Системы и сооружения водоснабжения. Учебно-методическое пособие

Для интенсификации процесса осветления воды в наиболее неблагоприятный паводковый период предусматривается применение флокулянта.

Для подщелачивания воды принимаем известь. Дозу извести определяем по формуле (3):

Суточный расход извести по СaО находим по формуле (5):

60000 23 =1,4 т/сут .

1000 1000

Расход товарной извести с содержанием 78%-го чистого продукта составляет

1,4 100 =1,8 т/сут.

78

В баках хранят известковое тесто. Одна тонна извести-кипелки в виде теста занимает объем 2,8 м3. Потребность в известковом тесте обеспечивается на 16 дней. Для хранения принято четыре бака вместимостью 20,2 м3. Известь сгружают в железобетонные баки размером 4,5×3,2 и высотой 1,4 м, заливают водой и гасят.

Из баков-хранилищ грейфером вместимостью 0,4 м3, расположенным на кран-балке, известь подают в емкость для догашивания теста. Известковое молоко по лотку перепускают в мешалку вместимостью 8 м3, где его концентрацию доводят до 3,4 %.

Для перемешивания известкового молока в мешалке и подачи его к установке принимают один рабочий и один резервный насосы.

Дозировку известкового молока производят дозаторами постоянного уровня системы разработки НИИ ВОДГЕО с лотковым делительным устройством с постоянным переливом в мешалку. Производительность дозатора — 2 м3/ч. Дозаторы устанавливают на площадке у смесителей. Известковое молоко самотеком поступает в смеситель.

5.2.Осветлениеприродныхвод

Ксооружениям по осветлению воды относят смесители, отстойники и камеры хлопьеобразования, осветлители со слоем взвешенного осадка, фильтры и контактные осветлители.

Смесители. Недостаточно эффективное смешение воды с растворами реагентов приводит к их

перерасходу и снижению эффективности работы последующих сооружений. Интенсивность перемешивания воды с растворами реагентов оценивают градиентом перемешивания и критерием Кэмпа.

Процесс смешения воды с реагентами осуществляют в смесителях. Смесители предназначены для быстрого и равномерного перемешивания реагента с обрабатываемой водой, а также последовательного введения необходимых реагентов с соблюдением временного разрыва [2, 4, 9, 11, 14].

Эффективное смешение реагентов с очищаемой водой достигается турбулизацией ее потока. В смесителях гидравлического типа турбулизация создается трехкратным местным увеличением скорости потока обрабатываемой воды с 0,4…0,6 до 1 м/с.

Смесители гидравлического типа при расходах воды меньше расчетных не обеспечивают удовлетворительного смешения ее с реагентами, что является их недостатком. К гидравлическим смесителям относят смесители лоткового типа (дырчатый, перегородчатый, ершовый), коридорные и вихревые (вертикальные). Продолжительность смешения воды с реагентами составляет 1,5…2 мин.

Смесители лоткового типа снабжены вертикальными перегородками. Такие смесители применяют на станциях производительностью до 25 000 м3/сут. Скорость движения воды в отверстиях перегородок и в проходах принимают равной 1 м/с, расстояние между перегородками составляет 1,5…2 ширины смесителя. Коридорные смесители применяют на станциях производительностью свыше 300,0 тыс. м3/сут. Число коридоров следует предусматривать не менее 9…11, расстояние между перегородками — не менее 0,7 м. Скорость движения воды в коридорах принимают от 0,7 до 0,5 м/с.

Вихревые (вертикальные) смесители бывают круглыми или прямоугольными в плане с конусным или с пирамидальным днищем, с углом между стенками днища 30…45о. Высоту верхней части

21

с вертикальными стенками принимают от 1 до 1,5 м. Подвод воды в вихревой смеситель предусматривают сбоку в нижнюю часть. Скорость выхода воды из подводящего трубопровода в нижнюю часть принимают 1,2…1,5 м/с, скорость восходящего потока воды на уровне водосборного устройства вверху смесителя принимают 30…40 мм/с. В смесителе предусматривают переливной трубопровод, а также трубопровод для опорожнения и выпуска осадка.

Примеры расчета гидравлических смесителей приведены в [4, 9, 11].

