ЛР. ТООВ. часть 1

завису в пробі води.

Робота виконується з використанням даних попередньої лабораторної роботи.

Теоретичні основи роботи

Седиментаційна крива може бути побудована також у координатах Р- t, де Р -відсоток суспензії, що випала до моменту часу t.

Дотична, проведена до кривої осадження в будь-якій точці З абсцисою tі, відтинає на осі Р відрізок Рі. Величина Рі, відповідає процентному вмісту в суміші часток з гідравлічною крупністю U0і > H/tі,. де Н - глибина шару води (у момент часу t, випадуть усі частки з гідравлічною крупністю більшою, ніж H/tі). Провівши ряд дотичних у різних точках кривої,

одержимо фракційний склад суспензії (часток з гідравлічної крупністю H/tі >Uoі > H/tі-1

міститься в суспензії Рі+1 – Pі, %).

Максимальна гідравлічна крупність часток суспензії визначається U0max = Н/t0, де t0-

абсциса точки розбіжності кривої і дотичної до неї в точці початку координат (див. рис. 3.1).

За даними фракційного складу будується інтегральна крива розподілу часток суспензії по гідравлічній крупності (рис. 3.2) у координатах Р - U0. Побудова графіка починається із найдрібніших часток, тобто із точки (H/tn,100-Pn) і так далі сумованим підсумком; ордината останньої точки повинна бути 100 %.

Вісь U0 графіка Р =f(U0) розбивається на однакові відрізки та для кожного інтервалу

ΔU0 визначається відповідне значення Рі. Наприкінці будується диференційна крива розподілу часток суспензії по крупності (рис. 3.3) у координатах Р - U0. По максимуму диференційної кривої визначається найбільш імовірна гідравлічна крупність часток UО.Н.В..

Послідовність виконання роботи

1.По даним попередньої роботи будуємо графік залежності Р = f(t). При цьому рекомендуються масштаби: по вісі t 10 хв - 3 см. по вісі Р 10% - 1 см. Графік має бути плавною кривою, що проведена усереднено між дослідними точками.

2.Поділити криву на 5 - 8 відрізків (необов'язково по точкам, по яким побудовано криву), провести дотичні в точках поділу та початку координат, визначити значення Рі.

розрахувати фракційний склад завису - розрахунки звести до таблиці.

3. Визначити максимальну гідравлічну крупність часток зависей полідисперсної

суспензії

Umax = H/t0 = ... мм/с.

4.Побудувати інтегральну криву розподілу часток завису по даним таблиці, починаючи

зостанніх стовпчиків, сумованим підсумком.

11

tхв,

Рис.3.2. Інтегральна крива осадження

Рис.3.3. Диференційна крива осадження

5. Поділити вісь U інтегральної кривої на 6 - 9 однакових відрізків, визначити значення Рі.

12

Показник

Номер точки поділу

1

2

3

...

i

i+1

...

n

Відрізок часу в точці поділу,

t1

t2

t3

...

ti

ti+1

...

tn

ti , с

Гідравлічна крупність зави-

U1

U2

U3

...

Ui

Ui+1

...

Un

су, Ui = H / ti, мм/с

Відрізок, що відсікається

P1

P2

P3

...

Pi

Pi+1

Pn

дотичною на вісі Р, Pi, %

Процентний вміст

P1 - 0

P2 - P1

P3 - P2

...

...

Pi+1 - Pi

...

...

100 - Pn

фракції, Pi+1 - Pi, %

Примітки: Стовпчики 4-го рядка зміщені відносно стовпчиків трьох перших рядків

таким чином, щоб значення процентного вмісту фракції розміщувалось нижче і посередині

між значеннями U. Кількість часток з гідравлічною крупністю від Uі до Uі+1 становить Рі+1

- Рі, %. Сума значень 4-го рядка дорівнює 100%.

Увага! При підготовці таблиці напередодні зайняття поле значень повинне залишатись чистим, без позначок, що пояснюють методику заповнення таблиці.

