Agregace v reálných systémech

Transkript

1 Agregace v reálných systémech 1 Zednodušuící předpoklady př popsu knetky agregace: o koefcent účnnost srážek (kolzní koefcent) α = 1, o pohyb částc e zapříčněn lamnárním prouděním kapalny, o všechny částce v suspenz maí stenou velkost, o částce maí kulovtý tvar, o nedochází k rozbíení částc, o př kolz se střetávaí vždy pouze dvě částce Realta: o koefcent účnnost srážek (kolzní koefcent) α <1, o pohyb částc e zapříčněn turbulentním prouděním kapalny, o částce v suspenz maí různou velkost, o částce vesměs nemaí kulovtý tvar, o částce podléhaí rozbíení, o př kolz se střetává různý počet částc

2 Agregace v reálných systémech Modelování knetky agregace a rozbíení 2

3 Agregace v reálných systémech ntenzta rozpadu S Modelování knetky agregace a rozbíení rozpadová dstrbuční funkce Γ, bnární dstrbuce na 2 stené část k S exp / 2 1/ , , d d k k t S S k k 1 max 2, max střední rychlost dspace turbulentní energe, ν - knematcká vskozta ε k - krtcká rychlost dspace turbulentní energe V V => pro = + 1 => pro + 1 V a V - obemy agregátů a 3

4 Agregace v reálných systémech 4 Modelování knetky agregace pomocí fraktální geometre Konvenční model agregace Fraktální model agregace k k 2k T 1 1 G ( V, V ) ortokn B 1/ 3 1/ 3 ( V, V ) perkn V 1/ 3 1/ 3 V 3 V V k 2k T 1 3 V 3 3 V 1/ V 1/ 3 B f ( V, V ) perkn V 1/ D f 1/ D f k ( V, V ) ortokn G V 13/ D p f V 1 1/ D 1/ D 1/ D V V 3 f f V 1/ D f

5 Agregace v reálných systémech 5 Základním nedostatkem výše uvedených knetckých modelů popsuících proces tvorby agregátů e ech omezená využtelnost v prax př sledování změn vlastností tvořících se agregátů. Praktcké využtí naopak umožňue tzv. mechanstcký model agregace, který byl rozpracován do tzv. testu agregace. Mechanstcký model agregace (Heret, Mutl, Vágner) => koncept agregace předpokládaící vícestupňovou strukturu agregátů eagregované částce (A) prmární agregáty (PR) mkro-agregáty (MI) makro-agregáty (MA) Prmární částce Flokule Mkrovločky Vločkovté agregáty

6 Agregace v reálných systémech 6 Zednodušuící předpoklady mechanstckého modelu agregace: o o o o o o agreguící systém obsahue pouze eden typ částc, agreguící částce sou v celém obemu rozděleny rovnoměrně, podmínky umožňuící pohyb částc sou stené pro všechny částce, růst agregátů e pravdelný a probíhá krok za krokem (dvě sousední částce se spoí do dubletů a dva sousední dublety do kvadrupletů, které se stávaí novým základním ednotkam pro další agregac), základní kulové částce sou v kvadrupletu uspořádány tak, že ech středy leží ve vrcholech čtyřstěnu, a částce se vzáemně dotýkaí, kvadruplet e považován za ednu vývoovou populac (generac) agregátů a) schematcké znázornění uspořádání částc v čtyřstěnu, b) pohled shora

7 Agregace v reálných systémech 7 ázev skupny Velkost agregátů harakterstka agregátů Podíl agregátů - výpočet Vhodná separace Pops technologe a probíhaící procesy Makro-agregáty Mkro- agregáty Prmární agregáty eagregovaný podíl > 1 mm.5-1 mm.5-.5 mm <.5 mm Částce, které se usadí v kratším čase než 5 mn. Částce, které se usadí v čase mez 5 a 6 mn. Částce, které se usadí v čase mez 6 a 44 mn. Sedmentace v gravtačním pol byla nahrazena sedmentací v odstředvém pol. Částce, které nesou ovlvněny gravtačním polem a neusadí se an po velm dlouhé době. P MA P MI P PR = P A = F( 6 ) 6 F( 6 ) Sedmentace a fltrace Dvoustupňová fltrace (čření a fltrace) Přímá fltrace Koagulační (agregační) fltrace Homogenzace dest. čndla, tvorba mkro- a makro-agregátů, sedmentace vytvořených agregátů a separace zbývaících částc na fltru. Homogenzace dest. čndla, současná agregace a fltrace mkro-agregátů v dokonale vznášeném vločkovém mraku (obvykle v čřč) a separace zbývaících částc na fltru. Homogenzace dest. čndla, tvorba prmárních agregátů v rychle míchané nádrž, fltrace. Homogenzace dest. čndla a okamžtý nátok vody na fltr. Adheze destablzovaných částc na povrchu fltračního materálu. - celková počáteční koncentrace hlníku nebo železa na začátku sedmentace, 5 - koncentrace po 5 mnutách sedmentace, 6 - koncentrace po 6 mnutách sedmentace, F(6) - koncentrace po odstředění (35 rpm = 1996 x g, 2 mn)

