Úprava povrchovej vody, riečnej vody a surovej vody na účely výroby pitnej vody kladie vysoké nároky na technológiu spracovania, dávkovanie chemikálií a stabilitu procesu. Prírodné vody obsahujú v závislosti od pôvodu a ročného obdobia rôzne množstvá suspendovaných látok, koloidných častíc, humínových látok, rias, železa, mangánu, zlúčenín fosforu a organických zložiek. Mnohé z týchto látok sú tak jemne rozptýlené alebo rozpustené, že ich nie je možné spoľahlivo odstrániť jednoduchou sedimentáciou.
Na riešenie týchto úloh sa v modernej úprave vody využívajú procesy zrážania, koagulácie, flokulácie a sedimentácie. Systém ALMA BHU LHPS, lamellárny vysokovýkonný usadzovač, kombinuje tieto procesné kroky v jednom kompaktnom reaktorovom systéme. Systém spája dávkovanie chemikálií, rýchle premiešavanie, koaguláciu, flokuláciu, lamelovú sedimentáciu a zahusťovanie kalu v jednotke s viacerými komorami. Výsledkom je výkonný a stabilný proces úpravy, ktorý umožňuje dosahovať vysokú kvalitu výstupnej vody aj pri kolísajúcej kvalite surovej vody.
Reaktor LHPS je obzvlášť vhodný pre aplikácie, pri ktorých je potrebné čistiť veľké množstvá vody na malej ploche. Ide okrem iného o úpravu povrchovej vody z jazier a priehrad, úpravu riečnej vody pri výrazne kolísavom zakalení, ako aj o predúpravu surovej vody pri výrobe pitnej vody.
Obsah
Konštrukcia a základný princíp reaktora LHPS
Systém ALMA BHU LHPS je koncipovaný ako viacstupňový reaktorový systém. Jednotlivé procesné zóny sú hydraulicky a technologicky prepojené tak, aby sa zložky vody postupne destabilizovali, premenili na vločky, oddelili a zahustili vo forme kalu.
Reaktor sa v podstate skladá z troch po sebe nasledujúcich reakčných zón: koagulačného reaktora, flokulačného reaktora a sedimentačnej zóny s nad ňou umiestneným lamelovým čističom a pod ňou umiestneným zhusťovačom kalu.
V koagulačnom reaktore sa dávkuje koagulačné a zrážacie činidlo. Zvyčajne sa na tento účel používa polyalumíniový chlorid, skrátene PAC. Ihneď po dávkovaní začína chemická destabilizácia častíc obsiahnutých vo vode. Mnohé prírodné zákalové látky, ílovité minerály, organické koloidy a jemne rozptýlené častice majú elektrický povrchový náboj. Tento náboj bráni vzájomnému zhlukovaniu častíc, keďže sa vo vode elektrostaticky odpudzujú. Pridaním PAC sa tieto náboje znížia alebo neutralizujú. Zároveň vznikajú štruktúry hydroxidu hlinitého s veľkým špecifickým povrchom, na ktorých sa môžu adsorbovať častice, organické látky a čiastočne aj rozpustené zložky.
Z častíc, ktoré boli pôvodne stabilne rozptýlené vo vode, sa týmto spôsobom vytvoria prvé mikroflokuly. Tie sú ešte malé a nedokážu sa dostatočne usadzovať, tvoria však základ pre následnú flokuláciu. Rozhodujúce je, aby sa flokulant rýchlo a rovnomerne rozptýlil vo vode. Preto sa dávkovanie PAC v reaktore LHPS uskutočňuje v oblasti intenzívne pracujúceho rýchleho miešača. Príkon energie je v tejto zóne zámerne vysoký, aby sa zrážadlo v priebehu veľmi krátkeho času dostalo do kontaktu s celým prúdom surovej vody.
