Осветление воды в слое взвешенного осадка

Идея осветления воды в слое взвешенного осадка впервые была высказана С.Х. Азерьевым в 1930г.

При исследовании вертикальных отстойников в г. Росто-ве-на-Дону.

Большие исследования в области разработки методов расчета и создания конструкций осветлителей проведенная проф. Е.Ф. Кургаевым и к.т.н. Е.Н. Тетеркиным.

Осветлители со слоем взвешенного осадка применяются для предварительной обработки воды перед фильтрами, только после химической обработки воды.

По технико-экономическим подсчетам применение осветлителей всегда более выгодней, чем вертикальных отстойников, но они пока не могут конструировать с горизонтальными отстойниками.

П ринцип работы осветлителей с взвешенным осадком та­ков (см. схему).

Исходная вода, смешанная с реагентом, подается в осветлитель снизу и равномерно распределяется по его площади. Далее вода движется через слой взвешенного осадка, т.е. через массу взвешенных в восходящем потоке ранее образованных хлопьев.

Взвешенные в потоке хлопья непрерывно хаотически движутся, но весь слой в целом

неподвижен. Он находится в состоянии динамического равновесия, обусловленного равенством скорости восходящего потока и средней скорости осаждения хлопьев. Важно отметить, что средняя скорость осаждения хлопьев во взвешенном слое не равна их гидравлической крупности она значительно меньше гидравлической крупности.

Это характерно для так называемого стесненного осаждения частиц. Проходя через слой взвешенного осадка, вода осветляется. Процесс осветления имеет физико-химическую природу - коагуляционный процесс применения микроскопических частиц взвеси, поступающих с водой, к сравнительно крупным, макроскопическим частицам взвешенного осадка. Такой процесс представляет собой род контактной коагуляции.

Так, как при движении воды через осветлитель частицы, извлекаемые из нее, остаются в взвешенном слое, объем слоя должен увеличиться. Это не допускается. С этой целью предусматривается непрерывное удаление избыточного осадка из взвешенного слоя в осадко-уплотнитель, где он уплотняется и после сбрасывается в водосток.

Осветленная вода собирается с помощью желобов или труб.

Устойчивая работа осветлителей обеспечивается при постоянстве расхода и температуры осветляемой воды. Допускается плавное изменение расхода ± 10% от расчетного и плавное изменение температуры воды ± 1° в час.

Отличительной особенностью явления стесненного осаждения состоит в том, что скорость осаждения зависит не только от размеров и веса частиц, но и в большей степени от их концентрации.

Типы и конструкции осветлителей

Типы осветлителей, применяемых в СССР и за рубежом, весьма разнообразны.

Основными признаками , отличающими отдельные типы осветлителей являются:

а) форма рабочей камеры;

б) наличие или отсутствие дырчатого днища под слоем взвешенного осадка;

в) метод удаления избыточного садка из рабочей камеры;

г) конструкция и место расположения осадкоуплатнителей.

Осветлители бывают круглой или прямоугольной формы в плане. Нижняя часть осветлителей имеет форму конуса, пирамиды или призмы с уклоном стенок к горизонту около 60°.

1 . Осветлитель коридорного типа (Союзводоканалпроект)

представляют собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на три секции. Крайние секции аналогичные, являются рабочими камерами осветлителя, средняя камера - осадкоуплатнитель. Вода подается по дырчатым трубам и осветленная отбирается желобами и трубами.

Верхний осветленный слой воды в осадкоуплатнителе также отводится по дырчатым трубам (принудительный отсос). Осадок через осадкоприемные окна поступает в осадкоуплотнитель, оседает на дно уплотняется и удаляется. Над осадко-

приемными окнами устанавливается козырьки для предотвращения подсоса.

2 . Круглый осветлитель без дырчатого дна –

по принципу устройства, весьма близкий к предыдущему. Отличием этого осветлителя (кроме формы в плане) является способ распределения осветляемой воды, которая от центрально расположенного воздухоотделителя

рядом наклонных труб подается в нижнюю часть рабочей камеры.

3 . Осветлитель с поддонным осадкоуплотнителем –

бывают круглыми или квадратными. Избыток осадка из взвешенного слоя удаляется принудительным отсосом через ряд осадкоотводящих труб.

1

2

3

4

5

4 . Осветлители ЦНИИ-2 (Е.Ф. Кургаева) – большой производительности для

осветления мутных вод. Осветляемая вода, смешивается с реагентами через воздухоотдилитель и наклонные трубы поступает в нижнюю часть осветлителя.

Наклонные трубы оканчиваются с оплами, благодаря которым вода приобретает вращательное движение, что способствует более полному контакту осветляемой воды с хлопьями взве­шенного осадка. Для тех же целей (полное

перемешивания) на пути движения воды расположения щелевые перегородки. Для равномерного использования площади поперечного сечения осветлителя под зоной осветления под сборными желобами расположена дырчатая перегородка. Осадок отводится в осад-коуплатнитель с различной высоты.

5. С поддонным осадкоуплотнителем - вода по трубопро

в одуподается в радиальный лоток, выполняющий роль воздухоодалителя. Далее во­да поступает через распреде­лительный цилиндр в дырча­тые распределительные тру­бы, располагающиеся между двумя перегородками.

