Основные функции водопроводных ос
Способ обработки, состав ОС, расчетные дозы реагентов устанавливают в зависимости от качества воды в источнике в/с, назначения водопровода, производительности станции и местных условий.
ОС могут выполнять задачу устранения определенных недостатков природной воды а иногда – искусственного придания воде новых свойств, требуемых потребителем.
Функции, возлагаемые на ОС:
Удаление и воды ВВ – осветление (снижение М)
Удаление веществ, обуславливающих Ц – обесцвечивание
Уничтожение бактерий – обеззараживание
Удаление ионов Са и Mg – умягчение
Снижение общего солесодержания – обессоливание или опреснение воды
В некоторых случаях – обескремнивание, обезжелезивание.
Удаление растворенных газов – дегазация.
Устранение привкусов и запахов.
Обеспечение заданного рН, придание воде стабильности.
К процессам очистки относятся операции по снижению М, Ц, обеззараживание, обессоливание.
К процессам стабилизации – opt pH, снижение коррозионной активности, сохранение углекисл. равновесия.
Основные способы обработки воды
-
1. Мутность
Коагулирование
Обработка флокулянтами
Al2(SO4)3, FeCl2, FeSO4
ПАА, кремниевая кислота
2. Снижение Ц, снижение содержания органических веществ, планктона
Хлорирование
Коагулирование
Обработка флокулянтами
Озонирование
Окисление
Cl2
Коагулянты
Флокулянты
Озон
H2O2
3. Низкая Щ, затруднено коагулирование
Подщелачивание
Известь
Сода
4. Привкусы
Запахи
Адсорбция
Предвар. хлорирование
Хлорирование + преаммонизация
Окисление
Озонирование
Активированный уголь
Cl2
Cl2+NH3
KMnO4
O3
5. Нестабильная коррозионно активная вода (кислая)
Подщелачивание
Фосфатирование
Известь
Сода
Гексаметафосфат Na
Триполифосфат Na
6. Нестабильная вода (щелочная)
Подкисление
Фосфатирование
HCl, H2SO4
Гексаметафосфат Na
Триполифосфат Na
7. Бактериальное загрязнение
Хлорирование
Озонирование
Купоросование
Cl2, гипохлориты
O3
8. Недостаток F менее 0,5 мг/л
Фторирование
NaF, кремнефтористый натрий или NH4 или кремнефтористая кислота
9. Избыток F
Обесфторивание
Al2(SO4)3
10. Избыток железа
Аэрация
Хлорирование
Подщелачивание
Коагулирование
Окисление
Катионирование
Воздух
Cl2
Известь, сода
Al2(SO4)3
KMnO4
катиониты
11. Избыток солей жесткости
Декарбонизация
Известково-содовое умягчение
Известь, сода
12. Повышенная минерализация (солесодержание)
Ионный обмен
Электродиализ
Дистилляция
Гиперфильтрация
13. Повышенное содержание кремнивой кислоты
Коагулирование
Ионный обмен
14. Наличие H2S
Подкисление
Аэрация
Хлорирование
Коагулирование
15. Избыточный растворимый O2
Связывание O2 восстановителями
Na2S, Na2S2O5, SO2
Основные процессы очистки воды
Выбор методов очистки воды определяется требованиями, предъявляемыми к воде и качеством исходной воды
Удаление грубодисперсных примесей
Отстаивание
Процесс разделения суспензии или эмульсии под действием силы тяжести. Главный параметр – размеры частиц. На процесс отстаивания влияют: разность плотностей, вязкость, температуа.
1.2. Фильтрование
Ф через пористую перегородку или загрузку (поверхностное или объемное).
Фильтрование через зернистую загрузку – медленные фильтры и скорые.
1.3. Коагулирование – процесс разрушения коллоидной системы действием химических реагентов или под действием Эл. Поля с последующим укрупнением частиц и разделением взвеси.
Al2(SO4)3; FeCl3; Fe2(SO4)3
Al2(SO4)3+H2O= 2Al2(OH) +3SO4 +6H2
Коагуляция сопровождается изменением рН и требует подщелачивающего реагента (извсть CaO или Na2CO3)
Интенсификация коагулирования – флокуляция.
Флокулянты – полидисперсные соединения с развитой структурой, образуют «сшивки» или «мостики» между дисперсными частицами смеси что приводит к укрупнению а следовательно к ускорению осаждения.
ПАА, H2SiO3, BA-2
Обеззараживание
2.1. Обеззараживание хлором и хлорсодержащими веществами.
Сущность метода заключается в окислительно-восстановительных процессах, происходящих при взаимодействии хлора и его соединений с органическими веществами, легко окисляемыми веществами и ферментами бактерий.
Cl2+H2O=HCl+HClO
2CaCl2+2H2O=CaCl2+Ca(OH)2+2HOCl
известь хл
NaOCl+H2CO3=NaHCO3+HClO
гипохлорит
NaOCl+H2O=NaOH+HClO
Ca(OCl)2+2H2O=Ca(OH)2+2HClO
рН=4 СHClO=99,95% рН=7; 79% рН=11; 0,1%
Активным называется количество молекулярного хлора, отвечающее окислительной способности данного соединения относительно KI в кислой среде.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДООЧИСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Выбор технологической схемы подготовки воды.
