CHEMIE A TECHNOLOGIE VODY Laboratorní cvičení

13.1. Obecná charakteristika procesu13. cvičeníUSAZOVÁNÍ SUSPENZÍTuhé částice ve vodě o velikosti větší než cca 1 μm se nazývají suspendované, částice ovelikosti od 1 nm do 1 μm se nazývají koloidní. Na jemné částice narážejí molekulydispergované v prostředí a tyto nárazy vyvolávají jejich chaotický pohyb, zvaný Brownův. Uhrubších částic přechází pohyb na pouhé vibrace a u částic větších než cca 4 μm se nárazyz různých stran v každém okamžiku ruší a tepelný pohyb částic ustává. Tyto a větší částice lzeseparovat usazením.Proces usazování se v technologii vody užívá pro odstranění suspendovaných látekobsažených ve vodě, příp. vytvořených v průběhu technologického procesu, např. koagulacínebo při biologickém čištění odpadní vody tvorbou biologického kalu.Na částici o hmotnosti m s , hustotě ρ s a objemu V působí v gravitačním poli o tíhovémzrychlení g síla F g = m s .g = V.ρ s .g. Ve smyslu Archimedova zákona působí opačným směremvztlak F v = V.ρ v .g (ρ v je hustota vody = 1,0 g.cm -3 ). Při hustotě částice větší než je hustotavody je F g > F v a výsledná síla F g - F v působí na částici a uvádí ji do pohybu o zrychlení a vesměru výslednice síly. Pohyb částice vyvolává tření, což je síla F t úměrná rychlosti pohybučástice a její směr je opačný než je směr pohybu. Rychlost částice se zvětšuje, tím i odportření až dosáhne velikosti, při níž je výslednice sil působících na částici nulová: F g - F v - F t =0. Od tohoto okamžiku sedimentuje částice pohybem rovnoměrným. Rychlost sedimentujícíčástice závisí především na její hustotě a velikosti. Prakticky lze odstranit sedimentací částicevětší než cca 10 μm, spíše však částice větší než 40 μm.U suspenzí se rozlišuje:a) prostá sedimentace, při níž si částice zachovávají svůj individuální charakter a přisedimentaci se vzájemně neovlivňují.b) rušená sedimentace, při níž si částice zachovávají svůj individuální charakter, ale přisedimentaci se ovlivňují, čímž se mění i jejich sedimentační rychlost.c) zahušťování suspenze, při něm se vytvoří rozhraní mezi suspenzí a čirou kapalinou nadní. Objem suspenze se s časem zmenšuje. Částice v ní ztrácejí svůj individuálnícharakter a vytvářejí v podstatě pórovitou vrstvu, která svým pohybem ve směrutíhového zrychlení vytlačuje kapalnou fázi, a tím se postupně zahušťuje.Typ sedimentace závisí na koncentraci suspendovaných látek a jejich povaze. Rozlišujese: a) kal zrnitý, jehož částice si zachovávají svůj tvar velikost (písek, kaolin aj.), b) kalvločkovitý, jehož částice se během usazování zvětšují - dochází k flokulaci (aktivovaný kal,hydroxidy železa a hliníku). Rozhraní mezi vrstvou kalu a kapalnou fází se tvoří u zrnitýchkalů při koncentraci 50 až 200 kg.m -3 , u kalů vločkovitých při koncentracích 0,5 až 5 kg.m -3 .13.2. Zahušťování suspenzeProces zahušťování lze hodnotit ze zahušťovací křivky. Tato se sestrojí z výsledkůměření ve skleněných válcích, v nichž lze sledovat pohyb rozhraní mezi vrstvou kalu a čiroukapalinou. Suspenze o počáteční koncentraci c o se nalije do válce a sleduje se poloha rozhraní51