Залежність дози коагулянту від вмісту в очищуваній воді завислих речовин

1 – тонкодисперсні зависі; 2 – грубодисперсні зависі

Реагенти можна дозувати у вигляді порошку, гранул, суспензії або розчину. Залежно від виду реагенту застосовують відповідні дозатори. За принципом дії вони поділяються на:

• дозатори постійної витрати;

• дозатори подавання реагенту пропорційно витратам оброблюваної води;

• дозатори, що передбачають підтримання заданих параметрів якості очищеної води (значення рН, електропровідність тощо).

Щоб коагулювання відбулось швидко і в усьому об’ємі очищуваної води, потрібно інтенсивно змішувати реагенти протягом незначного проміжку часу (1 – 2 хв в разі мокрого і не більше як 3 хв – сухого дозування реагентів) у гідравлічних або механічних змішувачах. У гідравлічних змішувачах змішування проходить внаслідок зміни напрямку руху і швидкості потоку води, а в механічних - за участі мішалок. Змішування коагулянту з водою повинне відбуватись так, щоб спочатку утворювалась велика кількість дрібних агрегатів, на поверхні яких хемосорбовані заряджені поліядерні гідроксокомплекси алюмінію, що мають високу активність відносно очищуваних домішок.

В деяких випадках змішування коагулянтів і осадження утворених пластівців проводять в одному апараті, причому поєднують очистку коагуляцією і флокуляцією.

Коагулятор - освітлювач

1 – корпус; 2 – жолоб; 3 – отвори для видалення освітленої води; 4 – відділював повітря; 5 – центральна труба; 6 – розподільчі труби

Стічна вода, яка змішана з коагулянтом по трубі потрапляє у відділював повітря (4). Після цього вона рухається по центральній трубі (5) до розподільних труб, які закінчуються соплами для розподілу і обертання води в кільцевій зоні, куди подається флокулянт. Пластівці коагулянту утворюються в кільцевій зоні. Завислі частинки з пластівцями осідають на дно і видаляються з апарату. Освітлена вода через отвори (3) потрапляє в жолоб (2), з якого видаляється.

Існують одно – і двоступінчасті технологічні схеми очищення води за допомогою коагуляції.

В одноступінчастій технологічній системі коагулянт добавляють у безпосередній близькості від фільтрів. Бажано реагент ввести у відносно невеликий об’єм очищуваної води, а потім швидко змішати її з рештою (роздільне коагулювання ). Збільшення початкової концентрації коагулянту сприяє інтенсифікації процесу коагуляції внаслідок підвищення часткової концентрації коагулянту в оброблюваному об’ємі води (концентроване коагулювання). Іноді рекомендують співвідношення об’ємів обробленої і необробленої води 1:1,5. У разі концентрованого коагулювання витрати сульфату алюмінію зменшуються на 20-30%, знижуються також каламутність і кольоровість води.

Ефективним є фракціоноване (часткове) коагулювання води, за якого коагулянт добавляють до очищеної води двома чи кількома порціями або послідовно вводять різні коагулянти. У цьому випадку утворюються полідисперсні агрегати коагулянту, а також збільшується період утворення позитивно заряджених поліядерних гідрокомплексів, у результаті чого коагуляція інтенсифікується. Рекомендований оптимальний інтервал часу між введенням окремих частин коагулянту становить 90-120 с. У разі знебарвлення води перша доза коагулянту має становити половину загальної.

Перервне (періодичне) коагулювання ґрунтується на поєднанні методів концентрованого і фракціонованого. Періоди подавання збільшених доз коагулянту чергуються з періодами повного припинення коагулювання. В результаті такої обробки малокаламутної води за двоступінчастою схемою витрати коагулянту зменшуються на 30-40%, ступінь знебарвлення води підвищується. Більш глибоке видалення знебарвлюваних домішок зумовлене меншими значеннями рН в період подавання збільшених доз коагулянту.

Інтенсифікації коагулювання досягають також рециркуляцією коагулянту (коагульованої зависі). Зміст методу полягає у подаванні частини відпрацьованого осаду в зону подавання свіжих порцій коагулянту. Це сприяє прискоренню процесу й утворенню щільних пластівців. Застосування цього методу ефективне для інтенсифікації коагулювання малокаламутних вод, при цьому значно (до 30%) скорочуються витрати коагулянту.

