Ланина лекция

Формат документа: doc
Размер документа: 11.61 Мб





Прямая ссылка будет доступна
примерно через: 45 сек.



  • Сообщить о нарушении / Abuse
    Все документы на сайте взяты из открытых источников, которые размещаются пользователями. Приносим свои глубочайшие извинения, если Ваш документ был опубликован без Вашего на то согласия.

1 СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД.
Природные воды представляют собой сложные системы, содержащие растворенные вещества в виде ионов и молекул, минеральные и органические соединения в форме коллоидов, суспензий и эмульсий. В воде растворены газы, входящие в состав атмосферы, а также вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности водных организмов и протекания процессов химического взаимодействия в самой водной среде .
В качестве источников водоснабжения могут быть использованы подземные и поверхностные воды, в безводных районах - атмосферные осадки в виде дождя и снега.
Состав поверхностных вод определяется климатическими и геоморфологическими факторами, почвенно-геологическими условиями; подземных - зависит от условий формирования залежи.
Химический состав природных вод определяется:
Главными ионами - натрий, калий, кальций, магний ,сульфаты, карбонаты, хлориды, гидрокарбонаты (М составляет 1.5 и более г/ л ); Растворенные газы - азот, кислород, углекислый газ, метан, сероводород, аммиак и др.;
Биогенные элементы - соединения фосфора, азота, кремния; Микроэлементы - литий , рубидий, стронций, йод, бром, бор, цезий и др.; Органические вещества (150 мг/л и более );
Состав мехпримесей природных вод определяется наличием глинистых, песчаных, гипсовых, известковых и коллоидных частиц ( кремнекислота, гидроокись железа, гуматы и т.д.). Содержание взвешенных частиц в воде колеблется от нескольких единиц до десятков тысяч мг/л. Подземные воды характеризуются невысоким содержанием органических веществ но значительным уровнем минерализации ( соли жесткости, железо, бор, марганец, бром, фтор), а иногда и растворенных газов.
Кульским предложена классификация примесей воды на 4 группы: Примеси первой группы попадают в водоемы в результате эрозии почв, образуют в воде суспензии и эмульсии, кинетически неустойчивы ,в состоянии покоя выпадают в осадок.
Примеси второй группы представляют собой коллоидные частицы, ПАВы, вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным частицам. Примеси третьей группы - это молекулярно растворимые вещества. Примеси четвертой группы - это вещества, находящиеся в воде в ионном виде.
Различают показатели качества воды : физические, химические, биологические, бактериологические.
Физические показатели качества воды Температура
Подземные источники - температура воды находится в пределах 8-12 град.
Поверхностные источники - температура воды зависит от времени года, от поступления в них подземных вод, сбросов охлаждающей воды, изменяется от 0.1 до 30 градусов, оптимальная температура воды для х/п водоснабжения 7-11 градусов.
Прозрачность, мутность и взвешенные вещества.
Характеризуют наличие в воде суспензированных частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей. Мутность не должна превышать 1.5 мг/л.
Цветность воды
Обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, белковых соединений, органических кислот и их солей , соединений железа и марганца, цветением водоема. Цветность воды измеряется в градусах платино-кобальтовой шкалы, для питьевой воды не должна превышать 20 градусов.
Привкусы и запахи .
Могут быть естественного и искусственного происхождения, различают 4 вкуса ( соленый, горький, сладкий, кислый ). Интенсивность и характер запахов и привкусов воды определяют органолептически по пятибальной шкале, допустимое значение привкусов и запахов определяется ГОСТом 2874- 42, при 20 градусах вкус и запах не должны превышать 2 баллов.
Сухой остаток.
Характеризует содержание в воде примесей в основном неорганического происхождения, прокаленный остаток показывает присутствие только неорганики. Согласно ГОСТ 17.3.03- 77 сухой остаток в воде природного источника не должен превышать 1 г/ л.
Величина сухого остатка нормируется в производстве кино- и фотопленки, производствах органического синтеза, для питательной воды паровых котлов и т. д.

ИОННАЯ СИЛА РАСТВОРА. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ.
Важнейшая физико-химическая характеристика солевого состава обрабатываемой воды и методов обработки.
ПОКАЗАТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДНЫХ ИОНОВ.
В природных водах величина рН определяется количеством растворенного углекислого газа, гидролизом солей щелочных и щелочноземельных металлов, присутствием гуминовых кислот или промышленных отходов. Величина рН поверхностных вод находится в пределах 6,5 - 8,5 и определяется углекислотным равновесием.
ОКИСЛЯЕМОСТЬ ВОДЫ
Перманганатная окисляемость - количество кислорода , необходимое для окисления органических и легко окисляющихся неорганических соединений. Бихроматная окисляемость - количество кислорода, необходимое для окисления всех видов загрязнений в кислой среде в присутствии бихромата калия.
Биологическое потребление кислорода - количество кислорода необходимое для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в окислении загрязняющих веществ.

Химические показатели качества воды

Активная реакция среды - является показателем кислотности или щелочности воды. По показателю рН природная вода подразделяется на кислую рН = 1 - 3; слабокислая рН = 4 - 6 ; нейтральная рН =7; слабощелочная рН =8-10; щелочная рН =11 — 14; Природная вода как правило имеет рН = 6.5 -8.5 , что соответствует требованиям ГОСТа на питьевую воду.
Перманганатная окисляемость воды - показывает количество кислорода необходимое для окисления легко окисляемых органических примесей в присутствии сильного окислителя ( перманганата калия ). Артезианские воды , ПО = 2 мг О / л ; грунтовые воды , ПО = 5 - 8 мг О / л; реки, ПО = 40 - 60 мл О / л; болотные воды , ПО = 400 мг О / л.
Азотсодержащие вещества ( аммоний, нитриты, нитраты ) образуются в воде в результате разложения ( окисления ) белковых соединений под действием микроорганизмов . Повышенное содержание нитратов в воде приводит к нарушению окислительной способности крови.
ПДК = 45 мг \ л.

Хлориды и сульфаты.
Присутствуют во всех природных водах, являются причиной агрессивности воды по отношению к бетону( образование сульфата и хлорида кальция, растворимость которых в воде значительно выше , чем карбонатов ).
Присутствие в воде ионов хлора и сульфат- ионов приводит к нарушению функции желудочно - кишечного тракта.
Щелочность воды.
Обусловлена суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот, определяет стабильность воды. Различают бикарбонатную , карбонатную и гидратную щелочность воды.
Жесткость воды.
Обусловлена присутствием в воде ионов кальция и магния. Различают карбонатную , некарбонатную и общую жесткость воды. Присутствие в воде ионов кальция способствует укреплению костной ткани и выводу из организма ионов кадмия, избыток которых приводит к нарушению работы сердечно- сосудистой системы.
Повышенная жесткость приводит к сложностям при эксплуатации систем водообеспечения как промышленных предприятий, так и водоводов х/ п назначения ( накипь, осадки на поверхности труб ).
Железо и марганец.
Железо присутствует в воде в виде двух- и трехвалентных ионов , органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений в форме тонкодисперсной взвеси, сульфида и гидроксида железа. Использование для питьевых целей воды с повышенным содержанием железа вызывает болезнь печени ( гемосидерит ), избыток марганца придает воде окраску и вяжущий привкус , употребление воды с повышенным содержанием марганца приводит к заболеваниям костной системы.
Повышенные концентрации железа и марганца в воде промпредприятий способствуют развитию в ней железистых и марганцевых бактерий, продукты жизнедеятельности которых вызывают уменьшение сечения водопроводной аппаратуры ( трудно растворимые осадки ).
Содержание железа и марганца строго нормируется для воды, используемой в текстильной, пищевой промышленности и в органическом синтезе.
Соединения кремния встречаются в природных водах в форме органических и минеральных солей от десятых долей до нескольких мг в 1 л. Содержание кремния в питьевой воде не нормируется.
Соединения фосфора встречаются в виде суспендированных частиц минерального и органического происхождения, ионов ортофосфорной кислоты, растворенные формы фосфора в природной воде способствуют активному развитию флоры водоема - зарастанию, загниванию. В питьевой воде концентрация ионов фтора не нормируется.
Фтор. Является активным микроэлементом , влияющим на обмен веществ и формирование костной ткани человека , недостаток фтора в воде приводит к активному развитию кариеса , избыток - к флюорозу, поэтому содержание фтора в воде должно находиться в пределах 0.7 - 1.5 мг / л.
Бор. В концентрациях превышающих ПДК ухудшает обмен веществ, вызывает заболевания печени и желудочно-кишечного тракта. ПДК - 0.5 мг / л.
Бром. Повышенное содержание брома в питьевой воде снижает реакцию нервных окончаний на раздражение, отрицательно сказывается на функции печени и почек, способствует вымыванию калия из организма и увеличению азота в мочевине. ПДК =0.2 мг /л.
Йод. Биологический микроэлемент , недостаток вызывает развитие болезни Дауна, снижению иммунитета, нарушению функции щитовидной железы ( гипофукнкция), избыток - гиперфункция щитовидной железы.
ПДК = 10 мг/л.
Растворенные в воде газы.
Углекислый газ. В зависимости от рН углекислота присутствует в воде в разных формах ( растворенный газ, гидрокарбонат-ион, карбонат-ион ). В зависимости от формы угольной кислоты в воде она может быть агрессивна по отношению к бетону, металлу или склонна к выделению карбоната кальция.
Сероводород . Продукт распада органических соединений и растворения минеральных солей. В поверхностных водах присутствует в придонных слоях в незначительных количествах, в подземных- его содержание может достигать нескольких десятков мл / л. Наличие сероводорода в воде придает ей неприятный запах, вызывает коррозионное растрескивание труб, может вызывать активное развитие серобактерий, способствуещего зарастанию трубопроводов. В зависимости от рН воды сероводород может быть в трех формах: рН = 6,5 сероводородная кислота; рН = 6.5 - 12.5 гидросульфид-ион, рН= 12.5 - 14 сульфид - ион.
Кислород. В артезианских водах кислород отсутствует, в поверхностных его концентрация зависит от парциального давления в воздухе и температуры воды. Насыщение воды кислородом придает ей свежий вкус.
Азот. В природные воды поступает из воздуха. Ионы аммонийного азота, нитраты и нитриты образуются в воде в результате разложения органических соединений под действием микроорганизмов. Метан. Присутствует в болотных водах концентрация достигает 30 мг/ л.
Гидробионты.
Планктон- обитатели водоемов в толще воды;
Бентос - обитатели на дне водоема ;
Нейсон - организмы, населяющие поверхностную пленку воды;
Пагон - организмы, пребывающие зимой в толще льда в состоянии
анабиоза.
Гидрофлора. Определяется макро- и микрофитами. Макрофиты -высшая водная растительность, микрофиты - водоросли ( зеленые, сине-зеленые, эвгленовые, диатомовые).
Патогенные кишечные простейшие. Бактерии и вирусы.
Определяют безопасность воды в паразитарном отношении.
Использование воды для хозяйственно- питьевых и промышленных целей определяет ее качество, поэтому после выбора источника водоснабжения необходимо выбрать технологию подготовки воды, которая обеспечит подачу воды потребителю требуемого качества. Требования к качеству воды для хозяйственно- питьевых целей определяется ГОСТ 2874-82, качество воды для промпредприятий определяется технологическим процессом. САНПИН "Вода питьевая" 2.1.4.1074-04

МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВОДОПОДГОТОВКИ

Кондиционирование воды представляет собой комплекс физических,
физико-химических и биологических методов обработки воды
способствующих улучшению ее качества.
Все разнообразные функции, возлагаемые на очистные сооружения, могут
быть сведены к следующим:
Осветление - удаление взвешенных веществ, снижение мутности воды;
Обесцвечивание - устранение растворенных веществ, придающих воде
окраску;
Обеззараживание - уничтожение содержащихся в воде бактерий; Обессоливание - удаление растворенных солей; Умягчение - удаление ионов жесткости;
Дегазация - удаление растворенных газов;
Дезодорация - удаление привкусов и запахов;
Стабилизация - обработка воды, предупреждающая коррозионную
активность воды и вероятность карбонатных отложений на оборудовании.
Обогащение воды - насыщение воды ионами, содержание которых ниже
кондиционных концентраций. Решение всех поставленных задач перед проектированием очистных сооружений достигается правильным выбором технологической схемы

Классификация технологических схем. Реагентные и безреагентные.
Обработка воды с применением реагентов требует значительных эксплуатационных затрат (реагенты, оборудование, электроэнергия ) затраты на строительство ниже ( земляные работы , размеры отстойников, территория под строительство ), чем в безреагентных схемах. Эффективность очистки при использовании реагентов повышается , продолжительность обработки сокращается.
Схемы с глубокой и неполной обработки воды.
Технологические схемы для глубокой очистки воды используют для подготовки воды хозяйственно- питьевого и промышленного водоснабжения. Схемы неполной обработки используют для подготовки технической воды.
Одно- и многоступенчатые схемы.
Если одна или несколько операций очистки повторяются многократно, схема называется многоступенчатой. Число технологических процессов и ступеней определяется требованиями к качеству воды.
Самотечные и напорные.
В самотечных системах водоочистных сооружений вода протекает под действием силы тяжести. В напорных системах вода течет по водоочистным сооружениям закрытого типа под давлением, создаваемым насосами. Состав и технологическую схему работы самотечных систем представляют в виде высотной схемы в профиле основных сооружений водоочистной станции.
ВЫСОТНАЯ СХЕМА
Высотную схему начинают составлять с наиболее низко расположенного сооружения - резервуара чистой воды. При определении отметок уровней воды в элементах сооружений водоочистной станции за начальную принимают отметку поверхности земли площадки водоочистной станции, отметку наивысшего уровня воды в резервуаре чистой воды обычно назначают на 0,5 м выше отметки поверхности земли.
Для предварительного построения высотной схемы можно принять потери напора : контактная камера - 0.3- 0.5м; устройство ввода реагентов 0.1-0.3м;в микрофильтрах и барабанных сетках 0.4-0.6 м; в гидравлическом смесителе - 0.5- 0.6м ; в механическом смесителе 0.1-0.2 м; и т. д .( стр.643). Отметки уровней воды в каждом сооружении определяют путем последовательного суммирования потерь напора в предыдущих сооружениях.
Определение потерь напора в коммуникациях выполняют расчетным путем, исходя из скорости течения воды в трубах, их длины и местных сопротивлений .
При проектировании очистных сооружений и привязке их, необходимо учитывать рельеф местности, глубину залегания грунтовых вод, максимальный уровень воды в водоеме в период паводка, возможность самотечного отвода сточных вод и осадка с очистных сооружений.


1. Физико-химические основы коагулирования примесей.
Природные поверхностные воды представляют собой коллоидные растворы, размеры частиц в которых приближаются к размерам молекул и имеют как правило отрицательный заряд. Коллоидные растворы характеризуются агрегативной устойчивостью и процесс их очистки является сложной задачей. Для укрупнения мелкодисперсных частиц , увеличения скорости их осаждения и способности задерживаться пористыми фильтрами применяют коагуляцию.
Коагуляция - это процесс разрушения коллоидных частиц под действием электролита, электрического или магнитного полей, сопровождающийся укрупнением диспергированных частиц и сорбцией их на поверхности гидратированного электролита.
Коагуляция завершается образованием хлопьев, видимых невооруженным глазом, и отделением их от жидкой среды. Различают два типа коагуляции: конвективная коагуляция( проходящая в свободном объеме) и контактная ( в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка ).
Строение коллоидной частицы - самостоятельная проработка.
При нагревании или замораживании, добавлении в воду электролита, воздействии электрического или магнитного полей происходит разрушение двойного электрического поля и нарушение агрегативной устойчивости.
Природная вода содержит гидрофильные и гидрофобные примеси. Гидрофильные примеси представлены в основном органическими веществами,содержащими в своем составе полярные группы (-ОН, -СООН). Эти группы гидратированы и поэтому агрегативно устойчивы. Обработка воды, содержащей органические вещества в растворенном или коллоидном состоянии электролитами приводит к нарушению агрегативной устойчивости раствора.
Гидрофобные примеси в воде представлены частичками глины, песка, породы. Они лишены гидратных оболочек, но имеют двойной электрический слой, характерный для коллоидных частиц. На границе адсорбционного слоя термодинамический потенциал () становится равным электрокинетическому потенциалу (). При воздействии на коллоидную систему электрокинетический потенциал уменьшается и , при нулевом его значении наступает изоэлектрическое состояние коллоидной системы , коллоидный раствор разрушается. Величина рН , отвечающая этому состоянию, называется изоэлектрической точкой системы. Для отрицательно заряженных частиц коагулирующими ионами являются катионы, а для положительно заряженных - анионы.
Коагуляция коллоидных растворов, имеющих противоположно заряженные частицы , возможна при их взаимном перемешивании, т.к в этом случае происходит взаимная нейтрализация разноименно заряженных частиц, их агломерация и седиментация.
Действие коагулянта в воде сопровождается следующими процессами: Гидролиз электролита, разрушение коллоидной частицы, сорбция загрязняющих веществ на поверхности гидролизованного электролита, соосаждение хлопьев. Гидроксиды алюминия и железа имеют положительный заряд на грануле, что способствует сорбции отрицательно заряженных примесей воды.
Гидролиз электролита, разрушение коллоидной частицы, сорбция загрязняющих веществ на поверхности гидролизованного электролита, соосаждение хлопьев. Гидроксиды алюминия и железа имеют положительный заряд на грануле, что способствует сорбции отрицательно заряженных примесей воды.

