Вопросы рационального гидравлического расчета илопро-водов для транспорта осадков сточных вод давно привлекают внимание исследователей, работающих в области очистки сточных вод. За последние 25 лет в нашей стране и за рубежом выполнен ряд экспериментальных работ в этом направлении.
Исследованиями по транспортированию осадков сточных вод занимались М. М. Дворецкий, А. 3. Евилевич, А. А. Карпинский и А. С. Казак, а также Н. Ф. Федоров.В 1932 г. М. М. Дворецким [1], впервые в СССР, были проведены опыты по безнапорному транспорту осадков сточных вод по трубам и лоткам.
В 1933 г. В. М е р к е л ь [6] проводил опыты на действующем коротком илопроводе диаметром 200 мм с осадками влаж ностыю около 90%. Опытная установка имела ряд недостатков, и это сказалось! на результатах. Кроме того, В. Меркель провел опыты по определению вязкости осадков сточных вод на вискозиметре Кампфа.
Сточные воды содержат плавающие, взвешенные и тяжелые примеси. Под термином «осадок» условно понимают все растворенные и нерастворенные примеси, содержащиеся в сточных водах и задерживаемые на очистных станциях.
На текучие свойства осадков сточных вод при движении по трубам влияет целый ряд факторов: физические свойства (пластично-вязкие свойства, крупность частиц и др.) и химический состав. Изменение каждого из этих фактрров влечет за собой в конечном счете изменение характера течения осадков в трубах. Однако эти факторы по-разному влияют на текучие свойства осадков: изменение одних факторов вызывает существенные изменения текучих свойств осадков, изменение других факторов — незначительные изменения.
Влажность и зольность. Текучие свойства осадков в большой степени зависят от их влажности и зольности. Эти две характеристики тесно связаны с вязко-пластичными свойствами осадков.В табл. 3 приведены значения влажности и зольности осадков очистных станций московской канализации (средние за 1949—1958 гг.), ленинградской канализации [3] и для сравнения нормативные данные НиТУ 141-56.
Химический состав осадков, так же как и физические их данные, влияет на текучие свойства осадков. Однако это влияние весьма незначительно.По химическому составу осадки значительно отличаются друг от друга. Даже осадки одной группы, например свежие, на разных очистных станциях имеют различный химический состав. Это хорошо видно по данным табл. 7, в которой приведен химический состав осадков некоторых очистных станций московской и ленинградской канализаций.
Для исследования потерь напора по длине илопроводов и в фасонных частях на Курьяновской станции аэрации были сооружены две опытные установки.Опыты проводились в производственных условиях с реальными осадками, состав и свойства которых характерны для осадков современных крупных городских канализационных станций.
На обеих опытных установках методика экспериментирования была принята одинаковой за исключением способа определения расходов.Порядок проведения измерений был принят следующий. Перед началом опытов удалялся воздух из импульсных трубок и дифманометров, а также производилась промывка ткани в разделительных коробках. На насосной станции включались насосы и открытием задвижки устанавливался заданный расход. Путем открытия нижних пробочных кранов на разделительных коробках давление передавалось к дифманометрам, которые также включались в работу путем открытия соответствующих вентилей. Затем измерялся расход объемным способом. Обычно записывались 3—4 перепада давления (до и после измерения расхода) и вычислялся средний перепад. На продолжении одного опыта, если не забивалось отверстие в трубопроводе, через которое передавалось давление, перепад был довольно устойчивым. В процессе проведения опытов капроновая ткань забивалась частицами осадка, и требовалась частая промывка ее, что создавало определенные трудности.
Прежде чем перейти к рассмотрению исследований, проведенных по определению линейных потерь напора в илопроводах, целесообразно кратко ознакомиться с современным состоянием вопроса по гидравлическим сопротивлениям однородных (ньютоновских) жидкостей, а также некоторых дисперсных систем, близких по текучим свойствам к осадкам сточных вод.
Принято различать три вида тел: упругое, вязкое и пластичное. При действии на упругое тело внешней тангенциальной силы тело испытывает деформацию сдвига, пропорциональную величине действующей силы. Деформация сдвига исчезает после прекращения действия силы.
Рассмотрим зависимость потерь напора от скорости при течении некоторых дисперсных систем по трубам.Торфяная гидромасса. Из большого числа работ, главным образом отечественных, посвященных изучению течения торфяной гидромассы, наибольший интерес представляют работы Ф. Ф. Петренко и И. И. Орлова.
В многочисленных работах, посвященных изучению движения различных гидромасс в трубах, результаты опытов обычно представлялись графически в виде зависимостей потерь напора от скоростей; эти графики рекомендовались для использования при расчетах. Иногда результаты опытов были представлены в виде эмпирических формул. Однако и графики, и формулы оказываются действительными только для тех условий, при которых производились эксперименты. Отсутствие оснований для распространения опытных Данных на условия, отличные от тех, при которых производились эксперименты, объяснялось тем, что исследователи не располагали критериями подобия течения вязко-пластичных жидкостей.
Рядом авторов построены зависимости коэффициента сопротивления трению X, входящего в формулу Дарси-Вейсбаха (17), от обобщенного критерия Рейнольдса (46) подобно тому, как это делается при обработке опытных данных по движению однородных жидкостей в трубах.
На описанной в гл. III опытной установке были проведены опыты по определению линейных потерь напора в трубах диаметром ¿=102 и 152 мм.Результаты этих исследований представлены в виде графиков зависимостей потерь напора (в миллиметрах водяного столба на 100 м и длины трубы) или гидравлических уклонов от скоростей. На ряс. 17 приведены опытные точки, полученные на новом стальном трубопроводе диаметром £¿=102 мм. Там же нанесены кривые i=f(v) для сточной жидкости и данные опытов с осадками, полученные А. А. Карпинским и А. С. Казаком (4] для трубопровода того же диаметра.
В результате анализа опытных данных по изучению движения осадков сточных вод в трубах, опираясь на теорию вязкопластичного течения и анализируя материалы по движению гидромасс, родственных осадкам, процесс течения осадков может быть представлен примерно следующим образом1.
Под местными сопротивлениями трубопроводов подразумевают обычно сопротивления, возникающие при движении жидкости по различного рода фасонным частям, арматуре и другому трубопроводному оборудованию. В этих устройствах происходит изменение величины и направления скорости, что приводит к дополнительным потерям напора, Которые в отличие от потерь напора по длине (линейные) называются местными потерями напора.