7.3. Умови роботи вертикальних відстійників

і шляхи підвищення її ефективності

7.3.1. Конструкція вв

Конструктивна схема ВВ наведена на рис.7.6.

Рис.7.6. Схема вертикального відстійника: 1 – подача води; 2 – резервуар; 3 – зона прояснення; 4 – зона накопичення і ущільнення осаду; 5 – трубопровід для видалення осаду; 6 – камера утворення пластівців; 7 – трубопровід відведення проясненої води; 8 – лоток для збирання проясненої води; 9 – пристрій для випускання води у камеру; 10 – погашувач

Площа зони прояснення визначається за формулою, м²

, (7.7)

де β – коефіцієнт використання об’єму відстійника (1,3…1,5); Q – продуктивність ВОС, м³/год; V_сх – розрахункова швидкість сходячого потоку води (0,35…0,6 мм/с); n_роб – кількість робочих відстійників.

Площа камери утворення пластівців визначається за формулою, м²

, (7.8)

де t – тривалість перебування води у камері утворення пластівців (3,5…4 м ).

Скидання осаду з відстійника передбачається без його виключення з роботи. Періодичність скидання приймається не менше 6 годин. Цей час T = f ( C; M; Q; W_зн; δ_ос), де W_зн – об’єм зони накопичення і ущільнення осаду.

7.3.2. Шляхи підвищення ефективності роботи ВВ

Таблиця 7.4

Проблеми	Р і ш е н н я
Погане утворен- ня пластівців	При випуску води із скоагульованою зависсю у камеру утворення пластівців коловоротного типу регулюють режим утворення пластівців для кожного періоду року встановленням сопел різного діаметра
Нерівномірність збирання про- ясненої води і неоднаковість Vсх за площею ВВ	Досягають рівності і строгої горизонтальності крайок кільцевих жолобів (з трикутними вирізами або затопленими отворами d = 20…30 мм) а також влаштовують додаткові радіальні жолоби
Необхідність збільшення Q і підвищення ефекту очищен- ня води на по- передньому ступені без розширення площі ВОС	Встановлення у ВВ тонкошарових блоків (рис. 7.4, б)
Необхідність збільшення Q, прискорення утворення пластівців і утворення більш щільного осаду при обмежених М і К	Встановлення у ВВ контактної камери утворення пластівців (рис.7.5,б). Промивання камери відбувається при скиданні осаду з ВВ без припинення його роботи

7.4. Умови роботи прояснювачів із завислим осадом

і шляхи підвищення її ефективності

7.4.1. Конструкція та особливості пзо

Конструктивна схема ПЗО коридорного типу наведена на рис.7.7.

В робочих коридорах ПЗО з утворених при гідролізі гідроксидів ( Al(OH)₃; Fe(OH)₃ ) та окремих колоїдних та завислих часток, що взаємодіють між собою, формується шар завислого осаду (ШЗО), який має розмитий верх із «киплячою» поверхнею. В ПЗО використовується принцип своєрідної контактної коагуляції, де у якості ФЗ виступає ШЗО. Цей принцип дозволяє у порівнянні з об’ємним коагулюванням зменшити дозу коагулянту Д_к.

ШЗО постійно збільшується і його частина пере пускається через вікна 7 у осадоущільнювач. Прояснювана вода у певній пропорції поділяється між робочими коридорами і осадоущільнювачем.

Загальна площа робочих коридорів визначається за формулою, м²

, (7.9)

де k_р – коефіцієнт розподілу пояснюваної води між робочими коридорами і осадоущільнювачем; V_сх – швидкість сходячого потоку в зоні прояснення води, мм/с. Ці величини визначаються за наступними рекомендаціями:

Рис.7.7. Схема прояснювача із завислим осадом коридорного типу: 1-перфорована труба подачі вихідної води; 2-робочий коридор; 3-зона завислого осаду; 4-зона проясненої води; 5-лоток; 6-козирок; 7-осадоперепускні вікна; 8-перфорована труба збирання проясненої води; 9-осадоущільнювач; 10-перфорована труба відведення осаду; 11-відведення проясненої води; 12-боковий карман; 13-трубопровід подачі вихідної води; 14-засувка регулювання відбору проясненої води з осадо ущільнювача

М, мг/дм3	Vсх, мм/с		kр
	Зимовий пер.	Літній період
50…100	0,5	0,7	0,7…0,8
100…140	0,6	0,8	0,8…0,7
400…1000	0,8	1,0	0,7…0,65
1000…1500	1,0	1,1	0,64…0,6

Площа осадоущільнювача визначається за формулою, м²

. (7.10)

Висота зони прояснення води H_зп = 2…2,5 м. Об’єм зони накопичення осаду визначається з умови його накопичення протягом ≥ 6 годин. Осад видаляється протягом 15…20 хв.

