Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоподготовка инновационные проектные решения. Учебное пособие.pdf
ро ро
NF
4
ро
ро
ро
F
d
N
где Q – полезная производительность станции, м3/сут; Тст –
продолжительность работы станции в течение суток,
Т
= 12…24 ч; Vн – расчетная скорость фильтрования при
ст
нормальном режиме, Vн = 8…10 м/ч; nпр – число промывок
одного осветлителя в сутки, n
осветлителя в связи с промывкой, t
= 1, 2; t
пр
пр
– время простоя
пр
= 0,5 ч; q
пр
– удельный
расход воды на промывку одного осветлителя, qпр ≈
≈ 10 м3/м2.
Количество осветлителей принимается не менее четырех
с округлением до ближайших целых чисел по формуле
. (3.4)
Диаметр реактора-осветлителя
, (3.5)
где N
принятое количество реакторов-осветлителей
ро –
Промывка загрязненной контактной массы производится по
истечении времени ее защитного действия и при ухудшении качества осветляемой воды с помощью эжектора 8 (см. рис. 3.1).
Эжектор рассчитывается на пропуск через него всего объема
контактной массы за 10–15-минутное время промывки. Соотношение расходов воды и песка в водопесчаной пульпе составляет
8 : 1. Напор насоса, подающего промывную воду в эжектор,
принимается равным 2–3 атм.
Технология очистки, утилизации отработанной промывной
воды и осадка приведена в п. 2.4.
3.3. Фильтрование поверхностных вод на скорых фильтрах
Скорый фильтр 3 (см. п. 2.2 и рис. 2.1) предназначен для
выделения из воды мелких хлопьев гидроксида алюминия, не
задержанных на реакторе-осветлителе, с сорбированными на
них природными и антропогенными примесями.
51
Диаметр зерен и высота слоя загрузки принимаются экспе-
риментально по результатам технологического моделирования.
Эффект очистки воды на скором фильтре: по цветности –
35–50 %, окисляемости – 20–25 %, содержанию железа – до
20 %, марганца – до 15 %, хлороформа – до 15 %, фенола и неф-
тепродуктов – до 10 %.
Расчет, оптимизация конструктивных и технологических
параметров скорых фильтров очистки поверхностных вод проводятся на основании результатов моделирования по методике,
учитывающей структурные прочностные свойства осадка и условия фильтрования [9]. При этом определяется фракционный
состав и толщина загрузки, обеспечивающие максимальную
скорость фильтрования и грязеемкость загрузки при сохранении
минимально допустимой продолжительности фильтроцикла
в самый неблагоприятный период года.
Опыт длительной эксплуатации cкорых фильтров в общем
составе сооружений очистки речных и подземных вод от антропогенных загрязнений, цветности, соединений железа, марганца
и др. показал рациональность 24-часовой минимальной продолжительности цикла работы фильтров между промывками, которая принимается за расчетную при обосновании их рациональных конструктивных и технологических параметров.
Упрощенный расчет скорых фильтров производится по
стандартным методикам [8, 14]. Регенерация их фильтрующих
загрузок проводится путем раздельной двухстадийной водовоздушной промывки. На первой стадии загрузка барботируется
воздухом с интенсивностью подачи 20 л/(с·м2) в течение 3–
4 мин, что способствует отделению загрязнений от поверхности
зерен загрузки. На второй стадии загрузка промывается водой
с интенсивностью 16–18 л/(с·м2) в течение 5–7 мин для удаления загрязнений из фильтрующего слоя.
52
3.4. Сорбция поверхностных вод на угольных фильтрах
Сорбционный фильтр 4 (см. рис. 2.1) служит для удаления
остаточных растворенных химических и органических соединений. Сорбционная очистка – один из наиболее эффективных
и надежных методов удаления остаточных природных и антропогенных примесей из воды. Конструкция сорбционного фильтра принимается аналогичной конструкции скорого фильтра.
