Где применяется способ отстаивания

Отстаивание

ОТСТАИВАНИЕ (а. settling, gravity sedimentation; н. Abklarung, Absetzen; ф. decantation; и. sedimentacion) — разделение жидкой грубодисперсной системы (суспензии, эмульсии) на составляющие её фазы под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы (капли) дисперсной фазы выпадают из жидкой дисперсионной среды в осадок или всплывают к поверхности. Отстаивание как технологический приём используют для выделения диспергированного вещества или очистки жидкости от механических примесей. Эффективность отстаивания возрастает с увеличением разницы в плотностях разделяемых фаз и крупности частиц дисперсной фазы. При отстаивании в системе не должно быть интенсивного перемешивания, сильных конвекционных потоков, а также явных признаков структурообразования, препятствующих седиментации.

Накопление осадка (сливок) при отстаивании обусловлено скоростью оседания (всплывания) частиц. В простейшем случае свободного движения сферических частиц она определяется законом Стокса. В полидисперсных суспензиях сначала в осадок выпадают крупные частицы, а мелкие образуют медленно оседающую «муть». Разница в скорости оседания частиц, различающихся по размеру и плотности, лежит в основе разделения измельчённых материалов (пород) на фракции (классы крупности) путём гидравлической классификации или отмучивания. В концентрированных суспензиях наблюдается не свободное, а т.н. солидарное, или коллективное, оседание, при котором быстро оседающие крупные частицы увлекают за собой мелкие, осветляя верхние слои жидкости. При наличии в системе коллоидно-дисперсной фракции отстаивание обычно сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции.

Структура осадка зависит от свойств дисперсной системы и условий отстаивания. Грубодисперсные суспензии, частицы которых не слишком сильно различаются по величине и составу, образуют плотный чётко отграниченный от жидкой фазы осадок. Полидисперсные и многокомпонентные суспензии тонкоизмельчённых материалов, особенно с анизометричными (например, пластинчатыми, игольчатыми, нитевидными) частицами, наоборот, дают рыхлые гелеобразные осадки. При этом между осветлённой жидкостью и осадком может быть не резкая граница, а постепенный переход от менее концентрированных слоёв к более концентрированным. В кристаллических осадках возможны процессы рекристаллизации. При отстаивании агрегативно неустойчивых эмульсий скопившиеся у поверхности в виде сливок или у дна капли коалесцируют (сливаются), образуя сплошной жидкий слой. В промышленных условиях отстаивание проводят в отстойных бассейнах (резервуарах, чанах) и специальных аппаратах-отстойниках (сгустителях) различных конструкций.

Отстаивание широко используют при очистке воды в системах гидротехнических сооружений, водоснабжения, канализации; при обезвоживании и обессоливании сырой нефти; во многих процессах химической технологии. Отстаивание применяют также при амбарной очистке буровых промывочных жидкостей; очистке жидких нефтепродуктов (масел, топлив) в различных машинах и технологических установках. В естественных условиях отстаивание играет важную роль при самоочищении природных и искусственных водоёмов, а также в геологических процессах формирования осадочных пород.

Источник

Способы разделения смесей

Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.

Способы разделения смесей
неоднородных (гетерогенных)	однородных (гомогенных)
— Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование	— Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка)

Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.

Отстаивание

Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.

Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.

Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):

На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.

Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:

Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.

Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):

Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).

Центрифугирование

Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.

Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.

Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.

С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.

Фильтрование

Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.

Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.

Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:

При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.

Действие магнитом

С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.

Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:

Выпаривание. Кристаллизация

Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.

Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:

Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.

Дистилляция (перегонка)

Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.

Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:

Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.

Источник

Для чего используются в быту и народном хозяйстве отстаивание?

Отстаивание, медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены) на составляющие её фазы: дисперсионную среду и диспергированное вещество (дисперсную фазу) , происходящее под действием силы тяжести. В процессе О. частицы дисперсной фазы оседают или всплывают, скапливаясь соответственно у дна сосуда или у поверхности жидкости. (Если О. сочетается с декантацией, то имеет место отмучивание. ) Концентрированный слой из отдельных капелек у поверхности, возникший при О. , называют сливками. Частицы суспензии или капли эмульсии, скопившиеся у дна, образуют осадок. Накопление осадка или сливок определяется закономерностями седиментации (оседания) . О. высокодисперсных систем часто сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции. Структура осадка зависит от физических характеристик дисперсной системы и условий О. Он бывает плотным при О. грубодисперсных систем. Полидисперсные суспензии тонко измельченных лиофильных продуктов дают рыхлые гелеобразные осадки (см. Гели) .

