Отстаивание. 
Охрана окружающей среды: процессы и аппараты защиты гидросферы

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:

Объемная доля жидкой фазы вычисляется по соотношению:

Здесь р_с и р₀ — динамическая вязкость сточной воды и чистой воды, Па с; с₀— объемная концентрация взвешенных частиц, кг/м³; р и р_та— плотность соответственно чистой воды и твердых частиц, кг/м³; е — объемная доля жидкой фазы; У_ж и V_tb — 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:

где ReQ^^dp / р₀ число Рейнольдса; Ar=d³r²g (r_TB-p)^ р — число Архимеда; d — диаметр частицы.

Для нешарообразных частиц в формулы подставляют эквивалентный диаметр частиц d₃ = ^V₄/n (где У_ч — объем частицы).

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:

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, Рис. Н-6. Кинетика процесса осаждения

размера и плотности взвешенных частиц, а также от соотношения частиц различного диаметра и вязкости среды.

Коэффициент агломерации характеризуется отношением К =d./(L, где d. —.

a ip U ф фиктивный диаметр частицы, эквивалентный теоретической скорости ее осаждения. Для полидисперсных систем кинетику осаждения устанавливают опытным путем. Она характеризуется кривой, показанной на рис. Н-6.

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 нс удалить, он будет уплотняться с уменьшением высоты. При непрерывном отстаивании наблюдаются те же зоны, но высота их не меняется в ходе процесса.