Solidny system strącania i flokulacji do przemysłowego uzdatniania wody rzecznej

ALMA BHU LHPS (Lamellar High Performance Settler) to wieloetapowy proces fizykochemicznego uzdatniania wody, który łączy etapy koagulacji, flokulacji, sedymentacji oraz zagęszczania osadu w jednym kompaktowym systemie reaktorowym. Proces ten stosuje się do uzdatniania wód rzecznych, wód powierzchniowych oraz wody pitnej i służy do niezawodnego usuwania substancji mętnych, cząstek zawieszonych, fosforu, a także substancji rozpuszczonych i koloidalnych.

Koncepcja oczyszczania opiera się na optymalnie zharmonizowanej kinetyce reakcji. Celem jest najpierw chemiczna destabilizacja najdrobniejszych cząstek, a następnie połączenie ich w flokki, które ulegają sedymentacji, i wreszcie skuteczne oddzielenie ich od wody.

Koagulacja – destabilizacja najdrobniejszych cząstek

Pierwszym etapem procesu jest koagulacja. Na tym etapie do wody surowej dodaje się środek strącający, na przykład chlorek polialuminiowy (PAC), który w ciągu kilku sekund jest intensywnie mieszany z wodą.

Wiele naturalnych substancji mętniących i cząstek organicznych występuje w postaci zawiesiny koloidalnej. Ze względu na swój ładunek elektryczny na powierzchni cząstki te odpychają się nawzajem i nie mogą się osadzać. Dodanie koagulantu powoduje neutralizację tych ładunków. Jednocześnie powstają pierwsze trudno rozpuszczalne wodorotlenki metali, które adsorbują substancje rozpuszczone i wiążą najdrobniejsze cząstki.

W rezultacie powstają stabilne mikropłatki, które stanowią punkt wyjścia dla dalszej reakcji flokulacji.

Flokulacja – tworzenie się makrofloków ulegających sedymentacji

W drugim etapie procesu następuje właściwe tworzenie się kłaczków.

W tym etapie do wody dodaje się polimer jako środek flokulujący. Jednocześnie z strefy sedymentacji zawracany jest już zagęszczony osad kontaktowy. Substancje stałe zawarte w osadzie pełnią rolę zarodków krystalizacyjnych i agregacyjnych, dzięki czemu mikrokłaczki przekształcają się w większe i znacznie gęstsze makrokłaczki.

Układ hydrauliczny urządzenia ALMA BHU LHPS został specjalnie zaprojektowany tak, aby umożliwić wzrost płatków przy jak najmniejszym obciążeniu ścinającym. Dzięki stopniowemu dostarczaniu energii powstają mechanicznie stabilne płatki o doskonałych właściwościach sedymentacyjnych.

Zintegrowany system recyrkulacji osadu kontaktowego dodatkowo poprawia kinetykę reakcji, zwiększa gęstość kłaczków oraz poprawia stabilność procesu, nawet przy znacznych wahaniach jakości wody surowej.

Sedimentacja lamelowa – wydajne oddzielanie cząstek stałych

Po zakończeniu reakcji flokulacji woda trafia do zintegrowanej strefy osadzania lamelowego.

W tym miejscu następuje oddzielenie wody od cząstek stałych w procesie sedymentacji. Nachylone pakiety lamel zwiększają efektywną powierzchnię osadniczą wielokrotnie w porównaniu z tradycyjnymi osadnikami. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie wysokich obciążeń hydraulicznych przy stosunkowo niewielkiej powierzchni podstawy.

Podczas gdy oczyszczona woda przepływa w górę między lamelami i jest odprowadzana przez kanały na wodę czystą, osadzone płatki opadają wzdłuż lamel do znajdującej się poniżej strefy osadu.

Dzięki takiej konstrukcji uzyskuje się stały, niski poziom zmętnienia nawet przy wahających się natężeniach przepływu i zmiennej jakości wody surowej.

