Реферат: Осветление воды осаждением

Осаждение взвешенных частиц происходит под действием силы тяжести. Современные конструкции отстойников, применяемые для осветления воды, являются проточными, так как осаждение взвеси в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. Поэтому скорости движения воды в отстойниках должны быть малы; они измеряются десятыми долями мм/с в вертикальных отстойниках и несколькими мм/с — в горизонтальных, тонкослойных и радиальных. При таких малых скоростях поток почти полностью теряет свою так называемую транспортирующую способность, обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Осаждение взвеси в потоке, движущемся с весьма малой скоростью, почти полностью лишенном транспортирующей способности, подчиняется, по В. Т. Турчиновичу, с известным приближением законам осаждения в неподвижном объеме жидкости. Эти законы хорошо изучены применительно к явлению осаждения зернистой агрегативно устойчивой взвеси, частицы которой в процессе осаждения не слипаются друг с другом, не изменяют своих форм и размеров. Осаждение неустойчивой взвеси, способной агломерироваться, слипаться в процессе осаждения, изучено в меньшей степени.

Оба явления имеют практическое значение для отстойников, применяемых в технологии очистки воды. Первое — для отстойников, используемых при осветлении мутных вод в качестве первой ступени процесса очистки воды, или для грубого осветления воды при водоснабжении промышленных предприятий. Второе — для отстойников, в которых происходит осаждение коагулированной взвеси.

Седиментация зернистой взвеси подчиняется более простым закономерностям, чем неустойчивой взвеси, но эти же закономерности с определенными допущениями применяют для расчета осаждения и неустойчивой взвеси. Поэтому прежде рассмотрим осаждение зернистой взвеси, которое описывается линейным законом Стокса:

Fc = 3 πηud ,

где Fс — сила сопротивления; η — вязкость жидкости; и — скорость осаждения частицы; d— диаметр частицы. Этот закон определяет величину силы сопротивления, которую испытывает частица при своем падении в жидкости; сила сопротивления изменяется пропорционально скорости, т. е. по линейному закону. Закон Стокса, как показывает опыт, справедлив для частиц очень малого размера, осаждающихся с малой скоростью (ламинарный режим), когда на сопротивление движению оказывают влияние только силы вязкости. С' увеличением размера и скорости осаждения частиц линейный закон нарушается. Это вызывается возникновением турбулентности при обтекании движущейся частицы жидкостью, когда помимо вязкости на движение частицы начинают оказывать влияние инерционные силы.

В более общем виде закон сопротивления при падении частицы в жидкости может быть представлен в форме, предложенной Ньютоном-Рэллем:

Fc=ψρlu2d2,

где ψ — коэффициент сопротивления; ρ— плотность жидкости; d , — диаметр частицы, определенный как диаметр равновеликого по объему шара.

Коэффициент сопротивления ψ зависит от числа Рейнольдса:

Rec=ρlud/η

При рассмотрении осаждения частиц в жидкости исходим из допущения, что их движение равномерное, что подтверждается экспериментально. Следовательно, силы, действующие на частицу, уравновешены. Этими силами являются сила тяжести, равная массе частицы в жидкости, и сила сопротивления. В самом начале — движение ускоренное, а с увеличением скорости падения растет сила сопротивления и очень скоро наступает момент, когда силы, действующие на частицу, уравновешиваются. Сила тяжестиG или масса частицы в жидкости т равна:

где ρ2 — плотность частицы;g — ускорение свободного падения.

Приравнивая силу сопротивления по формуле к силе тяжести по формуле, получим

откуда

По формуле вычисляют значения коэффициента сопротивления при осаждении частиц.

ЗависимостьW = f ( Rec ) устанавливается опытным путем. Обширные экспериментальные данные по седиментации зерен песка и гравия в воде были собраны и обобщены А.П. Зегжда. Обобщение экспериментального материала о сопротивлении шаров сделано Л.И. Седовым, Д.М. Минцем. На рис. 8.1 приведены кривые зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса, построенные по экспериментальным данным. Кривые даны в логарифмической анаморфозе. Как видно, из приведенных графиков, экспериментальные кривые охватывают широкую область изменения чисел Рейнольдса, а, следовательно, размеров частиц и скоростей их осаждения.

Рис. 8.1. График lgψ = f(lgRe3) для свободно падающих в воде частиц.

1 - для песка и гравия (по А. П. Зегжда); 2 — для шаров (по Л.И. Седову)

При малых значенияхRec (область малых частиц и малых скоростей) зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса выражается прямой, направленной под углом 45° к осям ординат и описываемой уравнением

где lgA— ордината прямой при lgRec = 0. Тогда

ψ = A / Rec .

Подставляя сюда значениеRec и ψ получим для силы сопротивления падению зерна

Fc = Aηud ,

т. е. закон Стокса, где А = Зπ.

Подставляя значение А получим

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--