Повышение эффективности процесса первичного осветления сточных вод с применением флокуляции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Титов Е. А., Сафронов М. А., Кочергин А. С., Титанов А. М. Повышение эффективности процесса первичного осветления сточных вод с применением флокуляции // Молодой ученый. — 2015. — №10. — С. 327-330. — URL https://moluch.ru/archive/90/18540/ (дата обращения: 19.08.2018).

 

Рассмотрены факторы, влияющие на эффективность осветления сточных вод в процессе их первичного отстаивания. Показано, что биокоагуляция взвеси на прикрепленной загрузке в преаэраторе с последующей реагентной обработкой флокулянтами позволяет значительно интенсифицировать процесс осветления сточных вод.

Ключевые слова: хозяйственно-бытовые сточные воды, первичное отстаивание, биокоагуляция, реагентная флокуляция.

 

Условия формирования хозяйственно-бытовых сточных вод обеспечивают широкий диапазон изменения дисперсности содержащихся в них взвешенных веществ, их адгезионных свойств и, как следствие, способности их к осаждению.

Взвешенные вещества осаждаются под действием силы тяжести. Осаждению препятствуют броуновское движение частиц и направленные вверх макро и микропотоки, возникающие в движущейся воде. Скорость осаждения частиц под влиянием силы тяжести описывается уравнением Стокса:

 ,                                                                                          (1)

где  — скорость осаждения, м/с;  — ускорение свободного падения,  — диаметр частиц (для несферических частиц — диаметр шара равновеликого объема), м;  — вязкость воды, Па∙с; и — плотности соответственно частиц и воды, кг/м3.

Одиночное осаждение частиц возможно лишь в монодисперсной, агрегативно-устойчивой системе, когда частицы имеют одинаковые размеры и при осаждении не меняют своей формы и размеров. Однако взвешенные вещества, содержащиеся в бытовых сточных водах, имеющие преимущественно органическое происхождение, представляют собой полидисперсную агрегативно-неустойчивую систему с большим диапазоном изменения размеров частиц, обладающих хорошими адгезионными свойствами.

Введение в воду флокулянтов (как в сочетании с биокоагуляцией, так и без нее) значительно увеличивает скорость осаждения взвешенных веществ и сокращает время пребывания воды в отстойниках. Экспериментальные данные, полученные в НИИ КВОВ АКХ и в НИИ ВОДГЕО, подтвердили определяющее влияние флокулянтов на кинетику осаждения взвешенных веществ [1, 2, 3].

Причиной ускорения процесса осаждения взвешенных веществ является образование в присутствии флокулянтов более крупных хлопьев, а при использовании их совместно с биокоагуляцией — более плотных хлопьев, поэтому все обстоятельства, способствующие образованию таких хлопьев (определенный порядок ввода реагентов, перемешивание воды с реагентами при оптимальных значениях градиента скорости, использование флокулянтов с более высокой молекулярной массой, а также применение оптимальных доз флокулянтов), приводят к ускорению осаждения.

Осаждение полидисперсных взвешенных веществ происходит неравномерно: вначале оседают крупные, затем более мелкие частицы. Ход этого процесса характеризуется кривыми осаждения взвешенных веществ или кривыми осветления. Эти кривые показывают (рис.1) зависимость оптической плотности воды от продолжительности отстаивания и позволяют оценить эффективность процесса образования крупных агрегатов и действия реагентов (флокулянтов), а также влияния условий подготовки хлопьев.

Рис. 1. Изменение оптической плотности Д, см-1, в процессе отстаивания сточных вод в течение времени t, мин, после обработки флокулянтами с различной молекулярной массой (ММ) [2]: 1,2,3,4 — при ММ, равной соответственно112000; 726 000; 1 260 000 и 3 240 000

 

На кривых осаждения сфлокулированных взвешенных веществ различают три области (см. рис. 1): АБ — образование хлопьев; БВ — быстрое осаждение крупных хлопьев; ВГ — медленное осаждение мелких частиц. При правильно выбранной дозе реагента и соответствующих условиях подготовки хлопьев их образование заканчивается до начала осаждения, и область АБ на кривой оседания отсутствует.

Как видно из рис. 1 оптимальные условия хлопьеобразования зависят от молекулярной массы (ММ) флокулянта и способа выделения из воды твердой фазы.

Непосредственно добавление флокулянта и последующее образование крупных агрегатов взвешенных частиц происходят в камерах хлопьеобразования, где в условиях медленного, но более длительного перемешивания происходит образование крупных и прочных хлопьев.

Относительно градиентов скорости, которые следует поддерживать в камерах хлопьеобразования при использовании катионных полимеров, имеются различные сведения. В большинстве работ рекомендуется перемешивание в камерах хлопьеобразования вести в течение 20–30 мин при …..45 с-1. В проведенных авторами работы [2] лабораторных опытах с городской сточной водой, обработанной катионным флокулянтом ПЭИ, с молекулярной массой 1,5·106 наилучшие результаты были получены в условиях, когда после быстрого смешения в течение 30 с при  = 200 с-1 вода перемешивалась с интенсивностью, соответствующей 53 с-1. При снижении значения  до 10 с-1 не обеспечивалось образование плотных быстрооседающих хлопьев. Увеличение значения G до 115 с-1 приводило к частичному разрушению хлопьев и увеличению мутности осветленной воды.

