1 Характеристики источников водоснабжения. Влияние примесей на качество воды. Требования, предъявляемые к качеству воды хозяйственно-питьевого водоснабжения.В зависимости от физико-географических, гидрорежимных и других признаков в соответствии с Водным кодексом Российской Федерации все водные объекты подразделяются на:

− поверхностные водные объекты;− внутренние морские воды;− территориальное море Российской Федерации;

− подземные водные объекты.

Поверхностные водные объекты – постоянное или временное сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа, имеющее границы, объем и черты водного режима. Поверхностные водные объекты состоят из поверхностных вод, дна и берегов.

Поверхностные водные объекты имеют многофункциональное значение и могут предоставляться в пользование для одной или нескольких целей одновременно. Они подразделяются на:

1. поверхностные водотоки и водохранилища на них; 2. поверхностные водоемы; 3. ледники и снежники.

Поверхностные водотоки – поверхностные водные объекты, воды которых находятся в состоянии непрерывного движения. К поверхностным водотокам относятся реки и водохранилища на них, ручьи, каналы межбассейнового перераспределения и комплексного использования водных ресурсов.

Поверхностные водоемы – поверхностные водные объекты, воды которых находятся в состоянии замедленного водообмена. К поверхностным водоемам относятся озера, водохранилища, болота и пруды.

Ледники – движущиеся естественные скопления льда атмосферного происхождения на земной поверхности. Снежники – неподвижные естественные скопления снега и льда, сохраняющиеся на земной поверхности в течение всего теплого времени года или его части.

К внутренним морским водам относятся морские воды, расположенные в сторону берега от исходных линий, принятых для отсчета ширины территориального моря Российской Федерации. К территориальному морю Российской Федерации относятся прибрежные морские воды шириной 12морских миль, отмеряемых в соответствии с нормами международного права и законодательством Российской Федерации. Береговая линия внутренних морских вод и территориального моря определяется по постоянному уровню воды, а в случае периодического изменения уровня воды – по линии максимального отлива.

Подземные водные объекты – сосредоточение находящихся в гидравлической связи вод в горных породах, имеющее границы, объем и черты водного режима.

К подземным водным объектам относятся:

1. водоносный горизонт – воды, сосредоточенные в трещинах и пустотах

горных пород и находящиеся в гидравлической связи;

2. бассейн подземных вод – совокупность водоносных горизонтов, расположенных в недрах;

3. месторождение подземных вод – часть водоносного горизонта, в пределах которой имеются благоприятные условия для извлечения подземных вод; 4. естественный выход подземных вод – выход надземных вод на суше или под водой.

Все используемые для целей водоснабжения природные источники воды могут быть отнесены к двум основным группам:1) поверхностные источники – реки (в естественном состоянии или зарегулированные), озера, водохранилища, моря; 2) подземные источники – почвенные и грунтовые воды, артезианские (межпластовые) воды и родники (ключи).

Поверхностные источники характеризуются значительными колебаниями качества воды и количества загрязнений в отдельные периоды года.

Вода из поверхностного источника содержит различные примеси – минеральные и органические вещества, а также бактерии. К минеральным примесям относятся частицы песка, глины, ила, растворенные в воде соли, железо, к органическим – гниющие вещества растительного и животного мира. Санитарные качества поверхностных вод часто бывают низкими вследствие загрязнения их поверхностными стоками.

В настоящее время водоснабжение некоторых крупных промышленных предприятий осуществляется с использованием морской воды. Морская вода содержит большое количество минеральных солей, но обладает относительно невысокой карбонатной жесткостью. Такая вода с успехом используется в производственном водоснабжении для охлаждения.

Подземной является значительная часть воды, выпавшей на землю в виде осадков и просочившейся сквозь почву. Она проникает в глубь земли, растворяет отдельные породы и заполняет поры между частицами водоносных пластов и свободное пространство до водонепроницаемых грунтов: глины, гранита и мрамора, Подземные воды залегают на различной глубине. Воды подземных источников, как правило, всегда прозрачны (не содержат взвешенных веществ) и бесцветны, содержат мало органических веществ, поэтому их в большинстве случаев используют без очистки. Однако подземные источники часто сильно минерализованы и обладают значительной жесткостью

Влияние примесей воды на ее качество

 Природные воды представляют собой сложную многокомпо­нентную динамическую систему, в состав которой входят: соли (преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов), орга­нические вещества (в молекулярных соединениях и в коллоид­ном состоянии), газы (в виде молекул и гидратированных сое­динений), диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон); бактерии и вирусы. Во взвешенном состоянии в природных водах содержатся глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы, в коллоидном состоянии — различные вещества органического происхождения, кремнекислота, гидроксид железа (III), фульвокислоты, гуматы, в истин­но растворенном состоянии — в основном минеральные соли, обогащающие воду ионами. Размеры взвешенных веществ варьируются    от коллоидных до грубодисперсных частиц диссоциированные на ионы. В результате процесса гидратации кристаллическая структура этих веществ разрушается. Устойчивость образующихся гидрооксидов металлов прямо пропорциональна их заряду и обратно пропорциональна радиусу. Концентрация отдельных примесей в воде определяет ее свойства, т. е. качество. Различают показатели качества воды физические (температура, взвешенные вещества, цветность, запах, вкус и др.), химические (жесткость, щелочность, активная реакция, окисляемость, сухой остаток и др.), биологические (гидробионты) и бактериологические (общее количество бактерий, колииндекс и др.). Для определения качества воды производят физические, химические, бактериологические, биологические и технологические анализы в наиболее характерные для данного водоисточника пеоиоды года. Из веществ, диссоциирующих в водных растворах на ионы, в воде растворяется большинство минеральных солей, кислот и гидроксидов. Наиболее часто в природных водах встречаются гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты щелочноземельных я щелочных металлов, в меньшей мере — их нитраты, нитриты, силикаты, фториды, фосфаты и др. Значительным поставщиком органических веществ в природную воду является почвенный гумус, продукты жизнедеятельности и разложения растительных и животных организмов, сточные воды бытовых и промышленных предприятий. Наличие в воде взвешенных веществ свидетельствует о ее загрязненности твердыми нерастворимыми примесями — частичками глины, песка, ила, водорослей и другими веществами минерального или органического происхождения. Загрязненность воды микроорганизмами зависит от происхождения и характера источника. Наиболее чистыми в этом отношении являются артезианские воды, но и они могут загрязняться вследствие транспортирования их по трубам и нарушения санитарного режима в местах водозабора. Особенно подвержены загрязнению микроорганизмами поверхностные воды, поэтому использование их в неочищенном виде всегда представляет большую опасность в связи с возможностью возникновения и распространения инфекционных заболеваний. Из растворенных в природных водах газов существенное влияние на их свойства оказывают: оксид углерода (IV), кислород, сероводород, метан, азот. Их содержание в воде определяется природой и парциальным давлением газа, составом водной среды, температурой. Кислород, оксид углерода, сероводород придают воде при определенных условиях коррозионные свойства по отношению к металлам и бетону. Кислород попадает в воду при ее кон­такте с воздухом. В артезианских водах кислород отсутствует, а в поверхностных водах содержание кислорода меньше теоре­тического за счет потребления его различными организмами, брожения, гниения органических остатков и т. п. Резкое сниже­ние содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение. Азот в природные воды проникает из воздуха, при разложе­нии органических остатков, а также при восстановлении соеди­нений азота динитрифицирующими бактериями. Растворимость азота в воде значительно меньше, чем кислорода, но в связи с его высоким парциальным давлением в воздухе, в природных водах азота больше, чем кислорода.

