Войти
Осаждение является физическим обработка воды процесс с использованием силы тяжести для удаления взвешенных твердых частиц из воды. Твердые частицы, увлекаемые турбулентностью движущейся воды, могут быть удалены естественным путем путем осаждения в неподвижной воде озер и океанов. Отстойные бассейны - это пруды, построенные с целью удаления унесенных твердых частиц путем осаждения. Осветлители - это резервуары, построенные с механическими средствами для непрерывного удаления твердых частиц, осаждаемых в результате осаждения. Очищение не удаляет растворенные вещества. Осаждение - это процесс отложения осадка.
Взвешенные твердые частицы ( или SS), представляет собой массу сухих твердых веществ, задержанных фильтром с заданной пористостью, связанной с объемом пробы воды. Сюда входят частицы размером 10 мкм и более.
Коллоиды - это частицы размером от 1 нм (0,001 мкм) до 1 мкм в зависимости от метода количественного определения. Из-за броуновского движения и электростатических сил, уравновешивающих гравитацию, они вряд ли осядут естественным образом.
Предельная скорость осаждения частицы - это ее теоретическая скорость спуска в чистой и неподвижной воде. В теории процесса осаждения частицы будут оседать, только если: -
Удаление взвешенных частиц путем осаждения зависит от размера, дзета-потенциал и удельный вес этих частиц. Взвешенные твердые частицы, задержанные на фильтре, могут оставаться во взвешенном состоянии, если их удельный вес подобен воде, в то время как очень плотные частицы, проходящие через фильтр, могут оседать. Оседающие твердые вещества измеряются как видимый объем, накопленный на дне конуса Имхоффа после того, как вода осела в течение одного часа.
Применяется теория гравитации, а также вывод из секунды Ньютона. закон и уравнения Навье – Стокса.
закон Стокса объясняют взаимосвязь между скоростью осаждения и диаметром частиц. При определенных условиях скорость осаждения частиц прямо пропорциональна квадрату диаметра частиц и обратно пропорциональна вязкости жидкости.
Скорость осаждения, определяемая как время пребывания, необходимое для осаждения частиц в резервуаре, позволяет расчет объема резервуара. Точная конструкция и работа отстойника имеют большое значение для поддержания минимального порогового значения количества наносов, поступающих в систему отвода, за счет поддержания транспортной системы и устойчивости потока для удаления осадка, отводимого из системы. Это достигается за счет уменьшения скорости потока как можно более низкой в течение максимально длительного периода времени. Это возможно за счет расширения подходного канала и опускания его дна для уменьшения скорости потока, что позволяет осадку выпадать из взвеси под действием силы тяжести. На осаждение более тяжелых частиц также влияет турбулентность.
Рис. 1. Различные конструкции осветлителей Хотя осаждение может происходить в резервуарах других форм, удаление накопившихся твердых частиц проще всего с помощью конвейерные ленты в прямоугольных резервуарах или со скребками, вращающимися вокруг центральной оси круглых резервуаров. Отстойники и осветлители должны быть спроектированы на основе скорости оседания мельчайших частиц, которые теоретически должны быть удалены на 100%. Скорость перелива определяется как:
Во многих странах это значение называется поверхностной нагрузкой в м3 / ч на м2. Скорость перелива часто используется для потока через край (например, водослив) в единицах м3 / ч на м.
Единицей измерения скорости перелива обычно являются метры (или футы) в секунду. Любая частица со скоростью осаждения (Vs), превышающей скорость перетока, оседает, в то время как другие частицы оседают в соотношении Vs / Vo. Существуют рекомендации по скорости перелива для каждой конструкции, которые в идеале учитывают изменение размера частиц по мере движения твердых частиц во время операции:
Однако такие факторы, как скачки потока, сдвиг ветра, размыв и турбулентность, снижают эффективность заселения. Чтобы компенсировать эти неидеальные условия, рекомендуется удвоить площадь, рассчитанную по предыдущему уравнению. Также важно выровнять распределение потока в каждой точке поперечного сечения бассейна. Плохая конструкция входа и выхода может привести к чрезвычайно плохим характеристикам потока для отстаивания.
Отстойные бассейны и осветлители могут иметь форму длинных прямоугольников (рис. 1.a), которые гидравлически более устойчивы и их легче контролировать для больших объемов. Круглые осветлители (Рис. 1.b) работают как обычный загуститель (без использования граблей) или как резервуары с восходящим потоком (Рис. 1.c).
Эффективность седиментации не зависит от глубины резервуара. Если скорость поступательного движения достаточно мала, чтобы осевший материал не ресуспендировал с дна резервуара, площадь по-прежнему является основным параметром при проектировании отстойника или осветлителя, при этом необходимо следить за тем, чтобы глубина не была слишком низкой.
Отстойные бассейны и осветлители предназначены для удержания воды и оседания взвешенных твердых частиц. Согласно принципам седиментации, подходящие технологии обработки следует выбирать в зависимости от удельного веса, размера и сопротивления частиц сдвигу. В зависимости от размера и плотности частиц, а также физических свойств твердых веществ существует четыре типа процессов осаждения:
Скорость осаждения в каждом из них регулируется различными факторами.
