Осветлительные установки применяются для предварительной очистки воды от грубодисперсных и коллоидных примесей преобладающих, как правило, в поверхностных водах.
Основная цель установки – интенсификация процесса коагуляции т.е. укрупнение природных примесей до взвешенного состояния и отделение образовавшегося шлама от осветлённой воды. Процесс коагуляции происходит с помощью реагента сернокислый алюминий Аl2(SO4)3 x 18H2O (технический продукт – глинозём), либо сернокислого железа FeSO4 x 7H2O (технический продукт – железный купорос), который реагирует с бикарбонатами исходной воды и образует крупные хлопья гидроксидов алюминия (железа):
Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 = 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2
Для поддержания рН среды и эффективности процесса применяется известкование исходной воды Са(ОН)2 , позволяющее удалять жесткость, взвешенные и органические вещества, соединен. кремния и железа. При известковании в обрабатываемую воду подаётся раствор известкового молока, где содержание Са(ОН)2 превышает растворимость на 10-20%.
Са(ОН)2 + Са(НСО3)2 = 2 СаСО3 + 2 Н2О
2 Са(ОН)2 + Мg(НСО3)2 = 2 СаСО3 + Мg(ОН)2 + 2 Н2О
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О
Первая из приведённых реакций показывает процесс декарбонизации (удаление углекислоты); вторая иллюстрирует снижение щёлочности и одновременно карбонатной жесткости исходной воды; третья, что несмотря на удаление из раствора ионов магния, величина некарбонатной жесткости исходной воды практически не изменяется (она вся становится кальциевой). Приведённые реакции завершаются быстро, а образование твёрдой фазы СаСО3 и Мg(ОН)2 происходит медленно, однако в осветлителе получившийся ранее шлам играет роль контактной среды, способствуя ускорению кристаллизации и укрупнению частиц осадка, что улучшает условия выделения его из воды. Для удаления карбонатной жесткости достаточно рН = 9,6; для осаждения магния необходимо рН = 10,3 и коагуляцию воды проводят сернокислым железом:
4 FеSO4 + 4 Ca(OH)2 + 2 Н2О + О2 = 4 Fe(OH)3 + СаSО4
Для ускорения образования крупных хлопьев используются флокулянты, которые по химическому составу подразделяются на минеральные (активированная кремневая кислота с основой силиката натрия) и органические (полиакриламид ППА).
Дозу коагулянта устанавливают экспериментально, её нельзя определить по анализу воды, но на основании статистических данных о работе коагуляционных установок её можно принять в пределах 0,25-0,75 мг-экв/л (большие значения применяются для паводкового периода).
Дозу извести определяют расчётным путём по качеству исходной воды. Дозу флокулянта принимают равной 0,5-1,0 мг/л.
Качество коагулированной воды при нормальной работе осветлителя получается следующее:
- содержание взвешенных веществ до 2 мг/л;
- прозрачность 30 см;
- снижение кремнесодержания на 60 – 90 %;
- содержание железа до 0,3 мг/л.
Конструкция осветлителя предусматривает тангенциальный ввод исходной воды в нижний конус, для закручивания потока и радиальный ввод реагентов в поток в следующем порядке: известковое молоко, раствор коагулянта, раствор флокулянта с интервалом 1-3 секунды потока. Такой ввод воды и реагентов обеспечивает хорошее смешение в турбулентном потоке и интенсифицирует реакции с образованием хлопьев. В цилиндрической части осветлителя расположены смесительные перегородки, которые гасят вращательное движение воды и в ламинарном потоке происходит укрупнение хлопьев, их отстаивание и разделение с осветлённой водой. Хлопья попадают в корпус шламоуплотнителя через приёмные окна и удаляются по линии непрерывной продувки с расходом 1,5 – 3,0 % от производительности установки, с содержанием сухого вещества 75 – 150 г/л. Осветлённая вода, через сборный желоб, отводится в бак.
Принцип технологии очистки воды в осветлительной установке остаётся актуальным на протяжении многих лет. Причиной этому является простота эксплуатации – установившийся режим не требует вмешательства и низкие эксплуатационные затраты на технические реагенты. Отличие конструкций главным образом зависит от его производительности, которая пропорциональна габаритам, а соответственно металлоёмкости. Попытки совершенствования ухудшают определённые показатели, которые являются основными недостатками:
- первоначальные капитальные затраты;
- при эксплуатации необходимо поддерживать стабильный режим: качество исходной воды, дозировку реагентов, производительность, температуру воды 40 +_ 1оС (соответственно теплоизоляцию), продолжительность реакций и отстаивания шлама; любое изменение параметров приводит к временному ухудшению качества воды.
Аварийные или технологические проскоки взвешенных веществ после осветлителя не могут быть допущены на дальнейшую очистку, вода требует дополнительного осветления, которое производится на напорных механических фильтрах, являющихся неотъемлемой стадией установки.