Метод контактного осветления воды

Этому методу уже более 50 лет. Впервые он был разработан Даниилом Максимовичем Минцем и Сергеем Александровичем Шубертом и апробирован на опытно-промышленной установке в 1954 г. в Ленинграде.

Контактная коагуляция – это коагуляция в зернистой среде. Коагуляция в свободном объеме происходит хуже, чем в зернистой загрузке, где достаточно мицелл и мелких хлопьев, которые хорошо прилипают к поверхности зерен фильтрующей загрузки.

Наиболее распространенный для осветления и обесцвечивания воды метод предусматривает коагулирование воды, отстаивание ее и последующее фильтрование через зернистую загрузку. Он имеет не только достоинства, но и ряд существенных недостатков. Основной недостаток – большой объем и высокая стоимость сооружений. Другой недостаток состоит в нерациональном использовании существующих объемов сооружений. Особенно это ощущается при очистке маломутных и высокоцветных вод, когда неудовлетворительно и очень вяло протекает процесс хлопьеобразования. Образующиеся мелкиехлопья имеют небольшую плотность, практически не отличающуюся от плотности воды и очень плохо осаждаются в больших объемах.

При низкойщелочности высокоцветных и маломутных вод требуется дополнительное подщелачивание воды, что значительно усложняет эксплуатацию очистных сооружений и повышает стоимость очистки воды.

Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова еще в начале 50-х годов было установлено, что при фильтровании воды через слой фильтрующей загрузки происходит ее осветление без предварительного хлопьеобразования (не требуются ни объемные смесители, ни камеры хлопьеобразования). При этом частицы взвеси значительно меньше размера межзерновых пор фильтрующей загрузки.

Эффект осветления объясняется прилипанием частиц загрязнений

вместе с гидролизованным коагулянтом к зернам песка и к ранее прилипшим частицам скоагулированной взвеси.

Явление прилипания частиц агрегативно-неустойчивой суспензии при фильтрации к зернам фильтрующего материала и к ранее прилипшим частицам, приводящее к образованию и накоплению геля вокруг зерен фильтрующего слоя, есть не что иное, как коагуляция суспензии на поверхности зерен. Такая коагуляция может быть названа контактной коагуляцией.

Принципиальное отличие коагуляции и осветления воды на поверхности зерен фильтрующего слоя от обычной коагуляции в свободном объеме суспензии состоит в том, что агрегация частиц загрязнений и прилипание образовавшихся мельчайших хлопьев к поверхности зерен фильтрующего материала и к ранее прилипшим частицам – это неразрывные элементы единого процесса осветления воды.

Процесс коагуляции в зернистой загрузке протекает более стабильно. Он менее зависит от переменных физико-химических условий коагуляции (температуры, щелочности, солевого состава воды, концентрации загрязнений и их вида), чем в свободном объеме. Процесс коагуляции в фильтрующем слое протекает при меньших (дефицитных) дозах коагулянта, чем при коагуляции в свободном объеме.

Приведенные соображения позволяют сделать следующий вывод: коагуляция взвешенных коллоидных частиц – загрязняющих примесей воды на поверхности зерен фильтрующей загрузки (при движении частиц воды через нее) происходит значительно быстрее и стабильнее даже при изменяющихся физико-химических условиях коагуляции по сезонам года и при меньших дозах коагулянта, чем обычная коагуляция этих примесей в свободном объеме воды в камерах хлопьеобразования и в отстойниках. При контактной коагуляции предварительное укрупнение хлопьев не требуется.

Для осуществления процесса очистки воды достаточно образования мельчайших частичек, состоящих из гидролизованного коагулянта и взвеси. Поэтому при использовании контактной коагуляции необходимо и достаточно ввести коагулянт в воду и перемешивать его непосредственно перед поступлением воды в слой зернистой фильтрующей загрузки.

Осветление и обесцвечивание природной воды, обработанной коагулянтом, при движении ее через слой фильтрующей загрузки было впервые использовано в СССР в качестве самостоятельного метода очистки воды, принципиально отличного от предварительного отстаивания и последующего фильтрования на скорых фильтрах. Сам механизм контактной коагуляции позволяет весь процесс очистки воды осуществить в одном сооружении. Из теории и практики водоочистки известно, что накопление осадка (геля) в толще зернистого слоя (в межзерновом поровом пространстве) приводит к возрастанию гидравлического сопротивления в загрузке. Причем гидравлическое сопротивление, называемое обычно потерей напора в фильтрующей загрузке при накоплении осадка, увеличивается тем медленнее, чем крупнее зерна фильтрующей загрузки.

Применение контактного метода осветления воды от взвешенных веществ и коллоидных примесей наиболее эффективно при условии использования принципа фильтрования в направлении убывающей крупности зерен загрузки.

Конструктивно это можно осуществить в сооружениях, использующих восходящую фильтрацию очищаемой воды в направлении снизу вверх при однослойной фильтрующей загрузке, выполненной из одного фильтрующего материала, или сверху вниз при фильтрующих загрузках, выполненных из двух и более видов фильтрующих материалов с различной плотностью зерен материалов.

Сооружения, использующие принцип контактной коагуляции при восходящем движении очищаемой воды, называются контактными осветлителями, а при движении очищаемой воды сверху вниз – контактными фильтрами. Главная задача состоит в том, чтобы слои не перемешивались.

Перемешивания слоев загрузки можно избежать, если запроектировать и принять крупность зерен на границе раздела слоев в соответствии с имеющейся формулой:

,

где –	максимальная крупность зерен верхнего слоя;
–	минимальная крупность зерен нижнего слоя;

,

здесь А –	гидравлическая константа фильтрующего материала, определяемая экспериментально;
–	коэффициент формы зерна, определяемый экспериментально;
–	плотность зерен фильтрующего материала.

На рис. 6 приведена схема контактного осветлителя.

Вода, смешанная с коагулянтом, подается через лучи, гравийные слои и через фильтрующую загрузку, которая насыщается загрязнениями, переливается в желоб и карман. Далее происходит обеззараживание воды и подача ее в РЧВ. При промывке задвижки 4, 2 закрыты; 5, 3 открыты. Включается промывочный насос, загрузка взвешивается, зерна соударя-ются, загрязнения отрываются от зерен и по трубопроводу 3 вода отводит-

ся в резервуар грязной промывочной воды (см. рис. 6).

Рис. 6. Схема контактного осветлителя:

1 – водоприемный боковой карман, примыкающий к корпусу; 2 – труба для отведения очищенной воды (фильтрата); 3 – труба для отведения грязной промывочной воды; 4 – труба для подведения воды на очистку; 5 – труба для подведения промывочной воды; 6 – трубчатая распределительная система с перфорированными лучами, перпендикулярными центральной трубе; 7 – гравийные поддерживающие слои; 8 – фильтрующая загрузка; 9 – водоприемный желоб