Podstawy i technologie uzdatniania wody8

106

W takim wypadku prędkość opadania można obliczyć z równania (13):

^wop = (— ^dp'9'(p—1)) ⁽¹³⁾

Dla krytycznej liczby Reynoldsa Reki - 10³ przy opływie kulki, współczynnik oporu (kulki) zmniejsza się skokowo w wyniku zmiany ruchu warstwy granicznej z ruchu laminarnego w ruch turbulentny (por. Rys. 18).

Zależności między prędkością opadania, średnicą cząstek i gęstością przedstawiono na rysunku 19.

3.2. Osiadanie stężonych zawiesin

Za prędkość opadania cząstek w zawiesinach o małym stężeniu można przyjąć prędkość opadania cząstki pojedynczej. W przypadku zawiesin bardziej stężonych nie jest to możliwe, gdyż w ich wnętrzu mogą wystąpić dwa przeciwstawne zjawiska elementarne:

• z powodu tworzenia i umacniania się kompleksów i kłaczków dochodzi do rozwarstwienia zawiesiny. Zwiększa to średnią prędkość opadania i rozszerza rozkład prędkości opadania;

• ze względu na mały swobodny przekrój przepływu cieczy i wypartą przez opadające cząstki objętość, rośnie gradient prędkości międzycząsteczko-wej. Obniża się przy tym średnia prędkość opadania.

W tym wypadku nie udaje się dobrze opisać zależnej od stężenia prędkości opadania pojedynczych cząstek, dlatego rozpatrzona zostanie tylko krawędź górna strefy sedymentacji. Prędkość opadania można eksperymentalnie wyznaczyć w próbach okresowych. Zawiesinę miesza się w cylindrze miarowym i odkłada na wykresie prędkość opadania górnej „granicy” w zależności od czasu, otrzymując dla takiej zawiesiny charakterystyczną krzywą sedymentacji (Rys. 20).

Prędkość sedymentacji w_s na tym wykresie odpowiada początkowemu nachyleniu krzywej sedymentacji w strefie stałej prędkości opadania (a,b).

W zawiesinach rozcieńczonych w_s praktycznie na całej wysokości cylindra sedymentacyjnego pozostaje niezmienna. W zawiesinach stężonych prędkość sedymentacji zmniejsza się wraz z opadającym przebiegiem zmian lustra sklarowanego, ponieważ tworzy się osad i w strefie nad tym osadem osiadanie jest utrudnione. Po dłuższym czasie, często obserwuje się dodatkowe obniżenie lustra osadu wskutek kompakcji, tj. zagęszczenia fazy stałej. W tym obszarze pracują grawitacyjne zagęszczacze osadów. Przedstawione na rysunku 20 krzywe sedymentacji mogą być pierwszymi wskazówkami

przy projektowaniu technicznym osadnika i udziału rozdzielanych substancji stałych.

Rys. 20: Krzywa sedymentacji zawiesin

3.3. Technika sedymentacji

3.3.1. Wymiarowanie osadnika

Znając prędkość opadania można przeprowadzić wymiarowanie osadnika przepływowego. Poniżej przedstawiono obliczenia idealnego osadnika prostokątnego o przepływie poziomym (stała prędkość opadania, w_s, przepływ tłokowy) [17].

Przy założeniu, że wszystkie cząstki na końcu osadnika muszą dotrzeć do dna dla osiągnięcia pełnej separacji, otrzymuje się następujące zależności między geometrycznymi wielkościami osadnika prostokątnego a natężeniem przepływu zawiesiny:

W =

V

h-b

(14)

t_v

i.

w

(15)