6.Побудувати диференційну криву Р = f (t), визначити найбільш вірогідну гідравлічну

крупність часток завису.

Контрольні питання

1.Як розрахувати процентний вміст суспензії з певною гідравлічною крупністю по кривій осадження?

2.Як визначити по кривій осадження максимальну гідравлічну крупність часток суспензії?

3.Як будується інтегральна крива?

4.Як будується диференційна крива?

5.Як визначити найбільш імовірну гідравлічну крупність суспензії?

Лабораторна робота № 4

АНАЛІТИЧНІ РОЗРАХУНКИ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАВИСУ

Мета роботи - засвоїти методику побудови седиментаційної кривої та розрахунку основних характеристик полідисперсної суспензії по методу Авдєєва.

В роботі використовуються результати попередніх лабораторних робіт.

Теоретичні основи роботи

Частки завислих речовин осідають під дією сили ваги, якщо їхня щільність більше щільності води, або спливають, якщо їхня щільність менше щільності води. Однак, якщо розмір часток менше, ніж 10-6 м (високодисперсні зависи), осадження не відбувається внаслідок того, що енергія теплового (броунівського) руху перевищує силу ваги та частки постійно підтримуються у зваженому стані. Тому можна говорити про можливості

13

осадження лише грубодисперсних часток розміром більше 10-6 м. Чим крупніші частки, тим швидше вони осідають. Швидкість осадження Uo, мм/с визначається за рівнянням Стокса:

U	0		2		0	gr2 103 ,
			9

де ρ - густина речовини завислих часток, кг/м3;

ρ0 - густина води, кг/м3;

η- динамічна в'язкість води. Па*с;

g - прискорення вільного падіння, м/с; r - радіус завислих часток, м.

Очевидно, якщо завис складається із часток різної крупності, то вони будуть осідати з різною швидкістю.

Наведене рівняння справедливо лише для твердих кулястих часток, що рухаються рівномірно в воді. Відстань між осідаючими частками повинна бути великою, щоб між ними не було взаємодії та падіння одних часток не відбивалося на швидкості інших (вільне осадження). Звичайно ці умови виконуються, якщо концентрація часток у воді не перевищує

1% по масі, тобто 10 г/л. У системах водопостачання та каналізації, як правило, концентрації суспензії не перевищують зазначеної величини. Крім того, завись повинна бути агрегативно стійкою, тобто частки не повинні коагулювати під час осадження (седиментації).

Реальні суспензії дуже часто містять частки, що сильно відрізняються за формою від кулястих. Тоді у вищенаведену формулу входить еквівалентний радіус rекв, що являє собою радіус уявлюваних кулястих часток, що осідають із тією ж швидкістю, що й частки досліджуваної суспензії.

Одним з основних методів вивчення властивостей і характеристик зважених речовин є гравіметричний ваговий аналіз. Для цього будують седиментаційну криву за допомогою торзійних терезів у координатах: час t - відсоток суспензії, що випала, Р. Потім експериментальну криву використовують для побудови інтегральної і диференціальної кривих розподілу часток по розмірах (див. лабораторні роботи 2. 3).

Якщо відома глибина занурення шальки торзійних терезів в рідину Н (м), то швидкості часток для різних моментів часу можуть бути знайдені по формулі U0 = Н/t, а радіуси часток

(м) - з рівняння Стокса

r	9 h H			K	H	,	(4.1)
	2g 0		t		t

де Н - глибина занурення чашечки терезів, м; t – час, с.

Метод Авдєєва дозволяє по мінімальному числу експериментальних точок (не менше

14

двох) знайти аналітичний опис кривої седиментації.

Процес накопичення осаду описується наступним рівнянням:

	1
			(4.2)
Р 100(1 е х )х
де х - функція седиментації:
х 0t			(4.3)

де - допоміжні параметри.

