Основные технологические схемы и аппаратура для обработки воды коагуляцией
На стадию коагуляции и флокуляции поступают воды прошедшие предварительную механическую очистку от грубодисперсных примесей.
Очистка сточных вод коагуляцией и флокуляцией включает следующие процессы: приготовление водных растворов коагулянта и флокулянта, их дозирование, смешение растворов со сточной водой, хлопьеобразование и выделение хлопьев из воды (отстаивание).
Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в смесителях. Применяют перегородчатые, дырчатые, а также механические смесители с пропеллерными или лопастными мешалками.
Процесс хлопьеобразования осуществляют в сооружениях смешения. В практике очистки сточных вод применяют следующие типы камер: перегородчатые, водоворотные, с механическим перемешиванием. В перегородчатых камерах вода протекает по нескольким последовательно соединенным коридорам. Скорость движения воды 0,2-0,3 м/с .Общее время обработки 20-30 мин. Водоворотные (вихревые) камеры представляют собой конический резервуар, в который снизу поступает сточная вода. По мере движения воды снизу вверх скорость ее снижается, что обеспечивает формирование плотных хлопьев. В камерах с механическим перемешиванием применяют горизонтальные или вертикальные лопастные мешалки. Продолжительность пребывания сточной воды –20-30 мин, скорость движения –0,15-0,2 м/с. Осветление воды производится в горизонтальных и вертикальных отстойниках, осветлителях со взвешенным слоем осадка, а также в камерах с тонкослойным отстаиванием.
В технологии очистки воды используют разные схемы коагулирования – непрерывное, непрерывное с возвратом части осадка, раздельное и периодическое (рис.3.7.)
а б
Рис.3.7. Технологические схемы коагулирования сточных вод
а – непрерывное коагулирование, б – непрерывное с рециркуляцией части осадка, в – раздельное: 1,5 – подача сточной воды, 2 – смеситель, 3 – камера хлопьеобра-зования; 4 – отстойник, 6 – подача реагентов, 7 – -отвод осадка.
При непрерывном коагулировании (схема «а») раствор коагулянта непрерывно подают в смеситель со сточной водой. В этом случае эффективность очистки будет зависеть от системы управления процессом, т.к. на процесс будет оказывать влияние изменяющийся состав сточной воды.
Рециркуляция части скоагулированных примесей и осадка (схема «б») cпособствует ускорению процесса и образованию более плотных хлопьев.
Введение реагентов в небольшой объем очищаемой воды, а затем смешение с остальной частью интенсифицирует и стабилизирует процесс коагуляции (схема «в»)
При проведении процесса реагентной коагуляции образуется шлам – осадок гидроксидов железа (алюминия) с осажденными на нем дисперсными и коллоидными примесями сточных вод, который подлежит утилизации или захоронению.
Процесс электрокоагуляции осуществляют в электрокоагуляторах с пластинчатыми или стружечными электродами.
Технологическая схема очистки воды методом электрокоагуляции представлена на рис. 3.4. Основной элемент пластинчатого электрокоагулятора – набор железных или алюминиевых пластин, в зазорах между которыми протекает обрабатываемая вода или раствор электролита (рис. 3.8.). Подключение пластин электродного пакета к источнику тока может бытьпараллельным или последовательным. В первом случае все электроды действуют как монополярные, во втором – промежуточные пластины работают биполярно. Последовательное подключение имеет ряд важных преимуществ перед параллельным: оно позволяет работать при меньшей плотности тока.
Помимо электрокоагуляторов с пластинчатыми электродами, для очистки воды применяют коагуляторы со стружечными электродами – отходом металлообработки.
Рис.3.8. Технологическая схема очистки методом электрокоагуляции:
1 – сборник-усреднитель; 2 – электрокоагулятор; 3 – разделительная камера;
4 – бункер осадка.
Преимущество металлической стружки состоит в большей площади поверхности. Но нарушение электроконтактов в местах соприкосновения стружек и закупоривание пор продуктами гидролиза приводят к быстрому нарастанию сопротивления. Возрастание напряжения на клеммах стружечного электролизера связано главным образом с нарушением контакта между стружечным пакетом и токоподводящей анодной пластиной, а также газонаполнением пор. Разделение стружки на отдельные слои перфорированными прокладками из диэлектрика (с протоком воды через них) позволяют в значительной степени стабилизировать напряжение и добиться некоторого снижения энергетических затрат.