В смесителях механического типа турбулизация потока создается вращением лопастей или пропеллеров мешалки с электроприводом. В механических смесителях перемешивание воды и раствора реагента достигается турбулизацией потока, создаваемой мешалкой, состоящей из собственно мешалки (лопастной, пропеллерной, турбинной), вала и привода. Применение механических смесителей связано с повышенными затратами электроэнергии, однако позволяет снизить на 25 % расход коагулянта и требует соответствующего обоснования. Механические смесители подразделяют на лопастные, пропеллерные, турбинные.

Механические смесители представляют собой квадратные или круглые в плане резервуары. Соотношение высоты к ширине составляет 2:1. Количество лопастей мешалок на одном валу зависит от принятой глубины камеры смесителя. Скорость вращения их для турбинных мешалок принимают в пределах 80…100 мин–1, для пропеллерных — 1500…1800 мин–1. Продолжительность смешения в механических смесителях составляет 0,5…1 мин, мощность двигателя принимают 1…1,5 кВт на каждые 1000 м3/ч производительности станции.

Объем резервуара смесителя W, м3, определяют по формуле (8). Время пребывания воды в смесителе t = 0,5 мин.

Количество воды, пропускаемое пропеллером мешалки Qп, м3/с, находят:

где z — число совершаемых водой оборотов за 1 мин, z = 5…10.

Находят площадь F, м2, охвачиваемую пропеллером, с учетом скорости движения воды в пропеллере Vо, равной 1,5…2 м/с:

Диаметр пропеллера D, м, определяют по формуле

Напор Н, развиваемый пропеллером, м:

где ηп — гидравлический КПД пропеллера, ηп = 0,8…0,9; h — потери напора в местных сопротивлениях, h = 0,2.

Мощность на оси пропеллера Nо, кВт:

22

где ηэд — КПД передачи от электродвигателя к мешалке (принимается в зависимости от типа пере-

дачи), ηм = 0,6…0,95.

Число оборотов пропеллера n, об/мин, находят по формуле

где φ — угол наклона лопасти винта, φ = 22о.

Примеры расчета механических смесителей приведены в [4, 9–11].

При расчете смесителей гидравлического и механического типов необходимо руководствоваться рекомендациями [2, п. 9.31–9.40, 4, 9, 11]. Количество смесителей принимают не менее двух, при этом резервный смеситель не предусматривают. Рекомендуется устраивать обводной трубопровод в обход смесителя.

Камерыхлопьеобразованияиотстойники.Эти сооружения предназначены для плавного перемешивания воды с растворами реагентов и обеспечения полной агломерации мелких хлопьев коагулянта и взвеси в крупные хлопья. Камеры хлопьеобразования (КХО) выполняют отдельно стоящими или встроенными в отстойники.

По характеру перемешивания и движения воды камеры хлопьеобразования подразделяют на камеры гидравлического и механического типа. К первому относятся перегородчатые, вихревые, водоворотные, контактные (со слоем взвешенного осадка и с зернистой загрузкой, пребывающей в неподвижном или псевдоподвижном состоянии), ко второму — флокуляторы и аэрофлокуляторы.

Втехнологической схеме с горизонтальными отстойниками устраивают перегородчатые, вихревые, контактные и механические (лопастные) КХО. В технологической схеме с вертикальными отстойниками — водоворотные камеры. Отвод воды из КХО в отстойники предусматривают при скоростях движения воды в сборных лотках, трубах и отверстиях не более 0,1 м/с для мутных вод и 0,05 м/с — для цветных вод.

Время пребывания воды в КХО принимают в широком диапазоне от 6…12 до 15…30 мин (нижний предел — для мутных вод, верхний — для цветных с низкой температурой в зимний период).

Примеры расчета водоворотной КХО приведены в [4, 9–11].

Перегородчатые КХО принимают с горизонтальным или вертикальным движением воды. Время пребывания воды в камере принимают равным 20…30 мин. Расчет перегородчатых КХО приведен

в[2, п. 9.43–9.45; 4; 9–11].

Ввихревые КХО вода подается в нижнюю часть со скоростью 0,7…1,2 м/с. Скорость восходящего потока принимают равной 4…5 мм/с. Продолжительность пребывания — 6…12 мин.

Контактные камеры хлопьеобразования с плавающей загрузкой применяют для осветления природной воды с мутностью не более 150 мг/л и цветностью не более 250 град. [4, п. 13.4; 14].

