4.4.Усреднители.

Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения.

Поступление на очистные сооружения производственных сточных вод с постоянным расходом и усредненной концентрацией загрязнений позволяет повысить эффективность и надежность работы устройств механической, биологической и физико-химической очистки, в результате чего достигаются более высокие качественные показатели очищенной воды. Экономический эффект достигается в связи с выравниванием пиковых концентраций и расходов сточных вод, поступающих на очистку.

Конструктивно усреднители представляют собой прямоугольные в плане резервуары, изготовленные из железобетона. В отечественной практике применяют усреднители, действующие по принципу дифференцирования потока, и усреднители с перемешиванием поступающей сточной воды.

Схема усреднителя с дифференцированнием потока сточных вод представлена на рис. 4.5.

Рис. 4.12 Схема усреднителя прямоугольной формы с дифференцированием

потока сточных вод.

1 - входной патрубок с шибером, 2 - диагональная перегородка, 3 - коридоры,

4 - сборные лотки, 5 - выпускная камера, 6 - выходной патрубок,

7 - желоб для подачи сточных вод, 8 - распределительный колодец.

Принцип работы этого усреднителя заключается в следующем: сточная вода попадает в распределительный колодец 8, из которого по желобам направляется в коридоры усреднителя 3 и собирается затем в диагональные лотки 4, из них сточная вода поступает в выпускную камеру 5. Эффективность усреднения по концентрации достигается за счет разного времени добегания отдельных порций сточной воды к сборному лотку. Типовой усреднитель состоит из 4 - 6 параллельно расположенных коридоров.

Кроме того, при очистке производственных сточных вод применяют усреднители барботажного типа суммарной вместимостью 600, 900, 1200, 1500, 1800 м³ ,а также радиальные отстойники - усреднители, в которых совмещены процессы отстаивания и усреднения производственной сточной воды по концентрации загрязнений. Разработаны также конструкции усреднителей, обеспечивающих поддержание расчетной величины усредненного расхода выпускаемой воды.

4.5.Устройства для выделения из сточных вод нерастворимых примесей под действием гравитационных сил.

4.5.1.Теоретические основы процессов осаждения твердых частиц в вязкой среде.

Суспензии представляют собой неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. Для промышленных суспензий принята следующая классификация: грубые суспензии с размерами частиц более 100 мкм, тонкие суспензии с размерами частиц в пределах 0,5-100 мкм, мути с размерами частиц 0,1-0,5 мкм; коллоидные растворы с размерами частиц менее 0,1 мкм.

Для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей применяют процесс отстаивания. Выделение примесей при отстаивании происходит под действием гравитационных сил.

Рассмотрим процесс осаждения в жидкости шарообразной частицы под действием силы тяжести. Сначала частица оседает в жидкости с некоторым ускорением. С увеличением скорости возрастает сопротивление вязкой среды, и в определенный момент сила тяжести уравновешивается сопротивлением жидкости. При достижении этого момента частица начинает осаждаться с постоянной скоростью (равномерное движение частицы), которая может быть вычислена из условия равенства движущей силы частицы и сопротивления жидкости.

Сила, движущая шарообразную частицу диаметром , выражается разностью между ее весом и выталкивающей архимедовой силой, равной весу жидкости (среды) в объеме частицы;

( 4.0)

где _- плотность твердой частицы (кг/м³) ,  - плотность среды (кг/м³), g - ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²), d – диаметр шарообразной частицы (м).

Сила сопротивления среды по закону Ньютона составляет:

( 4.0)

где S - площадь проекции тока на плоскость, перпендикулярную направлению его движения (м²); W - скорость движения частицы (м/с);  - плотность среды (кг/м³);  - коэффициент сопротивления среды (безразмерный).

Для случая осаждения шарообразной частицы предыдущая формула приобретает следующий вид:

( 4.0)

Коэффициент сопротивления среды является функцией критерия Рейнольдса, рассчитываемого по диаметру частицы:

( 4.0)

где  - динамический коэффициент вязкости среды (Пас); остальные обозначения те же, что и в предыдущих формулах.

На рис. 4.6. представлена зависимость  от критерия Рейнольда при движении шарообразных частиц диаметром d.

=0,44=const

Рис. 4.13. Зависимость  от критерия Рейнольдса при движении тел шарообразной формы

в жидкостях.

Из представленного рисунка следует, что диаметр является определяющим размером в критерии Rе. Из графика видно, что существуют три различных режима движения, каждому из которых соответствует определенный характер зависимости  от Re:

ламинарный режим (область действия закона Стокса) приблизительно при Re < 2

( 4.0)

переходный режим при Re = 2 - 500

( 4.0)

автомодельный режим (область действия квадратичного закона сопротивления Ньютона) при  2 10^ > Rе > 500

= 0,44 = const ( 4.0)

Подстановка в уравнение для силы сопротивления R трех вышеприведенных зависимостей для  показывает, что при ламинарном режиме сила сопротивления пропорциональна скорости в первой степени, т.е. R  w, при переходном режиме R  w^, а при автомодельном режиме R  w^.

При движении тел, отключающихся по форме от шара, значение коэффициента сопротивления зависит не только от критерия Re, но и от фактора формы Ф;

 = f(Re,Ф) ( 4.0)

Фактор формы рассчитывается следующим образом:

( 4.0)

где F_ш - поверхность шара, имеющего тот же объем, что и рассматриваемое тело поверхностью F. В частности, для куба = 0.806, для цилиндра  = 0.69, для диска  = 0.32. Значения  приводятся в соответствующих справочниках.

Для тел нешарообразной формы определяющим линейным размером в критерии Re служит диаметр эквивалентного шара d_экв, равный диаметру шара, имеющего такой же объем, что и данное тело.

( 4.0)

где M - масса частицы (кг), _ - плотность частицы (кг/м³), d_экв - эквивалентный диаметр частицы (м),V – объём частицы (м³).

Если теперь силу сопротивления среды R из уравнения(3.2) приравнять силе движущей частицу

( 4.0)

то можно получить в общем виде уравнение для расчета скорости осаждения частицы

( 4.0)

где W_ос-скорость свободного осаждения частицы.

Значения коэффициентов сопротивления  из зависимостей (4.5 - 4.7) подставляем в предыдущее уравнение и получаем расчетные формулы для w_ос для каждой из трех областей:

для ламинарной области: (это выражение известно под названием закона Стокса)

( 4.0)

для переходной области:

( 4.0)

для автомодельной области:

( 4.0)

Пользуясь соотношениями (4.12-4.14), можно определить скорость осаждения шарообразных частиц в вязкости жидкости.

Расчеты по приведенным выше соотношениям будут справедливы для случая свободного осаждения частицы, когда на ее движение не влияет наличие других частиц. На практике в подавляющем большинстве случаев, и в том числе при эксплуатации отстойников, происходит стесненное осаждение частиц, которое сопровождается их столкновением, трением между ними и изменением скоростей как малых, так и больших частиц. При таком осаждении сопротивление среды выше, чем при свободном осаждении. Уменьшение скорости осаждения определяется объемной долей твердых частиц в суспензии. При практических расчетах обычно и используют величину , представляющую собой объемную долю жидкости, которую рассчитывают по следующей формуле:

( 4.0)

где Vж - объем жидкости в суспензии (м³), Vч - объем частиц (м³).

Тогда эмпирические формулы для расчета стесненной скорости осаждения имеют следующий вид:

при 

при  ( 4.0)

где W_ос - скорость свободного осаждения частицы (м/с),

W_cт- скорость стесненного осаждения частицы (м/с).