Для снижения энергетических затрат при анодном растворении железа целесообразно добавление к обрабатываемой воде хлорида натрия, который выполняет функцию депассиватора и увеличивает электропроводность воды.
Несмотря на перечисленные особенности метод электрокоагуляции обладает рядом преимуществ по сравнению с реагентной коагуляцией: компактность установок, отсутствие необходимости в реагентах, экономичность, простота обслуживания. Недостатком метода является повышенный расход металла, а также электроэнергии вследствие образования оксидной пленки на поверхности электродов.
Метод гальванокоагуляции не требует затрат электроэнергии на анодное окисление металла и привлекает своей универсальностью, экономичностью, простотой аппаратурного оформления, относительно малыми габаритами оборудования, высокой удельной производительностью, дешевизной используемых реагентов, простотой утилизации образующихся твердофазных отходов, отсутствием сопутствующих выбросов вредных веществ в атмосферу.
|
| |
 |
Рис. 3.9. Блок-схема установки для очистки воды методом гальванокоагуляции
1 и 4 – блок гидромеханической очистки; 2 – гальванокоагуляционный блок; 3 – реакционный блок коррекции рН, 5 – сточная вода, 6 – взвесь на утилизацию, 7 – сопутствующая жидкая фракция на утилизацию, 8 – гальванопары, 9 – воздух;10 – отработанные реагенты, 11 – воздух и водород в атмосферу; 12 – реагенты, 13 – взвесь на утилизацию
Для гидромеханической очистки в зависимости от состава сточной воды могут быть использованы фильтры различных типов, отстойники и сепараторы, гидроциклоны, отстойные центрифуги, осветлительные и разделительные центрифуги и др. Гальванокоагуляционный блок 2 состоит из гальванокоагулятора, оснащенного системой управления. В качестве основных аппаратов реакционного блока коррекции рН используются комбинации дозаторов с реакторами или смесителями различных типов.
Для очистки сточных вод используются следующие основные типы гальванокоагуляторов:
1. Проточные аппараты барабанного типа с непрерывным режимом очистки растворов. Схема конструкции аппарата показана на рис. 3.10. Гальванокоагулятор представляет собой цилиндрическую обечайку 1, установленную на раме 2 испособную вращаться относительно горизонтальной оси. Аппарат оснащен устройствами для ввода сточной воды и вывода очищенного раствора, электродвигателем с приводом 4.
Рис.3.10. Схема конструкции гальванокоагулятора барабанного типа (КБ).
1 – обечайка; 2 – рама; 3 – скребки; 4 – электродвигатель с приводом.
За счет постоянного перемешивания наполнителя (элементы, составляющие гальванопару) в аппаратах реализуется противоточное взаимодействие обрабатываемого раствора с наполнителем; предотвращается пассивация поверхности элементов гальванопары, благодаря чему увеличивается степень очистки; уменьшается вероятность цементации наполнителя, создаются благоприятные условия для осуществления операций загрузки и выгрузки наполнителя.
2. Устройства в виде вертикальной цилиндрической колонны с наполнителем, патрубками ввода и вывода стоков и воздуха.
На рис. 3.11 представлена схема конструкции простейшего гальванокоагулятора колонного типа, работающего в режиме орошения (см. рис. 3.11, а) и заполнения (см. рис. 3.11, б).
Аппарат содержит цилиндрическую обечайку 1, днище 2, ложное днище 3, на котором располагается наполнитель 4, патрубки подачи исходного и вывода очищенного растворов, оросительный элемент 5 (на рис. 3.11 , б он отсутствует), патрубок подачи воздуха на аэрацию, газораспределительное устройство 6, ограничительную решетку 7 (на рис. 3.11, а элементы 6 и 7 отсутствуют).
Достоинствами гальванокоагуляторов данного типа являются: простота конструкции и обслуживания; возможность обеспечения условий хорошей аэрации в рабочей зоне процесса, высокая сходимость результатов очистки в лабораторных и промышленных условиях (ввиду практически полного соответствия гидродинамических характеристик аппарата модели аппарата идеального вытеснения), а также возможность установки местных вытяжных устройств для удаления, выделяющегося водорода.
