Отстаивание, осаждение воды

В любой жидкости, находящейся в состоянии покоя или движущейся с небольшой скоростью, твердые примеси опускаются вниз. Процессы отстаивания и осаждения воды имеют много общего и применяются для ее очистки от взвешенных частиц. При этом между ними существует масса различий, в этой статье предлагаются подробные описания названных методов, а также возможные выгоды и ограничения при их использовании.

Определение процессов отстаивания и осаживания воды

Твердые примеси, содержащиеся в жидкости, имеют определенную удельную плотность. Процесс отстаивания воды - это метод удаления взвешенных (коллоидных) частиц под воздействием гравитационных сил. При этом более легкие загрязнения всплывают на поверхность, а тяжелые - опускаются на дно. Этот метод реализуется в различных технологиях водоочистки и позволяет минимизировать затраты.

Метод осаждения воды - это физический процесс, основанный на использовании силы тяжести для удаления нерастворимых примесей. Данный способ очистки воды аналогичен тому, что естественным образом происходит в озерах, морях и океанах. На этом принципе построены пруды-отстойники и осветлители, которые оборудуются специальными механизмами для постоянного удаления осадка.

Применение способов отстаивания и фильтрации воды, а также осаждения взвесей делает возможным сократить расходы при очистке значительных объемов стоков. Упомянутые методы основаны на естественных процессах гравитационного разделения разнородных сред (жидких и твердых). Скорость их протекания крайне невысокая и зависит от ряда факторов, которые рассматриваются для каждого из них отдельно.

Особенности и технология способа очистки воды отстаиванием

Сток индустриальных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий, а также отдельных домовладений содержат большое количество нерастворимых загрязнений. Физический метод отстаивания воды обеспечивает ее качественное осветление вследствие выпадения в осадок большей части взвесей. Интенсивность процесса, со временем сильно замедляется по мере удаления тяжелых и крупных примесей. В некоторый момент он прекращается практически полностью, когда в толще жидкости остаются только коллоидные частицы.

Описание процесса отстаивания

Этот примитивный метод широко применяется и в промышленности, и в лабораториях, и в быту. В самом простейшем виде для отстаивания воды используется любая удобная емкость: металлическая, пластиковая или стеклянная. Она устанавливается в прохладном и защищенном от солнечных лучей месте и оставляется в покое. Уже после нескольких часов на ее стенках обнаруживается слой содержащихся в воде примесей:

• нерастворимые соединения трехвалентного железа и марганца;
• ил и глинистые включения;
• песок и различные окислы;
• биологические примеси.

Оптимально процесс отстаивания воды не должен затягиваться более чем на 5-6 часов. В осадке с большой долей вероятности присутствует органика, которая становится питательной средой для развития патогенных микроорганизмов. При использовании отстоянной воды нужно быть осторожным и нижнюю треть от всего объема рекомендуется слить в дренаж.

Виды отстойников и сферы использования

Процедуру комплексного отстаивания применяют для разделения смесей веществ с водой на очистных сооружениях промышленного и коммунального назначения. При этом скорость осаживания взвешенных частиц в значительной мере зависит от их концентрации:

• Цветные воды (от 200 до 250 мг/дм³) в процессе коагулирования взвеси - в пределах от 0,35 до 0,45 мм/с.
• Мутные воды (более 250 мг/дм³) при слипании частиц - от 0,5 до 0,6 мм/с; без коагуляции - от 0,12 до 0,15 мм/с.

