Wpływ rozstawu łopatek mieszadła na parametry charakteryzujące intenywność i wyniki wolnego mieszania w komorze flokulacji

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

S e r ia : INŻYNIERIA SANITARNA Z . 21 Nr k o l . 575

________ 1979

Jan UMIŃSKI

WPŁYW ROZSTAWU ŁOPATEK MIESZADŁA

NA PARAMETRY CHARAKTERYZUJĄCE INTENSYWNOŚĆ I WYNIKI WOLNEGO MIESZANIA W KOMORZE FLOKULACJI

S t r e s z c z e n ie . Isto tnym warunkiem w łaściw e go p rz e b ie g u f l o k u l a c j i w komorach r e a k c j i J e s t zap e w n ie n ie n a j b a r d z ie j od p ow ie d n ie j in t e n ­ syw n o ści wolnego m ie s z a n ia . Na p o d staw ie badań przeprow adzonych w wa­

runkach la b o r a t o r y jn y c h p rze a n a lizo w a n o wpływ zmian w ro z s ta w ie ł o ­ patek m ie s z a d ła na param etry c h a r a k te r y z u ją c e in tensyw n ość m iesza­

n ia , w s z c z e g ó ln o ś c i - na moc m ie s z a n ia , p r z e c ię t n y g r a d ie n t prędko­

ś c i , p ręd k o ść obwodową o ra z na w y n ik i f l o k u l a c j i . Otrzymane r e z u l­

t a t y s tw a rz a ją p r z e s ła n k i o p t y m a liz a c j i in te n s y w n o ś c i wolnego mie­

s z a n ia w komorach r e a k c j i p o p rze z odpow iednie rozstaw y ło p a te k mie­

s z a d ła . Celow ość 1 m ożliw ość te go sposobu ró żn ic o w a n ia intensyw no­

ś c i i s t n i e ć może np. w u rz ą d z e n ia c h typu a k c e la t o r .

Isto tnym warunkiem w łaściw ego p rz e b ie g u k o a g u la c j i z a n ie c z y s z c z e ń wody w komorach f l o k u l a c j i j e s t z ap e w n ien ie n a j b a r d z ie j od p ow ie d n ie j in te n sy w ­ n o ś c i wolnego m ie s z a n ia . Optymalna in tensyw n ość może s i ę z m ie n ia ć w z a l e ż ­ n o ś c i od te m p era tu ry i j a k o ś c i koagulow anej wody, ro d z a ju i dawek stosowa­

nych reagentów , czasu wolnego m ie s z a n ia i t p .

D otychczasow e badan ia k i n e t y k i f l o k u l a c j i 13, 5 ] , ja k t e ż d ośw iadcze­

n ia e k s p lo a t a c y jn e dowodzą, że odpow iednie dostosowywanie in te n s y w n o ś c i wolnego m ie s z a n ia do warunków p rze b ie g u k o a g u la c j i dać może wydatną popra­

wę wyników c a łe g o p ro c e s u .

J e ś l i p rz e z in te nsyw n o ść m ie s z a n ia rozum ieć będziemy p r z e c ię t n e n a tę ż e ­ n ie ( i l o ś ć ) e n e r g ii m ech aniczn ej przekazyw anej do o b j ę t o ś c i m ieszanej c i e ­ czy (z pom inięcie m z a g a d n ie n ia r o z k ła d u t e j e n e r g i i ) , to zasadniczym wskaź­

nikiem in te n s y w n o ś c i m ie s z a n ia j e s t p ręd k o ść ruchu m ie s z a d ła i w ie lk o ś c i z tym ruchem zw iązane ( i l o ś ć obrotów , pręd kość obwodowa ło p a t e k , je d n o s t­

kowa moc m ie s z a n ia , l i c z b a R eynold sa i t p . ) .

Do s c h a ra k te ry z o w a n ia in te n s y w n o ś c i m ie s z a n ia w zdeterminowanym kon­

s t r u k c y j n ie u k ła d z ie w y s ta rcz a jed na z wym ienionych w i e l k o ś c i, np. i l o ś ć obrotów w je d n o s tc e c z a s u .

N ajp rostszym i ja k d o ty ch c za s - jedynym sposobem dostosowywania in t e n ­ syw ności wolnego m ie s z a n ia do wymogów te c h n o lo g ic z n y c h procesu j e s t zm ia­

na ( r e g u la c ja ) i l o ś c i obrotów m ie s z a d ła . D o ty czy to z w ła s zcza komór wydzie­

lo n y c h , p r a c u ją c y c h w u k ła d z ie klasycznym ( s z y b k i m ieszacz - komora f lo k u ­ l a c j i - o s a d n ik ) . O p t y m a liz a c j i wolnego m ie sza n ia w tym u k ła d z ie s łu ż y ć może rów nież ró ż n ic o w a n ie in te n s y w n o ś c i m ie sza n ia w p o szcze g ó ln y ch fazach

122

3 . U m iń sk i

R ys. 1 . A k c e la t o r f i r n y " I n f i l c o "

1 - doprow adzanie wody s u ro w e j, 2 - wstępna (d o ln a ) koaora r e a k c j i . 3 - w tórna konora r e a k c j i , 4 - s t r e f a k la ­ ro w an ia, 5 - odpływ wody s k la ro w a n e j,

6 - w ir n ik - n ia a z a d ło

f l o k u l a c j i . W tym c e lu r e a k t o r d z i e l i s i ę na k i l k a m n ie jszy ch komór z o- sobnymi napędami i m ie sz a d ła m i, w sp ó łp ra cu ją cy c h szeregow o. W komorze po­

czątkow ej s t o s u j e s i ę wówczas in tensyw n ość n a jw ię k s z ą , zaś w d a ls z y c h ko­

morach, w m iarę d o jrz e w a n ia kłaczków - in tensyw n ość m ie sza n ia sukcesyw nie s i ę z m n ie js z a .