Po koagulácii voda prúdi do flokulačného reaktora. Tam sa vytvorené mikrofloky za kontrolovaných hydraulických podmienok zlučujú do väčších, hustejších a dobre usadzovateľných makroflokov. Na tento účel sa dávkuje flokulačné činidlo, zvyčajne polymér. Tento polymér spája jednotlivé mikrofloky navzájom a podporuje tvorbu stabilných flokulačných štruktúr. Na rozdiel od koagulácie sa v tejto fáze procesu nevyžaduje vysoký prísun energie. Príliš silné šmykové sily by vznikajúce flokuly opäť rozbili. Preto flokulačný reaktor pracuje s pomalým, kontrolovaným premiešavaním.
Tretia hlavná zóna je sedimentačná zóna. Tu sa vytvorené zrazeniny oddeľujú pôsobením gravitácie. Nad sedimentačnou zónou sa nachádzajú lamelové moduly, ktoré výrazne zväčšujú efektívnu usadzovaciu plochu. Voda prúdi nahor cez lamely, zatiaľ čo zrazeniny skĺzavajú po šikmých plochách nadol a dostávajú sa do zóny zahusťovania kalu. Týmto spôsobom je možné dosiahnuť vysoké hydraulické zaťaženie pri kompaktnej konštrukcii.
Foto: Základná konštrukcia reaktora ALMA BHU LHPS
Prívod surovej vody a rovnomerné rozdeľovanie
Na začiatku procesu sa surová voda privádza do jednotlivých čistiacich liniek reaktora LHPS. Každé prívodné potrubie je vybavené prietokomerom a regulačnou armatúrou, takže hydraulické zaťaženie každej linky je možné nastaviť individuálne. Toto rovnomerné rozdelenie je kľúčové pre stabilnú precipitáciu a flokuláciu, keďže dávkovanie chemikálií prebieha úmerne k prietoku surovej vody.
Najmä v prípade povrchovej a riečnej vody sa kvalita surovej vody často výrazne mení. Po silných dažďoch môže krátkodobo výrazne stúpnuť zákal, obsah tuhých látok a organické zaťaženie. Zloženie vody menia aj sezónne vplyvy, ako je rast rias alebo vnášanie lístia. Presná regulácia prietoku preto tvorí základ pre to, aby nasledujúce kroky dávkovania prebiehali stabilne a reprodukovateľne.
Pri úprave pitnej vody je toto riadené dávkovanie surovej vody obzvlášť dôležité, pretože už predúprava má podstatný vplyv na výkonnosť nasledujúcich filtračných stupňov, filtrov s aktívnym uhlím alebo dezinfekčných postupov. Čím rovnomernejšie sa častice a organické zložky odstraňujú v stupni zrážania a flokulácie, tým menšie je zaťaženie nasledujúcich krokov úpravy.
Koagulácia a rýchle premiešavanie v reaktore LHPS
V prvom aktívnom kroku spracovania sa koagulačné činidlo vstrekne do koagulačného reaktora. Miesto vstrekovania sa nachádza v oblasti lopatiek miešača, čím sa dosiahne veľmi rýchle rozptýlenie koagulačného činidla v celom objeme reaktora. V opísanom koncepte postupu sa používa tekutý PAC v dávkovacej koncentrácii približne päť percent.
PAC sa v úprave vody používa mimoriadne často, pretože má vysokú účinnosť pri destabilizácii koloidných častíc a zároveň sa dá relatívne dobre regulovať. Hneď ako sa PAC dostane do surovej vody, vytvárajú sa hydrolytické produkty obsahujúce hliník. Tie reagujú s časticami a rozpustenými zložkami prítomnými vo vode. Tým sa znižujú elektrické povrchové náboje, v dôsledku čoho časticami, ktoré boli predtým stabilne suspendované, strácajú vzájomné odpudzovanie. Zároveň vznikajú jemné hydroxidové vločky, ktoré pôsobia ako adsorpčné plochy.
V praxi to znamená, že veľmi jemné zákalové látky, organické koloidy, humínové látky alebo najjemnejšie hydroxidy kovov sa jednoducho „neodfiltrujú“, ale chemicko-fyzikálnym spôsobom sa premenia na formu, ktorú je možné následne mechanicky oddeliť. Koagulácia teda vytvára podmienky na to, aby sa z nesedimentovateľných zložiek vytvorili sedimentovateľné vločky.