8 Tvorba suspenze - Míchání 8 Míchání 1) homogenzační aplkace bezprostředně po nadávkování čndel s cílem dosažení ech účnné a rychlé dspergace v upravovaném obemu vody stupeň homogenty α H -účnnost homogenzace čndel H c 1 c 2 c3... c n n -počet odebraných vzorků, c 1, c 2, c 3,, c n - relatvní koncentrace sledované (rozmíchávané) složky v ednotlvých odebraných vzorcích n c pro c 1 1 pro - obemový podíl analyzované složky v -tém vzorku - teoretcká hodnota obemového podílu př dokonalé homogenzac

9 Tvorba suspenze - Míchání 9 Desgn technologe homogenzačního míchání typ míchání prncp a desgn míchání ovládání velkost G doba zdržení mechancké - back-mx reaktory energe e do systému vnášena míchadlem (pádlo, čepel, vrtule) pohybuícím se v nádrž změnou otáček míchadla stená doba zdržení pro všechny částce e obtížně zasttelná Mechancké mísče doba zdržení cca 1 6 s G = cca 3 s -1 hydraulcké - plug-flow (n-lne) reaktory míchání e dosahováno vznkem tlakové ztráty na překážce v potrubí nelze - závslý na průtoku vody doba zdržení e pro všechny částce stená Výhody => možnost nastavení hodnoty G změnou otáček míchadla evýhody => nehomogenní hydraulcké podmínky => nerovnoměrná doba zdržení

10 Tvorba suspenze - Míchání 1 Hydraulcké (průtočné) mísče statcké mísče ohyby potrubí zužování a rozšřování potrubí mísče s dutou clonou Výhody => rovnoměrná doba zdržení statcké mísče evýhody => G závslé na průtoku, nelze ovládat dfúzní rošty vodní skok v kanálu

11 Tvorba suspenze - Míchání 11 Hydraulcké (průtočné) mísče áhlé rozšíření potrubí Dfúzní rošt v kanálu Potrubí s dvěma clonam za sebou Vodní skok v kanálu

12 Tvorba suspenze - Míchání 12 Míchání 2) agregační aplkace v průběhu agregace za účelem vzáemných kontaktů ednotlvých částc č agregátů a) rychlé tvorba nžších vývoových stadí (prmární částce a mkroagregáty) G = 1 až 4 s -1 t = dosažení velkostní homogenzace agregátů (steady state) b) pomalé tvorba makro-agregátů G = 2 až 1 s -1 t = 5 3 mn. Pomalé agregační míchání by mělo být vždy aplkováno po rychlém agregačním míchání, nkolv pouze po homogenzac, ak e tomu dnes na většně úpraven vody!!!

13 Tvorba suspenze - Míchání 13 Desgn technologe agregačního míchání - hydraulcké míchání Flokulační kanál: a) vertkální uspořádání (over-and-under baffles) b) horzontální uspořádání (around-the-end baffles) Rozložení rychlostního pole (a) a gradentů rychlost (b) ve flokulačním kanále

14 14 Tvorba suspenze - Míchání Desgn technologe agregačního míchání - hydraulcké míchání Děrované stěny Fludní (vznášená) vrstva

15 Tvorba suspenze - Míchání 15 Desgn technologe agregačního míchání - mechancké míchání Míchadla s tangencálním prouděním: a) pádlové míchadlo s vertkální hřídelí b) pádlové míchadlo s horzontální hřídelí Míchadla s vratným pohybem: a) kyvadlová, b) vahadlová

16 Hodnocení účnnost destablzace a agregace 16 eodstrantelný podíl => nedestablzované nebo destablzované ale dostatečně neagregované částce znečšťuících příměsí, neagregované částce destablzačního čndla nebo produktů eho hydrolýzy stupně destablzace α D D D => rozsah hodnot 1 D D ==> destablzace vůbec neproběhla ED D -počet destablzovaných částc - celkový počet částc - počáteční koncentrace analytcky sledované složky určté příměsí (TO, Al, Fe atd.) ED - množství nedestablzovaných částc vyádřených ako koncentrace sledované složky určté příměsí (TO, Al, Fe atd.) D = 1 => destablzace proběhla kvanttatvně - všechny částce obsažené v surové vodě byly účnně destablzovány Stupeň destablzace e závslý především na charakteru znečšťuících příměsí, typu a dávce destablzačního čndla a také hodnotě ph.

