4.3. Конструкції компактних сітчастих установок

на водозаборах

Д ві принципові конструкції КСФ – із рухом сітчастого полотна та із рухом промивного пристрою – наведені на рис. 4.8. У першому випадку (рис. 4.8, а) обертання закріпленого у

а)

б)

Рис. 4.8. Принципові конструкції КСФ: а) із внутрішнім підведенням води: 1 – самопливна лінія; 2 – обід більшої основи; 3,5 – підшипники; 4 – опорне кільце; 6 – хрестовина; 7 – відвід; 8 – фланець; 9 – флейта; 10 – лопатевий гвинт; 11 – засувка; б) із зовнішнім підведенням води: 1 – самопливна лінія; 2 – опорне кільце; 3 – твірні конуса; 4 – V-подібна флейта; 5,7 – підшипники; 6 – вісь; 8 – трубопровід для підведення промивної води; 9 – сопла; 10 - відвід

підшипниках на осі трубопроводу сітчастого полотна забезпечується від лопатевого гвинта, що рухається потоком води у трубопроводі. Затоплені струмені, що витікають з нерухомого промивного пристрою (флейти), відштовхують затриманих сіткою мальків і забруднення у центральну зону потоку, яким вони транспортуються у відвід і далі, завдяки дії ежектору - у рибовідвідну лінію до джерела (рис. 4.9).

У другому випадку (рис. 4.8, б) конусна сітка жорстко закріплена по осі самопливної лінії вершиною проти течії у ній. На осі всередині сітки у двох підшипниках закріплена V-подібна промивна флейта. Обертання флейти відбувається за принципом сегнерова колеса при надходженні води від промивного трубопроводу і витіканні її у вигляді затоплених струменів з отворів або насадок на плечах флейти. Затоплені струмені відштовхують від зовнішньої поверхні сітки затримані забруднення і мальків у периферійну зону трубопроводу, звідки вони потрапляють у відвід.

Рис. 4.9. Схема встановлення КСФ у сітковій камері на самопливних лініях: 1 – сіткова камера; 2 – самопливна лінія; 3 – уширення на лінії; 4 – флейта; 5 – трубопровід для підведення промивної води; 6 – підшипники; 7 – КСФ; 8 – лопатевий гвинт; 9 – відвід; 10 – водокільцевий ежектор; 11 – відвідна лінія

Певним недоліком КСФ є відносна складність відведення від них затриманих забруднень і мальків та їх повертання у водне джерело. Перевагою КСФ є незалежність їх роботи від режиму водного джерела.

СБ встановлюються безпосередньо у водному джерелі на вході у всмоктувальні лінії НС (на водозаборах зрошувальних систем), у пазових конструкціях водоприймачів та на оголовках з верхнім або нижнім прийманням води. Область ефективного застосування СБ обмежується водотоками, оскільки затоплені струмені, що витікають з отворів флейти, задля неповернення мальків і забруднень на сітку мають їх відкидати від неї у транзитну течію.

На рис. 4.10 наведені СБ із різним принципом взаємного руху флейти і сітчастого полотна. Полотно може обертатися навколо жорстко закріпленої флейти приводом від лопатевого гвинта, встановленого на вхідній ділянці всмоктувальної лінії

а) б)

в) г)

Рис. 4.10. Конструкції СБ: а) з приводом від лопатевого гвинта: 1 – лінія; 2 – опорний диск; 3 – лопатевий гвинт; 4 – вхідний патрубок; 5 – рухомий СБ; 6 – кожух підшипника; 7 – торець СБ; 8 – підп’ятник; 9 – кільцевий куток; 10 – нерухома флейта; 11 – опорні конструкції (лапи); 12 – вісь; б) з приводом від турбінки: 1 – лінія; 2 – рухомий СБ; 3 – сопло; 4 – турбінка, закріплена на СБ; 5 – кожух підшипників для рухомого валу турбінки; 6 – нерухома флейта; 7 – лапи; в) струменереактивний конструкції Південдіпроводгоспу: 1 – СБ; 2 – рухома флейта; 3 – трос; 4 – напрямні; 5 – СБ у піднятому стані; 6 – лебідка; 7 – плавуча НС; 8 – відвід води; 9 – приймальний короб; 10- гнучкий рукав; г) струменереактивний конструкції Укрдіпроводгоспу (ССФ): 1- опорний патрубок; 2,5 – підшипники; 3 – СБ; 4 – кришка; 6 – гнучкий рукав; 7 – лебідка, 8 – трос; 9 – напрямні; 10 – лінія; 11 – рухома флейта

(рис.4.10, а) або приводом від радіальної турбінки при підведенні до неї води спеціальним трубопроводом (рис. 4.10,б). Найбільш простим варіантом є рух Ф-подібної флейти у двох підшипниках за принципом сегнерова колеса (рис. 4.10, в, г), тобто струменереактивний рух.

Контрольні питання:

1.Методи захисту поверхневих водозаборів від домішок у воді

2.Відстоювання води на водозаборах

3.Механічне очищення води на водозаборах шляхом сепарування

4.Конструкції компактних сітчастих установок на поверхневих водозаборах

Лекція 5. ЕНЕРГООЩАДНІ ТЕХНОЛОГІЇ,

ВПРОВАДЖЕНІ В ПРОЕКТАХ

ВОДОЗАБІРНИХ СПОРУД

Зміст лекції:

1.Проектування ССФ на водозаборах

2.Конструктивні, швидкісні та енергетичні параметри ССФ

3.Розрахунок енергоощадних умов роботи ССФ

5.1. Проектування ССФ на водозаборах

Найбільше розповсюдженими на водозаборах є сітчасті барабани із струменереактивним принципом руху флейти, зокрема сітчасті струменереактивні фільтри (ССФ).

На водозаборах зрошувальних систем оптимальним варіантом встановлення ССФ є їх встановлення на укосі каналу (рис. 5.1, а). Фільтр опускається в робоче положення а також піднімається на брівку каналу для ремонту або огляду на тросі спеціальною лебідкою по напрямних швелерах, закріплених у забетонованому укосі каналу. При цьому ССФ рухається по напрямних на прямокутному опорному фланці. За цією схемою фільтр встановлюється безпосередньо на кінці всмоктувальної лінії НС. Промивна вода надходить у флейту гумовотканинним рукавом від промивного трубопроводу. Регулювання промивної витрати проводиться засувкою на трубопроводі промивної води і може бути автоматизовано за перепадом рівнів на сітці фільтру.