Prísun energie v koagulačnom reaktore je výrazne vyšší ako v nasledujúcej fáze flokulácie. Je to nevyhnutné, pretože reakcie prebiehajú bezprostredne po dávkovaní a zraďovadlo sa musí v veľmi krátkom čase rovnomerne rozptýliť. Nedostatočné premiešanie by viedlo k lokálnemu predávkovaniu alebo poddávkovaniu. Pri poddávkovaní zostávajú koloidy stabilné, pri predávkovaní sa môžu zrazeniny stať nestabilnými alebo môže dôjsť k zbytočne vysokej spotrebe chemikálií.
Rýchlosť miešania a doba zdržania sú preto prispôsobené tvorbe mikroflokúl. Cieľom nie je vytvoriť už v tejto fáze veľké flokuly, ale dosiahnuť čo najúplnejšiu destabilizáciu zložiek vody. Vznikajúce mikroflokuly následne tvoria základ pre samotnú tvorbu flokúl vo flokulačnom reaktore.
Foto: Schematická konštrukcia flokulačného reaktora
Prechod do flokulačného reaktora a pridanie kontaktného kalu
Po koagulácii voda prúdi cez spodnú spojovaciu rúrku do flokulačného reaktora. Už v tejto prechodnej zóne prebieha kľúčový technologický krok: pridávanie recirkulovaného kalu.
Tento spätný kal pochádza zo sedimentačnej a zahusťovacej zóny reaktora LHPS a obsahuje už vytvorené vločky. Jeho spätným vrátením sa do procesu dodávajú aktívne povrchy tuhých látok a kryštalizačné zárodky. Vďaka tomu prebiehajú zrážacie a flokulizačné reakcie nielen vo voľnom objeme vody, ale predovšetkým na povrchoch prítomných častíc. To zvyšuje rýchlosť reakcie a zlepšuje stabilitu vznikajúcich vločiek.
Z chemicko-fyzikálneho hľadiska pôsobí kontaktný kal ako reakčné a adsorpčné médium. Jemné častice, rozpustené organické látky a novo vzniknuté hydroxidové štruktúry sa môžu usadzovať na už existujúcich zrazeninách. Tým sa zvyšuje hustota zrazenín v reaktore a výrazne stúpa pravdepodobnosť úspešných zrážok častíc. Z mnohých malých, pomaly reagujúcich jednotiek vzniká hustejší systém zrazenín s lepšími sedimentačnými vlastnosťami.
Ďalšou výhodou je, že zrážacie reakcie prebiehajú výlučne na suspendovaných vločkách a nie na stenách, vnútorných konštrukciách alebo miešačoch. Tým sa znižuje tvorba usadenín v reaktore a zvyšuje sa prevádzková bezpečnosť. Práve pri kolísajúcej kvalite surovej vody, čo je typické pre úpravu riečnej vody, prispieva recirkulácia kontaktného kalu podstatne k stabilite procesu.
Dávkovanie polymérov a tvorba stabilných makroflokúl
Vo flokulačnom reaktore sa navyše dávkuje aniónový polymér. Polymér neslúži v prvom rade na chemickú precipitáciu, ale podporuje mechanicko-fyzikálnu tvorbu veľkých, hustých a usadzovateľných zrazenín. Predtým vytvorené mikrozrazeniny sa vďaka polyméru navzájom spájajú. Pri tom vznikajú mostíky medzi jednotlivými časticami a zrazeninovými štruktúrami, čím zrazeniny rastú a získavajú na pevnosti.
Dávkovanie polyméru prebieha cielene na strane prúdu turbínového miešača. Aby sa polymér rýchlo a rovnomerne vmiešal do vody, rozdeľuje sa cez dávkovací krúžok s viacerými otvormi a pred pridaním sa riedi. Toto riedenie je dôležité, pretože vysoko koncentrované roztoky polyméru by mohli miestne viesť k predávkovaniu alebo k nerovnomernej štruktúre zrazenín. Dobré rozptýlenie zabezpečuje, že polymér prichádza do kontaktu s čo najväčším počtom mikroflokúl a tvorba mostíkov prebieha efektívne.