Требования к качеству очищенных вод

Основными показателями, определяющими пригодность воды для разных катего­рий водопотребителей, является состав и концентрация содержащихся в ней примесей. По специфике требований к качеству очищенной воды различают воду, используемую для хозяйственно-питьевых целей, нужд пищевой и бродильной промышленности, для поения домашних животных и птиц, орошения, для охлаждения элементов технологи­ческих агрегатов в теплоэнергетике и других отраслях народного хозяйства, питания па­ровых котлов, технологических целей промышленности, заводнения нефтяных пластов и др.

Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения и правила контроля качества воды, подаваемой системами питьевого во­доснабжения населенных мест в России, устанавливаются по СПиН 2.1.4.1074-01, а ло­кальных систем - по СаНПиН 2.1.4.544-96. В мировой практике используются нормати­вы ВОЗ.

Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отноше­нии, безвредна по химическому составу и иметь удовлетворительные органолептичес-кие свойства. Ее безопасность в эпидемическом отношении определяется ее соответст­вием нормативам по показателям.

Контроль качества воды на уровне государства, ведомства и производства осуще­ствляется в соответствии с требованиями ГОСТ р 51232-98

Для проведения лабораторных исследований (измерений) качества питьевой воды используются методики, аттестованные Госстандартом или Госсанэпиднадзором РФ.

2. Технологические схемы подготовки воды для хозяйственно-питьевого назначения и их классификация Во всех случаях выбор водоочистных технологий производится на основе сопос­тавления качества исходной воды, требований к степени ее очистки и потенциальных возможностей включаемых в технологическую схему очистки сооружений и устройств, реагентов и материалов. При этом должны соблюдаться требования к технологиям и со­оружениям, изложенные в предыдущем параграфе, а окончательное решение произво­дится на основании технико-экономических показателей и определенных оптимальных режимов работы сооружений при изменяющихся показателях качества исходной воды.

При решении технологических задач по водоочистке и кондиционированию при­родных вод для нужд различных потребителей классифицировать существующее мно­гообразие методов водоочистки можно как по достигаемой цели очистки, связанной с нормами качества на очищенную воду, так и по характеристике фазово-дисперсного со­става, извлекаемых из воды примесей при ее обработке на водоочистных водопровод­ных станциях. 42

Известны следующие группы методов водоочистки «по целевому назначению:

• улучшения органолептических свойств воды (осветление, обесцвечивание, дез­одорация);

• обеспечения эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, электроимпульсная обработка, ультрафиолетовое облучение);

• кондиционирования подземных вод (умягчение, обессоливание и опреснение, де­газация, обезжелезивание и деманганация, фторирование и обесфторивание, стаби­лизационная обработка, обескремнивание и.т.д.);

• извлечения и улучшения газового состава (удаление сероводорода, кислорода, ме­тана, свободной углекислоты и др.);

• извлечение трудноокисляем ой органики, вредных продуктов, образующихся по­путно при обработке воды (обратный осмос, биосорбция, нанофильтрация и др. Различают методы очистки и по сути процессов и природе удаляемых веществ:

• при физико-химических процессах удаляются взвешенные и коллоидные вещест­ва (коагуляция и флокуляция, осаждение и осветление, флотация, фильтрование), растворенные вещества (мембранная сепарация, адсорбция, ионный обмен);

• при химических процессах осуществляется введение химического реагента в об­рабатываемую воду и осаждение примесей, протекают реакции нейтрализации окисления и восстановления;

• биологические процессы протекают при аэробной и анаэробной обработке воды, характеризуются бактериальным окислением-восстановлением.

Различают также методы очистки воды по отдельным процессам извлечения или снижения концентрации примесей. Например, методы умягчения воды подразделяют на термический, реагентный, ионообменный, диализ и комбинированный; методы обессо-ливания воды - на ионообменный, мембранный (обратный осмос и электродиализ) и дистилляцию. В основу методов дегазации положен принцип воздействия на обрабаты­ваемую воду (физический, химический, биохимический и сорбционно-обменный). Ста­билизационная обработка воды зависит от знака и значения индекса стабильности и мо­жет осуществляться реагентным, фильтрационным методами и аэрацией.

Способность множества примесей изменять свое фазово-дисперсное состояние под влиянием физических и химических факторов, в первую очередь, таких как солевой со­став, температура, рН среды и другие, позволяет широко варьировать приемы и методы регулирования процессов обработки.

Использование этой методологии при проектировании водоочистных станций поз­воляет в первом приближении обосновывать применяемые методы водоподготовки. Что касается обоснования в каждом конкретном случае технологического комплекса после­довательно работающих очистных сооружений и их экономического обоснования, то помимо фазово-дисперсного состояния примесей проектировщику необходимо обосно­вать учитываемый диапазон концентраций извлекаемых этими сооружениями из исход­ной воды различных ингредиентов природного и антропогенного происхождения и оп­ределяющие технологические характеристики конкретных водоочистных сооружений.

На практике принято различать технологические схемы очистки по:

• применению реагентов - безреагентные и реагентные;

• эффекту осветления - для глубокого и неглубокого осветления воды;

• числу технологических процессов - одно-, двух- и многопроцессные;

• числу ступеней технологического процесса - одно-, двух- и многоступенчатые;

• характеру движения обрабатываемой воды - самотечные (безнапорные) и напорные.

Классические технологии осветления, обесцвечивания и обеззараживания поверх­ностных вод, реализуемые в мировой практике до 70-80-х годов, основаны на примене­нии методов осаждения, осветления в слое взвешенного осадка и реагентного скорого фильтрования. Разработанные еще в 30-40-х гг. прошлого столетия, они обычно разли­чаются по методам обработки воды, числу технологических процессов и ступеней каж­дого процесса, характеру движения воды (напорный и безнапорный), реагентному и безреагентному режимам обработки воды, строительству сооружений в закрытых поме­щениях и на открытом воздухе.

Примеры таких технологических схем реагентной очистки воды при ее самотечном движении приведены на рис. 10.2., а область их применения в первом приближении - в таблице 10.6.