Встроенные КХО со слоем взвешенного осадка (зашламленного типа), как правило, встраивают

вгоризонтальные отстойники. Скорость восходящего потока в верхнем сечении камеры хлопьеобразования принимают в зависимости от мутности воды от 0,65…1,6 (для вод средней мутности) до 0,8…2,2 (для мутных вод) мм/с. При указанных скоростях потока образуется слой взвешенного осадка высотой не менее 2 м. Время пребывания воды составляет 20…50 мин [4, 9, 11]. Применение таких камер позволяет принимать расчетную скорость осаждения взвеси в отстойнике на 20 % больше при обработке мутных вод и на 15 % больше при обработке маломутных вод.

Механические камеры хлопьеобразования с мешалками (3…5 шт.) выполняют встроенными в горизонтальные отстойники. Время пребывания воды в них принимают 30…40 мин. Скорость движения воды во флокуляторе снижается по ходу потока от 0,5 до 0,1 м/с за счет сокращения числа оборотов мешалок или уменьшающейся по ходу воды площади их лопастей.

Взарубежной практике находят применение аэрофлокуляторы, в которых перемешивание воды осуществляется с помощью системы распределения в зоне подачи воды сжатого воздуха.

Примеры расчета водоворотной КХО приведены в [4, 9, 11]. Примеры расчета камер хлопьеобразования различных типов приведены в [4, 9–11, 14, 22]. Расчет камер хлопьеобразования производят после определения габаритных горизонтальных отстойников.

Отстойники предназначены для гравитационного выделения из осветляемой воды взвешенных веществ. Осаждение взвеси происходит при движении потока воды с малой скоростью. В практике

23

водоподготовки применяют различные конструкции отстойников: горизонтальные, вертикальные и реже радиальные.

Для интенсификации процесса осветления природных вод малой и средней мутности и цветности отстойники оборудуют тонкослойными модулями. Осаждение взвеси в тонкослойных отстойниках происходит в наклонных элементах малой высоты, при этом обеспечивается быстрое выделение взвеси и ее сползание по наклонной плоскости элементов в зоны хлопьеобразования и осадкоуплотнения. Тонкослойные элементы или блоки выполняют из полимерных пленок или из жестких листовых материалов в виде отдельных полок.

Отстойники с тонкослойными модулями применяют как для вновь проектируемых водопроводных сооружений, так и подлежащих реконструкции. Количество взвешенных веществ в воде, поступающей на фильтры после отстойников, составляет 8…12 мг/л.

Тип отстойника выбирают в зависимости от производительности водопроводной станции

[2, табл. 10].

Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при производительности станции более 30,0 тыс. м3/сут, содержании взвешенных веществ до 1500 мг/л и цветности до 120 град. ПКШ, вертикальные — при производительности не более 5,0 тыс. м3/сут. Радиальные отстойники предназначены для осветления высокомутных вод.

Отстойники проектируют с механическими скребковыми механизмами или гидравлическим удалением осадка или предусматривают систему гидравлического смыва с отключением отстойника [2,

п. 9.55–9.58, 9.60].

Площадь (суммарную) горизонтального отстойника F, м2, определяют по формуле

где α — коэффициент объемного использования отстойника, равный 1,3; q — расчетный расход воды, м3/ч; Uo — скорость выпадения взвеси, задерживаемой отстойником (гидравлическая крупность), мм/с [2, табл. 11]. При обработке воды коагулянтами и флокулянтами значение Uo допускается увеличивать на 15…20 %.

Длину отстойника L, м, определяют по формуле

v

L = Hср Uср , (17)

o

где Нср — средняя глубина зоны осаждения взвеси (принимается равной 3,0…3,5 м); vср — средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике, принимаемая равной 6…8, 7…10, 9…12 мм/с в зависимости от мутности обрабатываемой воды.

Ширину горизонтального отстойника Вотст, м, определяют по формуле

При значительной расчетной ширине горизонтальный отстойник должен быть разделен на самостоятельно работающие секции или блоки, количество которых принимается не менее двух. При количестве секций менее шести для обеспечения их ремонта и чистки следует предусматривать одну резервную. При определении конструктивных размеров отстойников следует использовать существующие типовые решения [16].

Секция, при необходимости, может быть разделена на коридоры продольными перегородками. Ширину одного коридора Bк принимают не более 6 м. При небольшой производительности станции понятия «секция» и «коридор» могут совпадать. Каждый коридор может работать самостоятельно.

