Obciążenie warstwy zawieszonego osadu jednostajnym lub zmiennym natę
żeniem przepływu wody związane jest z odmiennością konstrukcyjną poszcze
gólnych osadników kontaktowych. W wypadku osadników kontaktowych o jedno
stajnym przepływie, natężenie przepływu wody utrzymuje wartość stałą w dłuższym czasie, a charakterystyka Q ■ f(t) przebiega w postaci linii poziomej. Zmienne natężenie przepływu wody związane je3t z zastąpieniem przepływu stałego przepływem całkowicie lub częściowo przerywanym, występuje to w osadnikach kontaktowych o przepływie pulsacyjnym lub falu
jącym. W urządzeniach tych cykle przepływów przedzielają okresy stagnacji lub przepływu stałego o mniejszym natężeniu. W pulsatorze nagłe zrzuty wody, trwające około 5 sekund, przedzielane są przerwami od 20 do 40 se
kund, co sprzyja zachowaniu Jednorodnej struktury warstwy zawieszonego osadu. Występuje wówczas zjawisko fluidyzacji osadu, a następnie jego smdynentacji. Średnia prędkość wznoszenia wody zależy od wielkości i cię
żaru właściwego cząstek osadu, ich stężenia i lepkości wody, a regulowana jeet czasem stagnacji i przepływu.
W osadniku kontaktowym o falującym przepływie, woda przepływa w sposób Ciągły w ilości 50 do 9 0 % przez warstwę zawieszonego osadu, natomiast po
została Jej część gromadzone jest w urządzeniu zrzutowym, skąd wpływając w ustalonych odstępach czasu powoduje okresowe zwiększenie fali przepływu
[7. 38].
31
-1.7. Modelowanie przepływów 1 ocana efektów technologicznych akcelatorów i pulsatorów
Większość zjawisk i procesów przebiegających w akcelatorach i pulsato- rach jest zbyt złożona, aby mogła być analizowana tylko w sposób teore
tyczny. Stęd też wynika potrzeba prowadzenia badań doświadczalnych metodę tzw. eksperymentu czynnego (gdy badacz dokonuje celowych zmian poszczegól
nych elementów konstrukcji modelu, parametrów Jego pracy, wpływa na prze
bieg realizowanego procesu itp, ) oraz eksperymentu biernego na urzędze- niach w skali technicznej, nie naruszajęc warunków ich eksploatacji.
Metoda eksperymentu biernego wymaga dłuższego okresu obserwacji, uniemożli
wia dokonywania zasadniczych zmian w konstrukcji czy parametrach zachodzą
cego procesu. Niemniej jednak jest ona potrzebna przy ustalaniu wielkości błędu badań metodę eksperymentu czynnego, sprawdzaniu poprawności przyję
tych metod kontroli warunków jednoznaczności oraz dostarczania niektórych danych do modernizacji istniejęcych i projektowania nowych urzędzań.
Zaletę metody według eksperymentu czynnego Jest zwłaszcza jej niski koszt i duża możliwość kombinacji umożliwiajęcych wszechstronno poznania wza
jemnego wpływu poszczególnych czynników na efekt pracy urzędzenia. Powo
duje to, że metoda ta jest popularna i czę3to stosowana.
W przypadku trudności w analizowaniu poszczególnych zjawisk można (przy dobrej znajomości matematyki) użyć modeli analogowych, np. symulacji nume
rycznej niektórych procesów, w celu lepszego.i szybszego ich poznania.
Aktualny stan wiedzy uniemożliwia zbudowanie Jednego modelu akcelatora czy pulsatora do prowadzenia badań warunków hydraulicznych przepływu wody i chemizmu zachodzęcsgo procesu. Model do badań hydraulicznych wymaga oprócz podobieństwa geometrycznego, uwzględnienia podobieństwa sił bez
władności, lepkości, ciężkości i napięcia powierzchniowego. Więzałoby się to z użyciem specjalnego medium, pozwalajęcago na uzyskania równości odpo
wiednich liczb kryterialnych. Ze względu na nierealność takiego medium, należy tak uprościć opis modelu zjawiska, aby nie naruszyć zasad pełnego modelowania, wprowadzajęc tzw. modelowanie przybliżone. Model nie musi odtwarzać każdego drobnego detalu, wystarczy, żo oddaje najważniejsze ce
chy danego zjawiska trudnego do rozwięzania przy pomocy samych rozważań teoretycznych. Największę trudność sprawia tutaj modelowanie częstek kłaczkowatych w poszczególnych fazach procesu, tj, koagulacji, flokulacji i sedymentacji, zachowujęc ich wymiary, kształt, gęstość 1 aktywność po
wierzchniowa. Istotnę rolę odgrywa tutaj charakter powięzań kinetyki flo
kulacji, adsorpcji 1 desorpcji z transportom pędu i masy w poszczególnych przestrzeniach mieszania tych urzędzoń. Oest to problem trudny do opisania matematycznego nswet przy zastosowaniu odpowiednich liczb kryterialnych.