В/о комплексы рассчитываются на равномерную работу в течение суток на максимальное водопотребление, при этом необходимо учитывать необходимость отключения отдельных сооружений на ремонт, осмотр и т.д.
При расходе меньшем или равном 5 тыс. метров кубических в сутки допускается организация работы в течение части суток.
Проект должен предусматривать возможность роста расхода на 30% на случай аварийной ситуации или реконструкции водоочистных сооружений.
Состав в/о сооружений зависит:
качества воды в источнике в/с
требований к качеству очищенной воды
производительности станции
х/п – требования СНиП
п/п – требования технологического регламента
Осветлители, отстойники
ВВкон
(между выпусками ОС)
Если М>1,5 мг/л следует проводить предварительную обработку
Конструкция отдельных технологических сооружений выбирается таким образом, чтобы мах решить технологические задачи.
Высотная схема и планировка ОС.
Высотная схема составляется в произвольном масштабе, где показываются все основные сооружения и аппараты, проставляются отметки уровня воды в каждом сооружении и отметки дна сооружения.
При составлении схемы необходимо обеспечить условия самостоятельного движения воды от контактной камеры или смесителя до РЧВ при соблюдении удобства эксплуатации.
Величины перепадов уровней воды в каждом аппарате необходимо рассчитывать, для предварительного построения технологической схемы можно принять эти величины в соответствии со СНиП.
Мах отметку уровня воды в РЧВ назначают на 0,25-0,5м выше поверхности земли и принимают как исходную минимальную.
Путем последовательного суммирования потерь напора определяются отметки уровней воды в отдельных сооружениях.
Для расчета потерь в трубопроводах принимают допустимые скорости
НС-I
– смеситель
Ф –
РЧВ
Смеситель
– КХО
, промывная вода
=
Отстойник – Ф
При составлении высотной схемы необходимо учитывать рельеф участка, глубину залегания грунтовых вод, мах уровень воды в водоеме в период паводка, возможность самотечного отвода СВ и осадков ОС, условия строительно-монтажных работ, их объем, условия работы НС-I.
Отметки днищ должны назначаться с соблюдением условия минимального объема земляных и бетонных работ.
На высотной схеме должны быть показаны:
реагентное хозяйство
сооружения по обороту промывных вод
обработка осадка
отметки оси промывных насосов или днища пром. Башни
отметки вакуум-насосов и насосов-дозаторов, воздуходувок.
Планировка ОС
На территории в/о комплексов помимо основных технологических сооружений размещают все вспомогательные помещения.
Складские помещения должны располагаться вплотную к реагентному цеху (кроме Cl2 ; NH3)
Площадь склада реагентов рассчитывается с учетом хранения 15-30 суток в зависимости от условий эксплуатации ОС и условий поставок.
Фторсодержащие реагенты , ПАА хранят в заводской таре,Na2SiO3 в деревянных бочках.
Склад для хранения фильтрующей загрузки.
Объем загрузки в складе рассчитывается с учетом 10% ежедневного пополнения фильтрующей загрузки плюс аварийный запас на перегрузку 1 фильтра.
Лаборатории, диспетчерские и др. вспомогательные помещения планируются согласно СНиП
На генплане показывают блок основных в/о сооружений, служебный корпус, реагентное хозяйство, башню промывной воды, сооружения для обработки осадка, НС-I, хлораторная, склад хлора, РЧВ, котельная, место песковой площадки.
На генплане должны быть показаны трубопроводы с указанием диаметров исходной и фильтровальной воды, трубопроводы подачи и отвода оборотной воды, промышленная и х/б канализация, ПП трубопровод, теплосеть, кабели и т.д.
Правила составления генплана – ГОСТ.
Повторное использование промывной воды и обработка осадка.
Фильтр – песколовка – резервуар -усреднитель , очищенная вода направляется в голову процесса
Обработка промывных вод и осадка
Резервуары-отстойники – сгустители – накопители – площадки вымораживания или подсушивания осадка
Возможно мех обезвоживание и регенерация коагулянта.
На участках обезжелезивание Fe(OH)3 – охра
Количество резервуаров промывных вод не менее 2
Основные технологические схемы улучшения качества воды.
Совокупность технологических процессов и сооружений составляет технологическую схему улучшения качества воды.
Применяемые в водоподготовке схемы можно подразделить:
1.Реагентные и безреагентные
По эффекту обработки: глубокая и неполная очистка
По числу технологических процессов и числу ступеней каждого из них (одно- и многоступенчатые).
Напорные и безнапорные (высотная схема)
Реагетные и безреагентные технологические схемы применяются:
- высокая производительность ОС;
- для технологических целей промпредприятий при любой производительности
Выбор технологической схемы улучшения качества воды диктуется:
Качеством исходной воды
Требования к качеству потребителем
Объемом обрабатываемой воды
Выбор технологической схемы следует выполнять в соответствии с табл. 7.2 стр. 382 Сомов или СНиП
Коагулирование и сооружения для коагуляции
Процесс коагуляции
Для укрупнения мелкодисперсных и коллоидных частиц для повышения скорости их осаждения и способности задерживаться пористым фильтрующими материалам применяют коагулирование.