Dávkovanie polyméru sa vypočítava na základe prietoku surovej vody a proporcionálne sa upravuje. Vďaka tomu zostáva koncentrácia aktívnej látky v pomere k množstvu upravenej vody konštantná. V prípade výrazných zmien kvality surovej vody je možné koncentráciu dávkovania prispôsobiť. To je obzvlášť dôležité v prípade povrchovej a riečnej vody, keďže zákal, obsah organických látok a zloženie častíc sa môžu rýchlo meniť.
Pre tvorbu vločiek je rozhodujúce nielen správne dávkovanie chemikálií, ale aj vedenie prúdu v reaktore. Vločky sa musia navzájom zrážať dostatočne často, aby mohli rásť. Zároveň nesmú byť šmykové sily príliš vysoké, pretože inak by sa veľké vločky opäť rozpadli. Flokulačný reaktor LHPS je preto navrhnutý tak, aby boli navzájom zosúladené prísun energie, doba zdržania a charakteristika miešadla.
Pomalé premiešavanie a postupný prísun energie
Na rozdiel od rýchleho miešania v koagulačnom reaktore pracuje flokulačný reaktor s pomaly bežiacim turbínovým miešačom. Otáčky sa pohybujú v nízkom rozsahu a dajú sa regulovať pomocou frekvenčného meniča. Cieľom je rovnomerné, ale šetrné premiešanie.
Tento spôsob prevádzky má rozhodujúci vplyv na kvalitu vločiek. Kým pri koagulácii je potrebný vysoký prísun energie na rýchle chemické reakcie, flokulácia musí prebiehať za podstatne pokojnejších podmienok. Vznikajúce vločky majú poréznu štruktúru. Musia dosiahnuť dostatočnú veľkosť, aby mohli dobre sedimentovať, zároveň však musia zostať dostatočne husté a stabilné, aby sa v sedimentačnej zóne opäť nerozpadli.
Systém ALMA BHU LHPS na tento účel využíva stupňovitý prísun energie. Od koagulačného reaktora cez reaktor s okruhovým flokulovaním až po nasledujúcu stúpaciu zónu sa intenzita premiešavania postupne znižuje. Toto znižovanie podporuje prirodzený proces rastu vločiek. Najskôr vzniká veľa malých mikroflokúl, ktoré následne pri kontrolovanom pohybe rastú do väčších vločiek a v poslednej zóne sa štruktúra vločiek môže ďalej stabilizovať.
Flokulačná zóna je konštruovaná ako reaktor s miešacími slučkami a uzavretým obehovým prúdom. Obehová komora sa skladá z centrálnej vodiacej rúrky, v ktorej je inštalovaná turbína, a vonkajšej flokulačnej zóny. Obe časti sú navzájom prepojené v hornej aj dolnej časti. Voda tak cirkuluje kontrolovaným spôsobom cez reaktor, čím sa dosahuje rovnomerná doba kontaktu a dobré premiešanie.
Toto hydraulické usporiadanie má významný vplyv na kinetiku flokulácie. Tvorba flokov nie je čisto chemický proces, ale vo veľkej miere závisí od počtu účinných kontaktov medzi časticami. Príliš malý pohyb vedie k nedostatočným zrážkam, príliš veľký pohyb zase ničí už vytvorené floky. Reaktor ALMA BHU LHPS zabezpečuje vyvážený pomer medzi týmito dvoma extrémami.
Doba zdržania ako kľúč k stabilnej kvalite procesu
Doba zdržania v zóne flokulácie a v nasledujúcej zóne vzostupu je v opísanom systéme približne 12 až 25 minút. Táto doba zdržania je kľúčová pre úplnú tvorbu zrazenín a tým aj pre kvalitu následného oddeľovania tuhých látok.
Počas tohto obdobia prebieha súčasne viacero procesov. Destabilizované častice sa usadzujú na existujúcich vločkách, polymérne mostíky stabilizujú štruktúru vločiek a spätné vrátenie kontaktného kalu zvyšuje počet aktívnych povrchov. V dôsledku toho vznikajú väčšie a hustejšie vločky s dobrými vlastnosťami usadzovania.
