1.3.1. Отстойник осветлитель.

Отстойники осветлители применяются для интенсификации процесса первичного отстаивания на станциях биологической очистки при повышенном содержании в сточных водах трудно оседающих веществ. В осветлителях достигается снижение концентрации загрязнений на 70% по взвешенным веществам и на 15% по БПК за счет совмещения процессов осаждения, хлопьеобразования и фильтрации сточной воды через слой взвешенного осадка. Осветлители могут работать как с предварительной коагуляцией и аэрацией сточных вод, так и без такой подготовки..

Рисунок 2. Отстойник-осветлитель 1 — камера флокуляции; 2 — отстойная зона; 3 — периферийный лоток для сбора осветленной воды; 4 — центральная труба; 5 — лоток для отвода плавающих веществ; 6 — трубопровод для выпуска осадка

В отечественной практике применяется осветлитель с естественной аэрацией, представляющий собой вертикальный отстойник с внутренней камерой флокуляции. Поток сточной воды, поступающий через центральную трубу в камеру флокуляции, эжектирует воздух вследствие разницы уровней воды в подающем лотке и осветлителе. Из камеры флокуляции, где происходит частичное окисление органических веществ, усиленное хлопьеобразование и сорбция загрязнений, сточная вода направляется в отстойную зону, в которой при прохождении через слой взвешенного осадка задерживаются мелкодисперсные взвешенные частицы. Осветленная вода отводится через круговой периферийный лоток. Плавающие вещества задерживаются внутренней стенкой сборного лотка и по мере накопления сбрасываются через специальный кольцевой лоток. Выпавший осадок удаляется под гидростатическим напором. При проектировании осветлителей с естественной аэрацией в соответствии с нормами их число принимается не менее двух, диаметр — не более 9 м; разность уровней воды (для обеспечения аэрации) — 0,6 м. Объем камеры флокуляции должен обеспечивать 20-минутное пребывание воды. Глубина камеры составляет 4—5 м, диаметр нижнего сечения назначается исходя из скорости движения воды (8—10 мм/с). Скорость движения воды в центральной трубе 0,5—0,7 м/с, длина этой трубы 2—3 м. Глубина нейтрального слоя между нижним краем камеры флокуляции и поверхностью осадка в иловой части принимается 0,6 м.

1.3.2. Механические фильтры

Технологический процесс осветления воды фильтрованием реализуется методом адгезионного объемного фильтрования в насыпных вертикальных осветлительных фильтрах. Фильтр состоит из цилиндрического корпуса с приваренными к нему сферическими днищами. В промышленности выпускаются вертикальные однокамерные фильтры диаметрами 1,0; 1,4; 2,0; 2,6; 3,0 и 3,4 м. Внутри фильтра расположены слой фильтрующего материала и дренажно-распределительные устройства, предназначенные для равномерного распределения и сбора воды по площади поперечного сечения фильтра. Верхнее дренажное устройство выполнено в виде отбойного щита, гасящего энергию потока поступающей воды, а нижнее состоит из коллектора с боковыми отводами, снабженными для отвода воды и в качестве препятствия для выноса фильтрующего материала специальными колпачками или щелевыми отверстиями шириной 0,4 мм.

Фильтрующий материал насыпных фильтров должен обладать надлежащим гранулометрическим составом, достаточной механической прочностью и химической стойкостью зерен. Таким требованиям удовлетворяют дробленый антрацит и кварцевый песок, но последний, растворяясь, обогащает воду соединениями кремния. Размеры зерен антрацита должны составлять 0,6—1,4 мм для однослойного фильтрования. В соответствии с требованиями механической прочности (истирание материала в период взрыхления) годовой износ фильтрующего материала не должен превышать 2,5 %.

Высота фильтрующего материала в осветлительных фильтрах составляет около 1 м. Часть полости фильтра остается свободной («водяная подушка»), что необходимо для выравнивания эпюры скоростей воды, поступающей в фильтр, и для обеспечения возможности расширения слоя при его взрыхлении.

Работа осветлительных фильтров подразделяется на три периода:

1) полезная работа фильтра по осветлению воды;

2) взрыхляющая промывка фильтрующего материала;

3) спуск первого фильтрата.

 

Рисунок 3– Фильтр осветлительный вертикальный однокамерный:

1 – верхнее распределительное устройство; 2 – нижнее дренажно-распределительное устройство; 3 – фильтрат; 4 – сжатый воздух, промывочная вода; 5 – спуск первых порций фильтрата; 6 – спуск промывочной воды; 7 – исходная вода; 5 – фильтрующий слой; 9 – корпус фильтра.

 Во время работы осветлительных фильтров необходимо поддерживать постоянной скорость фильтрования, контролировать перепад давления на слое фильтрующего материала и расход воды, отбирать пробы исходной воды и фильтрата для определения прозрачности.

При повышении перепада давления до 0,1 МПа, содержания ГДП до 1 мг/дм³ или по графику фильтр отключают на промывку для удаления задержанных ГДП.

Основным этапом промывки является водная промывка потоком воды «снизу вверх». Интенсивный поток промывочной воды, поднимаясь, разрыхляет и переводит во взвешенное состояние весь фильтрующий слой, расширяющийся при этом на 40—50 %. Это дает возможность зернам фильтрующего материала свободно и хаотично перемещаться в потоке воды и при столкновении счищать прилипшие к ним частицы взвеси.

Скорость воды при взрыхляющей промывке характеризуется интенсивностью промывки i_пр дм³ /(м^2 . с), под которой подразумевают секундный расход воды, дм³, через 1 м² площади сечения фильтра. Интенсивность промывки должна обеспечивать вымывание осадков, но не вынос рабочих фракций фильтрующего материала.

Значение интенсивности промывки зависит от типа материала, размера его зерен и обычно составляет для антрацита 10—12 дм³ /(м^2 . с), а для более тяжелого кварцевого песка 15—18 дм³ /(м^2 . с). Расчетная продолжительность промывки τ_взр составляет 20 мин. Объем воды, расходуемый на взрыхление осветлительного фильтра и насыпных фильтров иного назначения, м³, определяется по формуле:

Формула 1

 .

По окончании водной промывки первый мутный фильтрат в течение около 5 мин сбрасывается в бак, в котором собираются также воды взрыхления. В целях экономии промывочные воды вместе со шламом и первый фильтрат из бака равномерно в течение суток откачиваются насосом и подаются в осветлитель.

 

Рисунок 4 – Двухкамерный осветлительный фильтр:

1 – верхние распределительные устройства; 2 – анкерная труба для выравнивания давления между камерами; 3 – подвод промывочной воды; 4 – выход фильтрата; 5 – спуск первых порций фильтрата; б – выход промывочной воды; 7 – обрабатываемая вода; 5 – нижние дренажно-распределительные устройства.

 На ВПУ большой производительности для снижения площади, занимаемой механическими фильтрами, и экономии металла применяют трех- и двухкамерные фильтры диаметром 3,4 м. Камеры в таких фильтрах работают параллельно.

В механических фильтрах насыпного типа, предназначенных для очистки конденсата турбин и возвратных производственных конденсатов от продуктов коррозии Fe и Сu, используют в качестве загрузки катионит сульфоуголь при температуре конденсата не выше 50 °С либо катионит марки КУ-2-8 при температуре до 100 °С. Скорость фильтрования конденсата принимается равной 30 м/ч для сульфоугля и 50 м/ч для катионита КУ-2-8.

 

1.3.3. Nа – катионитовые фильтры.

Nа – катионитовый фильтр представляет собой вертикальный цилиндр со сферическими днищами, внутрь которого засыпается катионит. В качестве катионита на котельных используется сульфоуголь, катионит универсальный КУ-2, или другие ионообменные смолы. Сульфоуголь – это дробленый антрацит до размеров 0,5 – 1,2 мм, протравленный серной кислотой. КУ-2 продукт химического производства. Обладает большей обменной способностью и термостойкостью, но более дорогой чем сульфоуголь.

Часто используется смесь сульфоугля с КУ-2.

Внизу под слоем катионита расположено дренажное устройство, состоящее из коллектора с системой присоединенных к нему коротких труб, на которых приварены штуцеры с навернутыми на них щелевыми колпачками. Оно должно обеспечивать равномерное распределение по всему сечению фильтра проходящей через фильтр воды и предотвращать вынос катионита.

Пространство фильтра, ограниченное нижним сферическим днищем и дренажным устройством, заливается бетоном для исключения застоя воды при ее фильтровании.

В верхней части фильтра расположено распределительное устройство, которое может быть различного вида, чаще всего это кольцевая труба или крестовина с отверстиями. Оно служит для равномерного распределения воды по всему сечению фильтра при подаче воды сверху вниз.

Снаружи фильтр имеет люки для осмотров и ремонтов. Фильтр оборудуется трубопроводами подвода сырой воды, отвода умягченной воды, дренажными трубопроводами, подводом раствора соли, пробоотборниками сырой и умягченной воды. Комплектуется манометрами на входе и выходе воды из фильтра.

Установка водоподготовки включает в себя солерастворитель или бак-мерник. В зависимости от способа хранения соли, который может быть сухим или мокрым.

Солерастворитель представляет собой цилиндрический сосуд, имеющий на верхней крышке люк для загрузки поваренной соли. В нижней части солерастворителя находится дренажное устройство. Поверх дренажного устройства в солерастворитель засыпают несколько слоев гравия, который служит для очистки соли от загрязнений.

Соль в нужном количестве засыпается в солерастворитель, люк герметично закрывается, открывается воздушник и подача воды, которая растворяет соль. Затем раствор соли подается на фильтр. Принцип работы.

Рабочий цикл фильтра включает в себя четыре последовательные операции:

- умягчение воды;

- взрыхление катионита;

- регенерацию катионита;

- отмывку

Первоначально катионит насыщен ионами натрия. Сырая вода подается в фильтр сверху через водораспределительное устройство на водяную подушку и всем сечением фильтра медленно проходит сквозь слой катионита. При этом происходит обменная реакция умягчения: 2 NаR + СаSО₄ СаR₂ + Nа₂SО₄

Мg Mg 

Из реакции следует, что вода после фильтрования ее через фильтр будет содержать вместо солей Са и Mg, обуславливающих ее жесткость, соответствующие соли Nа.

В формуле: NaR – сульфоуголь;

R – нерастворимый радикал.

Реакция умягчения идет до тех пор, пока на катионите есть ионы Na. После того как они израсходованы, реакция умягчения прекращается. Фильтр отключают на регенерацию.

Регенерация фильтра.

Это процесс восстановления работоспособности фильтра. Регенерация производится в три этапа.

Взрыхление слоя катионита производится подачей сырой воды снизу вверх. Выполняется для взрыхления слежавшегося слоя катионита, а также для удаления грязи с верхнего слоя катионита.

Пропуск раствора соли производится сверху вниз. При этом на поверхности катионита идет реакция регенерации:  C aR + 2NaCl 2NaR + CaCl₂

Mg Mg 

Из катионита в раствор переходят ионы Са и Mg, а из раствора на катионит ионы Na. В результате реакции катионит приобретает первоначальную формулу, т.е. насыщается ионами Na. 

Отмывка производится пропуском сырой воды сверху вниз с последующим удалением в канализацию. Выполняется для удаления продуктов регенерации и остатков соли. Во время отмывки лаборант часто берет анализы воды. После того, как анализы показывают соответствие воды нормам качества, фильтр включают в работу.

Для надежности питания котлов умягченной водой применяется 2-х ступенчатая схема работы фильтров. Умягченная вода после фильтра первой ступени поступает на фильтр второй ступени. При этом на фильтре первой ступени умягчение ведется до 200мкг-экв/кг, а на фильтре второй ступени до нужной нормы.

Рисунок 5