VODACO Engineered.

Наиболее эффективным способом очистки от химических соединений, а также металлов, находящихся в растворенной форме в сточной воде, являются процессы химического осаждения при помощи добавления в сточную воду соответственных реагентов. Для улучшения эффективности данных процессов используются методы коагуляции и флокуляции.

Коагуляция

Помимо крупных частиц загрязнений в сточной воде находятся также мелкие коллоидные частицы, которые не могут быть осаждены в отстойниках вне зависимости от времени осаждения. Из-за их малых размеров сила движения частиц жидкости, в которой они находятся, оказывает на них большее влияние, чем силы гравитации. Для отделения коллоидных частиц от жидкости для последующего осаждения необходимо дестабилизировать эту систему. Такой процесс дестабилизации называется коагуляция. В сточную воду добавляется химический реагент (коагулянт), который способствует разрыву электрических связей между коллоидными частицами и молекулами воды и возникновению связей притяжения между самими коллоидными частицами с целью их последующего укрупнения. Процесс дестабилизации может осуществляться различными путями в зависимости от химического состава загрязняющих веществ в сточной воде, поэтому наиболее эффективный коагулянт подбирается индивидуально к каждому стоку на основании лабораторных исследований.

Процесс флокуляции — это процесс укрупнения первичных дестабилизированных частиц и образования крупных соединений (флокул), способных к отделению от жидкости путем осаждения или флотации. При проведении флокуляции в сточную воду добавляется реагент (флокулянт), способствующий более интенсивному проведению процесса слипания частиц. Само же слипание частиц происходит из-за перемешивания сточной воды с необходимой скоростью, что приводит к столкновению и слипанию частиц друг с другом. Органические флокулянты в большинстве случаев представляют собой синтетические продукты полимеризации на основе акриламида, которые различают по молекулярному весу, заряду и ионогенности. Для флокуляции растворенные молекулы полимеров должны попадать на поверхность твердых частиц. Для этого механизма есть два основных способа. При модели мостикового соединения полимерные цепи прилипают к поверхности твердых частиц только в некоторых местах и соединяют частицы друг с другом. Согласно этой модели образованию флокул подвергаются, прежде всего, высокомолекулярные полимеры с длинной цепью. Молекулы полимеров с короткой цепью попадают непосредственно на поверхность твердых частиц и оказывают влияние на заряд частиц. Таким образом, флокула состоит из негомогенных частиц. Ее прочность и устойчивость на срез существенно зависят от внешней формы и внутренней пористости. В общем случае наиболее устойчивыми являются флокулы с небольшой пористостью.

Отделение крупных частиц от осветленной сточной воды можно проводить двумя основными методами: осаждением (описано выше) и флотацией.

Флотация

Данный метод очистки в основном применяется для очистки сильнозагрязненных производственных сточных вод. Флотация представляет собой процесс отделения загрязнений, находящихся во взвешенном состоянии, от очищаемой воды при помощи восходящего потока воздуха. Поток воздуха подается через распределительные устройства, находящиеся в нижней части флотационной установки. Пузырек воздуха, проходя через толщу воды, сближается с частицей загрязнений. В процессе контакта пузырек плотно прилипает к частице. Поскольку плотность воздуха с частицей ниже плотности окружающей жидкости, то пузырек вместе с загрязнением продолжает подниматься, пока не достигнет поверхности жидкости. Таким образом, на поверхности образуется пена, которую затем отделяют от очищенной воды механически.

Наиболее эффективен данный метод очистки для удаления поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов, жиров, масел и снижения концентраций взвешенных веществ и БПК.

Одним из наиболее эффективных (для сточных вод) решений реализации процесса флотации является напорная флотация. При напорной флотации сточная вода или часть очищенной воды насыщаются воздухом под давлением от 4 до 6 бар и, с помощью понижающей давление арматуры, направляется во флотационный резервуар. После разрежения до атмосферного давления избыточный воздух выходит в виде мелких пузырьков, которые в зоне контакта и перемешивания захватывают частицы ила и переносят их к поверхности резервуара, где предусмотрено устройство для их удаления. Для сооружения флотатора, работающего с высокой эффективностью, необходимо соблюдать следующее:

  • Высокие показатели насыщения кислородом для сточной и напорной воды
  • Выпуск пузырьков в оптимальном размерном диапазоне
  • Захват пузырьками твердых частиц
  • Расчетно-обоснованная геометрия флотатора

На практике расчет флотационных установок производится как на основе удельной нагрузки на поверхность, так и на основе времени пребывания. Для эффективного разделения время пребывания должно составлять от 20 до 45 минут. При расчете на основании удельной нагрузки на поверхность флотационного объема, необходимо обращать внимание на следующее:

  • Гидравлическая поверхностная нагрузка - приток на флотацию + напорная вода
  • Поверхностная нагрузка по сточной воде - приток на флотацию
  • Поверхностная нагрузка по твердой фазе - количество флотируемых частиц

Рассчитываемый размер зависит от вертикальной и горизонтальной составляющих скорости образования пузырек-частица во флотационном объеме. Величина скорости частицы в восходящем направлении зависит помимо флотационных свойств, также от давления насыщения и количества напорной воды. Т.к. оба эти показателя могут изменяться в процессе флотации, их принимают в качестве регулируемых параметров.

Смесь воды и ила поступает в приточную камеру флотационной установки, откуда по всей ширине флотационного отсека через отверстие определенного размера поступает в зону контакта и перемешивания, где производится ввод напорной воды, для подготовки которой часть потока очищенной воды с помощью насоса напорной воды направляется через инжектор в резервуар напорной воды. При этом напорная вода насыщается воздухом при избыточном давлении около 4-5 бар.

Напорная вода из резервуара напорной воды направляется во флотатор и подается снизу в зону контакта и перемешивания, где, практически сразу при вводе через специальные насадки происходит разрежение до давления окружающей среды. В результате такого внезапного понижения давления находивщийся до сих пор в растворенном состоянии воздух освобождается в виде мелких пузырьков, и напорная вода приобретает «молочную» мутность. Турбуленция создаваемая напорной водой при введении смеси воды и ила, а также восходящим потоком пузырьков приводит к внутреннему перемешиванию. При этом пузырьки воздуха захватывают частицы ила.

Смесь воды и ила поднимается в зоне контакта и перемешивания и через отверстие в переливной стенке поступает во флотационный объем, в котором, собственно, и происходит разделение ила и воды. После отделения флотационный шлам сгущается на поверхности до 3-5% СВ. Флотационная камера очищается с помощью скребкового устройства. Очищенная от нерастворимых частиц вода под погружной перегородкой переливается в камеру очищенной воды, а оттуда через настраиваемый по высоте перелив — в лоток очищенной воды.

В заключение необходимо добавить, что рассматриваемый способ отличают следующие преимущества:

  • Низкие инвестиционные и эксплуатационные затраты
  • Для установки не требуется много места
  • Отсутствуют проблемы с плавающим илом
  • Активное разделение при изменении условий эксплуатации
  • Высокое содержание СВ во флотационном шламе
  • Не требуется дополнительного сгущения избыточного ила
  • Маленькое время пребывания ила на вторичной очистке

Альтернативным вариантом использования процесса флотации является использование его для илоразделения после биологической очистки, что позволяет существенно экономить площадь, занимаемую стандартными сооружениями для илоразделения — вторичными отстойниками.