Для небольших населенных пунктов, питающихся водой цветность которой в тече­нии года не превышает < 50 град., а взвешенные вещества в ней не обладают высокой кинетической и агрегативной устойчивостью (обычно в южных регионах стран СНГ) возможно применение безреагентных технологий (см. главу 12 книги). Такие техноло­гии базируются на использовании сооружений предварительного осветления воды на гидроциклонах (при наличии в воде крупных наносов с частицами имеющими плот­ность больше плотности воды), сетчатых фильтрах различных конструкций (при «цве­тении» воды, содержащей водоросли), в ковшах-отстойниках (при высоких концентра­циях взвеси в воде источника), на предварительных фильтрах с зернистой загрузкой. Глубокая доочистка воды в таких схемах осуществляется на медленных фильтрах с раз­мером зерен или гранул равным 0,15 - 0,5 мм при скоростях фильтрования в пределах от 0,3 до 0,6 м/ч.

Для очистки высокомутных вод с полидисперсной взвесью (С < 5-10 г/л, Ц < 250-300 град.) могут быть рекомендованы схемы, предусматривающие первичное хлориро­вание, отстаивание в ковше, обработку коагулянтами и флокулянтами, радиальное от­стаивание, смешение с растворами коагулянта и флокулянта, контактное хлопьеобразование, отстаивание в тонком слое, скорое фильтрование и обеззараживани Для холодных вод, содержащих в значительном количестве органические гуминовые вещества, обуславливающие цветность и характеризуемые высокой защит­ной функцией коллоидов, целесообразно применение реагентных флотационных про­цессов на первой ступени очистки воды (рис. 10.5).

Рис. 10.5 Технологическая схема очистки вод содержащих органические примеси:

I - водоисточник; 2 - насосная станция I подъема; 3 - камера смешения; 4 - флокулятор; 5 - флотатор; 6 - напорный бак; 7 - скорый фильтр; 8 - РЧВ; 9 - насосная станция II подъема; 10 - сооружение для обработки промывных вод;

II - насос для перекачки очищенной промывной воды; 12 - компрессор I - первичный хлор; II - коагулянт; III - флокулян; IV - вторичный хлор

Технологические схемы очистки и кондиционирования подземных вод

Подземные воды, используемые в качестве источников водоснабжения, отличают­ся от поверхностных значительно большим разнообразием по их качественному соста­ву. Они менее подвержены сезонным колебаниям, связанным с изменением климата и воздействием загрязненности селитебных прилегающих территорий. Глубокие водо­носные горизонты более защищены от внешних источников загрязнений. Исключением являются неглубоко залегающие грунтовые воды и верховодки, имеющие слабозащищенную кровлю и нередко питаемые поверхностным стоком.

Сложный физико-химический состав подземных вод, используемых для хозяйст­венно-питьевого водоснабжения, обуславливает многообразие специальных методов их обработки, и необходимость их классификации. Николадзе Г.И. была предложена клас­сификация технологий обезжелезивания, деманганации и дефторирования подземных вод. В общем виде рассматриваемые в ней технологии были подразделены на безреагентные и реагентные с учетом значений окислительно-восстановительного потенциа­ла, щелочности, температуры очищаемой воды и формы присутствия в ней соединений железа, марганца и фтора. Область применения той или иной технологии диктовалась заданным интервалом концентраций основных показателей качества подземной воды, выражаемых в мг/л: Fe, Mn, H₂S, С0₂₍._в, F, S0₄²% рН, Жк (мг-экв/л) и перманганатная окисляемость (мг0₂/л).

Наблюдаемое в практике кондиционирования подземных вод большое сочетание различных методов извлечения из них газов, истинно растворенных веществ, солей же­сткости, специфичных биогенных элементов, требует тщательного начального анализа взаимодействия этих методов при различных химических свойствах и отзывчивости различных ингредиентов на физико-химическое и биологическое воздействие на них. Как правило, экономически выгодную, надежную технологию подготовки подземных вод можно выбрать лишь на основании проведения технологического моделирования процессов водоочистки проведенного непосредственно у водоисточника.

В отдельных регионах страны приходится использовать подземные воды, содержа­щие такие специфичные загрязнения, как бор, бром, мышьяк, нитраты, тяжелые метал­лы и др.

Мышьяк в подземных грунтовых водах может появляться в результате смыва дож­дями содержащих его ядохимикатов, применяемых в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, и при фильтрации поверхностного стока в грунт. Основными способами удаления небольших количеств мышьяка из воды является коагулирование солями алюминия и железа с введением в смеситель воздуха, отстаивания и фильтрова­ния через загрузку кварцевых, а затем угольных фильтров. Установлено, что эффектив­ность очистки солями железа выше, чем солями алюминия и составляет соответствен­но 99 и 90%. Возможно также использование извести в сочетании с порошкообразным активированным углем. Основную роль удаления мышьяка в этом случае отводят сорб­ции его гидроксидом магния при рН = 11,5. Далее следуют процессы отстаивания, филь­трования и рекарбонизации.

Вариантом существующей технологии является метод фильтрования через загруз­ку из оксида алюминия с высотой рабочего слоя 1,2 м, временем контакта воды с загруз­кой - 18 мин, и длительностью фильтроцикла - 33 сут. Эффект очистки при таких пара­метрах работы достигает 90%.

Разработана также технология удаления мышьяка основаная на селективном связы­вании его с полимерным реагентом и последующим отделением реагента мембранным фильтрованием.

Для удаления тяжелых металлов из подземной воды применяют реагентную обра­ботку щелочью или сульфатом железа с последующим отстаиванием и фильтрованием. Эффект удаления в %: цинка -71; хрома (6⁺) - 97,1; кадмия - 99,5; свинца, меди и же­леза - 100.

Очистка подземных вод от железа и марганца в ряде случаев может обеспечить и одновременное удаление из воды ионов тяжелых металлов. Осадок гидроксида железа сорбирует кремний и катионы кальция, магния, марганца, цинка. Тяжелые металлы - ко­бальт, никель, медь, цинк, молибден и олово эффективно удаляются осадком гидрокси­да марганца.

Для извлечения тяжелых металлов предложен представляющий собой алюмосили­кат с нанесенным гидроксидом алюминия. Степень извлечения им кадмия и никеля до­стигает соответственно 95 и 96%.

Сопоставление эффективности методов удаления кадмия, свинца, серебра с ис­пользованием умягчения известью, коагуляции, ионного обмена, сорбции на активном угле, обратного осмоса и электродиализа, показало, что кадмий эффективно удалялся коагуляцией (как солями алюминия, так и железа и лучше при более высоких рН), и из­вестью - примерно на 100% в диапазоне рН 8,7-11,3. Свинец эффективно удаляется коа­гуляцией и известью, причем более высокие концентрации свинца - известью. Серебро при коагуляции солями железа и алюминия и обработке известью удаляется на 60-80%.