Zagęszczanie osadu i recyrkulacja osadu kontaktowego

Oddzielone cząstki stałe gromadzą się w dolnej części reaktora i są w sposób ciągły zagęszczane. System zgarniający transportuje osad do centralnego leja osadowego.

Określona część tego osadu jest ponownie kierowana do etapu flokulacji. Ten system recyrkulacji osadu kontaktowego stanowi istotną cechę charakterystyczną systemu ALMA BHU LHPS. Zwiększa on liczbę dostępnych zarodków krystalizacji, poprawia proces tworzenia się kłaczków oraz podnosi stężenie substancji stałych w procesie.

Pozostały nadmiar osadu jest automatycznie odprowadzany i przekazywany do kolejnego etapu odwadniania osadu.

Automatyczne sterowanie procesami

Wszystkie etapy procesu są na bieżąco monitorowane i regulowane za pomocą systemu sterowania ALMAControl ®. Dozowanie środków strącających i flokulujących, regulacja wartości pH, a także recyrkulacja osadu i odprowadzanie nadmiaru osadu są automatycznie dostosowywane do aktualnych warunków pracy instalacji.

Dzięki temu system ALMA BHU LHPS zapewnia wysokie bezpieczeństwo procesu i stałą jakość wody nawet przy znacznych wahaniach jakości wody surowej, zmianach sezonowych oraz zmiennych natężeniach przepływu.

Kompleksowy proces w kompaktowej jednostce reaktorowej

W przeciwieństwie do konwencjonalnych instalacji do strącania i flokulacji, w których poszczególne etapy procesu często odbywają się w oddzielnych obiektach, instalacja ALMA BHU LHPS łączy wszystkie etapy procesu w jednym reaktorze zoptymalizowanym pod względem hydraulicznym i technologicznym. W rezultacie otrzymujemy kompaktowe, wydajne i ekonomiczne rozwiązanie do uzdatniania wody rzecznej, wód powierzchniowych i wody pitnej, a także jako etap wstępnego oczyszczania przed dalszymi procesami filtracji lub procesami membranowymi.

Koagulacja i flokulacja stanowią podstawę każdego fizykochemicznego procesu uzdatniania wody i przygotowują cząstki stałe do kolejnego etapu, jakim jest sedymentacja.

Podczas koagulacji do wody surowej dodawany jest środek strącający, na przykład chlorek polialuminiowy (PAC). Substancja ta neutralizuje ładunek powierzchniowy najdrobniejszych cząstek i substancji koloidalnych, co znosi ich wzajemne odpychanie. Jednocześnie powstają trudno rozpuszczalne wodorotlenki metali, które wiążą substancje rozpuszczone i tworzą pierwsze mikrokłaczki.

W kolejnym etapie flokulacji mikrokłaczki te są łączone poprzez dodanie polimeru w większe, stabilne makrokłaczki. Specjalnie zaprojektowany układ hydrauliczny urządzenia ALMA BHU LHPS zapewnia w tym procesie kontrolowany dopływ energii, dzięki czemu kłaczki mogą się powiększać bez ryzyka ponownego rozbicia pod wpływem sił ścinających.

Jedynie płaty o odpowiedniej wielkości i stabilności mogą zostać niezawodnie oddzielone w kolejnym etapie sedymentacji lamelarnej i zapewniają stałą, wysoką jakość wody klarownej.

Recyrkulacja osadu kontaktowego stanowi istotną cechę systemu ALMA BHU LHPS i ma decydujący wpływ na wydajność tego procesu.

Szlam osadzony w strefie sedymentacji jest częściowo zawracany do reaktora flokulacyjnego. Zawarte w nim cząstki stałe pełnią rolę zarodków krystalizacyjnych i osadzeniowych, na których mogą osadzać się nowo powstałe mikrokłaczki. W ten sposób powstają większe, gęstsze i bardziej stabilne mechanicznie kłaczki.

