Vízügyi Közlemények, 1963 (45. évfolyam)

1. füzet - III. Horváth Imre: Felületaktív anyagok hatása a szennyvíztisztító berendezésekben végbemenő ülepedési folyamatokra

62 Horváth Imre 3. Néhány megjegyzés a Boussinesq-féle hipotézishez Ismeretes, hogy cseppek és buborékok ülepedési sebessége folyékony közegben nagyobb, mint az azonos fajsúlyú szilárd anyagé. Mivel a kérdéses mozgási folyamatot leíró Navier—

Stokes differenciál-egyenlet cseppek és szilárd részecskék mozgására egyaránt vonatkozik, az eltérés a kerületi feltételek különbözőségéből adódik. E feltételek különbözőségét a cseppek felszínének tangenciális sebessége jelenti, amely sebesség szilárd részecskék esetén nulla. A kutatók a kísérleteik során azonban azt tapasztalták, hogy kisméretű cseppek mozgása ugyanúgy játszódik le, mint a szilárd ülepedő anyagoké. E jelenség magyarázatára Boussinesq feltételezte, hogy a közeg és a csepp határfelületén egy vékony makroszkopikus méretű nagy viszkozitású réteg van, amelynek számszerű jellemzését az alábbi összefüggéssel határozta meg [3]_ y

2 a (X, y, z) — div v

t (x, y, z) ' ahol V

2 Laplace operátor e a Boussinesq-féle felületi viszkozitás (din. sec. cm3), a a felületi feszültség (din. cm1), v

t a csepp felületének tangenciális sebessége (cm. sec1). Boussinesq szerint e nagy viszkozitású réteg csökkenti a cseppfelület v

t sebességét, és a hatás a cseppek méretével fordított arányban változik. V. G. Levies, A. N. Frumkin és A. V. Gorodeckaja elméleti megfontolásokkal és laboratóriumi kísérletekkel igazolták, hogy a Boussinesq-féle hipotézis nem ad kielégítő magyarázatot [8]. Bizonyították, hogy a kisméretű cseppek ülepedésénél tapasztalt eltérést — azaz a szilárd anyagokkal azonos jellegű ülepedés jelenségét — az ülepedő anyagot körülvevő közegben jelenlevő felületaktív anyagok okozzák. Még vízvezetéki vízben levő egészen kismennyiségű felületaktív anyag is lényeges hatással bír. Szerintük kisméretű cseppek esetén a felületaktív anyagok csökkentik a v

t felszíni sebességet, mivel a csepp mozgása közben a felületén abszorbeálódott felületaktív anyagok a csepp hátulsó oldalán dúsulnak és ott a felületi feszültséget csökkentik. Ennek következtében — a határfelületen beálló koncentrációkülönbség hatására — az ülepedési iránnyal szemben ellentétes erők ébrednek, tehát az ülepedést gátolják. Az előző pontban részletezett ülepítési kísérleteink szerint a mosószerek azoknak a szilárd részecskéknek az ülepedési sebességét is csökkentik, amelyek a szennyvíz lebegőanyag tartalmában jelen vannak. Következésképpen a felületaktív anyagnak az ülepedő részecskékre gyakorolt erőhatása nemcsupán abban nyilvánul meg, hogy a v

t tangenciális sebességet csökkenteni igyekszik. E jelenség oka véleményem szerint az alábbiakban magyarázható. Szilárd ülepedő részecskék határán a felületaktív anyagok monomolekuláris rétegben dúsulnak. Mivel v

t — 0, a felületaktív anyagnak — az ülepedő test határának egyes pontjain jelentkező — koncentrációkülönbsége nullának vehető, így a koncentrációkülönbségből adódó erőhatás is nulla értékű. De a felületaktív anyag jelenlétével mégis lényeges változás állt be, ami az elemi határfelületre működő nehézségi, kohéziós és adhéziós erők arányának megváltozásában jelent-