Для їхнього обчислення необхідно мати дві експериментальні точки по різні сторони від ділянки найбільшої кривизни кривої седиментації з координатами Р1 та t1, Р2 та t2. За значеннями Р1 і Р2 з таблиць Авдєєва вибирають х1 і х2 і далі обчислюють

lg x1

					x2						(4.4)
			lg		t2
					t1
	0			x1					x2		(4.5)
									t
				t
		1			2
Послідовність виконання роботи
1.На експериментальній кривій	седиментації, що отримана в										попередній роботі,

вибрати дві точки і визначити їх координати t1, t2, P1, P2. Знайти значення х1 та х2 по відомим Р1, Р2 з таблиць Авдєєва.

2.Знайти значення допоміжних параметрів μ і β за формулами (4.4. 4.5) та скласти залежність х = f (t) відповідно формулі (4.3).

3.Задаючись рядом значень t в секундах, розрахувати для кожного з них спершу х по формулі (4.3), а потім Р по формулі (4.2) або по таблицях Авдєєва.

4.Розрахунки звести в таблицю

T, с	60	180	300	600	900	1200	1800	…
X
Р

5.Нанести координати точок на графік, побудувати аналітичну розрахункову криву седиментації та порівняти її з кривою, що одержана в попередній роботі, для чого нанести останню на цю ж координатну площину.

6.Розрахувати допоміжний параметр А:

А = 9 Н / 2 g ( - o )

де - вязкість води, Па*с,

15

=2600 кг/м куб - щільність для глинистих часток,

o =1000 кг/м куб - щільність води,

Н - товщина шару води над шалькою торсійних терезів в експерименті, м,

g= 9,81 м/с2.

7.Знайти мінімальний радіус часток завису rmin 2 A100

8.Одержати вираз Х = А / r 2

9.Обчислити X для різних значень r.

10.Обчислити значення функцій Ф( г ) та r F( r ) по таблицях Авдєєва.

11.Розрахунки звести до таблиці за наступною формою:

r *10-6 , м	Х	Ф(r),%	Р= 100 - Ф(r),%	r *F( r)	F(r)

Примітка: Значення в останньому стовбці отримують діленням значень передостаннього стовпця на r.

12.Побудувати інтегральну та диференційну криві розподілу в координатах r - Р( r) та r

-F(r).

13.По диференційній кривій знайти найбільш вірогідний розмір часток завису.

В висновках навести два характерні радіуси з пп. 7, 13.

Контрольні питання

1.Що таке еквівалентний радіус часток суспензії?

2.Як впливають на швидкість осадження часток суспензії:

а) густина суспензії;

б) в'язкість води;

в) розмір часток?

3.Чи впливає на осадження грубодисперсних часток броунівський рух?

4.Який порядок розрахунку значень Р по Авдєєву?

Лабораторна робота № 5

ТЕХНОЛОГІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ОСАДЖЕННЯ

КОАГУЛЬОВАНИХ ДОМІШОК ВОДИ

Мета роботи - засвоїти методику пробного відстоювання води в лабораторних умовах для визначення параметрів виробничих відстійників.

Теоретичні основи роботи

Основний параметр роботи відстійників - тривалість перебування в них води для

16

одержання певного ефекту освітлення.

Знаючи цю величину та витрату води, можна визначити об'єм відстійників. їхню довжину, що дозволяє одержати для даної конкретної води оптимальні розміри освітлювальних споруд.

Методика пробного відстоювання води заснована на умові седиментаційної подоби:

t1		t2	...	ti	const ,
				hi
h1 h2

де t1, t2, ... ti - тривалість відстоювання; h1, h2, ... hі - висота (глибина) відстійника.