Oprócz poprawy procesu tworzenia się kłaczków, recyrkulacja osadu kontaktowego zwiększa również szybkość reakcji w procesach strącania. Składniki organiczne i nieorganiczne mogą skuteczniej adsorbować się na kłaczkach, co zwiększa wydajność strącania i pozwala zachować stabilność procesu nawet przy zmiennej jakości wody surowej.

Ponadto wyższe stężenie substancji stałych w reaktorze pozwala na bardziej wydajne zagęszczanie osadu. Powstały nadmiar osadu charakteryzuje się już wysoką zawartością suchej masy i może zostać skierowany do odwadniania osadu bez konieczności wcześniejszego zagęszczania pośredniego.

Sedimentacja lamelowa służy do oddzielania cząstek stałych powstałych podczas strącania i flokulacji od uzdatnionej wody. W urządzeniu ALMA BHU LHPS woda po zakończeniu reakcji flokulacji przepływa równomiernie do strefy sedymentacji, w której specjalnie rozmieszczone pakiety lamelowe wielokrotnie zwiększają efektywną powierzchnię osadzania.

Gdy woda powoli przepływa w górę między nachylonymi lamelami, powstałe flokule osiadają ze względu na swoją większą gęstość. Ciała stałe spływają wzdłuż lamel w dół do wbudowanej komory osadowej, podczas gdy woda czysta jest odprowadzana przez rynny zbiorcze.

Dzięki dużej efektywnej powierzchni sedymentacyjnej możliwe jest osiągnięcie wysokich obciążeń hydraulicznych przy stosunkowo niewielkiej powierzchni podstawy. Jednocześnie zoptymalizowane prowadzenie przepływu zapewnia równomierne oddzielanie cząstek stałych oraz stałą, wysoką jakość wody oczyszczonej, nawet przy zmiennej jakości wody surowej lub zmiennych natężeniach przepływu.

Wbudowany zagęszczacz osadu zapewnia ciągłe zbieranie i zagęszczanie cząstek stałych oddzielonych w procesie sedymentacji lamelarnej. Dzięki temu osad osiąga wysokie stężenie cząstek stałych już wewnątrz reaktora i jest optymalnie przygotowany do dalszego przetwarzania.

Istotną zaletą jest to, że część zagęszczonego osadu można bezpośrednio zawrócić do etapu flokulacji jako osad kontaktowy. Dzięki temu poprawia się proces tworzenia kłaczków, przyspieszają się reakcje chemiczne oraz zwiększa się stabilność procesu.

Jednocześnie wysokie stężenie osadu zmniejsza objętość osadu przeznaczonego do transportu i odciąża kolejne urządzenia odwadniające. W wielu zastosowaniach pozwala to zrezygnować z dodatkowych etapów zagęszczania, co zmniejsza zarówno koszty inwestycyjne, jak i koszty eksploatacyjne.

Ponadto ciągłe usuwanie osadu zapobiega gromadzeniu się osadów w reaktorze i zapewnia stałą, stabilną pracę instalacji.

System ALMA BHU LHPS został opracowany z myślą o uzdatnianiu najróżniejszych rodzajów wody surowej i nadaje się w szczególności do zastosowań, w których występuje podwyższona zawartość cząstek zawieszonych i substancji mętniących lub wahająca się jakość wody.

Typowe obszary zastosowań obejmują uzdatnianie wody rzecznej, uzdatnianie wód powierzchniowych, uzdatnianie wody z jezior i zbiorników retencyjnych, a także uzdatnianie wody pitnej. Ponadto proces ten stosuje się jako etap wstępny w instalacjach filtracji membranowej, filtracji z wykorzystaniem węgla aktywnego lub filtrów wielowarstwowych.

Instalacja ALMA BHU LHPS niezawodnie usuwa zawiesiny, zmętnienia, glony, cząstki organiczne, a także składniki, które można oddzielić poprzez strącanie chemiczne, takie jak fosfor czy metale. Dzięki automatycznej regulacji procesu oraz zintegrowanemu systemowi recyrkulacji osadu kontaktowego instalacja ta charakteryzuje się wysokim poziomem niezawodności działania nawet przy sezonowych, znacznych wahaniach jakości wody surowej, podczas powodzi lub przy zmiennych natężeniach przepływu.