T r u d n ie j j e s t zapew nić w ła­

ściw ą intensyw ność m ie sza n ia w ze sp o lo n y ch komorach f lo k u l a ­ c j i , p ra c u ją cy ch w ramach u rz ą ­ dzeń w ie lo fu n k c y jn y c h typu ak­

c e l a t o r , r s a k ty w a to r, r a c y rk u - l a t o r i t p . W u rz ą d ze n ia c h tych [2, 4], op rócz f u n k c j i miesza-?

n ia ,m ie s z a d ło s p e łn ia rów nież r o lę w ir n ik a pompującego wodę i zaw racające go czę ś ć osadu po- ko a g u la cyjn eg o do s t r e f y f lo k u ­ l a c j i ( r y s . 1 ) . Obydwie te funk­

c j e z a le ż ą od p r ę d k o ś c i o b ro to ­ w e j, eą zatem w s p ó łz a le ż n e . W sp ó łza le żn o ść ta n ie j e s t k o rz y s tn a J e ś l i chcemy optym alizow ać w sposób o d d z ie ln y intensyw ność m ie s z a n ia o ra z k ro tn o ś ć zaw racania osadu p o k o ag u la - c y jn e g o . O dn o si s i ę to w s z c z e g ó ln o ś c i do urządzeń w ie lo fu n k c y jn y c h bez z g a r n ia c z y osadu, g d z ie odpow iednia Intensyw ność m iesza n ia 1 c y r k u la c j a wody zap o bieg a n ie p o żą d a n e j s e d y m e n ta cji osadu (np. w d o ln e j komorze reak­

c j i ) .

N a jb a r d z ie j typowym przykładem t e j grupy

| ' 1 urządzeń są u n ss w k r a ju a k c e la t o r y o kaztał- I " " I c l e z b liż o n y m do p rze d s ta w io n e j na r y s . l k l a ­

s y c z n e j k o n s t r u k c j i fir m y " I n f i l c o ” . W a k ce- la t o r a c h ty ch s t o s u j e ś l ę m iesza d ła tu r b in o ­ we z dodatkowymi ło p a tk a m i u d o łu ( r y s . 2 ) . Górna c z ę ś ć m ie sza d ła ( " w ir n ik " ) ma z a d a n ie pompowania i zaw racania od p o w ied n ie j i l o ś c i osadu p o k o a g u la cyjn e g o , zaś ł o p a t k i dolne ( “m ie s z a d ło “ ) zapew niają wymaganą intensyw ­ ność m iesza n ia we w stępnej ( d o ln e j) komorze r e a k c j i .

Do rozw iązań k o n s tru k cy jn y ch u m o ż liw ia ją ­ cych o d d z ie ln ą r e g u la c ję r e c y r k u l a c j i osadu o ra z in te n s y w n o ś c i m ie sza n ia n a le ż ą m .in .s p e ­ c j a ln e z a s ta w k i S ię d z y komorami r e a k c j i lu b na d o p ływ ie ze s t r a f y osadowej a k c e la t o r a . R ys. 2 . M ie s z a d ło t u r b i ­

nowe z dodatkowymi ło p a t ­ kami u d o łu (stosowane w a k c e la to ra c h jako " w ir n ik

- m ieszad ło " )

Wp ł y w rozstawu łopatek mieszadła.. 123

d * 0 :

d 120:

d » :

W r a z ie p o tr z e b y - odpow iednie przym ykanie t a k ic h zastawek o r g r a n ic z a ć mo­

że i l o ś ć wody zaw racanej wraz z osadem do s t r e f y f l o k u l a c j i . Oo różnicow a­

n ia in te n s y w n o ś c i m ie s z a n ia można wtedy stosować wspomniane j u ż , zmienne o b r o ty w ir n ik a - m ie s z a d ła . W p ra k ty c e stosowane w 'k ra ju p r z e k ła d n ie b ez- stopniow e szyb k o s i ę zużyw aję i p r o je k t a n c i czasem z n ic h re zyg n u ję [2 ], s t o s u j ę c s t a ł ę i l o ś ć obrotów i p o p r z e s ta ją c na p ro je k to w a n iu je d y n ie z a ­ staw ek. T a k i sposób r e g u l a c j i ma swoje wady, m^in. dość o g ra n icz o n y zakres zmian r e c y r k u l a c j i osadu, a ponadto n ie można w t r a k c i e e k s p lo a t a c j i o p ty ­ m alizow ać in te n s y w n o ś c i m ie s z a n ia .