На рис. 5.1,б наведена оптимальна схема встановлення ССФ на руслових водозаборах систем водопостачання. Загнутий кінець самопливної лінії закріплений у залізобетонному оголовку з верхнім прийманням води. З наплавного засобу або з пірсу на тросі по спеціальних вертикальних напрямних ССФ опускається вниз і встановлюється опорною частиною в конічний розтруб оголовка. Трубопроводи промивної води прокладаються паралельно до самопливних ліній. До їх кінців, виведених з ґрунту біля оголовка, приєднуються гумово-

а)

б)

Рис. 5.1. Схеми встановлення ССФ: а) на водозаборі зрошувальної системи: 1 – опорна конструкція; 2 – ССФ; 3 – укіс каналу; 4 – рукав; 5 – напрямні; 6 – лебідка; 7 – трубопро-

від промивної води; 8 – всмоктувальна лінія; 9 – НС; б) на водозаборі системи водопостачання: 1 – оголовок; 2 – ССФ; 3 – трос; 4 – буйок; 5 – рукав; 6 – трубопровід промивної води; 7 – самопливна лінія; 8 – береговий колодязь

тканинні рукави. Місце знаходження ССФ позначає буйок, з’єднаний із ССФ тросом, за допомогою якого фільтр може й витягатись з води. При проектуванні оголовка з можливістю автономного промивання самопливних ліній їх кінці, виведені перед оголовком з ґрунту, обладнують зворотними клапанами, що пропускають воду у напрямку джерела. У цьому випадку в опорній конструкції ССФ також встановлюється зворотний клапан, який пропускає воду згори донизу. У легких природних умовах забирання води наявність ССФ на оголовку дозволяє відмовлятися від встановлення сіток у береговому колодязі.

При проектуванні ССФ конструкції Укрдіпроводгоспу застосовувались різні методики, кожна з яких включає елементи попередньої. Недоліком методики, яка застосовувалася до 1975 року і яка забезпечувала обертання флейти у підшипниках, було неврахування структури течії у джерелі, що приводило у значній кількості випадків експлуатації ССФ до неякісного очищення струменями сітчастого полотна. За другою методикою (1975…1986) параметри промивної системи фільтрів (напір H та витрата q в ній) визначались з врахуванням проектної дальності відкидання в течію забруднень від сітки S, яка в свою чергу, приймалась за відстанню від ССФ зони транзитної течії у джерелі. Ця відстань визначалась залежно від відносних умов водозабору – відносної ширини водотоку LI та відносної витрати водозабору QI, які відповідно дорівнюють:

, (5.1)

, (5.2)

де L – ширина водотоку на рівні середини твірної ССФ, встановленого на оголовку (при проектуванні ССФ на водозаборі приймається за проектним поперечним профілем водотоку у створі ВЗС ), м; D_c – діаметр ССФ, м; Q , Q_{р min} – відповідно витрата ССФ та витрата водотоку, м³/с.

Третя методика (енергоощадна, 1986) також враховує структуру течії у водотоці біля ССФ, але базується на більш достовірних даних про неї ( ці дані визначені за умовами об’ємного живлення фільтра водою, що відбиває реальну картину роботи ССФ у джерелі), ніж попередня. Крім того у цій методиці враховуються енерговитрати при роботі ССФ. У методиці використовуються характерні фіксовані відносні умови водозабору (LI = 5; 10; 20; 40; QI = 0,025; 0,05; 0,1; 0,2). Використання енергоощадної методики проектування ССФ дозволяє вирішувати проблему зниження енерговитрат при роботі водозаборів.

5.2. Конструктивні, швидкісні та енергетичні

параметри ССФ

П ринципова конструктивна схема ССФ наведена на рис.5.2.

Рис.5.2.Конструктивна схема

ССФ: 1- сітчастий корпус; 2 -

кришка; 3 - верхній (напрям-

ний) підшипник; 4-відвід для

підключення промивного ру-

кава; 5 - нижній (опорний)

підшипник; 6 – хрестовина;

7 – опорний патрубок; 8 – на-

прямні конструкції для вста-

новлення фільтра на оголо-

вок; 9 – флейта; 10 - піддон

Параметри ССФ умовно поділяються на конструктивні, швидкісні та енергетичні. При проектуванні ССФ за енергоощадною методикою задаються деякими конструктивними та швидкісними параметрами і розраховують інші конструктивні та енергетичні параметри.

До вихідних конструктивних параметрів ССФ при їх розрахунку і проектуванні відносять: параметри сітки ( розмір вічка сітки a , діаметр дроту сітки b, коефіцієнт живого перерізу сітки с); діаметр отворів на плечах флейти d_о; крок отворів на плечах флейти t; кількість плеч флейти z; варіант виготовлення флейти ( VAR 1 – збірний; VAR 2 – зварний).

Значення а приймається за вимогою ступеня попереднього механічного очищення води на водозаборі або за вимогою ступеня рибозахисту. Обрана за значенням а стандартна сітка визначає й розмір b. Коефіцієнт живого перерізу сітки визначається за формулою

, (5.3)

Значення d_о і t приймаються за досвідом проектування (d_о= 0,003…0,007 м; t = 0,03…0,05 м); кількість плеч флейти зазвичай приймається z = 2.

До вихідних швидкісних параметрів ССФ відносять прийняту швидкість втікання води у сітку V_c (V_c = 0,1…0,3 м/с), частоту обертання флейти ω (ω = 0,2…0,4 с^-1) та швидкість руху води всередині флейти V_ф (V_ф = 3…5 м/с).

До розрахункових конструктивних параметрів ССФ відносять: діаметр D_c ( D_c=2R_c ) та висоту ССФ h_c; діаметр труб флейти d_ф; конструктивний радіус флейти R_ф; кут повороту отворів відносно радіального напрямку δ.

