Технология высокоэффективной-очистки городских и промышленных сточных вод

Обычные процессы осветления широко используются для очистки муниципальной воды и очистки промышленных сточных вод. Однако большие традиционные отстойники могут стать проблематичными, когда доступная земля ограничена, гидравлическая нагрузка быстро меняется или система очистки должна быстро реагировать на пиковые потоки.

Балластная флокуляциябыл разработан для устранения этих ограничений путем объединения коагуляции,-флокуляции с помощью полимера, микро-балластировки песка, высокоскоростного-осаждения и извлечения микро-песка в одном комплексном процессе очистки.

Вместо того, чтобы полагаться только на естественные характеристики осаждения обычных хлопьев, этот процесс включает в структуру хлопьев мелкий микро-песок.Полиакриламид (ПАМ)действует как полимерный мостик между коагулированными частицами и микро-песком, образуя более крупные, плотные и быстрее-осаждающиеся агрегаты.

Эта комбинация позволяет системе флокуляции с балластом достигать значительно более высоких скоростей поверхностной нагрузки, чем при обычной седиментации, при этом занимая при этом значительно меньше места. Он также может обеспечить быструю реакцию на изменяющиеся гидравлические условия, что делает его особенно полезным для городских сточных вод, поверхностных вод, промышленных сточных вод, перелива комбинированной канализации (CSO) и ливневых вод.

ЭКОЛИНК ТЕХНОЛОГИЯпредоставляет химикаты для очистки воды и оборудование для коагуляции, флокуляции, осветления, очистки сточных вод и повторного использования воды. Для проектов, требующих компактного и высокоскоростного-разделения твердых частиц-жидкости, мы можем помочь клиентам оценить выбор ПАМ, дозировку химикатов, конфигурацию процесса и требования к оборудованию.

1. Что такое балластная флокуляция?

Балластная флокуляция – это высокоскоростной-физический-процесс химического осветления, предназначенный для ускорения отделения взвешенных твердых частиц из воды.

Технология обычно сочетает в себе три основных компонента:

1. Коагулянт на основе металлических солей.

Коагулянт на основе солей металлов, обычно хлорид железа или квасцы, дестабилизирует коллоидные и взвешенные частицы в поступающей воде.

2. Микро-песок

Микро-песок, обычно кварцевый песок с размером частиц40–300 µm, обеспечивает балласт, который увеличивает плотность развивающихся хлопьев.

3. Полиакриламид (ПАМ)

Полиакриламид действует как полимерный связующий агент. Он соединяет коагулированные микро-хлопья с микрочастицами-песка, помогая формировать компактные и быстро оседающие агрегаты.

Взаимодействие между этими тремя компонентами имеет основополагающее значение для процесса.

Коагулянт дестабилизирует частицы, ПАМ способствует слипанию частиц, а микро-песок обеспечивает дополнительную массу и плотность. Вместе они создают композитный флок, который может оседать намного быстрее, чем обычный химический флок.

По этой причине,технология балластной флокуляциине следует рассматривать просто как обычное осветление с добавлением песка. Это интегрированный процесс, в котором химические условия, характеристики полимера, концентрация микро-песка, энергия смешивания и гидравлический расчет работают вместе.

2. Как работает процесс балластной флокуляции?

Типичную систему можно разделить на четыре основных этапа обработки:

Приток → Быстрое перемешивание → Балластная флокуляция → Седиментация → Микро-Извлечение песка

Каждая ступень выполняет определенную функцию, и от того, насколько эффективно эти ступени работают вместе, зависит производительность всей системы.

Этап 1: Быстрое смешивание и коагуляция

После фильтрации или предварительной обработки приток поступает в зону быстрого-смешивания, где коагулянт быстро диспергируется.

Целью этого этапа является дестабилизация коллоидных и взвешенных частиц за счет изменения поверхностного заряда и химических взаимодействий. Через несколько секунд могут начать формироваться маленькие липкие микро-хлопья.

Хотя быстрое перемешивание происходит в течение относительно короткого периода времени, оно закладывает основу для остальной части процесса обработки. Если коагуляция неполная, последующее образование полимерных мостиков и включение микро-песка также может быть ограничено.