Осветленная вода собирается кольцевым желобам с треуголь­ными водосливами. Избыток взвешенного осадка через осаж­дающие трубы поступает в поддон осветлителя, используемый в качестве осадкоуплотнителя.

Осадок сбрасывается в канализацию по дырчатой кольце­вой трубе.

6 . Акселератор (акселератор фирмы Инфилко США)

Осветленная вода по трубопроводу подается в нижнюю часть акселератора. Туда же вводится реагенты. Далее вода попадает в зону осветления и осаждения, происходит через слой взвешенного

осадка и осветленная через затопленные отверстия собирается периферийным желобом и по трубопроводу отводится на фильтры.

Часть осадка из пределов взвешенного слоя подсасывается в камеру перемешивания. Частицы уже сформировавшись осадка, являясь центрами кристаллизации, ускоряют процесс укрупнения коллоидных соединений.

Избыток осадка поступает в осадкоуплотнитель, откуда периодически или непрерывно сбрасывается. Внизу трубопровод для опорожнения.

7 . Пресипитатор - представляет собой перевернутый усеченный конус

относительно большего диаметра, в центре которого расположена хлопьеобразования с механической мешалкой.

8 . Пульсатор - (Франция) - основанная идея пульсатора является

пульсирующая подача осветляемой воды под слой взвешенного осадка, что препятствует оседанию его на дно и образованию завалов.

Расчет осветлителей

- производится с учетом годовых колебаний качества обрабатываемой воды.

площадь зоны осветления

площадь зоны отделения осадка:

где: К - коэффициент распределения воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем, принимаемой по табл.

q - расчетный расход воды в м³/ч

V_3.0 - скорость восходящего потока в зоне осветления

воды в отд. осадка в вертикальном осадкоуплотнителе по сравнению со скоростью в зоне осветления, принимаемый = 0,9.

Высоту слоя взвешенного осадка  2 - 2,5 м расстояние от нижней кромки осадкоприемных окон до нижней части зоны взвешенного осадка, ограниченной наклонными стенками в которой скорость восходящего потока не превосходит 2 мм/сек.

Низ осадкоприемных окон располагается на (1 - 1,5) выше перехода наклонных стен в вертикальные.

Угол наклона стенок к горизонтали не менее 60-70. Высота зоны осветления 2 - 2,5 м.

Объем зоны накопления осадка определяется по формуле:

м³

где q – м³/час

С - максимальная концентрация поступающей взвеси в воде мг/л

m - выходящая концентрация мг/л 8-12 мг/л

Т - время уплотнения осадка в часах, принимаемое равным 3-12 часам

N - расчетное количество осветлителей.

- средняя концентрация взвешенных веществ в

осадкоуплотнителе по табл. 19. СНиП 2.04.02-84

Процент воды расходуемый при сбросе осадка определяется по формуле

где К - коэффициент разбавления =1,2

Скорость движения воды: 1) в распределительных дырчатых каналах или трубах 0,4 - 0,6 м/сек. 2) выхода воды из отверстий дырчатых труб или каналов 1,5-2 м/сек. Диаметр отверстий не менее 25. Расстояние между отверстиями - 0,5 м. Отверстия располагаются горизонтально под углом 45°.

Отношение суммы площади всех отверстий в трубе к площади ее поперечного сечения принимается 0,3 - 0,4.

Скорость в опускных трубах не более 0,7 м/сек. Скорость воды с осадком в окнах 10-15 мм/сек.

Скорость в осадкоотводящих трубах 40 - 60 мм/сек. Сборные устройства рассчитываются по скоростям: в желобах 0,6 - 0,7 м/сек, в отверстиях 1 м/сек d₀ - диаметр отверстий 20 -30 мм. (15-20 мм).

Сбор осветленной воды из зоны отделения осадка осуществляется трубопроводами с отверстиями d₀= 15-20 мм расположенными на 300 мм ниже уровня воды в осветлителе. Скорость воды в трубах =0,5 м/сек скорость в отверстиях 1,5 м/сек.

Разность уровней воды до и после осветлителя складывается из потерь напора в распределительных трубах, в слое взвешенного осадка, в борных трубах или лотках.

Потери напора на дырчатых участках распределительных и сборных труб определяется по формуле:

где V - скорость в начале дырчатой, распределительной или в конце сборной трубы в м/сек.

- коэффициент сопротивления дырчатой трубы

- для распределительной трубы или канала

-для сборной трубы или канала, работающих полным сечением.

К - отношение суммы площадей отверстий в трубе к площади поперечного сечения трубы принимаемое = 0,3-0,4

Потери напора в затопленных отверстиях сборных лотков определяется по формуле:

где: V - скорость движения воды в отверстиях = 0,8 м/сек. М - коэффициент расхода = 0,7

Потери напора в слое взвешенного осадка принимаются 1-2 см. на каждый метр взвешенного слоя.

Для удаления осадка диаметр труб рассчитывается из условия отделения его за 15-20 мин.

Скорость движения воды в трубах не менее 1 см/сек, в отверстиях труб d₀ = 20 мм не менее 3 мс/сек.

Расстояние между отверстиями 0,5 м. Угол наклона стен осадкоуплотнителя к горизонтали 50-60°.