Wydaje s i ę , że jed ną z n ie w ykorzystanych d o ty ch cza s w t e j d z ie d z in ie m o ż liw o ś ci J e s t zas to sow a n ie zmiennego rozstaw u ło p a te k m iesza d ła w d o l­

nej komorze r e a k c j i a k c e la t o r a (dodatkowych ło p a te k d o lnych -w m ieszad łach ta le rz o w y c h ) . Zmiana rozstaw u wywołuje zmianę p r ę d k o ś c i obwodowej ło p a te k , a zatem można s ą d z i ć , że nawet p rzy s t a ł e j i l o ś c i obrotów da to m ożliw ość odpow iedniego .różn icow an ia in te n s y w n o ś c i m ie s z a n ia . W warunkach zmiennych

obrotów w irn ik a - m ie sza d ła m ożliw ość ta b y ła b y o c z y w iś c ie z w ie lo k r o t n io n a , odpo­

w ie d n io do zmian w i l o ś c i obrotów . M ając t o na uwadze, w p rze d s ta w ia n e j p ra c y z a ję ­ to s i ę b l i ż e j .wpływem rozstaw u łopatek na param etry c h a r a k te r y z u ją c e intensyw ność wolnego m ie szen ia o ra z w y n ik i f l o k u l a c j i . B adania przeprowadzono w warunkach la b o ­

r a t o r y j n y c h , z w ykorzystaniem s p e c ja ln e ­ go m iesza d ła testow ego ( r y s . 3 ) , w k tó ­ rym rozstaw ło p a te k zm ieniano trzykrotnie:

1) d = 80 mm (m ieszad ło p rzy tym r o z s t a ­ w ie o k re ś lo n o symbolem "d 8 0 " ) ; 2) d ■

m

120 mm (symbol "d 12 0"); 3) d » 160mm (symbol "d 1 6 0 "). R e k to r, w którym pro­

wadzono badania m ia ł k s z t a ł t c y l in d r y c z ­ nego z b io r n ik a o ś r e d n ic y D = 290 mm i początkowe n a p e łn ie n ie H « D ( r y s . 4 ) .I n - w a ria n ty podobieństw a geometrycznego d la p o szcze g ó lnych rozstawów przed staw io no w t a b e l i 1.

W c z ę ś c i hydrom echanicznej badań, w p rzyjętym z a k r e s ie obrotów dokonano po­

m iaru mocy m iesza nia i o k re ś lo n o tzw.

p r z e c ię tn e g r a d ie n ty p r ę d k o ś c i. Pomiary te przeprowadzono na wodzie wodociągowej

d J fS>o

—

L

^__

I W

a tk o

-4-

— t-

R ys. 3. M ie s z a d ło testow e o zmiennym ro z s ta w ie ło p a te k

9

U U ⁱ

D -2 tO

Rys.

^Badany m ie s z a ln ik

(r e a k t o r ) o tem peraturze 293 K (20 C ).

124

J .

Umiński.

T a b e la 1

In w a ria n ty podobieństw a geometrycznego badanego m ie sza d ła p rzy różnych rozstaw ach ło p a te k

Symbol m iesza d ła p rzy odpowiednim r o zs ta w ie ło p a te k

W a rto ś c i inw ariantów podobieństwa geom etrycznego.

(Oznaczenia parametrów według r y s . 3 i

4)

_{I lo ś ć}

ło p a te k a

.3

b 3

bo 3~

1 3

D

3

d 80 0.250 0 ,7 5 0,375 2,00 3,5 0

d 120 0,1667 0,5 0 0,250 1,33 2,3 3 2

d 160 0,125 0,375 0,188 1,00 1,75

I n s t a la c j a badacza ( r y s . 5 ' p rz y ­ stosowana b y ła do jednoczesnego p ro ­ wadzenia pomiarów w dwóch id e n t y c z ­ nych r e a k to r a c h . Wspólny napęd wraz z zespołem p r z e k ła d n i u m o ż liw ia ł płynnę r e g u la c ję obrotów m ie sza d ła w z a k r e s ie od 15 do 470 obr/m in.

I lo ś ć obrotów m ierzono za pcmocę elek­

tro n ic z n e g o ob ro to m ie rza cyfrow ego typu N-103. Oo pomiarów mocy miesza­

n ia s ł u ż y ł y s p e c ja ln e dynamometry s k r ę t n e . Pomiar p o le g a ł na ustaleniu k ęta s k r ę c e n ia t a r c z dynamometru, a n a s tę p n ie - o k r e ś le n iu momentu ob ro­

towego n e tto na wale m ie sza d ła p rzy danej p rę d k o ś c i kętow e j.

Moc m iesza n ia (N) o b lic z o n o za po- mocę wzoru:

N = M . » [17) , ( 1 )

g d z i e :

M - moment o b r o t o w y n e t t o

po

o d -

ilyS. 5. _'

Widok o g o l n y i n s t a l a c j i

_{i . . J}

, ,

l i c z e n i u s t r a t na t a r c i e dy-

. „ .

badawczej

'

n a mi c z n e i s t a t y c z n e w [Nrn] j co - p r ę d k o ś ć k ę t owe m i e s z a d ł a w [ r d / s ] o k r e ś l o n a na p o d s t a w i e z m i e r z o ­

n e j i l o ś c i o b r o t ó w n ( <o =

.7pływ rozstawu łopatek mies za dł a__ 125

U o g ó ln ie n ia wyników badań z u ż y c ia mocy dokonano w o p a r c iu o stosowane w t e c h n ic e m ie s z a n ia moduły podobieństw a, p rz e d s t a w ia ją c Je w p o s t a c i funb- c j i :

(

2

)

g d z ie :

" y N » Eu - l i c z b a E u le r a d la p ro ce su m ie sza n ia ( li c z b a mocy);

d n f

n d2?

n

« Re - l i c z b a R eyno ld sa d la proce su m ie s z a n ia ; f - g ę s t o ś ć c ie c z y [kg/m3] ;

ij - w s p ó łc zy n n ik le p k o ś c i dynam icznej wody [ " --Ty ] ;

m

A ,C - w s p ó łc z y n n ik i em p iryczn e .