О. — распространённый способ очистки жидкостей от грубодисперсных механических примесей (см. Отстойники) . Его используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. О. применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения.

Лит. : Касаткин А. Г. , Основные процессы и аппараты химической технологии, 8 изд. , М. , 1971, с. 185; Плановский А. Н. , Николаев П. И. , Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, 2 изд. , М. , 1972, с. 49, 370.

Источник

Основные виды отстаивания

Частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воде, в процессе отстаивания и осветления оседают на дно сооружения. При этом выпадают в осадок те из них, которые находятся в сыром стоке и которые образуются вследствие применения химических реагентов, добавляемых искусственно (коагуляция, удаление железа, химическая очистка), или в результате физической флокуляции, связанной с биологической очисткой городских сточных вод.

Статическое отстаивание

Этот вид отстаивания представляет собой периодический процесс, когда вода остается в сооружении в состоянии покоя в течение нескольких часов, после чего ее спускают до уровня верхней границы слоя выпавшего осадка. Этот способ отстаивания применяют на временных сооружениях, но в промышленном масштабе всегда отдают предпочтение отстаиванию при непрерывном поступлении жидкости, так как при этом не требуется постоянное ручное управление.

Отстойники и осветлители бывают прямоугольной или круглой формы в плане. Чтобы обеспечить выпадение осадка, восходящая скорость воды в отстойнике должна быть меньше скорости падения частиц. Обычно это зависит от плотности и размеров частиц.

В небольших отстойниках стенки днища расположены под углом 45—60°, что позволяет непрерывно или периодически удалять осадок с самой нижней отметки сооружения. В больших отстойниках с целью ограничения их высоты угол наклона стенок днища принимают минимальным, осадок с помощью скребкового механизма собирается в приямок, откуда легко удаляется.

Для осадка, получаемого при первичном отстаивании в процессе обработки городских сточных вод, уклон стенок днища должен быть больше, чем при обработке питьевых вод, а потому целесообразнее использовать отстойники со скребковым механизмом.

Желательна регулярная эксплуатация статических отстойников. Колебания расхода воды вызывают вихревые потоки, которые поднимают осадок к поверхности. Кроме того, разность температур сточной воды, поступающей в отстойник и находящейся в нем, даже не столь значительная, все же создает конвективные течения, которые также поднимают осадок к поверхности. Необходимо также тщательно продумать распределение поступающей воды и отвод осветленной, чтобы исключить возможность возникновения каких-либо местных течений и обеспечить равномерное распределение поступающей воды по всей зоне отстаивания при условии сохранения нейтральной зоны для аккумуляции осадка.

При изучении распределения потоков, формирующихся в отстойнике, поступающую в сооружение воду подкрашивают. Краситель не должен быстро диффундировать в воде, поэтому рекомендуется использовать родамин B (в концентрации 1 г/л). Одного литра такого раствора достаточно для обследования осветлителя объемом 60 м3.

При коагуляционной обработке воды химическими реагентами перед осветлителем необходимо предусмотреть флокулятор, рассчитанный на «диффузное осаждение», при котором концентрация взвешенных веществ определяется как сумма взвешенных веществ сырой сточной воды и введенных реагентов.

Применение отстаивания в тонком слое. В статическом отстойнике максимальная восходящая скорость потока не зависит от глубины отстойника. Это позволило оборудовать существующие отстойники полочными блоками, каждый из которых представляет собой отстойник с ограниченной глубиной. При этой глубине может быть увеличена нагрузка на единицу площади отстойника.

Осветление в условиях контакта с осадком

Флокуляция может быть улучшена в результате увеличения концентрации хлопьев или введения рециркуляции осадка, значительно ускоряющей осветление.

