В. Ф. Кожинов,

проф. д-р техн. наук

Очистка питьевой и технической воды

Примеры и расчеты

4-е издание, репринтное

3-е издание допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов специальности «Водоснабжение и канализация» высших учебных заведений

Москва 2008

УДК 628.16

ББК 38.76

К 585

К 585

Кожинов В.Ф.

Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты: Учеб. пособие для вузов. — 4-е изд., репринтное. — М.: ООО «БАСТЕТ», 2008. — 304 е.: ил.

ISBN 978-5-903178-09-4

В книге приведены числовые примеры расчёта сооружений для очистки пить­евой и технической воды, сопровождаемые необходимыми схемами и чертежами.

В книге помещены расчёты осветлителей разных типов, новой аппаратуры для обеззараживания воды бактерицидным излучением, установок для озонирования воды и т.д.

Приведены данные о применении полиакриламида, об устройствах для мокро­го хранения реагентов, о радиальных отстойниках для первичного осветления высокомутных вод. Предложен утончённый расчёт устройств для отвода воды при промывке фильтров и рассмотрена схема повторного использования промывных вод.

Большое внимание уделено результатам исследований по теоретическим осно­вам осаждения взвеси и процесса фильтрования.

Рассмотрены некоторые типы установок для опреснения и обессоливания воды и их расчёт. Приведены схемы и расчёты обесфторивающих и фтораторных уста­новок.

Учебное пособие предназначено для студентов инженерно-строительных фа­культетов, специализирующихся по водоснабжению, а также может быть полез­ным для инженеров и техников, работающих в области очистки воды.

Таблиц 73, иллюстраций 85, библиография 22 наименования.

УДК 628.16 ББК 38.76

© Издательство литературы

по строительству, 1971 © В. Ф. Кожинов, наследники,

2008

ISBN 978-5-903178-09-4 © ООО «БАСТЕТ», 2008

Предисловие

Огромные объемы работ, выполненные в нашей стране за время Советской власти, позволили значительно увеличить количество и мощность городских водопроводов. За период 1917-1970 гг. суммарная подача воды в городах и рабочих поселках СССР увеличилась почти в 50 раз, т.е. количество воды, которое было подано за весь 1917г., стало подаваться за неделю.

Увеличение количество коммунальных водопроводов происходило в условиях исключительно высокого прироста городского населения. По сравнению с 1913 г. население городов СССР (включая рабочие поселки) возросло с 28,5 до 136 млн. человек, или в 4,8 раза. Однако темп роста подачи воды все время обгонял темпы роста городского населения. Благодаря этому резко возросло и среднее потребление воды на душу населения — с 30 до 270 л.

ЦК КПСС и Совет Министров СССР в июне 1969 г. приняли постановление «О мерах по улучшению качества жилищно-гражданского строительства». В этом постановлении было намечено значительное повышение уровня бытовых условий и комфортности жилого фонда, составлявшего к началу 1969 г. 1,4 млрд. м². Только за период 1959-1968 гг. в 1400 городах и поселках СССР были проложены водопроводы. Для обеспечения высокого качества подаваемой питьевой воды городские водопроводы располагали очистными станциями, которые подвергали исходную воду всесторонней обработке: устраняли мутность и цветность воды и производили ее обеззараживание; в необходимых случаях снижали жесткость воды и содержание растворенного железа. Ликвидировали Привкусы и запахи воды и т.д.

Значительные масштабы водоснабжения и все возрастающие требования к качеству подаваемой воды. Поставили перед советской наукой и техникой ряд неотложных задач по повышению эффективности действия водопроводных сооружений. Над разрешением этих задач трудились ученые, инженеры, техники и передовые рабочие-новаторы.

При проектировании очистных сооружений необходимо знать требования, предъявляемые к качеству воды, которая подается различным потребителям. Для питьевых целей качество воды должно отвечать требованием ГОСТ 2874-54.

3

В принятом ЦК КПСС и Советом Министров СССР постановлении «О совершенствовании планирования капитального строительство и об усилении экономического стимулирования строительного производства» (июнь 1969 г.) отмечалось, что за период с 1950 по 1968 г. в СССР построено свыше 12,5 тыс. крупных промышленных предприятий.

Промышленность Советского Союза использовала воду в весьма больших количествах на технологические нужды при различных производственных процессах. Особенно много воды требовалось для охлаждения действующих агрегатов (например, конденсаторов паровых турбин тепловых электростанций, холодильников доменных и мартеновских печей и т.д.). Воды должна быть освобождена от избытка взвешенных веществ, которые, осаждаясь, засоряют охлаждающие устройства, не должна содержать сероводорода и железа и ее карбонатная жестокость должна быть не выше 2-7 мг∙экв/л.

Осуществление программы, принятой Пленумом ЦК КПСС в декабре 1963 г. по развитию мощной химической индустрии, в частности, по резкому увеличению производства минеральных удобрений и ядохимикатов, требовало создания крупных систем технического водоснабжения. Так, на 1т выпускаемой продукции расходуются следующие количества воды: при производстве серной кислоты до 90 м³, при производстве азотной кислоты до 250 м³, при производстве аммиака до 1050 м³.