U o g ó ln ię ję c w y n ik i pomiarów za pomocę równań typu (2) o p a rto s i ę na z a - ło Z e n iu , Ze w warunkach prowadzonych badań wpływ l i c z b y F ro u d e 'a (Fr ■

2

■ — ) n ie w y s tę p u je , będź te ż j e s t m in im aln y . Z a ło ż e n ie to u m o ż liw ia ł m .in . stosowany za k re s Re, brak fa lo w a n ia o ra z brak lu b n ie d u ży na o g ó ł l e j d e p r e s y jn y .

□ l a o k r e ś le n ia równań o p is u ją c y c h moc m ie sza n ia zastosow ano rachunek wy­

równawczy metodę n a jm n ie js z y c h kwadratów. W ykorzystano w tym c e lu maszynę cyfrow ę 0DRA-1304. W s p ó łc z y n n ik i em piryczne o ra z otrzym ane p r z e d z ia ły u f ­ n o ś c i d la równań typu (2] p rzed staw io n o w t a b e l i 2.

T a b e la 2

w a r t o ś c i w spółczynników em pirycznych w równaniu (2) d la badanego m ie s z a d ła p rz y różnych rozstaw ach ło p a te k

Symbol m ie sza d ła p r z y odpowiednim

ro z s ta w ie

W a rto ś c i w spółczynników P r z e d z i a ł u f n o ś c i d la w sp ó łczy n n ik a C p rz y p o ziom ie ufnoś'ci

0 ,9 5

A c

d 80 - 0 ,3 36,67 (3 2 ,9 1 ; 4 0 ,4 3 )

d 120 - 0 ,1 2,0535 (1,5 6 4 7 ; 2 ,5 3 8 7 )

d 160 0 ,2 0 ,0419 (0,0288 ; 0 ,0 5 5 0 )

Na rysunku 6 p rze d staw io n o w ykresy z a le ż n o ś c i Eu • f(R e ) d la p o szcze ­ g ó lnych rozstawów ło p a t e k . Tak o k r e ś lo n e z a le ż n o ś c i o p is u ję moc m ie sza n ia d la układów g e o m e try czn ie podobnych, odpow iadajęcych badanym rozstawom.

W idzim y, że rozstaw ło p a te k wywiera zdecydowany wpływ na moc m iesza nia

1 2 Sl 3 . U m i ń s k i

R ys. 6 . C h a ra k te ry s ty k a mocy m iesza n ia d la m ie sza d e ł o różnych rozstaw ach ło p a te k

( li c z b ę mocy) w całym uzyakiwanym w badaniach z a k r e s ie l i c z b R ey n o ld sa . L ic z b a k r y t e r ia ln a E u le r a p r z y b ie r a n ajw ię k sze w a r to ś c i d la rozstaw u n a j­

m niejszego ("d 8 0 ") , n a jm n ie js z e zaś - d la rozstawu najw iększego f'd l6 0 " ) . Np. p rz y Re » 20 000 m ie sza d ło "d 80" d a je w artość Eu * 2, "d 120" - Eu = - 1 . zaś "d 160" - Eu » 0 , 7 .

Zachowywania podczas badań porównawczych s t a ły c h wymiarów ło p a t e k - przy z m n ie js z a n iu ś r e d n ic y m iesza d ła (d) - równoznaczne b y ło z powiększaniem inw ariantów g (stosunku ś r e d n ic z b io r n ik a i m ie s z a d ła ) o ra z b/d fyzglę d- n ej s z e r o k o ś c i ło p a t e k ) . P rzedstaw ion e w y n ik i wykazuję w ię c , że w zrost In­

w ariantów j i j pow iększa w is to tn ym s to p n iu li c z b ę E u le r a . U naocznia to r o lę doboru ś r e d n ic y m ieszad ła (rozstaw u ło p a te k ) w a s p e k c ie pow iększa­

n ia s k a l i u rz ę d z e n ia .

B ezp ośre d n ią z a le ż n o ś ć pom ierzonej mocy m iesza nia (wyrażonej w watach) od rozstawu ło p a te k p rzy c z te re c h p rę d k o ś c ia c h obrotowych przed staw io no na rys-. 7. Ponieważ rz e c z y w is ta punkty pomiarowe wypadały p rz y n ie c o i n ­ nych il o ś c i a c h otrotów - moc m iesza nia d la n 60, 120, 180 i 240 obr/min o b lic z a n o p rze z in t e r p o la c j ę - k o r z y s t a ją c z u s ta lo n y c h równań em­

p ir y c z n y c h . CJak w idzim y, p rzy zachowaniu s t a ł e j i l o ś c i obrotów m ie sza d ła i p ow iększaniu rozstaw u ( ś re d n ic y ) moc m iesza nie w z ra s ta , p rz y czym wzrost ten j e s t tym b a r d z ie j ędecydowany, im w iększa j e s t i l o ś ć obrotów .