Анализ имеющихся литературных данных по очистке подземных вод от нитратов с исходной концентрацией от 50 до 200 мг/л позволяет рекомендовать следующие методы

• ионного обмена;

• биологической денитрификации;

• мембранную технологию (обратный осмос, электродиализ).

Задачу удаления нитрат-ионов методом ионного обмена решают как в классической форме - хлорионированием, так и получившим широкое развитие способом бикарбонат-ионирования, либо путем использования ионообменника в сульфат - или бисульфат -форме.

При хлорионировании снижается концентрация нитрат- и сульфат-ионов в обраба­тываемой воде, увеличивается количество хлорид-ионов, а при сульфат-ионировании -сульфат-ионов, что может быть нежелательным, поскольку содержание хлорид- и суль­фат-ионов в воде питьевого качества ограничено.

Метод бикарбонат-ионирования лишен этого недостатка. Преимущество его за­ключается не только в уменьшении концентраций анионов сильных кислот в питьевой воде, но и в уменьшении ее коррозионной активности. В случае, когда необходимо по­лучить свободную от нитратов воду с заданным содержанием хлорид-, сульфат- и би­карбонат- ионов, рекомендуют обрабатывать исходную воду параллельно на анионитах, содержащих указанные анионы, и смешивать фильтраты ионообменнных фильтров в требуемых соотношениях.

Применение ионообменной технологии для удаления нитрат-ионов позволяет сме­шивать фильтрат с малым остаточным содержанием нитратов (до 5 мг/л) с основным потоком исходной воды в определенном соотношении, что значительно снижает затра­ты на очистку воды.

Эффективность извлечения нитратов и экономичность технологий хлор- и бикар­бонат- ионирования возрастают при применении нитратселективных ионитов.

Для регенерации ионитов при хлор-ионировании воды применяют растворы хлори­да натрия, или кальция, или аммония; при бикарбонат-ионировании - бикарбонат на­трия или калия, при сульфат-ионировании - раствор серной кислоты.

Метод биологической денитрификации подземной воды возможен с применением как автотрофных, так и гетеротрофных микроорганизмов. В производственных услови­ях (Франция, Германия) проверен только последний на установках производительнос­тью от 50 до 400 м³/ч с исходной концентрацией нитратов от 40-60 до 140 мг/л и более. Источник углеродного питания - уксусная кислота или этиловый спирт с биогенной до­бавкой фосфатов или фосфорной кислоты при температуре исходной воды 8-12 °С и рН = 7-8. При температуре воды +5 °С и ниже процесс превращения азота практически прекращается. Конечное содержание нитратов - от 5 до 25 мг/л. Процесс очистки пол­ностью автоматизирован. Очистка воды от нитратов этим способом приводит к повыше­нию в ней содержания бактерий и органических веществ, что требует дополнительной очистки каскадной аэрацией, фильтрацией через кварцевый песок или активированный уголь с последующим обеззараживанием. Второй путь решения проблемы - использо­вание в схеме доочистки воды подземной инфильтрации.

Литературные данные по удалению нитрат-ионов из подземных вод с помощью мембранных методов - электродиализа и обратного осмоса ограничены и относятся к полупроизводственным установкам производительностью от 2 до 7 м³/ч. Для них необ­ходима тщательная предварительная подготовка воды.

Исследуемые установки обратного осмоса с композитными мембранами обеспечивают при исходной концентрации нитратов 100 мг/л эффект удаления 93-95% с полезным выхо­дом воды на 75-80% и соответственно образованием рассола в количестве 20-25% и затра­тах электроэнергии 0,95-1,8 кВтч/м³. При невозможности сброса рассола в открытые водо­источники (моря) рекомендовано концентрировать его реверсивным электродиализом или выпаркой. Такой вариант обеспечивает повышение общего коэффициента использования воды до 98%.

Классификаторы технологий очистки природных вод

К определяющим ингредиентам, как наиболее часто встречающимся, антропогенного происхождения отнесены нефтепродукты, фенолы поверхностно-активные вещества, био­генные соединения (азот аммонийный нитраты, нитриты), пестициды (отдельные виды), не­которые соли тяжелых металлов, хлорорганические соединения и радиационные загрязне­ния, которые и составили восемь подклассов природных вод, характеризующиеся индиви­дуальным интервалом концентраций и временным фактором.

Для предварительного выбора технологии очистки воды помимо расчетных кон­центраций определяющих ингредиентов как уже отмечалось, важно учитывать и фазо-во-дисперсное состояние примесей.

Такие важные факторы, влияющие на качество воды в водоисточнике в течение го­да, как гидрограф стока, требования к санитарным попускам в разные сезоны года, ле­сосплав, рыбозащита, судоходность, гидротехнические разработки должны оцениваться на стадии выбора места водозабора для вновь строящихся объектов водопровода или корректироваться при реконструкции систем водоснабжения. Что касается учета произ­водительности станций водоочистки, то за основу окончательного выбора оптимально­го состава сооружений рекомендуемой технологической схемы должны быть приняты экономические факторы: капиталовложения, годовые эксплуатационные затраты, мини­мальный срок окупаемости, чистый дисконтный доход и др.

3. Определение расчетных расходов воды водоочистных станций Полная производительность очистных сооружений водоснабжения складывается из расчетного расхода воды для суток максимального водопотребления (Q _{max сут}), расхода воды на собственные нужды станции (промывка фильтров, очистка отстойников, камер хлопьеобразования, смесителей, резервуаров чистой воды, и т.д.) и дополнительного расхода воды на пополнение противопожарного запаса (Q _доп).

Станция водоподготовки должна рассчитываться на равномерную работу в течение суток максимального водопотребления, причем должна предусматриваться возможность отключения отдельных сооружений для профилактического осмотра, чистки, текущего и капитального ремонтов (п. 6.7 [1]).

Полная производительность очистной станции определяется максимальным суточным расходом воды с учетом расхода воды на собственные нужды станции и дополнительным расходом по формуле:

Q = α·Q _{max сут.} + Q_доп,

где α – коэффициент, учитывающий расход на собственные нужды очистной станции, принимаем α = 1,14 (без повторного использования промывной воды) (п. 6.6 [1]);

Q _{max сут.} – максимальный расход воды в сутки наибольшего водопотребления, определяемый по формуле:

где К –коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменения водопотребления по сезонам года и дням недели, принимаем согласно СНиП ([1], п. 2.2);

– норма расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды на одного жителя;

N– расчетное число жителей в районах жилой застройки с различной степенью благоустройства;

где Q_доп - расход, который учитывает воду на пожаротушение в населенном пункте, м³/сут;

Q_доп = ,

где q – норма расхода воды на пожар, q = 35 л/с (табл. 5 [1]);

n – число одновременных пожаров, которые могут возникнуть в населенном пункте, n = 2 (табл. 5 [1]);

t – время тушения одного пожара, t=3 ч (п. 2.24 [1]);

Г – время восстановления пожарного объема воды, Г = 24 ч (п. 2.25 [1]).