Производится отстаивание воды в отстойниках, которые различаются по конструкции и производительности:

• Горизонтальные. Представляют собой удлиненный прямоугольный резервуар из железобетона, дно которого повышается от входа к выходу. Вода движется с небольшой скоростью, происходит осаживание загрязнений, удаляемых из отстойников скребковым транспортером.
• Вертикальные. Круглая или квадратная в плане емкость со специальной камерой для коагуляции (образования хлопьев), установленной в центральной части в подающей трубе. Днище имеет форму перевернутого конуса или пирамиды. Вода заливается сверху и закручивается в водоворот и движется в промежутке между стенками отстойника и камеры с постепенным восхождением вверх. Частицы взвеси при этом опускаются вниз со скоростью выпадения.
• Радиальные. Железобетонный резервуар круглой формы с подачей осветляемой воды через центральный канал, оснащенный устройством ее равномерного распределения. Медленный ламинарный поток направлен радиально к краям, где сливается в концентрический желоб. Осадок сгребается специальным скребковым механизмом и откачивается из центральной части отстойника.

Производительность станций осветления воды отстаиванием для разных типов сооружений варьируется в широких пределах. Для вертикальных отстойников этот показатель достигает от 30-40 тыс. м³/сутки, а для более сложных радиальных достигает 50-60 тыс. м³ /сутки. Диаметр стандартного резервуара для последних составляет 50 м при глубине до 6 м.

Способ очистки воды осаживанием: специфика процесса

В открытых водоемах и в подземных водоносных слоях наблюдается постепенное накопление осадка из различных примесей. Технологический процесс очистки воды осаждением предусматривает использование этих естественных механизмов удаления взвешенных частиц. Таким образом, обеспечивается осветление исходной жидкости до требуемого состояния в определенные сроки.

Описание метода осаживания

Твердые взвешенные частицы, размер которых превышает 10 мкм и удельная плотность более 1,0 г/см³, должны опускаться вниз в идеальных условиях. На практике необходимо учитывать предельную скорость осаждения частиц в воде, параметры восходящих потоков и размеры отстойника. Выпадение в осадок взвеси возможно при соблюдении следующих условий:

• Вертикальная составляющая скорости потока должна быть меньше предельной скорости осаживания.
• Соотношение длины и высоты резервуара должно быть больше соотношения горизонтальной скорости потока к предельному показателю осаживания.

Эффективность очистной технологии осаждения кальция в воде точнее его нерастворимых соединений (гидратов) напрямую зависит от удельной массы частиц и потенциала. Математическая модель процесса строится на уравнении Навье-Стокса с учетом предельных ограничений. При некоторых условиях скорость оседания частиц определяется как отношение ее диаметра, возведенного во вторую степень, к значению вязкости жидкости.

Области использования метода

Способ беспрепятственного осаждения примесей воды позволяет очищать жидкости от отдельных загрязнений с достаточно низкой их концентрацией. В нашей стране среднее содержание твердых примесей в сточных сода обычно составляет от 5,0 до 100,0 мг/л. Этот метод продемонстрировал достаточную эффективность в различных отраслях и прежде всего в металлургии, горнодобывающей и химической промышленности.

Метод осаждения взвешенных частиц в воде применяется на станциях водоснабжения на следующем этапе после флокуляции и коагуляции. Такой подход обеспечивает возможность ускорения процессов очистки от коллоидных частиц. В нормальном состоянии они не оседают на дно из-за броуновского движения и статических зарядов.

Преимущества и недостатки методов осаживания и отстаивания воды

Необходимость очистки больших объемов коммунальных и индустриальных стоков вынуждает человечество искать наиболее простые и действенные технологии. Описанные выше методы очистки воды осаждением и отстаиванием имеют общую основу и обеспечивают ряд преимуществ:

• высокая производительность;
• достаточная степень очистки;
• надежность сооружений.

При точных расчетах и строгом соблюдении технологической дисциплины при эксплуатации сооружения для осаждения взвесей из воды достигается необходимая их эффективность. Многолетняя практика применения по всему миру демонтирует высокие технико-экономические показатели станций очистки бытовых и промышленных стоков.

Специалисты компании «Diasel Engineering» рекомендуют способ отстаивания воды из центрального водопровода перед употреблением. Это позволяет избавиться от большей части механических примесей без специального оборудования и каких-либо дополнительных затрат.