W yk o rzy stu ją c m .in . c h a r a k t e r y s t y k i z u ż y c ia mocy o k re ś lo n o d la poszcze­

g ólnych rozstawów w a r to ś c i p rz e c ię tn e g o g ra d ie n tu p rę d k o ś c i odpow iadające różnym intensyw nościom m ie s z a n ia . P r z e c ię t n y g ra d ie n t p r ę d k o ś c i 3 o k re ­ ś lo n o na podstaw ie form u ły zaproponowanej p rze z Campa i S t e in a [5]:

Wpływ r o z s t a w u ł o p a t e k m i e s z a d ł a . . . 127

(3)

wody (Nj =

r ó ż n y c h i l o ś c i o b - G c

] j V ~ T T

*

g d z i e :

V - o b ję t o ś ć m ieszane j wody [m3 ];

- moc m ie sza n ia p rzy p a d a ją c a na je d n o s tk ę o b j ę t o ś c i

[w /n3 ] .

*

80 120 1S0

S o z s ta * ło p a tek d [m m ]

Ry s . 7 . Z a l e ż n o ś ć mocy m i e s z a n i a od r o z s t a w u ł o p a t e k d l a

r o t ó w m i e s z a d ł a

P a rtta tr łopatek m itsza tiła d [mm]

R y s . 3 .

Z a le żn o ś ć p rz e c ię tn e g o g r a d ie n tu p ręd ­

k o ś c i i

p r ę d k o ś c i obwodowej od rozstaw u ło p a ­

t e k

p rzy s t a ł e j i l o ś c i obrotów m ie sza d ła

w

o

Umiński

Na r y s . 8 p rze d staw io n o z a le ż n o ś ć p r z e c ię tn e g o g r a d ie n tu G i prędko­

ś c i obwodowej u od rozstaw u ło p a te k m iesza d ła p rzy s t a ł e j i l o ś c i obro­

tów (n = 143 ob r/m in ). W zrost p r ę d k o ś c i obwodowej j e s t o c z y w iś c ie wprost p ro p o r c jo n a ln y do rozstaw u (u = d ) , natom iast p r z y r o s t y p rz e c ię tn e g o g r a d ie n tu p r ę d k o ś c i b y ły stosunkowo w iększe (przy dwukrotnym w z ro ś c ie ro z ­ stawu g r a d ie n t 2 w z ró s ł 2 ,3 r a z y ) .

R ys. 9 i l u s t r u j e z a le ż n o ś ć g rad ien tó w G od p rę d k o ś c i obwodowych ło p a ­ tek ( u ) . Oak w idać z wykresów - p rzy ty ch samych p rę d k o ś c ia c h obwodowych - p o s z cz e g ó ln e rozstaw y ło p a te k d a ję dość z b liż o n e do s i e b i e w a r to ś c i g ra ­ d ientó w , c h o c ia ż w y stę p u ję ce r ó ż n ic e sę w y s ta rc z a ję c o wyraźne. <7 p rze v a - ż a ję c e j c z ę ś c i badanego zak re su n ajw ię k sze g r a d ie n ty p r ę d k o ś c i s tw ie r d z o ­ no d la n ajm n ie jszeg o rozstaw u ło p a t e k , n a jm n ie js z e zaś - d la rozstaw u naj­

w iększego.

W warunkach małych wahań le p k o ś c i wody p r z e c ię t n y g r a d ie n t p rę d k o ś c i wyraża p o ś re d n io jednostkow e r o z p r o s z e n ie mocy, j e s t w ięc wskaźnikiem in ­ te nsyw ności m ie s z a n ia .

. W badaniach zm ierzan o rów nież do w y ja ś n ie n ia , k tó re ze stosowanych k r y ­ te rió w in te n s y w n o ś c i ( g ra d ie n t p r ę d k o ś c i, prędkość .obwodowa czy i l o ś ć ob­

rotów m ie s z a d ła ) w sposób b a r d z ie j Jednoznaczny c h a r a k te r y z u je w y n ik i f l o - k u l a c j i uzyskiw ane p rz y różnych rozstaw ach ło p a t e k . W tym c e lu wodę uprzed­

n io zm ętnionę s z t u c z n ie kaolin em (M = 140 mg SiO„/dro^) poddawano w re a k - to r z e k o a g u la c j i siarcza n em glinowym (dawkę 50 mg A l 2 (S04 )4 . 18 H20/dm ) i o k re ś la n o re d u k cję m ętn ości poczętkow ej w wyniku f l o k u l a c j i i

30

-m in u to - wej s e d y m e n t a c ji. Cechy fiz y k o ch e m ic z n e wody surow ej o ra z param etry szyb ­ k ie g o m ie sza n ia z koagulantem b y ły we w s z y s tk ic h cy k la c h pomiarowych je d ­ nakowe.

W t a b e l i 3 ze sta w ion o re d u k cję m ętn ości uzyskanę d la różnych rozstawów p rz y s t a ł e j i l o ś c i obrotów m ie s z a d ła , n a s tę p n ie p rzy s t a ł e j p r ę d k o ś c i ob­

wodowej o ra z tym samym p rze cię tn y m g r a d ie n c ie p r ę d k o ś c i. W ynik i z p r z y t o ­ czon ej w t a b e l i s e r i i pomiarowej otrzymano d la czasu f l o k u l a c j i 15 min.

(P o z o s ta łe s e r i e pomiarów, k tó re s ta n o w iły fragment s z e rs z y c h badań [7] da­

ł y w y n ik i a n a lo g ic z n e ) .