4. Предварительное осветление воды, целевое назначение процесса. Микро - и макрофильтры, принципы их работы и подбора.Предварительное осветление воды необходимо при содержании взвеси примерно 100 мг / л и больше.  Предварительным осветлением воды предотвращается загрязнение катионитовых фильтров и сохраняется обменная способность катионита на более длительный срок. Предварительным осветлением воды предотвращают загрязнение катионитовых фильтров и сохраняют их обменную способность на более длительный срок.  Для предварительного осветления воды от грубодисперсных примесей применяют горизонтальные или радиальные отстойники, префильтры, крупнозернистые фильтры, гидроциклоны, барабанные сетки.  Установки для предварительного осветления воды перед ионитовыми фильтрами часто проектируют по прямоточной схеме. В этом случае раствор коагулянта при помощи шайбовых дозаторов подается в напорный смеситель, откуда вода, смешанная с реагентом, поступает непосредственно на напорные кварцевые фильтры. Коагуляция взвеси, содержащейся в воде, и ее осаждение осуществляются в теле фильтров. Осветленная вода после фильтров подается на ионитовые фильтры.  Примерами использования метода предварительного осветления воды отстаиванием являются ковши ( каналы-отстойники) станции Днестр Одесского водопровода и Московских водопроводов. [В практике водоподготовки для предварительного осветления воды перед поступлением ее на скорые фильтры применяют горизонтальные ,вертикальные ,радиальные и тонкослойные отстойники. Название отстойников дано в соответствии с направлением и характером движения воды в них. По высоте в отстойниках различают зоны: осаждения, накопления и уплотнения осадка.  Непременным условием рационального использования угольных фильтров является тщательное предварительное осветление воды. Если песчаные фильтры не обеспечивают в должной мере это условие, введением активной кремниевой кислоты интенсифицируют процесс коагуляции. Если установка включает в себя сооружения для предварительного осветления воды, то следует учитывать также расход воды на продувку отстойников или осветлителей и промывку осветлительных фильтров.  предназначены для предварительного осветления воды поверхностных источников, обладающей высокой кратковременной мутностью. В безреагентных схемах очистки воды гидроциклоны успешно заменяют отстойники, в реагантных схемах их используют для предварительного осветления воды перед контактными осветлителями в период паводка.  Осветлители со взвешенным осадком применяются вместо от-стойникоа для предварительного осветления воды перед фильтрами.  В данных конкретных условиях крупные циклоны должны использоваться для предварительного осветления воды от частиц, которые могут засорить отверстия в мультициклонах.  Фильтрование составляет последний этап осветления воды и производится после предварительного осветления воды в отстойниках или осветлителях.  При обесцвечивании воды озоном, в отличие от обеззараживания, предварительного осветления воды не требуется.  Гидроциклоны являются сооружениями, применяемыми для предварительного осветления воды поверхностных источников, обладающих высокой кратковременной мутностью. Работая в безреагентных схемах очистки воды гидроциклоны успешно заменяют отстойники.

Микрофильтры успешно используются для задержания планктона, содержащегося в воде поверхностных источников, — особенно в периоды цветения водохранилищ.

Микрофильтр представляет собой барабан в виде металлического каркаса, покрытого по цилиндрической поверхности фильтрующими элементами из поддерживающих и рабочих сеток (из нержавеющей стали).

Схема устройства микрофильтра приведена на V.49. Вращающийся барабан 1 помещен в камеру 2 так, что его верх примерно на 7з диаметра выходит над поверхностью воды. Из подающего канала 3 осветляемая вода поступает по дырчатой трубе 4 (служащей осью вращения) внутрь барабана и профильтровывается через вращающуюся сетку. Осветленная вода удаляется из камеры по каналу 5. Одновременно осуществляется промывка сетки (в ее верхней части) струями воды из напорного промывного устройства 6. Внутри барабана под верхней (промываемой) частью сетки установлен лоток 7 для сбора отработанной промывной воды, которая отводится по трубе 8, служащей второй опорой вращающегося барабана.

Интенсивность фильтрования принимается от 10 до 25 л/(с-м2). Расход промывной воды составляет 1—3% количества фильтруемой воды. Барабан приводится в движение электродвигателем.

На станциях осветления воды городских водопроводов микрофильтры устанавливаются перед смесителями. Вода насосами первого подъема подается в приемную камеру и оттуда на микрофильтры. Предварительное осветление воды может быть произведено инфильтрационным или подрусловым водозабором, а также в естественных заливах или искусственно созданном ковше. Отстойники и префильтры в отдельных случаях могут быть устроены неотепленными, с выключением их из работы в зимний период, когда вода в источнике обычно имеет низкую мутность

5. Смешение реагентов с водой. Типы, используемых в практике водоснабжения, смесителей и методы их расчета

6. Реагентное хозяйство станций водоподготовки, способы хранения и приготовления реагентов, аппаратура, используемая для этих целей. Определение потребности станции водоподготовки в реагентах.

Реагентное хозяйство представляет собой комплекс сооружений, обеспечивающий хранение запасов реагентов, приготовление-растворов, внутреннее транспортирование и дозирование их.

В качестве основных реагентов, используемых при осветлении и обесцвечивании хозяйственно-питьевой воды, применяются: сульфат алюминия, алюминат натрия, хлористый алюминий, оксихлорид алюминия, сульфит железа, сульфат железа. хлорное железо, гашеная известь, сода, полиакриламид, озон и др.

Состав и дозы реагентов, последовательность и места их введения в обрабатываемую воду, начало и конец периода применения различных реагентов устанавливаются главным инженером или технологом станции совместно с заведующим лабораторией на основании физико-химических, санитарно-бактериологических и технологических анализов исходной воды и воды, прошедшей обработку на отдельных сооружениях, а также с учетом опыта производственной обработки ее на собственной станции или на аналогичных станциях. Принятые технологические схемы обработки воды утверждаются по представлению начальника водопроводной станции и согласуются с местными органами Государственного санитарного надзора.

Место ввода реагентов и их ориентировочные дозы, принимаемые при проектировании реагентного хозяйства, в ходе эксплуатации станций постоянно корректируются.

Твердые реагенты растворяются в растворных баках по инструкциям, составленным на основе типовых, но с учетом местных условий. Растворение реагента может осуществляться как по массе, так и по объему. Учет расхода реагентов, подаваемых со склада, производится по сменам. Крепость раствора реагентов контролируется по его плотности или титрованием

Рабочие, занятые на транспортировке реагентов (особенно извести, хлорной извести и активированного угля), должны работать в спецодежде и по окончании смены принимать душ. Взвешивание хлорной извести вручную и ее дозирование следует производить в противогазах.

Проверка дозирующих устройств производится, как правило, ежеквартально, но не реже 2 раз в год и заключается в осмотре арматуры, проверке отсутствия засорений, состояния соединений и т. п.