Наиболее
часто применяют в качестве коагулянтов
соли алюминия и железа: Al2(SO4)3
18H2O
- глинозем, Fe2(SO4)3,
Fe2SO4
7H2O,
FeCl2
6H2O,
FeCl3
Соли
алюминия и железа вступают в реакцию
гидролиза с образованием рыхлых частиц
гидроксида
и
,
которые адсорбируют и захватывают из
воды вещества, придающие ей цветность
и мутность, бактерии и др. виды загрязнений.
Al2(SO4)3+6H2O=
2Al2(OH)
+3SO4
+6H
FeCl3+3H2O=Fe(OH)3
+3H
+3Cl
В результате
реакции гидролиза выделяются свободные
ионы H
,
которые снижают естественную щелочность
воды и препятствуют коагуляции. Ионы
H
взаимодействуют с ионами
Если
приводит к повышению рН, то воду
подщелачивают путем введения извести,
соды или гидроокиси Na
для связывания H
Дозу щелочи, обеспечивающую нормальное протекание гидролиза и резервную остаточную щелочность находят из Ур-я
по CaO
по Na2CO3
1 мг-экв извести 28; соды – 53
ДК –доза коагулянта
Щ – щелочность исходной воды, равная карбонатной жесткости
Для цветных вод доза коагулянта рассчитывается приблизительно по форуле
При одновременном содержании ВВ и Ц принимают большую дозу коагулянта, при наличии грубодисперсных примесей – меньшую.
На процесс коагуляции большое влияние оказывают качество природной воды, меняющиеся в течение года (кол-во и р-ры ВВ), окисляемость, солевой состав, рН, t.
При значительной
окисляемости
Для различных
коагулянтов опред. Opt
рН, для мутных вод – высокая рН, для
цветных
Высокие температуры способствуют ускорению коагулирования.
Для Днепровской воды выведена зависимость дозы коагулянта Al2(SO4)3 в пересчете на Al2O3
Для р. Москвы в период весеннего паводка
Осеннего
Опыт наблюдений показывает, что обесцвечивать рационально подкисленную воду, а осветлить – подщелоченную.
Предварительный расчет позволяет прогнозировать расход коагулянта в определенные периоды года и обеспечивать бесперебойную работу ОС.
Для интенсификации процесса коагуляции рекомендуется применять дополнительно флокулянты (ПАА и акт. Кремниевую кислоту)
Дозы зависят от качества воды, места ввода, режима работы ОС.
Для ориентировочных расчетов дозу ПАА
- при введении его перед отстойниками и осветлителями принимают 0,2-1,5 мг/л
- при введении перед фильтрами – 0,05-0,1 мг/л в II ступенчатой схеме
- при введении перед конт. фильтрами – 0,2-0,6 мг/л в I ступенчатой схеме
Для ускорения коагуляции о осветления вводят Cl (по активному Cl) до 10 мг/л.
При наличии органических веществ (фенолов) вводят озон 1-3 мг/л для поверхностных источников и 0,75-1 мг/л для подземных.
При хлорировании с аммонизацией аммиак или его соли вводят в количестве 20-25% (в пересчете на NH3) дозы хлора.
Запахи и привкусы удаляют введением порошкообразного высокодиспергированного активированного угля, дозу которого принимают в зависимости от степени загрязненности воды.
Комплекс сооружений для коагулирования
Установки, связанные с процессом коагулирования включают сооружения для подготовки и дозирования реагентов – реагентное хозяйство; для смешения осветленной воды с реагентами – смесители, для хлопьеобразования – камеры хлопьеобразования.
Реагентное хозяйство
В состав реагентного хоз-ва входят
а) склады для хранения реагентов в сухом виде или в виде концентрированных растворов
б) и устройства для приготовления растворов необходимой концентрации
Для приготовления раствора коагулянта используют специальные установки, состоящие из растворных и расходных баков, а также воздуходувок для перемешивания раствора реагентов (барботаж), механическое перемешивание.
Вместимость растворных баков определяют
=20-24%
=17% для неочищ. К-та.
- часовой расход
воды,
- конц. Р-ра коагулянта в растворных баках.
- доза коагулянта
- плотность р-ра
коагулянта; t
– время, необходимое для приготовления
р-ра коагулянта
Емкость расходных баков
=10-12%
- конц. Р-ра коагулянта
в расходных баках.
Раствор коагулянта пропускают самотеком из растворных баков в расходные и разбавляют водой до соответствующей концентрации.
Расходных баков д.б. не менее двух, растворных в зависимости от скорости растворения коагулянта, способа доставки и загрузки К.
Растворные и расходные баки изготавливают из ж/б а их внутренние стенки обкладывают кислотоупорным кирпичом или кислотоустойчивой плиткой. Рис. Стр. 5
Р-р коагулянта в обрабатываемую воду дозируют дозаторами, которые вводят в напорный трубопровод перед смесителем (l=50d труб) или непосредственно в смесителе.