W idzim y, że n ajm n ie j miarodajnym k ry te riu m in te n s y w n o ś c i wolnego mie­

s z a n ia j e s t w ty c h warunkach i l o ś ć obrotów m ie s z a d ła . P rzy n = const ró ż ­ ne rozstaw y ło p a te k (a w ięc różne p r ę d k o ś c i obwodowe i g r a d ie n t y p r z e c ię t ­ ne) d a ły w yraźn ie zróżn icow an e re d u k cje m ę tn o ści. N atom iast p rzy s t a ły c h p rę d k o ś c ia c h obwodowych i g ra d ie n ta c h p r ę d k o ś c i otrzymano re d u k cje bardzo z b l iż o n e . Zatem obydwa te param etry (G, u) w dość jednoznaczny sposób cha­

r a k t e r y z u ję in tensyw ność m ie s z a n ia , bez względu na t o , czy zmiana t e j in ­ te n sy w n ości z a c h o d z i p o p rze z zmianę rozstawu ło p a te k , czy te ż i l o ś c i obro­

tów. Z porównania otrzym anych wyników o ra z c h a r a k te r y s ty k G * f(u) na rys.9 można wnioskow ać, że obydwa te k r y t e r ia sę w omawianych warunkach p ra ­ w ie jednakowo u ż y te c z n e .

Wpływ rozstawu łopatek mieszadła..._________________________________________

125

Tabela 3

Redukcja m ętn o ści wody po 15 m in. f l o k u l a c j i 1 30 m in. s e d y m e n ta cji (Wolne m ie s z a n ie z zastosow aniem różnych rozstawów ło p a te k m ie s z a d ła ) .

Rozstaw ło p a te k m ie sza d ła

S t a ła i l o ś ć obrotów

n - 48 obr/min

S t a ła prędkość obwodowa ło p a te k

u = 0 ,4 m/s

S t a ł y , p r z e c ię t n y g r a d ie n t p r ę d k o ś c i

G - 50 s ' 1

(zew.

ś r e d n ic a o b r o t u )

prędkość obwodowa

p r z e ć , g ra ­ d ie n t p ręd ­

k o ś c i

¡5

r e d u k cja m ętn ości wody w p ro ­

centach

i l o ś ć obrotów m iesza­

d ła n

p r z e ć , g ra ­ d ie n t pręd ­

k o ś c i

¡5

re d u k cja m ętności wody w p r o ­

centach

i l o ś ć obrotów m iesza­

d ła n

re d u k cja m ętności wody1 ^ w pro ce n ta ch

d [mm]

« » ] [ .- * ]

^[l/min]

U “1]

^{[l/m in]}

80 0 .2 1 8 ,7 89 ,3

•

96 4 5 ,2 95 ,9 100 95,1

120! 0 ,3 29,9 . 9 3 ,6 64 4 1 ,3 9 5 ,0 73 9 4 ,6

160 0 .4 4 4 ,6 95 ,9 48 44 ,6 95 ,9 52 ,5 95,1

1 ^Redukcję m ętn ości wody p rzy ¡ 5 - 5 0 a-1 o k re ś lo n o p rz e z in t e r p o l a c j ę wyników uzyskanych w n a j b liż s z y c h punktach pomiarowych.

Wpływ rozstawu łopatek mieszadła... 131

Przeprow adzone b ad an ia w ykazały,, ż e nawet n ie w ie lk ie zmiany rozstaw u ło­

patek mogą e fe k ty w n ie różnicow ać p r z e c ię t n y g r a d ie n t p r ę d k o ś c i i wpływać tym samym na w y n ik i f l o k u l a c j i .

W yn ik i pomiarów hydrom echanlcznych i te c h n o lo g ic z n y c h u n a o c zn ia ją o k re ­ ś lo n e m o ż liw o ś c i o p t y m a liz a c j i warunków m iesza n ia w komorach f l o k u l a c j i zarówno p r z y p ro je k to w a n iu urządzeń (p rz y doborze k o n s t r u k c j i i parametrów geom etrycznych) ja k te ż w f a z i e e k s p l o a t a c j i . K o n ieczn e sę Jednak d a ls z e badania m .in . w s k a l i t e c h n ic z n e j , obejm ujęce różne ty p y komór i m iesza­

d e ł w u k ła d z ie przepływowym.

P rz y ro zp a try w a n iu o p t y m a liz a c j i rozstaw u ło p a t e k , w a k t u a ln ie stosow a­

nych typach u rz ą d ze ń , godne uwagi sę dwa p r z y p a d k i:

1) Chcemy r ó ż n i c o w a ć i n t e n s y w n o ś ć wolnego mie­

s z a n ia w warunkach zachowywania s t a ł e j i l o ś c i o b r o ­ t ó w m ie s z a d ła . P r z y

ni

» n2 = co nst pożądaną zmianę p r z e c ię tn e g o gra­

d ie n t u (z 81 na S2 ) lu b p r ę d k o ś c i obwodowej (z Uj na u2 ) można u zys­

kać - z m ie n ia ją c rozstaw ło p a te k z d j na d£ według p r o p o r c j i :

W ogólnym p rz y p a d k u ,z n a ją c c h a r a k t e r y s t y k i 5 = f{ u ,d ) o ra z optym alne d la procesu f l o k u l a c j i w a r t o ś c i 5 lu b u , o k r e ś la ć można n a j b a r d z ie j pożąda­

ny rozstaw ło p a te k d . N a j l e p i e j , gdyby k o n s tr u k c ja m ie s z a d ła u m o ż liw ia ła zmianę 1 o p ty m a liz a c ję rozstaw u w t r a k c i e e k s p lo a t a c j i u rz ą d z e n ia .C a k Już w sp o m n ia n o,ta k ie r o z w ią z a n ia mogą być s z c z e g ó ln ie p rzy d a tn e w a k c e la t o - ra c h , w o d n ie s ie n iu do dodatkowych ło p a te k d o ln y ch m ie sza d e ł ta le rz o w y c h . W w y d zie lo n y ch komorach f l o k u l a c j i , p o d z ie lo n y c h szeregowo na s e k c je z od­

d z ie ln y m i m ie s z a d ła m i, odpowiednim rozstawem ło p a te k optym alizow ać można (p rzy n » c o n s t ) in tensyw n ość m ie sza n ia w k o le jn y c h s e k c j a c h , t j . w p o szcze ­ g ó ln y ch fa za ch f l o k u l a c j i .

