Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоподготовка инновационные проектные решения. Учебное пособие.pdf
16, осветляют и направляют на хранение в резервуар очищенной
промывной воды 17.
5. Накопленная и очищенная вода насосом 18 по трубе по-
дается на очередную промывку реакторов-осветлителей 2 и 16
и скорого фильтра сооружений.
6. Осадок гидроксида алюминия и других примесей воды
из отстойника 14 перепускают в уплотнитель 19.
7. Уплотненный водопроводный осадок, содержащий гид-
роксид алюминия и другие примеси, насосом 20 из уплотнителя
19 по трубопроводу осадка перекачивают на сооружения по
обезвоживанию (фильтр-пресс 22), утилизируют в производстве
строительных материалов или вывозят на канализационные
очистные станции и используют в качестве реагента для обезвоживания канализационного осадка [7].
8. Насос надиловой воды 21 перекачивает отстоянную воду
из уплотнителя 19 по трубопроводу СВ в отстойник грязной
промывной воды 14.
9. Промывка реактора-осветлителя 16 осуществляется с по-
мощью гидроэлеватора 13. Отработанная промывная вода из реактора-осветлителя 16 отводится по трубопроводу ОСВ в отстойник 14.
10. Применение комплексного коагулянта СК-1 из смеси
водных растворов сульфата (СА) и оксихлорида алюминия
(ОХА) в соотношении 2:1 по окиси алюминия повышает плотность образующегося осадка, предотвращает его всплывание
в отстойнике грязной промывной воды 14 и увеличение мутности отстоянной воды.
11. Последующее осветление на РО 16 обеспечивает высо-
кое качество воды, соответствующее качеству фильтрованной
воды и отвечающее нормативным требованиям к водам, используемым повторно для промывки фильтровальных сооружений
станций водоподготовки [8].
Общий объем осадка, получаемого в процессе реагентной
обработки промывной воды смесью сульфата и оксихлорида
алюминия, до двух раз менее объема осадка, образующегося
41
с использованием только ОХА, что снижает стоимость его обезвоживания или перевозки для утилизации.
Предложенная универсальная технология подготовки питьевой воды из поверхностных и подземных источников маломутных вод с высоким содержанием природных и техногенных органических загрязнений повышает технологическую, экономическую эффективность водопроводных станций [9, 10]. Качество очищенной питьевой воды удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 [13].
42
3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ ПОДГОТОВКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
3.1. Окисление и коагулирование вод из поверхностных
источников водоснабжения
Большинство поверхностных источников водоснабжения
Сибири имеют большое содержание органических веществ природного и антропогенного происхождения, характеризуемое показателями цветности и окисляемости, низкую мутность [9].
Окислительная обработка и коагуляционная очистка поверхностных вод включают в себя предварительное окисление,
коагулирование с применением различных видов реагентов, осветление в реакторах-осветлителях, фильтрование на скорых
фильтрах, сорбцию на угольных фильтрах и вторичное обеззараживание.
Первичная обработка исходной высокоцветной природной
воды окислителями необходима для предварительного окисления органических и минеральных примесей, обеззараживания
воды и поддержания санитарного состояния очистных сооружений. Она также повышает эффективность последующего коагулирования воды. Это связано с разрушением окислителями гидрофильных органических соединений, стабилизирующих дисперсные примеси воды, и созданием условий, благоприятствующих процессу коагуляции. При этом возрастает гидравлическая крупность хлопьев взвеси и интенсифицируется осветление
воды.
Наиболее эффективными и доступными реагентами-окислителями являются хлор и его соединения, озон, перманганат калия.
Озонирование целесообразно применять при сравнительно
невысокой цветности воды – до 50–70 град [11]. В открытых же
водоемах Сибири наблюдается сезонное или постоянное превышение величин указанной цветности. Как следует из опыта
АО «Мосводоканал», на водозаборах р. Волги со сходными параметрами качества воды применение озона не только дорого,
но и не позволяет исключить даже предварительное хлорирова-
43
ние из-за ненадежности очистки воды от гидробионтов. Выявилась также негативная тенденция увеличения численности зоопланктона в воде, обработанной озоном. Поэтому в условиях
сложной ситуации в водоснабжении г. Москвы выработаны технологические режимы с применением в качестве окислителя
в основном хлора. Осуществляется постепенный переход на
применение безопасного при транспортировке гипохлорита натрия, в отличие от жидкого хлора [12].
