Закономерности процесса осветления воды в слое взвешенного осадка.

Сущность процесса:

При объемном содержании твердой фазы в жидкости менее 5% движение частиц называется свободным, при большем содержании – стесненным, в этом случае скорость движения частиц будет меньше (это объясняется изменением гидродинамических условий обтекания частиц жидкостью при увеличении их концентрации). Так, при объемной концентрации, равной 10%, скорость осаждения массы частиц вдвое меньше по сравнению с их гидравлической крупностью, при концентрации 25%—в 6 раз.

На явлении стесненного осаждения основана работа осветлителей. Взвешенный слой не мог бы существовать, если бы скорость стесненного осаждения не за­висела от его концентрации. Изменение скорости восходящего потока адекватно вызвало бы вынос или выпадение частиц. Каждому значению восходящей скорости потока отвечает опре­деленная в данных условиях концентрация частиц слоя. Чем больше скорость, тем меньше концентрация. Скорость сво­бодного осаждения частиц является верхним пределом существо­вания взвешенного слоя. Известен и нижний предел существо­вания взвешенного слоя — минимальная скорость потока, при которой сила гидродинамического воздействия потока на части­цы меньше силы тяжести частицы. Скорость восходящего потока воды в осветлителях всегда лежит между верхними и нижними предельными значениями.

Контактной средой осветлителя являются грубодисперсные фракции осад­ка, взвешенного в восходящем потоке воды .В процессе очистки происходит постоянное образование новых хлопьев осадка; его избыток  непрерывно отводится в илоуплотнитель. Качество очистки в осветлителе связано с устойчивым состоянием слоя взве­шенного осадка, который в неблагоприятных условиях легко взмучивается и размывается, особенно, при низких массовых концентрациях сухого вещества. Работа систем подачи и отведения воды не должна вызывать значительную турбулизацию потока и образование крупных вихрей.

Для гашения скоростного напора воды, поступающей из отверстий водораспределительных труб, предусматриваются специальные колпачки-отражатели. Иногда применяются тонкослойные модули, чем достигаетсяламинаризация потока [76].

Для увеличения массовой концентрации сухого вещества в осадке практикуется искусственное замутнение воды суспензиями (например, глиной) и рециркуляция осадка. Такие меры особенно уместны при очистке маломутных и цветных вод поверхностных источников водоснабжения.

Эффект слоя взвешенного осадка(контактной среды – КС):

1. (КС) оказывает благоприятное действие на процессы коагу­лирования, сорбции, адгезии и кристаллизации продуктов про­цесса водообработки;

2. (КС) способствует более равномерному распределению обрабатываемой воды по сечению осветлителя и оказывает по­зитивное влияние на гидравлический режим и параметры потока (увеличивается коэффициент объемного использования, гидрав­лический радиус и смоченный периметр).

3. (КС) ламинизирует поток, т. е. гасит его турбулентность. Иными словами она обладает дре­нажными свойствами.

4. (КС) резко улучшает гидравлическую характеристику взвеси. Скорость ее осаждения возрастает в 2—3 раза по сравне­нию со скоростью осаждения в отстойнике за счет увеличения размеров хлопьев и их плотности.

5. (КС) значительно повышает эффект очистки воды (сни­жает остаточное содержание извлекаемых из воды примесей) за счет более полного использования применяемых реагентов и свойств контактной взвеси.

Ограничения при использовании осветлителя со взвешенным осадком:

1. Подача воды на станцию водоподготовки должна быть равномерной, допускается плавное изменении расхода воды не более чем не 15% в течение 1 часа. При резком уменьшении расхода весь осадок упадет на дно рабочей камеры, а при резком увеличении – вынесется с осветленной водой

2. Не должно быть резких изменений температуры. Она должна изменяться не более, чем на 1 градус в течение 1 часа, если поступает неожиданно теплая вода, то разрушается слой взвешенного осадка.

3. По минимальной мутности исходной воды не менее 50 мг/л, а в настоящее время разработаны осветлители, в которых происходит рециркуляция ранее образованного осадка, что позволяет снизить мутность воды.

Взвешенный в восходящем потоке слой хлопьев находится в состоянии стесненного осаж­дения, причем скорость осаждения равна скорости восходящего потока, поэтому частицы не выносятся с потоком в зону освет­ления и не декантируют.

Классификация аппаратов

Осветлители со слоем взвешенного осадка классифицируют по:

1. способу удаления избытка осадка — с естественным отбором и с принудительным отсосом;

2. рабочему давлению —на напор­ные и открытые;

3. расположению осадкоуплотнителя — с вер­тикальным, поддонным и выносным.