Поэтому выбор коагулянта, дозировку, pH и интенсивность смешивания следует рассматривать вместе, а не оптимизировать по отдельности.

Для очистки промышленных сточных вод это особенно важно, поскольку характеристики сточных вод могут значительно различаться в зависимости от производственных процессов и условий эксплуатации.

3. Балластная флокуляция: создание плотных композитных хлопьев.

После коагуляции микро-песок и полимер вносятся в один или несколько резервуаров для созревания.

В контролируемых и относительно щадящих условиях перемешивания цепи ПАМ взаимодействуют с поверхностями микро-хлопьев и частиц микро-песка. Благодаря полимерным мостикам отдельные частицы соединяются и постепенно превращаются в более крупные композитные агрегаты.

Типичное время созревания, указанное в исходном материале, составляет3–10 минут, в то время как полученные агрегаты обычно могут достигать размераболее 2,0 мм.

Цель состоит не в том, чтобы просто произвести как можно больше хлопьев.

Полезный флок должен иметь достаточное количество:

Размер частиц

Плотность

Механическая прочность

Добавление микро-песка

Осадочные характеристики

Поэтому интенсивность смешивания имеет решающее значение.

Чрезмерное усилие сдвига может разрушить вновь образовавшиеся хлопья, а недостаточное перемешивание может помешать равномерному распределению микро-песка. Надлежащий контроль процесса необходим для поддержания стабильного роста хлопьев.

4. Седиментация: высокая-сепарация твердых-жидкостей

После образования зрелых балластных хлопьев они поступают в зону осаждения.

Поскольку микро-песок включен в структуру хлопьев, полученные заполнители имеют гораздо большую эффективную плотность, чем обычные хлопья. Это существенно увеличивает скорость их осаждения.

Отстойники также могут включать наклонные пластины для увеличения эффективной площади осаждения и улучшения отделения твердых частиц.

Очищенная вода течет к выпускному отверстию, а богатый песком-ил оседает на дне бассейна.

Этот высоко-механизм разделения является одной из основных причин, почему балластная флокуляция занимает гораздо меньше места, чем традиционные системы осветления.

5. Микро-извлечение песка: создание замкнутого-процесса цикла

Микро-песок не предназначен для постоянного использования в качестве одноразового очищающего средства.

Богатый песком-ил со дна отстойника перекачивается в гидроциклон. Центробежное разделение позволяет отделить более плотный микро-песок от более легкого органического осадка.

Извлеченный песок возвращается в процесс, а оставшийся ил продолжает последующую обработку.

Микро-песок, используемый в процессе, имеет удельный вес примерно2.65.

Этот контур восстановления является важной особенностью технологии, поскольку он позволяет одному и тому же балластному материалу циркулировать по системе, а не подвергаться постоянной замене.

6. Роль полиакриламида (ПАМ) в балластной флокуляции.

Среди химических веществ, используемых в балластной системе флокуляции,Полиакриламид (ПАМ)часто является одним из наиболее влиятельных факторов, влияющих на конечные характеристики хлопьев.

PAM делает гораздо больше, чем просто «связывает частицы вместе».

Его полимерные цепи могут влиять на:

Размер флока

Плотность хлопьев

Прочность флока

Добавление микро-песка

Скорость урегулирования

Осветленное качество воды

Основной механизм – полимерное мостиковое соединение.

Молекулы ПАМ адсорбируются на поверхности коагулированных микро-хлопьев и частиц микро-песка. Одна полимерная цепь может взаимодействовать более чем с одной частицей, создавая физический мост, соединяющий частицы в более крупный агрегат.

Высоко-молекулярный-ПАМ может обеспечить относительно большой мостик и поэтому обычно рассматривается для применений, где требуются большие и плотные заполнители.

Согласно исходному материалу, в сопоставимых условиях анионный высокомолекулярный-ПАМ образовывал агрегаты примернов 1,5 раза большечем альтернативы на основе-крахмала.

Это иллюстрирует, почему выбор полимера может иметь прямое влияние на физические характеристики балластных хлопьев.