Якщо в якості hi прийняти висоту лабораторного циліндра hл, а в якості h2 - глибину

зони освітлення робочого (виробничого) відстійника hpoб, то одержимо
		tл /hл = tроб /hpoб ,
звідки	tроб =	tл	hpoб /hл .	(5.1)
Тривалість відстоювання води		до одержання необхідного ефекту освітлення в
лабораторному циліндрі tі	визначається		побудовою кривої осадження (див.	лабораторну

роботу 2). Глибина зони освітлення відстійників, що застосовуються у вітчизняній практиці,

становить 3...3.5 м.

Залежність (5.1) справедлива для стійкої суспензії. При нестійкій коагульованій суспензії великі пластівці, що швидко осідають, при русі вниз злипаються з дрібними, що повільно осаджуються, захоплюють їх і швидкість освітлення збільшується, а тривалість

відстоювання зменшується. У цьому випадку залежність (5.1) здобуває вид
tроб = tл (hpoб /hл )n ,	(5.2)

де n = 0,2 – 0,5 в залежності від ступеня агломерації суспензії.

Послідовність виконання роботи

1.На фотоелектроколориметрi визначити каламутнiсть води, що дослiджусться, М0, мг/л.

2.По табл. 16 БНiП 2.04.02-84 визначити орiєнтовну дозу коагулянту Dк, мг/л.

3.Розрахувати кiлькiсть 1%-ного розчину коагулянту, яка необхiдна для обробки 1л води,

мл,

Wк = Dк / 10.

4.Змiшати воду з коагулянтом в лабораторному цилiндрi та повiльним перемiшуванням на протязi 15-20 хвилин здiйснити утворення великих пластiвцiв.

5.Помiстити шальку торзiйних терезiв в цилiндр на глибину пiд рiвень води близько 30см,

визначити цю глибину (hл) з точнiстю до мм, та провести дослiд з осадження коагульованого завису по методицi лабораторної роботи № 2.(mo = ... мг).

Результати внести до таблицi:

17

Показник			Значення показника в момент часу ti, хв.
	1	3		5	10	15	20	30
Показання терезiв, мг
Маса осаду, mi, мг
Ефект осадження Р =
mi*100/ mк, %

6.По результатам дослiду побудувати криву осадження в координатах Р-t.

7.Визначити необхiдний ефект вилучення завислих речовин, %,

Ен = (Мо - Мк) 100 / Мо,

де Мк - каламутнicть води пiсля виробничого вiдстiйника (приймається в межах 20-50

мг/л по завданню викладача).

8.По кривiй осадження визначити тривалiсть вiдстiювання води до досягнення необхiдного ефекту Ен.

9.Визначити тривалiсть вiдстоювання води в виробничих спорудах по формулi

tв = tл (hв/hл) 0,5, хв,

де tл - глибина лабораторного вiдстiйника (див. п.5), см,

hв - глибина виробничого вiдстiйника (приймається 300 см),

tл - тривалiсть вiдстоювання води в лабораторному цилiндрi (див. п.8 ).

Результати звести до таблицi:

Показник	Одиниця	Позна-	Визначення		Розрахунок		Значення
	вимiру	чення			показника		показника
Каламутнiсть висхiдної	мг/л	Мо	на ФЕК
води
Доза коагулянту	мг/л	Dк	т.16 БНiП
			2.04.02 - 84
Кiлькiсть 1%-ного	мл	Wк	п.3
коагулянту
Глибина лабораторного	см	hл	п.5
вiдстiйника
Необхiдний ефект	%	Ен	п.7
осадження
Час лабораторного	хв	tл	п.8
вiдстоювання
Час виробничого	хв	tв	п.9
вiдстоювання
	Контрольні питання

1.Яка умова седиментаційної подоби для стійкої суспензії?

2.Що таке пробне відстоювання?

3.Умова седиментаційної подоби для нестійкої суспензії.

18

4.Як визначити необхідний ефект освітлення?

Лабораторна робота № 6

ДОСЛІДЖЕННЯ ТОНКОШАРОВОГО ВІДСТОЮВАННЯ ВОДИ

НА ЛАБОРАТОРНІЙ МОДЕЛІ

Мета роботи - наочна демонстрація переваг тонкошарового відстоювання води.

