Исследования гидравлического сопротивления гидравлического сопротивления крупнозернистой загрузки на лабораторной установке

Одним из приемов для ускорения процессов коагуляции примесей в обрабатываемой воде является контактная коагуляция в смесительных устройствах с применением крупнозернистых загрузок из щебня, гравия и других инертных материалов. Для определения области применения крупнозернистой загрузки на водопроводных очистных сооружениях различной производительности необходимо знать закономерности изменения ее гидравлического сопротивления в процессе работы при заданном диапазоне скоростей фильтрования и крупности зерен.

Лабораторные исследования гидравлических характеристик крупнозернистой фильтрующей загрузки проводились на фильтровальной колонке диаметром 150 мм и высотой 2,5 м, в которую загружался гранитный щебень различной крупности. Высота слоя щебня составляла Н_ф=1,0 м, выше и ниже слоя к фильтровальной колонке присоединялись два пьезометра. В экспериментах использовалась сырая вода Сурского водохранилища. Гидравлический уклон в процессе исследований определялся по формуле

где Н₁ и Н₂ – показания пьезометров.

Лабораторные эксперименты проводились несколькими сериями. Для каждой серии опытов в фильтрующую колонку засыпалась однородная зернистая загрузка определенного диаметра (например, диаметром d=10 мм). В начальный момент фильтрования исходная вода не обрабатывалась коагулянтом и при помощи пьезометров определялся гидравлический уклон i₀ в слое чистой загрузки высотой Н_ф=1,0 м. Далее в воду вводились раствор коагулянта и замутнитель (промывная вода скорых фильтров), при этом ее мутность изменялась от 30 до 200 мг/л. В течение всего периода фильтрования t (от 6 до 8 часов) снимались показания пьезометров и определялись значения гидравлического уклона i при заданной скорости фильтрования υ₁=const. После этого осуществлялась промывка загрузки обратным током водопроводной воды и эксперимент повторялся при новой скорости фильтрования υ₂=const. Всего проводилось 3 серии экспериментов с однородной загрузкой диаметром d=10, 20 и 30 мм, а также одна серия экспериментов с неоднородной загрузкой с эквивалентным диаметром d_экв=33 мм и коэффициентом неоднородности К_н=1,7. Результаты экспериментальных исследований по определению гидравлических уклонов в слое зернистой контактной массы показаны на рис. 1.

В четвертой серии лабораторных экспериментов исследовалась неоднородная загрузка из гранитного щебня с крупностью фракций от 20 до 50 мм. Эквивалентный диаметр контактной массы по результатам рассева составлял d_экв=33 мм, коэффициент неоднородности был равен К_н=1,7.

Рис. 1. Графики изменения гидравлического уклона от времени фильтрования в контактной загрузке при крупности зерен:

а) d=10мм; б) d=20мм; в) d=30мм

однородная загрузка

неоднородная загрузка d_экв=33мм, k_н=1,7

1 – υ =0,03м/с; 2 – υ =0,05м/с; 3 – υ =0,07м/с; 4 – υ =0,09м/с; 5 – υ=0,1м/с.

Увеличение сопротивления неоднородной загрузки с d_экв=33 мм по сравнению с однородной контактной массой с d=30 мм может быть объяснено большей извилистостью межзернового пористого пространства в неоднородной загрузке.

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать вывод

о том, что длительность периода изменения значения гидравлического уклона в контактной загрузке от i₀ в начале фильтрования до i=const в момент достижения предельного насыщения осадком ее порового пространства увеличивается с возрастанием скорости фильтрования и крупности зерен загрузки и может варьироваться от 3 до 7 часов. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и эксплуатации гидравлических смесителей безнапорного типа, оборудованных камерами с контактной загрузкой.