-
Чем больше I тем меньше
Изоэлектрическое состояние системыкоагуляция активная





КОАГУЛЯНТЫ И ИХ ГИДРОЛИЗ
СОЛИ АЛЮМИНИЯ
Наибольшее применение в качестве коагулянта получил сульфат алюминия, который получают путем обработки сырой или обожженной глины серной кислотой с последующей фильтрацией раствора, упаркой и кристаллизацией.
Исходными продуктами для получения алюмината натрия и оксихлорида алюминия служат свежеосажденная гидроокись или окись алюминия. Первый коагулянт получают растворением этих продуктов в разбавленном гидроксиде натрия, второй - в разбавленной соляной кислоте. Иногда для получения оксихлорида алюминия используют хлористый алюминий, являющийся отходом алюминиевой промышленности.
СОЛИ ЖЕЛЕЗА
Наиболее распространенным коагулянтом является хлорное железо, которое
может быть получено обработкой железного лома хлором или методом
анодного растворения железа в растворах поваренной соли или серной
кислоты.
Железный купорос получают из растворов, образующихся при травлении
металла. Применение аэрации дает возможность получать соли железа вида обладающие сильным коагулирующим действием.
Недостатком железного купороса является необходимость иметь для
перевода двухвалентного железа в трехвалентное высокий щелочной резерв
( рН = 9) или применять дополнительное хлорирование его растворов.
СОСТАВ ПРОДУКТОВ ГИДРОЛИЗА.

Al2(SO4)3+H2O=Al2(OH)+(SO4)3+H2
Al2(SO4)3+6H2O= 6Al2(OH)+3SO4+6H2
рН

По условиям равновесия



Влияние внешних факторов на процесс коагуляции

1. Температура

Принцип Ле-Шателье на 2-4 раза

2. рН
Al2(SO4)3+3H2O= 2Al2(OH)+3SO4+6H2
рН
В щелочной среде H3AlO3 (HAlO2) – растворимые соли

3. Ионная сила раствора
присутствие растворенных солей способствует образованию сольватных оболочек вокруг коллоидной частицы дополнительная доза коагулянта для разрушения сольватной (гидратной) оболочки.


Строение коллоидной частицы

NaCl+AgNO3(изб)=AgCl+NaNO3
Заряд частицы отрицательный

AgCl адсорбирует те ионы, которые образуют кристаллическую решетку и находятся в избытке.


Ag – потенциалобразующие ионы
Заряженные частица препятствуют росту кристаллов
NO3 – противоионы
Противоионы ДС ориентируют полярные молекулы решетки, создавая дополнительную сольватную оюолочку

Коллоидная частица всегда заряжена
Мицелла - электронейтральна

NaCl(изб)+AgNO3=AgCl+NaNO3



Заряд частицы -
Переход осадка в золь называется пептизацией
Разрушение коллоидной частицы называется коагуляцией
- поверхностный потенциал, возникает на границе ТВ. и Ж.

Время приготовления раствора коагулянта -12 час.
Перемешивание раствора коагулянта осуществляется, как правило, сжатым воздухом, редко- механическое перемешивание.
Забор раствора коагулянта следует предусматривать с верхнего уровня расходного бака.
Для транспортирования и приготовления раствора коагулянта следует предусматривать применение кислотостойких материалов и оборудования.
Приготовление флокулянта и подщелачивающего реагента выполнять в соответствии с требованиями СниП п. п 6.30.- 6.39.
3. Вспомогательные помещения станции водоподготовки.
В зданиях станций водоподготовки необходимо предусматривать
лаборатории, мастерские, бытовые помещения.
Состав и площади помещений надлежит принимать в зависимости от
назначения и производительности станции, а также источника
водоснабжения .
Для станций подготовки воды на хозяйственно- питьевые нужды из
поверхностных источников водоснабжения состав и площади помещений
следует принимать по табл.31, стр.45. СНиП
4. Склады реагентов и фильтрующих материалов, (стр. 3)
Склады реагентов следует рассчитывать на хранение 30 сут. запаса, считая по периоду максимального потребления реагентов, но не менее их разовой поставки.
Склад может быть запроектирован как на сухое так и на мокрое хранение.Сухое хранение реагентов предусматривается в закрытом помещении, высота слоя реагента принимается в соответствии с нормами, п. 6.204, стр.46.
При мокром хранении , общая емкость растворных баков увязывается с объемом разовой поставки, количество баков должно бытьне менее 3. При использовании комовой извести предусматривается ее гашение и хранение в емкостях в виде теста с концентрацией 35- 40 %.
Склад активного угля следует размещать в отдельном помещении, по пожарной опасности - категория В.
Помещение для хранения запаса ионитов рассчитываются на объем загрузки 2 катионитовых, одного анионитового со слабоосновными и одного с сильноосновными свойствами. Для поваренной соли следует предусмотреть мокрое хранение.
Здания складских помещений следует размещать вблизи помещений для приготовления реагентов.
Требования к организации хлорного хозяйства п.п.6.211,6.212 СниП. Расчет емкостей для хранения фильтрующих материалов следует производить из расчета 10% ежегодного пополнения и обмена фильтрующей загрузки и дополнительного аварийного запаса на перегрузку одного фильтра.

1. Реагенты, используемые в технологии улучшения качества воды. 1.1 Неорганические коагулянты.
К неорганическим коагулянтам относят сульфат и основной сульфат алюминия, гидроксихлорид алюминия, алюминат натрия, сульфат и хлорид железа.
Коагулянты на основе алюминия.
Высококонцентрированный сульфат алюминия в гранулированном виде, полученный автоклавным методом, содержит от 18 до 21 % товарного продукта в пересчете на окись алюминия. Автоклавный метод позволяет получать основной сульфат алюминия.
Гидроксихлорид алюминия - высокоэффективный коагулянт нового поколения, в зависимости от свойств воды возможны поставки продукта различной основности, в жидком или твердом виде, разной концентрации. ГОХА по сравнению с сульфатом алюминия имеет следующие преимущества: эффекетивнее снижает мутность, способствует образованию более крупных хлопьев, работает в любое время года, обеспечивает снижение остаточного алюминия в обработанной воде в 3 раза, сохраняет больший щелочной резерв воды, увеличивает срок службы котлов без очистки, эффективнее осаждает тяжелые металлы и ртуть, снижает скорость коррозии в системах водоснабжения.
Коагулянты на основе железа.
Коагулянты на основе железа дают лучшие результаты при удалении из природных вод органических веществ, дающих побочные продукты дезинфекции прихлорировании . На сегодняшний день имеются коагулянты на основе железа не содержащие в своем составе ионов двухвалентного железа и марганца, что позволяет устранить стадию окисления и удаления их при коагуляционной обработке воды солями железа. Коагулянт на основе железа - РIХ - 322 N 5. Коагулянт на основе соединений титана. Использование титанового коагулянта позволяет очистить природную воду на ранней стадии от органических примесей, присутствующих в воде (нефтепродукты и их производные). Степень адсорбции органических соединений убывает в ряду : алканы, фталаты, ароматические углеводороды, циклогексаны, органические спирты.
Волокнистый хелатный сорбент ФИБАН для очистки воды от катионов металлов, стабилен при комнатной температуре, в кислых, щелочных, окислительных средах, сорбционная емкость 5 мг-экв / г, линейная скорость фильтрации - 9.5 см / мин.
Ряд селективности : Рb, Сu, Ni , Сd, Zn, Со. Сорбент ФИБИАН перспективен для концентрирования катионов Sr-90.
Органоминеральный сорбент на основе цеолитов Чугуевского месторождения с модифицированной поверхностью. Химическая обработка поверхности природного цеолита производится с целью увеличения его обменной емкости по отношению к ионам тяжелых металлов . Модификация природных сорбентов выполняется полисахаридами различной природы, в результате чего сорбенты могут содержать карбоксильные группы на поверхности.

Природные цеолиты ( клиноптилолиты ) используются в подготовке воды для удаления ионов тяжелых металлов. Органоцеолиты на основе клиноптиллолитов , модифицированные водорастворимыми органическими полимерами могут быть использованы также для очистки воды от нефтепродуктов. Коэффициенты распределения нефтепродуктов на различных цеолитах сравнимы с коэффициентами распределения на активированных углях ( АГ- 3 ) , а для тяжелых фракций нефтепродуктов даже выше.
Природный минерал брусит ( гидроокись магния ) обладает аномально высокими сорбционными свойствами по отношению к ионам тяжелых металлов ( медь, цинк, алюминий, марганец, никель, кобальт ). Сорбционная емкость возрастает с увеличением дисперсности сорбента.
Активированные угли могут быть использованы для доочистки питьевой воды после хлорирования от галогенсодержащих органических соединений. Применение в технологии водоподготовки хлорсодержащих дезинфектантов приводит к загрязнению воды галогенсодержащими органическими соединениями ( ГСС ), обладающими токсичным, мутагенным, и канцерогенным действием на живые организмы ( более 20 ГСС ).
Сорбционная емкость активированных углей уменьшается в ряду: СКД , КАУ , АГОВ , АГ - 3.
Биополимеры на основе целлюлозы .
Сорбенты могут быть получены на основе хлопковой целлюлозы и древесной отбеленной сульфитной целлюлозы, используются для очистки воды от ионов Na, Са, Мg, А1.

Данные о качестве воды позволяют определить расчетные параметры некоторых технологических процессов очистки воды.


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)318H2O - глинозем, Fe2(SO4)3, Fe2SO47H2O, FeCl26H2O, 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 n20) 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


Re50 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

СМЕСИТЕЛИ

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 - 3.
Д отв.=20-40 мм при тыс.
Д отв. =100 мм при тыс.
Число отверстий q
– производительность
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 по 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, имеющих проходы в центре и по бокам. Поток воды, проходя через такие проходы в перегородках меняет направление движения воды в пределах лотка, а повышение скорости в суженных местах создает завихрения, способствующие равномерному смешению реагентов с водой.



2 – ввод реагента
b – ширина лотка
Расчет
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 0,15м
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 потока воды в лотке, 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
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 c учетом скорости в трубах = 0,6 м/с.
Скорость входа 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 м.
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 с мешалкой 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


Re50 для быстроходных мешалок

- давление создаваемое мешалкой
- мощность мешалки

d – диаметр мешалки, n – кратность перемешивания
Камеры хлопьеобразования

Камеры хлопьеобразования предназначены для создания оптимальных условий укрупнения хлопьев.
На эффективность процесса и размеры формирования хлопьев влияют:
Скорость (интенсивность перемешивания)
0,1 - для мутных вод,
0,05 – для цветных вод.
Продолжительность перемешивания:
для мутных вод
для цветных вод
Характер и дисперсность примесей
Солевой состав
- увеличение концентрации ионов и - улучшает устойчивость структур,
- увеличение концентрации ионов снижает их устойчивость , образуются мелкие хлопья)
pH
- снижение pH менее 6,5 сдвигает равновесие при гидролизе влево (обратная реакция),
- увеличение рН более 8,5 приводит к растворению гидроокиси алюминия.
Доза коагулянта
Силы адгезии, удерживающие частицы в агломерированном состоянии (6-30 )
Концентрация ВВ ( центры кристаллообразования)

Агломерация хлопьев образующихся в процессе гидролиза коагулянта происходит постепенно в течение
30 и более



Интенсивность перемешивания является основной характеристикой в процессе хлопьеобразования.

Необходимая интенсивность перемешивания достигается изменением скорости движения воды или частоты вращения мешалки.
Оптимальная продолжительность перемешивания обеспечивается размерами сооружения.
По принципу действия камеры хлопьеобразования подразделяют на гидравлические и механические (флокуляторы и аэрофлокуляторы)
Камеры хлопьеобразования встраивают в отстойники (кроме перегородочных)
При числе камер хлопьеобразования менее 6 (согласно СНиП) необходимо предусматривать одну резервную.
Конструкция камеры хлопьеобразования выбирается в зависимость от качества исходной воды и типа отстойника.

Камеры хлопьеобразования гидравлического типа

Существуют следующие типы камер хлопьеобразования гидравлического типа:
водоворотные
вихревые
перегородочные
зашламлённого типа
5. камеры с центральной галереей
6. камеры с псевдоожиженной зернистой загрузкой
7. камеры с циркуляцией осадка
8. камеры с контактной загрузкой





Водоворотная камера хлопьеобразования

Совмещается с вертикальными отстойниками и располагается в центральном стакане


1 – подача исходной воды
2 – кольцевой водосборный лоток
3 – радиальные лотки
4 – водоворотная камера хлопьеобразования
5 – отвод обработанной воды
6 – гаситель скорости
7 – конус-отражатель
8 – сброс осадка

Вода распределяется в верхней части камеры соплом, расположенным на расстоянии 0,2 D камеры от стенки на глубине 0,5 м от поверхности воды или соплами, закреплёнными в её центре , линейная скорость движения
Выходя из сопел вода приобретает вращательное движение, перемещается вдоль стенок камеры хлопьеобразования и движется вниз.
Для гашения вращательного движения воды при переходе её в отстойник служит гаситель в виде крестообразной перегородки м с ячейками 0,5х0,5 м
Время пребывания воды в камере принимают 15-20 мин. Высота камеры 3,5-4 м (0,9 Н вертикального отстойника)
Водоворотные камеры применяют на станциях с производительностью
Объём водоворотной камеры определяется количеством воды, пребывающей в ней в течение 15-20 мин
Площадь встроенной в отстойник камеры определяется по формуле:


- расчётный расход воды
- время пребывания воды в камере,час.
- высота камеры,м;
- расчётное число отстойников.

Градиент скорости определяется по формуле:

- плотность воды
- динамическая вязкость воды
- расход,
- объём камеры

Градиент скорости характеризует интенсивность перемешивания и принимается чаще всего равным 50-60

Контактная камера хлопьеобразования стр. 416 Сомов


Перегородочная камера хлопьеобразования

Представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар с перегородками, образующими 9-10 коридоров с шириной не менее 0,7 м, через которые проходит вода со скоростью
в начале камеры
в конце камеры.

Движение воды вдоль коридоров создаёт благоприятные условия для хлопьеобразования.

Перегородочная камера примыкает к горизонтальному отстойнику

Схема перегородочной камеры хлопьеобразования с горизонтальной циркуляцией, совмещённая с горизонтальным отстойником


1 – камера хлопьеобразования
2 – подача воды
3 - отстойник
4 – шиберы для пропускания воды
5 – распределительный канал
6 – обводной канал
7 – шиберы для выпуска осадка
8 – канал для отвода осадка
9 – удаление осадка из отстойника

Обводной канал устраивается перпендикулярно коридорам и служит для пропуска воды мимо камеры в период ремонта или коагулирования.
Шиберы для пропускания воды служат для оптимизации времени пребывания воды в камере хлопьеобразования .
Дно перегородочных камер хлопьеобразования делают с уклоном для возможности смыва осадка, который может выпасть при уменьшении расхода воды через камеру ниже расчётного.
Уклон должен составлять
Разрешается строить двухэтажные камеры.
Расчёт камеры перегородочного типа

- расчётный расход воды
- время пребывания воды в камере
=20 мин – для высоко мутных вод
=30 мин – для цветных вод
Среднюю глубину принимают равной м
с учётом высотной схемы ОС, высоты грунтовых вод, по конструктивным соображениям.
Задав глубину и определив объём можно определить площадь камеры

Далее определяется ширина коридоров b между перегородками


Число коридоров и размеры камеры определяют по соображениям оптимальной компоновки камеры с учётом объёма камеры.
В случае совместной компоновки камеры хлопьеобразования и отстойника величина А – сторона камеры, должна быть близкая к ширине отстойника, исходя из этого подбирают число коридоров.
Потери напора в перегородочных камерах определяются по формуле:

- число поворотов потока (на единицу меньше числа перегородок)

Градиент скорости перемешивания в перегородочной камере

- скорость движения воды в коридоре
- скорость движения воды на повороте

Вихревая камера хлопьеобразования

Выполняется в виде прямоугольного железобетонного резервуара с коническим или пирамидальным днищем.
Камеру встраивают в радиальный или горизонтальный отстойник.
Перемешивание воды в камере происходит при её движении снизу вверх в результате снижения скорости движения (от 0,8-1,2 до 0,004-0,005 ) за счет резкого увеличения площади поперечного сечения.
Время пребывания воды в камере от 6 (мутные) до 12 мин (цветные).
Скорость движения воды из камеры в отстойник не более 0,05 для цветных вод и 0,2 для мутных.
Для интенсификации работы камеры в её верхней части размещают тонкослойные модули.












