Мутная речная вода: ламельный отстойник или флотатор DAF
Вода из реки или горного ручья после ливня за несколько часов становится мутной, и фильтры, рассчитанные на чистую воду, забиваются за сутки. Перед фильтрацией и мембранами нужна ступень осветления, и выбирать обычно приходится между ламельным отстойником и напорной флотацией DAF. Ответ зависит не от оборудования, а от того, что именно взвешено в воде.
Осадить или поднять: главный вопрос
Любая ступень осветления отделяет взвесь от воды за счёт разницы плотностей. Если частица тяжелее воды, её проще осадить. Если она легче воды или легко цепляется за пузырёк воздуха, её проще поднять на поверхность. Ламельный отстойник использует первый путь, флотатор DAF (dissolved air flotation, напорная флотация растворённым воздухом) — второй.
Мутность речной воды чаще всего минеральная: глина, ил, тонкий песок, частицы почвы, смытые с водосбора. Такие частицы примерно в два-три раза плотнее воды. После обработки реагентами они собираются в хлопья, которые охотно оседают. Это территория отстойника.
Бывает и другая вода. Пруды и водохранилища с летним цветением водорослей. Участки реки ниже дорог и населённых пунктов, куда попадают масла и нефтепродукты. Вода с высокой цветностью от растворённой органики. Хлопья из такой взвеси лёгкие и рыхлые, оседают медленно, а пузырьки воздуха поднимают их легко. Здесь у флотации преимущество.
Поэтому начинать стоит не с вопроса, какой аппарат сложнее или новее, а с вопроса, как ведёт себя взвесь именно этой реки — в обычный день и после ливня.
Как устроены оба узла
Ламельный отстойник — ёмкость с пакетом наклонных пластин или трубок. Частице не нужно опускаться на дно всей ёмкости: ей достаточно пройти несколько сантиметров до ближайшей пластины, после чего осадок сползает по ней в нижний бункер. Пластины под углом 55–60° в несколько раз увеличивают площадь осаждения при той же площади в плане, поэтому аппарат заметно компактнее классического горизонтального отстойника. Движущихся частей почти нет: узел выгрузки осадка и мешалка камеры хлопьеобразования.
Флотатор DAF устроен сложнее. Часть очищенной воды, обычно 10–30 % потока, насос подаёт в сатуратор — ёмкость, где вода под давлением 4–6 бар насыщается воздухом. При сбросе давления на входе во флотатор воздух выделяется облаком микропузырьков размером в десятки микрон. Они прилипают к хлопьям и выносят их на поверхность, откуда слой флотошлама снимает скребковый механизм. Узлов больше: насос рециркуляции, сатуратор, подача воздуха, скребок. Каждый требует настройки и обслуживания.
Коагуляция решает больше, чем выбор аппарата
Ни отстойник, ни флотатор не удалят тонкую глинистую муть без реагентов. Коллоидные частицы размером в доли микрона несут одноимённый заряд, отталкиваются друг от друга и могут сутками держаться во взвеси. Коагулянт (соль алюминия или железа, нейтрализующая заряд частиц) собирает их в микрохлопья. Флокулянт (полимер, связывающий микрохлопья мостиками) укрупняет их до видимых хлопьев.
Доза зависит от pH, щёлочности, температуры, мутности и цветности, и для реки она меняется по сезонам. Холодная вода коагулирует хуже. Снеготаяние приносит одну взвесь, летний ливень — другую. Поэтому дозирование должно позволять менять дозу, а на крупных водозаборах — менять её по сигналу мутномера. Оборудование для этого собрано в разделе станции дозирования, составы коагулянтов под разные ступени очистки описаны в разработке PANTEX.
Выбор аппарата удобно подтвердить пробной коагуляцией, или джар-тестом. В несколько стаканов с речной водой вводят разные дозы реагента, перемешивают и смотрят, что делают хлопья. Если через 10–20 минут они лежат на дне и вода над ними прозрачна, взвесь подходит для отстаивания. Если хлопья висят в толще или всплывают, это аргумент в пользу флотации. Тест стоит повторить на пробе, отобранной после сильного дождя: паводковая вода часто ведёт себя иначе.
Сравнение по воде и эксплуатации
| Признак | Ламельный отстойник | Флотатор DAF |
|---|---|---|
| Основная взвесь | глина, ил, песок, минеральная муть | водоросли, лёгкая органика, масла, нефтепродукты |
| Хлопья в джар-тесте | быстро оседают | висят в толще или всплывают |
| Плёнка масел на поверхности | не удаляет | удаляет |
| Пик мутности после ливня | нужен запас объёма бункера и частая выгрузка | нужен запас по дозе реагента и съёму шлама |
| Энергопотребление | низкое: выгрузка осадка, мешалка | выше: насос рециркуляции, сатуратор, воздух |
| Чувствительность к настройке | невысокая | высокая: давление, доля рециркуляции, скребок |
| Отход | осадок в нижнем бункере | флотошлам с поверхности |
Место в схеме и что делать с отходом
Типичная схема для поверхностного водозабора: защита от крупного мусора → смешение с коагулянтом → камера хлопьеобразования → ламельный отстойник или флотатор → зернистая фильтрация или ультрафильтрация → обеззараживание. Ступень осветления здесь — не самостоятельная очистка, а защита того, что стоит после неё.
Особенно это важно перед ультрафильтрацией. Мембрана задерживает взвесь и бактерии надёжнее любого отстойника, но при высокой мутности на входе она чаще промывается, быстрее теряет проницаемость и чаще требует химических промывок. Отстойник снимает основную массу мутности, и мембрана работает как барьер, а не как грязевой фильтр. Где проходит граница между ультрафильтрацией и осмосом, разобрано в статье Ультрафильтрация против обратного осмоса, установки — в разделе ультрафильтрация.
Бывает, что в реке есть и то и другое: паводковая глина весной и цветение летом. Тогда либо ставят флотатор, рассчитанный на пиковую нагрузку по взвеси, либо комбинируют отстойник по основному потоку с сезонной доочисткой. Такое решение принимают по данным за год, а не по одной пробе.
Отход тоже считают заранее. Ламельный отстойник собирает минеральный осадок в бункере, его выпускают по регламенту, сгущают и при больших объёмах обезвоживают. Флотатор даёт флотошлам с маслами и органикой, который может пахнуть и требует отдельного обращения. В обоих случаях объём отхода растёт вместе с мутностью, и в паводок узел обработки осадка работает на пределе. Оборудование для этого — в разделе обезвоживание осадка.
Что дальше
Прежде чем выбирать аппарат, соберите данные о реке. Минимум — мутность и взвешенные вещества в обычный день и после сильного дождя, pH, щёлочность, цветность, перманганатная окисляемость, нефтепродукты, температура воды зимой и летом. Пригодятся и наблюдения: бывает ли плёнка на поверхности, цветёт ли вода летом. Что заказывать и как читать протокол, описано в статье Анализ воды.
Затем определите расход в час и в сутки, требования к воде после очистки и следующие ступени: фильтры, ультрафильтрация, осмос, УФ. С этими данными и результатом джар-теста можно открыть раздел ламельные отстойники или флотаторы DAF и подбирать модель по расходу с запасом на паводок.