Фильтр загружается гранулированным активированным углем
марки АГ-3 (например, производства ОАО «Сорбент» г. Перми),
имеющим высокую сорбционную емкость и механическую
прочность. Скорость движения воды через сорбционную загрузку составляет 10–12 м/ч.
Промывка угольной загрузки сорбционного фильтра 4 производится один раз в сутки чистой промывной водой, подаваемой сетевым насосом 6 из резервуара чистой воды 5, с интенсивность подачи 12–14 л/(с·м2) в течение 8–7 мин. Отработанная
промывная вода с сорбционного фильтра сбрасывается в отстойник промывной воды 14 и служит для восполнения потерь
воды при удалении из осадка из фильтра.
Восстановление сорбционной способности активных углей
следует осуществлять термическим методом по известной технологии [15]. Полная замена сорбционной загрузки возможна
через 2–3 года.
Эффективность очистки воды на сорбционном фильтре составляет по цветности 50–90 %, окисляемости – 40–50 %, содержанию железа – 50–80 %, марганца – 30–60 %, хлороформа –
до 90 %, фенола и нефтепродуктов – 50–70 %.
В случае высокого содержания в речной воде трудновыводимых органоминеральных соединений марганца рекомендуется
применение окислительно-адсорбционного метода на заключительной ступени очистки. При этом в воду в качестве дополнительного окислителя вводится перманганат калия с дозами до
5 мг/л перед сорбционными фильтрами. Концентрация загрязнений на поверхности гранул активного угля многократно превышает их концентрацию в свободном объеме фильтра. Перманганат калия и кислород воздуха – сильные окислители –
53
также сорбируются на поверхности угля, поэтому интенсивно
идут процессы окисления примесей, в том числе тяжелых металлов. Марганец может быть также удален на фильтрах с модифицированным фильтрующим материалом, загружаемым
вместо активного угля в сорбционные фильтры 4 (см. рис. 2.1),
с постоянным дозированным вводом перманганата калия или
с периодической регенерацией загрузки перманганатом после
водяной промывки [5].
3.5. Вторичное обеззараживание поверхностных вод
Вторичное обеззараживание уже очищенной воды применяется для корректировки содержания в ней остаточного свободного и связанного хлора после РЧВ 5 (см. рис. 2.1) на нормативном уровне [1], окончательного удаления микроорганизмов,
бактерий и придания воде питьевого качества.
Заключительный этап обеззараживания осуществляется
введением раствора гипохлорита натрия в трубопровод перед
резервуаром чистой воды. Доза хлора для вторичного хлорирования устанавливается из условия обеспечения остаточного свободного хлора в воде на уровне 0,3–0,5 мг/л после РЧВ с полуторачасовым пребыванием воды в нем.
3.6. Дегазация, высокочастотная электроразрядная обработка подземных вод
Дегазация, высокочастотная электроразрядная обработка
и предварительное окисление воды осуществляются в дегазаторе-окислителе (рис. 3.2) [6], расчет которого следует выполнять
по существующим методикам расчета пленочных дегазаторов [1].
Предварительная очистка в дегазаторе-окислителе может
рассматриваться также как подготовительный технологический
этап, предназначенный для первоначального окисления органических и минеральных соединений в воде, снижения доз и расходов реагентов при последующей окислительной и щелочной
обработке воды.
54
Рис. 3.2. Установка дегазации, аэрации,
электроразрядной обработки:
1 – насадка дегазатора-окислителя; 2 – эжектор-распылитель;
3 – электроразрядный блок; 4 – источник питания; 5 – воздушная
распределительная система; 6 – вентилятор; 7 – воздуходувка;
8 – контактная камера; 9 – подкачивающий насос
Преимуществом установки (см. рис. 3.2) является ком-
плексная обработка воды и возможность периодической регенерации загрузки без остановки сооружений. Распыление подземной воды с помощью эжектора-распылителя 2 на мелкие капли
обеспечивает большую площадь контакта с воздухом и возможность ее эффективной аэрации [16]. По поверхности насадки 1
вода тонкой пленкой стекает вниз, изливается через удерживающую решетку в виде капельно-струйного потока на поверхность обработанной воды в электроразрядном блоке 3 и сбрасывается в контактную камеру 8. В качестве насадки используются
55
полиэтиленовые кольца (по типу колец Рашига) размерами
25×25×3 мм.
