Коагуляция сточных вод. Важнейшие сведения

Расширению оптимальных областей коагуляции (по рН и температуре) способствуют флокулянты, повышающие плотность и прочность образующихся хлопьев, снижающие расход коагулянтов, снижающие расход коагулянтов, повышающие надежность работы и пропускную способность очистных сооружений.

При растворении в сточных водах флокулянты могут находиться в неионизированном и ионизированном состоянии. Последние носят название растворимых полиэлектролитов. В зависимости от состава полярных групп флокулянты бывают:

-неионогенные – полимеры, содержащие неионогенные группы: -ОН, >СО (крахмал, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и др.);

-анионные – полимеры, содержащие анионные группы: –СООН, –SО₃Н,  –OSO₃H (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и др.);

-катионные – полимеры, содержащие катионовые группы: –NH₂, =NH (полиэтиленимин, сополимеры винил пиридина, ВА-2, ВА-102, ВА-202 и др.);

-амфотерные – полимеры, содержащие одновременно анионные и катионные группы: полиакриламид, белки и др.

Скорость и эффективность процессов флокуляции и коагуляции зависят от состава сточных вод, их температуры, интенсивности перемешивания последовательности введения коагулянтов и флокулянтов. Дозы флокулянтов составляют обычно 0,1-10 г/м, а в среднем 0,5-1 г/м. Так применение добавок полиакриламида в концентрации 1 г/м³ при коагуляции сточных вод металлургического завода позволило увеличить удельную нагрузку на радиальные отстойники в два раза.

Процесс очистки сточных вод методом коагуляции или флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешивание реагентов со сточной водой; хлопьеобразование и осаждение.

В реагентное хозяйство на очистных сооружениях входят склады для хранения коагулянтов. Широко применяется так называемое мокрое  хранение коагулянтов - в виде раствора или кускового продукта в концентрированном растворе, в баках и резервуарах, располагаемых внутри или вне зданий. Емкости, располагаемые вне зданий, следует утеплять. Растворение коагулянтов в воде осуществляется в специальных растворных баках с устройствами для барботажа сжатым воздухом интенсивностью 4-5 л/с на 1 м² площади колосниковой решетки.

Применяются также баки с лопастными и пропеллерными мешалками для растворения соответственно зернистых и кусковых материалов размером не более 20 см.

Из растворных баков коагулянты перекачивают в расходные баки, а оттуда дозируют в обрабатываемую воду с помощью дозаторов различных конструкций. Коагулянты вводят в обрабатываемую воду обычно в виде 1-10 % растворов, а флокулянты 0,1-1 % растворов. Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в смесителях в течение 1-2 мин. Для смешения коагулянтов применяют гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителях смешение происходит вследствие изменения направления движения и скорости тока воды.

Применяют перегородчатые, шайбовые и вертикальные смесители, а также механические с пропеллерными или лопастными мешалками. Трубопроводы или, отводящие воду из смесителей в камеры хлопьеобразования, и осветлители с взвешенным слоем осадка рассчитывают на скорость движения сточной воды 0,8-1 м/с и продолжительность ее пребывания в них не более двух минут. После смешивания сточных вод с коагулянтами начинается процесс образования хлопьеобразования. Эти камеры могут быть водоворотные, перегородчатые, вихревые, с механическим перемешиванием.

Водоворотные камеры хлопьеобразования представляют собой цилиндр, в верхнюю часть которого из смесителя вводится сточная вода, имеющая скорость на выходе из сопла 2-3 м/с. В нижней части камеры перед выходом в отстойник находятся гасители вращательного движения воды. Продолжительность пребывания воды в камере 15-20 мин.

Перегородчатые камеры могут быть горизонтальные и вертикальные. В горизонтальной камере сточная вода протекает по нескольким последовательно соединенным коридорам. Перемешивание осуществляется за счет 8-10 поворотов. Коридоры устраиваются таким образом, чтобы скорость движения сточной воды в первом была 0,2-0,3 м/с, а в последнем – 0,1 м/с. Продолжительность пребывания воды в перегородчатых камерах 20-30 мин. Высота камеры определяется высотой отстойника, а ширина коридоров составляет не менее 0,7 м.

