Осветление воды осаждением

Осаждение взвешенных веществ происходит под действием силы тяжести. Современные конструкции отстойников, применяемые для осветления воды, являются проточными, так как осаждение взвесей в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. Поэтому скорости движения воды в отстойниках должны быть малы, они измеряются десятыми долями мм/с в вертикальных отстойниках и несколькими мм/с в горизонтальных, тонкослойных и радиальных. Скорость осаждения воды при температуре 10⁰С называют гидравлической крупностью частицы. Этот параметр используется доля расчета отстойников, так как в этом случае важно знать скорость осаждения частиц, а не их размеры. Гидравлическую крупность частиц взвеси определяют экспериментально, определяя относительное количество взвеси, выпавшей за определенный промежуток времени на дно цилиндра, заполненного испытуемой водой на высоту h. Относительное количество выпавшей взвеси ρ прямо пропорционально продолжительности осаждения Т. Тангенс угла наклона прямой характеризует скорость осаждения. Чем круче прямая, тем больше гидравлическая крупность частиц взвеси и скорость осаждения.

График зависимости ρ = f (Т) называется кривой выпадения взвеси.

Р Р

0.8

0.6

0.4

0.2

10 20 30 40 Т (время)

10 20 30 40 Т мин.

График выпадения полидисперсной взвеси График выпадения монодисперсной взвеси

При осаждении монодисперсной взвеси эта кривая обращается в прямую линию. Полидисперсная взвесь – это взвесь, гидравлическая крупность которой изменяется в широких пределах (частицы разных размеров). На практике в лабораторных условиях определяются расчетные параметры отстойников: скорости осаждения взвеси, продолжительность пребывания воды в отстойнике, обеспечения заданного эффекта осветления. Методика моделирования основана на подобии кривых выпадения взвеси, получаемых при различных высотах столба исследуемой воды. Благодаря подобию кривых выпадения взвесей оказалось возможным моделировать этот процесс в цилиндрах с небольшой высотой столба воды.

Типы отстойников и области их применения

Применяются следующие типы отстойников:

Горизонтальный отстойник – прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды железобетонный резервуар, в котором осветленная вода движется в направлении, близком к горизонтальному, вдоль отстойника. Различают 1, 2 и 3-х этажные горизонтальные отстойники. Применяются при мутности до 1500 мг/л и цветности 120⁰ и при производительности н/м 30 тыс.м³ в сутки.

Вертикальный отстойник – круглый в плане железобетонный резервуар, значительной глубины, в котором обрабатываемая вода движется вертикально - снизу вверх. Используются при мутности до 1500 мг/л и цветности 120⁰ и производительности ВОС 5000м³ в сутки.

Радиальный отстойник – круглый в плане железобетонный резервуар, высота которого невелика по сравнению с диаметром. Вода в отстойнике движется от центра к периферии в радиальном направлении, близком к горизонтальному. Используется при обработке высокомутных вод и в системах оборотного водоснабжения.

Отстойники с малой глубиной осаждения – отстаивание в тонком слое. Сущность заключается в ламинировании потока воды, при котором исключается влияние взвешивающей составляющей.

Обработка воды в слое взвешенного осадка

Работами многих ученых установлено, что эффект осветления воды резко возрастает при ее пропуске через слой ранее сформированного осадка. Аппараты, реализующие этот метод водообработки, называют осветлители со слоем взвешенного осадка. Могут успешно работать только при условиях предварительной обработки примесей воды коагулянтом и флокулянтом. Осветлители обеспечивают более высокий эффект осветления и имеют более высокую производительность, чем отстойники. Однако их конструкция и эксплуатация более сложны. Принцип работы осветлителей заключается в смешении обрабатываемой воды с реагентами, введение ее в осветлитель снизу и равномерное распределение по площади рабочих коридоров. Далее вода движется снизу вверх и проходит через слой ранее сформировавшегося взвешенного осадка, находящегося в состоянии динамического равновесия. Проходя через слой взвешенного осадка вода осветляется в результате контактной коагуляции. Слой взвешенного осадка или контактная среда (КС) оказывают существенное влияние на процесс обработки.

1. КС имеет большую развитую поверхность образующих ее частиц, оказывая благоприятное воздействие на процесс коагуляции, сорбции;

2. КС способствует более равномерному распределению обрабатываемой воды по сечению осветлителя, оказывает позитивное влияние на гидравлический режим и параметры потока;

3. КС резко улучшает гидравлическую характеристику взвеси. Скорость ее осаждения возрастает в 2-3 раза по сравнению со скоростью осаждения в отстойнике;

4. КС значительно повышает эффект очистки воды. Стабильная работа осветлителей достигается при постоянном расходе и температуре обрабатываемой воды.

Практика эксплуатации осветлителей показала, что поддержание взвешенного слоя осадка на заданном уровне и обеспечение тем самым устойчивой работы аппарата возможно только при наличии регулируемого непрерывного принудительного удаления избыточного осадка из взвешенного слоя в осадкоуплотнитель. Осветлители со слоем взвешенного осадка классифицируются: по способу удаления избытка осадка – с естественным отбором и с принудительным отсосом; по рабочему давлению – на напорные и открытые; по расположению осадкоуплотнителя – с вертикальным, поддонным и выносным.

Осветление воды в поле центробежных сил

Для осветления воды, содержащей грубодисперсные примеси, все больше применяются центрифуги и гидроциклоны. Их действие основано на использовании поля центробежных сил, где выделение механических примесей из воды происходит под воздействием этих сил, которые в сотни и тысячи раз превышают силы тяжести, за счет чего увеличивается скорость осаждения частиц. При этом эквивалентно сокращается продолжительность процесса осветления воды и значительно уменьшается необходимый объем центробежного аппарата по сравнению с отстойником. Режим движения жидкости в поле центробежных сил - турбулентный. Передача вращения от периферии внутрь происходит диффузией и конвекцией под действием вращающегося момента сил, вязкости и перемещения самой завихренной жидкости. При этом возникают два основных круговых потока внешний, направленный к вершине образующегося конуса и внутренний, направленный в противоположную сторону. В гидроциклонах, кроме внешних и внутренних вращающихся потоков, образуется третий, воздушный поток по оси аппарата.

Осветление воды в поле центробежных сил при вращении воды в аппарате основано на переносе частиц взвеси к периферии центробежной силой, равной разности значений центробежной силы для твердой и жидкой фаз. Гидроциклоны могут быть открытыми и напорными, одно и многоярусные. Их достоинства: компактность, простота устройства и отсутствие движущихся частей, высокая объемная производительность, большая скорость. Недостаток: быстрый износ, колебания эффекта осветления в зависимости от качества исходной воды. Используются в системах водоснабжения для предварительного осветления поверхностных вод, обладающих высокой кратковременной мутностью. Для осветления воды следует применять гидроциклоны литые, не футерованные, как наиболее дешевые и достаточно стойкие против истирания.