7.4.2. Шляхи підвищення ефективності роботи ПЗО

Основними факторами, що визначають ефективність роботи ПЗО, є:

• якість і кількість вихідної води;

• хімічний склад і структура завислого осаду;

• параметри збірно-розподільної системи.

Таблиця 7.5 Оптимізація якості і кількості вихідної води

Проблеми	Р і ш е н н я
Взимку при низькій t° води і низькій лужності (особ- ливо при малій М) погіршується коагуляція	Осад з осадоущільнювача подають як «замутнювач» (концентрація 10…15 мг/дм3) у нижню частину змішувача
Низька лужність	Підлужують воду у цей період
Необхідно збільшити Q	8…10 % вихідної води подається через Трубу для видалення осаду, змішується з осадом і надходить в осадоущільнювач. Ефект: За рахунок збільшення Vсх з 0,9 мм/с до 1,05 мм/с Q збільшується на 12…15 %
В умовах малих М і К при утворе- нні «легких» пла- стівців відбувається винос часток із ШЗО у зону про- яснення	У цих умовах зменшують швидкість Vсх проти нормативної
При нагріванні поверхні одного боку ПЗО вини- кають конвектив- ні течії, що спри- яє виносу часток з ШЗО	Слідкують за підтримуванням постійної t° води, що подається у ПЗО (Δ t ≤ 1 град/год)
Потрапляння по- вітря у вихідну воду сприяє ви- носу часток з ШЗО	Перед ПЗО або у змішувачі встановлюють спеціальний повітрозбірник та забезпечу- ють підпір води зверху над трубопрово- дом, що відводить воду із змішувача

Таблиця 7.6. Оптимізація висоти ШЗО

Проблеми	Р і ш е н н я
Висота ШЗО не відповідає опти- мальному значе- нню (2…2,5 м)	Для зменшення (збільшення) висоти ШЗО збільшують (зменшують) інтенсивність відсмоктування води з осадоущільнювача

Таблиця 7.7. Вдосконалення збірно-розподільної

системи ПЗО

Проблеми	Р і ш е н н я
Спостерігається нерівномірний розподіл води за площею коридо- ру або винос часток ШЗО у зо- ну прояснення	Труби для подачі вихідної води присипа- ють шаром щебеню ( d =3…5 см; H = 10…12 см) або влаштовують над трубами козирки з кутка. Ефект: підвищується Q на 50 %.

Таблиця 7.8. 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	Встановлення у ПЗО тонкошарових блоків (рис.7.4, в)
Необхідність збільшення Q, прискорення утворення пластівців і утворення більш щільного осаду при обмежених М і К	Встановлення у ПЗО контактної камери утворення пластівців або розміщення під утримуючими решітками плаваючого зернистого матеріалу (рис. 7.5, в). Промивка зернистого шару і скидання води з коридорів відбувається ч/з перфоровані трубопроводи подачі вихідної води і далі ч/з спеціальні труби, підключені до них. Ефект: збільшується Vсх на 20…30 %

Контрольні питання:

1. Шляхи підвищення ефективності роботи горизонтальних відстійників

2. Шляхи підвищення ефективності роботи вертикальних відстійників

3. Шляхи підвищення ефективності роботи прояснювачів із завислим осадом

Лекція 8. ІНТЕНСИФІКАЦІЯ РОБОТИ

ФІЛЬТРУВАЛЬНИХ СПОРУД

Зміст лекції:

1.Конструкція швидких фільтрів і умови їх роботи

2.Інтенсифікація процесу очищення води у фільтрувальній засипці

3.Інтенсифікація процесу промивки фільтрувальної засипки

4.Вдосконалення збірно-розподільної системи фільтрів

8.1. Конструкція швидких фільтрів і умови їх роботи

Конструктивна схема ШФ з важкою зернистою засипкою наведена на рис. 8.1.

Рис.8.1. Схема швидкого фільтра: 1-місткість; 2-розподільна система; 3-підтримуючі шари з гравію або щебеню (d = 2…40 мм; H = 450…600 мм); 4-фільтрувальна засипка; 5-жолоби; 6-бічний карман; 7-подача води на фільтрування; 8-відведення промивної води; 9-подача промивної води; 10-відведення фільтрату

На початку роботи в режимі фільтрування засувки на трубопроводах 8, 9 закриті, а на 7, 10 – відкриті. Воду подають у боковий карман, потім вона рівномірно розподіляється за площею фільтра жолобами, профільтровується крізь ФЗ, підтримуючі шари, збирається розподільною трубчастою системою великого опору (найчастіше) і відводиться трубопроводом 10 до РЧВ. По мірі фільтрування затримана завись кольматує ФЗ і при досягненні граничних втрат напору на фільтрі 3…3,5 м (за час граничних втрат напору t_м ) ШФ можуть переводити в режим промивки. На промивку можуть переводити ШФ і при погіршенні фільтрату (за час захисної дії фільтра t_ф ).

В режим промивки фільтр переводять закриттям засувок на трубопроводах 7, 10 і відкриттям їх на трубопроводах 8, 9. Чисту воду з РЧВ (або із спеціальної ВБ) насосом подають у трубопровід 9, з якого вона розподіляється за площею фільтра розподільною системою, проходить підтримуючі шари і ФЗ, яка розширюється. Під час розширення ФЗ її зерна відмиваються від затриманих ними забруднень. Забруднена промивна вода збирається жолобами, відводиться у карман, а потім трубопроводом 8 – у каналізацію. Через кілька хвилин промивна вода прояснюється і фільтр відразу переводять у режим фільтрування.

Режим фільтрування, при якому працюють всі фільтри, і швидкість фільтрування при цьому називаються н о р м а л ь н и м и. Під час промивки ШФ або ремонту одного з них навантаження на фільтри, що працюють, як і швидкість фільтрування на них, зростає. Такий режим і швидкість фільтрування називають ф о р с о в а н и м и.

Час між двома промивками фільтрів називають ф і л ь т р о ц и к л о м , а кількість забруднень, затриманих в процесі фільтроциклу - б р у д о м і с т к і с т ю фільтра.

Потрібна площа ШФ на ВОС визначається за формулою, м²

, (8.1)

де Q – корисна продуктивність ВОС, м³/доб; T – тривалість роботи ВОС протягом доби, год; V_ф^н- розрахункова швидкість фільтрування при нормальному режимі фільтрування, м/год (табл. 8.1); n_пр – кількість промивок за добу (2…3); τ – час простою фільтра у зв’язку з промивкою (при водяній промивці τ = 0,33 год); q_пит – питомі витрати води на промивку, які знаходяться за формулою, м³/м²

, (8.2)

де ω – інтенсивність промивки, л/(с·м²) ( табл.8.2); t – тривалість промивки, хв..

Кількість ШФ на ВОС (≥ 4) визначається за формулою

. (8.3)

При n_ф ≤ 20 на промивку виключається один ШФ, а при n_ф > 20 – два. При цьому швидкість фільтрування при форсованому режимі має відповідати умові, м/год

. (8.4)

Для запобігання при промивці виносу зерен ФЗ у жолоби їх крайки мають бути розташовані від поверхні ФЗ на відстані, м

, (8.5)

де H_з – висота шару ФЗ, м; e – відносне розширення ФЗ, % (табл. 8.2).

_{Таблиця 8.1.Характеристика ФЗ ШФ}

ФЗ	Мате- ріал	Діаметр зерен, мм			kн	Hз, м	Швидкість, м/год
		dmin	dmax	de			Vфн	Vфф
Одно шаро ва	Кварце вий пісок	0,5	1,2	0,7… 0,8	1,8… 2,0	0,7… 0,8	5…6	7,5
		0,7	1,6	0,8… 1,0	1,6... 1,8	1,3… 1,5	6…8	9,5
	Подріб нений керам зит	0,5	1,2	0,7… 0,8	1,8… 2,0	0,7… 0,8	6…7	9
		0,7	1,6	0,8… 1,0	1,6... 1,8	1,3… 1,5	7…9,5	11,5
		0,8	2	1,0… 1,2	1,5… 1,7	1,8… 2,0	9,5…12	14
Дво шаро ва	Кварце вий пісок	0,5	1,2	0,7… 0,8	1,8… 2,0	0,7… 0,8	7…10	12
	Подріб нений керам зит	0,8	1,8	0,9… 1,1	1,6... 1,8	0,4… 0,5

В таблиці 8.1 d_e – еквівалентний діаметр часток ФЗ, мм; k_н – коефіцієнт неоднорідності зерен ФЗ, які визначаються відповідно за формулами

, (8.6)

, (8.7)

де P_i – вміст фракцій із середнім діаметром d_i, %; d₈₀, d₁₀ – діаметри зерен, мм, менше яких у ФЗ знаходиться відповідно 80 % і 10 % за масою.

Таблиця 8.2. Параметри промивки ШФ

Фільтруюча засипка	ω , л/(с·м2)	t , хв	e,%
Одношарова з d зерен 0,7…0,8 мм 0,8…1,0 мм	12…14 14…16	6…5 6…5	45 30
Двошарова	14…16	7…6	50

8.2. Інтенсифікація процесу очищення води у ФЗ

Інтенсифікація процесу очищення води у ФЗ досягається:

• збільшенням Q при збереженні ступеня очищення води;

• підвищенням ступеня очищення води при збереженні Q;

• деяким підвищенням обох показників.

Збільшити ефект очищення води у ФЗ можна:

1.Дією реагентів, досягаючи максимального зниження агрегативної стійкості зависі, збільшення міцності і щільності осаду, що накопичується в порах ФЗ;

2.Забезпеченням оптимальних параметрів фільтрування, коли збільшення d_e і H_з (див. табл.. 8.1) приводить до збільшення V_ф та відповідно Q . Збільшення H_з можливе при наявності достатньо великої будівельної висоти фільтра. З досвіду реконструкції багатьох ВОС відомо, що збільшення d_e і H_з може дати наступний ефект:

Збільшення dе	Збільшення Hз	Vфн	T	Збільшення Q
Δ dе = 0,15 мм	Δ Hз = 0,5-0,7м	10м/год	8 год	Δ Q =30 %

3.Застосуванням нових фільтруючих матеріалів (переваги пінополістиролу див. р.6.4 конспекту).

4.Застосуванням модифікованої ФЗ (див. р.6.4 конспекту), що дозволяє підвищувати поверхневу активність і питому поверхню зерен, що збільшує адгезійну і сорбційну спроможність ФЗ і зменшує гідравлічний опір при фільтруванні.

5.Застосуванням двопоточних фільтрів. Збільшити Q при збереженні площі ВОС можна шляхом переобладнання однопоточних фільтрів (к/з фільтрів із H_з> 1,45 м) на двопоточні (рис. 8.2), що крім збільшення площі фільтрування дозволяє найефективніше використовувати всю товщу ФЗ.

На 70 % вихідна вода подається знизу догори і тільки на 30 % (переважно для створення протитиску і врівноваження ФЗ) – згори донизу. При промивці вода спочатку подається в середню дренажну систему для розпушення верхніх шарів ФЗ, а потім і в нижню. В кінці промивки – тільки в нижню.

Перевагою таких фільтрів є збільшення брудомісткості ФЗ, а недоліком – складність експлуатації і недостатня надійність додаткового дренажу.

Рис. 8.2. Схема двопоточного фільтра: 1 – корпус; 2 – нижня розподільна система; 3 – ФЗ; 4 – додаткова дренажна система; 5 – жолоби; 6 – боковий карман; 7 – подавання вихідної води у верхню частину; 8 – відведення промивної води; 9 – відведення фільтрату; 10 – подавання промивної води; 11 – подавання вихідної води у нижню частину

6.Застосуванням двошарових фільтрів, у які переобладнують звичайні одношарові ШФ з кварцевим піском (див. табл. 8.1), що дозволяє збільшити брудомісткість ФЗ у 1,5…4 рази. Верхній шар ФЗ частіше приймається з антрациту, а нижній – з кварцового піску. Для зменшення опору ФЗ межа двох шарів має бути рівною. Для запобігання перемішування шарів діаметри нижніх максимальних зерен антрациту і верхніх мінімальних зерен піску мають бути у співвідношенні d_{а max} = 2,9 d_{п min}, або мають бути зв’язані формулою

, (8.8)

де k приймається залежно від d_пmin (1,8…2,2); ρ_п і ρ_а – відповідно насипна густина піску і антрациту, кг/м³.