Главная » Публицистика

0 ... 83 84 85 86 87 88 89 ... 159

лу с общим выражением силы сопротивления жидкости, получим выражение для коэффициента сопротивления при линейном законе

PqUcL Re

т. е. коэффициент ф может быть выражен в функции числа Рейнольдса. Подставив это выражение ф в полученную выще основную формулу для скорости выпадения, получим

gi9 - 9o) и - ----аР-,

т. е. получим известную формулу Стокса.

При увеличении диаметра осаждающихся частиц и скорости их выпадения, т. е. с увеличением числа Re (при Re>>l), как видно из рис. V.13, линейный закон сопротивления нарущается. При дальнейшем увеличении числа Re кривая ф = f(Re) постепенно переходит в прямую, параллельную оси абсцисс, т. е. значение ф становится постоянным, не зависящим от Re. Таким образом, при больших значениях Re мы имеем дело с квадратичной областью сопротивления, когда сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости выпадения.

Следует отметить, что и в этой области коэффициент сопротивления будет зависеть от формы осаждающихся частиц.

При уменьшении температуры воды ее вязкость р, увеличивается, и поэтому скорость выпадения и будет меньше в холодной воде и боль-щей в теплой (что легко видеть из полученной формулы).

Приведенные выражения для скорости выпадения могут быть практически использованы лишь для случаев монодисперсной взвеси, т. е. когда частицы, замутняющие воду, имеют одинаковые (или весьма мало колеблющиеся) размеры.

Так как обычно при осаждении как естественной, так и коагулированной взвеси приходится иметь дело с полидисперсной взвесью с большим диапазоном размеров частиц, характеристики осаждения такой взвеси получают эмпирическим путем.

Определяя в лаборатории количество р взвешенных веществ (в процентах от количества взвешенных веществ до отстаивания), выпавших из проб исследуемой воды через различные промежутки времени (например, через каждый час), получают кривую выпадения взвеси (рис. V.14).

Обычно кривые выпадения взвеси для воды природных источников обращены выпуклой стороной вверх. Это свидетельствует о замедлении процесса осветления с течением времени, что объясняется неоднородным составом взвеси. Более крупные частицы выпадают быстрее и осаждаются в начале процесса осветления воды. Чем более выгнута кривая выпадения, тем более неоднороден состав взвеси. Для монодисперсной взвеси эта кривая обратилась бы в прямую линию.

Кривая выпадения взвеси позволяет определить, какой процент взвеси осаждается в течение любого заданного промежутка времени. Она дает возможность также найти процентное содержание различных фракций взвеси с разной гидравлической крупностью частиц.

Проведем касательную к кривой выпадения взвеси в точке А с абсциссой i (см. рис. V.14). Тангенс угла наклона этой касательной к оси абсцисс равен dp/dt, т. е, представляет собой скорость накопления осадка в данный момент времени. Очевидно, что в каждый момент времени на дно выпадают частицы всех размеров, кроме частиц, которые уже успели выпасть ранее, т. е. кроме частиц с гидравлической крупно-

стью uhjt (где h - высота слоя воды). Таким образом, тангенс угла наклона касательной в точке А есть скорость накопления в осадке всех частиц полидисперсной взвеси, гидравлическая крупность которых u<:hlt.

Полное количество р всех частиц, выпавших в осадок за промежуток времени от О до t, определяется ординатой точки А. Из этого количества на долю частиц с гидравлической крупностью u<ih/i приходится p = tiga, а на долю частиц с гидравлической крупностью uh/i приходится Р2=р-Р1-

Таким образом, по кривой выпадения взвеси легко найти процентное содержание частиц с гидравлической крупностью u>hli. Оно равно отрезку, отсекаемому на оси ординат касательной, проведенной в точке Л, имеющей абсциссу t.

