Применение и современное состояние развития технологии флокуляции носителей

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано лицом liuquan1100 11.02.2018 в 14:30. Краткое содержание: в тексте объясняется принцип действия технологии флокуляции носителей; подробно рассматриваются процессы, связанные с использованием Actiflo и DensaDeg, а также их параметры проектирования и эффективность работы. Также анализируется текущее состояние развития этой технологии, приводятся примеры новых устройств и комбинированных методов обработки. Указывается, что флокуляция носителей представляет собой компактную и эффективную технологию быстрого осаждения, обладающую преимуществами в виде экономии пространства, устойчивости к ударным нагрузкам и высокой эффективности обработки. Она соответствует требованиям к созданию в нашей стране общества, ориентированного на экономию ресурсов, и имеет хорошие перспективы для применения. Ключевые слова: флокуляция носителя ； Actiflo@быстрый осадительный бассейн ； DensaDeg@Бассейн высокой плотности для осаждения ； Мелкий песок. Классификационный номер по китайской библиотечной классификации: X703, 1. Идентификационный код документа: B. Номер статьи: 1000—4602(2007)08—0001—04. Флокуляция с использованием носителя представляет собой технологию быстрого осаждения. Особенностью этой технологии является использование в процессе коагуляции частиц высокой плотности и нерастворимых в воде веществ (например, мелкого песка). Благодаря гравитационному осаждению этих частиц и адсорбционным свойствам носителя ускоряется процесс «роста» флокул и их осаждение. По сравнению с традиционными методами флокуляции, эта технология обладает такими преимуществами, как меньшая площадь занимаемой территории, низкая стоимость строительства и устойчивость к импульсным нагрузкам. С 1990-х годов на Западе было разработано множество совершенных технологий применения, которые успешно используются более чем в 100 крупных водоочистных заводах по всему миру. В настоящее время в стране существуют примеры применения технологии флокуляции с использованием носителей, однако она ещё не получила широкого распространения. Кроме того, информации о технологии флокуляции с использованием носителей также довольно мало. 1 Принцип работы. Агентство EPA США определяет процесс флокуляции носителей как физико-химическую обработку, при которой с помощью постоянно циркулирующих частиц среды и различных химических веществ усиливается адсорбция флокулатов, что способствует лучшему осаждению твердых частиц в воде. Принцип его работы заключается в следующем: сначала в воду добавляют коагулянт (например, сульфат железа), что приводит к дестабилизации взвешенных частиц и коллоидных частиц в воде. Затем добавляют полимерные вспомогательные вещества и частицы с высокой плотностью; это позволяет частицам-примесям, ставшим дестабилизированными, использовать эти частицы в качестве ядра для образования флокул. Благодаря связывающему действию полимерных цепей и процессу осаждения мелких песчинок быстро образуются флокулы с высокой плотностью. Это способствует **сокращению времени осаждения, повышению эффективности работы очистных установок, а также эффективному справлению с высокими нагрузками**. 2 Типичные технологии 2.1 Технология Acfiflo@ Технология Actiflo@ была разработана компанией OTV—Kruger (инженерным подразделением группы Veolia Water). С 1991 года она используется в Европе для обработки питьевой воды и сточных вод. Особенностью этой технологии является использование мелкого песка размером 45–150 мкм в качестве носителя для усиления процесса коагуляции. Для ускорения разделения твердых частиц от жидкости применяются осадительные устройства с наклонными трубами. Нагрузка на такие устройства составляет 80–120 м/ч; максимальная нагрузка может достигать 200 м/ч. Это самая распространенная технология флокуляции с использованием носителей в настоящее время. Некоторые водоочистные заводы в стране уже внедрили эту технологию; например, в 2004 году на проекте компании Veolia Water Shanghai Pudong по строительству объектов на берегу реки была использована технология быстрого осаждения Actiflo@ ； Девятый водоочистный завод города Пекина, учитывая низкую температуру исходной воды, её низкую мутность и высокое содержание водорослей, на