7.5. Основные сооружения водоочистной станции
Смесители предназначены для ускорения реакции коагуляции. Из различных конструкций смесителей наибольшее применение получил вертикальный вихревой смеситель, который работает следующим образом.
Вода от насосов I-го подъема по трубопроводу подается в нижнюю часть смесителя, сюда же по трубам подаются реагенты (коагулянт, известь)
При прохождении потока воды через смеситель снизу вверх с убывающей скоростью в диффузоре создаются интенсивные вихри, интенсивно перемешивающие реагенты с водой. Продолжительность перемешивания реагентов с обрабатываемой водой составляет 1,5…2 мин.
Сбор и отвод воды из верхней части смесителя производится при помощи периферийного желоба с затопленными отверстиями. Восходящая скорость воды в верхней части смесителя должна быть в пределах 25…28 мм/с.
Схема устройства вертикального вихревого смесителя представлена на рис. 42.
Рис. 42. Схема устройства вертикального вихревого смесителя:
1 - трубопровод подачи воды; 2 и 5 – трубы подачи реагентов; 3 – диффузор; 4 – периферийный желоб.
Отстойники и камеры хлопьеобразования. Для осветления воды применяют вертикальные и горизонтальные отстойники с встроенными в них камерами хлопьеобразования.
Вертикальные отстойники применяют на очистных станциях небольшой производительности (3…5 тыс. м3/сут). Отстойники устраивают из железобетона, в плане круглой формы с коническим дном. Схема устройства вертикального отстойника представлена на рис. 43.
Вода из смесителя поступает в центральную трубу отстойника через два тангенциально расположенные сопла. Центральная труба размещается посередине отстойника и является водоворотной камерой хлопьеобразования.
Скорость воды при выходе из сопла составляет 2,5…3 м/с. При такой скорости в центральной трубе образуется спиралеобразный нисходящий поток воды. В результате происходит равномерное перемешивание потока воды и создаются благоприятные условия для образования хлопьев коагулянта.
При выходе из камеры хлопьеобразования вода медленно со скоростью 0,5…0,6 мм/с поднимается вверх через зону осаждения.
Укрупняющиеся в отстойнике хлопья взвеси осаждаются на дно в зону накопления осадка, а осветленная вода с некоторым остатком мелкой взвеси сливается в водосборные желоба и далее отводится на фильтры. Осадок из зоны накопления периодически отводится в водосток.
Рис. 43. Схема устройства вертикального отстойника:
1 - тангенциально расположенные сопла; 2 – центральная труба; 3 – водосборные желоба;
4 – зона осаждения; 5 – зона накопления осадка.
Горизонтальные отстойники применяют на очистных станциях производительностью более 30 тыс. м3/сут. Отстойники представляют собой прямоугольные в плане резервуары, устраиваемые из железобетона. Схема устройства горизонтального отстойника показана на рис. 44.
В горизонтальном отстойнике с встроенной камерой хлопьеобразования вода из смесителя поступает через дырчатые распределительные трубы в нижнюю часть камеры хлопьеобразования. Затем вода медленно со скоростью не более 3 мм/с поднимается вверх через слой взвешенного осадка, переливается через водослив и, пройдя под перегородку, выходит в зону осаждения отстойника.
Далее вода со скоростью 5…7 мм/с движется почти горизонтально вдоль отстойника и освобождается от взвеси, выпадающей в зону накопления и уплотнения осадка. Осветленная вода сливается в водосборный желоб и отводится на фильтры. Осадок из зоны накопления и уплотнения периодически удаляется в сток через систему дырчатых труб или лотков.
Рис. 44. Схема устройства горизонтального отстойника:
1 – дырчатые распределительные трубы; 2 – нижняя часть камеры хлопьеобразования; 3 – водослив; 4 – перегородка; 5 – зона осаждения; 6 – водосборный желоб; 7 - система дырчатых труб; 8 – зона накопления и удаления осадка.
Осветлители со взвешенным осадком применяются в большинстве случаев на водоочистных станциях производительностью до 50 тыс. м3/сут. Из различных конструкций осветлителей наибольшее распространение получил коридорный осветлитель с вертикальным осадкоуплотнителем, представленный на рис. 45.
Рис. 45. Схема осветлителя со взвешенным осадком:
1 – дырчатые распределительные трубы; 2 – зона реакции; 3 – зона взвешенного осадка; 4 – зона осветления; 5 – водосборные желоба; 6 – дырчатые трубы; 7 – зона отделения осадка; 8 – шламоотводные окна; 9 – дно зоны накопления; 10 – шламоотводные дырчатые трубы; 11 – задвижка; 12 – водосборный карман; 13 – трубопровод отвода осветленной воды.
Осветлитель с вертикальным осадкоуплотнителем представляет собой прямоугольный в плане железобетонный резервуар, разделенный на три секции. Боковые секции являются рабочими камерами осветлителя, а центральная секция служит осадкоуплотнителем.
Вода из смесителя поступает через дырчатые распределительные трубы в рабочие камеры осветлителя. Пройдя снизу вверх через зону реакции, зону взвешенного осадка и зону осветления, обрабатываемая вода сливается в водосборные желоба и далее в водосборный карман, откуда по трубопроводу отводится на фильтры.
Фильтры. Наиболее часто в условиях железнодорожного водоснабжения для осветления воды применяются открытые (безнапорные) фильтры. Такой фильтр представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар с фильтрующей загрузкой, оборудованный дренажно-распределительными и отводными устройствами.
В открытые скорые однослойные фильтры (рис.46) вода поступает по трубопроводу в боковой карман и через лотки равномерно распределяется над поверхностью фильтра. Вода просачиваясь через фильтрующую загрузку, очищается от взвеси и собирается дренажной системой, состоящей из дырчатых труб, в сборный центральный коллектор. Из коллектора вода отводится по трубопроводу в резервуар чистой воды.
В качестве фильтрующей загрузки в фильтрах такого типа чаще всего используется кварцевый песок крупностью 0,5..2 мм с высотой слоя от 0,7 до 2 м. Поддерживающий слой, предназначенный для предотвращения выноса песка из фильтра с водой, выполняется из гравия крупностью 2…32 мм и имеет толщину слоя около 0,35 м.
Скорость фильтрования воды через загрузку составляет 6…10 м/ч, следовательно, с каждого квадратного метра фильтрующей загрузки можно получить от 6 до 10 м3 очищенной воды в час.
По мере накопления задерживаемой взвеси производительность фильтра снижается. Поэтому необходимо периодически через каждые 8…12 часов производить промывку фильтров.
Промывка фильтров осуществляется обратным током чистой воды с интенсивностью 12…18 л/с на 1 м2 площади фильтра. Вода от промывного насоса по трубе подается через дренажно-распределительную систему в фильтр и проходит снизу вверх через гравий и песок, вымывая из взрыхленного песка накопленные отложения взвеси. Затем промывная вода сливается в лотки и через боковой карман и трубу отводится в сток.
Для повышения эффекта промывки фильтров применяют предварительную или совместную с промывкой продувку фильтрующей загрузки сжатым воздухом. Сжатый воздух подается от воздуходувки через дырчатую распределительную систему, расположенную под фильтрующей загрузкой.
Рис. 46. Устройство открытого скорого однослойного фильтра:
1 - трубопровод подачи воды; 2 – боковой карман; 3 – распределительные лотки; 4 – фильтрующая загрузка (песок); 5 – поддерживающая загрузка (гравий); 6 – дренажная система; 7 – сборный центральный коллектор; 8 – трубопровод отвода воды; 9 – трубопровод подачи промывной воды; 10 – трубопровод отвода промывной воды.
Двухслойные фильтры. В коммунальных водоочистных установках также применяют двухслойные фильтры, которые используют фильтрующую загрузку, состоящую из песка толщиной 0,5 м и слоя дробленого антрацита толщиной 0,5 м.
Медленные фильтры представляют собой неглубокие резервуары, заполненные загрузкой из песка и гравия. Для распределения воды по площади фильтров над ними устраивают распределительный водослив. На дне фильтра в слое гравия оборудуется дренажная система для сбора и отвода отфильтрованной воды.
Фильтрующая загрузка выполняется из кварцевого песка с размером зерен 0,3…1 мм и толщиной слоя 800…1200 мм. Скорость фильтрования воды через загрузку находится в пределах 0,2…0,4 м/ч.
Периодически 1…2 раза в месяц верхний загрязненный слой песка толщиной 15…20 мм снимают лопатами и выбрасывают. После 10…15 чисток фильтр догружают промытым песком.
Медленные фильтры обычно используют без предварительной коагуляции воды.
В настоящее время используют конструкции медленных фильтров, работающих без удаления песка, с механическим рыхлением загрузки и гидросмывом загрязнения. Такие конструкции применяются для осветления мутных вод с количеством взвешенных веществ до 700 мг/л, цветностью до 50о при производительности очистных станций до 30000 м3/сут.