Dostatočne dlhá doba zdržania je dôležitá najmä v prípade studenej vody. Nízke teploty vody zvyšujú jej viskozitu a spomaľujú mnohé reakčné a transportné procesy. V praxi to môže viesť k tomu, že vločky rastú pomalšie alebo sa vytvárajú menej stabilné. Vďaka vhodne nastavenej dobe zdržania a spätnému vráteniu kontaktného kalu zostáva proces stabilný aj pri nízkych teplotách.
Pre úpravu povrchovej vody je to obzvlášť dôležité, keďže jazerá a vodné nádrže vykazujú v priebehu roka výrazné teplotné výkyvy. Pri úprave riečnej vody môžu navyše nastať rýchle zmeny zákalnosti surovej vody. Na druhej strane, pri úprave pitnej vody je potrebná trvalo vysoká stabilita procesu, aby sa spoľahlivo odbremenili nasledujúce fázy filtrácie a dezinfekcie.
Sedimentácia v reaktore LHPS
Po flokulácii voda prúdi do sedimentačnej komory. Tam sa vytvorené makroflokuly oddelia od vody pôsobením gravitácie. Kvalita tohto oddelenia priamo závisí od štruktúry flokulov dosiahnutej v predchádzajúcom kroku. Veľké, husté a pevné flokuly klesajú rýchlejšie a vedú k nižším hodnotám zákalu v čistej vode.
Reaktor ALMA BHU LHPS využíva sedimentáciu podporovanú lamelami. Pri tomto procese sa sedimentačná plocha výrazne zväčšuje vďaka šikmým lamelovým modulom. Voda prúdi nahor cez lamely, zatiaľ čo tuhé častice skĺzavajú po povrchu lamiel nadol. Tento princíp protiprúdu umožňuje vysokú účinnosť oddeľovania na pomerne malej základnej ploche.
Moduly s lamelami vo forme plástov, opísané v tomto dokumente, ponúkajú priaznivé hydraulické vlastnosti. Vnútri lamiel vznikajú ustálené prúdenie, ktoré podporuje usadzovanie jemných vločiek. Zároveň majú moduly vďaka svojej štruktúre vysokú mechanickú stabilitu. Lamely sú naklonené tak, aby sa usadené vločky samovoľne zosúvali nadol a dostávali sa do oblasti kalu.
Z hľadiska procesnej techniky pôsobí lamelová sedimentácia ako znásobenie usadzovacej plochy. V klasickej usadzovacej nádrži horizontálna plocha rozhodujúcim spôsobom určuje možné hydraulické zaťaženie. Vďaka nakloneným lamelám sa táto účinná plocha výrazne zväčšuje. Vďaka tomu je možné reaktor vyrobiť v kompaktnejšej podobe bez zhoršenia separačnej výkonnosti.
Pre zariadenia na úpravu riečnej vody je to veľká výhoda, pretože pri povodniach môžu nastať vysoké hydraulické zaťaženia a veľké množstvo suspendovaných látok. Pri úprave povrchovej vody umožňuje lamelová technológia priestorovo úspornú konštrukciu, napríklad v prípade obmedzených plôch v existujúcich vodárňach. Pri úprave pitnej vody prispieva k výraznému zníženiu množstva suspendovaných látok pred filtráciou.
Foto: Oddeľovanie kalu pomocou lamelového oddeľovača s voštinovou štruktúrou v reaktore ALMA BHU LHPS
Odvod čistej vody a zabezpečenie kvality odtoku
Upravená voda sa zachytáva nad lamelami a odvádza sa cez žľaby na čistú vodu. Usporiadanie žľabov na čistú vodu je navrhnuté tak, aby umožňovalo rovnomerný odtok a zabraňovalo vzniku hydraulických skratových prúdov. Rovnomerné zaťaženie lamiel je kľúčové, aby sa vločky neodnášali miestnymi špičkami prúdenia.
Kvalita výstupu sa počas prevádzky monitoruje prostredníctvom kľúčových parametrov, ako sú zákal a hodnota pH. Obe hodnoty poskytujú dôležité informácie o výkonnosti procesu. Zvyšujúci sa zákal v čistej vode môže poukazovať na neúplnú koaguláciu, narušenú tvorbu vločiek, hydraulické preťaženie alebo príliš vysoké šmykové sily. Hodnota pH ovplyvňuje účinnosť zrážacích chemikálií a rozpustnosť vznikajúcich hydroxidov kovov. Preto je monitorovanie pH podstatnou súčasťou riadenia procesu.