К электродной системе электроразрядного блока (рис. 3.3)
подаются высоковольтные импульсы высокой частоты, генерируемые блоком питания 4 (см. рис. 3.2). В зоне расположения
электродов производится квазиобъемная электроразрядная обработка двухфазной водовоздушной среды с образованием озона, УФ-излучения и ряда активных частиц (радикалы Н+, ОН–,
атомарный кислород и др.), обладающих высокой окисляющей
способностью.
Рис. 3.3. Электродная система электроразрядного блока
Образующаяся при смешении с воздухом озоновоздушная
смесь непрерывно вытесняется вводимым вентилятором 6 воздухом и движется снизу вверх через насадку, омывая противоточно стекающую вниз в виде пленки воду. Интенсивность введения воздуха 6 м3 на 1 м3 воды.
Отведение отработанной озоновоздушной смеси осуществ-
ляется по вентиляционному трубопроводу, расположенному
в верхней части дегазатора. Утечка воздуха и озоновоздушной
смеси из электроразрядного блока вместе с обработанной водой
предотвращается выпуском воды в контактную камеру через
гидравлический затвор отводящего трубопровода. При восходящем движении озоновоздушной смеси через насадку создается большая поверхность и продолжительное время контакта
жидкой и газообразной фаз, достаточные для удаления из воды
56
углекислоты, метана, сероводорода, насыщения ее кислородом,
предварительного окисления солей железа, частично марганца,
фенолов и других примесей.
Для предотвращения зарастания системы электродов окси-
дами железа предусматривается их защита стеклянными трубками, отложения на которых удаляются при периодических
профилактических промывках дегазатора. Профилактическая
гидропневматическая промывка загрузки дегазатора производится 2–3 раза в месяц в зависимости от качества подземной воды. При этом дегазатор полностью опоражнивается, а затем постепенно заполняется исходной водой с интенсивностью подачи
2–3 л/(с·м2) и одновременно барботируется сжатым воздухом,
подаваемым воздуходувкой 7 (см. рис. 3.2) через распределительную систему с интенсивностью 30–40 л/(с·м2). После заполнения загрузки водой (через 15–20 мин) и разрушения загрязнений промывка прекращается и производится сброс промывной
воды в отстойник 14 (см. рис. 2.1).
На дегазаторе-окислителе из воды происходит десорбция до
60 % свободного оксида углерода, который является важным
фактором, удерживающим железо и марганец в растворенном
состоянии. Десорбция сопровождается некоторым повышением
рН среды и сокращает расходование щелочного реагента при
последующей реагентной очистке воды.
Снижение содержания фенола в воде составляет до 40 %,
железа общего – до 60 %, общей жесткости – до 15 %, углекислоты – до 70 %, повышение рН – до 10 %.
Одним из недостатков существующих конструкций дегазаторов является несовершенство системы распределения исходной воды на поверхность насадки дегазатора, не обеспечивающей разбрызгивания жидкости на мелкие капли с большой поверхностью десорбции растворенных в ней газов. С целью усовершенствования системы распределения дегазатора авторами
[16] был разработан эжектор-распылитель новой конструкции,
схема которого приведена на рис. 3.4. Корпус эжектора располагается вертикально на верхней крышке дегазатора таким обра-
57
Рис. 3.4. Эжектор-распылитель:
1 – корпус; 2 – смесительный конус;
3 – сальник корпуса; 4 – патрубок
подачи воздуха; 5 – водяное сопло
с конусом; 6 – патрубок подачи воды;
7 – шомпол; 8 – сальник сопла
зом, что его смесительный конус входит внутрь корпуса и расположен над поверхностью насадки дегазатора.