Діаметр і висота ССФ виходячи з досвіду проектування приймаються однаковими і визначаються за формулою, м

, (5.4)

Діаметр труб флейти та її конструктивний радіус визначаються відповідно за формулами, м

, (5.5)

, (5.6)

де q – витрата в промивній системі ССФ, м³/с.

Кут повороту отворів на плечах флейти відносно радіального напрямку ССФ δ визначається за відносно складною формулою залежно від параметрів D_c, h_c, ω, q, напору в промивній системі Н та ряду коефіцієнтів.

Зв’язок між конструктивними, швидкісними та енергетичними параметрами ССФ встановлює формула, м

, (5.7)

де S – дальність відкидання забруднень від сітки ССФ затопленими струменями, м; А – параметр затопленого струменя, м²/с; R_c – радіус ССФ, м; К_с, К_∆,К_п – коефіцієнти, які враховують вплив відповідно густини сітки, відстані від флейти до сітки, повноти епюри промивних струменів у створі сітки та які визначаються за формулами:

, (5.8)

, (5.9)

, (5.10)

де Δ – відстань від флейти до сітки (Δ = 2,5 t ).

До розрахункових енергетичних параметрів ССФ відносять: мінімальну дальність відкидання забруднень від сітки , при якій забезпечується надійне очищення сітки S_min,м; оптимальну дальність відкидання забруднень від сітки, при якій забезпечуються найменші витрати енергії під час роботи фільтрів S_опт , м; кількість циклів взаємодії струменя з часткою χ ; коефіцієнт забруднення сітки f ; втрати напору на сітці ΔH, м; потужність, витрачену на сітці N_c, кВт; параметр затопленого струменя А, м²/с; напір в промивній системі Н , м; витрату в промивній системі q , м³/с; потужність, витрачену на створення струменів N_п , кВт; загальну витрачену потужність N, кВт.

Деякі з них визначаються за формулами:

, (5.11)

, (5.12)

, (5.13)

, (5.14)

, (5.15)

, (5.16)

, (5.17)

, (5.18)

де F_c – площа сітки ССФ (F_c = 3,14 D_c h_c ), м²; решта величин відомі з попереднього матеріалу.

Величини S_min, S_опт, χ визначаються за окремими методиками, поясненими далі.

5.3. Розрахунок енергоощадних умов роботи ССФ

За енергоощадною методикою з використанням усіх вищенаведених залежностей розраховують параметри ССФ, що забезпечують їх роботу на водозаборі з найменшими витратами енергії. Відповідно сукупність прийнятих в проекті конструктивних та швидкісних параметрів має забезпечувати в конкретних умовах водозабору найменші значення потужності

N, визначеної за формулою (5.18).

Наведена на рис. 5.3 схема ілюструє фізико-математичну модель очищення ССФ затопленими струменями За цією моделлю число циклів взаємодії (число контактів) затоплених струменів з часткою забруднень χ, необхідних для її видалення у зону транзитної течії, знаходиться у зворотній залежності від прийнятої дальності відкидання цієї частки від сітки S. Для різних умов (LI ,QI ) були знайдені залежності χ = f ( SI ), наведені на рис.5.4, де SI = S / D_c. Застосування відносних величин дозволяє використовувати універсальні залежності при визначенні S_min і S_опт.

Енергоощадна методика розрахунку параметрів ССФ передбачає наступну послідовність дій:

• задаються вихідними даними до розрахунку: умовами водозабору (значення Q,Q_pmin ,L, об’ємна концентрація забруднень у воді ξ ) та вихідними конструктивними параметрами ССФ;

• визначають основні розміри ССФ (Dc, hc) та відносні умови водозабору (LI,QI);

• з використанням графіків, наведених на рис. 5.4, визначають мінімальну припустиму дальність відкидання забруднень від сітки S_min ;

• задаючись значеннями S ≥ S_min для кожного з них розраховують значення N та визначають оптимальну дальність відкидання забруднень від сітки S_опт ;

• розраховують значення d_ф, R_ф, δ та розробляють конструкцію ССФ.

При розрахунках параметрів ССФ за енергоощадною методикою як правило застосовують ПЕОМ.

Методика визначення S_min наступна.

Визначають критичну дальність відкидання забруднень від сітки, при якій починається забруднення сітки (f = 1) за формулою, м

, (5.19)

Підставляючи в цю формулу при R_с = 0,5 значення χ будують графік залежності SI_крит = f ( χ ). Накладаючи цей графік на відомий для даних відносних умов водозабору графік залежності χ = f ( SI ) (див. рис. 5.4) визначають точку їх перетину, абсциса якої і дає шукану величину SI_min (рис. 5.5). У цьому випадку на величину SI_min впливає не тільки положення характерної точки С поділу двох зон течії біля ССФ (див. рис. 5.3), а й об’ємна концентрація забруднень у воді ξ . В разі, коли графік залежності SI_крит = f ( χ ) не перетинається з графіком χ = f ( SI ), а проходить лівіше його, мінімальна дальність відкидання забруднень від сітки залежить тільки від положення точки С поділу зон течії біля ССФ і знаходиться за формулою

, (5.20)

де SI_c – відстань від ССФ точки С поділу зон течії. Відносну величину SI_min переводять у абсолютний вимір за співвідношенням S_min = SI_min D_c.

Методика визначення S_опт наступна.

Оскільки при збільшенні величини S значення N_п збільшується, а значення N_c зменшується, то при деякій величині S = S_опт величина N набуде мінімального значення. Задаються рядом значень S > S_min і за графіками χ = f ( SI ) та формулами (5.11)…(5.18) визначають відповідні ним значення енергетичних параметрів. Графіки залежностей N_c = f ( SI ), N_п = f ( SI ) та N = f ( SI ) наведені на рис. 5.6. Знайдену величину SI_опт переводять в абсолютний вимір і за тими самими формулами (5.11)…(5.18) при значенні S = S_опт визначають енергетичні параметри, які приймаються як проектні.

Визначення абсолютних енергоощадних умов роботи ССФ на водозаборі знаходиться шляхом інваріантних розрахунків при зміні вихідних параметрів проектування, зокрема конструктивних параметрів d_о і t (діапазон їх можливої зміни наведено вище).

Економія електроенергії при живленні промивної системи ССФ забезпечується підтримуванням оптимальних проектних значень напору H і витрати q у цій системі. При зміні під час експлуатації водозабору його умов, наприклад QI та ξ, оптимальні умови роботи ССФ можуть бути забезпечені при автоматизації процесу промивання сіток фільтрів за підтримуванням проектних втрат напору на сітці ΔH .

Зменшення витраченої потужності N при роботі ССФ, запроектованих за енергоощадною методикою, на 1 кВт приводить до річної економії електроенергії при експлуатації двохсекційного річкового водозабору системи водопостачання в обсязі 17520 кВт-год і відповідно до зниження собівартості води, що забирається.

Рис. 5.3. Схема для визначення χ

а )

б)

Рис. 5.4. Графіки χ = f ( SI ) а) для LI = 5,20; б) для LI = 10, 40

.

Рис.5.5. Графіки залежностей χ = f ( SI ) і SI_крит = f ( χ )

Рис.5.6. Графіки залежностей N_c = f ( SI ), N_п = f ( SI ),

N = f ( SI )

Контрольні питання:

1.Конструкція і схеми встановлення ССФ на водозаборах

2.Основні проектні параметри ССФ

3.Сутність і послідовність розрахунків ССФ за енергоощадною методикою

Лекція 6. ІНТЕНСИФІКАЦІЯ РОБОТИ

ВОДОПРОВІДНИХ ОЧИСНИХ СПОРУД

Зміст лекції:

1.Фактори, які негативно впливають на роботу ВОС

2.Задачі і шляхи інтенсифікації роботи ВОС

3.Інтенсифікація роботи реагентних технологічних схем очищення води

4.Інтенсифікація роботи безреагентних технологічних схем очищення води

6.1. Фактори, які негативно впливають на роботу ВОС

На роботу ВОС впливає багато в різному ступені прогнозованих факторів. До достатньо прогнозованих факторів відносять:

• зміна за сезонами року природних показників якості та температури води, що подається на очищення;

• залежність гідравлічних характеристик водного потоку від режиму експлуатації споруд (на ці показники суттєво впливає робота ВОС лише на частину проектної потужності);

• зміна технічних параметрів споруд при експлуатації (наприклад винос зерен фільтрувальної засипки (ФЗ), зменшення висоти її шару та зменшення еквівалентного діаметра її зерен при промивці ШФ);

• можливе відхилення від нормативів при проектуванні ВОС.

До молопрогнозованих факторів можна віднести:

• зміну складу води у водних джерелах ( в першу чергу поверхневих), зумовлену антропогенними факторами;

• неякісне виконання будівельно-монтажних робіт (наприклад зварювання сталевого дренажу великого опору або укладання підтримуючих шарів під ФЗ) та неякісне проведення пуско-наладочних робіт;

• незадовільну організацію експлуатаційних робіт по окремих спорудах (наприклад несвоєчасну заміну ФЗ на фільтрах);

• недостатню кваліфікацію обслуговуючого персоналу, що не дозволяє своєчасно і адекватно реагувати на зміну умов роботи ВОС.

Крім зазначених вище факторів існують об’єктивні причини, що змушують проводити інтенсифікацію роботи ВОС, а саме

• підвищення вимог за останні десятиліття до якості питної води;

• необхідність циклічного збільшення продуктивності ВОС.

При невідповідності ВОС, побудованих за старими проектами, вимогам, що пред’являються до них, їх робота підлягає інтенсифікації при капітальній реконструкції, малооб’ємній модернізації або впровадженні експлуатаційних заходів.

6.2. Задачі і шляхи інтенсифікації роботи ВОС

Враховуючи багатофакторність впливу на роботу ВОС забезпечити ефективну і надійну їх роботу в сучасних умовах можливо лише в результаті тривалого і всебічного дослідження споруд на конкретному об’єкті. Однак є узагальнюючі принципи, на яких має базуватись інтенсифікація роботи ВОС.

Задачами інтенсифікації роботи ВОС є:

• підвищення ступеня прояснення і знебарвлення (очищення) води на ВОС;

• збільшення продуктивності ВОС;

• підвищення техніко-економічних показників (ТЕП) ВОС (економія реагентів, матеріалів, електроенергії, зменшення собівартості очищеної води).

Вирішують поставлені задачі як правило шляхом:

• застосування гнучких технологічних схем очищення води;

• удосконалення роботи реагентного господарства (РГ);

• удосконалення роботи окремих споруд водоочисної станції.

Перед вибором шляху інтенсифікації ретельно вивчають: технологію очищення води на ВОС; організацію їх експлуатації; ТЕП ВОС; встановлюють будівельні дефекти та недоробки та можливість отримання матеріалів і обладнання для здійснення будівельних робіт з реконструкції.

Г н у ч к і с т ь т е х н о л о г і ч н о ї с х е м и досягається:

- оперативним реагуванням шляхом відключення і включення окремих споруд і обладнання при зміні якісних показників вихідної води в різні періоди року;

- влаштуванням додаткових технологічних ліній (якщо для цього є матеріальні ресурси і немає можливості відключення споруд(и) для реконструкції);

- удосконаленням технологічних ліній (наприклад шляхом будівництва додаткових споруд, зокрема для попереднього очищення води);

- перебудовою споруд на інший тип (при необхідності збільшення продуктивності і ступеня очищення води в стислі строки, коли відсутні значні матеріальні ресурси, але є можливість відключення окремих споруд на тривалий час).

У д о с к о н а л е н н я р о б о т и РГ забезпечується економією коагулянтів, флокулянтів, електроенергії, трудових ресурсів. При цьому враховують, що на коагуляцію зависі впливають: довжина трубопроводів; час контакту реагентів з водою; тип, сполучення і послідовність введення реагентів; навіть незначні відхилення фізико-хімічних і бактеріологічних показників якості води.

У д о с к о н а л е н н я р о б о т и о к р е м и х с п о р у д (відстійників, прояснювачів, фільтрів) при відсутності ресурсів але при наявності часу дає можливість поступово, силами обслуговуючого персоналу збільшувати продуктивність ВОС або ступінь очищення води. При цьому тип споруди може змінюватись або залишатись старим.

6.3. Інтенсифікація роботи реагентних технологічних

схем очищення води

6.3.1. Існуючі реагентні технологічні схеми

очищення води

На рис. 6.1 і 6.2. наведені реагентні технологічні схеми прояснення і знебарвлення (очищення) води.

а)

б)

в)

Рис.6.1. Двоступеневі реагентні схеми очищення води (М ≤ 1500 мг/дм³; К≤ 120 ГПКШ): а) з ВВ і ШФ ( Q<5000 м3/доб); б) з ГВ і ШФ (Q>30000 м3/доб); в) з ПЗО і ШФ (Q =5000…30000 м3/доб): 1 – подача води на очищення; 2 – введення хлору; 3 – введення коагулянту; 4 – змішувач; 5 – камера утворення пластівців; 6 – ВВ; 7 – ШФ; 8 – вторинне введення хлору; 9 – РЧВ; 10 – подача води на НС; 11 – камера утворення пластівців; 12 – ГВ; 13 – ПЗО

а)

б)

Рис.6.2. Одноступеневі реагентні схеми очищення води: а) з контактними прояснювачами (М≤ 120 мг/дм³; К≤ 120 ГПКШ); б) з контактними пінополістирольно-вугільними фільтрами (М≤ 100 мг/дм³; К≤ 100 ГПКШ): 1 – подача води на очищення; 2 – мікрофільтр; 3 – введення хлору; 4 – змішувач; 5 – введення коагулянту; 6 – контактний прояснював; 7 – введення вторинного хлору; 8 – РЧВ; 9 – подача води на НС; 10 – контактний пінополістирольно-вугільний фільтр

Переваги реагентних технологічних схем:

• дозволяють готувати природну воду господарсько-питної якості практично при будь-якому її фізико-хімічному складі;

• процеси, що протікають більш інтенсивно, ніж при безреагентних схемах, дозволяють зменшувати розміри споруд.

Недоліки реагентних технологічних схем:

• потребують реагентів, складних РГ та більш чисельного штату;

• у промивній воді залишаються з’єднання металів, які необхідно видаляти або утилізувати.

6.3.2. Шляхи інтенсифікації роботи реагентних

технологічних схем очищення води

Основна проблема, яка виникає при експлуатації існуючих двоступеневих реагент них технологічних схем, полягає в тому, що вони не завжди забезпечують глибоке очищення води при малих М та при широкій зміні показників М та К.

Шляхи інтенсифікації роботи реагентних технологічних схем очищення води наведені в таблицях 6.1 і 6.2.

Таблиця 6.1. Експлуатаційні заходи із незначною

комунікативною модернізацією

Проблеми	Р і ш е н н я
Погіршення коагуляції при малій М та зниженні лужності	Забезпечують п р я м о т о ч н е ф і л ь т р у в а н н я, коли оброблена коагулянтом вихідна вода із змішувача минаючи I ступінь подається безпосередньо на ШФ. Вода з ще незкоагульованою зависсю надходить у ФЗ. В товщі ФЗ відбувається к о н т а к т н а к о а г у л я ц і я при адгезії зависі на зернах ФЗ, яка сприяє затриманню завислих і колоїдних часток (0,001…0,1 мкм ) і підвищує ступінь очищення води. Сприятливі умови для здійснення контактної коагуляції: мала Q; М< 30…50 мг/дм3; невелика протяжність трубопроводів при введенні коагулянту безпосередньо в трубопровід вихідної води з шайбовим змішувачем; низька t° води; низька лужність води, коли коагуляція і укрупнення пластівців ідуть повільно, не встигаючи закінчитись на шляху від змішувача до ФЗ; зведення до мінімуму об’єму води у надфільтровому просторі; ФЗ двошарова або одношарова з Нз = 1,3…2 м. Споруди I ступеню залишають на малому пропливі для запобігання погіршенню санітарних показників
Погіршення коагуляції при малих М і К, зумовлених наявністю тонкодис- персної зависі	В технологічних схемах із ПЗО або з ГВ із вбудованою камерою утворення пластівців із завислим шаром в трубопровід вихідної води вводять «з а м у т н ю в а ч» у вигляді бентонітової глини з частками з d > 3 мкм, які є п е р в и н н и м и ц е н т р а м и к о а г у л я ц і ї і підвищують ефект коагуляції тонкодисперсних часток

Таблиця 6.2. Створення гнучких технологічних схем шляхом

влаштування додаткових технологічних ліній

Проблеми	Рішення ( приклад схеми на рис.6.3 )
В теплий період при М = 2000 мг/дм3 та малій лужності погіршується робота існуючої лінії з ВВ	Хар-ка схеми	По I ступеню	По II ступеню
	До реконструкції Після реконструкції	Лінія з ВВ Лінія з ВВ + Лінія з ПЗО	ФЗ ШФ: d=0,5…1,5мм Нз = 0,7 м; Vф = 5 м/год ФЗ ШФ: d=1,8…2 мм Нз = 1 м; Vф = 10 м/год
	Ефект: збільшення Q за рахунок: а) паралельної роботи двох ліній I ступеню; б) збільшення Vф по II ступеню

Примітка: Лінія з ПЗО побудована під відкритим небом. Для упередження конвективних явищ і винесення часток з шару завислого осаду (ШЗО) в ПЗО при їх нагріванні сонячним промінням була передбачена теплова ізоляція стінок ПЗО і споруджені захисні навіси.

Рис.6.3.Схема очисної

станції обробки води

гірської річки: 1 – подача

вихідної води; 2 – верти-

кальний змішувач; 3-ПЗО;

4 – обвідна лінія ( викорис-

товується при виключенні

в зимовий період однієї з

ліній I ступеню); 5 – вівде-

дення проясненої води; 6 –

ШФ; 7 – ВВ

6.4. Інтенсифікація роботи безреагентних технологічних

схем очищення води

6.4.1.Безреагентна технологічна схема

очищення води

Безреагентний метод використовують для очищення каламутних ( М≤ 1000 мг/ дм³ ) та малокольорових ( К≤ 50 ГПКШ ) вод. Основною спорудою безреагентної технологічної схеми очищення води (рис.6.3) є повільний фільтр (ПФ).

Рис.6.4.Безреагентна технологічна схема очищення води: 1 – подача вихідної води; 2 – попередній фільтр; 3 – відведення попередньо проясненої води; 4 – подача вихідної води з М≤ 50 мг/дм³; 5 – ПФ; 6 – періодичне введення окислювача; 7 – РЧВ

Перевагою безреагентних технологічних схем очищення, що пояснюється обмеженим використанням хімічних реагентів, є: зменшення капітальних та експлуатаційних витрат, пов’язаних із складним РГ; збереження природного смаку води; відсутністю іонів металів в промивній воді.

Недоліки цих схем пов’язані із збільшенням планових розмірів споруд (через малу V_ф на ПФ ) та ускладненням затримування тонкодисперсних і колоїдних часток ( d < 0,001 мм ).

6.4.2. Шляхи інтенсифікації безреагентного

очищення води

а) Модифікація ФЗ

Модифікована ФЗ являє собою зернистий матеріал з:

• розвиненою мікропористою поверхнею зерен (геом.. хар-ка);

• високою поверхневою активністю (фіз.-хім. хар-ка);

• невеликим гідравлічним опором (гідр. хар-ка).

Виготовляється модифікована ФЗ у грануляторах з киплячим шаром із спеціальних суспензій (частіше з глинистої сировини) шляхом її зневоднення у сходячому потоці гарячих газів і опалення отриманого керамічного піску (керамзиту, що має кулеподібні зерна з мікропористою поверхнею).

Для підвищення адгезійних властивостей поверхонь зерен в суспензію додають добавки-модифікатори, які дозволяють отримати зерна керамзиту з різними фізико-хімічними властивостями (адсорбційними показниками, ступенем гідрофільності, іонною ємкістю). Склад модифікаторів обирається залежно від М і К вихідної води:

М, К	М о д и ф і к а т о р и
М<50 мг/дм3(маломутна вода) М>250мг/дм3(каламутна вода) К<35ГПКШ(малозабарв.вода)	Торф’яна мука + деревинна мука на фосфатах Іони полівалентних металів (Al2+,3+ ; Fe2+,3+)

б) Тимчасове застосування хімічних реагентів

Таблиця 6.3

З а с т о с у в а н н я р е а г е н т у	Ефект
Концентрований р-н Al2(SO4)3·5H2O вводять у воду в над фільтровий простір з шаром води Нв і об’ємом Wв, який визначається за формулою , (6.1) де Hз, Fф, P – відповідно висота шару ФЗ, площа фільтра, поруватість ФЗ (0,5). Потім шар води зменшують до 1..2 см і витримують ФЗ у контакті з р-ном (який вже має концентрацію 0,1…0,4%) на протязі 5 хв. Перший фільтрат скидають в каналізацію	Підвищується адгезійна властивість зерен ФЗ; Збільшується тривалість фільтроциклу Тф; Збільшується Vф і як наслідок - Q
Р-н флокулянту (ПАА) готують на спеціальній естакаді (для створення підпору) у ємкості з лопатевою мішалкою із додаванням теплої води і тимчасовим шлангом подають у трубопровід, який подає воду у фільтр	Підвищується ступінь очищення води

в) Заміна «плівкового» фільтрування на «об’ємне»

Таблиця 6.4

Застосування «об’ємного» фільтрування	Ефект
Таке фільтрування досягається на ПФ фільтруванням води через ФЗ знизу догори в напрямку зменшення розміру зерен за типом промивки ФЗ на ШФ. Крупна завись затримується більш крупними зернами, дрібна - дрібними	При М > 500 мг/дм3 Vф збільшується до 1 м/год

г) Застосування гідророзпушника при регенерації ФЗ

Таблиця 6.5

Застосування гідророзпушника ( рис. 6.5 )	Ефект
Гідро розпушником, який рухається по спеціальних напрямних над ФЗ ПФ і створює струменевий потік із спеціальних насадок, що розпушує верхні шари ФЗ, відмиває їх від забруднень, виноситься у горизонтальному напрямку над піском і зливається через переливну крайку лотка в каналізацію	Vф після регенерації підвищується вдвічі; При необхідності промивку різних ділянок великого за площею ПФ можна провести диференційовано

Рис.6.5. Схема гідророзпушника: 1 – барабан; 2 – шланг; 3 – пристрій для пересування з приводом від електродвигуна; 4 – напрямні; 5 – розподільча труба; 6 – насадки ( d_o= 8 мм; Н = 8 м; V = 12 м/с )

д) Застосування пінополістиролу для ФЗ

Перевагами плаваючого фільтруючого матеріалу (пінополістиролу) є:

• висока гідравлічна рухомість, що зменшує витрати енергії і води при регенерації ФЗ;

• не підлягає загниванню;

• допускає більш просту конструкцію споруд;

• адгезій ними властивостями не поступається кварцовому піску.

Таблиця 6.6

Застосування пінополістиролу

Ефект

В окремих випадках можлива заміна Двоступеневої безреагентної Технологічної схеми очищення води На одноступеневу з пінополістирольними фільтрами. За класифікацією М.Г.Журби схеми таких фільтрів розділяються на: ФПЗ-1 (рис.6.6), ФПЗ-2, ФПЗ-4. Фільтрування через ФЗ здійснюється Знизу догори при відкритих засувках На трубопроводах 1 та 7. Для здійснення промивки ФЗ (згори донизу) закривають засувку на трубопроводі 1 і відкривають засувку На трубопроводі 8. При цьому використовується об’єм води в надфільтровому просторі

Vф ≥ 1 м/год; Не треба промивних насосів і спеціальних промивних ємкостей

1-трубопровід вихідної

води; 2-дренажна система;

3-корпус; 4-плаваюча ФЗ;

5-утримуюча решітка; 6-

надфільтровий простір; 7-

трубопровід відведення

фільтрату; 8-трубопровід

для скидання промивної

води

Рис.6.6. Схема пінополістирольного фільтра ФПЗ-1

Контрольні питання:

1.Фактори незадовільної роботи водопровідних очисних споруд та задачі і шляхи її покращення