Pri úprave pitnej vody má táto súvislosť osobitný význam. Stabilná precipitácia a flokulácia znižujú nielen zákal, ale aj obsah prírodných organických látok. Tým sa odľahčia následné filtre, môže sa znížiť spotreba dezinfekčných prostriedkov a obmedzí sa tvorba nežiaducich vedľajších produktov dezinfekcie.
Zhustenie kalu v integrovanom systéme
Flokuly, ktoré sa usadili v sedimentačnej zóne, sa hromadia v spodnej časti reaktora LHPS. Tam je umiestnená integrovaná zóna zahusťovania kalu. Odstraňovač dopravuje usadený kal do centrálneho kalového lievikového zásobníka. Dodatočné stieracie štíty a škrabacie tyče podporujú zahusťovanie tým, že premiešavajú kal a zároveň uľahčujú odvod vody smerom nahor.
Integrované zahusťovanie kalu je podstatnou výhodou systému LHPS. V mnohých konvenčných zariadeniach na zrážanie a flokuláciu vzniká relatívne riedky kal, ktorý sa pred odvodnením musí najskôr spracovať v samostatných zahusťovačoch. Systém LHPS dokáže vďaka kombinácii lamelovej sedimentácie, odstraňovania kalu a spätného vedenia dosiahnuť vysokú koncentráciu kalu. Vďaka tomu je možné odobratý kal často priamo odviesť na odvodňovanie.
Tým sa znižujú priestorové nároky, zjednodušuje sa spracovanie kalu a môžu sa znížiť prevádzkové náklady. Zároveň vysoká koncentrácia kalu v systéme zlepšuje flokulačnú reakciu, pretože časť zahusteného kalu sa vracia späť do flokulačnej zóny ako kontaktný kal.
Spätný kal a prebytočný kal
Z centrálneho kalového lievikového zásobníka sa časť kalu vracia ako spätný kal pomocou excentrických šnekových čerpadiel do predchádzajúceho flokulačného zariadenia. Otáčky čerpadiel sa automaticky prispôsobujú v závislosti od prietoku surovej vody. Vďaka tomu zostáva pomer surovej vody, dávkovania chemikálií a kontaktného kalu stabilný aj pri meniacom sa hydraulickom zaťažení.
Prebytočný kal sa odoberá samostatne z kalového násypníka. Odber prebieha diskontinuálne, pretože kal by vzhľadom na svoju vysokú konzistenciu pri kontinuálnom čerpaní mohol spôsobiť príliš nízke rýchlosti toku v potrubiach. Intermitentné čerpanie zabezpečuje, že sa zabráni usadzovaniu a upchatiu. Riadiaci systém pritom zohľadňuje prietok surovej vody, zákal surovej vody a hustotu kalu v sedimentačnom nádrži.
Tento spôsob prevádzky ukazuje, že spracovanie kalu nie je dodatočným vedľajším procesom, ale integrálnou súčasťou úpravy vody. Kvalita flokulácie, výkonnosť sedimentácie a stabilita zahusťovania kalu sa navzájom ovplyvňujú. Reaktor ALMA BHU LHPS túto vzájomnú interakciu cielene využíva tým, že kal nielen odstraňuje, ale ho čiastočne opäť využíva ako reaktívne procesné médium.
Foto: Odlučovač kalu so zhusťovaním a kruhovým čističom reaktora ALMA BHU LHPS
Automatizované riadenie procesov pomocou ALMAControl
Proces v reaktore ALMA BHU LHPS je riadený prostredníctvom systému ALMAControl. Automatizácia zahŕňa okrem iného dávkovanie PAC a polyméru v závislosti od prietoku surovej vody, reguláciu hodnoty pH, recirkuláciu kalu, ako aj odvod prebytočného kalu.
