Коагуляция примесей воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коагуляция примесей воды



Примеси, обусловливающие мутность и цветность природных вод, попадают в воду из атмосферы при выпадении осадков, из почв и грунтов с которыми соприкасается вода, отличаются малыми размерами, вследствие чего их осаждение происходит крайне медленно, значительная часть примесей может находиться в коллоидном состоянии. Наличие примесей коллоидного характера осложняет процесс седиментации, так как силы диффузии превалируют над силами тяжести. Устойчивость частиц примесей обеспечивается отрицательным электрическим зарядом на поверхности, благодаря которому частицы отталкиваются друг от друга.

Если очистка воды от тяжелых грубодисперсных примесей (ГДП) принципиально может быть осуществлена под действием силы тяжести обычным отстаиванием, продолжительность которого определяется размером и удельной массой частиц (таблица), то коллоидные примеси за счет их особого свойства (агрегативной устойчивости) могут быть выделены из воды только методом коагуляции. В процессе коагуляции коллоидные частицы теряют свою устойчивость за счёт нейтрализации сил, удерживающих частицы от слипания.

Таблица - Продолжительность осаждения различных частиц в слое воды высотой 1 м
Материал или организм	Диаметр частицы, мм	Время осаждения	Материал или организм	Диаметр частицы, мм	Время осаждения
Гравий	10	1 с	Глина	0.01	2 часа
Песок	1	10 с	Бактерии	0.001	8 суток
Мелкий песок	0.1	2 мин	Частица коллоидного размера	0.0001	2 года

Агрегативная устойчивость примесей воды обусловлена наличием вокруг частиц гидратных оболочек или двойного электрического слоя. Гидратация представляет собой процесс взаимодействия воды с частицами путем адсорбции, т.е. поглощения молекул воды поверхностным слоем. При улучшении качества воды наиболее часто решается задача коагулирования гидрофильных и гидрофобных примесей.

В природных водах гидрофильные примеси в основном представлены органическими веществами они придают воде цветность. Гидрофильные коллоиды реагируют с водой, на их поверхности удерживается значительное количество воды в виде гидратной оболочки, обусловленное наличием поверхностных полярных групп, таких, как -ОН, -СООН и др., которые водорастворимы. Они и удерживают вокруг частицы гидратную оболочку. Находясь в тепловом броуновском движении, гидрофильные частицы диффундируют вместе с гидратной оболочкой. Гидрофильные частицы несут обычно небольшие электрические заряды и, как правило, под влиянием электролитов коагулируют. Важным моментом при очистке воды является то, что гидрофильные примеси могут вступать в химическую реакцию с коагулянтом в процессе очистки воды, отсюда следует, что при наличии гидрофильных коллоидов коагулянта требуется больше.

Частицы ила, глины, пылевидные песчинки и подобные им взвешенные частицы природных вод являются гидрофобными примесями. Они не вступают во взаимодействие с водой и почти лишены гидратных оболочек, но имеют двойной электрический слой и несут значительные электрические заряды. Ликвидация или уменьшение электрического заряда частиц приводит к нарушению их агрегативной устойчивости и коагуляции гидрофобных примесей. Как правило, гидрофобные частицы имеют кристаллическую структуру и большую удельную поверхность, на которой адсорбируются присутствующие в воде ионы. Характерно, что все частицы данного вещества сорбируют преимущественно ионы одного знака, снижающие свободную поверхностную энергию гидрофобных частиц. Этими ионами являются обычно ионы, входящие в состав вещества частицы либо близкие к ним по свойствам и размерам.

Между коллоидными примесями воды существуют молекулярные силы взаимного притяжения, называемые силами Ван-дер-Ваальса. Если частицы сближаются на расстояние действия этих сил, то силы взаимного притяжения объединяют коллоидные частицы в одну. Однако такому сближению препятствует силы - наличие на поверхности коллоидных частиц двойного электрического слоя и гидратных оболочек. Наличие гидратных оболочек делает коллоидные системы агрегативно устойчивыми (Рисунок 1). Для того чтобы коллоидные частицы сблизились на расстояние действия сил Ван-дер-Ваальса необходимо разрушить их гидратные оболочки - у гидрофильных примесей, и (или) уменьшить толщину двойного электрического поля - у гидрофобных.

Рисунок 1 - Схема коагуляционной структуры:

1 - частицы коллоидно-дисперсной фазы;

2 - дестабилизированные участки поверхности;

3 - участки поверхности, сохраняющие устойчивость;

4 - полости, заполненные водой; 5 - грубодисперсная примесь

В реальных условиях для характеристики коллоидной системы требуется лишь определение природы коллоидных частиц и величины их заряда. От величины заряда коллоидной частицы, на рисунке показан в виде окружающего частицу слоя, зависит расстояние, на которое коллоидные частицы могут приближаться друг к другу.



Рисунок 2 а) коагуляция - добавляемый коагулянт нейтрализует заряды, разрушая облако, окружающее коллоидные частицы и способствуют их агломерации; b) флокуляция - благодаря тому, что флокулянт образует т мостиковые связи между слипшимися коллоидными частицами, формируются крупные и легко осаждающиеся флокулы

Для коллоидных частиц характерны:

- наличие межфазной поверхности с водой (поверхностного слоя) и связанного с этим поверхностного натяжения - s;

- высокая степень дисперсности (раздробленности), которая может выражаться отношением межфазной поверхности к объему тела - (Sуд), т.е. удельной площадью поверхности или величиной, обратной минимальному размеру.

Например, если 1 см3 вещества раздробить на частицы коллоидных размеров с гранями 1 нм (10-7 см), то число таких частиц составит 1021 их SУД = 6000 м2/см3, а дисперсность будет равна 107 см-1.

Для оценки агрегативной устойчивости (стабильности) коллоидных систем и приемов дестабилизации рассмотрим следующие положения. Произведение s · Sуд равно величине поверхностной энергии G коллоидной системы, которая стремится уменьшить избыток этой энергии за счет снижения поверхностного натяжения путем избирательной адсорбции других веществ (ионов) из раствора или диссоциации поверхностных молекул коллоидной частицы. Этот процесс формирует структуру поверхностного слоя частицы и наделяет этот слой особыми свойствами.

Каждая коллоидная частица сорбирует из раствора ионы одного знака заряда, которые равномерно распределяются в поверхностном слое коллоида. Адсорбированные ионы называются потенциалобразующими, они входят в состав адсорбционного слоя. Адсорбционный слой может также формироваться при частичной диссоциации поверхностных молекул вещества коллоидной частицы. Состав такого слоя зависит от химической природы коллоидов и pH среды. Агрегат коллоидной частицы вместе с адсорбционным слоем называется гранулой.

Ввиду наличия у гранулы электрического заряда вокруг нее концентрируются в растворе ионы с зарядами противоположного знака (противоионы). Не имея прочной связи с гранулой, противоионы сохраняют способность к диффузии в окружающий раствор, образуя вокруг гранулы диффузионный слой, в котором концентрация противоионов уменьшается по мере удаления от гранулы (Рисунок 2). Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой. Как видно из Рисунка 2 раствор, в котором находится коллоидная система, теряет адсорбированные потенциалобразующие ионы и обогащается противоионами. Таким образом, возникает двойной электрический слой, обусловливающий разность потенциалов ц на межфазной поверхности. В неподвижном состоянии мицелла электронейтральна, так как заряд гранулы нейтрализуется противоионами диффузионного слоя. Но, находясь в состоянии броуновского движения, противоионы диффузного слоя мицеллы отстают, от гранулы, и частица приобретает электрический заряд.



Рисунок 3 - Строение мицеллы и двойного электрического слоя:

а) - ж-потенциал больше нуля; б) - изоэлектрическое состояние, ж = 0;

1 - потенциалообразующие ионы; 2 - противоионы;

3 - граница скольжения; 4 - граница диффузного слоя

Термодинамический потенциал, т.е. потенциал на границе ядра -- ц - потенциал, определяется как сумма зарядов всех поверхностно-ядерных ионов. На границе адсорбционного слоя термодинамический потенциал уменьшается на величину суммы зарядов противоионов, присутствующих в адсорбционном слое, и становится равным электрокинетическому потенциалу -- ж - потенциалу. Поэтому частицы с одноименными зарядами при взаимодействии отталкиваются одна от другой. Наряду с этим между коллоидными примесями воды существуют молекулярные силы взаимного притяжения, называемые силами Ван-дер-Ваальса -- Лондона, которые действуют на небольшом расстоянии между взаимодействующими частицами и с

увеличением расстояния между ними убывают, а при сближении частиц силы отталкивания и притяжения возрастают. При этом первоначально сила отталкивания превалирует над силой притяжения. Однако, если частицы, двигаясь с большой скоростью, преодолевают указанный «силовой барьер», то преобладающими становятся силы притяжения и такие частицы укрупняются.

На практике вероятность такой большой кинетической энергии частиц мала, поэтому коллоиды сохраняют агрегативную устойчивость. Но коагуляция природных гидрофобных коллоидов, имеющих обычно ж - потенциал в пределах 0,О5 - О,1 В, становится возможной при снижении электрокинетического потенциала до 0,03 В и меньше. Оптимально, когда электрокинетический потенциал равен нулю. Такое состояние коллоидной системы называют изоэлектрическим, а величина рН, отвечающая ему, называется изоэлектрической точкой системы (рНиз).

Таким образом, рНиз изоэлектрической точки -- это такое значение рН среды, в которой находится частица, где толщина гидратной оболочки минимальна, заряд частицы равен нулю и, следовательно, силы отталкивания тоже минимальны или равны нулю.

Большинство примесей природных вод в диапазоне рН = 6,5 - 7,5 имеют на грануле отрицательный заряд. Его нейтрализация, разрушение диффузного слоя и гидратной оболочки достигается введением электролита и золей с противоположным зарядом частиц.

Толщина диффузного слоя (л) м для симметрично валентного электролита равна:

где: F = 96487 Кл/моль - постоянная Фарадея;

R = 8.31 Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная;

е - диэлектрическая проницаемость среды;

z - заряд иона; C - концентрация ионов в растворе, моль/дм3;

T - температура, 0К.

Значение л зависит от температуры раствора, концентрации и заряда ионов, т.е. является изменяющейся величиной. Например, для водных растворов с температурой 20°C в присутствии одновалентных катионов и анионов в концентрациях C = 10-1, 10-3 и 10-5 моль/дм3 толщина диффузного слоя л для коллоидных частиц составляет соответственно 1, 10 и 100 нм.

Коaгyляцuя частиц на первом этапе осуществляется исключительно за счет случайных движений и последующих столкновений (часто называемых тепловой коагyляцией). Столкновения могут быть вызваны также внешними воздействиями, такими как турбулентность или электрические силы. В общем случае эти внешние воздействия будут способствовать увеличению скорости коаryляции.

При тепловом движении молекул воды коллоидные частицы воспринимают их воздействие и вовлекаются в молекулярно-кинетическое (Броуновское) движение, при котором вместе с коллоидной частицей движется двойной электрический слой с частью противоионов диффузного слоя, содержащихся в оболочке воды. Остальные противоионы отрываются от движущейся частицы, оставаясь во внешней части за границей скольжения. Это приводит к возникновению электрокинетического потенциала или дзета ж - потенциала между движущейся коллоидной частицей и раствором (Рисунок 2 а). Значение ж - потенциала зависит от количества противоионов, увлекаемых частицей - с их увеличением ж - потенциал уменьшается. Рост концентрации противоионов в растворе должен приводить к увеличению их концентрации в оболочке воды, окружающей частицу и, следовательно, к снижению ж - потенциала. В пределе повышение концентрации противоионов может привести к перезарядке частицы, т.е. изменению знака заряда. Естественно, что существует определенная концентрация противоионов, при которой ж - потенциал становится равным нулю (Рисунок 2 б), pH среды при этом носит название pH изоэлектрической точки. Экспериментально величину электрокинетического потенциала определяют методом электрофореза. Для расчета ж - потенциала (В) коллоидных частиц, находящихся в разбавленных водных растворах (природных водах) используют соотношение, полученное преобразованием уравнения Гельмгольца:

ж= 1.42 · 106 · Uэф, (2)

где Uэф - электрофоретическая подвижность, м2/(c·В).

Опытные значения Uэф составляют около 5 · 10-8 м2/(c·В), поэтому в соответствии с (2) ж - потенциал коллоидов природных вод составляет около 70 мВ.

Типичными коллоидно-дисперсными примесями природных вод являются многоатомные органические кислоты (гуминовая и пр.) и их соли, поликремневые кислоты. Коллоидные частицы этих веществ приобретают заряд в основном за счет диссоциации поверхностных молекул, степень которых зависит от pH раствора. Так как pH природных вод обычно находится в пределах 6.8 - 8.0 единиц, что выше pH изоэлектрической точки 3.5 - 4.5 для перечисленных коллоидных примесей (кислот), то они диссоциируют с приобретением гранулой отрицательного знака ж - потенциала. Таким образом, основная масса коллоидных частиц в природных водах несет одинаковый отрицательный заряд и между ними действуют электростатические силы отталкивания (кулоновские), препятствующие их сближению.

Устойчивости коллоидных систем способствует также удержание молекул воды ионами, входящими в состав двойного электрического слоя, с образованием гидратного слоя, препятствующего столкновению частиц друг с другом.

Одновременно с кулоновскими силами на коллоидные частицы действуют силы молекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса), поэтому агрегативная устойчивость коллоидных систем определяется соотношением между силами притяжения и отталкивания частиц.

Молекулярная сила притяжения Fпр двух сферических частиц радиусом r находящихся на расстоянии L (между их центрами) выражается:



, (3)

где A - константа Гамакера, приблизительно равная 10-6 Вт.

Fпр обратно пропорциональна квадрату расстояния. Приведенная зависимость упрощается при сближении частиц до очень малого расстояния:

, (4)

где H0 = L - 2r - расстояние между крайними точками сближающихся сфер.

Сила отталкивания Fот заряженных частиц при условии, что H0 << r, описывается уравнением:

где ц - потенциал двойного электрического слоя.

С увеличением расстояния (H0) Fот уменьшается по экспоненциальному закону.

На Рисунке 3 показан характер изменения сил отталкивания (1) и притяжения (2). Результирующая кривая f(H0) (3) получена путем геометрического сложения соответствующих ординат.



Рисунок 4 - Потенциальные кривые взаимодействия коллоидных частиц

При минимальных и больших расстояниях, когда экспонента убывает значительно быстрее, чем степенная функция, между частицами преобладает энергия притяжения (I и II энергетические минимумы). Во II энергетическом минимуме энергия сцепления частиц недостаточна для удержания их в агрегатированном состоянии. На средних расстояниях, соответствующих толщине двойного электрического слоя преобладает энергия отталкивания с потенциальным барьером AB, препятствующим слипанию частиц. Практика показывает, что при ж = 70 мВ коллоидные системы характеризуются высоким потенциальным барьером и большой агрегативной устойчивостью. Для дестабилизации коллоидной системы, т.е. осуществления процесса коагуляции, необходимо снизить ж - потенциал до значений 0 - 3 мВ.

Коагуляция примесей воды - это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

В практике водоподготовки под коагуляцией понимают очистку воды от коллоидных веществ с одновременной очисткой от грубодисперсных примесей и обесцвечиванием воды путем дозировки в обрабатываемую воду специальных реагентов - коагулянтов, образующих новую дисперсную систему со знаком заряда частиц, противоположным отрицательному знаку заряда коллоидов природных вод. При этом происходит взаимная коагуляция разноименно заряженных коллоидов при их взаимодействии дестабилизированными участками поверхности, называемая гетерокоагуляцией. В дальнейшем микрохлопья сцепляются, захватывая грубодисперсные примеси и воду, и образуют коагуляционную структуру в виде хлопьев (флоккул) с размером 0,5 - 3,0 мм (Рисунок 4, 5). Макрофаза затем выделяется из воды в сооружениях для коагуляции - осветлителях, отстойниках и далее в пористой загрузке фильтров.

Различают три вида коагуляции:

- коагуляция в свободном объеме (в камерах хлопьеобразования);

- контактная коагуляция;

- электрохимическая (безреагентная) коагуляция.

Под действием коагулянта в воде протекают три основных процесса:

- собственно коагуляция;

- флокуляция;

- соосаждение и сорбция.

Рисунок - 5 - Структура хлопьев: а) - мутные воды; б) - маломутные воды; 1 - грубодисперсные частицы (ГДП); 2 - частицы Al(OH)3; 3 - коллоидные примеси воды; 4 - соединительные мостики из Al(OH)3; 5 - защемленная вода.

Рисунок 6 Схема образования коагуляционных хлопьев: 1 - частицы ГДП; 2 - частицы гидроксида; 3 - органические вещества; 4 - "клеевые" мостики; 5 - полости, заполненные водой

В качестве коагулянтов применяют соли алюминия, в частности сульфат алюминия - Al2(SO)4 · 18H2O, оксихлорид алюминия - Аl2(OH)5Cl•6H2O и др.

Первоначально при внесении в обрабатываемую воду коагулянта (сульфата алюминия и др.) происходит его диссоциация на ионы металла и анионы сильных кислот.

Al2(SO4)3 - 2Al3+ + 3SO42-.

Катион слабого основания Al3+ легко подвергается ступенчатому гидролизу с образованием трудно растворимых гидроксидов:

Al3+ + H2O > Al(OH)2+ + H+,

Al(OH)2+ + H2O - Al(OH)2+ + Н+,

Al(OH)2+ + Н2О - vAl(OH)3+ + Н+

Реакции гидролиза могут протекать до конца лишь при условии отвода ионов H+ из сферы реакции. В природной воде связывание ионов H+ происходит согласно реакции:

H+ + HCO3 > H2CO3 > CO2 + H2O.

При щелочности обрабатываемой воды более 1.2 - 1.5 мг-экв/дм3 не возникает затруднений в отводе образующихся ионов Н+, т.к. доза коагулянта 0.3 - 0.8 мг-экв/дм3 обычно меньше величины Щисх. Остаточная величина щелочности в этом случае уменьшается на значение, равное дозе коагулянта. При недостаточной величине гидрокарбонатной (бикарбонатной) щёлочности концентрация ионов H+ может регулироваться введением в воду извести Ca(OH)2 или соды Na2CO3. Поскольку природные воды имеют запас щелочности, введенный катион алюминия взаимодействует с карбонат-ионами с образованием малорастворимого гидроксида алюминия:

Al3+ + 3HCO3- > Al(OH)3 + 3CO2;

2Al3+ + 3CO32- + 3H2O > 2Al(OH)3 + 3CO2.

Наиболее принятое представление реакции

Аl2(SO4)3 + 3Ca(НСО3)2 + 6H2O = 2vА1(ОН)3 + 3CaSO4 + 6Н2СО2.

Ионы металла, принимая участие в обмене с катионами диффузного слоя коллоидных примесей воды, способствуют снижению их агрегативной устойчивости и вследствие этого сжатию диффузного слоя. В результате формируются хлопья (в виде цепочек) из одного реагента, так как обычно в природных водах условия для его коагулирования более благоприятные, чем для примесей воды.

Коагуляция - достаточно сложный процесс, чувствительный к изменениям условий ее проведения. Наиболее важными из них являются величина дозы коагулянта, рН воды и ее температура. Величина дозы реагента зависит от качества обрабатываемой воды, т. е. от особенностей, характера и степени загрязнения ее коллоидными и взвешенными веществами.

Процесс коагуляции требует для своего завершения определенного промежутка времени (4 - 5 мин). Хлопья, вначале невидимые, постепенно соединяются в крупные комплексы, вызывая помутнение воды. Затем образуются более крупные рыхлые хлопья, гидрооксид алюминия в воде почти нерастворим, на поверхности сформировавшихся хлопьев коагулянта адсорбируются нерастворимые частицы взвеси (ила, клеток планктона, остатков растений и т.д.), коллоидные и истинно растворенные примеси воды. На поверхности хлопьев могут адсорбироваться растворенные органические вещества, обусловливающие привкусы и запахи воды, чем достигается определенная ее дезодорация.

В свою очередь, цепочки коагулянта могут прилипать к поверхности крупных примесей и укрупняться при взаимном столкновении. В конечном счете, образуются глобулы (хлопья, Рисунок 6). Это явление носит название флокуляции (укрупнение частиц).

Режим потока воды влияет на формирование хлопьев. Он может разрушать сформировавшиеся хлопья, поэтому скорость воды в зоне формирования и отстаивания хлопьев должна быть не более 1.5 мм/с.

Рисунок 7 - Связывание коагуляционных микрочастиц флокулянтом

1 - адсорбирующая группа; 2 - микрочастица; 3 - внутримолекулярная связь; 4 - молекула флокулянта.

К основным факторам, определяющим течение процесса коагуляции, относятся:

Температурный режим. Подогрев воды до 30 - 40°С и перемешивание ее вызывает более частые и сильные столкновения коагулирующих частиц, приводящие к их слипанию;

Дозировка коагулянта. Оптимальная доза коагулянта устанавливается опытным путем для конкретного источника водоснабжения и времени года. Обычно дозы коагулянта находятся в пределах 0.3 - 0.8 мг-экв/дм3, увеличиваясь в паводковый период до 1.0 - 1.2 мг-экв/дм3.

Значение pH среды. Его значение оказывает влияние на скорость и полноту гидролиза коагулянта, а также на состояние удаляемых из воды примесей.

При коагуляции сернокислым алюминием оптимальная величина pH находится в пределах 5.5 - 7.5. При pH < 4.5 гидролиз сернокислого алюминия практически не происходит, гидроксид алюминия не образуется, а введенный в воду коагулянт остается в растворе в виде ионов Al3+ и SO42. В щелочной среде гидроксид алюминия растворяется, диссоциируя, как кислота (алюминат):

Al(OH)3 > H+ + H2AlO3-.

Соосаждение и сорбция. Последним этапом процесса коагуляции является соосаждение укрупненных частиц коагулянта совместно с другими дисперсными примесями воды. Гидроксиды железа и алюминия - хорошие сорбенты. Они сорбируют на поверхности своих частиц бактерии, гуминовые вещества и некоторые растворенные соединения, например ионы тяжелых металлов.

Процесс коагуляции в ряде случаев может быть ускорен применением флокулянтов, к которым относится широко используемый реагент-полиакриламид (ПАА). Сущность процесса флокуляции состоит в том, что ионогенные группы высокомолекулярного ПАА адсорбируют различные микрочастицы, образующиеся при коагуляции (Рисунок 6). В результате образуются крупные структурированные хлопья, легко выделяющиеся из воды. Доза ПАА обычно не превышает 0.5 - 2.0 мг/дм3. Флокуляция не заменяет процесс коагуляции, а лишь позволяет снизить расход коагулянта.

Реагенты, используемые в водоподготовке в качестве коагулянтов

В качестве реагентов для коагуляции (коагулянтов) используют сернокислый алюминий - Аl2(SO4)3•18H2O (глинозем), оксид хлорид алюминия -

(Аl2 (OH)5 Cl•6H2O), сернокислое железо - Fe(SO4)•7H2O (железный купорос), хлорное железо - FeCl3•6H2O и сернокислое железо - Fe2(SO4)3•9H2O.

При добавлении к воде сернокислого алюминия происходит его гидролиз с образованием труднорастворимого гидроксида алюминия, который способствует слипанию коллоидных частиц и появлению в объеме воды хлопьевидной крупной взвеси.

Гидроксиды алюминия образуют в воде соли с положительным зарядом на грануле. Эти коллоидные частицы усиливают общее коагулирующее действие введенных солей.

При недостатке щелочного резерва к воде добавляют известь или соду (подщелачивание). Оптимально подщелачивание производить известью, так как не образуется углекислота и получается наиболее высокое значение рН воды. Процесс коагулирования примесей воды можно улучшить путем удаления углекислоты из зоны реакции продувкой воздухом. В практике водоподготовки наибольшее распространение в качестве коагулянта получил сульфат алюминия. Сульфат алюминия Аl2(SO4)3.18Н2O - неочищенный технический продукт, представляющий собой куски серовато-зеленого цвета, получаемые путем обработки бокситов, нефелинов или глин серной кислотой. Он должен иметь не менее 9 % Al2O3, что соответствует содержанию порядка 30 % чистого сульфата алюминия. В нем также содержится около 30% нерастворимых примесей и до 35 % воды.

Очищенный сульфат алюминия получают в виде плит серовато-перламутрового цвета из неочищенного продукта или глинозема растворением в серной кислоте. Он должен иметь не менее 13,5 % Аl2О3, что соответствует содержанию 45 % сульфата алюминия, а также около 20 % нерастворимых примесей и до 35 % воды. Оба рассмотренных коагулянта перевозят навалом в закрытых железнодорожных вагонах.

Для обработки воды выпускается также 23 - 25 % раствор сульфата алюминия. При его применении отпадает необходимость в специальном оборудовании для растворения коагулянта, а также упрощаются и удешевляются погрузочно-разгрузочные работы и транспортирование.

Оксихлорид алюминия (Аl2(OH)5Cl•6H2O) содержит 40 - 44 % А12О3 и не содержит нерастворимых примесей, очень эффективен при обработке воды с температурой 0--9 °C. Гидроксохлорид алюминия выпускают в виде водного раствора (марка А) и в виде твердого продукта (марка Б). При его применении минерализация воды возрастает, а ее щелочность снижается в меньшей степени, чем при введении сульфата алюминия, что особенно важно при обработке мягких вод. Соединение состоит из ядра, образованного гидроксидом алюминия, адсорбционно связанных с ним потенциалообразующих водородных ионов и некоторого количества ионов хлора. Количество ионов хлора меньше, чем количество ионов водорода, в результате чего данная коллоидная частица имеет положительный заряд.

Ионы водорода, и входящие в состав частицы противоионы хлора, образуют двойной электрический слой. Отдельные ионы хлора образуют диффузионный слой и вместе с коллоидной частицей составляют мицеллу золя гидроксида алюминия (Рисунок 6).

Рисунок 8 - Коллоидная частица золя гидроксида алюминия

Оксихлорид алюминия основная соль с основностью 5/6. Наличие гидроксильных групп способствует полному протеканию реакции гидролиза при малых дозировках соли (до 10 мг/дм3 ПО Аl2О3)

1 мг Al(S04)3 содержит 0.158 мг A1.

1 мг Al(0Н)5CI содержит 0.34 мг А1.

Технология обработки воды основана на гидролизе соли алюминия, происходящем в камере хлопьеобразования с образованием

2 Al2(SO4)3+12 H2O = 4 Al(OH)3 + 6 H2SO4 ,

2 Al2(OH)5Cl+2 H2O = 4 Аl(OH)3+2 HCl.

Расход (соли) коагулянта оксихлорида при обработке воды меньше чем сернокислого алюминия в два раза. В действительности же расход оксихлорида алюминия будет еще меньше, так как при обработке сульфатом алюминия часть положительно заряженных сорбционных центров занята ионами SО4, при оксихлориде алюминия этого нет. В связи с уменьшением дозы коагулянта увеличивается степень его гидролиза, и улучшается качество обрабатываемой воды.

При использовании сернокислого алюминия состав воды меняется в следующем порядке:

pН = рК1+lgf1+lgЩ/СО2

При гидролизе сернокислого алюминия образуются ионы водорода, замедляющие реакцию. Чтобы ее восстановить повышают рН добавлением извести. При этом происходит увеличение кальция, жесткости, сульфатов, общего солесодержания, углекислоты, уменьшение щелочности. Все эти показатели увеличивают агрессивность воды по отношению к карбонату кальция, высоко значение остаточного алюминия.

При применении оксихлорида алюминия состав воды меняется следующим образом:



рН = - lg(10 - рНисх*Щисх + Д/102*4*10-7)/(Щисх - Д/102)

pН меняется незначительно на 0,2 - 0,3 единиц (при дозировках до 10 мг/дм3 по Аl2О3).

Cl после обработки = Clисходной воды + 0,2*Дкоагулянта, так как 1 мг Al2(ОН)5Cl содержит 0,19 мг Cl.

Изменением щелочности, углекислоты, солесодержанием можно пренебречь при дозировках до 10 мг/дм3 по Аl2О3 оксихлорида алюминия. Остаточный алюминий в воде следы - 0.02 мг/дм3. Использование оксихлорида алюминия снижает объем осадка в отстойниках

Wосадка = М+ Дкоагулянта* 156/Мгха + 0.25 Ц,

уменьшается нагрузка на ионообменные смолы. Увеличивается фильтроцикл, снижается расход реагентов на регенерации.

Для достижения максимального экономического эффекта работы очистных сооружений целесообразно использовать гибкий режим обработки воды: в летний период Al2(SO)4 , а в зимний Аl(0H)5CI. Так как в летний период вода мало минерализована и ионной силы оксихлорида алюминия недостаточно дестабилизировать дисперсную систему.

Если оксихлорид алюминия приходит в железнодорожных цистернах, то при выгрузке реагента не используется техника, грузчики.

Качество воды лучше, чем при обработке сернокислым алюминием. Остаточный алюминий колеблется от отсутствия до следов, мутность не превышает 4 мг/дм3. При обработке сернокислым алюминием остаточный алюминий ниже 0.3 мг/дм3 не бывает, мутность колеблется от 3 мг/дм3 до 12 мг/дм3 и выше, целесообразно и эффективно в зимний период года производить очистку воды оксихлоридом алюминия.

Преимущества оксихлорида алюминия способствуют:

- уменьшению скорости коррозии металлов в системах водоснабжения и теплоснабжения, за счет исключения образования агрессивной углекислоты;

- возможности отказа от использования щелочных агентов;

- сокращению в 10 раз количества введенных в воду анионов в сравнении с традиционными коагулянтами;

- обеспечению максимально высокой эффективности очистки воды от взвешенных веществ и металлов;

- возможности использования при более низких температурах воды, чем сернокислый алюминий;

- снижению коррозионной активности воды (отсутствие избыточных сульфатов);

- улучшению санитарно-гигиенические условия труда, снижению трудоемкости и эксплуатационных затрат;

- снижению содержания хлорорганических соединений;

- обеспечению содержания остаточного алюминия менее 0,2 мг/л;

- минимизации расхода реагента в пределах 0,3 - 3,0 мг Аl на литр воды;

Внешний вид водного раствора оксихлорида алюминия -- прозрачная бесцветная жидкость (допускаются серый или белый оттенок), срок хранения которой составляет 6 месяцев.

Оксихлорид алюминия в твердом виде представляет собой пластинки или гранулы неопределенной формы различного размера белого или желтого цвета, срок хранения которых составляет 3 года.

Свойства раствора оксихлорида алюминия, произведенного в соответствии с ТУ 216350-002-39928758-02:

Наименование показателя
Основность	5/6
Массовая доля алюминия в пересчете на Al2O3	(17,0 - 20,8) %
Массовая доля хлоридов	(6,2 ± 0,5) %
Удельная масса	(1,27 ± 0,03) кг/дм3
рН	4,5 ± 0,5
Вязкость	30 ± 10 сПз
Молекулярная масса	174,5
Температура замерзания	минус 18 оС (после размораживания не теряет коагуляционных свойств)

Свойства оксихлорида алюминия в твердом виде, произведенного в соответствии с ТУ 6-09-05-1456-96:

Наименование показателя	Марка "Б"
	Первый сорт	Второй сорт
Массовая доля алюминия в пересчете на Al2O3, %	? 42	? 30
Массовая доля хлоридов в пересчете на хлор, %	? 30	? 30
Атомное отношение хлора к алюминию (Cl/Al)	? 0,8	? 1,6
рH	4,0 ± 0,5	4,0 ± 0,5

Оптимальная доза коагулянта, которая обеспечивает максимальное снижение концентрации примесей в обрабатываемой воде, определяется качественным и количественным составом коллоидных и растворенных примесей, их физическими и физико-химическими свойствами.

В настоящее время теоретические разработки не дают возможности точного расчетного выбора необходимой дозы коагулянта, что связано с необходимостью учитывать при расчетах сложность совокупного механизма формирования коагулированной взвеси, когда физические процессы гетерокоагуляции сопровождаются химическими, такими как хемосорбция, образование малорастворимых гидрокомплексов, их полимеризация и кристаллизация, усложняемыми влиянием кинетических факторов. Оптимальные дозы коагулянта устанавливаются опытным путем в характерные периоды года с последующей оценкой интенсивности хлопьеобразования, скорости оседания хлопьев и определением остаточных концентраций органических веществ, железо- и кремнесодержащих соединений, ионов алюминия.

Интенсификация процесса коагулирования может осуществляться двумя путями:

- внесением в обрабатываемую воду дополнительных реагентов -- флокулянтов, окислителей, регуляторов величины рН, новых коагулирующих веществ, а также применением различных вариантов электрохимической коагуляции;

- осуществлением наиболее рациональных способов введения коагулянтов в воду -- прерывистого коагулирования, концентрированного и фракционного коагулирования, рециркуляции коагулированной взвеси через зону ввода свежих порций коагулянта и совмещения коагулирования химическим реагентами с физическими методами коагуляции -- электрическим и магнитным полями, ультразвуком, вибрацией и т. д.

Процесс коагулирования можно ускорить добавлением к воде веществ, называемых флокулянталш. К флокулянтам относятся вещества, образующие с водой коллоидные дисперсные системы. Роль флокулянта сводится, к нейтрализации заряда на коллоидной частице коагулянта и к нарушению «защитных» свойств некоторых коллоидов (флокулянт можно назвать «коагулянтом коагулянта»).

В отдельных случаях флокулянты используют без коагулянтов для коагуляции мелкодисперсных загрязнений природных и сточных вод. Флокулянт может выполнять роль коагулянта только в том случае, когда в системе взвесь находится в агрегативно неустойчивом состоянии и в достаточно высокой концентрации.

Механизм действия флокулянтов некоторые авторы объясняют тем, что частицы флокулянта адсорбируются на частицах взвеси и хлопьях коагулянта, превращая их в крупные и прочные агрегаты. Время, необходимое для осветления воды, резко сокращается.

Флокулянты подразделяются на неорганические и органические, природные и синтетические, на ионогенные и амфотерные. Из неорганических флокулянтов используется активная кремниевая кислота; природными органическими флокулянтами являются крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и др. Синтетические флокулянты получили более широкое применение из-за лучших флокуляционных свойств, среди них в основном используется в настоящее время универсальный флокулянт полиакриламид (ПАА):

Полиакриламид выпускается промышленностью в виде 8- процентного геля, который растворяют в быстроходных мешалках до концентрации 0,1 %. Дозировка флокулянта составляет 0,5-1,5 мг на 100 мг взвешенных веществ в исходной воде. Раствор ПАА вводится через 0,5 - 2 мин после ввода коагулянта. Небольшие добавки этого флокулянта (до 1 мг/л) ускоряют процесс коагулирования сернокислым алюминием в 10--20 раз и уменьшают расход коагулянта в 2-3 раза.

Прерывистая коагуляция может проводиться как для двух ступенчатых, так и для одноступенчатых схем подготовки воды.

Оптимальные условия прерывистой коагуляции следует определять в каждом конкретном случае опытным путем с учетом местных условий. Интервалы времени между включением и выключением (или снижением дозы) подачи коагулянта, а также величина необходимых доз зависят от принятой схемы обработки, состава и свойств исходной воды. Прерывистое коагулирование может осуществляться подачей реагента то в оптимальной (расчетной), то в резко уменьшенной (дефицитной) дозе или путем прекращения подачи вообще. Время чередования доз и прекращения подачи реагента может быть самым разнообразным. Если подача происходит в течение 20--40 мин, то перерыв в подаче реагента (или в подаче дефицитной дозы) может быть равен времени подачи (при наличии в системе очистки осветлителей со слоем взвешенного фильтра или контактных осветлителей) или сокращен до 5--10 мин (в системах с отстойниками).

Чтобы решить вопрос о целесообразности прерывистого коагулирования для одноступенчатых схем очистки воды, следует знать: при обработке цветных вод болотного происхождения, богатых органическими примесями, режим прерывистого коагулирования эффективен лишь до цветности 40--45 град.; для речных вод со значительным содержанием взвешенных веществ и легкоустранимой цветностью (частично минерального происхождения), что характерно для паводковых вод, границы применения прерывистого коагулирования расширяются до цветности 100 град.; при прерывистом коагулировании имеет место уменьшение грязевой нагрузки на КО, которая может достигать 18--35 % по сравнению с режимом обычного коагулирования, а это ведет к уменьшению требуемого количества промывной воды на 15--20%.

Осуществление прерывистого коагулирования может дать экономию коагулянта в количестве 20--45 %.

При концентрированной коагуляции используется положение, что скорость любой реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Сущность способа заключается в том, что полная расчетная доза коагулянта (или несколько уменьшенная) подается только в часть обрабатываемой воды (50--60 % общего расхода воды). Растворение коагулянта только в части воды повышает его начальную концентрацию, создавая тем самым оптимальные условия коагуляции и ускоряя процесс хлопьеобразования. мутность очистка вода коагуляционный

После перемешивания обработанной реагентом воды с необработанной процесс протекает в среде с готовыми первичными хлопьями, которые служат центрами коагуляции. Вся среда представляет собой полидисперсную систему с искусственно сдвинутым началом хлопьеобразования. Одновременно усиливается и адсорбция веществ, обусловливающих цветность воды, на поверхности образующихся хлопьев.

При фракционном коагулировании ввод расчетного количества коагулянта осуществляется порциями: 3/4 расчетной дозы коагулянта вводится предварительно, а 1/4 -- через 2--3 мин, к фракционному коагулированию относится и коагулирование воды различными коагулянтами в разных соотношениях.

Сернокислый аммоний - сульфат аммония - (NH4)2SO4

Сернокислый аммоний -- один из компонентов в технологии очищения питьевой воды методом хлорирования. Используется в технологии хлорирования воды с аммонизацией, вводится в обрабатываемую воду за несколько секунд до хлора, с хлором образует хлорамины -- связывая свободный хлор, благодаря чему значительно сокращается образование хлорорганики вредной для организма человека, сокращается расход хлора, уменьшается коррозия труб водоводов.

Бесцветные прозрачные кристаллы (или белый порошок) без запаха, с = 1,8 т/м3.

Сульфат аммония (аммоний сернокислый) упаковывают в четырех - шестислойные бумажные или полиэтиленовые мешки, хранят в закрытых складских помещениях, защищающих продукт от попадания влаги. Фасовка: мешки, 25 кг. Хранить в холодном сухом месте, в хорошо проветриваемом помещении. Гарантийный срок хранения - 6 месяцев.

Применяется вместо аммиака при аммонизации воды. Аммиак является кислотой, которая получается химическим путём и является опасным веществом 4-ого класса, при попадании внутрь организма представляет реальную физическую опасность для его здоровья. Заменой вводом сульфат аммония, безопасной солью - вода не только обладает обеззараживающим действием, но и не наносит вреда здоровью. Токсичность сульфата аммония очень низкая.

Вдыхание порошка может вызвать раздражение дыхательных путей слизистых оболочек. Случайное проглатывание способно привести к нарушению работы ЖКТ, рвоте, диарее. При работе следует соблюдать общие требования безопасности и правила личной гигиены, пользоваться перчатками. После работы вымыть лицо и руки с мылом.

К практическим занятиям: Технологические показатели качества воды после коагуляции сернокислым алюминием изменяются следующим образом:

Общая жесткость и ее виды принимают следующие значения (мгэкв/дм3): Жккоаг = Жкисх - Дк;

Жнккоаг = Жнкисх + Дк;

Жокоаг = Жоисх,

где Дк - доза коагулянта, мг-экв/дм3.

