tehnologi_epta / 1tehn

4. Проектированию оборотной системы обязаны предшествовать надлежащие мероприятия по уменьшению расхода воды.

9. Дайте технологическую схему сорбционногодефторирования воды.

Методы сорбции фтора осадком гидроксида алюминия или магния, а так же фосфата кальция, которые целесообразно применятьпри обработке поверхностных вод , когда кроме обесфторированиятребуется еще их осветление и обесцвечивание. Вместе с тем метод сорбции находит применение для лбработки подземных вод при необходимости их одновременного умягчения(реагентным методом) и дефторирование.

Обесфторивание воды солями алюминия основано на сорбции фтора осадком гидроксида алюминия. Это связано с образованием на поверхности твердой фазы малорастворимых фторидов. При этом эффективность процесса находится в обратной зависимости от рН воды. По мере снижения рН воды при постоянной дозе сульфата алюминия эффективность обесфторивания возрастает, что объясняется неоднородностью состава осадков при гидролизе сульфата алюминия при различных рН. При низких значениях рН в осадке преимущественно образуется основной сульфат алюминия — А1(ОН)SO4, эффективность обесфторивания возрастает, уменьшается содержание в нем гидроксида алюминия, который сорбирует фтор в меньшей степени, чем основной сульфат алюминия. По данным В. В. Ломако, для обесфторивания воды при значениях рН, близких к нейтральным, требуются очень большие дозы серно-кислого алюминия. Поэтому удаление фтора из воды этим способом наиболее целесообразно вести при рН 4,3 ..5,0. При таких значениях расход сульфата алюминия на 1 мг удаленного фтора составит 25…30 мг/л. Следовательно, обесфторивание воды гидроксидом алюминия требует ее предварительного подкисления с последующим подщелачиванием для снижения коррозионного действия воды. Технологическая схема состоит из вертикального смесителя, осветлителей со взвешенным осадком и скорых осветлительных фильтров. Раствор кислоты для подкисления вводится перед смесителем, сульфат алюминия — в смеситель, известь для подщелачивания воды — перед фильтрами. Большие расходы кислоты и извести, а также необходимость точного дозирования реагентов делают этот метод обесфторивания воды дорогим и сложным в эксплуатации.

Обесфторивание воды гидроксидом магния:

рН = 9,5 – происходит эффективное удаление F.

MgSO4 добавляется при недостатке Mg в исходной воде.

На 1мг F приходится 50-60мг Mg, (150-160мг MgSO4).

неполадок в текстильной, пищевой бумажной и т.д. отраслях промышленности. Повышенное содержание Fe ( т.е. > 0,3 мг/л ) в питьевой воде вредно для здоровья человека.

Гидроксид железа может присутствовать в воде в коллоидном состоянии, которое является одной из основных форм существования. Оно в значительной степени повышается благодаря защитному действию гумусовых веществ в результате того, что частицы неустойчивого в воде (гидрофобного) коллоида адсорбируют на своей поверхности частицы другого коллоида, который имеет более сильную связь с молекулами воды, т. е. обладает гидрофильным характером. Железо может быть переведено из этого комплекса в осадок двумя путями: естественным — при участии бактерий, разрушающих органическое вещество, и искусственным — с помощью сильных окислителей, уничтожающих защитные коллоиды.

Для деферизации воды следует использовать несколько методов адекватно формам, количеству железа и буферным свойствам исходной воды. Все многообразие методов, применяемых в технологии обезжелезивания воды, можно свести к двум основным типам, реагентные и безреагентные. Из применяемых в настоящее время безреагентных методов обезжелезивания воды перспективными являются: вакуумно-эжекционная аэрация и фильтрование; упрощенная аэрация и фильтрование; «сухая фильтрация»; фильтрование на каркасных фильтрах; фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды или воздуха; аэрация и двухступенчатое фильтрование; ультрафильтрация. К реагентным относятся следующие методы: упрощенная аэрация, окисление, фильтрование; напорная флотация с известкованием и последующим фильтрованием; известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике и фильтрование; фильтрование через модифицированную загрузку; электрокоагуляция; катионирование; озонирование и фильтрование.