Dávkovanie chemikálií úmerné prietoku je mimoriadne dôležité, pretože kvalita a množstvo vody nie sú v mnohých aplikáciách konštantné. V prípade povrchovej vody môžu zrážky, rozmnoženie rias alebo sezónne zmeny ovplyvniť zloženie surovej vody. V prípade riečnej vody sa často vyskytujú krátkodobé kolísania spôsobené povodňami, vnášaním sedimentov alebo priemyselnými a poľnohospodárskymi vplyvmi. Pri úprave pitnej vody však musí byť proces riadený tak stabilne, aby nasledujúce etapy mohli spoľahlivo fungovať.
Okrem prietoku sú kľúčovými kontrolnými parametrami zákal a hodnota pH. Hodnota pH ovplyvňuje rozpustnosť a účinnosť zrážacích produktov. Ak hodnota pH nie je v optimálnom rozmedzí, zrážanie môže prebiehať neúplne alebo sa môže znížiť kvalita zrazenín. Cieleným dávkovaním kyseliny alebo lúhu je možné nastaviť procesný rozsah tak, aby koagulácia, flokulácia a následná filtrácia optimálne spolupracovali.
Využitie pri úprave povrchových vôd
Pri úprave povrchovej vody z jazier, priehrad alebo akumulačných nádrží je často hlavným cieľom odstránenie zákalových látok, rias, humínových látok a fosforu. Výskyt týchto látok sa v jednotlivých ročných obdobiach výrazne líši. Kým na jar a v lete môžu prevládať biologické procesy, ako je rast rias, na jeseň a v zime často dochádza k zvýšenému prísunu organických látok a minerálnych častíc.
Reaktor LHPS je vhodný pre túto aplikáciu, pretože ho možno flexibilne riadiť ako z chemického, tak aj z hydraulického hľadiska. Dávkovaním PAC sa destabilizujú jemne rozptýlené častice a organické koloidy. Následná flokulácia premieňa tieto látky na usadzovateľné zrazeniny. Lamelová sedimentácia spoľahlivo odstraňuje tuhé látky, zatiaľ čo integrované zahusťovanie kalu koncentruje vznikajúci kal.
Obzvlášť výhodná je recirkulácia kontaktného kalu. Povrchová voda často obsahuje látky, ktoré reagujú len pomaly alebo neúplne. Recirkuláciou aktívnych povrchov flokov sa zlepšuje reakčná kinetika. Organické látky môžu zostať v kontakte s flokmi dlhšie, čím sa zlepšuje ich adsorpcia. To nielen zlepšuje kvalitu čistej vody, ale aj odľahčuje následné filtračné stupne.
Využitie pri úprave riečnej vody
Riečna voda kladie na procesnú techniku mimoriadne vysoké nároky, pretože jej kvalita a množstvo sa môžu veľmi rýchlo meniť. Pri povodniach sa zákal a obsah tuhých látok často v krátkom čase výrazne zvyšujú. Zároveň sa môžu vyskytnúť organické znečistenia, riasy, mikropolutanty a vplyvy poľnohospodárstva.
Systém na úpravu riečnej vody musí byť preto odolný voči kolísaniam hydraulických parametrov a zloženia vody. Reaktor ALMA BHU LHPS to dosahuje kombináciou intenzívneho rýchleho miešania, riadenej flokulácie, spätného vedenia kontaktného kalu a lamellového čistenia. Dávkovanie úmerné prietoku zabezpečuje, že množstvo chemikálií a prietok surovej vody zostávajú navzájom zosúladené. Recirkulácia kalu zvyšuje hustotu zrazenín v systéme a zlepšuje separáciu aj pri meniacom sa zložení surovej vody.
Lamelová sedimentácia je obzvlášť vhodná pre riečnu vodu, pretože umožňuje spracovať veľké množstvá tuhých látok na kompaktnej ploche. Zároveň integrované zahusťovanie zabezpečuje, že aj väčšie množstvá kalu sa z procesu efektívne odstraňujú. To predstavuje významnú prevádzkovú výhodu najmä pri silných dažďoch alebo povodniach.