Принцип работы осветлителей со взвешенным осадком пока­зан на рис. 10.1.

О светлитель коридорного типа с рециркуляцией осадка (коридор А) и тонкослойными модулями (коридор Б). А, Б— рабочие коридоры; Б — осадкоуплотнитель;

УСТРОЙСТВО

1 — телескопические перфорированные водораспределительные трубы с соплами; 2 — слой взве­шенного осадка; 3 — рециркуляторы; 4 — водосборные желоба; 5 — осадкоотводные окна с козырьками (7); 6 — перфорированные трубы сбора освет­ленной воды; 8 — тонкослойные модули; 9 — слой уплотненного осадка; 10 — сброс осадка; 11 — задвижка, регулирующая принудительный отсос осадка из рабочих коридоров; 12 — отвод осветленной воды из бокового кармана 13

Принцип работы

Обрабатываемая вода, смешанная с реагента­ми, вводится в осветлитель снизу и равномерно распределяется по площади рабочих коридоров. Далее вода движется снизу вверх и проходит через слой ранее сформированного взвешен­ного осадка, состоящего из массы взвешенных в восходящем потоке хлопьев, которые непрерывно хаотически движутся, но весь слой в целом неподвижен. Он находится в состоянии диламического равновесия, обусловленного равенством скорости восходящего потока воды и средней скорости осаждения хлопь­ев. Следует отметить, что средняя скорость осаждения хлопьев во взвешенном слое отлична от их гидравлической крупности. Это объясняется так называемым стесненным осаждением ча­стиц, на котором основана работа осветлителей. Проходя через слой взвешенного осадка, вода осветляется в результате кон­тактной коагуляции.

Величина хлопьев взвешенного осадка постоянно меняется вследствие слипания взвешенных частиц, извлекаемых из воды, и разрушения образовавшихся агрегатов под влиянием гидро­динамического воздействия потока. Следовательно, слой взве­шенного осадка представляет собой полидисперсную среду. Однако, средний размер хлопьев во всей массе взвешенного осадка при неизменных условиях работы осветлителя (состав и свойства обрабатываемой воды, доза коагулянта, скорость восходящего потока) остается неизменным, так как он опреде­ляется соотношением между внутренними силами сцепления частиц, образующих структуру хлопьев, и внешними силами трения, действующими на поверхности хлопьев при их обтека­нии потоком воды. Вследствие непрерывного хаотического дви­жения и циркуляции хлопья различного размера довольно рав­номерно распределены по всей высоте взвешенного слоя.

При пропуске воды через взвешенный слой извлекаемые из нее примеси остаются в нем, при этом объем слоя должен не­прерывно увеличиваться, но этого не происходит, так как пре­дусматривается непрерывное удаление избыточного осадка из взвешенного слоя в осадкоуплотнитель, где он уплотняется и сбрасывается в водосток. Осветленная вода, прошедшая через слой взвешенного осадка, собирается с помощью сборных желобов или труб и отводится для дальнейшей обработки на фильтры (рис. 10.1).

Толщина слоя взвешенного осадка может составлять от 2 до 2,5 метров, когда слой задерживает взвесь, его толщина увеличивается и излишки отводятся в осадкоуплотнитель. Так толщина поддерживается постоянной. Для того чтобы принудить перемещение осадка из коридоров в уплотнитель предусмотрены перфорированные трубы 6. Через них происходит удаление воды, т.е происходит отсос осадка в осадкоуплотнитель.

В схемах по очистке природных вод с коридорными освет­лителями при маломутной и цветной воде процесс хлопьеобразования протекает малоэффективно. Для его интенсификации, целесообразно нижнюю коническую часть осветлителей загру­жать гравием или щебнем (произвести пригрузку водораспределительных труб). В гравийном слое благодаря тесному контакту воды с хлопьями процесс хлопьеобразования протекает с обра­зованием плотных и крупных хлопьев, обеспечивающих затем хороший эффект осветления воды. Применение осветлителей со взвешенным осадком с гравий­ной пригрузкой распределительных труб благодаря совершенст­вованию гидравлической характеристики сооружения и улучше­ния процесса формирования взвеси позволяет увеличить их производительность на 15 ... 20% и сократить при этом расход коагулянта на 15 ... 20%.

Расчет и проектирование осветлителей:

Расчет и проектирование осветлителей производят с учетом годовых колебаний качества обрабатываемой воды, ориенти­руясь на два характерных периода: