Ключевые слова и понятия. 3 страница

известь, соду или едкий натр. В последнее время для ускорения коагулирования начали применять активный силикат натрия, а также разнообразные органические высокомолекулярные флокулянты (8.30). Применение этих веществ (по данным исследований Академии коммунального хозяйства) одновременно с коагулянтом (до или после его введения) даже в очень малых дозах (1 мг/л) значительно ускоряет образование хлопьев, осадок взвесей и задержание их в осветлителях со взвешенным слоем осадка(8.31) и в фильтрах. На очистных станциях современных водопроводов установки, связанные с коагулированием, обычно имеют сооружения для подготовки и дозированию реагентов (реагентное хозяйство(8.32)), для смешивания.

Рис. 8.17. Перегородочный смеситель:

1- место отвода воды: 2 - решетка насосной станции I-го подъема; 3- стена для перелива излишка воды.

осветленной воды с реагентами ( (8.33)), для образования хлопьев (камеры хлопье- образования (8.34)).

Коагулянт вводят в очищаемую воду до поступления ее в отстойник или осветлитель. Если воду необходимо подщелачивать, то реагенты, которые повышают щелочность воды, так же подают в воду доее поступления в отстойник. Прежде чем подавать воду из смесителя в отстойник, ее направляют в специальные камеры, где образовываются большие хлопья коагулянта. Хлопья увеличиваются быстрее при медленном перемешивании воды (при такой скорости движения, которое не причиняет разрушение хлопьев). К реагентному хозяйству относится весь комплекс сооружений для хранения, измельчения коагулянта, транспортировка, растворение и подача его в обрабатываемую воду. К этому относятся и склады коагулянта, которые могут быть устроены по принципу сухого или мокрого хранения; затворные и растворные баки, расходные баки, дозаторы коагулянта.

Равномерное распределение коагулянта в обрабатываемой воде обеспечивается с помощью перегородочных, дырчатых, шайбовых смесителей или насосов. Перегородочный (ершовый) смеситель - это лоток с несколькими вертикальными перегородками, поставленными под углом к направлению движения потока (рис. 8.17). Смешивается коагулянт с водой в результате интенсивных завихрений потока между перегородками. Дырчатый смеситель представляет собой такой же лоток, но с дырчатыми поперечными перегородками. Шайбовые смесители -это вставка с диафрагмой, устанавливаемая на трубопроводе. Смешивание происходит здесь вследствие резкого изменения режима движения воды при движении ее сквозь диафрагму.

Хлопья коагулянта образовываются в процессе медленного смешивания воды с ним в камерах хлопьеобразования (реакции). Чтобы получить довольно большие хлопья, необходимо держать воду в камере реакции 15 -20 мин. В зависимости от способа смешивания различают камеры перегородочные, лопастные (смешивающие) и вихревые. Перегородочная камера — это железобетонный резервуар (рис.. 8.18), разделенный в плане на коридоры, по которым движется вода со скоростью 0, 2-2,3 м/сек. Время пребывания воды в камере, зависящая от ее мутности, регулируется количеством открытых коридоров. Лопастные камеры реакции делают в виде вертикальных или горизонтальных резервуаров с механическими смесителями лопастного типа. Вихревая камера реакции имеет вид конусной емкости (угол конусности — 15-20°) с вершиной, обратной вниз. Вода поступает в конус снизу, а выходит вверху. Принцип работы этой камеры состоит в перемешивании воды при ее движении снизу вверх вследствие значительного уменьшения скорости движения. Время образования хлопьев 5-8 мин. Опыт работы камер вихревого типа показал их большое преимущество перед другими камерами реакции.

Рис.8.18. Перегородчатая камера реакции:

1 - обводный канал; 2 - окно в перегородке для перепускания осадка; 3 - промежуточные выпуски; 4 - выпуск осадка.

4.4. Осветление воды.

Осветляют воду в отстойниках (8.35) и осветлителях .Взвешенные частички выпадают из воды в отстойниках под влиянием силы тяжести.

Отстойники - это преимущественно проточные сооружения, т.е. осаждение взвесей в них происходит при беспрерывном движении воды от входа к выходу. Отстойники бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные. В горизонтальном отстойнике осветляемая вода поступает через дырчатую перегородку одного торца отстойника, а выходит из противоположного торца (рис.8.19).Взвешенные частички, двигаются вместе с водой, тем не менее направление и скорость их движения отличные от направления и скорости движения воды, так как на взвешенные частички вследствие их большего удельного веса влияет сила тяжести. Глубина отстойника - З-4 м, иногда до 5 м. Обычно отстойник разделяют на ряд параллельно работающих секций. Днище таких отстойников делают с продольным уклоном не менее чем 0,02 к приямку для осадка, расположенного в начале отстойника, и с поперечным уклоном к лотоку, устроенному в днище. Отстойники периодически приходится отключать для очистки их от осадка, который залегает на дне отстойников. При улучшенной конструкции отстойников их очищают в ходе использования механизма, который приводится в движение электродвигателем и загребает осадок к углублению в дне отстойника.

Рис. 8.19. Горизонтальный отстойник.

Оттуда осадок удаляют специально приспособленными для этого насосами или эжекторами или под давлением воды в отстойнике (при открытой заслонке на иловой трубе). Применение горизонтальных отстойников целесообразно на больших очистных станциях.

Вертикальные отстойники - это цилиндрические резервуары с коническим или плоским днищем (рис. 8.20). Вода поступает в отстойник сверху через подающую 1 и центральную трубу 2 (камера хлопьеобразования), проходит через зону отстаивания 3 и сливается через край отводного лотока 4, который опоясывает верх отстойника. Осветленная вода отводится трубопроводом 6. Выпадение взвесей начинается в момент резкого изменения направления движения воды при выходе из центральной трубы. Время пребывания воды в отстойнике обычно равняется 2 ч. Осадок из вертикальных отстойников можно выпускать, не опорожняя их - необходимо открыть задвижку на иловой трубе 5 и осадок будет вытекать под напором воды в отстойнике. Коническое днище облегчает сползание осадков. При небольшом содержимом взвесей в очищаемой воде дно вертикального отстойника можно делать почти плоским с незначительным уклоном (0,02) к центру, который уменьшает объем строительных работ. В этом случае осадок удаляют периодическим смыванием. Диаметр вертикальных отстойников - 5-28 м.

Радиальные отстойники применяют на больших очистных станциях производительностью свыше 30-300 тис. м³/сут. при большом содержимом взвешенных веществ в воде, которая поступает на обработку, и, главным образом, в промышленном водоснабжении. Это круглые резервуары диаметром 10-60 м, с глубиной 3-5 м в центре и 1, 5-2,5 м на периферии.

Рис. 8.20. Схема вертикального отстойника:

1 - подающий трубопровод; 2 - камера хлопьеобразования; 3 - зона отстаивания (осаждения); 4 - отводный лоток; 5 - иловая труба для выпуска осадка; 6-отводный трубопровод.

Рис. 8.21. Осветлитель коридорного типа.

Вода поступает в центр отстойника и движется в радиальном направлении к сборному лотка, который располагается по периметру отстойника. Механическое беспрерывное удаление осадка является большим преимуществом радиальных отстойников перед отстойниками других типов.

Осветлители со взвешенным слоем осадка — сооружения нового типа. их применяют для осветления и обесцвечивания коагулированой воды при содержании взвешенных веществ в источнике водоснабжения 100 мг/л и больше и цветности до 150°. Осветление основано на движение воды через слой взвешенного осадка, частички которого оказывают содействие увеличению хлопьев коагулянта, способных задерживать большое количество взвешенных веществ. Осветлители в плане имеют круглую или же прямоугольную форму. Они сравнительно с вертикальными отстойниками имеют большую степень осветления и большую пропускную способность при малых дозах коагулянта.

Прямоугольные в плане осветлители коридорного типа (рис. 8.22) разделенны внутренними перегородками на три отдела. Вода из смесителя поступает в осветлитель через трубу 1 и дырчатые трубы 2 распределяется в рабочей зоне 3 осветлителя. Зависание хлопьев коагулянта достигается подхватыванием вертикальных восходящих скоростей потока воды. Над слоем взвешенного осадка расположена защитная зона 4. Отводят воду через лотки 5. В среднем отделе осветлителя (шламоуплотнители (8.36)).

8) труба 6 для удаления избыточной воды. Избыточный осадок, который поступил из рабочей зоны 3 через окна 7 и уплотненный в шламонакопителя(8.37) 8, сбрасывается через трубу 9. Обычно скорость поднятия воды в рабочей зоне - 1-1,2 мм/сек. Осветленная вода удаляется через трубу 10.

4.5. Фильтрование воды.

Фильтрование воды(8.38) заключается в перепускании воды через слой мелкозернистого фильтрующего материала (речного или карьерной песка, измельченного антрацита и др.). Назначение фильтров - удаление всех взвешенных веществ, не задержанных в отстойниках или осветлителях. По скорости фильтрования фильтры разделяют на медленные, быстрые, скорые (применяются для промышленных целей).

Скорость фильтрования - это скорость прохождения воды через фильтрующий материал, измеренная в м/ч.

Фильтры бывают открытые (безнапорные, самотечные) и закрытые (напорные).

По величине фильтрующего материала фильтры сооружаются с нормальной загрузкой и с крупнозернистой, которые применяются для предочистки, как предфильтрация(8.39).

По принципу действия и виду загрузки быстрые фильтры разделяют на фильтры с направлением движения воды сверху вниз (однопоточные) и с одновременным движением сверху вниз и снизу вверх (двухпоточные).

Большое распространения в практике очистки воды приобрели быстрые фильтры (со скоростью фильтрования 6-10 м/ч и более). В такой фильтр (рис.8.22) вода поступает из отстойника или осветлителя трубопроводом 1 в водоотводный лоток 2, а из него на фильтрующий материал с помощью распределительных желобов 7. Вода проходит фильтрующий и поддерживающий ее гравийный слой, расположенный на дырчатом днище 3, а дальше проходит дренаж 4 и трубопроводом 6 отводится в резервуары чистой воды. Труба 5 нужна для опорожнения фильтра при ремонте. В меру загрязнения фильтрующего материала скорость фильтрования падает. Она зависит также от типа загрузки и крупности фильтрующего материала.

Рис. 8.23. Однопоточный открытый быстрый фильтр: а - при фильтровании; б - при промывке.

Промывка фильтра для восстановления фильтрующей способности материала заключается в подаче на фильтр снизу вверх большого количества воды. Эта вода захватывает отфильтрованные вещества, которые смываются с поверхности песка вследствие взаимного трения частичек. Загрязненная вода поднимается к уровню желобов и удаляется через них в водосток, сливаясь по трубе 8. Быстрые фильтры промывают 1-1 разы на сутки, в зависимости от качества исходной воды. Интенсивность промывки — не меньше 12-15 л/сек на 1 м² площади фильтра, продолжительность — 5-7 мин. Фильтрующий слой состоит из отсеянного кварцевого речного песка 9 с крупностью зерен 0, 5-5,8 мм при толщине слоя 0, 7-7 м. Поддерживающий гравийный слой 10 состоит из гравия размером от 2-12 до16—32 мм и имеет высоту до 0,4-5 м. Дренаж обеспечивает равномерный отвод фильтрованной воды, а также равномерное распределение воды промывки фильтра. По величине гидравлической нагрузки, которая играет большую роль в равномерном распределении воды, дренажи разделяют на две группы: большой и малой нагрузки. Дренажи большой нагрузки бывают трубчатые и колпачковые. Наиболее распространенные - трубчатые, которые представляют собой систему дырчатых чугунных или стальных труб, укладываемые параллельно на расстоянии 0, 15-0,3 м одна от одной в нижних слоях гравия и присоединяются к коллектору (труба большого диаметра), расположенных посреди днища фильтра параллельно к его длинной стороне.

Рис. 8.24. Фильтр АКХ:

1 - желоба; 2 - воздушная трубка; 3 -щелевой дренаж; 4 - люк; 5 - труба для промывной воды; 6 - труба для осветленной воды; 7 - канал чистой воды; 8- трубы распределительной системы.

Щелевые колпачки дренажа дают возможность отказаться от поддерживающих слоев гравия, вследствие чего уменьшается высота и, а так же стоимость фильтра.

Фильтры двопоточные - АКХ (рис.8.24) имеют производительность в 1,5 раза большую, чем открытые скорые фильтры. Основная масса воды проходит сквозь тело фильтра снизу вверх. Часть воды, которая поступает желобами, фильтруется сверху вниз. Профильтрованная вода отводится трубчатым дренажем из щелевых асбестоцементных или винипластовых труб.

Измельченный антрацит имеет большую способность задерживать загрязнения воды, в отличие от кварцевого песка. Антрацит применяют в двухслойных фильтрах. В последнее время используют двухслойные фильтры, загруженные сверху слоем 0, 4-0,5 м измельченного антрацита крупностью 0, 8-1,8 мм, а внизу - на высоту 0, 4-0,5 м - кварцевым песком. Производительность такого фильтра в 1, 5-2 разы больше, чем обычного при одинаковой их площади. Учитывая сопоставимую сложность оборудования фильтров АКХ, двухслойные фильтры, которые появились позднее чем фильтры АКХ, стали их серьезным конкурентом по производительности. Медленные фильтры имеют скорость фильтрования 0, 1-0,2 м/ч без коагулирования. 1-е применяют для очистки небольших количеств воды, преимущественно в сельском хозяйстве.

Сверхскоростные фильтры (напорные системы Г.М. Никифорова) разделяют на два типа: камерные и батарейные. Сверхскоростные фильтры требуют больших капитальных затрат и расхода металла, а также высокой квалификации обслуживающего персонала. Тем не менее большая пропускная способность и малые размеры площадей, которые они занимают (а это важно для промышленных предприятий), предопределяют их большое распространение.

Напорный фильтр - это герметически закрытый стальной резервуар с фильтрующей загрузкой, который работает при давлении воды до 59 н/см². Напорные фильтры применяют преимущественно в промышленном водоснабжении. Иногда после этих фильтров напор бывает еще достаточным для подачи воды в напорный бак или в разводную сеть. В таких случаях отпадает потребность в насосной станции второго подъема. Напорные фильтры разделяют на горизонтальные и вертикальные. При напорном фильтровании предотстаивание воды не обязательно. Недостаток этих фильтров - в сложности контроля и неудобности их для обзора.

4.6. Обеззараживание воды.

Обработка воды с целью уничтожения бактерий называется дезинфекцией, или обеззараживанием. Обеззараживание может быть достигнуто хлорированиям, действием ультрафиолетовых лучей, ультразвука, озонированием(8.40) и обработкой ионами тяжелых металлов.

На временных и малых установках допускается дезинфекция воды хлорной известью. Хлорная (белильная) известь изготовливается на заводах, путем соединения газообразного хлора с гашеной известью. Техническая хлорная известь содержит 25-30% активного хлора.

Хлор - это газ желто-зеленого цвета, в 2,5 раза тяжелее воздуха. При температуре —34° С хлор переходит в жидкое состояние. Показателем достаточности употребленной дозы хлора служит наличие в воде так называемого остаточного хлора после очистных сооружений. Количество остаточного хлора в воде должно быть не менее чем 0,3 и не более чем 0,5 мг/л. Для осветленной речной воды или воды подземных источников доза хлора может быть ориентировочно до 0,5 мг/л.

Введенный в очищаемую воду хлор должен хорошо смешаться с ней, и до того, как вода будет подана потребителю, ей необходимо на протяжении не менее чем 30 мин. контактировать с хлором. При хлорировании уже осветленной воды хлор вводится обычно перед поступлением ее в резервуар чистой воды, где и обеспечивается нужное для контакта время.

Газообразный хлор поступает на станцию в металлических баллонах или бочках. Хлор из баллонов подается в воду через специальные устройства - «хлораторы» или (газодозатори(8.37)) где он дозируется и смешивается с некоторым количеством воды.

Ныне применяются вакуумные хлораторы, в которых с помощью редукционного клапана давление газа снижается до 12 н/см².

Для сокращения времени реакции и повышения степени надежности обеззараживающего действия хлора иногда применяют перехлорирование, т.е. обработку воды дозами хлора, которые превышают естественную потребность в нем. Избыточные количества хлора (сверхнормативные) или малое время контакта хлора с водой могут послужить причиной неприятного запаха хлора в воде. Для устранения этого запаха воду дехлорируют(8.38) (удаляют из нее хлор) аэрированием или введением в нее веществ, которые нейтрализуют хлор.

Хлораторные помещения должны быть изолированы от других помещений очистной станции. Для его вентиляции устанавливают вентилятор, который обеспечивает не менее чем 12-кратный обмен воздуха с удалением его возле пола, так как хлорный газ имеет удельный вес больший, чем воздух.

Воду можно обеззаразить, если подвергнуть ее бактерицидному облучению, т.е. действию ультрафиолетовых лучей, которые имеют бактерицидные свойства (убивают бактерии). Как источник излучения используют артонно-ртутные лампы низкого давления и ртутно-кварцевые лампы высокого давления. Большим преимуществом обеззараживания воды с помощью бактерицидного облучения есть то, что при нем не изменяются вкусовое и химическое свойства воды: бактерицидные лучи действуют во много раз быстрее, чем хлор, и потому обеззараженную воду можно сразу же подавать потребителям. А недостаток бактерицидного облучения в том, что оно не может быть применено для мутной воды, а также для воды, которая содержит железо.

Особенностью озонирования являются обесцвечивание воды и устранение запаха и привкуса, который происходит одновременно с обеззараживанием. Озон, это один из сильнейших окислителей, уничтожает бактерии, споры и вирусы (в частности вирусы полиомиелита), а также растворенные и взвешенные в воде органические вещества. Озон О₃, необходимый для озонирования, получают из атмосферного воздуха в специальных аппаратах (озонаторах), влияя на него «тихим» электрическим разрядом. Продолжительность контакта обеззараживаемой воды с озоном- 5-10 мин. Доза озона составляет около 1 мг/л, если предполагается лишь обеззараживание воды, а если также и обесцвечиваеся - до 4 мг/л. Недостаток озонирования - большая затрата электроэнергии, которая удорожает очистку воды.

Обеззараживание воды ионами тяжелых металлов основывается на сильном бактерицидном действии ионов тяжелых металлов (серебра, меди) при очень малой их концентрации в обеззараживаемой воде. Обезвредить воду можно также фильтрованием воды сквозь осеребренный песок. Большая поверхность взаимодействия серебра с водой оказывает содействие быстрому переходу ионов серебра в раствор.

Ныне известно о положительном бактерицидном действии ультразвука .

4.7. Умягчение воды.

Питьевая вода для котельных установок, а также для водоснабжения промышленных предприятий в большинстве случаев нуждается в умягчении жесткости, т.е. умягчение воды. Умягчить ее можно реагентной обработкой, катионированием, термической и термохимической обработкой, обработкой ультразвуком, электромагнитами и комбинированием названных методов.

При реагентном (известково-содовом) способе известь устраняет соли карбонатной жесткости, а сода способствует выпадению солей постоянной жесткости. К умягченной воде добавляют насыщенный раствор гашеной извести или 3- 5-процентный раствор известкового молока. Часть извести нейтрализует свободную углекислоту, растворенную в воде, образовывая мел. Часть извести действует на двууглекислые соли кальция, забирая полусвязанную углекислоту, образовывая затем мел, который выпадает в осадок. Для удаления солей постоянной жесткости служит кальцинированная сода. В результате обменной реакции с солями постоянной жесткости (сернокислым, хлористым или азотнокислым кальцием и магнием) кальций и магний переходят в углекислые соединения и выпадают в осадок. В воде остаются соли натрия. Итак, происходит замена солей постоянной жесткости на соли натрия. Реагентным методом практически удается уменьшить жесткость до 1-2 мг-экв/л.

Для глубокого умягчения принимают вспомогательные меры. Так, при подогреве обрабатываемой воды приблизительно до 90° остаточная жесткость может быть доведена до 0, 2-2,4 мг-экв/л. Без подогрева обработка воды ведется большими, избыточными дозами извести с последующим удалением этих излишков продувкой воды углекислотой. Такой процесс называется декарбонизацией(8.43).

Неполное умягчение воды при известково-содовом способе, громоздкость установок и необходимость тщательного дозирования реагентов из-за непостоянство состава умягчаемой воды есть недостатками этого метода обработки воды.

Усовершенствованным и технологически обоснованным является метод ионообмен-Н- и Nа-(8.44) способ умягчения воды, которая основана на реакции замещения катионов кальция и магния на катионы натрия и водорода при фильтровании воды через катионитовую загрузку.

Различают Н- и Na-Катионирование. Как комплексные соединения, применяемые для катионирования, могут быть использован сульфатный уголь; катиониты КУ-1, КУ-2, КБ-4. При катионитовом умягчении воды различают параллельное, последовательное и комбинированное катионирование на фильтрах Н- и Na-Катионитов. Например, при параллельном катионировании часть воды фильтруется через Н-Катионитовые фильтры, а остальная - через Nа-Катионитовые, далее обе части воды смешиваются. Такие схемы умягчения воды обусловливаются увеличением кислотности воды при Н-Катионировании и необходимостью пощелачивать воду для ее восстановления (для чего и применяют Nа-Катионирование). Со временем умягчительная способность катионитового фильтра уменьшается и его необходимо восстанавливать (регенерировать). Регенерируют фильтр, пропуская через него 5- 8-процентный раствор хлористого натрия (кухонной соли). Умягчение катионитами экономически целесообразно только для жесткости воды до 10 мг-экв/л, при этом общая жесткость воды снижается почти до нуля.

В тех случаях, когда умягчаемая вода имеет высокую карбонатную жесткость, целесообразно применить комбинированный способ умягчения воды известью и катионитом. При этом сначала с помощью извести снижают карбонатную жесткость воды, потом пропускают воду через катионитовый водоумягчитель, который окончательно снимает как карбонатную, так и постоянную жесткость.

§5. Водонапорное и регулировочное сооружения.

Регулировочные емкости дают возможность обеспечить относительно равномерную работу насосных станций, а также уменьшить диаметры, а так же стоимость водопроводной сети.

Запасные емкости повышают надежность и бесперебойную работу всей системы водоснабжения. По назначению и использовании их в водоснабжении водонапорные емкости классифицируют на регулировочные, запасные и запасно-регулировочные, т.е. такие, которые объединяют в одном сооружении функции аккумулирования и регулирования. По способу получения воды сооружения бывают: напорные, которые обеспечивают потребный напор для непосредственной подачи воды в водораспределительную систему; безнапорные, из которых вода забирается насосами. Напорные емкости конструктивно делятся:

а) водонапорные башни (напор обеспечивается установкой резервуара на поддерживаемой конструкции на определенную высоту);

б) резервуары (напор обеспечивается установкой резервуара на соответствующей самой высокой точке местности);

в) водонапорные колоны, занимающие промежуточное положение между наземными резервуарами и башнями;

г)пневматические установки (напор обеспечивается давлением на поверхность воды сжатого воздуха в герметически закрытых резервуарах).

5.1. Водонапорные башни.

Основной задачей работы водонапорной башни является компенсация не совпадения режимов подачи и потребления воды в отдельные часы суток, которые достигаются аккумулированием излишка подаваемой воды в одни часы и пополнением ее недостатка в другие часы суток.

Водонапорная башня представляет собой водонапорный бак, расположенный на поддерживаемой конструкции (стволе) на расчетной высоте (рис. 8.25). Вокруг бака для его утепления чаще всего устраивают шатер на консолях, выпущенных из опорной конструкции. Шатер должен быть из легкого материала, покрытого теплоизоляцией и огнеупорной краской. В районах теплого климата шатра можно не делать, но тогда бак должен иметь перекрытия. При достаточно быстром обмене воды в баке можно обойтись без шатра и в холодной местности, так как при этих условиях замерзание воды в баке маловероятно даже при больших морозах. В одной и той же водонапорной башне можно на разной высоте устанавливать два и даже три бака, которые обслуживают системы водопроводов с разными напорами (на промышленных предприятиях).