К недостаткам аппарата относятся возможность пассивации поверхности частиц элементов наполнителя, образующих гальванопару; прямоточное взаимодействие обрабатываемого раствора с наполнителем, при котором наиболее загрязненный раствор контактирует со свежим (активным) наполнителем; высокая вероятность цементации наполнителя.
Рис. 3.11. Схема конструкции гальванокоагулятора колонного типа:
1 – обечайка; 2 – днище; 3 – ложное днище; 4 – наполнитель;
5 – оросительный элемент; 6 – газораспределительное устройство;
7 – ограничительная решетка
На рис. 3.12 представлено устройство в виде цилиндрической трубы, подвешенной на пружинящихся подвесках. Труба заполнена контактными элементами. Благодаря пружинящим подвескам происходит перемешивание сточной воды с наполнителем.
Рис. 3.12. Устройство в виде цилиндрической трубы для гальванохими-
ческой обработки сточных вод: 1 – труба, наполненная гальванопарой;
2 – пружинящиеся подвески; 3,5 – патрубки для ввода и вывода воды;
4 – решетка; 6 – перфорированная труба для воздуха; 7,8 – люки;
9 – пружины; 10 – вибратор; 11 – мотор
3. Устройства для очистки сточных вод с пульсационной камерой и различным размещением подачи воздуха, с возможностью поворота их на 180.
Конструкция гальванокоагулятора пульсационного типа (КПТ), представлена на рис. 3.13.
Рис.3.13. Схема конструкции гальванокоагулятора пульсационного
типа (КПТ):1 – корпус; 2 – пульсационная камера; 3 – устройство
для подачи и распределения воздуха; 4 – наполнитель;
5 и 6 – нижняя и верхняя ограничительные решетки;
7 – гофрированные вставки.
Аппарат состоит из корпуса 1, оснащенного патрубками ввода и вывода обрабатываемой жидкости, пульсационной камерой 2, устройством для подачи и распределения воздуха 3, наполнителем 4, размещенным между нижней 5 и верхней 6 ограничительными решетками, и вертикальными вставками в виде гофрированных полос 7.
Аппарат может работать как в режиме орошения, так и в режиме заполнения. Исходный раствор, подлежащий очистке, поступает в корпус 1 через входной патрубок, заполняя внутренний объем корпуса и взаимодействуя с наполнителем 4. При этом через газораспределительное устройство 3 в корпус 1 под избыточным давлением подают воздух, что способствует увеличению степени очистки. В пульсационной камере 2 периодически создают избыточное давление, под воздействием которого часть жидкости вытесняется из пульсационной камерыи, распределяясь в кольцевом пространстве между пульсационной камерой и обечайкой корпуса, взрыхляет наполнитель 4, перемещая его от нижней ограничительной решетки 5 к верхней ограничительной решетке 6. При снятии избыточного давления в камере 2 поток жидкости устремляется из кольцевого пространства внутри корпуса 1 в камеру 2, увлекая частицы наполнителя в обратном направлении, т. е. от решетки 6 к решетке 5. В результате таких колебаний и столкновений частиц наполнителя 4 с гофрированными вставками 7 происходит непрерывное обновление диффузионного пограничного слоя на поверхности частиц наполнителя, благодаря чему увеличивается эффективность массообменных процессов между твердой и жидкой фазами, а, следовательно, возрастает эффективность очистки. Очищенный раствор выводится из аппарата через верхний патрубок. Различие работы КПТ в режимах орошения и заполнения заключается лишь в том, что исходный раствор подается в аппарат через верхний патрубок, а очищенный раствор выводится из гальванокоагулятора через нижний. Пульсационные воздействия жидкой среды предотвращают процессы пассивации поверхности элементов гальванопары и препятствуют возникновению цементационных эффектов в наполнителе.
Благодаря тому, что гидродинамические характеристики рассматриваемого аппарата отвечают требованиям модели аппарата идеального вытеснения, обеспечивается высокая сходимость результатов лабораторных исследований и эксплуатации в промышленных условиях. Габариты КПТ производительностью не менее 10 м3/ч по обрабатываемой жидкости составляют: D £ 1,2; H£ 2 м).