На водопроводных очистных сооружениях малой и средней производительности в процессе осветления и обесцвечивания природных вод образуется достаточно большое количество шламовых вод. В основном это промывные воды после гидравлической очистки основных сооружений (до 10-15% от общего объема обрабатываемой воды), которые во многих случаях либо без очистки сбрасываются в поверхностные водные источники, либо частично очищаются в отстойниках, после чего также сбрасываются в водоемы или возвращаются для повторного использования.
Промывные воды содержат повышенные концентрации минеральных и органических примесей, но основной составляющей загрязнений являются взвешенные вещества. Если процессам фильтрования на водопроводных очистных сооружениях предшествует коагуляция воды, то промывные воды содержат не только грубодисперсные примеси, но и хлопья коагулянта различной крупности. Коагулированная минеральная взвесь является агрегативно неустойчивой, способной агломерироваться и слипаться в процессе осаждения. Имеющиеся в литературе данные по осаждению агрегативно неустойчивых взвесей весьма противоречивы и относятся к узким интервалам исследований.
В лабораториях Вологодского государственного технического университета выполнены исследования промывных вод контактных осветлителей водопроводных очистных сооружений пос. Шексна, цель которых – разработки эффективной технологии их очистки для повторного использования в общей технологической схеме.
В настоящее время промывные воды ВОС пос. Шексна после барабанных сеток и контактных осветлителей направляются в горизонтальный отстойник, состоящий из двух секций, разделенных между собой вертикальной перегородкой. После отстаивания по проекту осветленная вода должна сбрасываться в канализацию условно чистых стоков, а образовавшийся осадок периодически должен взмучиваться и с помощью фекальных насосов транспортироваться в канализационную сеть поселка. Однако удаление осадка не производилось с момента пуска очистных сооружений из-за того, что секции недостаточно изолированы друг от друга, что делает невозможным эксплуатацию отстойника в проектном режиме. Кроме того, существующий горизонтальный отстойник неэффективен ввиду его технологического несоответствия расходу и качеству промывной воды. Известно, что горизонтальные отстойники рекомендуется применять для производительности более 30000 м3/сут. при большой мутности воды (до 1500 мг/л), а производительность ВОС пос. Шексна 12500 м3/сут. и подача промывной воды обычно не превышает 1500 м3/сут. коагулированной воды, т. е. в 20 раз меньше производительности, при которой существующий отстойник может работать эффективно. Кроме того, мутность промывной воды по результатам анализов лаборатории ВОС относительно невелика и обычно не превышает 100 мг/л.
Анализ работы существующего горизонтального отстойника показал, что качество воды после очистки не улучшается, а в некоторых случаях даже ухудшается, о чем свидетельствуют результаты химического анализа. Это можно объяснить тем, что место удаления осадка из секций отстойника проектом выбрано неверно. Известно, что основная масса взвешенных веществ (до 80%) выпадает в первой трети отстойника по ходу движения отстаиваемой воды, а отвод осадка на ВОС пос. Шексна предусмотрен в конце отстойника. Несоблюдение равномерного медленного движения воды в горизонтальном отстойнике приводит к периодическому взмучиванию всего объема воды в отстойнике и к некачественному ее осветлению. Таким образом, имеющийся на ВОС пос. Шексна горизонтальный отстойник не выполняет своих функций. Для эффективной очистки и дальнейшего использования промывных вод необходимо произвести реконструкцию системы очистки этих вод.
В результате исследований построены кривые осаждения взвешенных веществ и распределения частиц по фракциям, получены сведения о значениях скорости осаждения частиц (гидравлической крупности) в зависимости от вида обработки воды (с коагуляцией и без коагуляции). Проведенные кинетические исследования показали, что характерная гидравлическая крупность взвеси (хлопьев) в промывной воде находится в пределах 0,30 ÷ 0,37 мм/с (средняя 0,335 мм/с). Частицы взвешенных веществ с такой гидравлической крупностью могут быть эффективно удалены в отстойниках, на гидроциклонах малого диаметра и центрифугах. Затраты на сооружение отстойников, а также занимаемая ими площадь (что также имеет немаловажное значение при реконструкции действующих очистных сооружений и их переводе на оборотное или повторное использование промывных вод) в несколько раз превышают аналогичные показатели для гидроциклонов при одинаковом качестве очистки промывной воды от взвешенных веществ. Высокая стоимость проточных центрифуг и сложность эксплуатации делают их неконкурентноспособными по сравнению с гидроциклонами.
Поэтому авторами рекомендуется следующая схема сооружений дня очистки промывных вод: промежуточная емкость, повысительный насос, гидроциклон. Осветленная в гидроциклоне вода поступает на основную цепочку сооружений в смеситель или барабанные сетки. Эффективное удаление взвешенных веществ, как основного загрязнителя промывных вод, способствует возврату не менее 90 % промывных вод на собственные нужды очистной станции и предотвращению их сброса в р. Шексна. Оставшиеся не более 10 % (осадок с частью воды) могут быть отправлены в шламонакопители, причем срок эксплуатации последних до переполнения существенно увеличится за счет сокращения объема осадка.
Предлагаемая схема, кроме вышеперечисленных преимуществ, дает возможность дальнейшего повышения общей производительности ВОС без замены гидроциклонов на больший диаметр или увеличения их общего количества, так как при повышении скорости движения воды в гидроциклоне увеличивается эффективность ее очистки.
Эта схема очистки и повторного использования промывных вод может быть предложена не только для ВОС пос. Шексна, но и для других очистных сооружений малой и средней производительности, где еще не решены эти проблемы. Однако при этом следует учитывать, что наиболее надежным способом определения технологических параметров гидроциклонных установок является их экспериментальная проверка на конкретной воде.