Скорость осаждения крупных органических твердых веществ

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12436 (2023) Цитировать эту статью

116 доступов

Подробности о метриках

Скорость осаждения частицы является неотъемлемым параметром при моделировании и проектировании ливневых вод. Скорость осаждения можно использовать для прогнозирования судьбы и переноса частиц ливневых вод, а также для определения того, способствуют ли эти частицы нагрузке питательными веществами в водосборе. Прогнозирование скорости осаждения неорганических частиц, как правило, хорошо изучено и хорошо изучено. Органические частицы имеют тенденцию сильно различаться по своим физическим свойствам, и в настоящее время не существует установленных стандартов или эмпирических уравнений для оценки скорости осаждения органических частиц. В этой статье представлены данные экспериментов по скорости осаждения листьев и семян деревьев, чтобы лучше понять, как органические частицы оседают в контексте уравнений скорости осаждения, таких как уравнение, разработанное Фергюсоном и Черчем. Анализ собранных данных показал, что второй из двух коэффициентов сопротивления (C2), используемых в уравнении Фергюсона и Чёрча, чувствителен к типу и форме частиц. Путем усреднения C2 по типу и виду частиц была обнаружена корреляция между наблюдаемой скоростью осаждения и скоростью осаждения, предсказанной уравнением Фергюсона и Чёрча (R2 = 0,83). Благодаря этим результатам разработчики и проектировщики ливневых вод лучше понимают, как представлять обычные органические частицы с точки зрения скорости осаждения. Дополнительные исследования более широкого спектра типов и видов органических частиц позволят расширить представленный здесь набор данных.

Урбанизация привела к появлению уникальных проблем в управлении водными ресурсами в городах, где преобладают непроницаемые поверхности. Необходимость очистки, хранения и фильтрации воды на благо людей и окружающей среды имеет первостепенное значение, поскольку городское население продолжает расти, а изменение климата усиливает погодные явления1. Ливневая вода, дождевая вода, стекающая с непроницаемых поверхностей, известна как особенно широкий переносчик загрязняющих веществ. Ливневые воды переносят химические, физические и биологические загрязнители в поступающую воду, ухудшая качество воды и водную среду обитания2.

Ливневые воды очищаются с помощью мер по контролю за ливневыми водами (SCM), которые представляют собой конструкции, предназначенные для проникновения, хранения или очистки ливневых стоков на основе основных научных принципов3. В городских жилых районах грубый неорганический и органический мусор представляет собой серьезную проблему загрязнения2. Грубые органические и неорганические частицы состоят из металлов4, осадков со связанными питательными веществами5 и материалов, выщелачивающих питательные вещества6.

Многие системы SCM в городских жилых домах используют седиментацию для очистки ливневых вод3, поэтому скорость осаждения является ключевым параметром при проектировании и оценке. Например, ёмкости для ливневой канализации — очень распространенный СКМ, встречающийся вдоль дорог и автостоянок. Бассейны с ливневыми водами снижают общее количество взвешенных твердых частиц и общего фосфора, попадающих в водоемы ниже по течению, за счет хранения ливневых вод и позволяя отложениям оседать на дно бассейна перед выпуском воды в выпускное отверстие7.

Скорость осаждения (w) — это физическое свойство частиц, которое зависит от размера, формы и плотности частиц. Скорость осаждения частиц различных размеров можно использовать при моделировании очистки ливневых вод для оценки эффективности улавливания в бассейнах8. Седиментацию также можно оценить с помощью диапазона значений скорости осаждения, и эта информация необходима для определения того, как скоро инфильтрационный бассейн заполнится и его необходимо будет выкопать.

В нескольких исследованиях изучаются и прогнозируются скорости осаждения несферических минеральных частиц9,10,11,12. Скорость осаждения можно рассчитать для частиц с известным диаметром (D) и удельным весом (SG) с использованием закона Стокса13. Расчеты по закону Стокса предполагают, что падающая частица имеет сферическую форму, что обычно справедливо для частиц минералов или отложений. Коэффициенты сопротивления C1 (применимо к ламинарному потоку) и C2 (применимо к турбулентному потоку) можно регулировать для прогнозирования скорости осаждения несферических минералов11.