17 Hodnocení účnnost destablzace a agregace 17 stupně agregace α A A EA A => A rozsah hodnot 1 D ==> agregace vůbec neproběhla A -počet agregovaných částc - celkový počet částc - počáteční koncentrace analytcky sledované složky určté příměs (TO, Al, Fe atd.) ED - množství neagregovaných částc vyádřených ako koncentrace sledované složky určté příměs (TO, Al, Fe atd.) D = 1 => agregace proběhla kvanttatvně - všechny částce obsažené v surové vodě byly účnně agregovány Stupeň agregace e krterem charakterzuícím průběh tvorby odstrantelných agregátů a e používán př hodnocení zaměřeném na optmalzac parametrů míchacích zařízení, ech rozdílných konstrukcí a případných technologckých sestav. Stupeň agregace e ovlvněn především podmínkam agregačního míchání, t. eho ntenztou a dobou.

18 Hodnocení účnnost destablzace a agregace 18 stupně destablzace α D praktcké stanovení D F ( HM ) stupně agregace α A praktcké stanovení A F ( A) -počáteční koncentrace sledované složky (pro ukazatel TO stanovená v surové vodě po odstředění, pro ukazatel Al/Fe stanovená po nadávkování příslušného destablzačního čndla) F(HM) - koncentrace sledované složky (např. Al, Fe, TO atd.) stanovená vodstředěném vzorku po homogenzačním míchání -počáteční koncentrace sledované složky (např. Al, Fe, TO atd.) stanovená ve vzorku surové vody F(A) - koncentrace sledované složky (např. Al, Fe, TO atd.) stanovená vodstředěném vzorku po agregac

19 Hodnocení účnnost destablzace a agregace 19 Test agregace - sedmentační analýza odvozená na základě mechanstckého modelu agregace - slouží k hodnocení okamžtého stavu vývoe agregátů v určtém okamžku sledování, např. posouzení vlvu určtých gradentů rychlost a doby míchání na charakter vznkaících agregátů s ohledem na možnost ech následné separace -průběh procesu úpravy v závslost na čase, případně v ednotlvých fázích úpravy se proevue především změnam ve velkostech tvořených agregátů => vymezení čtyř vývoových stádí částc/agregátů: neagregované částce (A), prmární agregáty (PR), mkro-agregáty (MI), makro-agregáty (MA) s rozdílným možnostm ech separace

20 Hodnocení účnnost destablzace a agregace 2 eagregovaný podíl částc (A) - odpovídá neodstrantelnému podílu částc PA - poměr koncentrace sledované složky určté příměs (např. Al, Fe, TO atd.) v odstředěném vzorku po 6 mnutách usazování ( F(6) ) k celkovému obsahu sledované složky stanovené v počátku sedmentace ( ) Prmární agregáty (PR) - odstrantelné agregáty s dobou sedmentace delší než 6 mn. - poměr rozdílu koncentrace sledované složky určté příměs po 6 mn. sedmentace ( 6 ) a koncentrace sledované složky v odstředěném vzorku po 6 mnutách sedmentace ( F(6) ) k celkové koncentrac sledované složky stanovené v počátku sedmentace ( ) P PR F (6) 6 F (6)

21 Hodnocení účnnost destablzace a agregace 21 Mkro-agregáty (MI) - odstrantelné prostou sedmentací v době P mez 5 až 6 mnutam MI -poměr rozdílu koncentrace sledované složky stanovené ve vzorcích po 5 a 6 mnutách sedmentace ( 5-6 ) k celkové koncentrac sledované složky stanovené v počátku sedmentace ( ) Makro-agregáty (MA) - agregáty odstrantelné prostou sedmentací v době kratší než 5 mnut -poměr podílu celkové koncentrace sledované složky stanovené v počátku sedmentace ( ) a ve vzorku odebraném po 5 t mnutách sedmentace ( 5 ) k celkové koncentrac sledované složky stanovené v počátku sedmentace ( ) P MA 5 6 5

22 Hodnocení účnnost destablzace a agregace Vyhodnocení testu agregace 22