Применение перманганата калия для предварительного
окисления примесей и обеззараживания воды экономически нецелесообразно вследствие его значительного расхода и дороговизны.
На основании результатов исследования эффективности
применения различных окислителей и анализа современного
отечественного опыта учеными-исследователями рекомендован
в качестве окисляющего и обеззараживающего реагента электролитический или технический гипохлорит натрия. Доза вводимого хлора должна быть больше величины хлоропоглощаемости на величину остаточного хлора, присутствие которого является гарантией завершения окисления бактерий и органических веществ.
Как показали результаты исследований, при цветности речной воды до 300 град, мутности до 15 мг/л, окисляемости до
20 мг О2/л, общая доза гипохлорита натрия до 5 мг/л по активному хлору достаточна для обеспечения нормального процесса
коагуляции и выполнения нормативных требований на остаточное содержание свободного хлора в питьевой воде 0,3–0,5 мг/л
и связанного хлора 0,8–1,2 мг/л [13]. Применение повышенных
доз хлора приводит к образованию в воде токсичных антропогенных продуктов окисления.
Технический ГХН поставляется с завода-изготовителя в автоцистернах в виде 12–16 %-ного водного раствора, сгружается
в баки-хранилища, перекачивается в расходный бак 7 и подается
насосом-дозатором 11 в трубопровод подачи обрабатываемой
воды от водозабора в воздухоотделитель реактора-осветлителя 2
(см. рис. 2.1). Вторичное хлорирование воды ГХН производится
для ее обеззараживания и корректировки содержания остаточ-
44
ного свободного и связанного хлора в воде после резервуара
чистой воды (РЧВ) на нормативном уровне.
Коагуляция является наиболее распространенным методом
очистки воды от мутности, цветности, органических и неорганических, природных и антропогенных загрязнений (взвешенных, коллоидных и растворенных). От эффективности коагуляционной очистки в основном зависит качество питьевой воды.
Флокуляция улучшает качество очищенной воды, сокращает расходование коагулянта, увеличивает продолжительность
межрегенерационного периода работы реакторов-осветлителей
и фильтров. В качестве коагулянта рекомендуется применение
оксихлорида алюминия – при температурах обрабатываемой воды ниже 10 °С, и сульфата алюминия – при температурах обрабатываемой воды не менее 10 °С. В качестве флокулянта рекомендуется к использованию Праестол 650-ТР.
Рабочие растворы коагулянта и флокулянта приготавливаются в соответствующих баках 8, 10 реагентного хозяйства
и вводятся дозированными расходами в трубопровод очищаемой воды перед реактором-осветлителем 2 (см. рис. 2.1).
3.2. Осветление поверхностных вод в реакторах-осветлителях
Реактор-осветлитель (рис. 3.1) служит для предварительной
коагуляционной очистки маломутных, высокоцветных поверхностных вод перед скорыми фильтрами [4]. В нем происходит
гидролиз солей коагулянта, ускоренный процесс контактной
коагуляции и адсорбции формирующихся хлопьев гидроксидов
алюминия зернами контактной массы, являющимися центрами
коагуляции.
Образующийся в межзерновом пространстве контактной
массы осадок гидроксида алюминия адсорбирует коллоидные
и мелкодисперсные примеси воды природного и антропогенного
происхождения, в том числе соли жесткости, металлоорганические комплексы, фенолы, нефтепродукты, ПАВ, хлорорганические соединения, диоксины и др.