Zasadnicza trudność wynika zt
- braku dostatecznie dokładnej teorii zjawisk hydromechanicznych, która uwzględniałaby wszystkie czynniki wpływajęce na efekty i kinetykę floku- lacji oraz na wielkość powierzchni właściwej kłaczków osadu.
- niskiej energii aktywacji procesu adsorpcji fizycznej i niewielkiej wytrzymałości struktury kłaczków, przez co równowaga sorpcyjna między zmieniajęc? się w czasie powierzchnię kłaczków i roztworem wodnym ma charakter odwracalny [126] .
Zastępienie w modelu osadu rzeczywistego piaskiem, pyłem skalnym czy odpowiednio rozdrobnionymi częstkami mas plastycznych [34] mija się więc Z celem. Z dużym uproszczeniem umożliwia to jedynie spełnienie podobień
stwa warunków hydrodynamicznych przepływu, bez uwzględnienia między inny
mi tek istotnego oddziaływania międzyfazowego.
Nie Jest więc możliwa zbudowanie takiego modelu, akcelatora czy pulsa- tora, w którym zostałoby zachowane podobieństwo wszystkich zechodzęcych w tych urzędzeniach zjawisk, Praktycznie więc realizuje się oddzielne ba
dania modelowe warunków hydrodynamicznych przepływu wody według zasad podobieństwa geometrycznego i mechanicznego oraz bada oddzielnie poszcze
gólne procesy jednostkowe. Wadę tego rodzaju modelowania częstkowego jest ustalenia wpływu pojedynczego czynnika lub kilku czynników na przebieg danego zjawiska. Brak natomiast syntezy wszystkich wzajemnie na siebie oddziałujących procesów i zjawisk. Potwierdzenie wpływu sumy czynników na afekt końcowy oczyszczania wody jast możliwa dopiero na urzędzeniu w ska
li półtechnlcznej lub technicznej.
W pracy t e j, pomyślanej jako studium możliwości wykorzystania badań
■odelowych dla lepszego poznania zjawisk i procesów zechodzęcych w akce- letoreeh i pulsatorach, proponuje się, zgodnie ze schematem przedstawio
nym na rys. i i 2. oddzielne modelowanie przepływów i procesów technolo
gicznych. Duże znaczenie przywięzuje się do kształtu urzędzenla w charak
terystycznych Jago przekrojach jako czynnika determinującego warunki hy
drodynamiczna przepływu wody. Proponuje się badania jakościowa na mode
lach płaskich w kanale hydraulicznym w celu kształtowania przepływów moż
liwych przypadków rozwięzań konstrukcyjnych doprowadzenia i odbioru Wody względem strefy klarowania i osadu zawieszonego (rozdz. 4.4.2 i 4.4.3).
Tan etap badań umożliwia wybór najlepszego rozwięzanie do dalszych badań na modelach przestrzennych z określeniem efektów hydraulicznych, n p . ¡ poprzez pomiar wykorzystania czynnej objętości urzędzenla, współczynnika nierównoalernoścl rozkładu prędkości [75] , a nawet modelowaniu matematycz
nym ruchu częstek na tle wcześniej rozpoznanego pola prędkości za poiaocę anemonetru laserowego (rozdz. 4,4.4). w ten sposób modelowanie fizykalne dostarcza pełnych informacji o wpływie keztałtu i warunków hydrodynamicz
nych przepływu wody na efekt hydrauliczny pracy urzędzenis. Oddzielna oce
na efektów technologicznych (rozdz. 5) z uwzględnieniem poszczególnych procesów jednostkowych i modeli matematycznych opieujęcych te procesy, dostarcza niezbędnych informacji do końcowych badań sprawdzających na modelu odmiany *T* (technologicznym) wytypowanym z badań hydraulicznych (model odmimny " H " ) do badmh technologicznych (rys. 1), Taka droga
po-MODELOWANIE PRZEPŁYW Ó W I OCENA SKUTECZNOŚCI TECHNOLOGICZNEJ
Rys. 1» Schemat modelowania przepływów i ocena skuteczności technologicznej akcelatorów 1 pulaatorów
• 1« Scheme of flow modelling and estimation of technological efficiency of accelerators and pulaatora