Отстаивание

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и размера. Такие воды представляют собой полидисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы, В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе и коагулянты. Эти явления также оказывают влияние на форму и размеры частиц. Все это усложняет установление действительных закономерностей процесса осаждения.

Свойства сточных вод, естественно, отличаются от свойств чистой воды, Они имеют более высокую плотность и вязкость. Вязкость и плотность сточных вод, содержащих только взвешенные твердые частицы, равна

μ_c = μ₀(1 + 2,5с₀), (2.6)

ρ_c = ρ + ρ_тв(1 - ε). (2.7)

Объемная доля жидкой фазы вычисляется по соотношению

ε = V_ж/(V_ж + V_тв).

Здесь μ_c и μ₀ - динамическая вязкость сточной воды и чистой воды, Па·с;

с_о — объемная концентрация взвешенных частиц, кг/м³;

ρ и ρ_тв — плотность соответственно чистой воды и твердых частиц, кг/м³;

ε — объемная доля жидкой фазы;

V_ж + V_тв — объем жидкой и твердой фаз в сточной воде, м³.

Основным параметром, который используют при расчете отстойников, является скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность) — w_oc.

Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов скорость свободного осаждения шарообразных частиц вычисля­ют по формуле

Re_o = Ar/(I8 + 0,6VAr), (2.8)

где Re_o = w_ocdρ/μ₀ — число Рейнольдса;

Ar = d³ρ²g(ρ_TB - ρ)/μ₀² ρ — число Ар­химеда;

d - диаметр частицы, м.

Для шарообразных частиц в формулы подставляют эквивалентный диаметр частиц

d_э = _,

где V_ч — объем частицы, м³.

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей как больших, так и малых частиц. Скорость стесненного осаждения меньше скорости осаждения свободного, вследствие возникновения восходящего потока жидкости и большей вязкости среды.

Скорость стесненного осаждения шарообразных частиц одинакового размера можно рассчитать при ламинарном режиме по формуле Стокса с поправочным коэффициентом, который учитывает влияние концентрации взвешенных частиц и реологические свойства системы:

W_oc = d²g(ρ_TB - ρ)R/18μ₀, R = εμ₀/ μ_c. (2.9)

Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно из­меняется во времени Вследствие агломерации частиц она мо­жет изменяться в несколько раз по сравнению с теоретической. Способность к агломерации зависит от концентрации, формы, размера и плотности взвешенных частиц, а также от соотноше­ния частиц различного диаметра и вязкости среды.

Коэффициент агломерации характеризуется отношением

K_а = = d_ф/d₀,

где d_ф — фиктивный диаметр частицы, эквивалентный теоретической скорости ее осаждения.

Для полидисперсных си­стем кинетику осаждения устанавливают опытным путем. Она характеризуется кривой, показанной на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Кинетика процесса осаждения

При периодическом процессе осаждения взвешенные частицы в отстойнике распределяются неравномерно по высоте слоя сточных вод. Через какой-то промежуток времени после начала отстаивания в верхней части отстойника появляется осветленный слой жидкости. Чем ближе к дну отстойника, тем больше концентрация взвешенных частиц в сточной воде, а у самого дна образуется слой осадка. Во времени высота слоя осветленной жидкости и высота слоя осадка возрастают за счет промежуточных слоев. Через определенный промежуток времени в отстойнике будут находиться только слой осветленной жидкости и слой осадка. В дальнейшем, если осадок не уда­лить, он будет уплотняться с уменьшением высоты. При непрерывном отстаивании наблюдаются те же зоны, но высота их не меняется в ходе процесса.

Процесс сгущения заключается в повышении концентрации твердой фазы в сгущенном продукте по сравнению с исходной пульпой или суспензией. Сгущение осуществляется под действием гравитационных (в сгустителях различных конструкций) или центробежных (в гидроциклонах, осадительных центрифугах) сил.

При сгущении получают два продукта: сгущенный, содержа­щий в единице объема значительно больше твердой фазы, чем в исходном питании, и слив, обычно условно чистый, или с неболь­шим содержанием твердого.

При сгущении могут ставиться две задачи: получение сгущен­ного продукта с максимально возможной концентрацией твердой фазы или получение слива с минимальной концентрацией твердых частиц. В последнем случае сгущение обычно называют осветлением.

В реальных условиях чаще всего эти две задачи решаются одновременно, в результате в одном аппарате осуществляются операции сгущения и осветления.

Сгущение широко используют в технологических схемах обогатительных фабрик. Сгущению подвергают различные продукты обогащения: промпродукты сгущают для удаления воды перед их дальнейшей переработкой, концентраты — перед фильтрованием, а хвосты — для получения оборотной воды и уменьшения объемов хвостохранилищ.

Известно, что для улучшения технологических показателей гравитационного обогащения полезных ископаемых, особенно при применении процессов отсадки, материал обесшламливают по граничной крупности 0,5(0,2) мм. В результате циркуляции оборотных вод их вязкость повышается из-за накопления в них шламов_> что отрицательно сказывается на эффективности процесса обога­щения. Поэтому на обогатительных фабриках применяют различные схемы сгущения и осветления оборотных вод с целью снижения в них концентрации твердого.