Видалення зважених та грубодисперсних домішок із води

Стічні води являються гетерогенними системами,у яких розмір зважених частинок змінюється від 10 ̶ 50 мкм до 0,001 ̶ 0,1 мкм.

На частинку,що знаходиться у воді діє сила R₀

де W ̶ об’єм частинки;

̶ густина твердої фази;

̶ густина рідкої фази;

̶ сила прискорення.

Якщо R₀ > 0,то частинка осідає та система буде седиментаційно нестійка. Найпростіший кількісний опис процесу осадження являється формула Стокса. Частинка,що осаджується в реальній воді,зазнає опору:

де d ̶ еквівалентний діаметр частинки;

̶ в’язкість середовища;

̶ швидкість руху частинки,що обраховується за формулою:

У цьому виразі швидкість руху частинки прямопропорційна діаметру.

Для закону Стокса існують деякі обмеження у його застосуванні:

1.Середовище, в якому рухається частинка, повинно являти собою в’язку гідродинамічну рідину,що не стискається.

2.Частинки дисперсної фази повинні бути більшими за частинки дисперсного середовища.

3.Частинки повинні бути гладкими,твердими,шароподібними.

4.Частинки,що осідають,повинні досягти до моменту початку осадження постійної швидкості.

5.Осадження повинно відбуватися у необмеженому просторі (віддаленно від стінок та дна посудини).

6.На межі між частинкою,що рухається та середовищем не повинно бути ковзання.

7.Частинки повинні рухатися повільно.

8.Осідання частинок обумовлюється їх густиною,тобто частинки не повинні мати на поверхні багатошарових сольватних шарів.

При осіданні частинок неправильної форми за формулою Стокса,виходячи із швидкості осадження,можна визначити еквівалентний діаметр рівновеликих кулеподібних частин,що осідають з тією ж швидкістю,що і реальні частинки.

З цього рівняння видно,що:

де С ̶ константа.

Зі збільшенням розміру частинок,швидкість їх осадження різко зростає. Застосування закону Стокса обмежується системами,діаметр частинок яких не більше 0,1 мм. Крупніші частинки осідають не в ламінарному,а турбулентному режимі. Тоді залежність має інший характер.

При d = 0,125 ̶ 0,6 мм

.

При d = 0,6 ̶ 2 мм

.

При d > 2 мм

.

При підвищенні температури швидкість осадження зростає та пропорційна величині

Велике значення при осадженні зависі має густина частинок. Оскільки,дисперсна фаза виробничих стічних вод являє собою комплекс різнорідних частинок з різною густиною. Тому, у виразі закону Стокса необхідно враховувати густину всіх присутніх частинок.

На практиці майже завжди приходиться мати діло з полідисперсними зависями. У цьому випадку осадження ускладнюється тим,що осіданні частинок здійснюється з різною швидкістю. Тоді крива «накопичення маси осаду у часі» має вигляд:

Седиментаційна крива виражає характер зміни маси осаду Q, що накопичується, у часі . Чим крутіша крива,тим однорідніший склад суспензії. Внаслідок того,що визначити діаметр частинок на практиці важко, для їх характеристики ввели поняття гідродинамічна крупність частинок ― швидкість випадання частинок при t = 10°С,виражена у мм/с.

Залежність швидкості осадження від ефективності діаметра частин можна продемонструвати наступними цифрами: при гідравлічній крупності 0,98 ― d_екв=0,008мм,при гідравлічній крупності 0,154 ― d_екв=0,01мм.

Фільтрування

Фільтри за своєю природою поділяють на:

1. Тканинний або сітчаті;

2. Каркасні або намивні;

3. Зернисті (пісок)

Найбільш широко використовуєтсья зернове навантаження.

Фільтри із зернистим навантаженням:

· Зернисті зі швидким фільтрування

ü повільні ;

ü швидкі ;

ü надшвидкі фільтри

· По тиску, під яким працюють

ü відкриті(безнапірні);

ü напірні.

· За напрямком фільтрування потоку, що фільтрується

ü однопоточні (звичайні швидкі фільтри);

ü Ддвопоточні (фільтри АКХ, фільтри ДДФ);

ü багатопоточні.

· За крупністю фільтруючого матеріалу

ü мілко-;

ü середньо-;

ü крупнозернисті.

· За кількістю фільтруючих шарів

ü одношарові;

ü двошарові;

ü багатошарові.

Вимоги до зернистого навантаження:

1. Висока механічна міцність.

2. Хімічна стійкість.

3. Певний фракційний склад, який забезпечує правильний гідравлічний режим роботи фільтра.

Затримання зависей у зернистому матеріалі пояснюєтсья причинами:

1. адгезія — «прилипання» зависей на поверхні частин зернистого шару;

2. механічне затримання частинок зависей в щілинах.

Адгезія зависей на поверхні обумовлена силами Ван - дер- Ваальса. Також електростатичною взаємодією.

При русі частинок до поверхні зерен фільтруючого шару, на них діють сили ― графітаційна та інерційна. Сили інерції збільшуюютсья з підвищенням швидкості течії рідини.Але при малій швидкості більшу роль грають сили тяжіння.Частинки, які прилипли до поверхні задають руху фільтруючої рідини.

Згідно теорії Мінса: при рівності числа частин, що поступають в одиницю часу на поверхню зерен фільтруючого шару і покидаючих її, наступає насичення поверхні зерен фільтруючого шару.

 

 

Час протягом якого дана загрузка здатна освітлювати воду до заданої степені називається часом захисної дії.

Загрузки (фільтруючий матеріал)

1. Найбільш поширені фільтруючі матеріали є кварц та пісок.

· Річковий (більш чистий).

· Кар’єрний.

2. Подрібнений антрацит — використовується у якості верхнього шару завантаження, він хімічно- та міцностійкий.

Для завантаження фільтрів використовується антрацит з характеристиками

· Зольність до 10%;

· Вміст загальної сірки до 2%;

· Стирання до 1%;

· Здатність до подрібнення до 5%.

3. Використання мрамурної крошки, якщо треба вапнувати воду.

4. Керанцит (подрібнений і неподрібнений) — гранульований пористий матеріал, який отримується випалюванням глини. Мають більш розвинену поверхню.

5. Горілі породи — вуглецеві породи, звичайно виникають при підземних пожежах.

6. Вулканічні шлаки — утворюються від скупчення газів у рідкій застиглій лаві.

7. Шунгизит (близький до дрібленого керамзиту).

8. Доменні пічні шлаки (промислові).

9. Полімери для фільтрів з плаваючим завантаженням (пінополістирол).