Осветлители — это отстойники, построенные с использованием механических средств для непрерывного удаления твердых частиц, осаждаемых путем осаждения . [1] Осветлитель обычно используется для удаления твердых частиц или взвешенных твердых частиц из жидкости для осветления и/или сгущения. Внутри осветлителя твердые загрязняющие вещества оседают на дно резервуара, где они собираются скребковым механизмом. [2] Концентрированные примеси, сбрасываемые со дна резервуара, известны как шлам , в то время как частицы, которые всплывают на поверхность жидкости, называются пеной. [3]
Перед тем, как вода попадет в осветлитель, можно добавить реагенты коагуляции и флокуляции , такие как полиэлектролиты и сульфат железа [4] . Эти реагенты заставляют тонко взвешенные частицы слипаться и образовывать более крупные и плотные частицы, называемые хлопьями, которые оседают быстрее и стабильнее. Это позволяет разделению твердых веществ в осветлителе происходить более эффективно и легко, способствуя сохранению энергии. [4] Изоляция компонентов частиц в первую очередь с помощью этих процессов может сократить объем последующих процессов очистки воды, таких как фильтрация.
Питьевая вода , вода, очищаемая для потребления человеком, обрабатывается флокуляционными реагентами, затем отправляется в осветлитель, где происходит удаление флокулированного коагулята, производя осветленную воду. Осветлитель работает, позволяя более тяжелым и крупным частицам оседать на дно осветлителя. Затем частицы образуют нижний слой ила, требующего регулярного удаления и утилизации. Осветленная вода затем проходит еще несколько этапов, прежде чем ее отправят на хранение и использование. [4]
Отстойники использовались для очистки сточных вод на протяжении тысячелетий. [5]
Первичная очистка сточных вод заключается в удалении плавающих и осаждаемых твердых частиц путем осаждения. [6] Первичные отстойники снижают содержание взвешенных твердых частиц и загрязняющих веществ, содержащихся в этих взвешенных твердых частицах. [7] : 5–9 Из-за большого количества реагента , необходимого для очистки бытовых сточных вод, предварительная химическая коагуляция и флокуляция обычно не используются, а оставшиеся взвешенные твердые частицы уменьшаются на следующих этапах системы. Однако коагуляция и флокуляция могут использоваться для создания компактной очистной установки (также называемой «пакетной очистной установкой») или для дальнейшей доочистки очищенной воды. [8]
Отстойники, называемые «вторичными отстойниками», удаляют хлопья биологического обрастания, образующиеся при некоторых методах вторичной очистки, включая активированный ил , капельные фильтры и вращающиеся биологические контакторы . [7] : 13
Методы, используемые для обработки взвешенных твердых веществ в сточных водах горнодобывающей промышленности, включают седиментацию и очистку флокулянтом и фильтрацию. [9] Седиментация используется компанией Rio Tinto Minerals для переработки сырой руды в очищенные бораты. После растворения руды насыщенный раствор бората перекачивается в большой отстойник. Бораты плавают на поверхности жидкости, в то время как порода и глина оседают на дно. [10]
Хотя седиментация может происходить в резервуарах других форм, удаление накопленных твердых частиц проще всего с помощью конвейерных лент в прямоугольных резервуарах или с помощью скребков, вращающихся вокруг центральной оси круглых резервуаров. [3] Механические устройства для удаления твердых частиц движутся настолько медленно, насколько это возможно, чтобы свести к минимуму повторное взвешивание осевших твердых частиц. Резервуары имеют такой размер, чтобы обеспечить воде оптимальное время пребывания в резервуаре. Экономия благоприятствует использованию небольших резервуаров; но если скорость потока через резервуар слишком высока, большинство частиц не успеют осесть и будут переноситься очищенной водой. Значительное внимание уделяется снижению скоростей входа и выхода воды, чтобы свести к минимуму турбулентность и способствовать эффективному осаждению во всем доступном объеме резервуара. Перегородки используются для предотвращения распространения скоростей жидкости на входе в резервуар в резервуар; а переливные водосливы используются для равномерного распределения потока жидкости, выходящей из резервуара, по широкой площади поверхности, чтобы свести к минимуму повторное взвешивание осаждающихся частиц. [11]
Трубчатые или пластинчатые отстойники обычно используются в прямоугольных осветлителях для увеличения осаждающей способности за счет сокращения вертикального расстояния, которое должна пройти взвешенная частица. Трубчатые отстойники доступны во многих различных конструкциях, таких как параллельные пластины, шевронная форма, ромб, восьмиугольник или треугольная форма, а также круглая форма. [12] Высокоэффективные трубчатые отстойники используют стопку параллельных труб, прямоугольников или плоских гофрированных пластин, разделенных несколькими дюймами (несколькими сантиметрами) и наклоненных вверх в направлении потока. Эта структура создает большое количество узких параллельных путей потока, способствующих равномерному ламинарному потоку, как смоделировано законом Стокса . [13] Эти структуры работают двумя способами:
Конструкции, наклоненные под углом от 45° до 60°, могут обеспечить гравитационный дренаж накопленных твердых веществ, но более мелкие углы наклона обычно требуют периодического слива и очистки. Трубчатые отстойники могут позволить использовать меньший осветлитель и могут обеспечить отделение более мелких частиц при времени пребывания менее 10 минут. [13] Обычно такие конструкции используются для трудно поддающихся очистке вод, особенно тех, которые содержат коллоидные материалы.