В биологической очистке сточных вод резервуары, в которых происходит отделение очищенной воды от активного ила, называются вторичными отстойниками. Они должны обеспечить наибольшую скорость рециркуляции или с тем, чтобы ил оставался в сооружении как можно меньший период времени перед возвращением в аэротенк. Во вторичных отстойниках для удаления ила применяют скребковые устройства, которые все чаще уступают место илососам или комбинациям этих устройств.

При очистке питьевых вод и в промышленном водоснабжении процессы флокуляции и осветления могут быть совмещены в одном сооружении: в «Циркуляторе» с циркуляцией осадка или «Пульсаторе» — осветлителе со взвешенным слоем, содержащим высокую концентрацию взвешенных веществ. В этих сооружениях полностью процесс осветления завершается в результате контакта воды и плотного осадка. Скорость движения потока воды вверх может быть увеличена до 1,5—6 м/ч в зависимости от типа осветлителя. Таким образом может быть получена осветленная вода хорошего и постоянного качества независимо от степени мутности исходной воды и характера обработки.

Уплотнение избыточного осадка происходит в специальной камере или иловом приямке, откуда он удаляется автоматически.

При образовании большого количества осадка необходимо использовать отстойник с камерой флокуляции и скребковым механизмом.

В системах отстаивания, в которых осветление происходит во взвешенном слое, улучшается хлопьеобразование и эффективнее используются добавляемые в воду реагенты, вследствие повышения концентрации в пределах взвешенного слоя осадка. При этом ускоряется адсорбция растворенных веществ на хлопьях ила. При очистке воды с добавлением активного порошкообразного угля во взвешенный слой осадка можно добиться тех же результатов, но при этом значительно снизить дозу угля. Экономия активного угля может превышать 40%.

Применение тонкослойного отстаивания в осветлителях со взвешенным слоем осадка

В осветлителях с рециркуляцией осадка («Циркуляторах» и «Акселаторах») или со взвешенным слоем осадка (в «Пульсаторах») применение полочных блоков позволяет улучшить качество осветленной воды при той же восходящей скорости, вследствие улавливания частиц осадка, выносимых из взвешенного слоя. И наоборот, при одинаковом качестве осветленной воды использование этого оборудования дает возможность значительно увеличить пропускную способность сооружения.

Если в слое взвешенного осадка установить блоки с наклонными полками, то процесс осаждения ускоряется. Ил осаждается на нижнюю полку и сползает вниз в зону накопления осадка. В то же самое время вода без взвеси собирается под верхней полкой и быстро движется вверх. Это явление можно наблюдать в лабораторных условиях, если отстаиваемый осадок поместить в два мерных цилиндра. В левом цилиндре 1 расположенном вертикально, происходит обычное осаждение слоя взвешенного осадка. В правом цилиндре 2, расположенном под углом 60° к горизонтальной плоскости, осветление воды происходит в результате оседания слоя взвешенного осадка и отстаивания в трубчатых элементах, расположенных в этом слое, что вызывает значительное увеличение скорости отстаивания. Из графика видно, что осадок в вертикальном цилиндре будет занимать объем 125 мл через 6 мин с начала отстаивания, а в цилиндре, расположенном наклонно, через 2,5 мин. Как показал опыт, осветление воды достигается в результате одновременного оседания слоя взвешенного осадка и отстаивания в тонком слое воды. При этом скорость осаждения может быть очень высокая (20 м/ч); она зависит от природы воды и типа взвешенных веществ.

Сверхускоренное осветление

Совмещение процессов отстаивания в контакте с осадком и в тонком слое при введении наклонных полочных блоков во взвешенный слой осадка («Суперпульсатор») позволяет увеличить скорость отстаивания в 2—3 раза по сравнению с обычным ускоренным отстаиванием в контакте с осадком.

Конвективные течения: любой процесс осветления может быть серьезно нарушен, если плотность воды не остается постоянной, что вызывается изменением температуры воды и степени ее минерализации. При изменении температуры воды, поступающей в отстойник, на 1 °С в час может быть значительно уменьшена производительность осветлителя. Изменение минерализации воды на 1 г/л в час дает тот же эффект.

При проведении строительных работ практически всегда требуется специальная техника. Аренда спецтехники в Костроме доступная по ссылке.

Источник