2) Chcemy utrzym ać i n t e n s y w n o ś ć wolnego m iesza n ia n a s t a ł y m p o z i o m i e w warunkach z m i e n n y c h o b r o ­ t ó w m ie s z a d ła . Przypadek te n z a c h o d z i w a k c e la t o r a c h , J e ś l i r e c y r k u la ­ c j a osadu p ok o ag u la cyjn e g o j e s t regulowana p rze z zmianę obrotów w ir n ik a - m ie s z a d ła , zaś in te nsyw n ość chcemy utrzymać na n a j b a r d z ie j odpowiednim po­

z io m ie w sposób n ie z a le ż n y od ty ch obrotów . P rzy z m ian ie obrotów z n^ do n2 d la zachow ania warunku u = co nst ((5 = c o n s t) rozstaw ło p a te k n a le ż y z m ie n ia ć z d^ na d2 według p r o p o r c j i :

(4)

p rz y czym

f j i u j ) * : f 2 ( u2 ) = S2 .

1 3 2 3 . U m i ń s k i

^ = w d 2 n2 c z y l i

Ą

=. J L f 5 )

W pods umowani u s f o r m u ł o w a ć możne n a s t ę p u j ą c a w n i o s k i :

1.

P r z e z z mi a n ę r o z s t a w u ł o p a t e k można a f e k t y w n i e

różnicow ać param etry cha­

r a k t e r y z u j ą c e i n t e n s y w n o ś ć w o l n e g o

m ie s z a n ia , z w ła s zcza zaś p r z e c ię t n y

g r a d i e n t p r ę d k o ś c i ,

■ Jednostkowa moc m iesza n ia o ra z prędkość obwodowę

m i e s z a d ł a . Obok r e g u l a c j i

i l o ś c i obrotów sposób ten stw arza o k r e ś lo ­ ne

m o ż l i w o ś c i

o p t y m a liz a c j i procesu

w

komorach f l o k u l a c j i , s z c z e g ó ln ie

w a k c e l a t o r a c h .

2 . P r z y z m i a n a c h r o z s t a w u

ło p a te k prędkość obwodowa j e s t p r a k t y c z n ie tak

samo dobrym

k ry te riu m in te n s y w n o ś c i wolnego m ie sza n ia co p r z e c ię t n y

g r a d i e n t p r ę d k o ś c i .

3. C h a r a k t e r y s t y k i mocy m iesza n ia d la różnych rozatawów ło p a te k wykazuję bardzo duży wpływ stosun ku ś r e d n ic z b io r n ik a i m ie sza d ła ) o ra z w zględnej s z e r o k o ś c i ło p a te k (^) na z u ż y c ie mocy m ierzone k r y t e r i a l - nę li c z b ę E u le r a . W skazuje to na duże z n a c z e n ie doboru ty ch parametrów p rz y p ro jek to w a n iu u rzą d ze ń .

Z e s t a w i e n i a

^oznaczeń

A , C - w s p ó łc z y n n ik i em piryczna w równaniu (2 );

a . b . b ^ . ł - param etry geom etryczne m ie sza d ła według r y s . 3;

d -

ś r e d n i c a

o b ro tu (rozstaw ) ło p a te k m ie s z a d ła ,

[ n ;

mm];

D -

ś r e d n ic a

r e a k t o r a ,

[n>; mm];

5 - p r z e c i ę t n y g r a d i e n t p r ę d k o ś c i , [ a - 1 ] ; g - p r z y s p i e s z e n i e z i e m s k i e , f m / s Ł] ; B w y s o k o ś ć n a p e ł n i e n i a r e a k t o r a , [ m ] ;

i

moment o b r o t o w y n e t t o

na

w s i e m i e s z a d ł a , [ N n ] j M. m ę t n o ś ć p o c z ą t k o w ą wody [mg Si O^ / dm3 ] ;

fi - mcc m i e s z a n i a , [w] ;

M. moc m i e s z a n i a p r z y p a d a j ą c a n a J e d n o s t k ę o b j ę t o ś c i wody, [w/m3]

..f; p ’vc!kość o b r o t o w a m i e s z a d ł a , [ o b r / m i n ; o b r / s ] ; u •• ; i , Jkoś ć obwodowa ł o p a t e k m i e s z a d ł a , ( n / s ] ; v -■ o b j ę t o ś ć m i e s z a n e j wody, i » 3 ] ;

tj - w sp ó łczy n n ik le p k o ś c i dynam icznej wody £ i ^ ] ;

W p i y v roz s t awu łopat ok mieszadła.. 133

? - g ę s to ś ć c i e c z y , [kg/m3] ;

u> - pręd kość kętowa m ie s z a d ła , [ r d / s j ;

E ■= - - - l i c z b a E u le r a d la procesu m ie sza n ia

( l i c z b a

mocy}

u d n }

l i c z b a F ro u d e 'a ;

LITERATURA

[1] B ł a s i ń s k l H . , K o ch ań sk i B . , R z y s k i

E.