7. Как выбрать ПАМ для балластной флокуляции

Не существует одной марки PAM, которая автоматически была бы оптимальной для каждого применения балластной флокуляции.

Выбор подходящего полимера зависит от химического состава стадии коагуляции, характеристик частиц, pH, поверхностного заряда и желаемой структуры хлопьев.

Анионный полиакриламид

Анионный полиакриламидобычно используется в балластных флокуляционных процессах.

После коагуляции солей металлов положительно заряженные продукты гидролиза и коагулированные частицы могут взаимодействовать с отрицательно заряженными полимерными цепями.

Анионный ПАМ может обеспечивать как мостиковое, так и электростатическое взаимодействие и особенно полезен, когда система работает вблизи состояния-нейтрализации заряда.

Для осветления воды анионный ПАМ может поставляться в виде порошка или эмульсии в зависимости от способа приготовления полимера и системы дозирования.

Катионный полиакриламид

Катионный полиакриламидможет быть выгодным, когда дозировка коагулянта относительно мала или когда микро-хлопья сохраняют остаточный отрицательный поверхностный заряд.

В этих условиях положительно заряженный полимер может способствовать как нейтрализации заряда, так и образованию мостиков полимера.

Катионные растворы ПАМ могут рассматриваться для некоторых видов применения в городских сточных водах, вторичной очистки сточных вод и процессов удаления питательных веществ.

Окончательный выбор предпочтительно должен быть подтвержден посредством лабораторных испытаний, а не основан исключительно на типе загрузки полимера.

Неионогенный полиакриламид

Неионогенный полиакриламидоснован в первую очередь на физическом соединении и меньше зависит от зарядовой среды, чем ионные полимеры.

Поэтому он может служить полезным ориентиром во время лабораторного скрининга.

Однако это не обязательно оптимальный выбор для полномасштабной-системы флокуляции с балластом. Фактические испытания сточных вод остаются наиболее надежным методом оценки характеристик полимеров.

8. Балластная флокуляция в сравнении с традиционным осаждением

Одним из основных преимуществ балластной флокуляции является ее способность достигать высоких скоростей осаждения при компактной площади обработки.

Исходные данные дают следующее сравнение:

Эти цифры демонстрируют высокую-скорость этого процесса.

В оптимизированных условиях с концентрацией микро-песка10 g/Lи соответствующей дозировкой ПАМ, скорость осаждения балластных хлопьев может бытьв 17 раз вышечем при обычном процессе коагуляции-осаждения с использованием только хлорида полиалюминия.

В исходном материале также сообщается о коэффициенте корреляцииr = 0.94между эквивалентным диаметром хлопьев и поведением осаждения, подчеркивая важность размера хлопьев в определении эффективности осаждения.

Однако в практической инженерии эти значения следует рассматривать как справочные данные о производительности, а не как универсальные гарантии. Фактические результаты зависят от характеристик сточных вод, химических условий, конструкции оборудования и рабочих параметров.

9. Основные области применения балластной флокуляции.

Муниципальная очистка питьевой воды

Балластная флокуляция изначально была разработана для применений, связанных с мутными поверхностными водами.

Качество поверхностных вод может существенно меняться в зависимости от сезона, количества осадков, условий в верхнем течении и штормов. Поэтому система, рассчитанная на среднюю мутность, может столкнуться с внезапным увеличением содержания твердых частиц в периоды высокого-потока.

Правильно оптимизированный процесс флокуляции с балластом может поддерживать высокую-скорость осветления при изменении условий сырой-воды. Удаление мутности может превышать99%в оптимизированных условиях.

Это делает технологию привлекательной длябыстрая очистка поверхностных вод с высокой-мутностью.

Муниципальная очистка сточных вод

На городских очистных сооружениях балластная флокуляция может работать как параллельный или дополнительный процесс осветления.

В периоды повышенной гидравлической нагрузки технология может обеспечить быстрое отделение твердых частиц, не подвергая всю систему биологической очистки чрезмерному гидравлическому напряжению.

Он также может функционировать как химически усиленный процесс первичного осветления, уменьшая нагрузку твердых частиц, передаваемых на последующую биологическую очистку.