Дозаторы м.б. двух типов
Подача реагента в ед. времени const
Дозаторы автоматически меняющие количество реагента при изменении расхода очищаемой воды – пропорциональные дозаторы.
Схема простейшего дозатора пропорционального типа:
Водомерный бак
Расходный бак
Шаровой кран
Дозирующая труба
В зависимости от уровня воды в водомерном баку регулируется расход реагента, поступающего из бака 2 по дозирующей трубку 4. Уровень раствора реагента в баке поддерживается const с помощью шарового крана 3.
СКЛАДЫ
Для хранения реагентов устраиваю склады на 15-30 суточный запас исходя из периода мах их расхода с учетом условий доставки.
Высота слоя h=1,5-2 м; при механизации 2,5-3,5 м. В мешках 2-3,5 м; в бочках и баках 2,5.
Площадь склада для хранения коагулянта определяют по ф-ле:
- производительность
ОС
- расчетная доза коагулянта
- продолжительность
хранения коагулянта
- коэффициент учета
дополнительной площади (
)
- содержание б/в
продукта в к-те
- дополнительная
высота хранения
- объемная масса
к-та
Склад кислот необходимо изолировать от остальных помещений, д.б. оборудован приточно-вытяжной вентиляцией.
Склады хлора и
NH3
д.б.
оборудованы в пониженных местах
территории ОС (запас
100т; изолиров. Отсек до 50т), помещение с
двумя выходами с противоположных сторон.
Хранят хлор в баллонах или контейнерах.
Оборудование складов кислот, хлора, NH3 должно соотв. условиям хранения сильнодейств. и ядовитых веществ.
Склад активированного угля оборудуют в отдельном помещении, пожароопасность класс В
Хранение NaCl
– в жидком виде (Qсут>0,5m);
Vбаков=1,5
/на
1т реагента.
Склад хранения ионообменных смол – объем рассчитывается с учетом загрузки двух катионитовых фильтров и по 1 загрузке слабо и сильноосновных анионитов.
Склад фильтрующих материалов: V=10% пополнение ежедневного запаса + Vф.загр аварийного запаса на перегрузку 1 фильтра (при n 20) двух (при n>20)
Для загрузки фильтров рекомендуется использовать водоструйные и песковые насосы, конвейеры. При отсутствии центральных поставок фильтрующего материала рекомендуется предусматривать специальный цех по подготовке фильтрующего материала.
Резервуары для хранения коагулянта в жидком виде (растворимый)
резервуар с антикоррозийным покрытием.
колосниковая решетка
слой коагулянта
подача воды
5, 6. Подача пара и сжатого воздуха
7. кислотостойкий насос
8. сброс осадка
Баки имеют наклонные
днища под
при использовании неочищенного коагулянта
и
- при использовании очищенного коагулянта
.
Днища расходных баков имеют уклон не менее 0,01 к сборному трубопроводу d=100мм
Для водоочистных
сооружений (
)
возможно применение совмещенных
растворно-расходных баков, которые
могут быть размещены на верхнем этаже
здания для обеспечения подачи раствора
коагулянта самотеком. Для подачи сухого
реагента должен быть предусмотрен
подъемник.
Подщелачивание и стабилизация воды.
Приготовление известкового молока
В сатураторах
двойного насыщения готовится 5% раствор
по CaO.
При повышении производительности
(расход CaO>50
кг/сут) ОС известковое молоко можно
готовить в баках с коническим днищем
(
)
оснащенных сбросными трубопроводами
d=100мм
Перемешивание
осуществляется гидравлическим способом
с помощью циркуляционного насоса,
механических мешалок или барботированием
воздухом (G=8-10
л/см
)
Приготовление раствора соды
Используются
железо-бетонные или стальные баки с
механическим или пневматическим
перемешиванием при t=50-60
Угольная пульпа
5-10% пульпу готовят
замачиванием порошкообразного угля
в баках с механическим или гидравлическим
перемешиванием.
Помещения оборудуют системой приточно-вытяжной вентиляции, относится к категории пожароопасной.
Растворы ПАА
Растворный бак с=1-1,5% оснащенный дозатором и эжектором
Расходный с=0,1-0,25%
Из геля
из сухого 2ч
При возрастании
T
до 50
сокращается
Растворы активированной H2SiO3
(нейтрализация ее Щ)
H2SiO3+Al2(SO4)3
Жидкий хлор Cl2
Установки непрерывного действия
Реагентный бак, хлоратор, ц/б насос, дозатор
Раствор KMnO4
C=0,5-2%
Растворные баки с гидравлическим перемешиванием
при t=20
при t=40
Растворы фторсодержащих реагентов
Плохо растворимые – в сатураторах.
Хорошо растворимые – в баках с механическим или пневматическим перемешиванием.