Вихревая камера хлопьеобразования совмещённая с отстойником.




1 – отвод осветлённой воды
2- горизонтальный отстойник
3 – лотки децентрализованного отбора осветлённой воды
4 – зона осветления воды
5 – тонкослойные модули
6 – лотки для сбора и осветления воды
7 – вихревая камера хлопьеобразования
8 – ввод воды
9 – перфорированные трубы для сбора и удаления осадка

Выполняется камера хлопьеобразования в виде прямоугольного в плане железобетонного резервуара с коническим или пирамидальным днищем.
Угол между наклонными стенками в зависимости от Н камеры .
При движении воды снизу вверх с уменьшающейся скоростью боковые её слои подсасываются в основной поток, распространяющейся одновременно во все стороны. В результате этого в камере происходит перемешивание и укрупнение хлопьев.
Скорость движения воды от камеры хлопьеобразования до отстойника в лотках :
0,05 для цветных ;
0,1 для мутных вод.

Встроенная камера хлопьеобразования.



1 – распределительная труба
2 – отстойник
3 – камера хлопьеобразования
4 – задвижки
5 – затопленный водослив
6 – отбойная стенка

Слой взвешенного осадка (ВВ=50-250 мг/л) (ВВ250 мг/л)
Обрабатываемая вода по площади камеры распределяется перфорированными каналами или трубами.
Скорость воды на водосливе
Вертикальные камеры проще при расчёте и проектировании.
Габариты камеры определяются исходя из производительности станции Q и скорости течения воды в камере .
Градиент скорости определяется аналогично градиенту в водоворотной камере.

G= 50….60
Камера хлопьеобразования зашламлённого типа (М1500 мг/л) стр. 417 рис.16 (б)

Механические камеры хлопьеобразования.

В механических камерах хлопьеобразования плавное перемешивание воды для завершения процесса коагуляции осуществляется пропеллерными или лопастными мешалками, размещёнными на горизонтальных или вертикальных осях.


План


Разрез


Скорость движения воды

мин
Эти камеры устраивают в виде железобетонного резервуара с 2-5 парами мешалок, часто их совмещают с горизонтальными отстойниками.

Преимущества:
Меньшая потеря напора
Простота конструкции
Возможность регулирования условий перемешивания
Возможность последовательной работы нескольких камер

Недостатки:
Дополнительный расход энергии
Высокие требования к материалам (химически стойкие).

Расчёт механической камеры хлопьеобразования.

- коэффициент пропорциональности
- высота воды в камере
- число осей мешалки
- расстояние между мешалками

Скорость вращения мешалок
Градиент скорости

- частота вращения мешалок
N – начальная мощность затрачиваемая на вращение мешалок
Следует принимать не менее трёх секций камеры с зигзагообразной траекторией движения потока
Структура градиента скорости должна быть убывающей по ходу от 100 до 25-50 в последней секции

Аэрофлокулянты – камеры хлопьеобразования барботажного типа



1 – подача воды и реагента
2 – горизонтальный отстойник
3 – камера флокулятора
4 – подача воздуха
5 – воздухораспределительная труба
6 – водораспределительные перфорированные трубы

Перемешивание осуществляется воздухом за счёт перепада давления .
Процессы протекающие в камере:
выделение избыточного
перемешивание воды пузырьками воздуха
окисление органических примесей кислородом воздуха
формирование зародышей твердой фазы на поверхности газовых пузырьков
Интенсивность перемешивания 0,15-0,25

Преимущества:
высокий и стабильный эффект водообработки.
возможность регулирования интенсивности хлопьеобразования за счёт расхода воздуха
возможность регулирования числа пузырьков по площади камеры
скорость движения пузырьков постоянна при H=2-4 м
пузырьки воздуха создают перемешивание впереди себя за счёт вытеснения воздуха из объёма
каждый пузырёк в зоне своего движения создаёт локальную турбулентность, которая определяется его диаметром и расстоянием между ними по вертикали и горизонтали.
минимальные энергозатраты

Расчёт:
Время пребывания 6-12 мин
Высота слоя воды м


- давление атмосферное,Па
- расход воды,
- глубина слоя воды,м

Н – высота столба перемешиваемой жидкости
- давления над жидкостью
- масса поглощённого кислорода
- концентрация кислорода в среде в начальный момент.
Коэффициент объёмного использования возрастает в 1,5- 2 раза по сравнению с камерой гидравлического типа.
Производительность горизонтальных отстойников возрастает в 1,5- 2 раза.
Использование камер хлопьеобразования для обработки вод
Высокомутные воды, мг/л
Зашламлённого типа, механического типа, аэрофлокуляторы
Средняя мутность М и цветность Ц
Зашламлённого типа
Камеры с центральной галереей
Маломутные и цветные Ц
Осветлитель со взвешенным слоем осадка(псевдоожиженый слой)
Рециркуляция осадка


Извлечение примесей воды осаждением

Теоретические основы процесса осаждения
Основная масса взвешенных частиц в воде удаляется отстаиванием. Различают монодисперсную (частицы одинаковой гидравлической крупности) и полидисперсную взвесь. Скорости движения воды в отстойниках малы (десятые доли мм/с), практически полностью теряет свою транспортирующую способность. Осаждение взвеси в таком потоке подчиняется законам осаждения в покоящемся объёме жидкости.
В неподвижной жидкости на осаждающуюся частицу действует:
1. Выталкивающая сила

W – объём частицы, - плотность.
Сила сопротивления при падении частицы в жидкость (закон Ньютона-Рэлея)


- коэффициент сопротивления, является функцией Рейнольдса
Сила гравитации

Для монодисперсных шарообразных частиц диаметром d скорость свободного осаждения в неподвижной воде выражается уравнением:

-коэффициент сопротивления шарообразной частицы.
При Re<0,2 на частицу действует только F гравитации (ламинарный режим)

Скорость свободного падения такой частички описывается уравнением Стокса:

Для более крупных частиц Re>2

- сопротивление падению
При осаждении сила сопротивления равна силе тяжести

Определив К для частиц любого размера можно определить гидродинамические характеристики падающей частицы, коэффициент сопротивления и критерий Re, что позволит определить скорость осаждения
Скорость осаждения при 10 называют гидравлической крупностью частицы, которую находят экспериментально.
Для монодисперсной взвеси количество выпавшего осадка за время

А – площадь цилиндра, с – концентрация исходной взвеси

- массовое содержание взвеси в единице объема
Относительное количество выпавшей взвеси

Строят график зависимости выпадения осадка
- кривая


Монодисперсная

Полидисперсная


Эффект осаждения может быть рассчитан по концентрации взвеси в исходной и осветлённой воде.
при
Из графика находим , затем из соотношения подобия
, так как
При осаждении устойчивой взвеси продолжительность пребывания воды в отстойнике во столько раз больше продолжительности осаждения в цилиндре во сколько раз высота зоны осаждения больше высоты слоя в цилиндре.
Для неустойчивой коагулирующей взвеси для расчёта отстойников следует использовать уравнение



Седиментационный анализ при определении размеров взвешенных частиц в сточной воде выполняется с использованием торзионных весов, плотность осадка определяется весовым методом.
Весовой метод седиментационного анализа заключается в определении скорости накопления осадка на чашечке весов. По экспериментальным данным строится график зависимости относительной массы осадка от времени, так называемая накопительная кривая , где Q-масса осадка накопившегося за время , в % от общей массы частиц в суспензии. На основании накопительной кривой строится график зависимости Q/rс=– дифференциальная кривая, пик на этой кривой соответствует среднему радиусу частиц в суспензии.
Радиус частиц определяется по формуле Стокса:
rэк= ,
где - вязкость жидкости, Па с;- разность плотностей дисперсионной и дисперсной фаз, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2; Wос – скорость осаждения, м/с.

Рисунок 1 – Торзионные весы
1–металлическая опора; 2 – тренога; 3 – опорные винты; 4 – шкала для взвешивания; 5 – указатель веса; 6 – рычаг натяжения; 7 – указатель равонвесия; 8 – тарировочная головка; 9– коромысло; 10– крюк; 11– крышка; 12– закрепительный рычаг; 13– регулятор уровня.
По экспериментальным данным строится график зависимости накопленной массы осадка от времени, так называемая накопительная кривая (рисунок 2), где Q – масса осадка накопившегося за время , в % от общей массы осевших частиц. На основании накопительной кривой строятся дифференциальная и интегральная кривые (рисунок 3), пик на дифференциальной кривой соответствует среднему радиусу (r), а интегральная кривая (рисунок 4) показывает содержание частиц данного радиуса (r) в суспензии.


Рисунок 2 – Накопительная кривая

Рисунок 3 –Дифференциальная кривая

Рисунок 4 –Интегральная кривая
2. Типы отстойников и область их применения.
По направлению движения воды в отстойнике их классифицируют: вертикальные, горизонтальные и радиальные.
Горизонтальные отстойники.
Используют для предварительного осветления при мутности до 1500 мг/л и цветности 120 производительность ОС .
Горизонтальные отстойники сооружают в здании или устраивают покрытия и обсыпку землёй. В перекрытии предусматривают люк для спуска в сооружение и отверстия для отбора проб, вентиляционные трубы.
Объём отстойника делят перегородками на самостоятельные секции длиной 3-6 м
При числе отстойников менее 6 следует предусматривать 1 резервный.
Для удаления осадка предусматриваются гидравлические системы в виде перфорированных коробов или труб.
Из открытых горизонтальных отстойников осадок можно удалить специальными плавучими землесосными снарядами, выпускаемыми серийно.
Расчёт отстойников производят для 2 периодов:
- min мутность, min расход
- max мутность, max расход.
В основе расчёта лежит определение необходимой длины зоны осаждения, которая при средней скорости движения обеспечит заданный эффект осветления.
;
Скорость осаждения (гидравлическая крупность)

;
- глубина зоны осаждения,м
- скорость движения воды в горизонтальном направлении,м\с
Площадь горизонтальных отстойников определяется:
F
=1,3 – коэффициент объёмного использования
- расчётный расход воды в отстойнике,



Горизонтальные отстойники с встроенными тонкослойными блоками.

Применение горизонтальных отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования и отбором воды через тонкослойные блоки, размещаемые в зоне осаждения обеспечивает значительные технологические превосходства.(Рис. 7.16 стр. 417)
1. Осаждение происходит в тонкослойных элементах (=3-5 cм) с ламинарным режимом движения воды
2.Блоки устанавливаются под углом , что способствует сползанию осадка
3.Нагрузка на отстойник снижается в 2-3 раза, что позволяет уменьшить его объём.



Объём зоны накопления осадка определяется по формуле


– период между сбросами осадка
– производительность отстойника
- начальная концентрация взвешенных веществ
- мутность воды на выходе из отстойника
– число камер
- концентрация твердой фазы в осадке в соответствии с рекомендациями СНиП

Вертикальные отстойники применяются на очистных сооружениях с суточной подачей воды до 5 000
Непременным условием их применения является коагуляция.
Расчёт производят для тех же 2случаев:
-мах производительность, мах мутность
- мin производительность , мin мутность.

Площадь зоны осаждения


мм/с -расчётная скорость восходящего потока.
Зная площадь осаждения можно определить диаметр отстойника , конусность
Объём осадочной части является величиной заданной, поэтому его проверяют по продолжительности работы отстойника между выпусками осадка.

- концентрация ВВ с учётом дозы ( концентрации) коагулянта
При расчетном числе отстойников меньше 6 следует принимать 1 резервный.


Радиальные отстойники.



Используют в системах оборотного водоснабжения и для осаждения высокомутных вод.
Расчет радиального отстойника
Задаются степенью очистки
Определяют скорость выпадения взвеси (по формуле Стокса)
Определяют площадь отстойника

- площадь вихревой зоны отстойника

- радиус распределительного цилиндра, который определяется скоростью подачи воды в отстойник
По найденной площади отстаивания находят R отстойника
Глубина отстойника

- глубина отстойника у периферийного водосборного жёлоба
- радиус отстойника
- уклон дна отстойника

Отстойники с малой глубиной осаждения

1 и 10 – подача исходной и отвод осветлённой воды
2 - гравийная камера
3 – слой взвешенного осадка
4 – отвод осадка из осадкоуплотнителя
5 – окна для отвода избытка осадка в осадкоуплотнитель
6 – отвод осветлённой воды из осадкоуплотнителя
7 – тонкослойные модули
8 – поперечные перфорированные водосборные желоба
9 – водосборный канал

Требования к качеству воды на выходе из тонкослойного отстойника аналогичны рассматриваемым ранее.
Производительность отстойника не ограничивается.
Осаждение взвеси происходит в тонком слое воды, образованном наклонными элементами, обеспечивающими быстрое выпадение осадка и его сползание по наклонной поверхности элементов в зону хлопьеобразования и осадкоуплотнения.
Критерий Фруда (отражает влияние сил тяжести на движение жидкости) определяет стабильность потока. Поток стабилен при выполнении условий:
при R – размер частиц
Режим движения жидкости ламинарный.
Тонкослойные элементы выполняются из мягких или полужестких полимерных пластин, соединённых в определённую конструкцию.
Расчёт тонкослойных отстойников сводится к определению его геометрических размеров (длина, ширина, высота канала) при заданной производительности Q, начальной и конечной концентрации взвеси, скорости движения жидкости , рабочей длине зоны осаждения и объёма камеры накопления осадка.


- удельная нагрузка в расчёте на площадь зеркала воды,
- длина тонкослойных элементов блока
- высота тонкослойного элемента
- высота между полками тонкослойного элемента
- гидравлическая крупность взвеси
- угол наклона тонкослойного элемента
- предельная скорость в тонкослойных элементах
- коэффициент, учитывающий влияние гидродинамических условий движения потоков в отстойнике
- коэффициент стесненного осаждения взвеси под т/с элементами
- коэффициент агломерации
- коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения элементов тонкослойного отстойника
- коэффициент, учитывающий стеснение потока в т/с элементе;
, - обобщённые расчётные коэффициенты
- коэффициент конструкции
- коэффициент, учитывающий объём застойных зон отстойника

12,5
2,55,0
5,010
>10
В – ширина т/с элемента
Н - высота


1,25
1,15
1,05
1,0



Значение остальных величин принимаются в соответствии со СНиП













Осветление воды в поле центробежных сил

Для удаления грубодисперсных примесей в практике водоподготовки применяют гидроциклоны.
Осаждение ВВ происходит в поле центробежных сил и основано на переносе их к периферии центробежной силой, равной разности значений действующих сил жидкой и твёрдой фазы.

- эквивалентный диаметр ВВ
- скорость движения воды на входе в аппарат
и - плотность фаз
- расстояние от центра аппарата до оси питающего патрубка
- центробежная сила, возникающая при разделении взвеси

Обрабатываемая вода поступает в верхнюю часть гидроциклона тангенциально и, вращаясь, движется по основному патрубку. Твёрдые частицы перемещаются к стенкам и опускаются вниз, а осветлённая вода поднимается вверх.
При больших значениях скорости и малых радиусах сила, действующая на твердые частицы во вращающемся потоке жидкости будет в десятки раз больше силы тяжести и скорость разделения смеси больше скорости их свободного осаждения.
Гидроциклоны могут быть напорными и открытыми, одно- и многоярусными.
Чем меньше диаметр гидроциклона тем больше центробежные силы в нём, тем меньше размеры частиц, отделяемых в аппарате.
Максимальный эффект разделения достигается в гидроциклоне вытянутой формы с минимальным углом конусности.


Схема гидроциклона.