Известны две схемы организации реагентного хозяйства: первая - предусматривает получение с заводов-поставщиков готовой продукции, которую затем с помощью специальных дозаторов вводят в обрабатываемую воду; вторая - основана на получении с заводов полуфабрикатов, нуждающихся в дальнейшей обработке и доведении до продукта, удобного для дозирования.

Употребляемые при обработке воды реагенты вводятся в виде порошков или гранул (сухое дозирование) либо в виде водных растворов или суспензий (мокрое дозирование). Оба способа дозирования требуют организации на водоочистном комплексе реагентного хозяйства. В первом случае на водоочистном заводе должны быть предусмотрены склад готовой продукции и аппараты-дозаторы. Во втором - учитывая, что реагенты поступают в виде полуфабрикатов, необходимо предусмотреть помимо склада аппаратуру для приготовления растворов (или суспензий) реагентов и дозирования в обрабатываемую воду. При этом возможно складирование реагентов в сухом виде навалом или в специальной таре либо в виде высококонцентрированных растворов в специальных емкостях.

Во избежание потерь коагулянта в результате слеживания, а также при выполнении трудоемких погрузочно-разгрузочных работ при доставке коагулянта и загрузке растворных баков в настоящее время широко распространено хранение коагулянта в жидком виде. С этой целью на водоочистном заводе предусматривают резервуары большего объема (рис.4.1), в которых заготовляют расчетный запас коагулянта в виде раствора высокой концентрации (до 30%), загружая их коагулянтом, доставляемым с завода-изготовителя в кусках. В процессе эксплуатации концентрированный раствор коагулянта передают в расходные баки, где доводят раствор до рабочей концентрации 10-12%, а затем дозируют в обрабатываемую воду.

Для хранения реагентов в сухом виде предусматривают закрытые помещения на первом этаже вблизи от растворных баков. При хранении навалом сульфата алюминия и негашеной извести высоту слоя принимают соответственно 1,5 и 2 м, а при наличии соответствующей механизации допускается увеличение высоты слоя до 2,5 и 3,5 м. Высоту слоя поваренной соли следует принимать до 2 м.

Склад для хранения кислот следует изолировать от остальных складских помещений. Он должен иметь надежную приточно вытяжную систему вентиляции. При его проектировании необходимо учитывать правила оборудования и содержания складов для хранения сильнодействующих и ядовитых веществ. Это также относится к складам хлора и аммиака, которые рекомендуется размещать в пониженных точках территории водоочистного комплекса.

Расходный склад хлора должен иметь объем для хранения не более 100 т, полностью изолированный отсек до 50 т. Склад рекомендуется размещать в полузаглубленных или наземных зданиях с двумя выходами с противоположных сторон. Хранят хлор в баллонах или контейнерах. Склад активного угля рекомендуется располагать в отдельном помещении, относящемся по пожарной опасности к категории В. При мокром хранении поваренной соли (при суточном расходе более 0,5 т) объем баков-хранилищ определяют из расчета 1,5 м³ на 1 т реагента. Склад для хранения запасов ионообменных материалов рассчитывают на объем загрузки двух катионитовых фильтров и по одной загрузке фильтров со слабо - и сильноосновным анионитом в случае их применения.

Очевидно, что от технологии улучшения качества воды зависят состав и насыщенность реагентного хозяйства. Так, помимо цехов коагулирования, хлорирования, известкования могут быть цехи углевания, фторирования и т.д.

При проектировании складов реагентов необходимо предусматривать механизацию их выгрузки из транспортных средств и загрузки в реагентные баки путем использования транспортеров и механических лопат.

Склад для хранения фильтрующих материалов и подбор оборудования проектируют из расчета 10%-ного ежегодного пополнения и обмена фильтрующей загрузки и хранения аварийного запаса на перегрузку одного фильтра при общем количестве до 20 и двух фильтров - при большем количестве. Для загрузки фильтров рекомендуется использовать водоструйные и песковые насосы. При отсутствии централизованной поставки гравия и фильтрующих материалов необходимо предусматривать на водоочистном комплексе специальный цех и оборудование для хранения, дробления, сортировки, отмывки и передачи указанных материалов на фильтры.

При организации реагентного хозяйства на водоочистном комплексе следует учитывать особенности хранения реагентов, а, именно: известь можно помещать в одном складе с коагулянтами; хлорную известь необходимо хранить в деревянных бочках в отдельном сухом, прохладном, хорошо вентилируемом помещении.

При хранении реагентов для фторирования воды должны соблюдаться особые условия ввиду их токсичности. Так, фтор - содержащие реагенты хранят на складе при температуре не ниже 5ºС в заводской таре (стальных или фанерных барабанах, деревянных бочках массой нетто 50-150 кг), распечатывать и заполнять порошкообразным реагентом переносную тару, а также затворять реагент водой следует в отдельной комнате, изолированной от помещения фтораторной. Эту комнату необходимо оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией с 12-кратным обменом воздуха в течение 1 ч с учетом резервной вентиляции с 6-кратным обменом воздуха в течение 1 ч. Хорошо вентилируемые склад и фтораторная должны быть надежно изолированы от других помещений; транспортирование фторсодержащих соединений механизируют.

7. Реагентная обработка воды, её назначение, типы реагентов, используемых в технологии водоподготовки, принципы, лежащие в основе определения дозы реагентов.Для коагулянта и угольного порошка может быть применено сухое дозирование. Точность работы дозаторов (по объему или по массе) проверяется не реже 1 раза в смену. При приготовлении известкового молока в нем содержится много нерастворимых примесей, являющихся балластом в процессах подщелачивания и стабилизации воды. Для доочистки известкового молока от нерастворимых примесей могут применяться гидроциклоны диаметрами 75, 125 и 150 мм. Перед подачей известкового молока на гидроциклон и предварительным отделением крупных частиц в отстойном баке известковое молоко рекомендуется разбавлять до рабочей концентрации l-f-2 % по СаО. При использовании железного купороса одновременно с коагуляцией рекомендуется применять известкование воды, доводя рН до 9ч-9,5. При меньших значениях рН гидролиз солей двухвалентного железа не протекает до конца, а скорость окисления ионов закисного железа в окисное кислородом, растворенным в воде, недостаточна. Для ускорения гидролиза обрабатываемую воду необходимо хлорировать перед введением закисного железа.

Фторирование воды осуществляется после фильтрования, перед поступлением воды в водопроводную сеть, часто совместно с хлорированием. Для фторирования воды применяются 35 % кремне-фтористоводородной кислоты, 90-=-95 % фтористого натрия, 99 % кремнефтористого натрия и др. При фторировании воды необходимо соблюдать положения: постоянство поступающей на обработку воды; точность дозирования фтора и глубокое перемешивание его с водой; измерение и контроль концентрации фтора после обработки воды.