Раствор гексаметафосфата Na
Na6P6O18 2-3%
Баки с механическим перемешиванием
при t=16-18
при t=50
Материалы стенок кислотостойкие
Дехлорирование воды
1 мг хлора требует 0,8-7,2 мг Na2S2O3
2,5-3,5 мг Na2SO3
0,9-1,1 мг SO2
0,13 мг NH3
Аэрирование, активированный уголь.
II Флокулянты:
Анионного типа.
Активированная кремниевая кислота H2 SiO3
Доза АК (по SiO2) зависит от места ввода
При t=5-7 Д=2-3 мг/л t=5-7 Д=3-5 мг/л
|
|
Перед сооружениями I ступени очистки |
Перед фильтрами при двухступенчатой 0,2-0,5 мг/л
При одноступенчатой 1-3 мг/л
Полиакриламид
ДПАА=2-10% Д Al2(SO4)3
Промышленный выпуск – 8% раствор ПАА
Разводят до 1% 0,025-0,25% - дозируют
ПАА м.б. использован только вместе с минеральным коагулянтом.
Дисперсные коллоидные системы в поверхностной загрязненной воде при рН=6-8,5 заряжены «-»
Анионные коагулянты серии К (К-4; К-6)
продукты обработки ПАА едким натром
Концентрация товарного продукта 10-16%
Катионного типа
ВА-2; ВА-3; ВА-2Т и т.д.
Флокулянты для самостоятельного использования
Д=3 мг/л – летом
Д=0,75-1,5 – в период паводка
Флокулянты катионного типа не изменяют Щ, не ухудшают органолептических св-в.
При низкой Щ исходную воду необходимо подщелачивать.
III Применение Cl2 или CaOCl
Для разрушения защитных коллоидов, препятствующих работе коагулянтов.
Для обеззараживания воды.
Для окисления органических примесей
ДCl=3-10
мг/л
При наличии в воде фенолов хлорирование применять нельзя (озонирование, преаммонизация)
IV. Активированный уголь УА – щелочной; АГ-3; ОУ – кислый
Для дезодорации воды
Доза определяется экспериментально.
3 балла – до 20 мг/л
4 балла – 30-40 мг/л
5 баллов – 50-80 мг/л
ПО=8-10 мг
/л
Д=1-3 мг/л
ПО=10-15 мг /л Д=3-5 мг/л
ПА=15-25 мг /л Д=5-10 мг/л
V. Озон – для обеззараживания, обесцвечивания.
Д=2-5 мг/л
VI. Кремнефтористый аммоний или Na
Для фторирования.
2. Контактная коагуляция
КК называется процесс прилипания микроскопических частиц примесей воды к микроскопическим частицам сорбента или поверхности зернистого материала под действием молекулярных сил притяжения.
Сближение частичек происходит за счет броуновских сил в результате перемешивания или направленного действия мелких частичек относительно крупных.
Особенности протекания процесса КК.
На процесс КК не влияют Т и Щ.
Чем выше концентрация крупных частиц взвеси по отношению к мелким тем интенсивнее процесс прилипания мелких частиц к крупным за счет снижения устойчивости мелких частиц в результате чего повышается скорость и полнота извлечения ВВ из раствора.
Эти особенности широко используются в разработке технологии или последовательности процесса коагулирования:
Дробное коагулирование
Прерывистое коагулирование
Рециркуляция осадка
При осветлении воды в контактных осветлителях и фильтрах, в осветлителях со слоем взвешенной контактной среды эффект контактной коагуляции наблюдается особенно ярко.
Коагуляция в слое зернистых материалов протекает полное и с большей скоростью чем в свободном объеме.
Оптимальную дозу коагулянта при дозировании его перед фильтрами устанавливают на основании кривой контактной коагуляции
Оптимальная доза принимается на 5-10% выше дозы оптимальной по графику.
При проведении коагуляции в слое зернистой загрузки отпадает необходимость в камерах хлопьеобразования, отстойниках и осветлителях.
При прохождении окрашенных природных вод через массу осадка гидроксида с не полностью использованной адсорбционной емкостью улучшает осветление воды.
Вывод: применение контактной коагуляции позволяет сократить объем очистных сооружений, улучшить работу фильтров и снижают расход реагентов.
3. Электрохимическая коагуляция.
Электрокоагуляция – метод очистки воды в электролизе с растворимыми электродами.
Скорость электрохимической реакции определяется:
1. величиной потенциала на границе раздела металл – раствор.
2. составом раствора
3. условиями диффузии компонентов или продуктов реакции в растворе.
В результате электролиза на электродах восстанавливается или окисляются компоненты электролита.
Количество металла, растворяющегося в воде в результате электролиза определяется по формуле:
- валентность
металла;
- время, час;
- атомная масса металла;
- сила тока, А;
- число Фарадея (96500 кулон);
- коэффициент выхода металла по току,
%.
Электро-химическое растворение металла включает 2 основные группы процессов:
1. растворение за счет внешнего тока (анодное)
2. химическое растворение, в результате взаимодействия металла с окружающей средой
Al анод
Не связаны с действием электрического тока
Процессу химического окисления (растворения) Al способствуют ионы-депассиваторы, находящиеся в воде, повышающие скорость движения жидкости по отношению к поверхности металла.