Każda instalacja jest indywidualnie dostosowywana do wymagań hydraulicznych, składu wody surowej oraz pożądanej jakości wody na wylocie i może być stosowana zarówno w komunalnych stacjach uzdatniania wody, jak i w przemysłowych zakładach uzdatniania wody.

System ALMA BHU LHPS usuwa zarówno substancje zawieszone, jak i te, które można oddzielić poprzez strącanie chemiczne, z najróżniejszych rodzajów wody surowej. Proces ten nadaje się w szczególności do redukcji substancji mętnych, cząstek zawieszonych i cząstek koloidalnych, a także do usuwania glonów i naturalnych substancji organicznych.

Ponadto poprzez dodanie odpowiednich środków strącających i flokulujących można przekształcić substancje rozpuszczone w związki trudno rozpuszczalne, a następnie doprowadzić do ich sedymentacji. Należą do nich na przykład związki fosforu, żelaza, manganu oraz inne metale lub śladowe substancje nieorganiczne, o ile nadają się one do strącania chemicznego.

Rzeczywisty stopień separacji zależy od składu wody surowej, stosowanych środków chemicznych oraz wymagań dotyczących jakości wody odprowadzanej. W związku z tym urządzenie ALMA BHU LHPS jest projektowane indywidualnie pod kątem konkretnego zastosowania i można je optymalnie dostosować do różnych parametrów jakości wody.

Osadniki lamelowe umożliwiają szczególnie wydajne oddzielanie cząstek stałych na niewielkiej powierzchni. Dzięki nachylonym lamelom efektywna powierzchnia sedymentacji jest znacznie większa niż w przypadku tradycyjnego osadnika, co pozwala na przetwarzanie znacznie większych obciążeń hydraulicznych.

Gdy woda przepływa w górę między lamelami, oddzielone płatki opadają wzdłuż lamel do strefy osadu. Pozwala to uzyskać krótkie drogi sedymentacji, równomierny rozkład przepływu oraz wysoką wydajność osadzania.

W porównaniu z konwencjonalnymi osadnikami osadów, osadniki lamelowe charakteryzują się zwartą konstrukcją, mniejszym zapotrzebowaniem na powierzchnię oraz wysoką stabilnością procesu. Zapewniają one stałą, wysoką jakość wody oczyszczonej nawet przy zmiennej jakości wody surowej i zmiennych natężeniach przepływu, dlatego też stanowią obecnie najnowocześniejsze rozwiązanie w komunalnym i przemysłowym uzdatnianiu wody.

System ALMA BHU LHPS jest w pełni zautomatyzowany i sterowany za pomocą systemu ALMAControl ®. Wszystkie etapy procesu są stale monitorowane i dostosowywane do aktualnej jakości wody surowej oraz do warunków pracy instalacji.

Dozowanie środków strącających i flokulujących odbywa się proporcjonalnie do przepływu i może być dodatkowo zoptymalizowane na podstawie takich parametrów pomiarowych, jak wartość pH lub zmętnienie. Podobnie automatycznie regulowany jest powrót osadu oraz odprowadzanie nadmiaru osadu, aby zapewnić stałe stężenie substancji stałych w reaktorze.

Dzięki zintegrowanej technologii pomiarowej i regulacyjnej wszystkie istotne parametry eksploatacyjne są na bieżąco rejestrowane i wizualizowane. Dzięki temu instalacja samodzielnie reaguje na wahania jakości wody surowej, zmiany sezonowe lub zmiany obciążenia, zapewniając stabilną oraz energooszczędną i oszczędną pod względem zużycia środków chemicznych eksploatację instalacji.

Otwarta koncepcja automatyzacji umożliwia ponadto integrację z nadrzędnymi systemami sterowania procesami, a także zdalny monitoring i optymalizację procesów w trakcie pracy.