Фтористые соединения в процессе фторирования воды подаются сухими питателями с точностью дозирования ±3 % или гравиметрическими питателями с точностью дозирования ±1 %.

Дозирование жидких реагентов осуществляется напорными или вакуумными дозаторами. Предпочтение необходимо отдавать вакуумным дегазаторам. Хлорная вода и водный раствор сернистого газа, образующиеся в газодозаторах, должны подаваться к месту их введения в обрабатываемую воду по резиновым шлангам, аммиачная вода и аммиак — по железным трубам. Смешение аммиака с водой должно производиться близ места его введения в обрабатываемую воду в особых смесительных колонках специальной конструкции.

Отклонение от заданных доз, а также перерывы в их подаче не допускаются. Бесперебойность подачи достигается установкой запасных дозаторов, наличием оборудования и запасных частей, необходимых для неотложного ремонта. Съем или расход газа с одного баллона без подогрева при нахождении его в помещении с /= 154-18 °С не должен превышать для хлора 500 г/ч. Для увеличения объема может быть использовано подогревание хлора. При этом необходимо иметь в виду, что по требованиям техники безопасности категорически запрещается на хлорпроводах устанавливать испарители трубчатого типа, резервуары, открытые змеевики или другие емкости. Подогрев должен осуществляться только в закрытых змеевиковых испарителях. Испарители этого типа представляют собой вертикальные емкости — кожухи, в которых протекает вода, подогретая до температуры не выше 40— 50 °С, и расположен змеевик для жидкого хлора, превращающегося в газообразный.

Очистка газа перед впуском его в газодозатор осуществляется в промежуточном баллоне (ресивере). Ресивер помещается между редукционным вентилем рабочих баллонов (или коллектором, собирающим хлор от нескольких бочек или баллонов) и входным вентилем газодозатора. Один промежуточный баллон может обслуживать до 8 рабочих баллонов.

На кинетику процесса осветления и обесцвечивания воды реагентами большое влияние оказывают цветность и мутность исходной воды, ионный состав ее, рН, температура, наличие в ней фито- и зоопланктона; на протекание процесса существенное влияние оказывают перемешивание, место и последовательность ввведения реагентов, состав и особенности очистных сооружений и т. п. Таким образом, на дозу реагентов оказывает влияние весь перечисленный комплекс физико-химических, биологических и технологических параметров.

Большое число переменных факторов, их взаимосвязь, а также наличие значительного числа неизвестных неизмеряемых параметров не позволяют выразить эти связи с помощью обычных функциональных зависимостей.

Условия разгрузки реагентов и работы на складах должны удовлетворять требованиям техники безопасности и охраны труда. Разгрузка реагентов из автомашин и вагонов, а также подача их к местам приготовления и ввода в устройства водопроводной станции должны осуществляться с максимальным использованием механизмов.

Дозирование жидких реагентов осуществляется напорными или вакуумными дозаторами. Предпочтение необходимо отдавать вакуумным газодозаторам. Хлорная вода и водный раствор сернистого газа, образующиеся в газодозаторах, должны подаваться к месту их введения в обрабатываемую воду по резиновым шлангам, аммиачная вода и аммиак — по железным трубам. Смешение аммиака с водой должно производиться близ места его введения в обрабатываемую воду в особых смесительных колонках специальной конструкции.

Отклонение от заданных доз жидких реагентов, а также перерывы в их подаче не допускаются. Бесперебойность подачи достигается установкой запасных газодозаторов, наличием оборудования н запасных частей, необходимых для неотложного ремонта.

8. Камеры хлопьеобразования, их назначение, классификация, устройство и принципы расчета.

камеры хлопьеобразования предназначены для создания благоприятных условий на завершающей второй стадии процесса коагуляции — хлопьеобразования, чему способствует плавное перемешивание потока. На размеры образующихся хлопьев в процессе медленного перемешивания обрабатываемой воды влияет его интенсивность и продолжительность, солевой состав воды, природа примесей (коллоидные или диспергированные), а также силы адгезии, удерживающие частицы примесей связанными между собой. Укрупнение образующихся в процессе гидролиза коагулянта хлопьев происходит постепенно в течение некоторого времени, варьируемого согласно СНиПа в пределах 6 ... 30 мин и более. Первоначально протекает стадия скрытой коагуляции, характеризующаяся формированием первичных мельчайших хлопьев, которые затем укрупняются и образуют крупные видимые агрегаты.

В современной практике камеры хлопьеобразования встраивают в отстойники или располагают вплотную к ним с тем, чтобы избежать разрушения хлопьев при передаче воды из камеры в отстойник. Согласно СНиП скорость движения воды из камеры в отстойник не должна превышать 0,1 м/с для мутных вод и 0,05 м/с для цветных.

При выборе типа камеры хлопьеобразования следует руководствоваться производительностью водоочистного комплекса, качеством исходной воды и конструкцией отстойника.

Перегородчатая камера хлопьеобразования (применяют с горизонтальными отстойниками) представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар с перегородками, образующими 9 ... 11 коридоров шириной не менее 0,7 м, через которые последовательно проходит вода со скоростью 0,2 ... 0,3 м/с в начале камеры и 0,05 ... 0,1 м/с в конце за счет увеличения ширины коридоров. Подключая к работе то или иное число коридоров, можно регулировать продолжительность пребывания обрабатываемой воды в камере в зависимости от ее качества. Дно коридоров камеры выполняют с продольным уклоном 0,02 ... 0,03 для удаления осадка при чистке. Среднюю глубину камеры принимают 2 ... 2,5 м, продолжительность пребывания воды в камере 20 ...40 мин (минимальное время —для мутных вод, максимальное — для цветных с пониженной температурой).

В перегородчатых (одно- или двухэтажных) камерах, вплотную примыкающих к горизонтальным отстойникам, перемешивание воды достигается многократным изменением направления ее движения в вертикальной или горизонтальной плоскости. Перегородчатые камеры применяют на крупных водоочистных комплексах: с вертикальным движением воды до 60 тыс. м3/сут; с горизонтальным — при большей подаче.

Расчет камеры перегородчатого типа заключается в нахождении ее объема, размеров в плане, числа и ширины коридоров и общей потери напора в сооружении.

Вихревая камера хлопьеобразования выполнена в виде железобетонного конического или пирамидального резервуара (с углом конусности 50... 70°), обращенного вершиной вниз. Обычно ее встраивают в горизонтальный отстойник или располагают вплотную к нему. Принцип работы камеры заключается в том, что перемешивание воды происходит при ее движении снизу вверх вследствие значительного уменьшения скорости движения (от 0,7 ... 1,2 до 0,004 ... 0,005 м/с) в результате резкого увеличения площади поперечного сечения. Время пребывания воды в камере составляет от 6 (для мутных вод) до 12 мин (для цветных вод). Передачу воды из камеры в отстойник следует осуществлять при скорости ее движения в сборных лотках или трубах, а также в их отверстиях не более 0,05 м/с для цветных вод и 0,1 м/с — для мутных.

