2. Реагентные схемы

Традиционные технологические схемы осветления, обесцвечивания и обеззараживания поверхностных вод на водоочистных станциях основаны на методах осаждения, осветления в слое взвешенного осадка и скорого фильтрования.

Примеры таких технологических схем реагентной очистки воды при ее самотечном движении представлены на рис. 2.1, а область их применения приведена в таблице 2 [6].

Рис. 2.1 Традиционные технологические схемы очистки поверхностных вод: а) схема двухступенчатой очистки с горизонтальными и скорыми фильтрами; б) схема двухступенчатой очистки с осветлителями со взвешенным осадком и скорыми фильтрами; в) схема одноступенчатой очистки с контактными осветлителями; 1 – насосы 1-го подъёма; 2 – микросетки; 3 – реагентное хозяйство; 4 – смеситель; 5 – камера хлопьеобразования; 6а – горизонтальный отстойник; 6б – осветлитель со взвешенным осадком; 6в – контактный осветлитель; 7 – скорый фильтр; 8 – узел обеззараживания; 9 – резервуары чистой воды; 10 – насосы II-го подъёма.

Сорбиционная очистка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения с применением адсорбентов длительного использования

рис. 30

1 – насосная станция I подъема;

2 – блок микросеток;

3 – блок сорбиционных фильтров;

4 – резервуар чистой воды;

5 – отстойник периодического действия грязной промывочной воды;

6 – емкость рабочего реагенерационного раствора;

7 – насос для подачи воды на промывку фильтров;

8 – насос для подачи воды регенерационного раствора на фильтр.

Основные типа отстойников и их характеристики

Основным законом осаждения агрегативно-устойчивой взвеси (безреагентное осветление) является линейный закон Стокса:

[H], (1)

где F_c – сила сопротивления осаждению, Н;

μ – динамическая вязкость жесткости [Па∙с];

u – гидравлическая крупность или скорость осаждения частицы (при определённой температуре) [м/с];

α – размер частицы, м.

Природная взвесь источников водоснабжения так же, как и коагулированная взвесь, состоит из частиц различного размера. Их гидравлическая крупность измеряется в широких пределах. Такая взвесь называется полидисперсной. Полное представление об осаждении полидисперсной взвеси дают кривые выпадения взвеси, получаемые отстойным путем в лабораторных условиях. При этом кривые имеют следующий вид:

схема

Главная задача при проектировании отстойников – это обеспечение осаждения в них основной массы взвеси, содержащейся в обрабатываемой воде.

Все современные конструкции отстойников работают в режиме динамического осаждения при непрерывном движении воды в направлении от входа в отстойник до выхода. Скорость движения воды при этом колеблется от долей нм/с до нескольких мм/с. В зависимости от направления движения воды отстойники можно разделить на три типа: горизонтальные, вертикальные, радиальные.

Горизонтальный отстойник (представляет собой прямоугольный резервуар, выполненный из железобетона) для повышения равномерности распределения воды в поперечном сечении его делят на ряд коридоров шириной 3…6 м.

Дно отстойника устраивают с уклоном ≥0,01 в сторону входной части отстойника.

Для сгребания осадка в сторону приямка устраивается скребковый механизм, например, в виде транспортера со скребками. При открытой задвижке на сбросном трубопроводе под действием гидростатического давления осадок в виде пульпы удаляется из отстойника. Другим способом удаления осадка является выпуск его через специальную дренажную систему из дырчатых труб, укладываемых по дну отстойника.

Расстояние между осями двух соседних труб 2…3 м (из горизонтальных открытых отстойников осадок можно удалить специальным земснарядом).

Схема горизонтального отстойника

1- подвод осветляемой воды;

2 – отвод осветляемой воды;

3 – выпуск осадка;

4 – дырчатые переменные перегородки;

5 – приемка для сбора осадка;

6 – скребок для сгребания воды;

7 – полупогружной щит.

Высоту горизонтального отстойника определяют как сумму высот зоны осаждения и зоны накопления осадка с превышением на ,0 м. Длина отстойника определяется по следующей формуле:

, м

h_p – глубина зоны осаждения, принимается 3-3,5 м (4-5 см);

ϑ – скорость горизонтального движения воды в отстойнике принимается: до 50 мг/л для маломутных вод – 6-8 мм/с; для вод средней мутности (50-250 мг/л) – 7-10 мм/с и мутных вод (> 250 мг/л) – 9-12 мм/с; u₀ – скорость осаждения взвеси в отстойнике принимается:

для мутных вод не обрабатываемых коагулянтом 0,08-0,15 мм/с, для вод средней мутности, обработанных коагулянтом, 045-0,5 мм/с, для маломутных вод, обработанных коагулянтом 0,35-0,45 мм/с.

Если , то увеличивается L.

Вертикальный отстойник

1 – корпус отстойника;

2 – камера хлопьеобразования (к. х.);

3 – кольцевой водосборный желоб;

4 – гаситель энергии;

5 – отражательный щит;

6 – зона накопления осадка;

7 – трубопровод для сброса осадка;

8 – трубопровод для подведения воды на очистку;

9 – трубопровод для отведения воды на очистку;

10 – устройство для обеспечения вращательного движения воды (сегнерово колесо).