Комбинированная очистка канализационных переливов и ливневых вод

Перелив комбинированной канализации (КСО)очистка – это одно из применений, в котором высокая-очистка может обеспечить значительные эксплуатационные преимущества.

Во время сильных дождей большие объемы ливневых вод могут быстро попасть в комбинированные канализационные системы. Традиционная инфраструктура очистки сточных вод может быть экономически не рассчитана на поддержание полной пиковой-мощности очистки сточных вод в течение года.

Балластная флокуляция может достичь операционной эффективности менее чем за20 минут, что делает его особенно подходящим для периодических пиковых-событий расхода и лечения переполнения.

Это делает его практичным вариантом дляОчистка CSO и удаление твердых частиц из ливневых водгде важны быстрое развертывание и компактное оборудование.

Очистка промышленных сточных вод

Такие отрасли промышленности, как нефтегазовая, горнодобывающая, целлюлозно-бумажная, могут генерировать техническую воду, содержащую значительное количество взвешенных веществ и переменные гидравлические или химические характеристики.

На предприятиях, где площадь земли ограничена или требуется -высокая скорость удаления твердых частиц, балластная флокуляция может обеспечить эффективный этап осветления или предварительной обработки.

Путем объединения коагуляции, флокуляции ПАМ, микро-балластировки песка и высоко-скоростной седиментации этот процесс можно адаптировать к различным условиям промышленных сточных вод.

Для очистки промышленных сточных вод лабораторные исследования особенно ценны, поскольку состав сточных вод может значительно различаться в зависимости от завода, производственной линии и периода эксплуатации.

10. Ключевые рабочие параметры, влияющие на эффективность лечения.

Успешная работа зависит не только от выбора правильных химикатов.

Взаимодействие между концентрацией микро-песка, дозировкой ПАМ, интенсивностью смешивания, pH, гидравлической нагрузкой и извлечением ила определяет, достигнет ли система ожидаемой производительности.

Микро-Концентрация песка

Скорость осаждения обычно увеличивается с увеличением концентрации микро-песка, но только до тех пор, пока не будет достигнут оптимальный рабочий диапазон.

В исходном материале указано примерно10 g/Lкак оптимальная концентрация микро-песка во многих случаях.

За пределами оптимальной концентрации чрезмерное количество микро-песка может препятствовать образованию хлопьев и снижать эффективность очистки.

Типичный размер частиц микро-песка составляет40–300 µm. Частицы меньшего размера обеспечивают большую площадь поверхности и могут легче включаться в хлопья, но им также может потребоваться больше полимера для эффективного связывания.

Поэтому дозировку микро-песка следует оптимизировать вместе с дозировкой ПАМ, а не рассматривать как независимый параметр.

11. Дозировка ПАМ и стратегия инъекции

Дозировка PAM является еще одним критическим фактором вФлокуляция с помощью PAM-.

Недостаточное количество полимера может привести к образованию слабых или плохо развитых хлопьев, тогда как избыток полимера увеличивает расход химикатов, не обязательно улучшая осветление.

Двухэтапная стратегия дозирования полимера может стать альтернативой одноточечному-дозированию.

Первое добавление полимера способствует начальному зародышеобразованию хлопьев, тогда как второе добавление на стадии созревания может стимулировать рост и интеграцию оставшихся небалластированных агрегатов.

Соотношение между двумя этапами дозирования влияет на окончательное распределение хлопьев по размерам и содержание микро-песка внутри хлопьев.

По этой причине при оптимизацииPAM для очистки сточных вод, инженеры должны оценить не только дозировку, но также место и время инъекции.

12. Смешивание интенсивности

Энергию смешивания необходимо тщательно контролировать.

В исходном материале указано примерно165 s⁻¹как благоприятный градиент скорости для поддержания взвеси микро-песка и одновременного содействия образованию хлопьев.

Если скорость сдвига становится слишком высокой, развивающиеся агрегаты могут распасться.

Это важный принцип устранения неполадок.

Если хлопья не оседают должным образом, простое увеличение дозировки ПАМ может не решить проблему.