этапе реконструкции второго осадительного бассейна применил технологию высокоэффективных осадительных бассейнов Actiflo@. Технологический процесс Actiflo@ показан на рисунке 1. Весь процесс делится на три этапа: смешивание, созревание и высокоскоростное осаждение. Во-первых, сырая вода с добавленным коагулянтом (соли железа или алюминия) поступает в бассейн смешивания; после быстрого перемешивания она перетекает в бассейн для добавления веществ ； В резервуар для добавления веществ вводятся органические коагулянты и небольшие частицы песка, что способствует «росту» флокул. После пребывания воды там в течение 1–2 минут она поступает в резервуар для созревания ； При медленном перемешивании флокулы, состоящие из мелкого песка, дальше сливаются друг с другом, образуя крупные, плотные флокулы. В конце концов жидкость попадает в осадительный бак с наклонными трубами, где под действием силы тяжести флокул и благодаря быстрому осаждению внутри наклонных труб происходит быстрое осаждение частиц флокул. Осадок, содержащий мелкий песок, возвращается в гидроциклон, расположенный над устройством. Благодаря силе центробежности осадок отделяется от мелкого песка; мелкий песок снова поступает в резервуар для флокуляции и используется повторно. 2.2 Технология DensaDeg@. Высоконапорный осадитель DensaDeg@ был разработан французской компанией Degremont. Его можно использовать для очистки питьевой воды, тройной депфосфоризации, усиленной первичной обработки сточных вод, а также для обработки сточных вод от систем с совместным сбросом (CSO) и бытовых сточных вод (SSO). Эта технология уже внедряется во Франции, Германии и Швейцарии. В последние годы, по мере входа крупных зарубежных компаний в сфере водоснабжения на китайский рынок, некоторые отечественные водоочистные заводы также начали использовать эту технологию для расширения и модернизации существующих производственных мощностей. Например, при реконструкции водоочистного завода в Шидуньцзы в Урумчи была применена именно эта технология. Технология DensaDeg@ сочетает в себе такие методы, как коагуляция, осаждение в наклонных трубах и обратный поток ила. С точки зрения конструкции она включает в себя зону реакции, зону предварительного осаждения/концентрации и зону очистки с использованием наклонных труб (см. рисунок 2). Его особенностью является внешний циркуляционный поток флокулированного ила, что позволяет использовать его в качестве носителя для флокуляции, ускоряет процесс флокуляции и обеспечивает высокое качество образующихся флокул. Реакционная зона в основном делится на реакторы с быстрым перемешиванием и реакторы с медленным потоком. В первых происходит тщательное смешивание исходной воды с коагулянтом, что способствует предварительной коагуляции ； Во втором случае за счёт медленного подачи потока происходит полноценный «рост» флокул, в результате чего во всей зоне реакции формируется смесь с хорошими свойствами флокуляции, высокой плотностью и эффективными характеристиками разделения. Смесь, полностью сгустившаяся, поступает в зону предварительного осаждения/концентрации для быстрого разделения компонентов. Верхняя часть воды, полученная в результате первичного осаждения, направляется в зону очистки с использованием наклонных труб для дальнейшего удаления оставшихся флокулатов. Нижняя часть – ил – после концентрирования собирается с помощью устройств для сбора ила и отправляется в специальные контейнеры. Часть ила возвращается обратно в воду, а оставшаяся часть удаляется в систему обработки ила. Компания Degremont также разработала очиститель DensaDeg@4D, предназначенный специально для обработки различных видов сточных вод. Принцип его работы схож с принципом технологии DensaDeg@; очищение воды достигается за счет следующих процедур: удаление гравия и песка, удаление жиров, использование единой системы коагуляции и флокуляции, а также осаждение частиц в наклонных трубах, загущение и концентрирование ила. Процесс работы заключается в том, что вода с уже добавленным коагулянтом сначала поступает в предкоагуляционный бассейн. Здесь под действием воздушного помешивания неорганические электролиты полностью смешиваются с частицами в воде, что способствует осаждению крупных гравийных частиц на дно бассейна для их последующего удаления ； Вода, прошедшая