Очистные сооружения должны обеспечить высокое качество обработки воды перед поступлением ее к холодильникам, скрубберам, а также для наполнения гидравлических затворов и других потребностей химических заводов.

Воду, подаваемую для некоторых производственных нужд, зачастую нужно подвергать такой же тщательной очистке, как и воду для питьевых целей (например, в пищевой промышленности). Нередко оказывается необходимой еще более глубокая обработка воды (например, для питания котельных установок, для технологических процессов вискозных фабрик, для изготовления люминофоров, полупроводников и т.д.). В таких случаях обязательно не только устранение мутности воды, но и резкое снижение содержания в ней солей кальция и магния, железа, а также двуокиси кремния, фосфорного ангидрида, кислорода и свободной углекислоты. Все это, конечно, усложняет процессы очистки воды.

Большое значение для повышения эффекта очистки воды представляют результаты научных исследований, проводимых советскими учеными в Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, во ВНИИ ВОДГЕО, в ИОНХАН УССР и др.

В 1967 г. в СССР был завершен монтаж самого мощного в мире Серпуховского синхрофазотрона на 70 млрд. электроновольт, представляющего собой кольцеобразный туннель длиной 1,5 км. В нем

4

размещено 120 электромагнитов и 54 ускоряющих станций, где пульсирующее электрическое поле придает дополнительное ускорение частицам — протонам. Обмотка магнитов нуждается в охлаждении, поэтому последние обмотаны не проволокой, а трубкой, по которой циркулирует вода. Однако вода, как движущийся проводник, искажаем магнитное поле, и ей нужно придать свойства изолятора. Но этому требованию обычная дистиллированная вода не отвечает; даже двойная и тройная дистилляция в данном случае недостаточна. Для подготовки «сверхдистиллированной» воды был создан специальный завод, откуда целая река такой воды подается насосами по трубопроводам, имеющим общую длину, которая измеряется сотнями километров.

В рассмотренном выше случае вода служит охлаждающим агентом для потребностей предприятий ядерной физики. В свою очередь ядерные установки также могут быть использованы для опреснения соленых вод, если применяется способ выпаривания последней с последующей конденсацией пара. Для выпаривания воды требуются большие затраты тепла, мощным источником которого являются ядерные реакторы атомной электростанции. Если применить установку с реактором на быстрых нейтронах тепловой мощностью 2,2 млн. квт с шестью турбогенераторами, то при расходе пара 480 т/ч турбина развивает мощность 85 тыс. квт, а суммарная мощность шести турбин составит 510 тыс. квт. Пар, получаемый на выхлопе из турбин с общим расходом 2150 т/ч, направляется на опреснительную установку. Такая комплексная схема обеспечивает годовую выработку электроэнергии, равную 3,5- 10⁹ квт*ч, и одновременное опреснение 180 тыс. м³ соленой воды в сутки¹.

Пресная вода, получаемая на установках, которые используют тепло Ядерного реактора, не содержит радиоактивных веществ, так как в процессе опреснения она совершенно не соприкасается с активной зоной реактора.

Из изложенного выше следует, что к 1970 г. произошли значительные качественные изменения в области очистки воды.

В декабре 1970 г. Верховным Советом СССР были утверждены «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик» устанавливающие порядок водопользования, охраны вод и предупреждения их вредного воздействия, государственного учета и планирования использования вод, а также ответственности за нарушение водного законодательства.

Это вызвало необходимость изменения норм и технических условий проектирования водоочистных сооружений.

В Строительных нормах и правилах СНиП П-Г. 3-62 «Водоснабжение. Нормы проектирования» имеется раздел «Очистка воды и водоподготовка».

¹ Е . Д. Мальцев. Опреснение соленых вод. Атомиздат, 1965.

5

Эти нормы были пересмотрены с учетом отражения результатов ряда научных исследований, уже проверенных практикой, а также обобщения опыта проектирования, строительств и эксплуатации водоочистных сооружений.

В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971 -1975 гг. указывалось на необходимость:

• завершить в основном обеспечение городского населения централизованным водоснабжением, построить за пятилетие водопроводы в 700 городах и рабочих поселках;

• усилить работы по улучшению санитарного состояния населенных пунктов и окружающей среды;

• продолжить работы по рациональному использованию и усилению охраны водных ресурсов страны; обеспечить ввод в действие водохозяйственных объектов, имея в виду улучшить водообеспечение городов, рабочих поселков и промышленных предприятий.

Изложенное выше побудило автора при выпуске 3-го издания книги «Очистка питьевой и технической воды» внести необходимые коррективы идополнения.

Материал предлагаемой книги отражает современные научно-технические достижения в области очистки воды и дает возможность правильно выполнять гидравлические расчеты всех основных сооружений водоочистных станций. При конструировании установок и сооружений водоочистных станций следует пользоваться типовыми проектами, утвержденными Госстроем СССР. Размеры зданий следует назначать в соответствии с величиной шага между колоннами и осями стен согласно действующим правилам по унификации производственных зданий.

Автор выражает искреннюю благодарность рецензенту — кафедре водоснабжения и канализации Горьковского инженерно-строительного института им. В. П. Чкалова за ценные предложения, сделанные при рецензировании рукописи, а также канд. техн. наук И. В. Кожинову, написавшему § 40 и главу X настоящей книги.