Операторам также следует проверить:

Интенсивность смешивания

Точка введения ПАМ

Дозировка коагулянта

Концентрация микро-песка

рН

Подготовка полимера

Гидравлические условия

Систематическая оценка обычно более эффективна, чем простое увеличение дозы химикатов.

13. Контроль pH в балластной флокуляции

Уровень pH сильно влияет на химию коагуляции и характеристики поверхности микро-хлопьев, вступающих в стадию балластной флокуляции.

Для коагулянтов-на основе алюминия исходный материал идентифицируетpH 6,5–8,0как обычно благоприятный диапазон.

Значительные отклонения от этого диапазона могут изменить среду загрузки и снизить эффективность адсорбции ПАМ независимо от дозировки полимера.

Поэтому следует контролировать pH вместе с мутностью, взвешенными веществами, дозировкой коагулянта и характеристиками полимера.

Стабильный pH часто необходим для поддержания стабильных характеристик флокуляции, когда характеристики сточных вод колеблются.

14. Порошок ПАМ или эмульсия ПАМ?

ПАМ доступен в различных физических формах, причем распространенными вариантами являются порошковые и эмульсионные продукты.

Порошок ПАМ обычно требует подготовки, растворения и созревания полимера перед дозированием. Этот подход может подойти для очистных сооружений, оснащенных устоявшимися системами подготовки полимеров.

Эмульсионный ПАМ может обеспечить быструю активацию полимера и может быть полезен там, где время приготовления и реакция дозирования имеют решающее значение.

Для высокоскоростных-систем очистки, работающих с прерывистыми пиковыми потоками, эмульсионный ПАМ может обеспечить эксплуатационные преимущества там, где важны быстрое приготовление и точное дозирование.

Соответствующую форму в конечном итоге следует выбирать в зависимости от дозирующего оборудования, конфигурации установки, методов эксплуатации, условий хранения и требований к обработке.

15. Почему извлечение микро-песка важно для экономики процесса

Экономическое преимущество системы флокуляции с балластом частично зависит от эффективного извлечения микро-песка.

В отличие от одноразового фильтрующего материала, микро-песок постоянно циркулирует в процессе.

Осадок,-богатый песком, перекачивается из отстойника в гидроциклон, где центробежные силы отделяют микропесок высокой-микро-песка от органического ила низкой-плотности.

Извлеченный песок возвращается в процесс, а оставшийся ил подвергается традиционной очистке осадка.

Поскольку микро-песок имеет удельный вес2.65, разделение-на основе плотности можно использовать для обеспечения эффективного восстановления.

Таким образом, полная система включает в себя:

Микро-Дозирование песка → Формирование хлопьев → Осаждение → Песок-Отвод богатого ила → Гидроциклонная сепарация → Микро-Переработка песка

Стабильная работа этой замкнутой-системы необходима для достижения долгосрочных-экономических выгод от этой технологии.

16. Экономические и эксплуатационные преимущества

Балластная флокуляция может быть особенно привлекательной для предприятий, которым требуется высокая производительность очистки в течение коротких периодов времени, но не требуется постоянная пиковая мощность в течение всего года.

В исходном материале приведены следующие справочные данные для системы очистки.100 миллионов галлонов в день (MGD):

Ориентировочные капитальные затраты: приблизительно0,20 доллара США за галлон емкости

Эксплуатационные расходы: приблизительно90 долларов за миллион галлонов в день

Эти цифры отражают условия эксплуатации, при которых регенерация микро-песка работает нормально, а энергетические и химические отходы контролируются.

Характеристика быстрого запуска особенно ценна для прерывистого применения.

Поскольку система может достичь полной эффективности лечения менее чем за20 минут, предприятие по очистке сточных вод, реагирующее на периодические штормы, не обязательно должно постоянно в течение года эксплуатировать большие традиционные очистные сооружения.

По этой причине,компактная технология очистки сточных водможет обеспечить как технические, так и эксплуатационные преимущества там, где наличие земли и управление пиковым-расходом являются основными проблемами.