предварительную коагуляцию, поступает в резервуар для флокуляции, где под действием механической перемешивания тщательно смешивается с обратными осадками и добавленными полимерными флокулянтами, в результате чего образуются плотные флокулы ； Вода, полностью сгустившаяся, поступает в осадительный бассейн с наклонными трубками, где в зоне предварительного осаждения большая часть флокулентов отделяется от воды, а оставшаяся часть удаляется с помощью этих трубок. Масло, плавающее на поверхности воды, собирается с помощью устройств для сбора масла, что позволяет избавиться от него ； Часть ила, осевшего на дно очистительного бассейна, возвращается обратно, а оставшаяся часть загущается и концентрируется. 2.3 Эффективность обработки В городе Форт-Уэрт в штате Техас, США, с целью разработки способов обработки пиковых нагрузок сточных вод были проведены пилотные исследования двух вышеупомянутых методов флокуляции. Результаты приведены в таблице 1. В городе Колумбия, штат Огайо, США, в целях решения проблем, связанных с заливом дождевых вод и сточных вод в системах с смешанным стоком, были проведены пилотные исследования с использованием технологий флокуляции с использованием агентов Actiflo@ и DensaDeg@. Показатели расхода воды при использовании этих технологий составляли соответственно 0,53–1,32 м³/мин и 0,49–0,81 м³/мин; средняя нагрузка на поверхность флокулянтов составляла 40 и 20 м/ч. Скорость залива воды составляла соответственно (2,0–3,1) и (1,4–1,6) м/мин. Уровень удаления взвешенных частиц превышал 85%. Результаты показали, что оба метода могут эффективно справляться с проблемами, связанными с высокими нагрузками, возникающими в результате залива дождевой или сточной воды, а также с сильными колебаниями качества воды. Кроме того, в ходе экспериментов было определено количество различных коагулянтов, необходимое для достижения уровня удаления TSS в 85%. Результаты приведены в таблице 2. Из двух приведенных примеров видно, что технологии флокуляции с использованием носителей Actiflo@ и DensaDeg@ эффективно справляются с проблемой заиливания сточных вод при высокой нагрузке. Благодаря оптимизации количества используемого флокулянта удается добиться уровня удаления твердых частиц до 85% и более. Кроме того, при одинаковых условиях для технологии Actiflo@ требуется меньшее количество реагентов, чем для технологии DensaDeg@ ； Единственным недостатком обоих методов является значительная изменчивость значения BOD в выходных водах. Это связано с тем, что процесс флокуляции относится к физико-химической обработке, и в результате этого сложно эффективно удалять растворенные органические вещества из воды. Однако в целом процесс флокуляции носителей эффективно решает проблемы переполнения сточных вод и высокой нагрузки, с которыми трудно справиться при использовании традиционных методов. 2.4 Параметры проектирования: параметры проектирования процесса флокуляции носителей Actiflo@ и DensaDeg@ приведены в таблице 3. 3. Современное состояние развития 3.1 Разработка новых устройств Француз Патрик Бино и его коллеги разработали устройство для флокуляции, объединяющее в себе несколько способов осаждения. Это устройство позволяет регулировать режим работы в зависимости от качества и количества входящей воды; оно подходит для обработки сточных вод, уровень загрязнения которых сильно меняется в течение года. В общем случае соотношение среднего расхода сточных вод в городской очистной станции в солнечную погоду, пикового расхода к расходу в дождливую погоду составляет примерно 1:2:10. В периоды малого количества воды станция работает в режиме обычного осаждения, а в сезон дождей — в режиме флокуляции с использованием коагулянтов и мелкого песка. Когда объем сточных вод находится между этими значениями, используется традиционный метод коагуляционного осаждения. Процесс работы заключается в том, что исходная вода постепенно проходит через зону добавления химикатов, зону созревания и зону осаждения с использованием наклонных труб. В зоне добавления химикатов исходная вода тщательно смешивается с коагулянтом. Полученная после предварительной коагуляции вода поступает в зону созревания, где добавляются вспомогательные вещества и мелкий песок. После того как флокулы полностью «разрастутся», вода переходит в зону