1 – съёмная насадка-сгуститель
2 – конусная часть
3 – входной патрубок
4 – камера сбора осветлённой воды
5 – сливной патрубок
6 – выходной патрубок



По конструктивным особенностям гидроциклоны подразделяются на конические, цилиндрические, винтовые, турбоциклоны, мультициклоны.
Гидроциклоны рекомендуется использовать для предварительного осветления высокомутных поверхностных вод (ВВ>1500 мг/л)
Эффективность удаления взвешенных веществ 80%
Применение гидроциклонов позволяет снизить затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

Недостатки:
Быстрый износ
Колебания эффективности очистки в зависимости от состава и количества ВВ
Выделение частиц заданного размера достигается не обязательно



































Обработка воды в слое взвешенного осадка

Метод обработки воды в слое взвешенного осадка используется в технологии
- осветления
- умягчения
- дефторирования
- обезжелезивания
- обескремнивания

Теоретические основы работы взвешенного слоя

Рассмотрим движение воды через пористую зернистую среду (движение частицы во взвешенном слое осадка).
Зернистый слой может быть неподвижным (фильтрующий) или переходить во взвешенное состояние (псевдоожиженное).
При низких скоростях потока псевдоожиженный слой состоит из равномерно распределённой твёрдой фазы.
При повышении скорости возникают сквозные прорывы струи жидкости (газа) движущейся по образовавшимся каналам.

Скорость потока при образовании взвешенного слоя

В зависимости от скорости потока существует 3 режима:
1. Фильтрация ()
2. Взвешенный слой ()
3. Унос ()
При повышении скорости восходящего потока во взвешенном слое возрастает перепад давлений и в какой-то момент времени становиться равным силе тяжести, дальнейшее возрастание скоростного напора приводит к расширению слоя.
Гидродинамическая характеристика взвешенного слоя
(отношение силы скоростного потока к площади сечения)
Уравнение равенства сил давления и тяжести имеет вид:


- объём взвешенного слоя
- объём занимаемый частицами.
Гидравлическое сопротивление слоя рассчитывают по формуле:

тогда
- минимальная скорость, при которой слой переходит во взвешенной состояние
Для монодисперсных шарообразных частиц


1.2. Расчёт W необходимой для достижения заданного расширения слоя – скорость витания.


- высота слоя взвешивания.
начальная высота взвешенного слоя
- порозность образующегося слоя

- коэффициент псевдоожижения
- рабочая скорость газа (жидкости)
- действительная скорость потока в свободном сечении между частицами.

1.3. Скорость уноса.
Начало уноса характеризуется следующими условиями
а) расширение слоя достигло предела и движение отдельных частиц свободное
б) частицы не осаждаются и не уносятся потоком, т.к. силы сопротивления при обтекании частицы уравновешены весом частиц.
Для расчёта


При уносе движение твёрдых частиц в слое перестаёт быть хаотичным, частицы ориентируются в направлении восходящего потока.
Однородный устойчивый взвешенный слой наблюдается
1)
2) средний диаметр частиц мал следовательно min; каждая частица перемещается по свободным и однообразным траекториям
3)
Для обеспечения однородности устанавливаются вибрирующие решётки.

Принципы работы осветлителя.
Воду, обработанную химическими реагентами, подают в осветлитель снизу, она поднимается вверх, равномерно распределяясь по его площади, проходит через взвешенную контактную среду, состоящую из твёрдых частиц, и осветляется.
Частички контактной среды поддерживаются во взвешенном состоянии гидродинамическим давлением восходящего потока и образуют с водой гетерофазную систему, так называемый псевдоожиженый слой, над которым движется очищенная вода.
Твёрдые частички слоя, находясь постоянно в состоянии хаотического движения образуют местные сгущения и разряжения и представляют собой кипящий слой.
Кипящий слой поддерживается равенством скоростей восходящего потока и средней скорости осаждения частиц.
Средняя скорость осаждения частичек во взвешенной контактной среде ниже их гидравлической крупности.
При работе осветлителя объём слоя взвешенного осадка увеличивается поэтому предусматривается непрерывный отсос осадка в осадкоуплотнитель, откуда он выводится в канализацию.
Осветлённая вода через сборные жёлоба подаётся на фильтры.
Свойства взвешенной контактной среды зависят от свойств жидкой фазы, концентрации взвешенных веществ, условий разделения и т.д.
Для изучения процессов, протекающих в аппаратах производственного масштаба применяют метод моделирования.




Схема осветлителя коридорного типа с рециркуляцией осадка и тонкослойными модулями.




1 – подача исходной воды
2 – слой взвешенного осадка
3 – рециркулятор
4 – желоба сбора осветлённой воды
5 – перфорированные трубы отвода воды
6 – тонкослойные модули
7 – защитные козырьки
8 – окна отвода избытка осадка
9 – перфорированные трубы сбора осадка.

Обрабатываемая вода вводится в осветлитель снизу и равномерно распределяется по площади рабочих коридоров, поднимается вверх и проходит через слой взвешенного осадка, собирается с помощью сборных желобов и отводится за пределы аппарата.






Контактный осветлитель с выносным осадкоуплотнителем.



1 – подача исходной воды
2 – слой взвешенного осадка.
3 – желоба сбора осветлённой воды
4 – отвод избытка осадка
5 – трубопровод отвода очищенной воды с задвижкой
6 – отвод осветлённой воды
7 – осадкоотводящие трубы
8 – выносной осадкоуплотнитель






























Осветлитель с поддонным осадкоуплотнителем














Эксплуатация осветлителей.

Нормальная работа осветлителей зависит от создания для их работы оптимальных химических, физических, гидравлических и специальных технологических условий.

Химические условия

подбор типа реагентов и их дозы
регулирование дозы реагента в зависимости от качества исходной и очищенной воды
регулирование дозы реагента в соответствии с производительностью аппарата
организация контроля за процессом подготовки реагентов


Физические условия

1. Поддержание температуры воды
При повышении температуры активнее идут процессы очистки, но при происходит разрушение слоя

Гидравлические условия
Скорость ввода воды в осветлитель должна обеспечивать стабильность взвешенного слоя.
Производительность осветлителя определяется с учетом зависимости скорости стесненного осаждения от объема осадка ( , )
Расход воды в осадкоуплотнителе
Режим продувки
Периодические изменения динамического равновесия контактной среды ухудшают качество очищенной воды.

Технологические условия
Выбор места ввода и последовательности дозирования реагентов
Регулирование состава, свойств и высоты контактной среды

Отвод избытка взвеси в осадкоуплотнитель.
Режим отвода осадка из осадкоуплотнителя.
Необходимо следить за оптимальными параметрами среды по гидравлической крупности, объёмной и массовой концентрацией.




Расчёт и проектирование осветлителей.
При расчёте осветлителей учитывается 2 режима работы:
минимальная мутность при минимальном расходе
максимальная мутность при максимальном расходе
Определяющий расчётный параметр – скорость восходящего потока воды в зоне осветления, которая определяется на основании технологических исследований
Коэффициент распределения воды между зоной осветления
и отделения осадка K.

Мутность мг/л

W, мм/с
зимний

летний

50-100
0,70,8
0,50,6
0,70,8

101-400
0,80,7
0,60,8
0,81,0

401-1000
0,70,65
0,81,0
1,01,1

1001-1500
0,640,6
1,01,2
1,11,2


Площадь зоны осаждения

Площадь зоны отделения и уплотнения осадка

При встраивании в зонах осветления, отделения и уплотнения осадка тонкослойных модулей площадь зоны осветления определяется по удельным нагрузкам, отнесённым к площади зеркала воды, занятой тонкослойными блоками.

Для мутных вод удельная нагрузка - 4,65,5
Для вод средней мутности 3,64,5
Для маломутных и цветных + коагулянт 33,5
Высота взвешенного слоя H=22,5 м
см на 1 м высоты слоя
м
Осадкоприёмные окна рассчитывают по скорость движения воды с осадком.
Осадкоотводящие трубы
Распределение обрабатываемой воды по площади производят перфорированными трубами.
м/с
м/с
мм
и определяют исходя из расхода и
м под углом 45 градусов.
Объём зоны накопления и уплотнения осадка



- число осветлителей
- период между сбросами осадка, (= 2-3 часа);
- расход часовой
- концентрация твёрдой фазы осадка
Вывод осадка – перфорированными трубами,мм;
Диаметр отверстий мм , шаг- м ; м/с,в конце трубы м/с
Расстояние между трубами 3 м; время удаления осадка мин
Вывод очищенной воды по трубам ; м/с
Диаметр отверстий мм; скорость двидения воды в них м/с;

Осветлители со взвешенным осадком применяют при реагентном методе очистки воды на ОС при Q>3 тыс. для осветления и обесцвечивания вод M>2500 мг/л и любой цветностью.
Их работа основана на контактной коагуляции, происходящей в слое взвешенного осадка, который формируется из или .
Во избежание разрушения взвешенного слоя конвекционным потоком и выноса осадка из осветлителя изменение температуры , изменение производительности за 1 час.
Осветлители хорошо работают без камер хлопьеобразования, но вода должна быть освобождена с помощью воздухоотделителя от пузырьков воздуха и газов, образованных при коагуляции.
Осветлители со взвешенным слоем осадка имеют более высокий эффект осветления воды (до 5-8 мг/л) и более высокую производительность по сравнению с отстойниками, но сложны в эксплуатации.

Расчёт и проектирование осветлителей коридорного типа.

Площадь осветления для осветлителя коридорного типа и осветлителя с поддонным осадкоуплотнителем


- площадь зоны осветления
- площадь максимального горизонтального сечения осадкоуплотнителя.
- суммарная площадь сечения осадкоотводящих труб
- скорость восходящего потока воды (табл.)
- к-т распределения (табл.)
- скорость нисходящего движения воды по трубам 140-220 м/ч
- расчетный расход воды, подаваемой на осветлитель.

Расход воды с осадком, проходящим через осадко-приёмные трубы или окна

Объём зоны накопления и уплотнения осадка

- коэффициент чистоты коагулянта
- содержание нерастворимых примесей вводимых с известью
Потери напора в распределительных трубах

- скорость движения воды в ответвлениях.
- коэффициент расхода
- отношение диаметра отверстия к толщине стенки


1,25
1,5
2
3


0,76
0,71
0,67
0,62


Стр. 110 и далее Кожинов



Обработка воды флотацией

Теоретические основы и классификация методов флотации.
Гетерофазные примеси из воды можно выделить используя явление избирательного смачивания, лежащее в основе флотации.
Элементарный акт пенной флотации состоит в том, что при сближении в воде газового пузырька с гидрофобной поверхностью частички взвеси, разделяющий их тонкий слой становится неустойчивым и разрывается при достижении некоторого критического значения.
Флотируемость примесей различной крупности определяется размерами пузырьков газа (5-10 мкм), которые зависят от поверхностного натяжения на границе раздела фаз вода-газ.
При понижении поверхностного натяжения до 0,06-0,065 и ниже эффект очистки воды флотацией возрастает в отличие от процессов отстаивания и фильтрации
Предварительное коагулирование воды приводит к возрастанию эффективности флотации, так как снижается поверхностное натяжение.
Вероятность слипания пузырьков газа и частиц взвеси при их контакте определяется кинетикой формирования краевого угла смачивания.
Масса флотируемых частиц не должна превышать силы тяжести флотоагрегатов.
Оптимальная крупность взвешенных веществ см.
После флотационного разделения гидрофобный слой осадка отработанных гидроксидов занимает меньший объём и имеет более низкую влажность по сравнению с осадком, полученным отстаиванием.

Виды флотации:
Флотация с выделением из воды воздуха – установки вакуумные, эрлифтные, напорные.
Флотация с механическим диспергированием воздуха – установки безнапорные (пенные), импеллерные , и пневматические.
Электрофлотация (разложение воды на H2 и O2 газ)

При обработке природных вод наиболее эффективна напорная флотация.

Схема флотационной установки.


1 – подача исходной воды с реагентами
2 – отвод осветлённой воды
3 – флотационная камера
4 – лотки сбора пены
5 – система распределения воздушной смеси
6 – напорный бак
7 – насос
8 – компрессор
9 – перегородочная камера хлопьеобразования
Часть воды (10% от объёма отобранной воды) в напорном резервуаре растворяет воздух, в обрабатываемую воду вводят реагенты.
При входе во флотационную камеру оба потока смешиваются.
Подготовку воздушной смеси осуществляют в адсорберах под давлением 0,6-0,8 МПа, куда подают воду после фильтров и воздух в объёме 0,9-1,2% от расхода очищаемой воды.
В зоне меньшего давления из насыщенной воздухом воды выделяется мельчайшие пузырьки, необходимые для флотации лёгкой взвеси.
Регулирование давления в абсорбере позволяет изменять объем растворённого воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду в зависимости от состава взвеси в исходной воде.
Флотацию применяют для обработки маломутных (до 150 мг/л) и цветных (200) вод, содержащих планктон и плавающие нефтепродукты, после флотации мутность М3-5 мг/л.

Преимущества флотаторов
Интенсифицирован процесс выделения взвеси из воды, в результате чего уменьшаются размеры ос.
Эффективно удаляется фитопланктон, что позволяет отказаться от микрофильтров.
Возможно удаление из воды плавающих и плохо оседающих примесей.
Улучшается санитарное состояние очистных сооружений, т.к. взвеси удаляются постоянно.

Расчёт флотаторов
При напорной флотации протекают следующие процессы:
Растворение и выделение воздуха
Прикрепление воздушных пузырьков к частицам взвеси
Всплывание пузырьков с образованием пены

Для разработки методики расчёта флотационных камер необходимо знать закономерности процесса флотации и кинетику процесса.

Процесс флотации описывается уравнением:

- число частиц, переходящих в пену за время
- коэффициент, учитывающий влияние различных факторов на флотацию
- количество пузырьков воздуха, переходящих в жидкость за время
- концентрация взвешенных частиц в жидкости
- вероятность закрепления пузырьков на частице
Флотационную камеру рассчитывают на удельную нагрузку 6-8 на 1 площади.
Продолжительность пребывания воды в камере до 40 мин.


Высоту камеры и время флотации ф находят по расчётам лабораторных исследований по формуле:

- время флотации в модели и реальной камере
Н – высота слоя воды
n=0,45-0,65 в зависимости от качества воды.

Правила эксплуатации ФУ.
Перед пуском ФУ должны быть проведены гидравлические испытания всех систем. В напорных установках особое внимание уделяется испытанию узла подготовки и системы подачи водо-воздушной смеси.
2. Проверяют работу распределительной системы (равномерность подачи воздушных пузырьков по поверхности и в толще воды)
3. Для осветления воды флотацией используют очищенные коагулянты
4. Необходимо следить за равномерностью образования пены по всей поверхности камеры, не допускать её разрушения (разрушение приводит к вторичному загрязнению).
5. Не реже 1 раза в 3 месяца проверять работу распределительной системы во флотационной камере.
6. Не реже 1 раза в 6 месяца производить полную промывку ФК, осмотр и очистку распределительной системы.

Фильтрование.

Предварительная обработка воды.

Обработка воды фильтрованием через сетки, ткани и пористые перегородки.
При прохождении воды через сетки, ткани и пористые материалы достигается извлечение из нее ВВ.
Процесс осуществляется либо на поверхности, либо в глубине фильтрующего материала.
Выбор поверхностного или объемного метода обусловлен требованием к качеству фильтрата, свойствами воды , типом загрязнений и экономическим расчетом.

Различают 3 разновидности фильтрования

ВВ> 150мкм – макрофильтрование
ВВ=1-150 мкм – микрофильтрование
ВВ=0,004-0,4 мкм – ультрофильтрация




Теоретические основы процесса.

Макрофильтрование.
Процесс поверхностного фильтрования подчиняется закону Дарси.
Потери напора пропорциональны скорости фильтрования (υ )

коэффициентом пропорциональности K, зависит от динамической вязкости и сопротивления среды R , которое складывается из сопротивления осадка и сопротивления фильтрующей основы
Фильтрование через пористую основу сопровождается ростом сопротивления фильтрованию за счет отложений примесей на ее поверхности или внутри пор.
Уравнение фильтрования при постоянной разности давлений имеет вид:

Для определения сопротивления фильтрующей перегородки и удельного сопротивления осадка уравнение приводится к линейному виду:
.
где V – объем фильтрата, прошедшего через 1 м2 фильтрующей поверхности за время τ; C= – константа фильтрования, характеризующая гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки, м3/м2; – константа фильтрования, учитывающая режим процесса фильтрования и физико-химические свойства осадка и жидкости, м2/с.
При постоянных температуре и разности давлений все величины, входящие в правую часть уравнения, постоянны. Для определения констант фильтрования строится график в координатах Δτ/ΔV от V , на который наносятся значения величин измеренных в опыте.

Величины С и K находят из системы уравнений
,
где m – отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат; tg β – тангенс угла наклона прямой.


Тип фильтрования определяется критерием:


P – потери напора в фильтрующей основе
- сопротивление фильтрующей основы
- средний диаметр задержанных частиц
- поверхностное (плёночное фильтрование)
- объёмное фильтрование
- смешанное фильтрование
При извлечении из воды примесей фильтрованием через фильтрующую загрузку происходит уменьшение порового пространства фильтрующего материала , что приводит к увеличение истиной скорости потока.
В результате задержанные частицы примесей могут частично отрываться и перемещаться потоком в поры фильтрующего материала и даже выносится с фильтратом.
При макрофильтровании из воды извлекают грубодисперсные примеси размером min 0,2 мм.
Макрофильтрование осуществляют на вращающихся макроситах и ситах с закрепленным скребком; на самоочищающихся ситах и механических фильтрах, работающих под давлением.