В связи с этим выход Al по току может достигать 130-140%
Электрохимическое растворение Al в воде (анодное растворение)
На Al катоде могут протекать реакции (в природной воде)
- деполяризация
мигрирующих ионов
- в нейтральной
среде деполяризация нейтральными
молекулами
- в кислой среде
Восстановление органических соединений
- радикал органического
соединенияа
Из перечисленных катодных процессов в природной воде имеет место в основном кислородная и водородная деполяризация.
На Al катоде возможно прохождение реакции Al с водой.
В прикатодном слое повышается рН до 10,5-12 во время электролиза, что приводит к растворению окисной пленки Al2O3.
В процессе электролиза на электродах возможны следующие явления:
1. Адсорбция органических и неорганических веществ, которые способны повышать или понижать скорость электрохимической реакции.
2. Выделение пузырьков газа H2, O2 способных переносить вещество из жидкости на поверхность – электрофлотация.
1. рН
2. солевой состав
3. t
4. состав электрода
5. плотность тока
6. частота смены полярностей
7. скорость движения воды в межэлектродном пространстве.
Зависимость работы электролизера от плотности тока имеет следующий характер:
Повышение плотности приводит к повышению эффективности работы в связи с повышением рабочей поверхности электродов; интенсивно используется объем электролизеров.
Дальнейшее повышение плотности приводит к усилению поляризационных явлений и пассивации электродов,в результате чего растет напряжение и электроэнергия затрачивается на побочные процессы.
Рекомендуемая
плотность тока 0,5-20 мА/
расстояние между электродами 10-15 мм
Рабочее напряжение
на электродах
Для предотвращения образования осадка на электродах рекомендуется менять их полярность, но это приводит к снижению выхода металла по току.
Процесс активного окисления металла при электролизе осложняется пассивацией поверхности электрода.
Для Al электрода:
- активизирует Al
электрод.
- пассивирует Al
электрод
Рост температуры приводит к растворению окисной пленки, активизации электрода, растворимости осадка на электроде.
Смешение реагентов с водой
Критерий Кэмпа.
Задачи для осуществления эффективной коагуляции:
быстрое распределение реагента в объеме.
обеспечение мах контакта коллоидных частиц с реагентом или продуктом его гидролиза.
увеличить время жизни продуктов гидролиза.
I этап – образование хлопьев r=1-10 мкм
При плохом перемешивании возрастает расход реагентов и снижается степень очистки
Интенсивность смешивания реагентов с водой характеризуется критерием Кэмпа GT и градиентом скорости G
Е – энергия насыщения
- динамическая вязкость воды
Т – продолжительность смешения
V – объем жидкости в емкости
G
– градиент скорости G=20-300
с
GT – критерий Кэмпа
С ростом G доза реагентов для оптимальной очистки снижается.
Для обеспечения оптимальной скорости смешения реагенты следует вводить в точках мах турбулентности.
Смешение реагентов с водой происходит наиболее интенсивно при использовании реагентораспределителей – устройств ввода реагентов.
Различают реагентораспределители в виде перфорированных трубчатых систем, камерно-лучевого, диффузорного и струйного типов, размещаемых в подающих трубопроводах или в начале смесителя.
Перфорированный распределитель.
трубопровод отрабатываемой воды
заглушки
перфорированная лучевая распределительная трубка
разъемная штанга
подача реагента
Его устанавливают в трубе перед смесителем, непосредственно при поступлении воды в смеситель или в одном из отделений входной камеры смесителя.
Камерно-лучевой распределитель
трубопровод
перфорированная лучевая трубка
подача реагента
радиальная распорка
распределительная камера
циркуляционный патрубок
Его размещают внутри трубопровода по оси потока на выходном участке трубопровода.
Диффузорный распределитель.
Предназначены для ввода в отрабатываемую воду суспензий. Их устанавливают в вертикальных трубопроводах по ос потока отрабатываемой воды.
трубопровод
радиальная распорка
распределительные камеры
циркулирующий патрубок
диффузор
Распределитель струйного типа
Служат для введения в воду суспензий реагентов в напорные трубы Д=200-1400 мм. Их можно размещать на горизонтальных и вертикальных участках трубопровода.
трубопровод
подача реагента
сальник
вентиль
пучок распределительных стальных трубок
По принципу действия различают 2 основных типа смесителей: гидравлические и механические. При выборе типа смесителя необходимо учитывать конструктивные особенности, компоновку производительность ОС и метод обработки воды.
Смесители гидравлического типа.
Дырчатые смесители применяю на станциях обработки воды производительностью 20-24 тыс. метров кубических в сутки.
Схема безнапорного дырчатого смесителя
1,6- подача и отвод воды
2- перелив
3- сброс из бачка воды
4- ввод реагента
5- перегородки
Смеситель представляет собой ж/б лоток с тремя вертикальными перегородками установленными перпендикулярно направлению движения воды и снабжены расположенными в несколько рядов отверстиями. Вытекающие из отверстия струи воды создают большое количество мелких завихрений в лотке смесителя, что способствует активному перемешиванию вводимых реагентов с отрабатываемой водой.