При этом число коридоров

24

Удаление из отстойника осадка рекомендуется производить гидравлическим способом без выключения его из работы. В этом случае объем зоны накопления и уплотнения осадка для всего сооружения Wз.н, м3, определяют по формуле

где m — количество взвеси в воде на выходе из отстойника; Т — продолжительность работы отстойника между чистками, сут [2, табл. 12]); δ — средняя концентрация уплотненного осадка, г/м3, δ = f ( Сср,T) по [2, табл. 19]; например, при концентрации твердой фазы 60 000 г/м3 Pm = 6 %; Сср — средняя концентрация взвеси в осветляемой воде с учетом взвеси, образующейся при введении реагентов, мг/л, определяется по формуле

где М — мутность исходной воды, мг/л; k — переводной коэффициент (k = 1 — неочищенный сернокислый алюминий; k = 0,55 — очищенный); Дк — доза коагулянта, мг/л; Ц — цветность исходной воды, град. ПКШ; В — количество нерастворимых в воде взвешенных веществ, вносимых вместе с известью, мг/л.

Количество осадка Рос, т, который нужно удалить из коридора отстойника за одну чистку (по весу), составит

Расход воды Qо, м3/ч, сбрасываемой с осадком по дырчатым трубам, составит

где Kр — коэффициент разбавления, Kр = 1,5; Тc — продолжительность удаления осадка, равная

0,33…0,5 ч.

Дно горизонтального отстойника с гидравлическим удалением осадка проектируют с уклоном i = 0,005 по ходу движения осадка. Для увеличения производительности горизонтальных отстойников следует применять поверхностный отбор воды в виде желобов или дырчатых труб [2, п. 9.61].

Для сбора осветленной воды предусматривают систему горизонтально расположенных желобов с отверстиями или перфорированных труб [2, п. 9.61] с расстоянием между их осями 3 м. Длина труб (желобов) составляет 2/3 длины отстойника, а в случае оборудования отстойника тонкослойными модулями их длина равна длине отстойника. Скорость движения воды в конце труб (желобов) принимают 0,6…0,8 м/с, в отверстиях — 1 м/с. Рассчитывают количество и шаг отверстий dо не менее 25 мм, и также размеры сборного двухэтажного канала, исходя из скорости движения 0,3…0,4 м/с [4, 11].

Расчет отстойников с тонкослойными модулями производят по удельной гидравлической нагрузке, устанавливаемой технологическими изысканиями, либо ориентировочно — по рекомендациям [14; 4, п. 13.6; 11, п. 8.3]. Удельную нагрузку на тонкослойные отстойники, отнесенную к площади, занятой элементами, принимают для обработанных коагулянтом маломутных и цветных вод

3…3,5 м3/(м2·ч); вод средней мутности — 3,6…4,5 м3/(м2·ч); мутных вод — 34,6…5,5 м3/(м2·ч).

Размеры в плане отдельных блоков принимают от 1×1 до 1,5×1,5 м. Высоту поперечного сечения тонкослойного элемента принимают 0,03…0,05 м. Угол наклона элементов составляет 50…60°. Длину тонкослойных элементов определяют расчетом, ориентировочно принимают 0,9…1,5 м. Для сбора осветленной воды предусматривают желоба с затопленными отверстиями. Высоту зоны сбора принимают 0,4…0,5 м.

Пример. Рассчитать горизонтальный отстойник. Производительность станции — 60 000 м3/сут (2500 м3/ч). Мутность исходной воды составляет 450 мг/л, цветность — 50 град. ПКШ, щелочность — 0,96 мг-экв/л. Дозы коагулянта — 45 мг/л, доза извести — 1,23 мг-экв/л.

25

Площадь отстойника в плане определяем с использованием соотношения (16).

F =1,3 3,625000,5 =1805,6 м2.

Длину отстойника находим по формуле (17), а ширину — по формуле (18):

L = 3 0,59 = 54 м, Bотст =1805,654 = 33,44 м.

Принимаем отстойник с двумя секциями шириной 16,72 м. Каждую секцию делим на коридоры

с шириной Bк = 6 м.

Число коридоров по формуле (19)

Nк = 33,446 ≈ 6 шт.,

а ширина блока отстойника — 36 м.

Объем зоны накопления осадка определяем по формуле (20) при Т = 1 сут.

W = 24 2500(501,2 −8) 1 = 493,2 м3. з.н 60000

Высота зоны накопления осадка Нз.н, м:

Hз.н = WFз.н = 1805,6493,2 = 0,27 м.

Так как расчетная высота недостаточна для прокладки желобов для удаления осадка, принимаем из конструктивных соображений Нз.н = 0,7 м. При этом время между чистками увеличится в

0,7 / 0,27 = 2,59 раза, т.е. Т = 2,59 сут.

Фактический объем зоны накопления (для всего отстойника) 1805,6 0,7 =1263,9 м3. Процент воды, расходуемой при удалении осадка,

Расход воды, сбрасываемой с осадком по дырчатым трубам или коробам, уложенным по дну коридора, с учетом коэффициента разбавления по формуле (23) равен:

Q= 1,5 1263,9 = 631,95 м3 /ч.

о6 0,5

Общая высота отстойника составляет

Hотст = Hср + Hз.н = 3 +0,7 = 3,7 м.

Далее определяем размеры желобов для удаления из отстойника осветленной воды и осадка по

[2, 4, 9, 11].

Расчет встроенных в каждый коридор отстойника камер хлопьеобразования производим, принимая основные размеры из расчета горизонтального отстойника.

Осветлители со взвешенным осадком (ОВО) работают при условии предварительной обработки воды коагулянтом или флокулянтом. Осветлитель представляет собой сооружение, в котором смешанная с реагентами вода движется восходящим потоком сквозь слой взвешенного осадка (контактной среды).

Работа осветлителей в стабильном режиме достигается при постоянных величинах расхода и температуры осветляемой воды. Осветлители работают эффективно при условии относительно не-

26

значительных колебаний часового расхода подаваемой воды (не более ±10 % в течение часа) и незначительных колебаний ее температуры (не более 1 °С в течение 1 ч).

По своим конструктивным особенностям осветлители различаются по форме (круглые и квадратные в плане). Нижняя часть ОВО имеет форму конуса, пирамиды или призмы с уклоном стенок к горизонту около 60°. Некоторые конструкции осветлителей имеют плоское дно (с малым углом конусности) и постоянную площадь поперечного сечения рабочей части — по ходу воды. В таких осветлителях обычно устраивают второе дырчатое днище, непосредственно над которым образуется слой взвешенного осадка.

По конструкции и месту расположения осадкоуплотнителя ОВО бывают с вертикальным, поддонным или выносным осадкоуплотнителем, а по методу удаления избыточного осадка — с естественным отбором и принудительным отсосом. В коммунальном водоснабжении наибольшее распространение находит осветлитель коридорного типа с двумя рабочими камерами и вертикальным осадкоуплотнителем [2, 4, 9–11]. Схема коридорного осветлителя показана в [4, 9–11].

Осветлители со слоем взвешенного осадка рекомендуется применять при производительности станции более 5000 м3/сут, цветности воды в источнике не более 120° платиновой шкалы, количестве взвешенных веществ — до 1500 мг/л [2, табл. 10].

Интенсификация работы осветлителей при очистке маломутных вод с целью искусственного повышения концентрации твердой фазы в исходной воде достигается добавкой к воде механических примесей (например, глины) или рециркуляцией осадка осветлителя. Улучшение гидродинамических условий процессов хлопьеобразования, повышение равномерности распределения и сбора воды осуществляют путем применения тонкослойных модулей в зоне осветления рабочих камер и осадкоуплотнителя ОВО и другими приемами. Расчет осветлителей с тонкослойными модулями и рециркуляторами осадка приведен в [14].

Расчет осветлителей со взвешенным осадком производят с учетом годовых колебаний качества воды в источнике водоснабжения.

Скорости восходящего потока в зоне осветления и в зоне накопления и уплотнения осадка, а также коэффициент распределения воды между зоной осветления и зоной накопления и уплотнения осадка (осадкоуплотнителем) определяют по [2]. Площади зон осветления воды и зон накопления и уплотнения осадка принимают наибольшими при расчете по двум вариантам: для периода минимальной мутности при зимнем (минимальном) расходе воды; для периода наибольших расходов при соответствующей этому периоду наибольшей мутности.

Площадь зоны осветления Fосв, м2, определяют по формуле

где Kр.в — коэффициент распределения воды между зонами осветления и зоной накопления и уплотнения осадка, принимаемый по [2]; Vосв — скорость восходящего потока воды в зоне осветления, мм/с, принимают по [2, табл. 13].

Площадь зоны накопления и уплотнения осадка Fотд, м2, определяют по формуле

Общую площадь осветлителя, состоящего из двух боковых коридоров и центрального осадко уплотнителя, F, м2, определяют по формуле

Площадь одного ОВО в плане должна быть не более 100…120 м2. При выборе размеров осветлителя следует пользоваться типовыми решениями. Высоту слоя взвешенного осадка в осветлителе принимают от 2 до 2,5 м [2, п. 9.64].

Низ осадкоприемных окон (или кромку осадкоотводящих труб) располагают на 1…1,5 м выше перехода наклонных стенок взвешенного осадка осветлителя в вертикальные. Угол между наклонными стенками нижней части зоны взвешенного осадка принимают в пределах 60…70о.

27

Высоту зоны осветления hзащ принимают 2,0…2,5 м (нижний предел относится к мутным, верхний — к цветным водам) [2, п. 9.64].

Расстояние между сборными лотками или трубами в зоне осветления принимают не более 3 м. Распределение воды, поступающей в осветлитель, осуществляют с помощью дырчатых распре-

делительных труб, скорость движения на входе в которые принимают 0,5…0,6 м/с. Отверстия в дырчатых трубах должны иметь диаметр не менее 25 мм; расположение отверстий — под углом 45о к вертикали по обе стороны трубы в шахматном порядке, расстояние между ними — не более 0,5 м. Скорость выхода воды из отверстий — 1,5…2 м/с [2, п. 9.67]. Отношение площади отверстий к площади сечения распределительных труб должно находиться в пределах 0,3…0,4.

Сбор осветленной воды в зоне осветления осуществляют желобами с треугольными водосливами высотой 40… 60 мм при расстоянии между осями водосливов 100…150 мм и угле между кромками водослива 60°. Расчетная скорость движения воды в желобах 0,5…0,6 м/с [2, п. 9.69].

Водосборные желоба могут также выполняться с затопленными отверстиями, располагаемыми на 7 см ниже его верхней кромки.

Расход воды на один желоб qж, м3/ч, рассчитывают по формуле

где Kр.в — коэффициент распределения воды; принимается по [2, табл. 13]; N — расчетное число осветлителей, каждый из которых имеет по два желоба в коридоре.

Ширина желоба bж, м

а глубина в конце желоба hкон, см:

где μ = 0,65 — коэффициент расхода; h = 0,05 м — разность уровней воды в осветлителе и желобе. Задаваясь диаметром отверстия 5…20 мм, определяют их количество и расстояние между ними. Площадь осадкоприемных окон рассчитывают по расходу воды qок, м3/ч, поступающей вместе с

избыточным осадком в осадкоуплотнитель при скорости движения воды в окнах 10…15 мм/с:

Этот расход делят на два потока. Первый поток осветленной воды qосв отводят с поверхности с помощью сборных дырчатых труб, располагаемых на 0,3 м ниже уровня воды в зоне осветления. Количество сборных труб — по две в каждом осветлителе. Второй поток Qос удаляют вместе с осадком по трубам, расположенным в нижней части осадкоуплотнителя.

Расчетом определяют количество окон и расстояние между осями соседних окон. Верх окон располагают на уровне низа защитной зоны.

Количество воды, теряемое при сбросе осадка из осадкоуплотнителя, Pос, %, определяют по формуле

28

где Kр — коэффициент разбавления осадка при его удалении, равный 1,5; Cср — концентрация взвеси в осветляемой воде, мг/л, определяемая по формуле (21); m — мутность воды на выходе из осветлителя, мг/л, принимаемая равной 6…8 мг/л; δ — средняя концентрация осадка, г/м3, принимаемая по

[2, табл. 12].

Часовой расход воды при сбросе осадка qос, м3/ч, с каждого осветлителя

где N — расчетное число осветлителей.

Расход осветленной воды, поступающей в сборные трубы осадкоуплотнителя, qосв, м3/ч,

Трубы рассчитывают на скорость движения воды в них 0,5 м/с. Отверстия принимают диаметром 15…20 мм, скорость входа воды — не менее 1,5 м/с.

Высота осветлителя от центра водораспределительного трубопровода до верхней кромки водосборных желобов Носв, м,

где bкор — ширина коридора осветлителя, м; bж — ширина желоба, м; α — угол между осью водораспределительного трубопровода и верхними кромками водосборных желобов, принимается не более 30о.

Высота пирамидальной части осветлителя hпир, м:

где a = 0,3…0,5 м — ширина коридора понизу; α1 — центральный угол наклона стен нижней части зоны взвешенного осадка (60…70о).

