Кинетика выпадения и всплывания грубодисперсных примесей

При расчете отстойных сооружений (отстойников для взвешенных веществ, жироуловителей для жира и масел) требуются данные о скорости осаждения или всплывания (о так называемой гидравлической крупности) взвешенных частиц, обеспечивающей необходимую или возможную степень очистки воды. Такую скорость определяют на основании кинетики осаждения или всплывания грубодисперсных примесей.

Кинетику осаждения или всплывания следует определять сразу после отбора проб сточных вод, ибо при стоянии дисперсность нерастворимой в воде фазы изменяется. Опыты следует проводить при температуре 16...20°С.

Оборудование, реактивы, материалы

Сушильный шкаф;

Аналитические весы;

Эксикатор;

Цилиндр на 250 см³;

Пипетка на 50-100 см³;

Воронка для фильтрования;

Бюкс;

Коническая колба на 100-250 см³;

Секундомер;

Бумажный фильтр;

Муслиновая подложка;

Миллиметровая бумага.

Ход определения. В исходной сточной воде объемом 50-100 см³определяют концентрацию взвешенных веществ (С₀) в соответствии с п.3 лабораторной работы №3 настоящих Методических указаний.

Затем хорошо перемешанную сточную воду одновременно разливают в несколько цилиндров на 250 см³ одного диаметра и на одинаковую высоту. Высоту замеряют (мм). Через намеченные промежутки времени t₁ (например, 1,5 мин), очень осторожно отбирают воду с некоторой глубины h (например, 108 мм) сифоном или пипеткой в количестве, равном объему пробы, взятой для определения С₀ (100 или 50 см³). Чтобы не происходило подсасывания воды из более глубоких слоев, конец сифона или пипетки погружают ниже уровня жидкости в цилиндре с таким расчетом, чтобы в конце отбора пробы сифон или цилиндр опустился на глубину h (например, 108 мм).

В отобранной пробе сточной воды определяют концентрацию взвешенных веществ (С₁), как описано выше.

Затем по истечении времени t₂=2t₁ таким же образом отбирают пробу воды из второго цилиндра с той же высоты (h) и определяют в ней концентрацию грубодисперсных примесей (С₂). Так же поступают по истечении времени t₃ = 3t₁, t₄= 4t₁ и т.д., отбирая пробы из третьего, четвертого и т.д. цилиндров, и получают таким образом значения концентрации С₃, С₄ и т.д.

Для каждого времени t_n находят скорость оседания V_n наименее крупных частиц или гидравлическую крупность частиц (мм/с), перешедших за это время из взвешенного состояния в осадок по формуле 1:

V_n = h / t₁, (1)

Частицы, выпадающие (или всплывающие) со скоростью, превышающей 1,2 мм/с, всегда задерживаются отстойниками, поэтому рекомендуется определять кинетику осаждения, начиная со скорости 1,2 мм/с и переходя к меньшим скоростям. В этом случае между выбранной высотой h /мм/ и первым промежутком времени существует зависимость:

h / t = 1,2 (например, 108/90 = 1,2мм/с)

Тогда, по заданной высоте h рассчитывают время t₁ или, наоборот, по заданному времени t, вычисляют высоту h.

Рассчитав для каждого времени t₁, t₂... t_n уменьшение концентрации взвешенных веществ Р_n, в % от первоначального содержания С₀ (или эффект очистки) по формуле 2:

Р_n = [(С₀-С_n)*100]/С₀, (2)

вычерчивают график, откладывая на оси абсцисс значения V₁, V₂... Vn, а на оси ординат – соответствующие им значения P₁, P₂... Pn.

Поскольку при разных значениях первоначальной концентрации взвешенных веществ С₀ в сточной воде получаются иногда различные по форме кривые, бывает целесообразно на оси ординат наносить не относительные значения Pn, а непосредственно значения концентраций взвешенных веществ С_n или понижение концентраций Δ С = С₀-С_n.

Полученные таким путем кривые служат для расчета рабочей части отстойника.

Задавшись целью довести содержание взвешенных веществ в сточной воде до определенного значения от первоначального содержания Р_х (эффект очистки) или до определенной концентрации С_х находят по полученной кривой соответствующие значения V_x скорости оседания наименьших частиц осадка и по высоте рабочей части отстойника (например, Н=3м) рассчитывают время (t_х) пребывания в нем сточной воды по формуле 3:

t_x=H/V, (3)

Описанный метод применим также и для определения кинетики всплывания грубодисперсных примесей более легких, чем вода, например, рыбьего жира или растительного масла. Только в этом случае конец пипетки или сифона при отборе пробы отстоявшейся жидкости опускают до дна цилиндра и всасывают или сливают жидкости, пока ее уровень от первоначальной высоты h₀ не снизится до высоты h₀- h_. Ско­рость всплывания V_п определяют по формуле 4:

V_n = (h₀ – h)/ t_n, (4)

Результаты лабораторной работы оформляют в виде таблиц 1 и 2 и рисунков 1 и 2.

Таблица 1 - Кинетика отстаивания взвешенных (эфирорастворимых) веществ

№№ п/п	Vn = h / tn, мм/с	tn,c	Сn, мг/дм3	Рn = [(С0-Сn)*100]/С0, %	Δ С = С0-Сn
n

Рис.1 По оси абсцисс – V_n, по оси ординат P_n

Рис. 2 По оси абсцисс - V_n, по оси ординат ΔС.

Таблица 2 - Время пребывания сточной воды в отстойнике (в зависимости от заданного значения эффекта очистки (Р_х) и глубины отстойника (Н)).

Варианты
Рх,%
Н, м	3,0	3,1	3,2	3,3	3,5	3,6	3,7	3,8	3,9	4,0

Контрольные вопросы

1. Как консервируют сточную воду, используемую для определения кинетики отстаивания?

2. С какой целью проводят опытную работу по кинетике отстаивания сточных вод?

3. Какие физические показатели сточной воды можно определить при проведении кинетики отстаивания.

4. На каком оборудовании осуществляют очистку сточных вод от минеральных загрязнений путем отстаивания?

5. На каком оборудовании осуществляют очистку сточных вод от органических загрязнений путем отстаивания?

6. По какой формуле определяют эффект очистки сточных вод от взвешенных веществ путем отстаивания?

7. На каких отстойниках – горизонтальных или вертикальных – можно добиться более высокого эффекта очистки от взвешенных веществ?

8. Какова допустимая скорость прохождения сточных вод через отстойник зернистых взвешенных веществ?

9. Какова допустимая скорость прохождения сточных вод через отстойник хлопьевидных взвешенных веществ?

10. Как осуществляется работа по кинетике отстаивания сточной воды?

11. Какова методика определения взвешенных веществ в сточной воде?