Барабанные сита
Устанавливают на водозаборных сооружениях или на площадке ОС до ввода в воду реагентов, которые используют для глубокого осветления воды.



1- канал отвода фильтрованной воды
2- барабан с элементами фильтра
3- лоток сбора промывной воды
4- промывное устройство
5- глухая часть соосно расположенного трубопровода отвода промывной воды
6- камера барабанного сита

Интенсивность фильтрования на БС составляет 25-62 л/см смоченной площади макросетки ( барабан на 2/3 Д погружен в воду), размеры сита 500 мкм.
Расход воды на промывку 0,5% обработанной воды под давлением р=0,2 МПа; потери напора ∆h= 0,1м.
Устанавливаются БС, как правило, перед контактными осветлителями

Вращающее сито - ряд чередующихся вертикальных полотен, выполненных из плетеных бронзовых или стальных прутьев d= 0,25 – 1мм, смонтированных на жестком каркасе; размер ячеек 0,33мм, скважность 50-60%.
Скорость фильтрования 0,350,4м/с по отношению площади сита, погруженного в воду; потери напора ∆h= 0,2-0,5м.
Рекомендуется фильтровать изнутри наружу, для облегчения промывки сита.
Задержанные взвешенные вещества удаляются скребком или щеткой, укрепленной на конце цепи.

Микрофильтрование.

Микрофильтрование под давлением осуществляется на фильтрах 3 видов: дисковых, каркаснонавитых и патронных фильтрах.
Цель микрофильтрования- удаление планктона и грубое осветление воды. Использование микрофильтрования обеспечивает снижение объема промывной воды в 2раза, снижение давления на фильтрах на 25%, увеличение фильтроцикла на 25-40%;
Эффективность очистки по ВВ составляет 30-40%, снижение Дк в 2,5 раза.
Микрофильтры конструктивно не отличаются от барабанных сит за исключением размеров сетки, натянутой по образующей барабана (40-50мкм)
Скорость вращения барабана υ=0,050,3м/с
Барабаны погружены в воду на 2/3 диаметра.
Интенсивность фильтрования 10-25л/с∙м.
Потери напора на микросетке м
Общие потери на установке ∆h=0,5м
Расход воды на промывку 1,5- 2% общего расхода
Вода на промывку подается под давлением равным 0,150,2МПа
Микрофильтры задерживают 75% диатомовых и 95% сине-зеленых водорослей, 100% зоопланктона.
Перед микрофильтрами нельзя использовать О3 ; Cl2 или другие окислители (KМO4) для предварительного окисления (коррозия).
Микрофильтры целесообразно использовать при содержании фитопланктона более 1000кл/см
Не задерживают зародыши планктона, при увеличении температуры возможно активное развитие планктона.

Акустические фильтры
Рекомендуется устанавливать на водоочистных установках пропускной способностью до 5 тыс. м/сут.
АФ состоит из круглого металлического корпуса с коническим днищем, внутри которого расположен фильтрующий элемент в виде металлического перфорированного стакана ( скважность 65%, H=0,30,6м; Д=0,250,5м) с круглыми отверстиями 4-5мм, обернутыми микросеткой размер ячеек100-125мкм
Скорость фильтрования 100360м/час., задерживаются примеси размером 20-25 мкм
Нижняя часть аппарата съемная, предназначена для удаления осадка, объем камеры рассчитывается на 5-8% от производительности .
При работе АФ вибратор создает возвратно-поступательные движения фильтрующего элемента, что обеспечивает задержание более мелких примесей чем размеры микросетки, которые не осаждаются на ее поверхности а оседают под воздействием силы тяжести.
Из конусной части осадок удаляется под давлением в сток.
Исходная вода, пройдя через фильтрующий элемент подается на ОС.



подача исходной воды
э/м вибратор
исток
плита
сильфонные уплотн.
сброс осадка
отвод осв. воды
фильтрующий э-т
гаситель

Теоретические основы очистки воды фильтрованием через зернистые материалы

Наибольшее признание получила теория фильтрования малоконцентрированных суспензий Минца.
Теория получила экспериментальное подтверждение и доведена до практического использования.
При движении воды, содержащей взвешенные вещества, через зернистую загрузку, частицы взвеси задерживаются загрузкой и вода осветляется.
Одновременно в слое загрузки накапливается осадок уменьшается свободный объём пор возрастает гидравлическое сопротивления растут потери напора в загрузке.
Изменение гидравлического сопротивления и прирост потерь напора – сопутствующие процессы и должны учитываться при проектировании, расчёте и эксплуатации фильтра.
Осветление – результат двух противоположных процессов: адгезии задерживаемых частичек к микроповерхности, отрыв ранее прикреплённых и перенос их г/д силами потока (суффозия).
Фильтрование идёт до тех пор пока силы отрыва не превалируют над адгезией.
Величина силы адгезии определяется межмолекулярным взаимодействием соприкасающихся тел, она на несколько порядков выше, чем сила адгезии на воздухе. Обратной силой является сила отталкивания последних
Если соприкасающиеся частицы отличаются по смачиваемости, то адгезия минимальна.
При одинаковой гидрофобности или гидрофильности силы адгезии максимальны в водной среде, гидрофобные поверхности слипаются лучше.
Силы отталкивания обусловлены расклинивающим действием между поверхностями соприкасающихся тел, что объясняется отличием их термодинамического и химического потенциалов.
Отрыв частички происходит при условии:

- к-т трения
- сила адгезии
- вес частицы
Сила воздействия потока на частицу зависит от , вязкости среды, размеров частичек, скорости потока и условий обтекания прилипших частичек потоком.
Минц определил, что изменение концентрации взвеси в воде при фильтровании её через зернистый слой описывается уравнением:

- концентрация в данный момент
- исходная концентрация
и - критерии процесса


x – толщины зернистого слоя
t – время фильтрования от начала
a и b – параметры процесса, зависящие от свойств воды
Продолжительность защитного действия зернистой загрузки.


; - const от принимаются по диаграмме Минца
b – характеризует интенсивность прилипания
b/a – характеризует скорость проникновения хлопьев в глубь
– толщины зернистого слоя
Продолжительность защитного действия увеличивается с ростом толщины слоя и прочности осадка и уменьшается с увеличением скорости фильтрования и диаметра зёрен.
Продолжительность работы фильтра.

- предельная потеря напора
- потеря напора при чистой загрузке

h/t – темп прироста
- гидравлический уклон в чистой загрузке
Определив методом технического моделирования процесса a, b, параметры фильтрования (, d, x) подбирают таким образом, чтобы процесс протекал в оптимальном режиме.
Критерием оптимальности является равенство
С точки зрения санитарной защиты


Обработка воды фильтрованием

Сущность процесса
Фильтрование заключается в пропуске жидкости, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твёрдых частиц.
Процесс сопровождается значительными затратами энергии, поэтому фильтрование является завершающим этапом обработки воды.
Классификация фильтров:
Фильтры по виду фильтрующей среды делятся:
- тканевые или сетчатые
- каркасные или намывные (для небольших потребителей – бассейн)
- зернистые (песчаные, керамзитовые и т.п.)
Зернистые фильтры применяются в практике водоснабжения наиболее широко.
- по скорости фильтрования медленные (0,1-0,3 м/с), скорые (5-12 м/с), сверхскорые (36-100 м/ч).
- по давлению под которым работают открытые (безнапорные), напорные.
- по направлению фильтрующего потока однопоточные (обычные скорые фильтры), двухпоточные, многопоточные.
- по крупности фильтрующего материала мелкодисперсные, среднедисперсные, крупнозернистые.
- по числу фильтрующих слоёв однослойные, двухслойные, многослойные.
Пористая среда зернистых фильтров называется фильтрующим слоем.
Разность давления на входе и выходе из фильтра называется потерей напора в фильтрующем слое.
Изменение давления для открытого фильтра равно разности отметок поверхности воды в аппарате и пьезометрического напора в трубе, отводящей фильтрат.
Потеря напора в начальный момент работы фильтра называется начальной потерей напора.
Интенсивность процесса фильтрования характеризуется скоростью фильтрования (м/ч).

По мере загрязнения фильтрующего слоя потери напора в нём возрастают до величины, характеризующей сопротивление предельно загрязнённого фильтрующего слоя, по достижении которой выполняется промывка фильтра. Промывка осуществляется обратным потоком воды со скоростью, превышающей скорость фильтрования, создаётся взвешенный слой отмывка.

В процессе фильтрования воды через слой зернистого материала могут быть реализованы два механизма задержки примесей:
плёночное фильтрование
соотношение размеров ВВ и размеров зёрен фильтрующей загрузки описывается уравнением

- минимальный размер частиц , скорость фильтрования м/с
- диаметр частиц загрузки
Плёночное фильтрование характерно для медленных фильтров – механическое извлечение ВВ из воды.
объёмное фильтрование – задержание частиц в порах фильтрующего материала.
В основе объёмного фильтрования лежит процесс взаимодействия зёрен фильтрующего материала и ВВ. Коагулирование в этом случае имеет важное значение, так как электролит уменьшает или ликвидирует отрицательный заряд частичек примесей.
При обычных значения рН заряд загрузки и ВВ имеют отрицательный заряд и при их взаимодействии силы когезии превалирует над силами адгезии.
Фильтрующий слой
Фильтрующая загрузка – основной рабочий элемент фильтровальных сооружений.
Используемые в промышленности фильтрующие материалы сведены в таблицу, где указаны их пористость, плотность, коэффициент формы зёрен.
Кварцевый песок – отвечает всем требованиям, предъявляемым к фильтрующим материалам.
Дроблёный антрацит имеет меньшую плотность чем кварцевый песок и используется в качестве верхнего слоя фильтрующего материала в двухслойном фильтре.
Керамзит – гранулированный пористый материал, получаемый обжигом глинистого сырья (отсев или дробление)
Горелые породы – угленосные породы, подвергнутые обжигу при подземных пожарах (дробление и сортировка)
Вулканические шлаки – (жидкая лава + газ) охлаждение.
Шунгизит – обжиг шунгита (керамзит, Карелия)
Доменные шлаки, медно-никелевые шлаки
Пенополистирол – плавающая загрузка кг/
Мраморная крошка, активированные угли – удаление не только ВВ находящихся в воде, но и растворенных примесей
Для фильтрующего материала важны эквивалентные диаметры зёрен и степень их неоднородности

- % по массе фракции со средним
Коэффициент неоднородности есть отношение 80% калибра материала к его 10% калибру.
2. Поддерживающие слои – слои между фильтрующим слоем и дренажом.
Назначение - поддерживать фильтрующий слой и способствовать распределению промывной воды по площади.
Применение поддерживающих слоев приводит к удорожанию эксплуатационных затрат () и капитальных вложений, неоднородность поддерживающего слоя может привести к его разрушению и аварии.
К поддерживающему слою предъявляются жесткие требования, которые приведены в СНиП (пределы крупности, высота слоя).

3. Распределительная система (трубчатая, щелево-колпачковая)


1 – дренажная система
2 – коллектор
3 – опорожнение фильтра


4. Схема скорого открытого фильтра

1 – подача исходной воды
2 – боковой карман
3 – желоб
4 – воздушник
5, 6 – фильтрующий и поддерживающий слой
7 – распределительная дренажная система
8 – отвод чистой воды
9, 10 – подача и отвод промывной воды
Мутность =5-15 мг/л
Прошедшая предочистку вода подаётся в боковой карман, далее в камеру фильтра.
Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м.
Вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои, и поступает через распределительную систему в РЧВ ( м).
При промывке фильтров промывная вода поступает в распределительную систему и фильтрующий слой, проходит его снизу вверх, взвешивает, отмывает загрязнения и переливается в желоба, далее через боковой карман выводится в водосток.
В соответствии со СНиП скорость фильтрования, толщину слоя фильтрующей загрузки следует принимать в зависимости от крупности зёрен фильтрующей загрузки.
мм
м/ч
м
Оптимальные условия работы зависят от свойств фильтруемой среды, поэтому доза коагулянта влияет на эффективность работы фильтра.
Способность флокулянтов стабилизировать хлопья позволяет регулировать процесс изменением дозы флокулянта, вводом последнего перед фильтрами.

5. Фильтры повышенной грязеёмкости.
Под грязеёмкостью подразумевается количество загрязнений, задержанных фильтрующей загрузкой аппарата в течение фильтроцикла, отнесённое к единице площади фильтрования.
К числу подобных фильтров относят:
1. двухслойные
2. крупнозернистые
3. каркасно-засыпные
4. контактные фильтры
При площади одного фильтра больше или равной 30 его делят на две равные части распределительным каналом. Этот канал по глубине разбит на два изолированных друг от друга яруса: через верхний ярус производится подача осветлённой воды и отвод промывной, через нижний – отвод фильтрата и подвод промывной воды.
Вместо нижнего яруса возможна прокладка магистрального трубопровода с ответвлениями.
Скорые фильтры с двухярусной фильтрующей загрузкой в конструктивном отношении не отличаются от обычных скорых фильтров, крупнозернистые тоже



















Каркасно-засыпные фильтры

1, 2 – водо и воздухораспределительная система;
3 – гравийно-песчаный слой;
4 – гравийный слой;
5 – трубчатая водосборная система;
6 – подача воздуха при промывке
7 – боковой карман
8, 11 – подача исходной и отвод отфильтрованной воды;
9, 10 – отвод и подача промывной воды.

Прямоточный открытый контактный фильтр.
КФ-Б с трёхслойной фильтрующей загрузкой (h=0,5 м каждый)
Верхний слой – керамзит d=2,3-3,3 мм
Средний – антрацит d=1,25-2,0 мм
Нижний – кварцевый песок d=0,8-1,2 мм
Скорость фильтрации больше или равна 20 м/ч, интенсивность промывки 15 л/см
Время промывки 6-8 минут


1 –водораспределительная система
2 - боковой карман
3 – подача исходной воды
4 – отвод промывной воды
5 – подача промывной воды
6 – отвод отфильтрованной воды
7 – поддон
8 – ложное дно из пористого бетона
9 – три слоя загрузки
10 – водосборный желоб
11 – ввод реагента
12 – подача воды для продувки распределительной системы.

Расчёт и проектирование скорых фильтров

Количество фильтров
Площадь фильтрования
Размеры и число промывных желобов
Подбор фильтрующей загрузки
Определение размеров элементов распределительной системы
Трубопроводы обвязки

Фильтры должны быть рассчитаны на работу в нормальном и форсированном режиме.
Общая площадь фильтра:

- полезная суточная производительность, .
Т – период работы в/о комплекса в течение суток, час.
- расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч.
- число промывок фильтра в сутки
- время простоя фильтра, связанное с промывкой фильтра (0,33 ч)
(воздухом – 0,52)
При производительности ОС Q>1600 /сутки, принимается число фильтров N4
При тыс. /сутки
при этом скорость в форсированном режиме принимается
- при форсированном режиме, N – число фильтров в ремонте
Поперечное сечение желоба может быть пятиугольным с треугольным или полукруглым дном; l=1,4-2,2 м между желобами.
Уклон 0,1 по ходу движения воды.
Промывное устройство – дырчатые трубы, расположенные ниже уровня воды на расстоянии l=0,7-0,8 м одна от другой.
Ширина желоба

=2,1 для треугольного; =2 для полукруглого
- расход промывной воды по желобу /с

- высота прямоугольной части

- высота слоя загрузки до желоба ( допустимая высота слоя загрузки при промывке )
- высота слоя загрузки
- относительное расширение слоя
= 25-50% (СНиП)
От дна желоба до дна бокового кармана

- ширина канала, м
- расход воды по каналу.
Параметры фильтрующей загрузки и работы фильтра принимать по СНиП.
Потери напора

=0,8-1,2 м/с – скорость вначале коллектора
- коэффициент гидравлического сопротивления (СНиП)
=1,6-2,2 м/с – скорость на входе в ответвления
При расчёте трубопроводов скорость движения воды при промывке м/с
Число колпачков N35 на 1 фильтрующей площади.
Общая площадь проходных отверстий 0,8-1%
Распределительная система из пористых, керамических или бетонных плит, устраиваемая в виде прямоугольного днища.
Размеры плит 40х40х5 или 25х50х5 см
Материал – зёрна корунда на керамической связке.
Размеры пор в плитах примерно в два раза больше размеров пустот в фильтрующем слое при диаметре зёрен 0,75 мм, поэтому загрязнения, прошедшие через ФС оставляют чистой распределительную систему.
Промывка скорых фильтров
Промывка осуществляется обратным током, очищенная вода подаётся со скоростью в 7-10 раз превышающей под напором через фильтрующую загрузку.
Количество промывной воды, приходящейся на 1 площади в единицу времени называется интенсивностью промывки.
Интенсивность промывки зависит:
типа загрузки
температуры воды
требуемого относительного расширения зёрен (создание кипящего слоя)
Интенсивность промывки составляет 12-18 л/с
Продолжительность промывки 6-10 мин.
На основании приведенных данных производят расчёт промывных устройств.
Поперечное сечение промывного желоба может быть треугольным или полукруглым
Расстояние между желобами 1,4-2,2 м
Дну желоба придаётся уклон 0,01 по ходу движения воды.
Вода на промывку фильтра подаётся специальными насосами из РЧВ или из канала профильтрованной воды.
Вода может быть подана самотёком из специального промывного бака или башни, расположенной на высоте, создающей необходимый напор и скорость движения воды при промывке.
Объём бака должен быть рассчитан на 2 промывки при работе 1 фильтра и на 3 промывки при работе двух фильтров.
При реагентном умягчении воды или предварительном окислении наряду с обычной промывкой целесообразно применять поверхностную промывку фильтра , которую можно производить с помощью неподвижных или вращающихся промывных труб.