Трубчатые отстойники улавливают мелкие частицы, позволяя более крупным частицам перемещаться на дно осветлителя более равномерно. Затем мелкие частицы собираются в большую массу, которая затем скользит вниз по каналам труб. Уменьшение количества твердых частиц, присутствующих в оттоке, позволяет уменьшить площадь, занимаемую осветлителем при проектировании. Трубы из ПВХ- пластика требуют небольших затрат при усовершенствовании конструкции осветлителя и могут привести к увеличению производительности в 2–4 раза. [14] [15]
Для поддержания и продвижения надлежащей обработки осветлителя важно сначала удалить любые коррозионные, реактивные и полимеризующиеся компоненты или любые материалы, которые могут загрязнить выходной поток воды, чтобы избежать нежелательных побочных реакций, изменений в продукте или повреждения любого оборудования для очистки воды. Это делается посредством регулярных проверок с целью определения степени накопления осадка, а также частой очистки зон покоя, входных и выходных зон осветлителя для удаления любых загрязнений, мусора, сорняков или мусора, которые могли накопиться с течением времени. [16]
Вода, вводимая в осветлитель, должна контролироваться для снижения скорости входящего потока. Уменьшение скорости максимизирует время гидравлического удержания внутри осветлителя для осаждения и помогает избежать чрезмерной турбулентности и перемешивания; тем самым способствуя эффективному осаждению взвешенных частиц. Чтобы еще больше препятствовать явному перемешиванию внутри осветлителя и увеличить время удерживания, отведенное для осаждения частиц, входящий поток также должен быть равномерно распределен по всему поперечному сечению зоны осаждения внутри осветлителя, где объем поддерживается на уровне 37,7 процента мощности. [ необходима цитата ]
Осадок, образованный из осевших частиц на дне каждого осветлителя, если его оставить на длительный период времени, может стать клейким и вязким, что вызовет трудности с его удалением. Это образование осадка способствует анаэробным условиям и здоровой среде для роста бактерий. Это может вызвать повторное взвешивание частиц газами и высвобождение растворенных питательных веществ по всей водной жидкости, снижая эффективность осветлителя. Серьезные проблемы со здоровьем и проблемы могут также возникнуть дальше по пути системы очистки воды , или здоровье рыб, находящихся ниже по течению от осветлителя, может быть затруднено. [ необходима цитата ]
Были внесены усовершенствования и модификации для повышения производительности осветлителя в зависимости от характеристик разделяемого вещества.
Добавление флокулянтов обычно используется для облегчения разделения в осветлителях, но разница в плотности концентрата флокулянта может привести к тому, что очищенная вода будет иметь чрезмерную концентрацию флокулянта. Однородная концентрация флокулянта может быть улучшена, а дозировка флокулянта снижена путем установки промежуточной диффузионной стенки перпендикулярно потоку в осветлителе. [17]
Две доминирующие силы, действующие на твердые частицы в осветлителях, — это гравитация и взаимодействие частиц. Непропорциональный поток может привести к турбулентной и гидравлической нестабильности и потенциальному короткому замыканию потока. Установка перфорированных перегородок в современных осветлителях способствует равномерному потоку через бассейн. Прямоугольные осветлители обычно используются для высокой эффективности и низких эксплуатационных расходов. Улучшения этих осветлителей были сделаны для стабилизации потока путем удлинения и сужения резервуара.