Осаждение полидисперсных, агрегативно-неустойчивых взвешенных веществ сопровождается гравитационной коагуляцией — слипанием частиц разных размеров вследствие их неравномерного оседания под действием силы тяжести. Слипание частиц при гравитационной коагуляции происходит в результате инерционных явлений, осаждения захватом и подтягивания частиц. Схема этих процессов показана на рис. 2. Слипание под действием инерционных сил в результате прямого столкновения оседающих полидисперсных частиц наблюдается только в грубодисперсных системах с размером частиц, превышающим 100 нм.

Слипание более мелких частиц осуществляется в основном в результате осаждения захватом и подтягивания, происходящих при движении частиц по искривленным траекториям. Закономерности гравитационной коагуляции изучены Ю. И. Вейцером и З. А. Колобовой [3].

Для бидисперсной системы, состоящей из мелких и крупных частиц, скорость уменьшения числа мелких частиц вследствие захвата их оседающими крупными частицами будет выражаться уравнением

,                                                                                                         (2)

где  и  — счетная концентрация соответственно мелких и крупных частиц;  — время осаждения, пропорциональное высоте слоя, который прошли крупные частицы;  — коэффициент гравитационной коагуляции, равный объему, из которого за время  крупная частица в результате явлений, показанных на рис. 2, извлекает мелкие частицы (этот объем в 30–40 раз больше геометрического цилиндра, вырезаемого крупной частицей).

Рис. 2. Схема гравитационной коагуляции: 1 — инерционное осаждение; 2 — захват; 3 — подтягивание

 

Для описания эффективности осветления сточных вод широко используют эмпирическое уравнение вида

, %,                                                                                                 (3)

где  — эмпирический коэффициент, зависящий от концентрации взвешенных веществ, их способности к агломерации и высоты слоя воды, в котором происходит осаждение; — относительное содержание оседающих веществ в сточной воде к общей массе взвешенных веществ;  (здесь  остаточное содержание взвешенных веществ после 120 минут отстаивания в покое).

Как показали экспериментальные исследования, увеличение эффекта осаждения взвешенных веществ, скоагулированных на прикрепленных микроорганизмах в преаэраторе с пневматической системой аэрации, до 76–78 % вызывает увеличение эффекта снятия БПК5 до 45 % [4, 5]. Биокоагуляция взвеси на прикрепленной биопленке с последующей обработкой выносимых из преаратора агломерированных взвешенных веществ малыми дозами катионных флокулянтов позволит с небольшими эксплутационными затратами достичь эффекта осветления до 80 % и соответственно снятия БПК5 до 50–55 %. Это, в свою очередь, даст возможность значительно снизить нагрузки по органическим загрязнениям на аэротенки, сократить затраты электроэнергии и времени на биологическую очистку сточных вод. Технологическая схема предварительной обработки сточных вод биокоагуляцией и реагентной флокуляцией последующим с первичным отстаиванием показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема сооружений предварительной обработки и отстаивания сточных вод: 1 — приемный бак; 2 — насос; 3 — песколовка; 4 — биокоагулятор (преаэратор); 5 — камера хлопьеобразования; 6 — первичный отстойник; Ф — флокулянт; В — сжатый воздух

 

Предложенная схема может применяться при очистке сточных вод локальных объектов и небольших населенных пунктов.

 

Литература:

 

1.          Вейцер, Ю. И. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод [Текст] / Ю. И. Вейцер, Д. М. Минц. — М.; Стройиздат, 1984.

2.          Вейцер, Ю. И. Оптимальные условия образования хлопьев при коагулировании сточных вод [Текст] / Ю. И. Вейцер, Г. Н. Луценко, А. И. Цветков // Водоснабжение и санитарная техника. — 1975. — № 9.

3.         Вейцер, Ю. И. Осаждение коагулирующих суспензий [Текст] /Ю. И. Вейцер, З. А. Колобова // Науч. труды АКХ. — М.: ОНТИ АКХ, 1960. т.1.

4.          Гришин, Б. М. Экспериментальные исследования процесса первичного отстаивания сточных вод, предварительно обработанных в преаэраторе [Текст] / Б. М. Гришин, М. В. Бикунова, А. О. Абрамова // Приволжский научный вестник. — 2015. — № 3–1 (43). С. 32–35.

5.          Андреев, С. Ю. Высокоэффективные конструкции аэраторов пневматического типа для биологической очистки сточных вод [Текст] / С. Ю. Андреев, Б. М. Гришин, С. Н. Хазов, М. В. Бикунова, С. В. Максимова. Депонированная рукопись № 1891-В2004. — М.: ВИНИТИ, 2004. — 120 с.

Основные термины (генерируются автоматически): частица, вещество, гравитационная коагуляция, вод, первичное отстаивание, осаждение, предварительная обработка, молекулярная масса, крупная частица, биокоагуляция взвеси.