очистки, где с помощью наклонных труб удаляются оставшиеся флокулы. Мелкий песок обычно оседает на дне резервуара для созревания, при этом система работает в режиме обычного осаждения ； Когда объем воды резко увеличивается, даже превышая нормативную нагрузку, скорость потока воды и скорость перемешивания возрастают. Это приводит к тому, что мелкий песок поднимается с дна бассейна и служит ядром для образования флокул. Таким образом достигается цель флокуляции. Это устройство позволяет сократить потребление ненужных химикатов по сравнению с традиционным оборудованием для коагуляции, что снижает эксплуатационные расходы. Однако требуется установка большего количества устройств управления и контроля, в связи с чем первоначальные инвестиции выше, чем при использовании традиционного оборудования. Компания Streat Philip из США разработала устройство для флокуляции с кубической структурой. Камеры для смешивания, реакции и хранения осадка имеют прямоугольную форму и органически соединены между собой в составе устройства для флокуляции. Благодаря этому конструкция является компактной, что позволяет сэкономить значительное количество пространства. Технологический процесс этого устройства следующий: сначала воду, в которую добавляются коагулянты и мелкий песок, тщательно смешивают в помещении для смешивания. Затем смесь поступает в реакционную камеру, где под действием вихревого перемешивания на основе частиц мелкого песка образуются крупные и плотные флокулы. На стенках, соединяющих реакционную камеру с камерой для осадка, имеются верхний и нижний отверстия; флокулы циркулируют между этими камерами через эти отверстия. Более крупные и плотные флокулы опускаются на дно камеры для осадка, а более легкие флокулы возвращаются обратно в реакционную камеру для дальнейшего «развития». Грязь и песок из воронки через приводное устройство направляются в устройство для очистки для разделения. Разделенный мелкий песок возвращается из устройства для очистки в камеру смешивания для повторного использования. Камера осаждения расположена прямо над реакционной камерой. Вода, в которой произошло флокулирование, поднимается вверх и проходит через сетчатое устройство для контроля течения в камеру осаждения. Частицы оседают обратно в реакционную камеру, а чистая вода вытекает через переливной плотину. Самым большим преимуществом этого устройства является его компактность: между различными элементами конструкции не требуется наличия трубопроводов для передачи воды, насосов и другого оборудования. Это позволяет избежать износа насосов и трубопроводов под действием песка, а также сокращает потребности в пространстве и инвестициях в оборудование. 3.2 Комбинированные технологии. Процесс коагуляции является важным элементом в процессе очистки воды; его можно сочетать с другими технологиями для достижения оптимальных результатов очистки. В 2005 году компания Kruger подала два патента на технологию флокуляции носителей; оба патента касались использования комбинированных методов для обработки сточных вод ； Водопроводная станция Мериосс в Париже использует технологию флокуляции с применением нанофильтрации для обеспечения 800 тысяч жителей качественной питьевой водой в количестве 14×104 м³ в сутки. Джойс Стэндли Перри и другие, с целью решения проблем токсичности и коррозийной активности химикатов, используемых в процессе флокуляции носителей, предложили использовать комбинированный метод, сочетающий электрофлокуляционный реактор с процессом флокуляции носителей. Процесс работы заключается в следующем: сначала исходная вода поступает в реактор для электроконденсации. При подаче электрического тока анодные пластины теряют электроны, в результате чего образуются ионы Al3+, Fe2+ и другие. Под действием физико-химических процессов, таких как ионизация, электролиз, гидролиз и электромагнитные эффекты, поверхностный заряд, обеспечивающий дисперсию загрязнителей, нейтрализуется, что приводит к нарушению стабильности дисперсии загрязняющих частиц ； Опустошенные сточные воды поступают в устройство для флокуляции на основе носителей (например, Actiflo@), где они проходят через смесительную камеру, камеру созревания и осадительный бак с наклонными трубками. Под действием коагулянтов и носителей в виде мелкого песка дисперсные частицы адсорбируются