4.2. Механични процеси

4.2.1. Утаяване

Утаяването е една от най-ранните операции в станциите за пречистване на води или отпадни води (Reynolds, 1982). Процесът на утаяване представлява отстраняване на тежки утайки от мътни водни източници за намаляване на твърдите вещества при процесите на пречистване в пречиствателните инсталации (Willis, 2005). Принципите на седиментацията са еднакви за басейни, използвани както при пречистване във води така и на отпадни води: оборудването и операционните методи също са сходни (Reynolds, 1982).

Процесът на утаяване премахва много частици, включително мътността причинена от глина и тиня, естествена органична материя и други свързани с нея примеси. Тези примеси включват микробни замърсители, токсични метали, синтетични органични химични вещества, желязо, манган и хумусни вещества. Хумусните вещества идват от почвата и се произвеждат в рамките на водата от природни източници, седиментите са от химични и биологични процеси, като например гниене на растителността. Отстраняването на хумусните вещества от питейната вода е желателно, тъй като те образуват странични продукти на дезинфекцията, когато към водата се добавя хлор (URL 11).

Фигура 4.13. Схематично представяне на басейн за утаяване (URL 12)

След флокулация, водата и флокулите се движат бавно през големите басейни, известни като седиментационни или утаителни басейни (Фигура 4.13). Водата се придвижва много бавно през тези басейни, поради големия им размер. Това позволява на флокулите да се утаят на дъното на басейна. Флокулите, които падат на дъното на басейните се събират в бункер с големи въртящи се скрепери, където се отстраняват няколко пъти дневно от операторите на инсталацията. Чистата вода над утаечния слой (наричана пречистен компонент) изтича от седиментационния басейн до филтрите. Отстраняването на частиците в утаечния басейн подобрява функционирането на филтъра, който представлява основен компонент в следващия процес на пречистване след утаяването.

Фигура 4.14. Схематично представяне на седиментационен басейн (URL 12)

Утаяването в процеса на пречистване на питейната вода обикновено следва етапа на химична коагулация и флокулация, което позволява групиране на частиците заедно във флокули с по-голям размер. Това увеличава скоростта на утаяване на неразтворените вещества и позволява утаяване на колоидите (URL 13).

4.2.1.1. Защо използваме утаяване при пречистване на водата?

Утаяването е разделяне на твърда от течна фаза, използвайки гравитацията за отстраняване на суспендирани твърди вещества. За целите на водопречистване нейните основни приложения са (Reynolds, 1982):

1. Просто утаяване на повърхностните води преди пречистване с бърза пясъчна филтрация.
2. Утаяване на коагулираните и флокулираните води преди бързата пясъчна филтрация .
3. Утаяване на коагулираните и флокулираните води при омекотяване чрез процеса вар-сода.
4. Утаяване на пречистените води в инсталации за отстраняване на желязо или манган.

4.2.1.2. Конвенционално утаяване

Повечето утаителни басейни, използвани в пречистването са тип хоризонтален поток с правоъгълен, квадратен или кръгъл дизайн. обикновено се използват както дълги, правоъгълни басейни така и кръгли басейни; изборът се основава на местните условия, икономика и лични предпочитания. Басейните първоначално са били предназначени за съхранение на утайки в продължение на няколко месеца и са предвидени периодично да се извеждат от експлоатация за ръчно почистване чрез промиване. Повечето басейни, които се почистват с механично оборудване непрекъснато или през определени периоди от време, са сравнително наскоро проектирани (Willis, 2005).

Съществува голямо разнообразие от утаителни танкове. Те включват (URL12):

• Големи правоъгълни резервоари, в които водата навлиза от едната страна и напуска от другата страна. Този тип обикновено се използва в големи конвенционални танкове за пречистване.
• Кръгли танкове с плоски или конусообразните дъна също се използват, особено в по-малки мащаби. Флокулираната вода влиза в резервоара на централната разпределителна секция и избистрената вода напуска системата. Резервоарът събира улеите за вода от периферията на резервоара. Дизайнът и състоянието на потока в утаителния резервоар трябва да бъде такова, че натрупалите се флокули, които напускат системата с бистрата водата, са в минимален размер.

Утаените натрупвания в утаечния резервоар се събират на дъното на резервоара като утайка, която трябва да се отстранява редовно, за да се предотврати натрупване в резервоара. Ако утайката не се отстранява редовно в съответствие с работния график, качеството на избистрените води може да се влоши в резултат на повторно утаяване.

Утайките от утаечния резервоар имат голям потенциал да замърсяват, тъй като те съдържат целия спрян материал, отстранен с химикалите използвани за коагулацията. Следователно, трябва да се изхвърлят по подходящ начин, за да се избегне замърсяване на водоизточника. Утайките се изтеглят от утаечния резервоар в разредена форма (2-5% сухо вещество) и понякога се сгъстяват преди изхвърляне.

4.2.1.3. Фактори влияещи на процеса на утаяване

Факторите, влияещи върху процеса на утаяване са: плътност и размер на суспендираните частици, температура на водата, турбуленция, стабилност на потока, очистване на дъното и флокулация (URL 14):

• плътност – колкото по-голяма е плътността на частиците, толкова по-бързо се утаяват
• размер - колкото по-големи са частиците, толкова по-бързо се утаяват
• температура – колкото по-ниска е температурата на водата, толкова е по-висок вискозитета, толкова по-бавно се утаяват частиците
• турбуленция – колкото по-бурен е потока, толкова по-бавно се утаяват частиците
• стабилност – нестабилността може да доведе до късо съединение в потока, влияещо върху утаяването на частиците
• очистване на дъното - по време на очистване на дъното утаените частици се суспендират отново и се измиват с отпадните води
• флокулация – флокулацията води до получаване на по-големи частици и увеличава скоростта на утаяване.