Скорые напорные фильтры.
Напорные фильтры выполняются в виде закрытых цилиндрических резервуаров, рассчитанных на заданное внутреннее давления. Предельные потери давления в напорных фильтрах примерно 0,6-1,0 атм.
Через напорные фильтры вода пропускается под определённым напором, после прохождения фильтра остаётся ещё достаточный напор для подачи воды в напорный резервуар, башню или сеть потребителей.
Применение напорных фильтров на ОС позволяет исключить строительство НС-II.
Напорные фильтры чаще применяются в системах производственных трубопроводов, иногда без предварительной обработки коагулянтами (при ВВ мг/л), где не требуется высокая степень очистки.
Основные элементы и оборудование напорных фильтров те же, что и самотечных – дренаж, фильтрующие, поддерживающие слои, трубы и регулирующая арматура для подачи и отвода фильтруемой и промывной воды

Схема напорного скорого фильтра


1 – подача исходной воды
2 – отвод промывной воды
3 – отвод фильтрата
4 – люки
5 – распределительная дренажная система
6 – воздухораспределительная система
7 – распределительная воронка
8 – фильтрующая загрузка
Подача осветлённой воды и отвод промывной осуществляется через центрально расположенную воронку или кольцевой перфорированный трубопровод.
Фильтр не имеет поддерживающих слоёв, фильтрующий материал располагается на колпачковом или щелевом дренаже. Предусматривается воздушная промывка фильтра. Загрузка фильтра производится через верхний лаз. Для гидравлической разгрузки фильтра предусмотрен специальный разгрузочный штуцер.
Серийно выпускают напорные вертикальные фильтры восьми типоразмеров (табл. 7.13 стр. 501 Сомов).
Высота слоя загрузки Нзагрузки=1,2 м; D=1,0-3,4 м.
При высокой производительности станции необходимо большое число фильтров что приводит к удорожанию процесса.
Число фильтров может быть сокращено примерно в 4 раза при установке горизонтальных напорных фильтров или вертикальных двух или трёхкамерных фильтров.
Вертикальные напорные фильтры применяются на ОС с производительностью меньше или равной 5000 , расчетная скорость фильтрования при нормальных условиях при форсированном режиме 10 , при нормальных условиях (без предварительного отстаивания) , при форсированном режиме -5 .
Промывка осуществляется восходящим потоком с интенсивностью фильтрования I=10-15 в зависимости от типа загрузки.
Сжатый воздух подается с интенсивностью J=20 , время взрыхления загрузки мин.

Схема осветлителя горизонтального однокамерного.



1 – подвод обрабатываемой воды
2 – выход отфильтрованной воды
3 – подвод промывной воды
4 – спуск промывной воды
5 – подвод сжатого воздуха
6 – спуск первого фильтрата
7 – гидровыгрузка фильтрующего материала

Сверхскоростные напорные фильтры конструкцииНикифорова

Фильтр работает при постоянном напоре с переменной скоростью фильтрования, уменьшающейся при загрязнении фильтра.

Фильтр представляет собой цилиндрический корпус с цилиндрической камерой внутри. Пространство между цилиндрами разделено вертикальными перегородками на 8 отсеков с песчано-гравийной загрузкой. В работе находятся 7 отсеков, один на промывке.
Продолжительность фильтроцикла в одном отсеке 1-2 ч.



Фильтруемая вода поступает сверху по трубе в распределительный колпак а из него через щели в отсеки-фильтры. Пройдя через фильтр, вода собирается по центральному цилиндру и отводится по напорной трубе.
Переключение фильтров автоматическое.
Q=150 .

Контактные осветлители.

Сооружения комбинированного типа, где совмещаются процессы хлопьеобразования, отстаивания и фильтрования.
В контактном осветлителе при фильтровании воды через слой зернистой загрузки аппарата агломерация примесей происходит зернах загрузки , частицы адсорбируются на поверхности зерен образуя гелеобразные сетчатые структуры. Этот процесс называется контактной коагуляцией.
В случае контактной коагуляции процесс идет с большей полнотой и во много раз быстрее, доза коагулянта ниже по сравнению с коагуляцией в свободном объеме.
Важное значение имеют быстрота и равномерность распределения коагулянта в обрабатываемой воде.
В условиях обработки маломутных цветных вод использование КО заменяет обычную двухступенчатую очистку, М= 120 мг/л; Ц=120˚
На водоочистных комплексах с КО необходимо предусматривать барабанные сита или микрофильтры и вертикальный смеситель для смешения реагентов с водой и воздухоотделения . Микрофильтры и барабанные сита располагают обычно над смесителем или входной камерой.

Схема контактного осветлителя КО-1


подача исходной воды
2, 8 – нижнее и верхнее отделения центрального канала
3- перфорированная распределительная система с защитными козырьками
4- фильтрующая загрузка
5- водосборные желоба
6- отвод промывной воды
7- отвод фильтрата
9- воздушник

В контактном осветлителе фильтрование воды происходит снизу вверх, в направлении убывающей крупности зерен через слой загрузки. (Н≈3м), в качестве загрузки в КО используют гравий и песок, песок не должен содержать фракции крупнее 2мм и мельче 0,7мм; .
Гравийные слои располагают под песчаной загрузкой на дне контактного осветлителя; Н= 0,6-0,8м.
Рекомендуемая крупность и толщина слоев загрузки приведены в таблице 7.14 ( стр 509 Сомов).
Расчетная скорость фильтрования .
Важным конструктивным элементом КО является распределительная система из дырчатых труб, которая расположена на дне, в слое мелкого гравия (d=210мм).
Эта система служит и для подачи промывной воды, интенсивность промывки
, время = 7-8мин.
Осветленная и промывная вода отводится с помощью желобов 5
Осветлителем КО-1 с безгравийной загрузкой следует применять для очистки воды с умеренной цветностью и мутностью при небольшом содержании планктона.

Схема контактного осветлителя КО-3


1, 11- подача исходной и промывной воды
2- подача воздуха при промывке
3- отвод фильтрата
4- отвод промывной воды
5- фильтрующая загрузка
6,7- воздухо- и водораспределительная система
8- струенаправляющий выступ
9- пескоулавливающий желоб
10- боковой карман

В контактном осветлителе КО-3 предусматривают 2 распределительные системы одна- для подачи воды, другая- воздуха.
Отверстия в распределительной системе для воды должны быть расположены в шахматном порядке в нижней части и направлены вниз, диаметр равен 10-12мм; расстояние между ними 150-200мм.
Распределительная система проектируется в соответствии с требованиями СНиП, должна быть удобна для прочистки, т.к. в КО подается загрязненная вода.
Воздухораспределительная система состоит из дырчатых полиэтиленовых труб располагаемых у дна сооружения точно посередине между распр. трубами для воды.
В КО-3 применяют систему горизонтального отвода промывной воды, элементами которой является пескоулавливающий желоб струенаправляющий выступ.
Водовоздушную промывку осуществляют следующим образом:
Взрыхление загрузки воздухом в течение 1-2 мин; совместная воздушная промывка при подаче воздуха и воды 3-3,5
в течение 6-7мин, дополнительная промывка водой I= 6-7 , время промывки 5-7мин.
Продолжительность сброса первого фильтрата при промывке очищенной воды 5-10мин; неочищенной (ВВ не более 10мг/л) 10-15мин.
В КО слой очищенной воды находится над загрузкой, поэтому во избежание вторичного загрязнения зеркало обработанной воды должно быть изолировано от помещения обслуживания осветлителей.
Равномерность распределения промывной воды достигается созданием высоких сопротивлений движению воды через проходные отверстия.
Наиболее распространены трубчатые распределительные системы –чугунные, стальные, полимерные трубы с отверстиями диаметром 10-12 мм, укладываемые параллельно друг другу на расстоянии 0,250,3м в нижних слоях гравия, присоединяются к коллектору.



1 – дренажная система; 2 – коллектор; 3 – опорожнение фильтра

Отверстия в трубах располагаются в шахматном порядке вертикально или под углом в 45˚ к вертикали.
Разработаны новые конструкции распределительных устройств: щелевые, колпачковые, пористые, сборные железобетонные, которые позволяют отказаться от поддерживающего слоя.
Щелевое распределительное устройство – система труб с щелями или ложное щелевое дно, ширина щелей на 0,1мм.
Распределительные устройства изготавливают из труб нержавеющей стали или полиэтилена.
Щели располагают в шахматном порядке
Колпачковое распределительное устройство – система колпачков монтируемых на дренажном дне фильтра или распределительных трубах.

Расчёт КО Кожинов стр. 174


Медленные фильтры

Работа медленных фильтров основана на принципе пленочного фильтрования.
На поверхности фильтрующего слоя образуется плёнка из задержанных примесей, проницаемая, для воды и непроницаемая для ВВ.
В образовавшейся плёнке интенсивно развиваются различные микроорганизмы, которые задерживают 99,9% находящихся в воде загрязнений и кроме того взвешенные и коллоидные частицы.
Схема медленного фильтра конструкции Айрапетова

1 – фильтр,2 – шандоры, 3 – РЧВ, 4 – гравий, 5 – песок, 6 – воздуховод.
7 – плотина

Фильтр состоит из двух отделений расположенных параллельно каналу. Водоподъёмная плотина регулирует подачу воды на фильтры. При работе фильтра входные шандоры открыты, выходные – закрыты.
Для смыва загрязнений выходные шандоры открывают и подают воду, задвижки на РЧВ закрывают.
Медленный фильтр – это открытый резервуар, на дне которого находится дренаж над которым располагается поддерживающий слой Н=350 мм из гравия, гальки, щебня d=2-40 мм, далее располагается фильтрующий слой H=850 мм хорошо промытого песка d=0,3-2 мм.
Слой воды над фильтрующей загрузкой 1,2-1,5 м.
По способу регенерации фильтрующей загрузки различают 2 конструкции:
удаление загрязненного слоя и отмывка его вне фильтра
отмывка загрязненного слоя внутри фильтра при механическом разрыхлении и смыве загрязнений
При работе медленного фильтра достигается полное осветление воды, снижение цветности на 20-30%, окисляемости на 20-40%, полное удаление NH3, HNO3, O2, использование реагентов не требуется.
Скорость очисти 1 воды в 3-5 раз меньше чем в скорых фильтрах.
Недостатки:
Высокая строительная стоимость фильтров
Нельзя обрабатывать высокоцветные воды (Ц)
Трудоёмкость очистки фильтрующей площади
Большие площади фильтрования
Скорость фильтрования при ВВ мг/л
при ВВ мг/л
Фильтроцикл при очистке со снятием фильтрующего слоя складывается:
Фильтрование (30-50 сут.) + очистка (2 сут.) + созревание (1-2сут.)=3254 сут.
При гидравлическом смыве и большей мутности фильтроцикл может быть ниже в десятки раз.
Площадь медленного фильтра с длительным фильтроциклом определяется производительностью Q и линейной скоростью фильтрования ;

м/с
Число фильтров
При форсированном режиме м/ч
Производительность ОС1000 при работе МФ со снятием верхнего слоя, при концентрации ВВ .
При гидравлическом смыве на МФ можно осветлять воду с концентрацией ВВ

Намывные фильтры

Намывные фильтры представляют собой открытые напорные или вакуумные резервуары, внутри которых находятся фильтрующие элементы с размером ячеек 100-150 мкм. На поверхность этих элементов наносится специальные порошки (диатомит, целлюлоза, бентонит и т.д.) с размером частиц 50-70 мкм.
Процесс фильтрования является чисто механическим, при этом в фильтрующем слое задерживаются частички, размеры которых превышают размеры намытого слоя.
В этом случае при фильтровании
1. Снижается содержание органических веществ
2. Извлекается Fe; Mn, масла, нефтепродукты, бактерии
Намывные фильтры целесообразно использовать при Ц; M мг/л
Схема установки с намывным фильтром



1 – насос для подачи исходной воды; 2 – сброс использованного порошка;
3 – подача воды в фильтр; 4 – фильтрующие элементы; 5 – корпус фильтра;
6 – отвод воды из фильтра; 7 – подача промывной воды; 8 – смотровой люк
9 – мешалка; 10 – бак для приготовления суспензии; 11 – бак для зарядки фильтра; 12 – насос для зарядки фильтра; 13 – насос для дозирования суспензии в процессе фильтроцикла.

За счёт в корпусе фильтра и внутри фильтрующего элемента на поверхности последнего удерживается равномерный слой порошка. После зарядки фильтра в воду периодически или непрерывно добавляют 3-1 мг/л фильтрующего порошка что позволяет увеличить фильтроцикл.
Промывают намывные фильтры осветлённой водопроводной водой в течение мин обратным током.
Расход воды на промывку 0,5-0,7 % от исходного её количества.

Самопромывающиеся фильтры с гидравлической системой управления процессом промывки.
Фильтрующий слой СПФ может подаваться периодически или непрерывно.
Самопромывающийся фильтр с плавающим клапаном



1 – воздухоотдеситель
2 – трубопровод подачи воздуха
3 – трубопровод отвода фильтрата
4 – сборный трубопровод
5 – напорный фильтр
6 – регулятор
7 – гидрозатвор
8 – труба подачи воды
9 – трубопровод
10 – сифон
11 – промывной бак

Осветляемая вода, пройдя распределитель и воздухоотделитель 1 поступает по трубопроводу 9 через гидрозатвор 7 и трубу 8 в напорный фильтр 5. Фильтрат по трубопроводу 3 поступает в промывной бак 11 после наполнения которого вода через сборный трубопровод 4 направляется в РЧВ. Одновременно постепенно наполняется сифон 10 свободный конец которого снабжён регулятором 6 интенсивности промывки.
При достижении определенной потери напора сифон саморазряжается и начинается промывка фильтра.
Прекращается промывка после опорожнения бака 11 и разрыва струи в регуляторе 6 в результате поступления воздуха из 2
Вода подаётся на промывку насосом или самотёком из бака, объём бака рассчитывается на число промывок + 1, в течение 5-8 мин, расход воды промывной фильтрованной.
Основная задача промывки фильтров – полная отмывка зёрен загрузки от загрязнений при оптимальной интенсивности подачи воды и относительном расширении загрузки ( недостаточная промывка)
Возможно применение водовоздушной промывки (песок)
Воздух ; мин
Воздух + вода; ; ; мин
Вода ; мин
Для керамзита, антрацита – только вода.