2.Інтенсифікація роботи реагентних технологічних схем очищення води

3.Інтенсифікація безреагентного очищення води

Лекція 7. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ

ПОПЕРЕДНЬОГО СТУПЕНЮ

ОЧИЩЕННЯ ВОДИ

Зміст лекції:

1.Вимоги, що пред’являють до попереднього ступеню очищення води

2.Умови роботи горизонтальних відстійників і шляхи підвищення її ефективності

3.Умови роботи вертикальних відстійників і шляхи підвищення її ефективності

4.Умови роботи прояснювачів із завислим осадом і шляхи підвищення її ефективності

7.1. Вимоги, що пред’являють до попереднього

ступеню очищення води

Попередній ступінь очищення води за класичними реагентними технологічними схемами здійснюється на горизонтальних відстійниках (ГВ), вертикальних відстійниках (ВВ), прояснювачах із завислим осадом (ПЗО). В основу роботи ГВ та ВВ покладена дія сили тяжіння, а в основу роботи ПЗО крім того – дія на зкоагульовану завись шару завислого осаду (ШЗО).

На попередньому ступені очищення води її каламутність має бути знижена до 8…12 мг/дм³ при збереженні розрахункової продуктивності ВОС.

Ефективна робота споруд попереднього ступеню очищення води здебільшого досягається:

• рівномірним розподілом та рівномірним збиранням води з них;

• поліпшенням коагуляції та інтенсивності укрупнення пластівців перед ними;

• встановленням у них додаткових конструктивних блоків.

7.2. Умови роботи горизонтальних відстійників

і шляхи підвищення її ефективності

7.2.1. Конструкція ГВ та способи видалення осаду з них

Конструктивна схема ГВ наведена на рис.7.1.

Рис.7.1. Схема горизонтального відстійника: 1 – подавання води; 2 – передня розподільна перегородка; 3 – зона прояснення; 4 – зона накопичення та ущільнення осаду; 5 – задня розподільна перегородка; 6 – трубопровід відведення проясненої води; 7 – трубопровід для видалення осаду; 8 – отвори у розподільній перегородці; 9 – лоток

В конструкцію ГВ можуть бути вбудовані перегородчаста або вихрова камера утворення пластівців об’ємної дії та контактна камера утворення пластівців із зернистим матеріалом.

Висота зони прояснення Н_зп = 2,5…3 м; Висота зони накопичення та ущільнення осаду Н_но = f ( C; M; Q; T; δ_ос), де C – концентрація зависі до ГВ (залежить від М вихідної води і дози коагулянту Д_к ); М – каламутність води після ГВ ( 8…12 мг/дм³ ); T – періодичність скидання осаду (< 20 діб ); δ_ос – концентрація осаду після ущільнення у ГВ.

Необхідна довжина ГВ визначається за формулою, м

, (7.1)

де V_сер, U_o – відповідно швидкість горизонтальної течії води та гідравлічна крупність зависі, які приймаються за наступними рекомендаціями:

М вихідної води, мг/дм3	Vсер , мм/с	Uo , мм/с
≤ 50	6…8	При обробці води коагулянтом - 0,35…0,45
50…250	7…10	— ″ — коагулянтом - 0,45…0,5
> 250	9…12	″ — коагулянтом - 0,5…0,6 флокулянтом - 0,2…0,3 без обробки води - 0,08…0,15

Ширина секції ГВ може визначатись за формулою,м

, (7.2)

де Q – годинна продуктивність ВОС, м³/год; N – кількість секцій ГВ (за ТЕР N ≥ 2; при N ≤ 6 приймають N_рез = 1).

Осад із секції ГВ при її виключенні з роботи періодично видаляється трубопроводом 9 змиванням тонким шаром води або брандспойтами та без виключення її з роботи механічно (скребковим механізмом) або гідравлічно (системою напірних трубопроводів з насадками). В останньому випадку час видалення осаду становить 20…30 хв., а періодичність ≥ 12 год.

7.2.2. Шляхи підвищення ефективності роботи ГВ

Підвищення ефективності роботи ГВ і ВВ досягається:

• поліпшенням коагуляції;

• забезпеченням рівномірного розподілення і збирання води з відстійників;

• встановленням конструктивних блоків.

Таблиця 7.1. Поліпшення коагуляції ті інтенсифікація

укрупнення і ущільнення пластівців

Проблеми	Р і ш е н н я
При малій М та тонкодисперсній зависі погіршу- ється коагуляція	Перед змішувачем у вихідну воду подають «замутнювач» у вигляді бентонітової глини з частками з d > 3 мкм (див. р.6.3.2 конспекту) або шламу, який забирається із самого ГВ Ефект: інтенсифікується процес коагуляції за рахунок введення первинних центрів коагуляції
Зменшується ефект коагуляції через недостатнє використання об’єму вихрової камери утворен- ня пластівців	Проводиться реконструкція із збільшення опору системи збірних жолобів, наприклад перекриття жолобів дірчастими напівтрубами (рис.7.2). Ефект: збільшується коефіцієнт використання об’єму камери з 35 % до 55 % і на виході пластівці у воді становляться крупніші і щільніші