Вертикальный отстойник в плане круглый или квадратный резервуар с камерой хлопьеобразования (2) водоворотного типа, расположенный в центре корпуса отстойника, имеющее коническое днище (6), с углом между образующими 70°-80°.

Осветленная вода собирается в кольцевой периферийный желоб (3) с затопленными отверстиями или с треугольными водосливами.

Диаметр отстойника – от 5 до 10 м, глубина его может быть до 7 м.

При работе отстойника вода поступает в верхнюю часть камеры хлопьеобразования (2) с помощью специального устройства – сегнерова колеса (10) и приобретает вращательное движение. Вода проходит в направлении сверху вниз и на выходе из камеры хлопьеобразования (2) изменяет направление движения на противоположное, благодаря отражательному щиту (5) к периферийному водосборному желобу (3). При этом соблюдается условие отстаивания: скорость осаждения (u) должна быть больше скорости восходящего потока (V6).

При этом скорость восходящего потока осветляемой воды должна быть ≤ 0,6 мм/с. Время отстаивания около двух часов. Суммарная площадь отстаивания определяется по формуле (1):

(1)

где:

о – отстойника

в – восходящего потока

з.о. – зона осветления

к.х. – камера хлопьеобразования

q-объемный расход воды, подаваемый на осветление отстаиванием, (расчетный расход воды)

v_в– скорость восходящего потока воды, мм/сек

t – время пребывания воды в камере хлопьеобразования- 15-20 мин.

H – высота камеры хлопьеобразования, H=0,9H_з.о.

H_з.о.-принимается 4…5 м.

*Потери напора на одном повороте потока, м

ξ- принимается =1,18

подробнее расчет решетки-гасителя см. стр. 77 справочника: “Очистка природных и сточных вод”Л. А. Пааль, Я. Я. Кару, Х. А. Мельдер, Б. Н. Репин-М.; Высшая школа 1994-336 с.

Радиальный отстойник (Q_ср≤30000-50000 м³/сут.)

Условные обозначения:

1-подача воды на очистку

2-приямок для сбора осадка

3-диффузор

4-сборный периферийный желоб

5-стакан-успокоитель

6-вращающаяся ферма для сгребания осадка в приямок

7-трубопровод для сброса осадка

8-механизм вращения фермы

9-трубопровод для отвода осветления воды

Радиальный отстойник – круглый в плане железобетонный резервуар, в который осветляемая вода подводится в нижнюю часть корпуса трубой (1) и поступает в диффузор конической формы (3), изливается и проходит через успокоитель (5), в форме стакана с дном, расположенным дном сверху. Вытекая из-под образующей перевернутого стакана, соосного с корпусом отстойника, вода движется к периферийному кольцевому водосборному желобу (4) переливаясь в который, отводится трубой (9) на дальнейшую очистку. Диаметр радиального отстойника, в зависимости от его производительности, находится в пределах от 15 до 50 м-100м. Глубина у центра отстойника 3,5 м, а у периферии 1,5-2,5м. Сгребание осадка в приямок (2) осуществляется с помощью металлической фермы (6), вращающейся со скоростью 1,5-2 оборота в час. Уклон днища отстойника к приямку i=0,04. площадь радиального отстойника F_р.о.определяется по формуле,

[м²]

где:

в. з. - вихревая зона

α - эмпирический коэффициент, α =0,2

q - объемный расход воды, поcтупающий в отстойник м³/с

u_о - скорость осаждения взвеси 0,5…0,6 (или В.Н. Кожинов 0,4…..1,5   ) 

F_в.з. - площадь вихревой зоны отстойника, радиус которой принимают на 1м > радиуса успокоительного стакана, м.

По вычисленному значению F_р.о. определяют диаметр его и глубину отстойника в центре: H_ц=H_п + I ,I=0,04-0,08

H_п – глубина отстойника у периферии 1,3…1,5м – 2,5 ( В.Н. Кожинов)

i-уклон днища 0,04-0,08

D-диаметр отстойника , м.

S- осветлитель со взвешенным осадком ( Q_сут>5000 м³/сут)

(Q_сут.=3000-50000м³/сут, с=150?/л, цв. любав. В.Н. Кожинов

Изобретатели : Е.Н. Тетеркин и Н.И. Колотов

H- общая высота осветлителя

H₁ – высота прямоугольной части

1 – корпус осветлителя

2 – зона осветления

3 – зона хлопьеобразования

4 – водоприемные желоба

5 – шламоотводящие окна

6 – шламозащитные козырьки

7 – водоподводящие перфорированные трубы

8 – шламоотводящие перфорированные трубы

9 – трубы для отведения осветленной шламовой воды 10 –зона осветления шламовой воды

11 – избыточный уплотненный шлам

См.план

{ 12 – водосборный лоток (желоб)

{ 13 – отвод осветленной воды

14 –вертикальный осадкоуплотнитель.

Эффект осветления воды повышается, если воду, подаваемую на трубопровод 7, пропускать через осадок с повышенной концентрацией, находящийся во взвешенном псевдоохлажденном состоянии. Впервые этот тип отстойного сооружения был применен Е. Н. Тетеркиным и Н.И. Колотовым.

В настоящее время в практике водоочистки используются три типа осветлителей со взвешенным осадком: осветлители ВНИИВОДГЕО, ЦНИИМПС, ВНИИГС. Наибольшее распространение получили осветлители ВНИИВОДГЕО коридорного типа, представленного на схеме.