Обеззараживание воды

Методы обеззараживания
При коагулировании и фильтровании удаляется 95% бактерий.
При использовании подземной воды возможно обойтись без обеззараживания.
Обеззараживание – удаление патогенных бактерий.
Разделяют следующие методы:
- термический
- сорбционный ( на активном угле)
- окисление (Cl2, ClO2; NaOCl, CaOCl2 ; O3, I2; KMnO4; H2O2;)
- олигодинамия (воздействие ионов благородных металлов)
- физические (УЗ, УФ, радиоактивное излучение)
Наиболее распространён метод окисления.
Выбор метода зависит от:
Расхода и качества обрабатываемой воды
эффективности её предварительной очистки
условий поставки, транспорта и хранения реагентов
возможности автоматизации и механизации процессов

Хлорирование воды
CaOCl2; Cl2 содержат активный хлор, который окисляет органические соединения, внедряется в протоплазму клеток бактерий, нарушает обмен веществ и вызывает их гибель.
Для качественного хлорирования необходимо интенсивное перемешивание и 30- минутный (хлорамины 60 мин) контакт воды с активным хлором.
Дозу хлора определяют технологическим методом из условия содержания 0,3-0,5 мг остаточного хлора на 1 литр обработанной воды – показатель санитарной надёжности.
Доза хлора при хлорировании 1-2 мг/л –для поверхностных вод;
0,7-1 мг/л – для подземных вод.
В каждом конкретном случае доза хлора определяется экспериментально.
При тыс. - хлорирование известью, при большей производительности хлорируют газообразным хлором Cl2
Хлор хранится в баллонах в жидком состоянии при давлении 0,6-1 МПа
Типы баллонов Е-24 G=25-30 кг
Е-54 G=100 кг
Для крупных очистных сооружений , где расход хлора больше 100 тыс. - используют цистерны G=48 т жидкого хлора.
Хлорное хозяйство размещают в отдельном помещении, где совмещены расходный склад хлора, испарительная и дозаторная.
Хлоропроводы выполняют из ПВХ, резины, ПЭНД.
Взаимодействие хлора и хлорсодержащих соединений с водой происходит по реакции:

Cl2+H2OHCl+HClO



pH=4 содержание HCl 99,95% Cl-; pH=11 содержание OCl 99,9 %

Хлоропоглощяемость одной и той же воды различна при различных температурах, рН, периода контакта , т.к. концентрация активного хлора зависит от перечисленных параметров.
На практике применяют 1 и 2х – кратное хлорирование.
Для воды, загрязнённой органикой – 2х кратное (перед смесителями 5 мг/л и перед РЧВ).
Для дехлорирования воды используют – обработку сульфатом Na, тиосульфатом Na, SO2 или фильтрование через активированный уголь.


Для полноты окисления органических загрязнений при длительном пребывании питьевой воды в резервуарах и водоводах (более 1,5 часа) в воду добавляют аммиак, который взаимодействует с хлорноватистой кислотой с образованием хлораминов.

Гидролиз хлораминов протекает медленно, поэтому окислительное действие хлораминов ниже, а бактерицидное более продолжительно.
Доза аммиака в 5-6 раз меньше дозы хлора для образования монохлораминов.
Аммиачное хозяйство оборудуется аналогично хлорному и располагается в отдельных помещениях. Аммиак хранят в расходном складе в баллонах или контейнерах.
Ввод аммиака производят в фильтрат при наличии в воде фенолов за 2-3 мин до ввода хлора.
Для ввода в воду Cl2, NH3, SO2 применяют вакуумные дозаторы системы ЛОНИИ-100 и системы Кульского.
Хлоратор ЛК-11 расход хлора 0,5-4,5 кг/час
ЛК-10 – 800 г/час
Число резервных хлораторов на одну точку ввода при 1-2х хлораторах – 1 резервный, при 3х хлораторах – 2 резервных.Допускается устанавливать общие резервные хлораторы для предварительного и вторичного хлорирования.
При хлорировании воды раствором отстоянной хлорной извести крепостью 1-1,5 % его приготовление ведут таким же способом, как и раствор коагулянта.
Для приготовления раствора хлорной извести следует применять деревянные, пластмассовые, ж/б баки, арматуру и трубы – из полиэтилена или винипласта.
При взаимодействии хлора с органическими веществами и фитопланктоном образуются канцерогенные летучие хлорорганические соединения (ЛХС), на этот процесс влияет рН, время контакта. Удаление ЛХС возможно аэрацией, сорбцией на активных углях. В идеальном случае необходимо предусматривать предотвращение образования ЛХС

Озонирование воды (разлагается при транспорте воды)
При озонировании происходит обеззараживание воды, обесцвечивание, дезодорация и улучшение её вкусовых качеств.
Озон получают из атмосферного воздуха или технического кислорода в озонаторах.
Серийно выпускаются озонаторы:
ОП-6 Q=8 кг/час
РГО-1Q=10кг/час


Низко- частотные




Озон-10 Q=10 кг/час
Озон-1,5 Q= 1,5 кг/час
Озоин-4 Q= 4 кг/час





Схема озонаторной установки



1 – воздушный фильтр
2 – воздуходувка
3 – водяной теплообменник
4 – фреоновая холодильная установка
5 – влагопоглотитель
6 – озонатор
7 – контактный резервуар
8, 9 – подача исходной и отвод озонированной воды

Воздух перед вводом в озонатор очищается от влаги и пыли. При сушке воздуха выделяется теплота поэтому его охлаждают перед вводом в озонатор.
Озон вводят в воду либо эжектором, либо через сеть перфорированных труб или распределительных каналов, укладываемых по дну контактного резервуара.
Время контакта 6-12 мин; доза 1-3 мг/л – поверхностные
0,75-1 мг/л – подземные

Обеззараживание воды УФ лучами.
Для обеззараживания природных вод рекомендуется применять бактерицидное излучение при условии: коли-индекс 1000 ед/л, Fe0,3 мг/л, ВВ2 мг/л
Достоинства:
- вкусовые и химические качества воды при бактерицидном действии лучей не изменяются
- бактерицидные лучи убивают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие
- время воздействия лучей минимально, воду сразу подают потребителям
- эксплуатация и обслуживание установок проще, чем при обеззараживании жидким хлором
Наибольшим бактерицидным действием обладает УФ излучение мкм мкм
Процесс отмирания бактерий описывают уравнением

Р – число бактерий в единице объёме после излучения
- начальное число бактерий
Е – интенсивность бактерицидных лучей
t – время облучения
К – коэффициент сопротивляемости К=2500 для патогенных микроорганизмов
Коэффициент обеззараживания определяется по коли-индексу
При определении количества бактерицидной энергии учитывают величину хлор- поглощаемости
для бесцветных вод 0,1
для родниковой, инфильтрационной вод 0,15
для поверхностной воды после очистки 0,2-0,3
Расчётный поток бактерицидной энергии

q – расход обеззараживаемой воды
- коэффициент поглощения
- коэффициент обеззараживания (коли-индекс)
- коэффициент использования бактерицидного потока
=0,9 – коэффициент использования бактерицидного потока отражателем
Источниками бактерицидного потока являются ртутно-кварцевые лампы высокого давления ПРК и аргонортутные лампы НД РКС-2,5
Применяют несколько типов установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами разработанных в НИИ КВОВ Академии коммунального хозяйства.
Типы установок приведены в таблице 7.18 Сомов Водоснабжение

Установка ОВ-АКХ-1
Применяется для обеззараживания воды на станциях небольшой производительности



1, 6 – подача и отвод воды
2 – бактерицидная камера
3 – ртутно-кварцевые лампы
4 – кварцевые чехлы

Установка состоит из технологической и электрической частей.
В технологическую часть входят ряд бактерицидных камер, каждая представляет собой литую конструкцию с перегородками, обеспечивающими перемешивание воды. В центральной части камеры расположена ртутно-кварцевая лампа в чехле.
Производительность установки Q=30-150 (в зависимости от числа ламп)
Метод обеспечивает надёжную дезинфекцию воды. Эксплуатационные расходы по обеспечению работы установки не превышают расходы при хлорировании. Для родниковых или подрусловых вод обеззараживание облучением в 3-5 раз дешевле, чем хлором.
Расход электроэнергии для подземных вод -10-15
для поверхностных - 30
Недостатком рассматриваемого метода является невозможность обеспечения оперативного контроля за ходом обеззараживания.



Устранение запахов, привкусов и токсичных микрозагрязнений воды.

Методы дезодорации используются не всегда при подготовке воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения и изучены они недостаточно.
Необходимость дезодорации диктуется:
использованием поверхностных источников, которые непрерывно загрязняются БСВ и ПСВ
снижением органолептических свойств, вызванных наличием растворимых солей, органических веществ биологического (разложение остатков водных растений, планктона, особенно при цветении водоемов) и антропогенного (сброс СВ промпредприятий- нефтепродукты, полифенолы, ПАВ, пестициды) характера.
снижением органолептических свойств вызванных неправильной эксплуатацией ОС (дозы реагентов, режимы обработки)
Выбор мероприятий по улучшению органолептических свойств зависит от характера примесей и их состояния.

Аэрирование воды
Удаление привкусов и запахов происходит за счет вытеснения летучих соединений из воды.
Аэрирование проводят в специальных установках барботажного, разбрызгивающего и каскадного типов и установках – аэраторах вакуумно-эжжекционного типа.
В аэраторах барботажного типа воздух распределяется в воде с помощью перфорированных трубам, подвешенных в резервуаре или распылительных устройств, расположенных на дне. Барботажные установки открытого типа могут работать при температуре меньше 0˚С. Степень аэрирования легко регулируется величиной подаваемого воздуха. Qв=0,370,75 м/м , ≤ 15мин.
В разбрызгивающих аэраторах вода распыляется соплами на мелкие капли. В результате чего увеличивается поверхность ее контакта с воздухом. Основными факторами, определяющими работу аэратора является форма сопла и его размеры. I= 5м/ч∙м p=0,7МПа =30мин
В аэраторах каскадного типа обрабатываемая вода падает струями через несколько последовательно расположенных водосливов.
Аэратору вакуумно-эжекционного типа – удаление растворенных газов происходит за счет создания вакуума в аппарате.
Аэрированием невозможно устранить стойкие привкусы и запахи, обусловленные присутствием низко-летучих веществ.
Обработка воды окислителями.
Для дезодорации применяют окислители: и его соединения, , , и др.
2.1. Фенолы удаляют длительным хлорированием и хлорированием с аммонизацией.
2.2.Перманганат калия может быть использован самостоятельно и вместе с хлором для окисления трудно окисляемых соединений. Доза определяется в соответствии с величиной перманганатной окисляемости . ПДК=0,1мг/л
2.3. Озонирование E=2,07B (не вступает в реакции замещения)
Озон плохо растворим в воде, с повышением температуры его растворимость понижается. Озон не дает хороших результатов при дезодорировании воды, содержащей стойкие органические соединения, возможно образование не полностью окисленных органических соединений.
Применение наиболее эффективно для очистки мало загрязненных природных вод, величина перманганатной окисляемости которых составляет 8-20 мг/л и определяет дозу : Доза 1,5-3мг/л
Озон взаимодействует с органикой в местах двойных связей
Запахи и привкусы вызванные наличием в воде ядохимикатов устраняются обработкой перекисью водорода .
Недостатком метода является высокая стоимость и его низкая стойкость.
Метод окисления не является универсальным и санитарно надежным.
Окислители не устраняют загрязнения, а превращают их в другие соединения, которые могут понижать органолептические показатели или являются более токсичными, чем сами загрязнители.
Окислители могут быть применены в тех случаях, когда их действие не приведет к образованию новых нежелательных загрязнений.

Адсорбционные методы дезодорации воды.
Для адсорбционной очистки применяются порошкообразные и гранулированные активированные угли, углеводородные, волокнистые материалы, активированный антрацит, неуглеродные сорбенты.
Наиболее перспективным сорбентом является активированный уголь, размеры частичек АУ составляют 0,07- 7,0мм, порошкообразного 0,07-0,12мм, площадь поверхности колеблется в пределах 450-1800м/г
Поступающая на обработку вода не должна содержать взвешенных веществ (ПДК≤ 10мг/л) и продуктов гидролиза коагулянтов.
Порошкообразный активированный уголь используют при углевании воды, гранулированный - при фильтровании через угольные фильтры.
Эффективным является применение адсорберов со взвешенным слоем сорбента, который непрерывно обновляется в процессе очистки.

Схема адсорбера со взвешенным слоем АУ



1- выносной углеуплотнитель с принудительным отсосом адсорбента
2- центральная труба для подачи воды с адсорбентом
3- перфорированная кольцевая труба
4- распределительные решетки
5- диффузор
Адсорбент подается в установку вместе со струей осветленной воды, поступающей на очистку через центральную трубу 2 и диффузор 5.
Пройдя распределительные решетки 4, уголь задерживается взвешенным слоем, а очищенная вода отводится из верхней части установки через затопленную кольцевую трубу 3.
Применение принципа взвешенного слоя позволяет.
1. решить задачу непрерывной смены сорбента в установке
2. упрощает регенерацию АУ
3. предотвращает заиливание адсорбента
4. использовать мелкие фракции АУ
Возможны различные варианты конструкции
Недостаток - дефицит дешевых сорбентов с высокой механической прочностью.

4. Удаление из воды пестицидов.
В качестве ядохимикатов применяют: инсектициды, гербициды, акарициды, фунгициды и др. Для очистки от пестицидов используют окислительные (), адсорбционные, физико-химические и биологические методы.
5. Удаление из воды сероводорода .
5.1. Физические методы, основанные на способности выделения газов при спаде парциального давления и повышении температуры
5.2. Физико-химические методы.
Фильтрация воды через слой загрузки твердых зернистых поглотителей.
5.3. Химические способы.
Взаимодействие H2S с жидким хлором.


Взаимодействие H2S с гидроокисью железа
рН < 7
рН 7


Умягчение воды.

Извлечение из воды солей в зависимости от глубины осуществления процесса называется опреснением или обессоливанием.
Существующие методы подразделяют на 2 основные группы:
1 группа – с изменением агрегатного состояния ( дистилляция, нагрев до сверхкритической температуры 3500 С, вымораживание, газогидратный метод).
2 группа – изменения агрегатного состояния (ионный обмен, электродиализ, обратный осмос (гиперфильтрация), ультрафильтрация, экстракция).
Наиболее распространены – дистилляция, ионный обмен, обратный осмос, электродиализ.
Обессоливание ионным обменом при минерализации М = 0,8 – 1 г/л
Дистилляция М > 1 г/л
М > 10 г/л – дистилляция, вымораживание или обратный осмос
2,5 г/л < М < 10 г/л – электродиализ или гиперфильтрация

Основы умягчения. Классификация методов.

Снижение общей жесткости воды называется умягчением.
ПДКж=7 мг-экв/л
Для котлов высокого давления жесткость не должна превышать
0.005 мг-экв/л
Выбор метода определяется:
- качеством исходной воды
- глубиной очистки
- технико-экономическим расчётом
Различают следующие методы умягчения воды:
- термохимический (для котлов)
- реагентный (метод осаждения)
– катионирование ( для подземных вод)
- диализ



Термический метод


растворимость в воде 13 мг/л
Кипячение – удаление
растворимость соли 110 мг/л
растворимость соли 8,8 мг/л

Термохимическое доумягчение



Реагентное умягчение

Известковый
При высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости ( когда необходимо снижение Ж и Щ).
При введении вода насыщается и
Для ускорения осаждения и снижения Щ применяют дополнительно ( коагулянт).

Конечный эффект процесса декарбонизации воды зависит от соотношения Ж0/Щ и для каждого конкретного случая определяются время контакта воды и осадка, температура обработки и дозы

при

Известково-содовый
Используется для умягчения воды любого состава


Повышение температуры ускоряет процесс умягчения .
Наличие органических примесей в воде способствует образованию коллоидных растворов, поэтому в качестве коагулянтов может быть использован
Контроль процесса следует вести коррекцией рН (щелочная 9)

Содово-едконатриевый


- добавка, снижается доза
Когда карбонатная Ж Ж некарбонатной
Недостаток метода – большое количество выделяющегося , что приводит к коррозии и увеличению сухого остатка в котловой воде.

Бариевый метод
Применяют в сочетании с другими методами


Соли бария плохо растворимы в воде и не могут быть дозированы точно, поэтому воду пропускают через слой .
Кальций и магний удаляются только в присутствии сульфатов.
Реагенты дорогие и токсичные, для хозяйственно-питьевого водоснабжения не применимы. Применяются в исключительных случаях.

Аппаратурное оформление методов реагентного умягчения воды .

Оптимальным сооружением для умягчения воды известковым или известково-содовым методами является вихревой реактор.
Реактор представляет собой конический железобетонный или стальной корпус () наполненный на половину контактной массой
В качестве контактной массы применяют песок или мраморную крошку мм.
При винтовом восходящем потоке воды контактная масса взвешивается, на поверхности частичек кристаллизуется , частички превращаются в шарики, увеличиваются в диаметре, по мере их укрупнения происходит замена слоя контактной массы.
Вихревые реакторы не задерживают , поэтому их применяют совместно со скорыми фильтрами.

Установка для умягчения воды с вихревым реактором.




1 – бункер с контактной массой
2 – подача исходной воды
3 – вихревой реактор
4 – ввод реагентов
5 – скорый фильтр
6 – отвод умягчённой воды в РЧВ
7 – эжектор
При высоком содержании солей магния в схему умягчения включается осветлители со взвешенным слоем осадка.