17. Как правильно выбрать ПАМ для системы флокуляции с балластом

Выбор ПАМ только на основе меток «анионный», «катионный» или «высокомолекулярный» недостаточен для надежного проектирования.

Практический процесс отбора должен включать несколько этапов.

Шаг 1: Охарактеризуйте влияние

Важными параметрами могут быть:

рН

Мутность

Взвешенные вещества (SS)

Органическое вещество

Проводимость

Температура воды

Характеристики частиц

Существующая дозировка коагулянта

Шаг 2. Оптимизация коагуляции

Проведите тестирование банки, чтобы определить подходящий коагулянт и дозировку.

Шаг 3. Просмотр типов PAM

Сравните анионные, катионные и неионные полимеры по зарядовым характеристикам коагулированных частиц.

Шаг 4. Оцените концентрацию микро-песка

Использовать10 g/Lв качестве ориентира для исходного материала и оптимизации в соответствии с фактическим качеством воды и состоянием системы.

Шаг 5. Оптимизация внедрения PAM

Сравните различные точки дозирования, уровни дозировки и одноэтапное или двухэтапное добавление полимера.

Шаг 6: Оцените окончательные характеристики хлопьев

Следует учитывать следующие показатели:

Размер флока

Плотность хлопьев

Скорость урегулирования

Мутность осветленной воды

Добавление микро-песка

Характеристики осадка

Такой подход,-основанный на тестировании, обеспечивает более надежную основу для выбораПолиакриламид для балластной флокуляциичем полагаться исключительно на характеристики продукта.

18. ECOLINK TECHNOLOGY Решения для очистки воды

Различные потоки сточных вод могут иметь совершенно разные химические и физические характеристики. Таким образом, не существует универсального класса PAM или фиксированных условий эксплуатации, которые могли бы гарантировать одинаковую производительность в каждом проекте.

ЭКОЛИНК ТЕХНОЛОГИЯпоставляет химикаты и оборудование для очистки воды для муниципального и промышленного применения, включая полиакриламид, PAC, системы очистки сточных вод, оборудование для очистки воды и соответствующие решения для очистки.

Для проектов балластной флокуляции наша техническая поддержка может быть сосредоточена на:

Оценка качества поступающей воды

Выбор типа PAM

Совместимость коагулянтов и PAM

Стратегия дозирования полимера

Использование микро-песка

Микро-извлечение песка

Конфигурация процессов коагуляции и флокуляции

Высокое-разъяснение

Очистка промышленных сточных вод

Очистка муниципальных сточных вод

Выбор оборудования для очистки воды

Для оценки проекта клиенты могут предоставить имеющиеся данные о качестве поступающей воды, мощности очистки, целевые параметры сточных вод и существующую информацию о процессе.

Затем можно использовать лабораторные испытания или испытания в банках для оценки соответствующего типа ПАМ, молекулярной массы, ионных характеристик, дозировки и условий эксплуатации.

19. Заключение: более быстрое осветление за счет лучшей структуры хлопьев.

Фундаментальная ценность балластной флокуляции заключается не просто в более быстрой седиментации.

Его преимущество заключается в тщательном проектировании структуры хлопьев за счет комбинированного использованиякоагуляция, полимерные мостики, микро-балластировка песком, высокоскоростное-осаждение и извлечение микро-песка..

За счет увеличения плотности хлопьев и улучшения характеристик осаждения эта технология позволяет достичь высоких показателей очистки при значительно меньших затратах, чем традиционные системы осветления.

Его области применения варьируются от муниципальной питьевой воды и очистки сточных вод до промышленных сточных вод, управления ливневыми водами и очистки комбинированных канализационных переливов.

В то же время,Полиакриламид (ПАМ)играет важную роль в определении размера хлопьев, прочности, плотности и эффективности осаждения. Поэтому правильный выбор полимера должен учитывать химию коагуляции, pH, заряд частиц, концентрацию микро-песка, условия смешивания и стратегию дозирования.

Для клиентов, которые ищутбалластная флокуляция для очистки промышленных сточных водECOLINK TECHNOLOGY может помочь в оценке проекта, выборе химикатов и оборудовании для очистки воды на основе реальных требований применения.