поверхности, режим движения воды и ее вязкость, условия обтека- ния и сопротивления среды и др.

Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов оса- ждения шарообразных частиц скорость свободного осаждения вычис-

Re_o 

Ar _,

ляют из формулы:

где Re_о=U_od/_в - число Рейнольдса; Ar=d³_в²g(_ч-_в)/²_в_в - число Архимеда.

При отстаивании мелких частиц или частиц малой плотности, осаждающихся с малой скоростью (Re  1), когда на сопротивление движению частицы влияет только сила гравитации, скорость падения шарообразной частицы описывается уравнением Стокса:

2

o

U  ^d

( _ч  _в ) _g,

18

в

где d - диаметр частицы; _ч, _в - плотность соответственно частицы и воды; _в -

вязкость воды.

Сточные воды представляют собой полидисперсные агрега- тивно-неустойчивые системы, в которых наблюдается стесненное оса- ждение, сопровождающееся столкновением частиц, трением между ними, изменением их формы, плотности и других физических свойств. Скорость стесненного осаждения меньше скорости свободного осаж- дения вследствие возникновения восходящего потока жидкости и большей вязкости среды.

Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно изме- няется во времени. Для таких систем кинетика осаждения устанавлива- ется экспериментально и характеризуется кривой осаждения взвеси (рис.12.5).

Кривые выпадения взвеси характеризуют ее гранулометрический состав и поведение при отстаива- нии. Чем круче начальный участок кривой, тем больше крупность и неоднородность взвеси и тем скорее она оса- ждается.

Эффект отстаивания определяется по формуле:

Рис.12.5. Кинетика осаждения взвеси

С  С

Э  ^{н к} 100%,

С_н

где С_н, С_к - соответственно начальная и конечная концентрации взвешенных веществ в воде.

Расчетные параметры от-стойников (скорость осаждения взве- си и продолжительность пребывания воды в отстойнике) определяют путем технологического моделирования в лабораторных условиях.

Основой методики моделирования является подобие кривых вы- падения взвесей, получаемых при различных высотах слоя воды:

Т/t=H/h,

где t, T, h, H - соответственно время осаждения взвеси и высота слоя воды при моделировании в лаборатории и в реальных условиях.

Для агломерирующихся взвесей указанная зависимость стано- вится непрямолинейной и выражается соотношением:

T/t=(H/h)ⁿ,

где n=0,2-0,5 - показатель степени, отражающий влияние агломерации в про- цессе осаждения.

Гидравлическая крупность, соответствующая заданному эффекту осветления в цилиндре - отстойнике с высотой столба воды h, равной высоте проектируемого отстойника Н, может быть найдена по соотно- шению:

_{U } 1000  K  H _,

t( K  H / h )ⁿ

где К - коэффициент использования объема сооружения.

При температуре реальной сточной воды:

U_o=U(_л/_п),

где _л, _п - вязкость воды в лабораторных и производственных условиях.