Теоретичні основи процесу осадження

Загальна маса завислих в воді домішок і коагульованих пластівців видаляється відстоюванням. На швидкість руху частинок зависі, які осаджуються в нерухомої рідині під дією сили тяжіння, впливають: форма та розмір частинок, їх густина та коефіці­єнт опору рідини руху частинки.

Розрізняють завись:

· монодисперсну, яка складається з частинок приблизно однакової гідравлічної крупнисті;

· полідисперсну, яка складається з частинок різного розміру, гідравлічна крупність яких змінюється в значних межах.

Для монодисперсних кулеподібних частинок діаметром сі в нерухомої рідині швид­кість вільного падіння показують рівнянням:

де g — прискорення сили тяжіння; р_ч,р_ж - відповідно густини

 

частинки та рі­дини; К_ш – коефіцієнт опору падаючої кулеподібної частинки;

 

d – діаметр кулеподібної частинки, мм.

Для дуже малих частинок, які осаджуються з невеликою швидкістю (при Re>20), коли на опір руху частинки діють тільки сили тяжіння, коефіцієнт опору дорівнює:

 

.

Швидкість вільного падіння такої частинки описується рівнянням Стокса:

Рівняння Стокса має обмеження:

1) Розмір частинок d<0,1 мм;

2) 20<Re<500;

3) В процесі осадження частинка не змінює своєї форми і розмірів;

4) Частинки мають сферичну, або шароподібну форму.

Коефіцієнт опору при 20 < Re < 500 показується формулою:

Зі збільшенням швидкості осадження і розмірів частинок (Re> 500) при об­тіканні їх рідиною виникає турбулентність; на коефіцієнт опору сили в'язкості діють незначно, він становиться незалежним від числа Рейнольдса і дорівнює 0,4. Рівняння швидкості вільного падіння кулеподібної частинки в цих умовах записується так:

На швидкість осадження частинок значно впливає густина частинок твердої фази.

Швидкість осадження в воді не кулеподібних частинок в порівнянні з куле­подібними значно менше. В зв'язку з тим, що на коефіцієнт опору впливає фор­ма частинки, в рівняння коефіцієнта опору кулеподібної частинки вводять кое­фіцієнт форми:

де К_н — коефіцієнт опору при осадженні не кулеподібної частинки; Кф - кое­фіцієнт форми.

Більшість зависей, які зустрічаються в природній воді, а також утворюються в процесі очистки, неоднорідні за формою, розміром та масою.

При здійсненні поршневого відстоювання в циліндрі, який має достатньо висоту і діаметр (посудина об’ємом не менше 1 дм³.), зазвичай спостерігається формування чотирьох зон (рисунок 4.1). В деякі моменти зони b і c зникають – це і є критична точка. Залежність висоти між фазної границі a-b від часу описується кривою Кінша [4].

а – зона освітлення, в якій рідина прозора;

b – зона однорідної суспензії, має такий же зовнішній вигляд, як і вихідна, з утворенням чіткої границі a-b;

с – перехідна зона, не завжди чітко виражена;

d – зона зниження осаду, рівень якого спочатку швидко росте, після чого починає швидко знижуватися.

Рисунок 4.1 – Відстоювання. Крива Кінша.

Фундаментальна гіпотеза Кінша (рисунок 4.2) полягає в наступному: швидкість осідання конкретної частинки залежить лише від локальної концентрації С цих частин. Між точками А і В границя поділу виражена більш чи менш чітко: це фаза поділу коалесценції флокул. В деяких випадках ця фаза відсутня. Прямолінійна ділянка між точками В і С відповідає постійній швидкості осадження V₀ (нахил прямолінійної швидкості). Величина V₀ залежить від вихідної концентрації і від параметрів флокуляції суспензії. При збільшенні вихідної концентрації С₀ швидкість осадження V₀ маси знижується. Криволінійна ділянка CD відповідає поступовому зниженню швидкості осідання верхнього шару осаду. Починаючи з точки D флокули тиснуть на нижчі шари осаду.

Рисунок 4.2 – Крива Кінша.