Метод упрощенной аэрации применим как в гравитационном, так и в напорном варианте в зависимости от производительности установки. Помимо вышеуказанных, показателями применимости этого метода являются условия, когда окилительно-восстановительный потенциал Е воды после аэрации будет не менее +100 мВ и индекс стабильности воды (J) не менее +0,05. Метод упрощенной аэрации основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен, образуя каталитическую пленку из ионов и оксидов двух- и трехвалентного железа. Эта пленка активно интенсифицирует процесс окисления и выделения железа из воды. Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим процессом, в результате чего обеспечивается непрерывное обновление пленки как катализатора непосредственно при работе фильтра.

При этом методе не требуется окисление двухвалентного железа в трехвалентное и перевод его в гидроксид в связи с чем отпадает необходимость в устройстве дорогостоящих аэрационных сооружений. Упрощенная аэрация осуществляется с помощью несложных приспособлений путем излива воды с небольшой высоты в карман или центральный канал фильтра, либо путем вдувания воздуха в обрабатываемую воду. Отсутствие специальных аэрационных устройств и контактных емкостей упрощает эксплуатацию и снижает стоимость очистки.

Метод упрощенной аэрации с двухступенчатым фильтрованием предпочтительно применять в напорном варианте. Сущность процесса аналогичная описанной выше. В самом начале процесса обезжелезивания при поступлении на фильтр первых порций воды, когда загрузка еще чистая, адсорбция соединений железа на ее поверхности происходит в

мономолекулярном слое, т. е. имеет место физическая адсорбция, обусловленная силами притяжения между молекулами адсорбата и адсорбента (поверхность твердого тела —адсорбента насыщается молекулами адсорбата). После образования мономолекулярного слоя процесс выделения соединений железа на зернах песка не прекращается, а наоборот, усиливается вследствие того, что образовавшийся монослой химически более активен, чем чистая поверхность песка. Электронно-микроскопические исследования пленки показали, что она состоит из шаровых молекул гидроксида железа и других соединений, как железа (III), так и железа (II). Количество связанной воды в пленке достигает 20%. Величина истинной поверхности пленки составляет не менее 200 м2/г.

Адсорбционные свойства пленки из соединений железа на зернах фильтрующей загрузки, высокая ее удельная поверхность и наличие большого количества связанной воды позволяют сделать вывод, что пленка представляет собой очень сильный

адсорбент губчатой структуры. Одновременно, пленка является катализатором окисления поступающего в загрузку железа (II). В связи с этим эффект очистки воды зернистым слоем несравненно выше, чем это могло быть в гомогенной среде. Для катализатора такого типа некоторые вещества, находящиеся в воде (аммиак, сероводород, свободная углекислота, коллоидная кремнекислота), являются «ядами». Молекулы этих веществ имеют по паре свободных электронов, которые могут участвовать в образовании ковалентных связей с поверхностью катализатора, что при значительных концентрациях этих соединений приводит к понижению его активности.

Метод вакуумно-эжекционной аэрации.

Сущность метода заключается в окислении кислородом воздуха железа (2) в окисное с образованием коллоида гидроксида железа, его коагулировании при рН = 6,8…7 и выделении в осадок в виде бурых хлопьев. При контакте воды, содержащее железо (2), с воздухом кислород растворяется в воде, окислительный потенциал системы повышается, и если при этом создать условия для удаления части растворѐнной углекислоты, то рН системы возрастѐт до значения, обеспечивающего при данном окислительном потенциале выпадение в осадок гидроксида железа (3).

Скорость окисления Fе2+ зависит от крупности капель, на которые мы разбиваем струю воды. Можно увеличить грязеѐмкость фильтра за счѐт дополнительного слоя антрацита или керамзита.

а — вакуумно-эжекциоииой аэрации и фильтрования; б — упрощенной аэрации с одноступенчатым фильтрованием; в — упрощенной аэрации с двухступенчатым фильтрованием; 1,8 — подача исходной и отвод обезжелезенной воды; 2 — вакуумно-зжекционный аппарат; 3 — каркасно-засыпные фильтры; 4 — резервуар промывной воды; 5 — повысительный насос; 6 и 11 — установка для фторирования и обеззараживания воды; 7 — водонапорный бак; 9 — воздуходувка; 10 — скорый осветлительный фильтр; 12 —■ аэрационное устройство; 13 — осветлительный фильтр II ступени.

11.Схема устройства и параметры работы смесителя вихревого типа, какого значение градиента скорости

Смеситель вертикального (вихревого) типа, предложенный ВНИИ ВОДГЕО, основан на принципе турбулизапии потока благодаря значительному изменению его живого сечения и соответствующему изменению его скорости.

Устройство такого смесителя схематически показано на рис. V.9. Вода подается по трубе /, раствор реагента вводится через патрубок 2. Перемешивание осуществляется благодаря изменению скорости движения воды при переходе ее в конической части смесителя от узкого сечения к широкому. Отвод воды производится из верхней части смесителя через кольцевой желоб 3 (или по системе горизонтально расположенных дырчатых труб). Скорость в узком сечении конической части смесителя порядка 1 м/с, в цилиндрической

части около 25 мм/с, время пребывания воды в камере около 1,5—2 мин, угол конусности

30—45°.

Смесители этого типа можно с успехом использовать в установках для осветления воды, а также для ее умягчения в широком диапазоне производительности. При известковании воды во всех случаях следует применять вертикальные смесители.

Вихревые смесители устраивают как круглыми, так и прямоугольными в плане (с пирамидальным днищем).

В некоторых установках смешение реагентов с водой осуществляется без специальных смесителей — путем впуска раствора реагента во всасывающую трубу насоса или в трубу, подающую воду к очистным сооружениям. Первый способ дает хорошее перемешивание, но применение его не всегда возможно и рационально из-за условий компоновки сооружений и неудобств, связанных с подачей реагента к насосам первого подъема, часто далеко отстоящим от основного узла очистных сооружений. Второй способ требует применения насоса или инжектора для введения раствора реагента в подающую трубу или расположения дозировочных устройств на соответственно большей высоте. При этом расстояние от места впуска реагента до

камеры хлопьеобразования должно бытьопределено из условия, чтобы потери напора в этом участке трубы составляли 0,3—0,4 м, включая потери напора на местные сопротивления (повороты трубы и т. п.).

К последнему способу может быть отнесен применяемый в ряде случаев впуск раствора реагентов в подающую трубу в пределах самой очистной станции. За местом ввода реагентов на подающей трубе устанавливается шайба (диафрагма), выполняющая роль смесителя.

Для оценки интенсивности перемешивания в смесителях применяется критерий среднего градиента скорости G, определяемый как затраты энергии на единицу объема перемешиваемой жидкости в каждую единицу времени:

где P – номинальная мощность привода с учѐтом КПД, Вт; µа – вязкость водной смеси, Па•с; V – объем смесителя, м3.

В гидромеханике данную характеристику ещѐ называют скоростью сдвига. Для смесителей Gопт

12 Дайте схему устройства и приведите параметры работы камеры хлопьеобразования контактного типа, каково значение градиента скорости?

Рис. 6.2. Контактная (б) камера хлопьеобразования, встроенная в вертикальный отстойник.

1,5 — подача исходной и отвод осветленной воды; 2 и 3 — кольцевой и радиальные водосборные лотки; 4 — водоворотная камера; 6 — зона осветления воды; 7 — гаситель; 8 — зона накопления и уплотнения осадка; 9 — конусный отражатель; 10 — удаление осадка; 11 — контактная загрузка из вспененного полистирола; 12 —• сетка; 13 — контактная камера

Конструкция контактной камеры хлопьеобразования (без поддерживающего гравийного слоя) предложена М. Г. Журбой. Для создания псевдоожиженного слоя использованы вспененные гранулы полистирола марки ПСВ (ОСТ 6—05—202—83) крупностью 0,5 ...

4,5 мм, удерживаемые в верхней части камеры дренажной сеткой. Первоначальная высота слоя гранул около 1 м. Восходящая скорость движения воды в камере 5 ... 6 мм/с.

Применение на практике вышеописанных контактных камер хлопьеобразования позволяет увеличить в 3 ... 4 раза нагрузку на единицу объема камеры, снизить на 20 ... 25% расход коагулянта, уменьшить примерно в 1,5 раза продолжительность осветления воды в отстойниках.