Работает эжектор следующим образом (см. рис. 3.4). Сжатый воздух подается в корпус 1 устройства через патрубок 4
и непрерывно выходит через воздушный канал между смесительным конусом 2 и конусом водяного сопла 5. Деаэрируемая
подземная вода трубопроводом подается к эжектору-распылителю, поступает в водяное сопло по патрубку подачи воды 6, через
отверстие конуса сопла выходит в смесительный конус, подхватывается потоком воздуха и диспергируется на мелкие капли
над поверхностью насадки, образуя распыленный водовоздушный факел. За счет разности парциальных давлений удаляемых
газов в воде и в воздухе и большой удельной поверхности контакта фаз «вода – воздух» происходит интенсивная диффузия
растворенных газов (диоксида углерода, метана, сероводорода
и т.д., кроме кислорода) в воздух.
58
Вследствие удаления из воды углекислоты в процессе ее дегазации возможно образование карбонатных и железистых отложений и засорение ими отверстия корпуса водяного сопла.
Для прочистки отверстия конуса водяного сопла служит шомпол 7 (см. рис. 3.4). Сальники 3 и 8 обеспечивают возможность
продольного движения водяного сопла внутри корпуса для регулировки факела и шомпола, для прочистки отверстия конуса,
их фиксации в заданном положении с сохранением герметичности корпуса и сопла. Для осуществления возможности полной
разборки корпуса устройства смесительный конус может выполняться съемным.
С целью предотвращения возможного засорения твердыми
продуктами окисления железа насадки и промежуточной дырчатой перегородки, в НГАСУ (Сибстрин) была разработана конструкция дегазатора-окислителя, представленная на рис. 3.5 [17].
Устройство для очистки воды работает следующим образом:
Исходная вода по трубопроводу 2 подается в трубчатую
перфорированную систему 3 и равномерно разбрызгивается над
поверхностью насадки 4, затем по поверхности зерен насадки
тонкой пленкой стекает вниз. При этом обрабатываемая вода
контактирует с атмосферным воздухом, за счет разности парциальных давлений газов и жидкости из нее удаляются части растворенной углекислоты, метана, сероводорода, и происходит
насыщение ее кислородом. Далее вода выходит из насадки, изливается в виде капельно-струйного потока на поверхность обработанной жидкости в поддоне 6 и выводится через гидравлический затвор 7 по трубопроводу 8 из устройства очистки.
Одновременно от вентилятора по трубопроводу 9 в поддон
6 вводится атмосферный воздух, который движется снизу вверх
через межзерновое пространство насадки, омывая противоточно
стекающую вниз в виде пленки воду.
Утечка воздуха вместе с обработанной водой предотвращается выпуском воды через гидравлический затвор. При этом
создаются большая поверхность и продолжительное время контакта жидкой и газообразной фаз, достаточные для удаления из
воды углекислоты, метана, сероводорода, насыщения ее кисло-
59
Рис. 3.5. Дегазатор-окислитель:
1 – корпус; 2 – трубопровод подачи
исходной воды; 3 – разбрызгиватель
исходной воды; 4 – насадка; 5 – дырчатая
перегородка; 6 – поддон;
7 – гидравлический затвор;
8 – трубопровод аэрированной воды;
9 – трубопровод подачи сжатого воздуха;
10 – трубопровод отведения
регенерационного раствора;
11 – трубопровод подачи
регенерационного раствора;
12 – трубопровод подачи промывной
воды; 13 – сборный лоток промывной
воды; 14 – трубопровод отведения
промывной воды
родом. Воздух, насыщенный кислородом и лишенный других
газов, выводится из аппарата через верхний конец корпуса 1.
Одновременно с аэрацией и дегазацией происходит окисление железа и марганца, содержащихся в исходной воде, высшими оксидами марганца, закрепленными в виде пленки на поверхности зерен насадки 4, с образованием оксидов марганца
и гидроксидов железа, которые осаждаются на поверхности зерен насадки. Гидроксиды железа, в свою очередь, вызывают
удаление из воды сероводорода с образованием сульфидов же-
60