45
Рис. 3.1. Реактор-осветлитель:
1 – цилиндрический корпус с коническим днищем; 2 – контактная
взвешиваемая загрузка; 3 – трубопровод подачи воды на осветление;
4 – сборный желоб; 5 – отводящий трубопровод осветленной воды;
6 – трубопровод отведения промывной воды; 7 – трубопровод подачи
промывной воды к эжектору; 8 – эжектор подачи пульпы;
9 – трубопровод подачи пульпы в верхнюю часть корпуса;
10 – коническая диафрагма; 11 – трубопровод выпуска контактной
взвешиваемой загрузки из реактора; 12 – конический тонкослойный
модуль; 13 – полупогружной цилиндр; 14 – воздушный эжектор
тангенциального ввода пульпы в полупогружной цилиндр;
15 – воздухоотделитель; 16 – трубопровод подачи растворов
реагентов; 17 – опускная распределительная труба; 18 – колпачковая
распределительная система; 19 – трубопровод, соединяющий эжектор
8 с нижней частью корпуса устройства
46
Эффект контактной коагуляции повышается по мере со-
кращения интервала между вводом коагулянта в обрабатываемую воду и ее поступлением в слой контактной массы реактораосветлителя. За этот короткий промежуток времени (до 30 с)
в обрабатываемой воде успевают образоваться микроагрегаты
слипшихся первичных частиц. Далее коагуляция идет за счет
когезии этих микроагрегатов на макроповерхности зерен контактной массы.
Летом, в период максимальной цветности, рационально
дробное коагулирование воды с введением 75 % коагулянта
в трубопровод перед реактором-осветлителем и 25 % – перед
скорым фильтром, что обеспечивает более эффективное обесцвечивание и снижение концентрации остаточного алюминия.
Описание работы реактора-осветлителя (см. рис. 3.1)
По трубопроводу подачи воды на осветление 3 исходная
вода подается в воздухоотделитель 15, в который вводится раствор реагента по трубопроводу 16. Воздухоотделитель 15 предотвращает попадание пузырьков газа во взвешенный слой контактной загрузки.
По вертикальной опускной трубе 17 вода поступает в нижнюю часть корпуса 1, равномерно распределяется по площади
зоны осветления устройства распределительной колпачковой
системой 18 и проходит снизу вверх через слой контактной загрузки 2 (в качестве которой используется кварцевый песок или
любой другой мелкозернистый материал, удовлетворяющий
требованиям по механической прочности и химической стойкости) со скоростью, обеспечивающей ее взвешивание.
Во взвешенном слое контактной загрузки задерживаются
хлопья гидроксида алюминия, сорбированные на них примеси
осветляемой воды, и происходит накопление осадка. Часть
хлопьев осадка выносится из слоя, но задерживается тонкослойным модулем 12, сползает по наклонным стенкам его колец вниз
и оседает на поверхность контактной загрузки. В результате
достигается высокий эффект очистки воды по взвешенным
47
и растворенным примесям и повышается производительность
устройства.
Осветленная вода собирается желобом 4 и выводится трубопроводом 5 из устройства.
По истечении времени защитного действия взвешенной
контактной загрузки и при ухудшении качества осветляемой воды производится промывка контактной загрузки в следующей
последовательности:
1. Задвижка на трубопроводе отведения промывной воды 6
открывается, а на трубопроводе отведения осветленной воды 5 –
закрывается.
2. Открываются задвижки на трубопроводе 19, соединяю-
щем эжектор подачи пульпы 8 с нижней частью корпуса устройства и на трубопроводе 7 подачи к эжектору 8 промывной воды.
3. Подача осветляемой воды по трубопроводу 3 через воз-
духоотделитель 15, вертикальную опускную трубу 17 и распределительную колпачковую систему 18 в контактную массу 2 не
прекращается.
4. Подается промывная вода в эжектор 8.
5. Загрязненная контактная взвешиваемая загрузка в виде
пульпы по трубопроводу 19 из нижней части корпуса устройства подсасывается в эжектор подачи пульпы 8, транспортируется
в верхнюю часть корпуса устройства по трубопроводу 9 и через
воздушный эжектор 14 тангенциально вводится в полупогружной цилиндр 13 ниже уровня воды под углом к ее поверхности.
6. Поступление контактной загрузки в эжектор 8 регулиру-
ется с помощью задвижки, установленной на трубопроводе 19.