Ниже приводятся формулы для определения градиента скорости в камерах хлопьеобразования разных типов:

Перегородчатая

Вихревая и водоворотная

флокулятор (механическая)

в аэрофлокуляторе

где n — число перегородок; υ1 и υ2 — соответственно скорости движения воды в коридоре камеры и на повороте, м/с; Q — расход коагулируемой воды, м3/с; р — плотность воды, кг/м3; V — объем камеры, м3; т]— динамическая вязкость воды, Пас; о

— скорость входа воды в камеру из подводящего трубопровода, м/с; т — частота вращения мешалки, с-1; N — начальная мощность, затрачиваемая на вращение, Вт;q — расход воздуха, м3/с; ро — атмосферное давление, Па; Л — высота слоя воды над воздухораспределительной системой.

Градиент скорости Gопт = 50-60 с-1

Контактные КХО (Квитка Л.А.)

Применяются для цветных маломутных вод.

1 – подача; 2 – гравий (0,3-0,4 м); 3 – песок (h = 0,4-0,5 м, dэ = 0,5-1 мм)

При движении воды снизу песок расширяется на e = 10-15%, скорость восходящего движения воды u = 2.6-4 мм/с. Такая камера позволяет увеличивать число контактов первичных агрегатов, t

= 15-25 мин.

Для частицы произвольной формы, имеющей эквивалентный диаметр d:

Отсюда скорость выпадения равна:

Характер зависимости коэффициента сопротивления ф от числа Re виден из графика на рис. V.13. Кривая построена по опытам проф. А. П. Зегжда для песка и гравия. Для частиц весьма малого размера имеет место линейный закон сопротивления (левый участок линии), т. е. сила сопротивления будет пропорциональна первой степени скорости выпадения частицы. Для этих условий Стоксом дано известное выражение силы сопротивления; 0 = 3n\iud. Сравнивая эту форму-

лу с общим выражением силы сопротивления жидкости, получим выражение для коэффициента сопротивления при линейном законе

т. е. коэффициент ср может быть выражен в функции числа Рейнольдса. Подставив это выражение <р в полученную выше основную формулу для скорости выпадения, получим

т. е, получим известную формулу Стокса.

14. Приведите схемы устройства и работы отстойников с малой глубиной осаждения вхвеси.

1Подача исходной воды;

2Горизонтальный отстойник;

3Лоток децентрализованного отбора осветлѐнной воды;

4Зона осветления воды;

5Тонкослойные модули;

6Лотки для сбора и отведения воды;

7Вихревая камера хлопьеобразования;

8Отвод осветлѐнной воды;

9Водораспределительные перфорированные трубы;

10Перфорированные трубы сбора и удаления осадка.

В сооружениях тонкослойного осветления осаждение взвеси протекает в малом слое воды, образуемом устройством наклонных элементов. Эти элементы обеспечивают быстрое выделение взвеси и ее сползание по их наклонной поверхности в зону хлопьеобразования и осадкоуплотнения. Режим течения в отстойнике - ламинарный.

Тонкослойные элементы или блоки могут выполняться из мягких или полужестких полимерных пленок, соединенных в сотовую конструкцию, или из жестких листовых материалов в виде отдельных полок. Размеры в плане отдельных блоков следует принимать в пределах 1x1 ... 1,5x1,5 м с учетом фактических размеров сооружения. Высоту поперечного сечения тонкослойного ячеистого элемента рекомендуется принимать в пределах 0,03 ... 0,05 м. Ячейки могут быть приняты любой формы, исключающей накопление в них осадка. Угол наклона элементов необходимо принимать в пределах 50 ... 60° (меньшие значения для более мутных вод, большие — для маломутных цветных). Сбор осветленной воды из тонкослойных сооружений следует осуществлять желобами с затопленными отверстиями или открытыми водосливами, например, треугольного профиля, расположенными на расстоянии не более 2 ... 3 м друг от друга. Высота тонкослойных элементов (h0) существенно влияет на эффект осветления воды (Э).

F = Q / q , где

F - площадь зон осаждения; Q - суточная ( часовая ) производительность; q - удельная нагрузка ( СНиП для маломутных и цветных вод, обработанных коагулянтом, З...3,5 м3/(ч-м2), для средней мутности 3,6...4,5 м3/(ч м2), для мутных вод 4,6...5,5 м3/(ч-м2).

Применение тонкослойных модулей в отстойниках повышает скорость осветления, уменьшает площадь отстойника на 60%, эффект обработки воды увеличивается на 25...30%.