Высота взвешенного осадка на вертикальном участке стен hверт, м:

29

Расчет дырчатых труб для удаления осадка производят из условия отведения осадка в течение 15…20 мин. Скорость движения воды в трубе принимают не менее 1 м/с, а в отверстиях для приема осадка — не менее 3 м/с.

Флотаторы. В практике водоподготовки находят применение установки для напорной флотации, флотаторы с механическим диспергированием воздуха и электрокоагуляционно-флотационные установки.

Сущность процесса флотационного выделения из воды дисперсионных примесей заключается в слипании под воздействием молекулярных сил взвешенных веществ в воде частиц с тонкодисперсными пузырьками воздуха и последующем их всплытии на поверхность. В результате этого на поверхности образуется пенный слой, насыщенный извлекаемыми примесями с размерами от 10–3 до 10–1 см. Интенсификация процесса флотации достигается понижением смачиваемости поверхности извлекаемых частиц с помощью флотореагентов, избирательно сорбирующихся на их поверхности. Эффективность процессов флотации зависит от рН растворов, присутствия в них электролитов, наличия органических примесей, температуры воды, параметров диспергированного воздуха (диаметра и заряда пузырьков воздуха, скорости его подачи во флотокамеры и пр.).

Процесс доставки к поверхности частиц загрязнений газовых пузырьков зависит от способа насыщения воды. Более эффективным способом является первоначальное растворение воздуха в воде при давлении большем, чем в флотационной камере, с последующим выделением воздуха в ней. На характер и силу слипания пузырьков воздуха с частицами взвеси влияет степень гидрофобности или гидрофильности извлекаемых частиц и их дисперсность.

По способу насыщения водных суспензий и растворов пузырьками воздуха с определенной их крупностью различают следующие флотационные методы: с выделением воздуха из перенасыщенного раствора (напорные, вакуумные, эрлифтные); с механическим диспергированием воздуха (импеллерные и пневматические); с диспергированием воздуха через мелкопористые диспергаторы различных концентраций; электрофлотация; флотация, происходящая вследствие химических и биологических реакций.

Высокодисперсные частицы, обладающие гидрофобными свойствами поверхности, флотируются эффективнее. В количественном плане эти свойства характеризуются краевым углом смачивания θ, образуемым поверхностью частицы взвеси и касательной к поверхности пузырька газа.

Установки, в которых газовые пузырьки образуются за счет перепада давления, подразделяются на напорные и вакуумные. В напорных флотационных установках в воду, поступающую на очистку, вводятся реагенты, образующие поверхностно-активные комплексы с извлекаемыми примесями и воздух. Последний растворяют в напорном резервуаре или вводят в рециркулирующую часть воды после флотации. Во флотационной камере флотируемые вещества всплывают, а осевшие частицы в виде осадка скапливаются на дне камеры.

Ввакуумных флотаторах вместо компрессора применяют эжекторы для подсоса воздуха в обрабатываемую воду, работающие за счет перепада давления воды до и после эжектора.

Всостав флотационных установок входят флотационные камеры, совмещенные с камерами хлопьеобразования, узлы подготовки и распределения водовоздушного раствора, устройства для удаления и отвода пены. Флотационные камеры бывают круглыми или прямоугольными в плане, с горизонтальным и радиальным направлением движения воды. Наиболее широко используют флотаторы прямоугольной формы с горизонтальным движением воды. Длина камеры назначается в пределах 3…9 м, ширина — до 6 м, отношение ширины к длине — в пределах 2/3…1/3, глубина слоя воды во флотаторе — 1,5…2,5 м. Во флотаторах, вытянутых в плане в направлении, перпендикулярном движению воды, удаление пены с поверхности воды более простое.

Фильтры. Фильтрование воды при ее осветлении и обесцвечивании для хозяйственно-питьево- го водоснабжения является финишным этапом обработки воды. Мутность фильтрованной воды не должна превышать 1,5 мг/л [5]. В реагентных схемах очистки воды нашли распространение скорые фильтры.

По направлению движения воды в процессе фильтрования скорые фильтры бывают: с фильтрацией воды сверху вниз (однопоточные), с фильтрацией одновременно снизу вверх и сверху вниз (двухпоточные — АКХ). Скорые фильтры с нисходящим движением воды бывают с однослойной, двухслойной и грубозернистой (для частичного осветления воды) загрузками [3, 4, 9, 11, 14, 16].

30