0,5 W 15 2,0 2,5 3,0 3,5 Скораст выпадение взвеси S мм/с

Рис. V 15

Рис. V.16

-<

О 02 0 06 08 Скорость выпадения дзЗеси

t.O 12

Кривые выпадения взвеси, полученные на основе специально поставленных экспериментов, позволяют обоснованно подойти к расчету отстойников при их проектировании. С помощью указанных кривых определяют расчетные скорости выпадения взвеси, при которых обеспечивается заданный эффект осветления воды, а также необходимое время пребывания воды в отстойниках.

Экспериментальные исследования, проводимые для получения кривых выпадения взвеси, относятся к технологическому анализу воды, упомянутому ранее.

Перенося результаты опытов по исследованию осаждения взвеси на реальные сооружения, очевидно, следует считать, что скорость выпадения взвеси данной крупности постоянна (если взвесь в процессе выпадения не агломерируется), и, следовательно, время ее осаждения будет пропорционально высоте слоя осветляемой воды. Таким образом, для частиц данной крупности будет иметь место соотношение

и т. д.

Для полидисперсной взвеси (как было показано) может быть определена скорость выпадения, соответствующая заданному проценту

задержания взвеси. С этой целью можно использовать метод, показанный на рис. V.14. Весьма удобно для этой цели строить кривые зависимости u==hlt от р. При этом, чтобы исключить влияние высоты h опытного цилиндра, можно разделить ее на периоды времени ti, для которых опытом был установлен определенный процент выпадения взвеси. Тогда получим величины, имеющие размерность скорости u\ = h/i\, «2 = 2 и т. Д., соответствующие каждому данному проценту выпадения взвеси.

Зависимость между процентом выпавшей взвеси и соответствующей ему скоростью и может быть выражена графически (график на рис. V.15, построенный в данном случае для той же воды, для которой построен график на рис. V.14).

Такие графики, составленные на основании предварительных опытов с водой, подлежащей осветлению, используются при проектировании отстойников.

Все сказанное справедливо для полидисперсной, но агрегативно-устойчивой взвеси, т. е. такой взвеси, в которой размеры и форма частиц в процессе осаждения не изменяются. Между тем при коагулировании, широко используемом в современной практике осветления воды, имеет место процесс агломерации частиц взвеси - их слипание, изменение формы и размеров (укрупнение). Таким образом, в практике приходится весьма часто иметь дело с осаждением агрегативно-неустойчивой взвеси. Для такой взвеси линейная зависимость между величинами h и i уже не будет соблюдаться. Поэтому при переносе в натуру результатов лабораторных опытов с коагулированной взвесью приходится использовать соотношение вида

(V.l)

где п - показатель степени, учитывающий отклонение от линейной зависимости.

По опытам Академии коммунального хозяйства значение п колеблется в пределах 0,2-0,5 (большее для хорошо сформированных крупных хлопьев).

Согласно упомянутой методике проведения технологического анализа (ГОСТ 2919-45), выпадение взвеси из воды характеризуется осаждаемостью взвеси. За показатель осаждаемости S принимается (по предложению А. А. Кастальского) отношение количества взвеси А (в %). выпадающей со скоростью 1 2 мм/с, к количеству взвеси В, выпадающей со скоростью 0,1 мм/с (в этих пределах лежат величины скоростей выпадения, практически имеющие место в отстойниках), т. е. S - AIB. Так как в этом диапазоне скоростей кривая выпадения взвеси (рис. V.16) может быть принята за прямую, при помощи величин А а В могут быть получены скорости выпадения и, соответствующие требуемому проценту р задержания взвеси отстойником. Как видно из рис. V.16:

1,2S-0,М -1,1р

"=-В-А • <->

В практике очистки воды осаждение взвеси осуществляется в специальных сооружениях - отстойниках.

Под отстаиванием в строгом смысле слова понимается осаждение взвеси из воды, находящейся в покое. Осуществление такого процесса («периодического отстаивания») в практике очистки воды крайне неудобно, так как требует периодического наполнения и опорожнения отстойных бассейнов. Поэтому применяют так называемое непрерывное отстаивание, при котором осветляемая вода непрерывно проходит с малыми скоростями через отстойники, в которых происходит осаждение взвеси.

0 ... 83 84 85 86 87 88 89 ... 159