друг к другу, образуя плотные и качественные флокулы. В итоге, благодаря осадению в осадительном баке с наклонными трубками, происходит разделение твердых и жидких веществ, в результате чего получается чистая выходная вода. Преимущества этого процесса заключаются в отсутствии необходимости в использовании коагулянтов на основе железных или алюминиевых солей, что снижает затраты на химикаты. Кроме того, устройство имеет компактную конструкцию, что позволяет экономить пространство. Качество воды, получаемой в результате обработки, соответствует экологическим требованиям. Для улучшения эффективности процесса флокулирования с использованием носителей для удаления растворимого BOD5, Брэнден Хадсон и его коллеги разработали метод совместной обработки с использованием активных илов и носителей для флокулирования. Этот метод может осуществляться в двух режимах: ① Вода сначала подвергается обработке с использованием активных илов, а затем — с использованием носителей для флокулирования, в результате чего получается чистая вода ； ②Водная масса делится на две части: одна из них поступает в резервуар с активным илом, где после тщательного смешивания попадает в систему флокуляции на носителях; другая часть напрямую поступает в эту же систему флокуляции. Вместе с смесью, выходящей из резервуара с активным илом, эта вода проходит процедуру флокуляции и осаждения, после чего может быть сброшена в окружающую среду в соответствии с установленными стандартами. В этом процессе в качестве оборудования для флокуляции носителя может использоваться устройство Actiflo@ от компании OTV-Kruger. Часть активного ила, флокулированного в осадительном бассейне, возвращается обратно в реакционный бассейн для повторного использования, а оставшаяся часть направляется в устройство для обработки ила. В этом процессе активный ил выполняет функцию разложения растворенного BOD5 в воде, а также служит носителем и средством адсорбции в резервуаре для флокуляции. Это способствует «росту» флокул и их осаждению, что снижает необходимость в использовании носителя в виде мелкого песка. При уровне MLSS 800 мг/л и времени контакта 30 минут эффективность данной технологии в удалении BOD5, растворимого COD и TSS составляет соответственно 83,8%, 75,7% и 89,4%. Это свидетельствует о том, что данная технология способна эффективно удалять из воды растворимые органические вещества и взвешенные твердые частицы. 4 Заключение ① Флокуляция на носителях — это эффективная технология осаждения с компактной структурой и экономией ресурсов. По сравнению с традиционными методами осаждения, он обладает такими преимуществами, как высокая эффективность обработки, небольшая площадь, нечувствительность к ударным нагрузкам и меньшее потребление химикатов. ② Недостатком традиционных устройств для флокуляции является то, что циркуляция песчинок между трубопроводами и насосами сокращает срок службы оборудования. Кроме того, процесс флокуляции неэффективен для удаления растворимых органических веществ из воды, поэтому он плохо справляется с снижением уровня BOD и COD. По сравнению с традиционными устройствами, новые устройства для флокуляции требуют большего количества устройств управления и компонентов. ③ В настоящее время развитие этой технологии направлено на создание новых устройств, предназначенных для устранения различных недостатков традиционного оборудования для флокуляции, либо на использование её в сочетании с другими технологиями для достижения синергетического эффекта. Например, совместное использование с методом активных илов может решить проблему низкой степени удаления растворимых органических веществ из воды. ④ По мере усиления конкуренции на рынке водохозяйственных технологий и возрастающей нехватки энергии и ресурсов, потребности пользователей в технологических инновациях становятся все более высокими. В будущем принципами разработки оборудования должны быть повышение его уровня автоматизации, экономия ресурсов и повышение эффективности. Устройства, разработанные на основе процесса флокуляции, могут соответствовать этим принципам и способствовать созданию в нашей стране общества, ориентированного на экономию ресурсов. Они могут сыграть важную роль в области обработки воды в нашей стране и помочь сократить отставание от развитых стран. участник