Процес утворення пластівців успішно відбувається при повільному і рівномірному перемішуванні дисперсної системи, що сприяє агломерації дрібних пластівців у більші, які легко осідають. Особливо необхідне перемішування за низьких температур оброблюваної води (нижче 5⁰ С). Під час перемішування прискорюється ріст часточок у результаті їх зіткнення, збільшується взаємозв’язок і утворюються міцні пластівці. Перемішування позитивно впливає на утворення пластівців у тому разі, якщо часточки досягли певного розміру в результаті броунівського руху (кулясті агрегати завбільшки 0,02 мкм і більші). При цьому перикінетична коагуляція переходить у зону ортокінетичної коагуляції в потоці, що рухається (градієнтне і гравітаційне коагулювання). Тому за низьких температур слід забезпечити сприятливі умови для перебігу перикінетичної коагуляції (створення необхідного лужного резерву і введення підвищеної дози коагулянту, введення скаламутників, подавання коагулянтів підвищеної концентрації або менший об’єм очищуваної води), а потім здійснити інтенсивне перемішування. Введенням додаткового скаламутника за низької температури очищуваної води час утворення пластівців зменшується на 30-80% і одночасно зменшується оптимальна доза коагулянту. Особливо прискорюється процес утворення пластівців при добавлянні дрібнодисперсних часточок (розміром менш як 3 мкм).

Як скаламутники застосовують:

• дрібнодисперсні глинисті часточки в кількості 10 мг/дм³;

• порошкоподібне активоване вугілля в кількості 2-5 мг/дм³ або чорний коагулянт (суміш порошкоподібного вугілля з коагулянтом);

• промивні води фільтрів і осади відстійників.

Спочатку вводять промивну воду в кількості 5-25% вихідної води, потім коагулянт. Цей прийом дає змогу істотно поліпшити якість очищуваної води і зменшити витрати коагулянту.

Перемішування води не повинно бути занадто інтенсивним для запобігання руйнування пластівців. Для забезпечення оптимальних умов перемішування перед відстійниками часто влаштовують камери утворення пластівців, у яких за допомогою перегородок або водоворотних пристроїв забезпечується вертикальний чи горизонтальний рух води.

Інтенсифікувати коагуляційне очищення води можна накладанням електричного поля (коагуляція під струмом) і магнітного поля, а також дією ультразвуку та іонізуючого випромінювання. Йонізуюче рентгенівське, β- і γ- випромінювання інтенсифікує окиснення органічних і мінеральних домішок розчиненим у воді киснем, що зумовлює краще знебарвлення води.

Сформовані пластівці коагулянту разом з адсорбованими домішками відокремлюють від очищуваної води в процесі прояснення шляхом відстоювання, фільтрування, центрифугування або флотації. В практиці підготовки води завислі речовини спочатку відокремлюють відстоюванням, а потім злив фільтрують. Зазвичай застосовують горизонтальні, вертикальні або радіальні відстійники. Вміст завислих речовин після відстійників становить 8-12 мг/дм³. Швидкість осадження зависі залежить від фізико-хімічних властивостей оброблюваної води та способів її обробки. Вміст твердої фази в згущеному шарі ( концентрація осаду) залежить від тривалості ущільнення та вмісту в очищуваній воді завислих речовин; він може змінюватися в межах 7,5 - 41 кг/м³.

Більш удосконаленими апаратами, ніж відстійники, особливо у разі обробки води коагулянтами, є прояснювачі із завислим контактним середовищем. Їх застосовують для очищення забарвлених і каламутних вод з вмістом завислих речовин до 2500 мг/дм³. Очищувану воду підводять знизу; пройшовши крізь завислий шар осаду - коагулянту, вона піднімається вгору і прояснюється. Використовують конструкції прояснювачів з вертикальними і піддонними осадоущільнювачами, а також без них. В останньому випадку осад ущільнюється в нижній частині прояснювала. Апарати виконують відкритими або напірними, з природним та примусовим відбором шламу. Останні більш ефективні в роботі.

Для прояснення води широко застосовують різноманітні фільтри, конструкція яких розглядалась на минулій лекції.

Інтенсивне відокремлення зависі від очищуваної води відбувається в центрифугах, де швидкість руху часточок у багато разів перевищує швидкість вільного їх осадження. Через складну конструкцію та обслуговування вони поки що застосовуються обмежено. Іноді для виділення коагулянтів з адсорбованими на них домішками використовують флотацію.