34. Коагуляция и флокуляция. Назначение в очистке сточных вод. Осветлители со взвешенным слоем осадка. Схема. Принцип действия аппарата.

Коагуляция - это процесс укрупнения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты. Мелкие (первичные) частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных - гетерокоагуляцией. Вещества, способные вызвать коагуляцию частиц называют в общем случае коагуляторами, а в водоподготовке - коагулянтами или гидролизующимися коагулянтами. Последние не только вызывают коагуляцию частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья.

Дискретная фаза (твердая или жидкая) в производственных сточных водах представлена коллоидными частицами размером 0,001-0,1мкм, мелкодисперсными частицами размером 0,1-10 мкм, а также частицами, размер которых превышает 10 мкм. В процессах механической обработки сточных вод наиболее эффективно удаляются последние из вышеперечисленных частиц. Коллоидные и мелкодисперсные частицы при механической обработке практически не удаляются, поэтому для очистки сточных вод от этих загрязнений используют различные коагулянты (чаще всего - соли аммония и железа), которые увеличивают их скорость осаждения.

Флокуляцией называют процесс агрегации дисперсных частиц под действием высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами.

Флокулянты используют для расширения оптимальных диапазонов коагуляции (по рН и по температуре), а также для повышения плотности и прочности образующихся хлопьев и снижения расхода коапгулянтов, в результате чего повышается надежность работы и пропускная способность очистных сооружений.

Флокулянты могут быть классифицированы в зависимости от полярных групп, входящих в их состав на следующие:

- неионогенные - полимеры, содержащие неионогенные группы: - ОН, = СО (крахмал, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и др.):

- анионные - полимеры, содержащие анионные группы: - СООН, - SО3Н, -ОSО3Н (активная кремневая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и др.), катионные - полимеры, содержащие катионные группы: -NH2 ,=NH (полиэтиленамин, сополимеры винилпиридина и др.),

- амфотерные - полимеры, содержащие одновременно анионные и катионные группы: полиакриламид [C3H5OH]n , белки и др. Эффективность действия любого флокулянта может быть рассчитана по следующей формуле:

ф = (Wcф - W) / Wq

где Wcф и W- скорость осаждения сфлокулированных и неосфлокулированных загрязнений, мм/с;

q- расход флокулянта на 1 т твердого вещества, г.

Процесс очистки сточных вод указанными методами состоит из следующих технологических операций: приготовление водных растворов коагулянтов или флокулянтов, дозирование, смешение с объемом сточной воды, хлопьеобразование, выделение хлопьев из сточной воды. Коагулянты используют в виде 1-10% растворов, а флокулянты - в виде 0,1-1% растворов. Для смешивания коагулянтов с обрабатываемой сточной водой используют смесители различной конструкции: перегородчатые, дырчатые, шайбовые и вертикальные. Продолжительность пребывания воды в смесителях обычно составляет 1-2 мин. Из смесителей вода, обработанная коагулянтами поступает в камеры хлопьеобразования, в которых и происходит процесс образования хлопьев. По конструкции камеры хлопьеобразования делятся на водоворотные, перегородчатые, вихревые и с механическим перемешиванием.

Рис. Перегородчатая камера хлопьеобразования с горизонтальным движением обрабатываемой сточной воды. 1,2 - отводной канал соответственно сточной воды и осадка;3,4 - шиберы соответственно для отключения части коридоров камеры и выпуска осадка.

Последующее осветление сточной воды производится в горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках. Двухступенчатая схема отстаивания сточных вод является наиболее эффективной. На первой стадии сточная вода отстаивается без коагулянта, а на второй она обрабатывается коагулянтами и флокулянтами.

При концентрации в сточных водах взвешенных веществ, способных к агрегации, до 4 г/л используют осветлители со взвешенным слоем осадка, в которых последовательно осуществляют три основные процесса: смешение, коагуляцию и осветление сточных вод.

Устройство осветлителя с взвешенным слоем осадка представлено на рис.6.5. Обычно используются осветлители круглой ( диаметром до 15м ) или прямоугольной формы, причем площадь отечественных осветлителей не превышает 150 м2.

Рис.Осветлители со взвешенным слоем осадка.(а) и (б) - с подонными осадкоуплотнителями, (в) - с вертикальными осадкоуплотнителями.1 - воздухоотделитель, 2 - опускные трубы, 3 - осадкоотводные трубы или окна, 4 - осадкоуплотнитель, 5, 6 - трубопроводы соответственно выпуска осадка и отвода осветленной воды из осадкоуплотнителя.

Принцип работы этого осветлителя основан на пропускании восходящего потока сточной воды через слой ранее выделившегося шлама, причем скорость потока регулируется таким образом, чтобы частицы шлама не уносились из зоны выделившегося осадка. Для повышения эффективности осветления, сточная вода, смешанная с коагулянтами предварительно проходит через воздухоотделитель (1), в котором она освобождается от пузырьков воздуха.