Ключевые слова

хозяйственно-бытовые сточные воды, первичное отстаивание, биокоагуляция, реагентная флокуляция

Похожие статьи

Исследование эффективности применения комплексного...

Отсюда столь остро стоящая проблема очистки воды: как предварительной (т. е. необходимой для первичного потребления), так и

Поверхностные загрязнения (мелкие дисперсные частицы) улавливаются с помощью нефтеловушек, бензомаслоуловителей, отстойников и др.

Математическое моделирование процессов сепарации газов от...

Где — количество массы частиц перешедших из одной фазы в другую, кг/с; — объем, м3; — поверхность контакта, м2.

Скорость турбулентного осаждения частиц является мерой интенсивности осаждения частиц из турбулентного потока газа на стенках.

Влияние полиакриламидного реагента на бентонитовые...

Использовали неионогенный полиакриламид с молекулярной массой 5 млн и степенью гидролиза 0 %, полученный на базе ООО “АКРИПОЛ”.

Рис. 1. Зависимость скорости осаждения частиц от концентрации Н-150 при разбавлении системы 1:10.

Использование термодинамических моделей для интенсификации...

что происходит захват крупных частиц пузырьками по инерционному механизму. Для малых частиц инерционное осаждение невозможно.

О выборе способа флотационной обработки растворов для интенсификации процессов очистки производственных сточных вод.

Перспективные направления кавитационной дезинтеграции

Ключевые слова: вода, дезинтеграция, кавитация, молекулы, обработка, осадок, пузырьки, распад, частицы, фаза.

Очистка сточных вод от осадка может быть осуществлена с помощью предварительной обработки осадка с помощью термических, химических и механических...

Повышение качества многоступенчатого процесса очистки воды

Методы осаждения.

Эти методы дают хорошие результаты по выведению коллоидных и взвешенных частиц.

В их числе продукты, образующиеся при обработке воды активным хлором, включая наиболее токсичные и канцерогенные — диоксины.

Эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод методом...

Её используют для удаления из сточных вод мелкодисперсных взвешенных частиц, нерастворимых

Из таблицы видно, что загрязнения извлекаются значительно быстрее электрофлотацией, чем отстаиванием или напорной, импеллерной флотацией.

Обзор основных методов обезжелезивания воды

— при высоких концентрациях железа в воде требуется предварительная обработка воды реагентами-окислителями; Коагуляция и осветление. — Ускорение естественного процесса осаждения трехвалентного железа; — связывание в хлопья коллоидных частиц...

Очистка и восстановление отработанных масел | Статья в журнале...

Отстаивание является наиболее простым методом, он основан на процессе естественного осаждения механических частиц и воды под действием гравитационных сил.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Исследование эффективности применения комплексного...

Отсюда столь остро стоящая проблема очистки воды: как предварительной (т. е. необходимой для первичного потребления), так и

Поверхностные загрязнения (мелкие дисперсные частицы) улавливаются с помощью нефтеловушек, бензомаслоуловителей, отстойников и др.

Математическое моделирование процессов сепарации газов от...

Где — количество массы частиц перешедших из одной фазы в другую, кг/с; — объем, м3; — поверхность контакта, м2.

Скорость турбулентного осаждения частиц является мерой интенсивности осаждения частиц из турбулентного потока газа на стенках.

Влияние полиакриламидного реагента на бентонитовые...

Использовали неионогенный полиакриламид с молекулярной массой 5 млн и степенью гидролиза 0 %, полученный на базе ООО “АКРИПОЛ”.

Рис. 1. Зависимость скорости осаждения частиц от концентрации Н-150 при разбавлении системы 1:10.

Использование термодинамических моделей для интенсификации...

что происходит захват крупных частиц пузырьками по инерционному механизму. Для малых частиц инерционное осаждение невозможно.

О выборе способа флотационной обработки растворов для интенсификации процессов очистки производственных сточных вод.

Перспективные направления кавитационной дезинтеграции

Ключевые слова: вода, дезинтеграция, кавитация, молекулы, обработка, осадок, пузырьки, распад, частицы, фаза.

Очистка сточных вод от осадка может быть осуществлена с помощью предварительной обработки осадка с помощью термических, химических и механических...

Повышение качества многоступенчатого процесса очистки воды

Методы осаждения.

Эти методы дают хорошие результаты по выведению коллоидных и взвешенных частиц.

В их числе продукты, образующиеся при обработке воды активным хлором, включая наиболее токсичные и канцерогенные — диоксины.

Эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод методом...

Её используют для удаления из сточных вод мелкодисперсных взвешенных частиц, нерастворимых

Из таблицы видно, что загрязнения извлекаются значительно быстрее электрофлотацией, чем отстаиванием или напорной, импеллерной флотацией.

Обзор основных методов обезжелезивания воды

— при высоких концентрациях железа в воде требуется предварительная обработка воды реагентами-окислителями; Коагуляция и осветление. — Ускорение естественного процесса осаждения трехвалентного железа; — связывание в хлопья коллоидных частиц...

Очистка и восстановление отработанных масел | Статья в журнале...

Отстаивание является наиболее простым методом, он основан на процессе естественного осаждения механических частиц и воды под действием гравитационных сил.

Задать вопрос