Верхние ряды отверстий затопляются на высоту 10-15 см для предотвращения попадания воздуха.
в отверстиях
Расчет смесителя.
Число перегородок принимают равным 3.
Д=20-40 мм при
тыс.
Д=100 мм при
тыс.
Число отверстий
Суммарная площадь
отверстий не должна превышать 30% ее
рабочей площади
Потеря напора при прохождении отверстий в каждой перегородке
- коэффициент
расхода, зависящий от отношения
и принимается равным 0,65-0,75
- толщина перегородки
Ширину лотка
определяют о скорости движения в нем
воды, которую принимают
Найдя потерю напора h и задав глубину H в конце смесителя H=0,4-0,5 определяют уровень воды в начале смесителя.
Недостатком работы является то, что при снижении расхода на станциях в дырчатых смесителях наблюдается неравномерность смешения реагентов с водой по высоте камеры.
Напорный дырчатый самостоятельно стр. 412.
Перегородчатые и коридорные смесители
В перегородчатом смесителе поток делится с помощью трех перегородок 1, и имеющих проходы в центре и по бокам. Поток воды, проходя через такие проходы в перегородках вызывает изменение направления движения воды в пределах лотка, а повышение скорости в суженных местах создают завихрения, способствующие равномерному смешению реагентов с водой.
2 – ввод реагента
b – ширина лотка
Расстояние между перегородками равно двойной ширине лотка, скорость движения воды в нем 0,6 м/с в проходах – 1 м/c, потеря напора в каждом проходе 0,15
Расчет перегородчатого смесителя производят по формуле:
- расход воды ОС
- ширина проходов
в перегородках, м
- скорость движения
воды в проходах
- потеря напора в
каждом проходе
- заглубления
проходов в перегородках
Н – уровень воды в лотке смесителя (Н=0,4-0,6м)
Для станций
производительностью выше 300 тыс.
разрешается применять коридорные
смесители.
Смешение реагентов с водой происходит вследствие частых поворотов лотка, обусловленных расположением направляющих перегородок.
Расстояние между перегородками принимается 0,7 м, скорость движения воды в коридорах 0,6 при =2 мин (время пребывания в смесителе) и 0,9 при =1,5 мин.
Потеря напора на одном повороте
- число поворотов
=9-10
Напорный дырчатый самостоятельно стр. 412
Вихревые смесители
Представляют собой
круглый или квадратный резервуар с
конической или пирамидальной нижней
частью. Угол между наклонными стенками
30-45
Вода перемешивается за счет изменения скорости восходящего потока воды при переходе от узкой (нижней) к широкой (верхей) части смесителя.
1 – сборные дырчатые трубы
2 – корпус
3 – ввод реагентов
4 – поступление воды
Реагенты вводят в нижнюю часть смесителя где они перемешиваются с обрабатываемой водой. Собирают воду в верхней части смесителя в переливной перфорированный желоб или затопленную воронку.
Движение частичек реагента во взвешенном состоянии в турбулентном восходящем потоке воды обеспечивает их растворение.
Вихревые смесители проектируются на длительность пребывания в них воды в течение 1,5-2 мин. Система сборных и отводящих труб проектируется ч учетом скорости в трубах = 0,6 м/с.
Скорость выхода воды 1,2-1,5 м/с, скорость восходящего потока 30-40 мм/с.
Нагрузка на смеситель 1200-1500
СМЕШЕНИЕ РЕАГЕНТОВ В ТРУБОПРОВОДЕ
В качестве простейшего смесителя м.б. использован напорный трубопровод, подающий воду от НС-II на очистные сооружения.
1 – раствор коагулянта
2 – дозировочный бак
3 – воронка
4 – эжектор
5 – регулирующие задвижки
При подаче реагентов в напорный трубопровод следует соблюдать следующие условия:
Приемная воронка в месте ввода реагентов нужно располагать выше линии пьезометр. Напора воды в трубе
Между местом ввода и концом трубы не д.б. регулирующих задвижек
Длина участка для смешения L>=50Д
Потери напора в трубопроводе при уст-ке распределительных устройств принимаются равными 0,15-0,3 мм.
Механические смесители
Оптимальный эффект коагуляции обеспечивается очень быстрым переносом частиц, который возможен в высокоскоростных механических смесителях с мешалками лопастного, турбинного и пропеллерного типа, где происходит мгновенное распределение реагентов в объеме и получение оптимальной концентрации.
Такие смесители позволяют сократить время коагуляции, повышают плотность образующихся хлопьев, снижают дозу коагулянта.
Механический смеситель пропеллерного типа
подача воды
отвод воды
подвод реагента
ось мешалки
камера смешения
струенаправл. Перегородка
привод мешалки
Механические смесители представляют собой круглые или квадратные в плане камеры с соотношением Н/Д=1/2 с плоским или коническим днищем . Для смешения применяют различного типа мешалки на вертикальной оси.
Время пребывания воды в смесителе составляет 30 сек. – 1 мин.
