Извлечение примесей воды осаждением

 

Теоретические основы процесса осаждения

Основная масса взвешенных частиц в воде удаляется отстаиванием. Различают монодисперсную (частицы одинаковой гидравлической крупности) и полидисперсную взвесь. Скорости движения воды в отстойниках малы (десятые доли мм/с), вода практически полностью теряет свою транспортирующую способность. Осаждение взвеси в таком потоке подчиняется законам осаждения в покоящемся объёме жидкости.

В неподвижной жидкости на осаждающуюся частицу действует:

1. Выталкивающая сила

W – объём частицы, - плотность.

2. Сила сопротивления при падении частицы в жидкость (закон Ньютона-Рэлея)

- коэффициент сопротивления, является функцией Рейнольдса

3. Сила гравитации

Для монодисперсных шарообразных частиц диаметром d скорость свободного осаждения в неподвижной воде выражается уравнением:

-коэффициент сопротивления шарообразной частицы.

При Re<0,2 на частицу действует только F гравитации (ламинарный режим)

Скорость свободного падения такой частички описывается уравнением Стокса:

Для более крупных частиц Re>2

- сопротивление падению

При осаждении сила сопротивления равна силе тяжести

Определив К для частиц любого размера можно определить гидродинамические характеристики падающей частицы, коэффициент сопротивления и критерий Re, что позволит определить скорость осаждения

Скорость осаждения частицы при 10 называют гидравлической крупностью, которую находят экспериментально.

Для монодисперсной взвеси количество выпавшего осадка за время

А – площадь цилиндра, с – концентрация исходной взвеси

- массовое содержание взвеси в единице объема

Относительное количество выпавшей взвеси

Строят график зависимости выпадения осадка

- кривая

 

Монодисперсная

Полидисперсная

Эффект осаждения может быть рассчитан по концентрации взвеси в исходной и осветлённой воде.

при

Из графика находим , затем из соотношения подобия

, так как

При осаждении устойчивой взвеси продолжительность пребывания воды в отстойнике во столько раз больше продолжительности осаждения в цилиндре во сколько раз высота зоны осаждения больше высоты слоя в цилиндре.

Для неустойчивой коагулирующей взвеси при расчёте отстойников следует использовать уравнение

 

 

Седиментационный анализ при определении размеров взвешенных частиц в сточной воде выполняется с использованием торзионных весов, плотность осадка определяется весовым методом.

 

Рисунок 1 – Торзионные весы

1–металлическая опора; 2 – тренога; 3 – опорные винты; 4 – шкала для взвешивания; 5 – указатель веса; 6 – рычаг натяжения; 7 – указатель равонвесия; 8 – тарировочная головка; 9– коромысло; 10– крюк; 11– крышка; 12– закрепительный рычаг; 13– регулятор уровня.

Весовой метод седиментационного анализа заключается в определении скорости накопления осадка на чашечке весов. По экспериментальным данным строится график зависимости относительной массы осадка от времени, так называемая накопительная кривая , где Q-масса осадка накопившегося за время , в % от общей массы частиц в суспензии. На основании накопительной кривой строится график зависимости Q/ r_с= – дифференциальная кривая, пик на этой кривой соответствует среднему радиусу частиц в суспензии.

Радиус частиц определяется по формуле Стокса:

d_эк= ,

где - вязкость жидкости, Па с; - разность плотностей дисперсионной и дисперсной фаз, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с²; W_ос – скорость осаждения, м/с.

По экспериментальным данным строится график зависимости накопленной массы осадка от времени, так называемая накопительная кривая (рисунок 2), где Q – масса осадка накопившегося за время , в % от общей массы осевших частиц. На основании накопительной кривой строятся дифференциальная и интегральная кривые (рисунок 3), пик на дифференциальной кривой соответствует среднему радиусу (r), а интегральная кривая (рисунок 4) показывает содержание частиц данного радиуса (r) в суспензии.

 

Рисунок 2 – Накопительная кривая

Рисунок 3 –Дифференциальная кривая

Рисунок 4 –Интегральная кривая