Щелочность остаточная

Щосткоаг = Щоисх - Дк.

Если Щоисх меньше Дк необходимо производить подщелачивание воды перед коагуляцией добавлением NaOH в количестве

DЩ = Дк - Щоисх + Щосткоаг,

принимая значение

Щосткоаг = 0.7 мг-экв/дм3.

3. Концентрация SO42- получается равной:

СSO42- = СисхSO42- + 48.03 · Дк, мг/дм3.

4. Концентрация хлор-иона остается равной исходной.

5. Кремнесодержание уменьшается и становится равным (0.4 - 0.5) · СSiO2.

6. Окисляемость снижается на (50 - 60)% от исходной - ОК.

7. Содержание ГДП после коагуляции в осветлителе обычно не превышает 5 - 10 мг/дм3, а после осветлительных фильтров - 1 мг/дм3. Неполное снижение окисляемости и кремнесодержания при коагуляции объясняются присутствием в обрабатываемой воде не только коллоидных, но и ионных форм органических веществ и кремнесодержащих соединений.

Пример. На основе изложенных ранее положений определите показатели качества воды после проведения коагуляции сернокислым алюминием с дозой Дк = 0.50 мг-экв/дм3.

Качество исходной воды:

Жо = 1.66 мг-экв/дм3	СНСО3 = 1.60 мг-экв/дм3	СSiO2 = 6.0 мг/дм3
СNa = 0.47 мг-экв/дм3	СSO42- = 0.29 мг-экв/дм3	ОК = 20.0 мгО2/дм3
	СCl- = 0.24 мг-экв/дм3	ЖСа = 1.20 мг-экв/дм3
SКm = 2.13 мг-экв/дм3	SАн = 2.13 мг-экв/дм3	Жк = 1.60 мг-экв/дм3
		Жнк = 0.06 мг-экв/дм3

Находим показатели качества воды после коагуляции:

ОКкоаг = 0.4 · ОК = 0.4 · 20 = 8.0 мгО2/дм3;

CSiO2коаг = 0.5 · СSiO2 = 0.5 · 6.0 = 3.0 мг/дм3;

Жокоаг = Жо = 1.66 мг-экв/дм3;

Жккоаг = Жк - Дк = 1.60 - 0.50 = 1.10 мг-экв/дм3;

Жнккоаг = Жнк + Дк = 0.06 + 0.50 = 0.56 мг-экв/дм3;

Щокоаг = Щоисх = СНСО3 - Дк = 1.60 - 0.50 = 1.10 мг-экв/дм3;

СSO42-коаг = СSO42- + Дк = 0.29 + 0.50 = 0.79 мг-экв/дм3;

ЖСакоаг = 1.2 мг-экв/дм3

СCl-коаг = 0.24 мг-экв/дм3

СNaкоаг = 0.47 мг-экв/дм3

SКm = SАн = 2.13 мг-экв/дм3.



Оптимальную дозу коагулянта можно рассчитать в зависимости от мутности воды по эмпирически установленной формуле:

Dк = 3,5 * М0,5 , г/м3

где Dк-- доза безводного коагулянта А12(SO4)3, г/м3;

М ? мутность исходной воды, мг/л.

Дозу технического Аl2(SO4)3 рассчитывают по следующей формуле:

D Al2(SO4)3 = 100Dк / a Al2(SO4)3, г/м3

а - процентное содержание активной части в продукте.

Аl2(SO4)3 * 14Н2O, содержащий 45 % сульфата алюминия, а также около 20 % нерастворимых примесей и до 35 % воды.

Масса гидроокиси алюминия, выделившаяся в осадок, равна

РAl(OH)3 = 156 Dк / 342 ,

где 156 и 342 -молекулярные массы соответственно гидроксида алюминия Al(OH)3 и сульфата алюминия Al2(SO4)3.

Количество нерастворимых примесей, поступающее в воду с коагулянтом, равно

Рн.р= bн.р * D Al2(SO4)3 / 100, г

где bн. р ? содержание нерастворимых примесей в техническом сульфате алюминия, %.

Подготовка реагентов



Растворный и расходные баки сернокислого и оксихлорида алюминия при сухом хранении приведена на Рисунках.

Рисунок 9 Схема бака для растворения коагулянта: 1 - колосниковая решётка; 2 - верхняя распределительная система для воздуха; 3 - нижняя распределительная система для воздуха.

Рисунок 10 Растворный бак с размерами



Рисунок 11 Расходный бак с размерами

Дозаторы

Дозатор представляет собой механическое устройство для введения их в воду с заданным расходом.

Жидкостные дозаторы вводят химические вещества в виде растворов или суспензий; сухие дозаторы предназначены для работы с реагентами, поставляемыми в виде гранул или порошка. Если химическое соединение малорастворимо, его можно вводить в сухом виде или в виде суспензии при условии, что раствор непрерывно перемешивается.

Для дозирования сухих порошкообразных реагентов используют тарельчатые, шнековые, вибрационные, ленточные объемные и весовые дозаторы, а также питатели, применяемые в других отраслях промышленности (строительных материалов, химической и др.).

Сухие дозаторы подразделяются на объемные и весовые, в зависимости от того, как измеряются количества химических соединений: по объему или по весу. Объемные сухие дозаторы проще и дешевле, чем весовые, но обладают несколько меньшей точностью.

Большинство фирм-изготовителей выпускает специальные конструкции насосов для химических соединений с сильными и менее сильными коррозионными свойствами, а также для шламов (взвесей).

Для дозирования химических реагентов могут применяться дозаторы порционного, постоянного и пропорционального расхода. Точность дозирования химических реагентов в большой мере зависит от структуры системы регулирования и свойств составляющих ее звеньев -- измерительных приборов, регуляторов и дозирующих устройств.

Аппараты для дозирования растворов реагентов подразделяются на два основных типа:

1) дозаторы постоянной дозы, устанавливаемые на водоочистных станциях с равномерным расходом воды;

2) дозаторы пропорциональной дозы, при помощи которых достигается автоматическое изменение дозы реагента при изменениях расхода обрабатываемой воды.

К дозаторам первого типа относятся поплавковые дозаторы, дозировочные баки с постоянным уровнем и сечением выходного отверстия, насосы-дозаторы марок НД.

К дозаторам второго типа относятся автоматический дозатор сернокислого алюминия, дозаторы типа ДИМБА, насосы-дозаторы типа 1В с электрофицированным вариатором.

Оба типа дозаторов в зависимости от их конструктивного устройства могут быть напорными или безнапорными, т. е. приспособленными к дозированию реагентов либо в напорные трубопроводы, либо в безнапорные самотечные каналы.

