Judyta Baczmaga
W-7 Ochrona Środowiska
Nr albumu 206069
HYDROLOGIA I OCHRONA WÓD – SPRAWOZDANIE Nr 1
Temat: Sedymentacja
Parametry początkowe:
Średnica najmniejszych cząstek – 0,02mm (0,00002m),
Ilość frakcji – 4,
Różnica wielkości frakcji (skok) – 0,01mm (0,00001m),
Gęstość materiału – 2,65 $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$,
Współczynnik kształtu – 0,85,
Natężenie przepływu – 24000$\frac{m^{3}}{d}$ (0,028$\frac{m}{s}$),
Temperatura wody - 8°C.
Zadanie 1.
Cel zadania: Celem zadania było dobranie wymiarów odcinka rzeki dla podanych parametrów początkowych, tak aby uzyskać ok. 100% usunięcia największych frakcji i 20-50% usunięcia najmniejszych.
Wybrane wymiary odcinka rzeki:
Długość zbiornika (L) – 8m
Szerokość zbiornika (B) – 3m
Głębokość zbiornika – 2m
Wyniki obliczeń:
| średnica cząstek d [m] | prędkość rzeki V [m/s] | fr [%] | |
|---|---|---|---|
| d1 | 0,00002 | 0,000259754 | 22,26 |
| d2 | 0,00003 | 0,000584446 | 50,10 |
| d3 | 0,00004 | 0,001039014 | 89,06 |
| d4 | 0,00005 | 0,00162346 | 100,00 |
Zadanie 2.
Cel zadania: Celem zadania było sprawdzenie jak na zamodelowanym odcinku rzeki temperatura wody wpłynie na efektywność usuwania analizowanych cząstek.
Wybrane temperatury:
T1 = 3°C
T2 = 8°C
T3 = 14°C
T4 = 20°C
Wyniki obliczeń:
Tab.1 Zależność usunięcia frakcji od średnicy ziaren frakcji dla różnych temperatur:
| średnica cząstek | T1 | T2 | T3 | T4 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| d1 | 0,00002 | 19,01 | 22,26 | 26,38 | 30,70 | fr[%] |
| d2 | 0,00003 | 42,78 | 50,10 | 59,36 | 69,07 | |
| d3 | 0,00004 | 76,05 | 89,06 | 100,00 | 100,00 | |
| d4 | 0,00005 | 100,00 | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
Tab.2 Zależność prędkości sedymentacji od średnicy ziaren frakcji dla różnych temperatur:
| średnica cząstek | T1 | T2 | T3 | T4 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| d1 | 0,00002 | 0,000222 | 0,00026 | 0,000308 | 0,000358 | V $\mathbf{\lbrack}\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$ |
| d2 | 0,00003 | 0,000499 | 0,000584 | 0,000693 | 0,000806 | |
| d3 | 0,00004 | 0,000887 | 0,001039 | 0,001231 | 0,001433 | |
| d4 | 0,00005 | 0,001386 | 0,001623 | 0,001924 | 0,002239 |
Zadanie 3.
Cel zadania: Celem zadania było określenie jak zmiana gęstości materiału zawiesiny wpływa na efektywność usuwania analizowanych cząstek.
Gęstości wybranych cząstek:
O charakterze organicznym $\rho = 1,05\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$
Gliniaste $\rho = 1,8\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$
Kwarcowe $\rho = 2,65\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$
Mineralne, powstałe z rozdrobnionych skał $\rho = 3,5\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$
Wyniki obliczeń:
| średnica cząstek [m] | ρ1 = 1,05 kg/dm3 | ρ2 = 1,8 kg/dm3 | ρ3 = 2,65 kg/dm3 | ρ4 = 3,5 kg/dm3 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| d1 | 0,00002 | 22,26 | 10,80 | 22,26 | 33,73 | fr[%] |
| d2 | 0,00003 | 50,10 | 24,29 | 50,10 | 75,90 | |
| d3 | 0,00004 | 89,06 | 43,18 | 89,06 | 100,00 | |
| d4 | 0,00005 | 100,00 | 67,48 | 100,00 | 100,00 |
Tab.3 Zależność usunięcia frakcji od średnicy ziaren frakcji dla materiałów o różnej gęstości:
Tab.4 Zależność prędkości sedymentacji od średnicy ziaren frakcji dla materiałów o różnej gęstości
| średnica cząstek [m] | T1=3°C | T2=8°C | T3=14°C | T4=20°C | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| d1 | 0,00002 | 0,000222 | 0,00026 | 0,000308 | 0,000358 | V$\frac{\mathbf{m}}{\mathbf{s}}$ |
| d2 | 0,00003 | 0,000499 | 0,000584 | 0,000693 | 0,000806 | |
| d3 | 0,00004 | 0,000887 | 0,001039 | 0,001231 | 0,001433 | |
| d4 | 0,00005 | 0,001386 | 0,001623 | 0,001924 | 0,002239 |
Wnioski:
Zadanie drugie miało na celu wykazanie jaka jest zależność usunięcia frakcji od średnicy ziaren frakcji dla różnych temperatur oraz jaka jest zależność prędkości sedymentacji od średnicy ziaren frakcji dla różnych temperatur. Na wykresach 1 i 2 wyraźnie widać, że wzrostem temperatury i średnicy ziaren zwiększa się skuteczność sedymentacji oraz jej prędkość. Jest to spowodowane tym, że gdy rośnie temperatura zwiększa się prędkość cząsteczek, a co za tym idzie prędkość zawiesiny w wodzie. Przyspieszone cząstki mają większe przyspieszenie odśrodkowe, które jest proporcjonalne do prędkości sedymentacji, która jest także zależna od lepkości oraz gęstości wody. Im większa temperatura wody tym lepkość i gęstość mniejsze. Cząstki o większej średnicy, które mają większą masę, zostają usuwane najszybciej.
Zadanie trzecie miało na celu wykazanie jak zmiana gęstości materiału zawiesiny wpływa na efektywność usuwania analizowanych cząstek. Wykresy 3 i 4 przedstawiają że gęstość materiału ma duży wpływ na opadania cząstek. Im większa gęstość tym lepszy efekt sedymentacji. Dzieje się tak, dlatego że takie ziarna będą posiadały większą masę. Większa masa wpływa także na prędkość sedymentacji co przedstawia wykres 4. Poza tym, zjawisko sedymentacji zachodzi gdy gęstość ziaren jest większa od gęstości cieczy i im większa jest ta różnica tym sedymentacja bardziej skuteczna.