Таблиця 7.2. Забезпечення рівномірного розподілення

і збирання води з ГВ

Проблеми	Р і ш е н н я
Нерівномірність надходження води у різні сек- ції (може досяга- ти 50…70 % ) приводить до пе- ревантаження та недовантаження секцій і погіршує кінцевий резуль- тат (прояснення) на виході з них	Секції обладнують п’єзометрами. В разі наявності перепаду рівнів їх вирівнюють шляхом регулювання витрати засувками на трубопроводах відведення фільтратів після ШФ (таке інерційне регулювання – через опір фільтрів – робить вирівнювання рівнів у секціях ГВ більш усталеним ) Ефект: покращується результат прояснення на виході із секцій
При Дк>40 мг/дм3 ( і збільшенні густини вихідної води) може спостерігатись нерівномірність швидкостей Vсер по ширині секцій ГВ а по довжині секцій можуть виникати «мертві зони» із зворот- ними течіями	Для вирівнювання швидкостей на відстані 8 м і 20 м від входу у ГВ були встановлені два дірчастих щити з отворами з d = 11 см, Розташованими у шаховому порядку ( ∑fотв = 0,06 Fгв ) Ефект: Показник До ре- конст- рукції Після реконст- рукції Час перебування води у ГВ Коефіцієнт викорис- тання об’єму ГВ М на виході 50 хв. 40 % 26 мг/дм3 85 хв. 70 % 17…20 мг/дм3
— ″ —	Для ліквідації «мертвої зони» і розосеред- ження збирання води за всією площею ГВ встановлюють з а м к н е н у систему жо- лобів або труб з отворами (d ≥ 25 мм; Vo = 1 м/с), наведену на рис.7.3
— ″ —	Для рівномірного збирання води за пло- щею ГВ розміри жолобів (труб) і кількість отворів у них приймаються із розрахунку різної витрати, що надходить у різні жоло- би. Одинична витрата визначається за формулою , м3/с , (7.3) де K = 0,44 при Vсер = 5 мм/с і K = 0,22 при Vсер = 10 мм/с. Витрата, що надходить у перший жолоб ; (7.4) — ″ — в останній жолоб ; (7.5) — ″ — у проміжний жолоб , (7.6) де m – порядковий номер жолоба; n – к-ть жолобів. Ефект: М зменшується на 50 %; Q збільшується на 30 %

а) б)

Рис.7.2. Принципова схема вбудованої у ГВ вихрової камери утворення пластівців до реконструкції (а) та після реконструкції (б): 1 – дірчастий трубопровід подачі води у камеру; 2 – відкриті збірні жолоби затопленого типу; 3 – ГВ; 4 – дірчасті напівтрупи, що перекривають жолоби; 5 – робоча зона камери

а) б)

Рис.7.3. Принципова планова схема збірної системи секції

ГВ до реконструкції (а) та після реконструкції (б)

Таблиця 7.3. Встановлення конструктивних блоків

Проблеми	Р і ш е н н я
Необхідність збільшення Q і підвищення ефекту очищен- ня води на по- передньому ступені без розширення площі ВОС	Встановлюють у ГВ тонкошарові блоки (рис. 7.4, а). Ефект: підвищується Q за рахунок зменшен- ня висоти зони осадження ( між тонкошаро- вими елементами) і відповідно часу осадже- ння. Принцип роботи: оброблена реагентами ви- хідна вода надходить у вбудовану камеру утворення пластівців (будь-якого типу). З камери потік води рухається горизонтально під блоками, піднімається знизу догори, проходить між тонкошаровими елементами і надходить у розташовані вище них збірну систему і карман. Затримана тонкошарови- ми елементами завись сповзає у зону нако- пичення осаду. Потім системою видалення осаду ущільнений осад видаляється з ГВ. Матеріал: тонкошарові елементи можуть ви- готовлятись з жорстких листових матеріалів або з м’яких чи напівжорстких полімерних плівок, з’єднаних у сотову конструкцію
Необхідність збільшення Q, прискорення утворення пластівців і утворення більш щільного осаду при обмежених М і К	У ГВ вбудовуються контактні камери утворення пластівців (рис.7.5,а), які застосо- вують при М < 150 мг/дм3; К< 250 ГПКШ. Ефект: при обмежених М і К прискорюється утворення пластівців (що дозволяє збільши- ти Q) і отримується більш щільний осад. Принцип роботи: робота заснована на к о н т а к т н і й к о а г у л я ц і ї , яка обумовлена спроможністю дрібних часток скоагульованої зависі і мікропластівців коа- гулянту після взаємної нейтралізації елект- рокінетичних зарядів прилипати до поверх- ні більш крупних часток ФЗ. Адгезія часток зависі і продуктів гідролізу коагулянту про- ходить до тих пір, поки в результаті нако- пичення осаду в порах ФЗ швидкість Vф не збільшиться до такої, при якій пластівці по- чинають відриватись від зерен ФЗ і виноси- тись у ГВ. В подальшому камера робить в режимі стійкості ( маса приходу = масі ви- ходу). Короткочасна промивка здійснюється без зупинки ВОС при Δh = 0,05…0,1 м шляхом відкриття засувки на трубопроводі 8. Періо- дичність промивки залежить від стану сіток на ВЗС і ступеня забруднення вихідної води. Матеріал: контактна камера утворення плас- тівців завантажується гранулами пінопласту розміром 30…40 мм, отриманими при нарізці плит пінопласту розігрітим дротом d = 1 мм.

а)

б) в)

Рис.7.4. Споруди попереднього ступеню очищення води із вбудованими тонкошаровими блоками: а) ГВ: 1-подача вихідної води; 2-камера утворення пластівців; 3-тонкошарові блоки; 4-збірні жолоби; 5-збірний карман; 6-відведення проясненої води; 7-зона розподілу води; 8-зона накопичення осаду; 9-видалення осаду; б) ВВ: 1-відведення проясненої води; 2-подача вихідної води; 3-камера утворення пластівців; 4-тонкошарові блоки; 5-зона розподілу води; 6-зона накопичення осаду; 7-видалення осаду; в) ПЗО: 1-подача вихідної води; 2-відведення проясненої води; 3-тонкошарові блоки; 4-вікна для відведення осаду; 5-зона сповзання осаду; 6-зона завислого осаду; 7-зона накопичення осаду; 8-видалення осаду

а)

б) в)

Рис.7.5. Споруди попереднього ступеню очищення води із вбудованими контактними камерами утворення пластівців: а) ГВ: 1-подача вихідної води; 2-нижня решітка; 3-верхня решітка; 4-контактна зерниста засипка; 5-відведення проясненої води; 6-система видалення осаду з ГВ; 7-люк для ревізії трубопроводів; 8-система видалення осаду з камери; б) ВВ: 1-відведення проясненої води; 2-подача вихідної води; 3-контактна камера утворення пластівців; 4-верхня решітка; 5-плаваюче завантаження; 6-нижня решітка; 7-зона накопичення і ущільнення осаду; 8-видалення осаду; в) ПЗО: 1-подача вихідної води; 2-контактна камера утворення пластівців; 3-зона завислого осаду; 4-відведення проясненої води; 5-решітка; 6-видалення осаду