Теоретичні основи роботи

Принцип тонкошарового відстоювання полягає в прискоренні процесу седиментації зважених речовин за рахунок зменшення глибини осадження. У традиційних відстійниках глибина зони осадження становить близько 3 м, у тонкошарових - 5...30 см. Оскільки тривалість відстоювання є часткою від ділення глибини відстійника h (шляху) на швидкість випадання частки суспензії Uo (гідравлічну крупність), то зменшенням h у кілька разів ми досягаємо відповідного скорочення часу перебування освітлюваної води у відстійнику, а,

отже, і зменшення об'єму відстійних споруд. Додатково ефективність тонкошарових відстійників підвищується за рахунок кращого використання їхнього об'єму (скорочення застійних зон), створення кращих гідравлічних умов для процесу осадження суспензій

(паралельнострумність, невихровий рух і т.п.)

Видалення осаду з тонкошарових канатів досягається за рахунок його сповзання під дією сили ваги (лавиною), для чого тонкошарові елементи розташовуються до горизонту під кутом 35-60°.

За принципом тонкошарового відстоювання працюють поличні, стільникові, трубчасті,

ярусні відстійники.

Послідовність виконання роботи

1.Визначити каламутність води, що досліджується, на ФЕК та знайти дозу коагуляту для її обробки по БНіП.

2.Відміряти 1 л досліджуваної води, ввести в неї необхідну кількість розчину коагулянту

(див. п.3 попередньої роботи), швидко змішати воду з коагулянтом, а потім повільним перемішуванням досягти утворення пластівців.

3.Розлити одержану суспензію в два лабораторні циліндри: перший, розташований сторч

(лабораторна модель звичайного відстійника), другий, закріплений в штативі під кутом 45º (лабораторна модель тонкошарового модулю).

4.Визначити лінійкою глибину першого лабораторного відстійника як товщину шару води в циліндрі, а другого тонкошарового, як добуток діаметра циліндру на косинус кута нахилу.

5.Через кожні півхвилини після початку досліду заміряти товщину осаду в циліндрах.

19

6.Після завершення випадіння всіх пластівців визначити каламутність води в обох циліндрах.

7.Повторити дослід після зміни кута нахилу другого циліндру на 60º.

Результати внести до таблиці

	Умови досліду	Товщина шару осаду, мм, через ....... хвилин від початку досліду
		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	5,0
	Вертикальний циліндр (1
	дослід)
	Циліндр під кутом 45о
	Вертикальний циліндр (2
	дослід)
	Циліндр під кутом 60о

8. Визначити ефекти знекаламутнення, мінімальну гідравлічну крупність пластівців та

розрахункову тривалість відстоювання води для тонкошарових відстійників.

Результати розрахунків внести до таблиці

	Один.	Позна-			Результати
Показник			Визначення показника
	виміру	чення		кут		кут	кут
				90о		45о	60о
1	2	3	4	5		6	7
Каламутність висхідної	г/м3	Мо	ФЕК
води
Каламутність висвітленої	г/м3	Мк	ФЕК
води
Ефект знекаламутнення	%	Е	Е = 100 ( Мо - Мк) / Мо
води
Тривалість відстоювання	хвилина	tл
в досліді
Глибина першого	см	h1	п.4			-	-
(вертикального)
відстійника
1	2	3	4	5		6	7
Глибина другого	см	h2	п.4	-
(тонкошарового)
відстійника
Мінімальна гідравлічна	мм/с		Umin = h1 / 6 t
крупність пластівців
Тривалість відстоювання	хвилина		t = h2 / 6 Umin
по розрахунку

Зробити висновок про ефективність тонкошарового відстоювання. Відзначити характер сповзання осаду в похилому циліндрі.

Контрольні питання

1.Сформулюйте принцип тонкошарового відстоювання.

2.Наведіть переваги тонкошарового відстоювання.

20