7. Вводимый в пульпу с помощью эжектора 14 воздух вы-
деляется в воду в виде пузырьков, и происходит водовоздушная
промывка контактной загрузки, усиленная разделением частиц
осадка и зерен контактной загрузки в поле центробежных сил
в полупогружном цилиндре 13.
8. Промытые зерна контактной загрузки осаждаются во
взвешенный слой, а осадок отводится с отработанной промывной водой.
48
0,5
22
3
36 ( 1) (1 )
( ) ( )
п
з в п
A V e m
d
g e m
9. Вынос контактной загрузки в сборный желоб 4 предот-
вращается тонкослойным модулем 12.
10. После промывки перекрываются задвижки на трубопро-
водах 19, 7, 6. При этом прекращается подача промывной воды
в эжектор подачи пульпы 8 и устройство вновь продолжает
очищать воду.
Контактная взвешиваемая загрузка используется в процессе
очистки многократно. При необходимости ее замены или опорожнении устройства для очистки воды пульпа выпускается из
него по трубопроводу 11.
Применение реактора-осветлителя позволяет снизить дозу
коагулянта на 50–70 % по сравнению с префильтрами. В контактной массе реактора-осветлителя задерживается значительная часть образовавшегося гидроксидного осадка, соответственно снижается нагрузка по взвеси на скорые фильтры и до трех
раз увеличивается продолжительность их фильтроциклов.
Эффективность коагуляционной очистки воды на реактореосветлителе составляет по цветности 65–90 %, окисляемости –
50–75 %, содержанию железа – до 50 %, марганца – до 20 %,
хлороформа – до 25 %, фенола и нефтепродуктов – до 15 %.
Расчет оптимальных параметров реактора-осветлителя производится на основании результатов его технологического моделирования в натурных условиях станции водоочистки [9, 10].
Основные конструктивные параметры пористой среды незагрязненной контактной массы и технологические параметры
моделируемого осветлителя связаны зависимостью:
где d – эквивалентный диаметр зерен контактной массы, рав-
ный (3–9)·10–4 м; A – экспериментальный коэффициент,
равный 6,6 и 5,5 для поверхностных и подземных вод соот-
ветственно; V – средняя скорость движения восходящего
потока осветляемой воды, принимаемая равной до
0,003 м/с; – коэффициент формы зерен; μ – вязкость воды,
49
, (3.1)
/( )
пр
L k V
,
ро
ст н пр пр пр пр н
Q
F
T V n q n t V
Па·с; е – относительное расширение загрузки, равное 0,12;
mп – пористость плотной невзвешенной загрузки контакт-
ной массы;
и
– плотность материала загрузки и воды
з
в
соответственно, (Па·с2)/м2; g – ускорение свободного паде-
ния, м/с2.
По результатам технологического моделирования определяется прочность осадка на сдвиг τпр, которая является основным технологическим показателем, интегрально учитывающим
основные факторы, влияющие на процесс осветления воды во
взвешенном, неподвижном слое контактной массы. Она зависит
только от состава воды и применяемых реагентов, поэтому служит основным размерным критерием подобия.
Прочность осадка позволяет с учетом критериев оптимальности рассчитать реактор-осветлитель на предпочтительный
режим его работы. Критериями оптимальности являются максимально возможная скорость восходящего потока воды (производительность осветлителя) при минимально допустимой 24часовой продолжительности цикла осветления и максимальная
грязеемкость контактной массы при принятой скорости фильтрования, зависящая от диаметра зерен загрузки.
Необходимая высота слоя взвешенной контактной массы L,
м, при ее 12 %-ном расширении (е = 0,12) составляет 1,0–1,3 м
и определяется по эмпирической формуле
, (3.2)
где k – коэффициент, k = 109 м–1; V – скорость восходящего по-
тока, м/с; μ – вязкость, Па·с; τпр – прочность осадка на
сдвиг, Па; ω – удельная поверхность зерен взвешенной кон-
тактной массы, м2/м3.
Общая площадь реакторов-осветлителей определяется по
[8, формула (18)]:
(3.3)
50