При устройстве желоба необходимо предусматривать треугольные водосливы или затопленные отверстия для равномерного сбора воды. В современных конструкциях вихревых камер хлопьеобразования предусматривают встраивание тонкослойных модулей, что повышает эффект хлопьеобразования и улучшает гидравлические условия их работы.

Камера хлопьеобразования зашламленного типа (рис. 6.1,б), предложенная И. М. Миркисом, с вертикальными перегородками применяется для вод с мутностью до 1500 мг/л. Ее размещают в начале коридора отстойника или вплотную с ним и выполняют в виде железобетонного пирамидального резервуара (с углом конусности порядка 45°). В основаниях перевернутых пирамид размещают напорные перфорированные водораспределительные трубы, расстояние между которыми в осях — 2 м, от стенки камеры— 1 и. Отверстия трубы диаметром не менее 25 мм направлены вниз под углом 45°, их суммарная площадь должна составлять 30 ... 40% от площади сечения распределительной трубы. Скорость движения воды в распределительных трубах принимают 0,5 ... 0,6 м/с. Для соблюдения постоянства скорости движения воды распределительные трубы рекомендуется выполнять телескопическими с косыми переходами.

При расчете камеры первоначально определяют ее объем по времени пребывания воды и площадь ее верхней части по скорости восходящего движения. Затем находят габариты широкой и узкой частей камеры, вычисляют их объемы, складывают и проверяют фактическое время пребывания воды в ней.

Водоворотная камера хлопьеобразования совмещается с вертикальным отстойником и располагается в центральном стакане. Вода подается в верхнюю часть камеры соплом, расположенным на расстоянии 0,2 диаметра камеры от стенки на глубине 0,5 м от поверхности воды, или соплами, закрепленными в ее центре в виде неподвижного сегнерова колеса. Выходя из сопел со скоростью 2 ... 3 м/с, вода приобретает вращательное движение вдоль ее стенок и движется сверху вниз. Для гашения вращательного движения воды при ее переходе в отстойник, которое могло бы ухудшить его работу, в низу камеры устанавливают гаситель в виде крестообразной перегородки высотой 0,8 м с ячейками 0,5x0,5 м. Время пребывания воды в камере принимают 15 ... 20 мин, а ее высоту 3,5 ... 4 м.

Область применения водоворотных камер определяется применимостью вертикальных отстойников, т. е. качество обрабатываемой воды практически любое при суточной подаче до 5—8 тыс. м3.

При расчете водоворотных камер первоначально находят ее площадь по времени пребывания воды, а затем зная ее высоту, определяют диаметр.

Хорошо себя зарекомендовала на практике при обработке маломутных цветных вод камера хлопьеобразования зашламленного типа с рециркуляцией шлама, предложенная ЛНИИ АКХ им. К. Д. Памфилова (рис. 6.3). Обрабатываемая вода вводится в нижние части секций камеры со скоростью 1 м/с и поступает в центрально расположенные эжектируемые вставки, засасывая воду с осадком из объема секций. Таким образом, в каждой секции происходит непрерывное движение взвешенного осадка, обеспечивающее контактирование агрегативно неустойчивых примесей и их агрегацию. Постепенно обрабатываемая вода переходит из камеры в камеру и далее в отстойник. Время пребывания воды в камере 20 ... 30 мин.

Флокуляторы

В механических камерах хлопьеобразования (флокуляторах), рекомендуемых СНиП при обработке мутных вод и применяемых на крупных водоочистных комплексах (рис. 6.4), плавное перемешивание воды для завершения процесса коагулирования ее примесей осуществляется механическими пропеллерными или лопастными мешалками. Мешалка может иметь одну или несколько лопастей. Флокуляторы обычно встраивают в горизонтальные отстойники и рассчитывают на время пребывания воды в них 30 ... 40 и до 60 мин при реагентом умягчении. Число мешалок принимают 3 ... 5. Скорость движения воды во флокуляторе уменьшается 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. Скорость вращения мешалок принимают 0,3 ... 0,55 м/с в зависимости от качества исходной воды.

Флокуляторы устраивают с мешалками на вертикальной или горизонтальной оси. В первом случае их обычно оборудуют моторами с переменной скоростью вращения, во втором — один двигатель обслуживает несколько мешалок. Мешалки располагают в начале коридора отстойники в два ряда и более и разделяют перегородками для циркуляции воды. Флокуляторы выполняют различной формы в плане: квадратными, круглыми и прямоугольными. Оптимально применение пропеллерных мешалок, создающих аксиальные потоки, что ослабляет процесс разрушения образовавшихся хлопьев.

Исследования флокуляторов, выполненные в МГСУ (Г. И. Николадзе, Ч. С. Лай), показали, что число цилиндрических секций камеры следует принимать не менее трех с зигзагообразной траекторией движения воды, структура градиента скорости должна быть убывающей по ходу воды от 100 до 25 ... 50 с-1 в последней секции, мешалки целесообразно размещать на вертикальной оси. Данные табл. 6.1 дают представление о величинах критерия Кэмпа при обработке вод разного состава.

Преимуществами флокуляторов по сравнению с камерами гидравлического типа являются небольшие потери напора, конструктивная простота, оптимизация процесса хлопьеобразования адекватно качеству обрабатываемой воды.

К числу недостатков флокуляторов следует отнести дополнительный расход электроэнергии, наличие в воде деталей, к материалам на изготовление которых предъявляются высокие требования, что удорожает сооружение в целом.

Методика расчета флокуляторов аналогичная принятой для перегородчатых камер хлопьеобразования

Аэрофлокуляторы

Хорошее хлопьеобразование достигается барбатированием обрабатываемой воды сжатым воздухом. При этом одновременно с хлопьеобразованием происходит насыщение воды кислородом воздуха и удаление оксида углерода. Равномерное распределение воздуха в массе обрабатываемой воды достигается либо системой из пористых или перфорированных труб (рис. 6.5), либо ложным дном из пористых плит. Глубина слоя воды принимается в пределах 2,5—4,5 м, интенсивность подачи воздуха варьируется в пределах 0,05— 0,06 л/(с-м2), давление воздуха в подающем трубопроводе должна быть порядка 5 МПа. Воздухораспределительные трубы, располагаемые поперек камеры с шагом 0,2—0,3 м, на расстоянии 1,0 м от дна, имеют по нижней образующей отверстия диаметром 2 мм при шаге 0,125—0,15 м. По А. В. Бутко преимущества аэрофлокуляторов заключаются в гибкости регулирования процесса хлопьеобразования адекватно качеству обрабатываемой воды, низкой стоимости и простоте устройства. К числу недостатков следует отнести дополнительный расход электроэнергии на компрессию воздуха.