Hidrológiai Közlöny 1960 (40. évfolyam)
5. szám - Vágás I.: Az ülepítés fizikokémiai szemlélete
3C)3 Hidrológiai Közlöny 1960. 5. sz. Az ülepítés fizikokémiai szemlélete VÁGÁS ISTVÁN, Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet, Budapest* Az ülepítési elméletek mai fejlődése két szemlélet köré csoportosul : az ülepítés során lejátszódó mozgásokat vizsgáló kinematikai szemlélet, illetőleg az ülepedés okait kutató fizikokémiai szemlélet köré. Kialakultak az ülepítőmedencék működésének áramlási vizsgálati módszerei is. Az áramlási vizsgálatok segítségével megállapítható jellegszámok természetesen önmagukban még nem tükrözik az ülepítés eredményességét. Ismeretes ugyan, hogy jó ülepítést elsősorban csak áramlástanilag helyesen működő medencékben várhatunk, azonban az áramlástani jellegszámok és az ülepítési jellegszámok közötti kapcsolat meghatározásának módszerére vonatkozóan eddig még nem alakult ki egységes álláspont. Előnyös volna pedig, ha a viszonylag egyszerűen elvégezhető áramlási vizsgálatok eredményéből közvetlenül következtethetnénk az ülepítés hatásosságára. A kérdés megoldása tekintetében külföldön jelentősnek mondható az amerikai R. A. Fiedler és E. B. Fitch munkássága [1]. Az említett szerzők közelítő módszert dolgoztak ki a pelyhesíthető (flokkulálható) anyagok ülepítésének számítására. Elméletük kidolgozásánál a már több ízben bírált átfolyási hullám módszerét [2, 3, 4] használták az áramlástani jellemzők meghatározására. Emellett azonban több, fizikokémiai szempontból értékes gondolatot vetettek fel. Hazánkban több tanulmányban [2, 3, 4] tettünk kísérletet, hogy az átfolyási görbe által kapható áramlástani adatokat összehangoljuk az állóvizű ülepítési kísérletek eredményeivel. Az átfolyási görbe áramlástani elmélete, továbbá az [l]-ben közölt fizikokémiai meggondolások matematikai kifejezése lehetővé teszi, hogy áramlási vizsgálati eredményekből egyes ülepítési jellegszámok értékére is következtethessünk. Ehhez az [l]-ben közölt elméletet továbbfejlesztjük azzal, hogy a) az ismert áramlási körülmények által befolyásolt ülepítés eredményességét jellemző számértékeket az átfolyási hullám helyett az átfolyási görbéből kapható adatokkal hozzuk kapcsolatba, s az áramlási körülmények ülepedésre gyakorolt hatásának megállapítására új hatásfokfogalmat vezetünk be, b) az ülepítés folyamatát leíró fizikokémiai alapegyenleteket rendszerbe foglalva, azokat pelyhesedő anyagokon kívül más ülepedő anyagra is értelmezzük. Az ülepítés fizikokémiai szemlélete Az ülepedés folyamata — bár fizikai folyamatnak tekinthető — hasonló a kémiai reakciók folyamatához. A kémiai reakciók sebességét meghatározott törvény szabja meg. Általában az a szabály, hogy a reakcióba lépő anyag nagyobb töménysége (koncentrációja) hevesebb reakciót hoz létre. A kémiai reakciók sebességét (v T) a Vr d K (í) át (1) összefüggés szerint értelmezzük, ahol K(t) = a t — 0 kezdő időponttól t időpontig még reakcióba nem lépett anyagmennyiség töménysége, —dK(t) = az a kis anyagmennyiség (töménységével adva), amely éppen a rövid dt idő alatt lép reakcióba, t = a folyó idő A vegyészet gyakorlatához hasonlóan írjuk fel egy anyagra vonatkozóan az egyidejű ellentétes reakció kizárásával az általános reakciósebességi egyenletet, hogy ezt később az ülepedés folyamatának leírására is alkalmazhassuk [5], Megjegyezzük, hogy a továbbiakban a K(t) függvényt rövidség kedvéért K-val is fogjuk jelölni. dÁ , v r = —^ r = k-K« (2) ahol, (1) jelölésén kívül : k = a vizsgált anyagra jellemző arányossági tényező, a = a reakció fokszáma. Az a érték 0,1 és 2-re való felvételének megfelelően beszélhetünk nulladfokú, elsőfokú (unimolekuláris), és másodfokú (bimolekuláris) reakciókról. Más a értékekkel nem foglalkozunk. Nulladfokú reakció esetén a = 0, tehát d K dí = k (3) A differenciálegyenlet megoldása a t 0 = 0 esetben fennálló K (t) = K ( )-lal jelölt alsó, általános t-re adott K felső határral : K (t) = K n — k-t (4) Elsőfokú reakció esetén a — 1, tehát d K át k-K (5) Rendezve és jelölve az integrálokat: -;•¥•-•*/"' < 6> Megoldva : K(t) = K n-ek t Másodfokú reakció esetén a = 2, tehát áK át = k-K'' Rendezve és jelölve az integrálokat : K t - f^-Jt f J Z 2 ~ h J dí (?) (8) (9)