В камерах хлопьеобразования с лопастными мешалками скорость движения воды 0,15-0,2 м/с, а продолжительность пребывания – 20-30 мин. Последующее осветление сточной воды производится в горизонтальных, радиальных или вертикальных отстойниках.

Наиболее целесообразной является двухступенчатая схема отстаивания сточных вод. На первой ступени осуществляется простое отстаивание в отстойнике без коагулянта. На второй ступени – обработка сточных вод коагулянтами и флокулянтами с последующим отстаиванием в отстойнике.

Если в производственных сточных водах концентрация взвешенных веществ, способных к агрегации, не превышает 4 г/л, то применяют осветлители со взвешенными слоями осадка. В осветлителях происходят три основных процесса: смешение, коагуляция и осветление сточных вод. Обрабатываемая в осветлителях сточная вода проходит снизу вверх через слой ранее выделившегося шлака с такой скоростью, при которой взвешенные частицы не уносятся из зоны взвешенного осадка. При движении сточной воды взвешенный слой увеличивается эффект задержания мелких суспензированных частиц. Осветлители проектируются круглыми (диаметр до 15 м) или прямоугольными в плане, площадь осветлителя не должна превышать 150 м².

Для обеспечения нормальной работы осветлителя сточную воду после смешения с коагулянтами направляют в воздухоотделитель, где она освобождается от пузырьков воздуха, выделяющихся в результате реакции. В течение одного часа допускается колебание температуры не более чем на 1 ⁰С, а расхода – не более чем на 10 %. Скорость коагуляции  зависит от концентрации электролита.

При малых числах соударений частиц, т.е. отношений числа столкновений окончившихся слипанием скорость близка к нулю (у = 0). По мере роста концентрации скорость коагуляции повышается, но не все столкновения эффективны – такую коагуляцию называют медленной. При  наступает быстрая коагуляция, при которой все столкновения частиц заканчиваются образованием агрегатов.

В полудисперсных системах коагуляция происходит быстрее, чем в монодисперсных, т.к. крупные частицы при оседании увлекают за собой более мелкие. Форма частиц также влияет на скорость коагуляции. Например, удлиненные частицы коагулируют быстрее, чем шарообразные.

Размер хлопьев (в пределах 0,5-3 мм) определяется соотношением между молекулярными силами, удерживающими частицы вместе, и гидродинамическими силами отрыва, стремящимися разрушить агрегаты. Для характеристики хлопьев пользуются (определением) понятием эквивалентного диаметра

Прочность хлопьев зависит от гранулометрического состава образующихся частиц и пластичности. Агломераты частиц, неоднородных по размеру, прочнее, чем однородных. Вследствие выделения газов из воды, а также в результате аэрации и флотации происходит газонасыщение хлопьев, которые сопровождаются уменьшением плотности хлопьев и снижением скорости осаждения.

Резкие колебания скорости движения воды не допускаются. Величина восходящей скорости потока в зоне осветления зависит от концентрации взвешенных веществ. Так, при обработке сточных вод сульфатом алюминия при содержании взвешенных веществ в одном литре до 40 мг расчетная скорость восходящего потока:

Высота слоя взвешенного осадка принимается равной 1,5-2,5 м; высота защитной зоны от верха осадкоотводящих окон или труб до лотков для сбора осветленной воды 1-1,5 м; низ осадкоприемных окон или кромка осадкоотводящих труб располагается на расстоянии 1,5-1,75 м выше перехода наклонных стенок осветлителя в вертикальные; угол наклона к горизонту нижних частей стенок осветлителей и осадкоуплотнителей принимается не менее 45 ⁰С.

Избыток шлама, накапливающегося в осветлителе со взвешенным слоем осадка, перетекает под действием разности плотностей осветленной воды и взвешенного слоя в осадкоуплотнитель – это осветлитель с естественным отсосом шлама, либо отсасывается вследствие разностей уровней отбора воды из рабочей камеры и уплотнителя – это осветлитель с принудительным отсосом избытка шлама. Осветлители второй конструкции работают эффективнее.

Pages: 1 2 3