: K ry te riu m F ro u d e 'a w p r o c e s ie m ie s z a n ia . Chemia Stosowana V I , 3B, 267 (1969).

[2] B rz u c h a ń s k l E . : A k c e la t o r y do u z d a t n ia n ia wody. M a t e r ia ł y na

V

K on fe­

re n c ję N a u k .-T e c h . "Zag. Z a o p a tr z e n ia w Wodę M ia s t i W si",Poznań

1976,

109-114.

[3] Hudson H .E . : P h y s ic a l A s p e c ts o f F l o c c u la t i o n , 3AWWA, v .5 7 .

Nr

7,1965, 885-892.

[4] K u c h a rs k i 3 . , M oniuszko A . : O c z y s z c z a n ie wód

1

ściek ów przemysłowych metodę k o a g u la c j i. WNT, Warszawa 1967.

[

5

] R o h lic h G . A . , Murphy K . L . : F lo c c u la t i o n Water and Sewage Works, O cto ­ b e r 1961, R e fe re n ce Number.

[6] S t rę k F . ; I n ż y n ie r ia Chem iczna. M ie s z a n ie i m ie s z a ln ik i. WNT.

W a r s z a ­

wa 1971.

[

7

] U m ińsk i 3 . : Wpływ n ie k tó r y c h typów m ie s z a d e ł i reaktorów na w y n ik i wolnego m ie s z a n ia w p r o c e s ie k o a g u la c j i z a n ie c z y s z c z e ń wody w ś w ie t le wybranych k r y t e r ió w . P ra ca d o k to rs k a , G liw ic e 1977. M aszyn o p is.

ojiHHHHE

PACCTAHOBKH JIOIIATOK MEfflAJIKH

HA

ÏÏAPAM3TPH

X À PA K ÎEH fôyuaH B HHTEHCHBHOCIb H P E S /J Ib ïA T H CBOBOAHOrO HEPEMEMBAKiin BO íHIOKyjIÍJUHOHHOÍÍ KAMEPE

P e

3 ¡0

^{M e}

C y ią ecT B eH H K M y c a o s s i e M n p a B K Z S B o r o x o . u a «JacK y-iiK a b z a p ea ta -H C H H K S s a u e p a x S B - w e t c j i o d e c i i e t e n a a o n iK M a a Ł H O ii b h t s h o h b h o c t z M e ^ a e i i K o r o w s ia a H B Z .

H a ocKOBaBHH HccseAOBaHHâ npoBeyeH H H x b j ia â o p a ï o p n u x y c . i o s a n x , S a ji n p o - k s b o a c h aH£t4H3 BZZfiRtia paccT aaoB K K jtonaTOK w eaeutxü a a s a p a a e i p u x a p a K i e p a -

3 y «mit 0 MKieHOH-BitocTb nepeKe nMaaHHa,

a

b ocoôeHHOcTîj n a uoąaocTfe nepeMaisHaa-

asm, ^y

pey.HëHHna

r p a ^ a e H i C K o p o c x a , ozpysaiy®

C K o p o c ib

h

s a pe3yz&TaTM ip40K yJIfl.H H Z .

iiOJty'teBHHe p e a y z M a tH Aasoi npeAnochHKH a s a onTHKH3aifflH «MSeHCHoHocTH is e -

A z e K K O r o M e r a a H i i a

3

p e a K i p i O H H H X Katse p a x n y T ë u c o o T H e T C T a y i a a e i t p a c c T a H O B K K a o -

n ato K MesraatKH.

1 3 4 ³

.

U m irtskl

Uejieooo6pa3HOCib h b o 3 U o x h o c t b s to re onocofia h s m g h g h h j i K B T e H C H B H O c x a

u o -

jtexk

B u c x y n a i b

aanpHiiep b

y c x p o f t c x B a x

XHna aKceaaxop.

THE INFLUENCE OF THE SPACING BETWEEN THE AGITATOR BLADES UPON THE PARAMETERS CHARACTERIZING THE INTENSITY AND RESULTS OF SLOW MIXING IN A FLOCCULATION CHAMBER

S u m m a r y

An e s s e n t i a l c o n d it io n f o r a p ro p e r f lo u c c u la t i o n p ro ce ss in r e a c t io n chaabers i s th e e n s u rin g o f th e most adequate i n t e n s i t y o f slow m ix in g .

B a sin g on th e r e s u lt s o f la b o r a t o r y - e c a le in v e s t i g a t io n s , th e e f f e c t o f v a r ia t i o n s in the s p a c in g between th e a g it a t o r b la d e s upon the parame­

t e r s c h a r a c t e r iz in g th e i n t e n s i t y Of m ixing have been . a n a ly s e d , p a r t ic u la r ­ l y , however, th e e f f e c t on th e power o f a g i t a t i o n , the average g r a d ie n t of v e l o c i t y , th e p e r ip h e r a l speed and the f l o c c u l a t i o n r e s u l t s .

The o b ta in e d r e s u lt s a re prem ises f o r the o p t im iz a t io n o f th e i n t e n s i ­ t y o f slow m ixin g in r e a c t io n chambers due to adequate s p a c in g s o f the a g i­

t a t o r b la d e a . T h is way o f v a r y in g the i n t e n s i t y o f m ixin g may be expedient and p o s s ib le in such d e v ic e s a s , f o r in s t a n c e , a c c e la r o r # a t e .