Дозаторы поплавковые. Применяются на очистных станциях производительностью до 30 000 м3/сут. Применяются для дозирования как кислых так и щелочных реагентов.

Подбор диаметра отверстия диафрагмы для определенного расхода реагента определяется из формулы:

q = м щ?v2g H , (3.19)

где: g - расход раствора реагента, м3/с;

м- коэффициент расхода, равный 0,62;

щ- площадь отверстия диафрагмы, м2;

H - напор (глубина погружения центра диафрагмы под уровень), м, принимаемый 0,15 м.

Рисунок 12 Дозатор системы В. В. Хованского: 1 -- патрубок для отвода нерастворимых примесей; 2-- дозировочная диафрагма, 3 -- воздушная трубка; 4-- поплавок; 5-- резиновый шланг; 6-- бак

Рисунок 13 - Схема дозирования раствора коагулянта с помощью насосов-дозаторов

Горизонтальный одноплунжерный насос-дозатор для раствора коагулянта и известкового молока с давлением 6 атм производительностью 120, 400, 800 и 1200 л/ч.



Рисунок 14- Насос-дозатор плунжерного типа: 1 - резиновая диафрагма; 2 - рабочая камера; 3 - водяная камера; 4 - плунжер.

Схема дозирования раствора коагулянта с помощью насоса-дозатора приведена на рисунке 1. Концентрированный раствор коагулянта, приготовленный в мешалке 3, разбавляется водой до рабочей концентрации и перекачивается с помощью гидроэлеватора 4 в расходные баки 6; из которых через трубопровод 7 и фильтр-сетку 8 забирается насосами-дозаторами 5 и подается через коллекторы 1 по трубопроводам 2.

СМЕСИТЕЛИ

Рисунок 15 Механические смесители: а) турбинного а; б) - пропеллерного; в) лопастного типов; 1,5 - подача и отвод воды; 2 - ввод реагента; 3 - ось мешалки; 4 - камера смешения; 6-струенаправляющая перегородка; 7 - центральный стакан



ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СМЕСИТЕЛИ

водоочистных сооружений хоз-питьевого назначения

Смесители служат для равномерного распределения растворов реагентов в массе обрабатываемой воды. Смешение реагентов должно быть быстрым и осуществляться в течение 1-2 мин.

Смеситель дырчатого типа (рисунок ) применяют на станциях обработки воды производительностью до 1000 м3/ч. Он выполняется в виде железобетонного лотка с вертикальными перегородками, установленными перпендикулярно к движению воды и снабженных отверстиями, расположенными в несколько рядов. Скорость движения воды в отверстиях перегородок vо = 1 м/с. Чтобы избежать насыщения воды пузырьками воздуха верхний ряд отверстий должен быть затоплен на глубину Нз = 0,1-0,15 м.

Рисунок 16 Дырчатый смеситель: 1 - вода от НС - 1 подъёма; 2 - подача коагулянта;, 3 - перегородки; 4 - отвод воды; 5 - переливная камера

Перегородчатый смеситель (рисунок) применяется на водоочистных станциях производительностью не более 500-600 м3/ч.



Рисунок 17 Перегородчатый смеситель: 1 - подача коагулянта;, 2 - вода от НС - 1 подъёма; 3 - перегородки; 4 - сброс в канализацию; 5 - переливная камера

Высота слоя воды в конце смесителя после перегородок (минимальная величина Н = 0,4-0,5 м). Расстояние между перегородками принимается равным двойной ширине лотка.

Вертикальный (вихревой) смеситель может быть квадратного или круглого в плане сечения, с пирамидальной или конической нижней частью (рисунок в). Вертикальный смеситель может быть применен на водоочистных станциях средней и большой производительности при условии, что на один смеситель будет приходится расход воды не свыше 1200-1500 м3/ч. При смешении с обрабатываемой водой реагентов в виде суспензий - известкового молока, каустического магнезита и др. применяются только вихревые смесители. Центральный угол между наклонными стенками смесителя должен составлять б = 30-45°/2. Обрабатываемая вода подводится в нижнюю часть смесителя с входной скоростью v = 1,2-1,5 м/с.

Коридорные смесители применяются на станциях с производительностью более 300 тыс м3/сут. Расстояние между перегородками должно быть не менее 0,7 м, число поворотов потока (на 180°) - 9-10.



Рисунок 18 Коридорный смеситель: 1 - коридоры; 2 - направление потока; 3 - подача исходной воды (от НС-1); 4 - отвод воды на последующие сооружения

Рисунок 19 Смесители гидравлического типа: а) - с разделением потока; б) - дырчатый; в) - вертикальный; г) - перегородчатый; д) напорный дырчатый; 1 - перелив; 2 - перегородки с отверстиями; 3 - кольцевой водосборный лоток; 4- перегородка; 5 - обводный канал; 6 - камера хлопьеобразования; 7 - цилиндрический корпус; 8, 9 - верхняя и нижняя дырчатые перегородки; 10 - сферический отражатель; 11 - конус



Рисунок 20 Трубчатые смесители: 1 - распределитель реагента; 2 - подача реагента; 3 - местное сопротивление

ГИДРОЦИКЛОННЫЕ УСТАНОВКИ

В водоснабжении серьезной проблемой является очистка природных вод от наносов, содержащих минеральную взвесь с плотностью больше плотности воды. Решение этой задачи может быть достигнуто с помощью специальных конструкций гидроциклонных установок, в которых за счет центробежного движения поступающей жидкости и высокой скорости движения воды внутри аппарата, более тяжелые частицы перемещаются на дно устройства, а отфильтрованная вода выходит через верхнюю крышку (рисунок).

Гидроциклоны просты по конструкции и в эксплуатации, дешевы в изготовлении, компактны, эффективны, обладают большой производительностью, надежны. Их действие основано на использовании поля центробежных сил, где выделение механических примесей из воды происходит под действием этих сил, превосходящих в сотни и тысячи раз силы тяжести, за счет чего увеличивается скорость отделения частиц. При этом значительно сокращается продолжительность процесса осветления воды и уменьшается объем центробежного аппарата по сравнению с объемом отстойника. Режим движения жидкости в поле центробежных сил -- турбулентный. Передача вращения от периферии внутрь происходит диффузией и конвекцией под действием вращательного момента сил вязкости и перемещения самой завихренной жидкости.

В поле центробежных сил возникают два основных круговых потока: внешний, направленный к вершине образующегося конуса, и внутренний, направленный в противоположную сторону. При вращении внешнего потока часть жидкости удаляется через нижнее отверстие, а другая часть отделяется и, двигаясь радиально, вливается во внутренний поток, к нему добавляется основное количество жидкости у вершины конуса, которое, изменяя направление, отводится через верхнее отводное отверстие в диафрагме аппарата.

...