Привод размещают на площадке на высоте около 1м от верха камеры.
Применение механических смесителей позволяет:
снизить удельные капитальные затраты
снизить расход коагулянта на 25%
снизить время пребывания воды в отстойниках и осветлителях со слоем взвешенного осадка
регулировать параметры смешения адекватно качеству и количеству обрабатываемой воды.
На очистных сооружения сегодня в основном применяют смесители гидравлического типа, иногда смешивание производят в трубах и ц/б насосах, подающих воду на ОС.
Недостатком этих способов смешивания является невозможность регулирования степени турбулизации и времени пребывания воды в смесителе в зависимости от ее расходов и качества.
Гидродинамические режимы движения перемешиваемой жидкости определяется критерием Re и Eu
Re
50
для быстроходных мешалок
-
давление создаваемое мешалкой
- мощность мешалки
d
– диаметр мешалки
n – кратность перемешивания
На катоде
Деполяризация мигрирующими ионами
Деполяризация нейтральными молекулами в нейтральной среде
Деполяризация в кислой среде
Восстановление органических соединений
, - радикал органического вещества
Взаимодействие Al с водой.
Из перечисленных катодных процессов в природной воде имеет место в основном кислородная и водородная деполяризация.
В прикатодном слое повышается рН до 10,5-12 во время электролиза, что приводит к растворению окисной пленки Al2O3 и активизации процесса.
В процессе электролиза на электродах возможны следующие процессы:
1. Адсорбция органических и неорганических веществ, которые способны повышать или понижать скорость электрохимической реакции.
2. Выделение пузырьков газа H2; O2; способных переносить вещество из жидкости на поверхность – электрофлотация.
Процесс электрохимической коагуляции зависит:
1. рН
2. солевого состава
3. t
4. состав электрода
5. плотности тока
6. частоты смены полярностей
7. скорости движения воды в межэлектродном пространстве.
Зависимость работы электролизера от плотности тока имеет следующий характер:
Повышение плотности тока приводит к повышению эффективности работы в связи с увеличением рабочей поверхности электродов; интенсивно используется объем электролизеров.
Дальнейшее повышение плотности тока приводит к усилению поляризационных явлений и пассивации электродов, что приводит к росту напряжения и непроизводительным затратам электроэнергии на побочные процессы.
Рекомендуемая плотность тока 0,5-20 мА/
Расстояние между электродами 10-15 мм
Рабочее напряжение на электродах
Для предотвращения образования осадка на электродах рекомендуется менять их полярность, но это приводит к снижению выхода металла по току.
Процесс активного растворения металла при электролизе осложняется пассивацией поверхности электрода.
Для Al электрода
- активизирует Al электрод.
- пассивирует Al электрод
t
- способствует растворению окисной
пленки и растворимости осадка на
электроде, активизации процесса.
Смешение реагентов с водой
Критерий Кэмпа.
Задачи для осуществления эффективной коагуляции:
быстрое распределение реагента в объеме.
обеспечение мах контакта коллоидных частиц с реагентом или продуктом его гидролиза.
увеличить время жизни продуктов гидролиза.
I этап – образование хлопьев r=1-10 мкм
При плохом перемешивании возрастает расход реагентов и снижается степень очистки
Интенсивность смешивания реагентов с водой характеризуется критерием Кэмпа GT и градиентом скорости G
Е – энергия насыщения
- динамическая вязкость воды
Т – продолжительность смешения
V – объем жидкости в емкости
G – градиент скорости G=20-300 с
GT – критерий Кэмпа
С ростом G доза реагентов для оптимальной очистки снижается.
Для обеспечения оптимальной скорости смешения реагенты следует вводить в точках мах турбулентности.
Смешение реагентов с водой происходит наиболее интенсивно при использовании реагентораспределителей – устройств ввода реагентов.
Различают реагентораспределители в виде перфорированных трубчатых систем, камерно-лучевого, диффузорного и струйного типов, размещаемых в подающих трубопроводах или в начале смесителя.
Перфорированный распределитель.
трубопровод отрабатываемой воды
заглушки
перфорированная лучевая распределительная трубка
разъемная штанга
подача реагента
Его устанавливают в трубе перед смесителем, непосредственно при поступлении воды в смеситель или в одном из отделений входной камеры смесителя.
Камерно-лучевой распределитель
трубопровод
перфорированная лучевая трубка
подача реагента
радиальная распорка
распределительная камера
циркуляционный патрубок
Его размещают внутри трубопровода по оси потока на выходном участке трубопровода.
Диффузорный распределитель.
Предназначен для ввода в отрабатываемую воду суспензий. Их устанавливают в вертикальных трубопроводах по оси потока отрабатываемой воды.
трубопровод
радиальная распорка
распределительные камеры
циркулирующий патрубок
диффузор
Распределитель струйного типа
Служит для введения в воду суспензий реагентов в напорные трубопроводы Д=200-1400 мм. Их можно размещать на горизонтальных и вертикальных участках трубопровода.
трубопровод
подача реагента
сальник
вентиль
пучок распределительных стальных трубок