КГ Акулов

Рис. 9. Вертикальный отстойник (схема).

2 _соответственно подача и отвод воды; 3 — сброс осадка; 4 — камера хлопьеобра^ования; 5— кольце­ вой сборный лоток; 6 — отражательный конус.

0,4— 0,6 мм/с. Преимущ еством вертикальных отстойников является малая площадь; их рекомендуется применять на водопроводах небольшой производительности (до

3000 м 3/сут).

Процесс осветления коагулированной воды протекает значительно интенсивнее, если осветляемая вода проходит через слой ранее образованного осадка, находящ егося во взвешенном состоянии. Контакт воды с осадком способ­ ствует получению более крупных и плотных хлопьев, чем в отстойниках, резко улучш ает гидравлическую характе­ ристику взвеси. Это свойство взвешенного осадка было использовано отечественными инженерами для разработки принципиально новых типов водоочистных сооружений осветлителей со взвеш енным осадком. Ввиду того что процесс осветления воды в осветлителе протекает значи­ тельно интенсивнее, чем в отстойнике, время пребывания воды в нем сокращ ается. Снижается такж е расход коагу­ лянта. Осветлители в настоящ ее время успешно вы тесня­ ю т отстойники, особенно при осветлении мутных вод с концентрацией взвеш енных веществ от 500 до 5000 мг/л. Известно несколько конструкций осветлителей со взве­ шенным осадком, но все они даю т примерно одинаковое

качество осветляемой воды.

Перспективным методом интенсификации процессов осаждения примесей воды является отстаивание в тонком слое. Этот прием нашел реализацию в конструкции от­

стойников с тонкослойными модулями. Тонкослойный модуль представляет собой блок из металла, напомина­ ющий структуру пчелиных сот размером 1x1,5 м. Соты имеют сечение 0,15x0,005 м, длина канала 1,2— 1,5 м. Тонкослойный модуль помещ ается в зоне осаждения горизонтального отстойника под углом до 40° к горизонта­ ли. П роизводительность отстойника с тонкослойным мо­ дулем возрастает пропорционально внесенной площади пластин модуля.

При правильно выбранных сооружениях для осажде­ ния взвеш енных веществ содержание их в обработанной воде составляет 8 — 12 мг/л. Н есмотря на высокую техни­ ческую эф ф ективность осаждения, такая вода не соответ­ ствует гигиеническим требованиям к питьевой воде или, другими словами, отстойники и осветлители не даю т достаточной гигиенической эффективности. Остаточная взвесь представлена в основном тонкодисперсными сус­ пензиями минеральных веществ, бактериями, вирусами.

Следующим этапом осветления воды на водопроводе является ее фильтрование через фильтры с зернистой загрузкой. Фильтры классифицируют по скорости филь­ трования— медленные (0,1— 0,3 м/ч) и скорые (5— 10 м/ч), по направлению фильтрующ его потока — одно- и двухпо­ точные, по числу фильтрующ их слоев — одно- и двухслой­ ные.

Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой ж елезобетонны й резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя. Фильтрующий слой выполняю т из отсортированного материала, обладающ его достаточной механической прочностью (кварцевый песок, антрацитовая крош ка, керамзит, ш унгизит, дробленый мрамор). Новые фильтрующ ие материалы проходят санитарную эксперти­ зу, в ходе которой устанавливается их состав, а также скорость и степень вымываемости отдельных элементов, особенно тяж елы х металлов, водой. М атериалы, получив­ шие положительную оценку, вносятся в «Перечень новых материалов и реагентов, разреш енных Главным санитарноэпидемиологическим управлением М инистерства здравоох­ ранения СССР для применения в практике хозяйственно­ питьевого водоснабжения».

Поддерживающ ий слой служит для того, чтобы мел­ кий фильтрующ ий материал не уносился вместе с филь­ труемой водой через отверстия распределительной систе­ мы. Он состоит из слоев гравия или щ ебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм. Распределительная система фильтра состоит из труб с отверстиями разной формы и размера. Ее назначе­

распределение воды по площади фильтра при его промыв­

ке.

Фильтрование воды осущ ествляется двумя принципи­ ально отличающимися друг от друга методами. Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое ф ильтру­ ющей загрузки. Вначале вследствие механического осаж ­ дения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьш ается размер пор. Затем на поверхности песка развиваю тся водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому, состоящ ему из минеральных и органиче­ ских веществ осадку (биологическая пленка). О бразова­ нию пленки способствую т малая скорость фильтрации, больш ая мутность воды, значительное содержание ф ито­ планктона. Пленка достигает толщины 0,5— 1 мм и

больше.

Биологическая пленка играет решающую роль в работе

воды. Постепенное утолщение пленки вы зы вает сопротив­ ление фильтрованию — так называемую потерю напора, что приводит к необходимости периодической чистки медленного фильтра (снятие с его поверхности верхнего слоя песка и пленки). М едленные фильтры, отличаю щ иеся простотой устройства и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями городских водопроводов в нача­ ле XIX века. В дальнейшем, в связи с ростом водопотреб­ ления и мощностей водопроводов, они уступили место скорым фильтрам, преимуществом которы х является больш ая производительность и меньшая площадь, что важно в условиях современного города. С развитием централизованного водоснабжения в сельской местности роль медленных фильтров как простых и надежных сооружений для подготовки питьевой воды возрастает.

—* М едленные фильтры сооруж аю т с загрузкой фильтру­ ющего слоя из кварцевого песка высотой 800— 850 мм и поддерживающ его слоя гравия или щ ебня высотой 400—

расположенной на дне фильтра. Очистка фильтра произво­

дней, до образования биологической пленки, идет на

сброс.

Объемное фильтрование, осуществляемое на скоры х фильтрах, является физико-химическим процессом. При

объемном фильтровании механические примеси воды про­ никают в толщ у фильтрующ ей загрузки и адсорбирую тся под действием сил молекулярного притяжения на повер­ хности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем

В результате уменьшения размера пор возрастает сопротивление загрузки при фильтровании, происходит потеря напора. Время от начала работы фильтра до достиж ения предельной потери напора, при которой фильтр долж ен быть выклю чен на промывку, назы вается време­ нем фильтроцикла, или фильтроциклом. Время, в течение

потери напора и качество "фйЛьцлиа, как уто йидно на рис. 10, непропорциональны. Для санитарной надежности фильтра необходимо так подбирать режим его работы и параметры загрузки, чтобы время фильтроцикла было меньше времени защ итного действия загрузки. В практике

хозяйственно-питьевого водоснабжения их соотношение долж но быть примерно 1 :0 ,8 .

Для нормальной работы фильтра важно, чтобы ско­ рость фильтрования бы ла постоянной в течение всего фильтроцикла, т. е. не уменьшалась по мере загрязнения фильтра. С этой целью на трубопроводе, отводящем фильтрованную воду, устанавливают автоматически рабо­ тающие регуляторы скорости фильтрации, благодаря ко­ торым через фильтр проходит все время постоянное количество воды.

Схема устройства скорого фильтра показана на рис. 11. Коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает через боковой карман в резервуар филь­ тра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки долж ­ на быть не менее 2 м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующ ий и поддерживающий слои и через

Желоба

Грабий

Рис. 11. Скорые фильтры.

а—двухслойный фильтр; б—двухпоточный фильтр АКХ; в—контактный осветли-

распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. П о окончании фильтроцикла производится промывка фильтра.

П ромы вку производят обратным током чистой про­ фильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. П ромывная вода,

друга, сорбированные на них загрязнения попадают в промывную воду, которая вместе с загрязнениями перели­ вается через кромки сборных желобов, расположенных над поверхностью фильтрующей загрузки, и отводится по ним в водосток. П родолжительность промывки скорых

конструировании новых фильтров повыш ают их грязеемкость, под которой понимают массу загрязнений в кило­ граммах, задерж анны х 1 м 2 фильтрующ ей загрузки филь­ тра в течение фильтроцикла. К числу фильтров с повы­ шенной грязеемкостью относятся фильтры с двухслойной загрузкой, двухпоточные фильтры системы А КХ и двух­ поточные фильтры ДДФ.

В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем песка 0,4— 0,5 м насы пается также слой дробленого антрацита или керамзита. В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерж ивает основную массу загрязнений, а песчаный — их остаток, прошедший через верхний слой. Общая грязеемкость двухслойного фильтра

в2 — 2 '/г раза больше грязеемкости обычного скорого

фильтра. П лотность антрацита (керамзита) меньше плот­ ности песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятель­

труется снизу вверх, а меньшая часть (30 %), как и в обычных фильтрах, сверху вниз. Благодаря этому основ­ ная масса загрязнений задерж ивается в нижней, наиболее крупнозернистой, части фильтра, имеющей большую гря­ зеемкость. Толщина фильтрующ его слоя в фильтре А КХ 1.45— 1,65 м. На глубине 0,5— 0,6 м от поверхности филь­

ную на дне фильтра. Грязная вода, как и в обычных фильтрах, собирается в желобе и отводится в водосток.

керамзит и песок) в наддренажном слое. В фильтрах А К Х и ДДФ задерживаю щ ая способность фильтрующ ей загруз­ ки используется по всей ее высоте, что позволяет повы ­ сить скорость фильтрации до 12— 15 м/ч и увеличить производительность фильтра на 1 м 2 поверхности в 2 раза.

В технике очистки воды с целью интенсификации работы очистных сооружений используется процесс ко­ агуляции в зернистой загрузке скорых фильтров. Этот процесс принципиально отличается от коагулирования в свободном объеме. При коагулировании в зернистом слое (контактная коагуляция) коллоидные и суспендированные частицы, проникающие в толщ у слоя с потоком фильтру­ емой жидкости, сближаю тся с поверхностью зерен загруз­ ки, прилипают к ним, образуя вокруг каж дого зерна скопления геля с характерной сетчатой структурой. Таким образом, механизм контактной коагуляции состоит в отделении твердой ф азы обрабатываемой воды от жидкой под действием сил молекулярного притяжения между мельчайшими частицами взвеси и зернами фильтрую щ его материала. Однако если воду просто фильтровать через слой зернистого материала, то контактная коагуляция будет протекать крайне медленно. Значительно ускоряет­ ся она при добавлении электролита. Таким электролитом является коагулянт.

Вокруг частиц взвеси находится двойной электриче­ ский слой или гидратная оболочка, препятствую щ ая при­ липанию к зернам загрузки. При введении коагулянта стабильность частиц взвеси наруш ается, и они начинают интенсивно прилипать к зернам загрузки. К онтактная коагуляция протекает особенно эффективно при смешении коагулянта с обрабатываемой водой непосредственно пе­ ред ее введением в зернистую загрузку. При этом расход коагулянта снижается на 20 %. Температура воды не оказы вает влияния на контактную коагуляцию , хотя имеет большое значение при коагуляции в свободном объеме. Применение контактной коагуляции целесообраз­ но при низких концентрациях взвеси в воде и отсутствии щелочного резерва. Больш ое значение для эффективности контактной коагуляции имеет устойчивость слоя загрузки, в котором она происходит.

Сооружения, в которых используется метод контак­ тной коагуляции, назы ваю тся контактными фильтрами, или контактными осветлителями. Их применение не требует

строительства камер хлопьеобразования и отстойников, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4— 5 раз и сократить капитальные затраты. К онтактный фильтр КФ-5 представляет собой скорый фильтр с трехслойной фильтру­

(кварцевый песок) — 0,8— 1,25 мм. Над поверхностью филь­ трую щ ей загрузки укрепляется система перфорированных труб для введения в обрабатываемую воду раствора коагулянта. Скорость фильтрации на фильтре КФ-5 состав­ ляет 2 0 м/ч.

К онтактны й осветлитель КО-3 конструктивно почти не отличается от обычного скорого фильтра и представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар с зерни­

Раствор коагулянта вводится в воду перед подачей ее на фильтрацию . Вода фильтруется в направлении убывающей крупности зерен, снизу вверх, благодаря чему основная часть загрязнений задерж ивается в нижних крупнозерни­ стых слоях. Больш ая высота загрузки увеличивает про­

К онтактны е фильтры и осветлители удовлетворительно

воды до 150°. Ввиду того что в контактных осветлителях в отличие от фильтров осветленная вода находится над фильтрую щ ей загрузкой, зеркало воды должно быть изолировано от помещения управления осветлителями. Этой цели служ ит остекленная перегородка на всю высоту помещения.

Состав очистных сооружений водопровода, или его схема, подбирается в зависимости от качества воды источника: уровня показателей мутности и цветности и их соотношения. М ожно выделить три основные схемы очи­

ние воды, коагуляцию и фильтрацию на скорых фильтрах. Вторая схема используется при мутности воды до 120 мг/л и цветности до 300°. В ее составе имею тся контактный осветлитель (префильтр) и скорый фильтр. Для очистки высокомутных (до 1500 мг/л) вод цветностью до 120° прибегают к третьей схеме, включающей радиальные отстойники, осветлители со взвеш енным осадком и ско­ ры е фильтры . Кроме перечисленных, сущ ествую т и дру-

гие схемы. Так, при мутности воды до 50 мг/л и цветности

ным этапом обработки воды на водопроводе из поверхно­ стного источника должно быть обеззараживание.

При организации централизованного хозяйственно­ питьевого водоснабжения для небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансионаты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов и водотоков для очистки воды необходимы сооружения небольшой производительности. Этим требованиям отве­ чаю т компактные установки заводского изготовления «Струя» производительностью от 25 до 800 м /сут.

Установка типа «Струя» (рис. 12) состоит^из трубчато­ го отстойника, фильтра с зернистой загрузкой, оборудова-

ния для приготовления и дозирования реагентов и бака для промывной воды. Напорная конструкция всех элемен­ тов установки обеспечивает подачу исходной воды насоса­ ми первого подъема через отстойник и фильтр непосред­ ственно в водонапорную башню, а затем потребителю . Основное количество загрязнений оседает в трубчатом отстойнике. Песчаный фильтр обеспечивает окончатель­ ное извлечение из воды взвешенных и коллоидных приме­ сей. Хлор может вводиться перед отстойником и в

что дает возможность без изменения конструкции вести работу в безреагентном и реагентном (с использованием коагулянта) режиме. В первом случае производительность установки в 4 раза меньше. П родолжительность обработ­ ки воды не превыш ает 40— 60 мин, тогда как на станциях с традиционными сооружениями она обычно составляет от 3 до 6 ч. Установка обеспечивает высокую степень очи­ стки воды . Содержание взвеш енных веществ уменьшается на 98 99,3 %, цветность — на 83% ; отстаивание и филь­ трация снижаю т содержание бактерий группы кишечной палочки на 99,8— 99,9% . Приведенные показатели эф ф ек­ тивности работы могут быть достигнуты при централиза­

ции эксплуатационной и ремонтной служб в масштабах района или области.

И зменения химического состава природных вод в результате обработки их на водопроводных сооружениях послужили основанием для изучения барьерной роли процессов коагуляции, осаждения и фильтрации относи­ тельно вещ еств, поступающих с промышленными сточны ­ ми водами. В экспериментальных и натурных условиях была исследована защ итная роль процессов коагуляции, осаж дения и фильтрации для различных нефтепродуктов' сельскохозяйственны х ядохимикатов, продуктов органиче­ ского синтеза. Результаты исследований позволяю т сде­ лать вывод о возможности задерж ки этих веществ на всех этапах обработки воды. Техническая эффективность за­

снижении исходной концентрации уменьш ался процент

Таким образом, гигиеническое значение широко приме­