Рисунок 2. Четыре функциональные зоны непрерывного отстаивания потока бассейн Беспрепятственное осаждение - это процесс, при котором дискретные частицы удаляются в очень низкой концентрации без вмешательства соседних частиц. Обычно, если концентрация растворов ниже 500 мг / л взвешенных твердых частиц, осаждение будет считаться дискретным. Концентрации общего количества взвешенных твердых частиц (TSS) в канализационных каналах на западе обычно менее 5 мг / л нетто. Концентрации TSS в сточных водах автономного отстойника менее 100 мг / л нетто. Частицы сохраняют свой размер и форму во время дискретного осаждения с независимой скоростью. При такой низкой концентрации взвешенных частиц вероятность столкновения частиц очень мала, и, следовательно, скорость флокуляции достаточно мала, чтобы ею можно было пренебречь в большинстве расчетов. Таким образом, площадь поверхности отстойника становится основным фактором скорости седиментации. Все отстойники непрерывного действия разделены на четыре части: входная зона, зона отстаивания, зона осадка и зона выхода (Рисунок 2).
Во входной зоне поток устанавливается в том же прямом направлении. Осаждение происходит в зоне отстаивания по мере того, как вода течет в зону выхода. Затем осветленная жидкость вытекает из выпускной зоны. Зона осадка: здесь собирается осажденный осадок, и обычно мы предполагаем, что он удаляется из потока воды, как только частицы попадают в зону осадка.
В идеальном прямоугольном отстойнике в зоне отстаивания критическая частица попадает при верхней части зоны осаждения, и скорость осаждения будет наименьшим значением для достижения зоны ила, а в конце зоны выхода составляющей скорости этой критической частицы является Vs, скорость осаждения в вертикальном направлении и Vh в горизонтальном направлении. направление.
Как видно из рисунка 1, время, необходимое для оседания частицы;
Поскольку площадь поверхности резервуара равна WL, а Vs = Q / WL, Vh = Q / WH, где Q - расход, а W, L, H - ширина, длина, глубина резервуара.
Согласно формуле. 1, это также является основным фактором, который может контролировать производительность отстойника, которая называется скоростью перелива.
Ур. 2 также говорят нам, что глубина отстойника не зависит от эффективности отстаивания, только если поступательная скорость достаточно мала, чтобы гарантировать, что осевшая масса не будет снова зависать от дна резервуара.
В горизонтальном отстойнике некоторые частицы могут не следовать диагональной линии на рис. 1, но оседают быстрее по мере роста. Таким образом, это говорит о том, что частицы могут расти и развивать более высокую скорость осаждения, если они имеют большую глубину и более длительное время удерживания. Однако вероятность столкновения была бы еще больше, если бы такое же время удерживания было распределено на более длинный и неглубокий резервуар. Фактически, чтобы избежать гидравлического короткого замыкания, резервуары обычно делают глубиной 3–6 м с временем выдержки в несколько часов.
По мере увеличения концентрации частиц в суспензии достигается точка, в которой частицы располагаются настолько близко друг к другу, что больше не оседают независимо друг от друга и полей скоростей жидкости, вытесненной соседними частицами, перекрываются. Существует также чистый восходящий поток жидкости, вытесняемый осаждающимися частицами. Это приводит к снижению скорости осаждения частиц, и этот эффект известен как затрудненное осаждение.
Часто случается затрудненное осаждение. вся суспензия имеет тенденцию оседать в виде «одеяла» из-за чрезвычайно высокой концентрации в ней частиц. Это известно как зона осаждения, потому что легко различить несколько разных зон, разделенных скачками концентрации. На рис. 3 представлены типичные испытания в колонне периодического осаждения на суспензии, демонстрирующей характеристики зонального осаждения. В верхней части колонны должна быть прозрачная граница раздела для отделения осаждающейся массы ила от осветленного супернатанта до тех пор, пока такая суспензия остается в отстойной колонне. Когда подвеска стабилизируется, этот интерфейс будет двигаться вниз с той же скоростью. В то же время, внизу есть граница раздела между установленной подвеской и подвешенным одеялом. После завершения оседания суспензии нижняя граница раздела переместится вверх и встретится с верхней поверхностью раздела, которая перемещается вниз.
Рисунок 3: Типичное испытание в колонне периодического осаждения на суспензии, демонстрирующей характеристики зонного осаждения Оседающие частицы могут контактировать друг с другом и возникать при приближении к дну отстойников на очень высокой концентрация частиц. Таким образом, дальнейшее осаждение будет происходить только в регулируемой матрице при уменьшении скорости седиментации. Это можно проиллюстрировать нижней частью диаграммы зонной стабилизации (Рисунок 3). В зоне сжатия осевшие твердые частицы сжимаются под действием силы тяжести (веса твердых частиц), поскольку осевшие твердые частицы сжимаются под весом вышележащих твердых частиц, а вода выдавливается, а пространство становится меньше.
Осаждение при очистке питьевой воды обычно следует за стадией химической коагуляции и флокуляции, которые позволяет группировать частицы в хлопья большего размера. Это увеличивает скорость оседания взвешенных твердых частиц и позволяет оседать коллоиды.
Седиментация использовалась для очистки сточных вод на протяжении тысячелетий.
Первичная очистка сточных вод - это удаление плавающих и осажденных твердых частиц путем осаждения. Первичные осветлители снижают содержание взвешенных твердых частиц, а также загрязняющих веществ, содержащихся во взвешенных твердых частицах. Из-за большого количества реагента , необходимого для очистки бытовых сточных вод, предварительная химическая коагуляция и флокуляция обычно не используются, а количество оставшихся взвешенных твердых частиц уменьшается на следующих стадиях системы. Однако коагуляция и флокуляция могут использоваться для строительства компактной очистной установки (также называемой «комплексной очистной установкой») или для дальнейшей очистки очищенной воды.
Отстойники, называемые «вторичными осветлителями», удаляют хлопья биологический рост, создаваемый некоторыми методами вторичной обработки, включая активный ил, капельные фильтры и вращающиеся биологические контакторы.