Využitie pri úprave pitnej vody
Pri úprave pitnej vody slúži zrážanie a flokulácia väčšinou ako kľúčová fáza predúpravy. Cieľom je znížiť obsah zákalových látok, prírodných organických látok, rias, železa, mangánu, fosforu a nečistôt viazaných na častice do takej miery, aby nasledujúce fázy procesu mohli prebiehať bezpečne a hospodárne.
Reaktor LHPS podporuje tento proces stabilným a kontrolovaným odstraňovaním častíc a koloidnej frakcie. Koagulácia znižuje stabilitu najjemnejších zložiek vody, flokulácia z nich vytvára oddeliteľné makrofloky a lamelová sedimentácia ich odstraňuje z prúdu vody. Výsledkom je výrazne čistejšia voda s nižším obsahom častíc.
To má priamy vplyv na prevádzkovú bezpečnosť vodárne. Je možné predĺžiť prevádzkovú dobu filtrov, skrátiť intervaly spätného preplachovania a znížiť zaťaženie stupňov s aktívnym uhlím alebo membránami. Zároveň môže odstraňovanie prírodných organických látok prispieť k zníženiu spotreby dezinfekčných prostriedkov a rizika tvorby vedľajších produktov dezinfekcie.
Pre úpravu pitnej vody je okrem toho kľúčové aj monitorovanie procesu. Online merania zákalu a hodnoty pH umožňujú nepretržité hodnotenie kvality výstupnej vody. V spojení s automatizovaným riadením je možné reaktor LHPS prispôsobiť meniacim sa podmienkam surovej vody bez toho, aby došlo k narušeniu stability úpravy.
Výhody systému ALMA BHU LHPS
Systém ALMA BHU LHPS spája základné kroky chemicko-fyzikálnej úpravy vody v jednom kompaktnom systéme. V porovnaní s konvenčnými zariadeniami prináša viacero technologických výhod.
Intenzívne rýchle premiešavanie zabezpečuje, že zraďovadlo sa ihneď po dávkovaní optimálne rozptýli. Následná flokulačná zóna so svojím odstupňovaným prísunom energie a definovanou dobou zdržania poskytuje priaznivé podmienky pre tvorbu stabilných vločiek. Recirkulácia kontaktného kalu zvyšuje rýchlosť reakcie, zlepšuje adsorpciu a vedie k tvorbe hustejších vločiek, ktoré sa lepšie usadzujú.
Lamelová sedimentácia umožňuje vysokú účinnosť oddeľovania na malej ploche. Zároveň integrované zahusťovanie kalu zabezpečuje, že vznikajúci kal je odoberaný v koncentrovanej forme a čiastočne sa môže vrátiť späť ako procesné médium. Automatické riadenie prostredníctvom systému ALMAControl spája tieto kroky procesu do stabilného celkového systému.
Vďaka tomu je systém LHPS obzvlášť vhodný pre aplikácie, v ktorých sa kladú vysoké nároky na kvalitu čistenia, prevádzkovú bezpečnosť a efektívnosť využitia plochy. To platí pre komunálnu aj priemyselnú úpravu vody, ako aj pre predúpravu povrchovej vody, riečnej vody a surovej vody na účely výroby pitnej vody.
Záver
Precipitácia a flokulácia sú kľúčové procesy modernej úpravy vody. Umožňujú odstraňovanie látok, ktoré by sa vzhľadom na svoju malú veľkosť, elektrickú stabilitu alebo rozpustenú formu priamo neusadzovali ani neprefiltrovali. Cieleným dávkovaním precipitačných a flokulačných prostriedkov sa tieto látky destabilizujú, zviažu do zrazenín a následne sa mechanicky oddelia.
Systém ALMA BHU LHPS uplatňuje tento princíp v kompaktnom a výkonnom reaktorovom systéme. Koagulácia, flokulácia, spätné vrátenie kontaktného kalu, lamelová sedimentácia a zahusťovanie kalu na seba technologicky nadväzujú. Vďaka tomu vzniká stabilný proces, ktorý spoľahlivo funguje aj pri kolísajúcej kvalite surovej vody.
Foto: ALMA BHU LHPS v papierni ako zariadenie na úpravu riečnej vody
Pohľady na realizované zariadenia ALMA BHU LHPS
