НЕИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ПРИТОЧНАЯ СТРУЯ

Воздушная струя при неравенстве температур приточного и окружающего воздуха. Характерная особенность ее — искривление первоначальной траектории движения струи за счет действия гравитационных сил. Неизотермическая приточная струя — это воздушные струи систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха при больших перепадах температур.
Для таких струй необходимо проводить расчет отклонения траектории. При отклонении оси воздушной струи, выпущенной из горизонтальной насадки, холодная струя тонет в окружающем воздухе. По мере удаления воздуха от насадка увеличиваются вертикальные составляющие скорости. Горизонтальная составляющая ее, равная скорости в изотермической струе, лишь часть результирующего вектора скорости и меньше его. Отношение фактической скорости, равной вектору, к скорости в аналогичной точке изотермической струи называется коэффециентом, учитывающим неизотермичность струи. Этот коэффециент используют для расчета скорости на оси неизотермической приточной струи. Когда рН ниже или выше этих пределов, т.е. соответствует кислой или щелочной реакции, сточные воды подлежат нейтрализации. Высокая концентрация в сточных водах Н-ионов обусловлена наличием в них свободных минеральных (серная, соляная, азотная, фосфорная и др.) и в значительно меньшей степени — органических кислот. Высокие концентрации ОН-ионов объясняются избытком свободных щелочей (гидроксиды натрия, калия и щелочно-земельных металлов). Их нейтрализация достигается добавлением к сточным водам минеральных кислот — серной, соляной и др. Кислые сточные воды, образующиеся при химической обработке металлов и сплавов на металлургических, машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях, содержат также ионы железа и тяжелых металлов в концентрациях, часто намного превышающих концентрации свободных кислот.
При нейтрализации кислых сточных вод для снижения концентрации Н+-ионов и образования гидроксидов тяжелых металлов, выпадающих во время процесса в осадок, используют едкие щелочи. В ряде случаев на осаждение ионов этих металлов щелочных реагентов расходуется значительно больше, чем на нейтрализацию свободных кислот.
В промышленных сточных водах, представляющих собой растворы множества компонентов, величина рН в начале и в конце осаждения гидроксидов значительно сдвинута в сторону больших значений. Нейтрализация кислых сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, протекает в 2 стадии: на первой нейтрализуется свободная кислота, на второй образуются гидроксиды металлов, выпадающие в осадок.
Металлы с амфотерными свойствами (цинк, алюминий и др.) содержатся в щелочных сточных водах в виде анионов.
Для нейтрализации кислых сточных вод применяют оксид кальция (негашеная известь), гидроксид кальция (гашеная известь), едкий натр, карбонат кальция (известняк — мел), карбонат магния (магнезит) , карбонат натрия (кальцинированная сода), карбонат магния-кальция (доломит). В нашей стране чаще всего применяют известь, которую добавляют в сточную воду в виде известкового молока. При нейтрализации ею промышленных сточных вод, содержащих свободную серную кислоту и ее соли, образуется сульфат кальция, частично выпадающий в осадок. Присутствующий в известковом молоке шлам способствует коагуляции частиц гидроксидов металлов и других нерастворимых примесей. Растворимость осадка зависит от его структуры, определяемой в свою очередь условиями проведения нейтрализации. При взаимодействии растворимых в воде солей металлов с известью и едким натром образуются осадки, представляющие собой главным образом основные соли металлов. Структура образовавшегося осадка со временем изменяется (происходит его старение), вследствие чего иногда значительно снижается его растворимость. Некоторые гидроксиды металлов (цинка, свинца, меди, хрома, алюминия и др.) растворяются в избытке едкой щелочи с образованием комплексных анионов. Величина рН, соответствующая начальному растворению гидроксида металла, различна для разных металлов.
Кроме известкового молока для очистки промышленных сточных вод иногда применяют растворы едкого натра и соды. Едкий натр нейтрализует избыточную кислотность и приводит к осаждению гидроксидов тяжелых металлов. Однако дозирование его требует строгого контроля величины рН отрабатываемого стока, чтобы не создалось условий для растворения амфотерных гидроксидов. При действии соды на сточные воды, содержащие соли цинка, меди, свинца и кадмия, вследствие гидролитических разложения нормальных (средних) карбонатов образуются основные карбонаты. В растворах, содержащих трехвалентные ионы железа и хрома, а также алюминия, гидролитическое разложение карбонатов происходит легче, чем цинка. Основной карбонат железа FeOHCO³ уже при 18—20°С превращается в Fe(OH)₃. Так же быстро происходит гидролиз основных карбонатов хрома и алюминия. Поэтому при нейтрализации содой сточных вод практически сразу получается осадок гидроксидов этих металлов. При действии соды на раствор солей двухвалентного железа образуется карбонат железа FеСО₃, который постепенно переходит в гидроксид железа Fe(ОН)₂. Основные карбонаты ряда металлов растворяются в воде труднее, чем их гидроксиды. Основные карбонаты большинства металлов начинают осаждаться при более низких значениях рН, чем их гидроксиды.
Обработка щелочными реагентами промышленных сточных вод обеспечивает многократное снижение в них концентрации ионов тяжелых металлов. Это позволяет сбрасывать очищенную воду в системы канализации населенных пунктов при наличии в них сооружений механической и биологической очистки и последующем спуске воды в водные объекты хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоиспользования. Однако при отсутствии таких сооружений или при спуске очищенной воды после них в рыбохозяйственные водоемы требуется ее доочистка, т.к. использование только щелочных реагентов требует дополнительной доочистки, поскольку они не дают необходимого эффекта.
Осаждение труднорастворимых соединений иногда протекает длительно и в некоторых случаях не полностью из-за образования коллоидных растворов. Для обеспечения лучшей коагуляции осаждаемых гидроксидов тяжелых металлов целесообразно добавлять в сточные воды небольшой избыток щелочного реагента, лучший из которых известь. Ускорению процесса осветления промышленных сточных вод способствуют синтетические флокулянты. В нашей стране наибольшее применение имеет полиакриламид — продукт полимеризации акриламида. В щелочной среде он гидролизуется, при этом степень гидролиза зависит от щелочности среды, но возрастает до определенной величины. Гидролизованный полиакриламид более эффективен по флокулирующему действию, чем негидролизованный или гидролизованный в незначительной степени. При флокуляции высокодисперсных суспензий и коллоидных растворов образуются агрегаты из частиц лиофобного золя и молекул флокулянтов. Свойства агрегатов зависят от соотношения входящих в их состав компонентов. Добавление полиакриламида до 0,1% содержания твердой фазы (1 — 10 мг/л) увеличивает скорость выпадения осадков гидроксидов хрома, цинка и других металлов в 2—3 раза, что позволяет значительно сократить размеры отстойных сооружений и соответственно капитальные затраты на их строительство. При этом общий объем получаемых осадков не уменьшается. При нейтрализации промышленных сточных вод образуется значительное количество осадков гидроксидов тяжелых металлов, для отделения которых используют отстойники горизонтальные и отстойники вертикальные. Минимальное время отстаивания — обычно 2 часа. Осадок из отстойников после предварительного уплотнения в специальных сооружениях — осадкоуплотнителях (время уплотнения до 24 часов) подвергают механическому обезвоживанию в вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и центрифугах. Последние в некоторых случаях используют вместо отстойников для осветления промышленных сточных вод непосредственно после их нейтрализации.