Умягчение воды катионитами

Метод основан на способности катионитов вступать в реакцию ионного обмена с растворенными в воде солями.
Основополагающими факторами кинетики процесса является скорость ионного обмена между ионами , растворенными в воде и катионитами.
Различают полную и обменную емкость катионита.
Полная обменная емкость катионита это то количество ионов Ca и Mg которое задерживает катионит до того момента когда
Рабочая обменная емкость катионита это то количество ионов Ca и Mg , которое задерживается до момента проскока.
Свойства катионитов
наличие функциональной группы;
пористость (гиперпористые, макропористые, изопористые)
фракционный состав
механическая, термическая, химическая стойкость.

Умягчение воды с применением натрий-катионитовых фильтров
ВВ
Ж=0,05-0,1 мг-экв/л – 1 ступени
Ж=0,01мг-экв/л – 2 ступени

После умягчения воды катионит необходимо регенерировать
Операции при умягчении воды
Фильтрование воды через слой катионита

взрыхление слоя катионита (интенсивность подачи воды 3-4 л/())
спуск водяной подушки
регенерация катионита раствором NaCl
отмывка катионита

Оборудование ионообменных установок.

Ионитовые фильтры подразделяются по принципу действия:
- катионитовые
- анионитные
- смешанного действия
- непрерывного действия

Смешанные ионообменные фильтры подразделяются
на насыпные и намывные; насыпные , в свою очередь подразделяются на фильтры с внутренней регенерацией и с внешней регенерацией.

По способу выполнения технологических операций:
параллельноточные (обрабатываемая вода и регенерационный раствор подаются в одном направлении) и противоточные.

По конструктивному выполнению:
горизонтальные, одноэтажные вертикальные, двухэтажные вертикальные (2 фильтра с раздельным управлением)

Ионообменный фильтр представляет собой цилиндрический корпус со сферическим днищем.
скорость фильтрования зависит от Ж; при Ж<5мг-экв/л; Ж>15мг-экв/л
Фильтр снабжен дренажным (на днище) и распределительным устройствами для равномерной подачи и отвода воды.
Потери напора водного столба;

Установки для умягчения воды

Известково-содово-катионитные установки

Установки работают по принципу отстаивание-фильтрование, являются самыми универсальными, Щ до 0,7-0,1мг-экв/л и Ж до 0,01мг-экв/л

Схема с осветлителем Кургаева



Применяется для установок с Q>100 или при расходе извести более 0,5т/сут (по Ca)

Схема с напорным осветлителем.



осветлитель со взвешенным слоем осадка
напорный фильтр
3, 4- Na-kat фильтры 1 и 2 ступени
5- гидравлическая мешалка для приготовления известкового молока
6- насос для перемешивания известкового молока
7- насос-дозатор
8- воздухоотделитель
9- подача
10- возможная подача каогулянта

Рекомендуется для установок с небольшой производительностью. Достоинством варианта является отсутствие разрыва струи и устранение тем самым второй группы насосов.
Установки известково-содового умягчения позволяют обрабатывать воду любого качества и обеспечивают высокую надежность работы.
Применяются при высокой М > 150 г/л, Ц > и значительном содержании органических и минеральных коллоидов, высокой Ж > 6мг-экв/л; и величине сухого остатка более 1000мг/л
Для очистки воды необходимо полное удаление воздуха, после обработки NaKat вода обладает повышенной агрессивностью, известково- катионированная с pH>8 менее агрессивна.
При известково-содовом методе не рекомендуется применять избыток известки, т.к. это приводит к перерасходу соды и увеличению гидратной Щ.
Известкование в сочетании с последующим NaKat позволяет получить более дешевую умягченную воду.

Натрий-катионовые установки для умягчения подземных
и поверхностных вод.

Очистка воды с любым содержанием ВВ и коллоидных частиц



1,2- реагентное хоз-во
3- напорный осветлитель
4- механический фильтр
5- Nakat фильтры
Ц<; ВВ 8мг/л

Натрий-кaтионирование со снижением Щ



HKat 1 ступени
NaKat 2 ступени
Декарбонизатор
Сборная емкость (промежуточный резервуар)
Насос
В- воздух; г- газ; к-кислота

Водород-натрий-катионитовые установки

Применяются для последовательного H-NaKat в результате глубокое умягчение
Для вод с М>1000мг/л
при
Предел умягчения 0,1-0,03 мг-экв/л; Щ=0,5-0,6 мг-экв/л
pH воды .

c голодной регенерацией



1- голодной регенерацией
2- Декарбонизатор
3- Nakat
4- насос
5- промежуточный резервуар
Применятся для обработки воды с повышенной карбонатной Ж
при невысоком содержании


Аммоний-катионитные установки



Обработка воды в промышленных котельных
Использование этой схемы позволяет исключить применение кислот и образование кислых вод, что имеет место при Н- катионировании . Введение в воду повышает pH, связывается
- буферное действие (pH=const)
Рекомендуется для умягчения при невысокой Ж

Недостаток- вода является потенциально кислой

Фторирование и обесфторирование воды.

Повышенное содержание фтора в воде приводит к заболеванию- флюороз недостаточное- разрушение костной ткани, кариес.
Допустимая концентрация 0,5-1,5 мг/л оптимальная 0,7-1,1 мг/
1. Фторирование воды
Реагенты
Для фторирования воды можно использовать фториды Na и Ca, кремнефториды Na, Mg ;NH 4; НF; Н2 SiF6

1.1. Кремнефторид Na (Na2SiF6) - побочный продукт суперфосфатного производства; содержание основного вещества 95-98%, дешев, pH=3-4; при понижении температуры растворимость в воде понижается.
1.2. Фторид натрия NaF
Содержание основного вещества 80%, pH= 7,5-8,5, в жесткой воде
образуются осадки в растворных баках
1.3. Кремнефторид аммония (NH4)2SiF6
Содержание основного вещества 86%, хорошо растворим в воде. Недостаток - слеживаемость
1.4. Фтористоводородная кислота HF – яд, жесткие требования при использовании

Технологические схемы, контроль работы фтораторных установок.
Выбор схемы фторирования определяется производительностью водопроводной станции, свойствами фторсодержащего реагента, экономическими расчетами.

Схема установки для фторирования сатураторного типа.



Эту установку используют при применении малораствор. кремнефторида Na (Na2SiF6)
1- бачок постоянного уровня
2- вакуум-бункер
3- фильтр
4- вакуум-насос
5- ввод раствора фторреагента
6- ротаметр
7- тара с реагентом
8- компрессор
9- штурвал для регулир. загрузки реагента
10- секторный питатель
11- сатуратор
12- регулирующий вентиль

Вода подается в сатуратор 11, проходит через слой реагента, который 1 раз в 5-7 суток загружается в сатуратор с помощью пневмотранспортера. Для предотвращения выноса частичек порошка в атмосферу при работе пневмотранспортера предусмотрен фильтр 3. В сатураторе готовится насыщенный раствор кремнефторида натрия. Вода поступает в нижнюю часть сатуратора, вытесняет образовавшийся концентрированный раствор, который подается в трубопровод. Ротаметр и регулирующие вентили контролируют количество воды подаваемой в сатуратор и концентрацию раствора, подаваемого в систему водоснабжения.
Схемы фтораторных установок с расходными и растворными баками аналогичны соответствующим схемам реагентной обработки воды при каогуляции.
При использовании в качестве реагентов кремнефторидов натрия и аммония следует предусматривать мероприятия по защите оборудования от коррозии.
Использование кремнефтористоводородной и фтористоводородной кислот не требуется оборудования для приготовления растворов, но существует множество проблем при транспортировании этих кислот, поэтому они не нашли широкого применения.
При фторировании воды необходим контроль за:
1. Качеством фторсодержащих реагентов
2. Точностью дозировки F-содержащих растворов
3. Условиями труда обслуживающего персонала
4. Обеспечением обслуживающего персонала индивидуальными средствами защиты.

Технология обесфторивания воды

Метод сорбции фтора осадками Al(OH)3 или Mg(OH)2, Ca3(PO4)2
Эти методы целесообразно применять при необходимости осветления и обесцвечивания поверхностной воды.
В случае обработки подземных вод процесс дефторивания совмещают с реагентным умягчением воды.
2. Фильтрование воды через фторселективные материалы (сильно основные аниониты)
Метод основан на обменной адсорбции ионов фтора поверхностью загрузки.
Используют в том случае, когда вода не требует дополнительных методов очистки кроме опреснения.
3. Фильтрование воды через зернистую загрузку, заряжённую сульфат ионами (зернистый активированный оксид алюминия ЗАОА)
При прохождении обрабатываемой воды через слой ЗАОА происходит поглощение фтора сорбентом в результате обмена сульфат ионов на ионы фтора.
Скорость фильтрации 5-7 м/ч
Регенерация сорбента производится 1-1,5% Al2(SO4)3
Основные технологические сооружения:
- Скорые напорные или открытые фильтры загруженные ЗАОА
- Реагентное хозяйство для приготовления регенерационных растворов, баки для хранения воды, необходимой для взрыхления и отмывки сорбента.
В процессе обесфторивания увеличивается содержание в воде, этот момент нужно учитывать при проектировании установки, т.к. содержание в воде нормируется (ПДК=500 мг/л)

4.Метод обратного осмоса (диффузия через полупроницаемую мембрану при внешнем давлении больше осмотического), в качестве обесфторивающих гиперфильтрационных установок м.б. использованы аппараты фильтр-прессового, трубчатого и рулонного типов и аппараты с полыми волокнами.
5. Электрокоагуляция
Позволяет удалять фтор без применения химреагентов. В качестве растворимого анода используют алюминий или дюраль (алюминиевый сплав).
В результате электролиза анод растворяется с образованием высокоактивной гидроокиси алюминия которая на своей поверхности сорбирует ионы фтора. Сорбция фтора идёт активно в слабокислой среде рН=6,4-6,6

Схема дефторирования воды сорбцией на свежеприготовленном гидроксиде алюминия

Обесфторивание воды гидроксидом алюминия требует её предварительного подкисления с последующим подщелачиванием.
Большие расходы кислоты и извести, необходимость их точной дозировки делают метод дорогим и сложным в эксплуатации.
Использование гидроксида Mg для удаления фтора из воды требует рН=9, не зависит от температуры, время пребывания 8-12 мин.
Аппаратурное оформление аналогично.


1 – подача исходной воды
2 – ввод реагентов (к-та + Al2(SO4)3) (pH=4,3-5,0)
3 – смеситель
4 – осветлитель со слоем взвешенного осадка
5 – ввод извести для стабилизации воды
6 – скорый фильтр
7 – отвод дефторированной воды


1. Методы удаления железа сводятся к окислению двухвалентного железа Fe2+ в трехвалентное Fe3+ и осаждению в виде Fe (OH)3.




Скон [Fe] = 0,1 – 0,3 мг/л.
Процессу осаждения Fe (OH)3 мешают гуминовые вещества – коллоиды двухвалентного железа .
В этом случае воду обрабатывают жидким хлором Cl2 или другим окислителем, который переводит двухвалентное железо Fe2+ в трехвалентное Fe3+ и разрушает гуминовые вещества.
2. Сернокислое железо FeSO4 удаляют известкованием.


3. Метод катионного обмена.
В основе метода лежит фильтрование через катионит Са.


Выбор метода обезжелезивания воды производится на основании результатов технологических исследований, произведенных непосредственно у источника.

УДАЛЕНИЕ МАРГАНЦА
Методы окисления
1.1Сущность метода состоит в переводе Mn2+ в Mn4+ при рН < 9,5.


Вода обрабатывается известью Са(ОН)2 в присутствии кварцевого песка с нанесенной пленкой MnO2.


1.2. Окисление на фильтрах с пленкой MnO2, полученной путем обработки сульфоугля 1,2-3% раствором KMnO4.
1.3. Деманганация воды через модифицированную загрузку
Фильтрование аэрированной воды через загрузку покрытую оксидами Mn приводит к измельчению частичек и проскоку Mn. Для устранения этих недостатков МГСУ предложил для закрепления загрузки подают или , песок обрабатывается раствором , при этом происходит взаимодействие , образуется следующий состав загрузки + MnO2
Скорость фильтрования
Загрузка регенерируется 0,25 % раствором KMnO4.

1.4. Окислительно-восстановительные методы с использованием хлора и его соединений, кислорода технического и использование щёлочных реагентов.
Основные стадии очистки:
- удаление H2CO3 под вакуумом (вакуумно-эжекционного аппарат) рН=8-8,5
- насыщение воды кислородом в эжекционной части аппарата и диспергирование
- фильтрование через зернистую загрузку
Условие проведения метода:
- присутствие
- pH8,5 Е0,4 В
Механизм процесса
При рН>6,7 возрастает дзета потенциал (отрицательный). В результате увеличения дзета потенциала положительно заряженные ионы и адсорбируются на поверхности гидроокиси железа. Очистку производят на поверхности песка, которая при рН=7 имеет малый отрицательный электрический заряд и обладает слабыми сорбционными свойствами по отношения к и . С ростом рН эти свойства возрастают, происходит сорбция и зёрнами песка.
Под действием кислорода, растворённого в воде, происходит окисление - сорбент для ; а также H2CO3 тоже сорбируются, ухудшая свойства сорбента.
Достоинство: удаляются сразу железо и марганец
2. Безреагентный метод .
Глубокая аэрация воды с последующим отстаиванием и фильтрованием на скорых фильтрах с сорбцией на свеже приготовленном .
3. Биохимический метод удаления Mn
Метод заключается в высеивании на зёрнах загрузки фильтра марганец-потребляющих бактерий и последующим фильтрованием обрабатываемой воды.
Бактерии в процессе жизнедеятельности поглощают Mn из воды, образуя на поверхности песка пористую массу, которая содержит большое количество MnO2 - катализатор оксидации Mn.
, марганец удаляется полностью.


Установка биохимической деманганации



1 – подача воды
2 – реактор БХ окисления
3 – воздуходувка
4 – скорый фильтр
5 – вывод очищенной воды






Удаление из воды кремниевой кислоты
В подземных водах содержание иона кремниевой кислоты велико (1/2 общего анионного состава), в поверхностных водах мало.
В зависимости от t, рН и состава примесей воды кремниевая кислота может находиться в ионном или коллоидном состоянии.
Содержание Н2 SiО3 недопустимо:
в воде для котлов высокого и сверхвысокого давления
для химико – фармацевтической промышленности
при производстве капрона, текстиля (искусственных волокон)
при переработке цветных металлов.
Н2 SiО3 образует накипи с ионами Са, Mg, Na, Fe, NH4, которые обладают низкой теплопроводностью – снижают коэффициент теплоотдачи при работе теплообменных аппаратов.
Для котлов питательная вода должна иметь концентрацию SiО3 < 0,05 – 0,1 мг/л
Кремниевая кислота Н2SiО3 хорошо сорбируется на хлопья Мg(ОН)2, Fe(ОН)3; Аl(ОН)3, вступает в обменную реакцию со средне- и сильноосновными анионитами при отсутствии в воде слабых кислот, особенно Н2СО3.

Сорбционное обескремнивание воды

1.Обескремнивание воды известью.
Обескремнивание воды известкованием основано на низкой растворимости силиката кальция. При наличии в исходной воде 10-12 мг/л Н2SiО3 остаточное содержание составит 6-8 мг/л. С избытком извести и повышении температуры глубина обескремнивания возрастает. Вода нагревается в каскадном подогревателе , насыщение известью происходит в сатураторе, где в осадок выпадают Mg(ОН)2, Са SiО3, ионы SiО2-3, не вступившие в реакцию с Са 2+ сорбируются на поверхности Mg(ОН)2.
Осветляют воду фильтрованием, избыток Са(ОН)2 удаляют декарбонизацией в скрубберах продувают дымовыми газами. Образующийся при этом СаСО3 удаляют в осветителе. После этого вода поступает на антрацитовый фильтр и катионовый фильтр.
Углекислота удаляется из воды продувкой.
при t = 120 - 130 0С эффективность очистки возрастает, Ск = 0,3 – 0,5 мг/л, время контакта снижается в 2 раза.( рис. 20.1 Кульский)
1.Обескремнивание воды солями магния
Mg 2+ + Са (ОН)2 = Mg(ОН)2 + Са 2+
Осаждение известью и сорбция ионов кремниевой кислоты на образовавшемся гидроксиде Mg.
Метод применяется при наличии в воде 10–12 мг/л Н2SiО3 , остаточная концентрация – 0,35 – 0,5 мг/л.
Магнезиальный метод основан на сорбции различных форм кремниевой кислоты оксидом магния и другими его соединениями.
Расход MgО составляет 5 – 7 мг/мг SiО2
MgО – дорогой реагент, используют обожженный доломит MgСО3+ СаСО3 и полуобоженный магнезит MgО+СаСО3 или карбонат магния MgСО3.
Время контакта реагента с водой 60 – 90 мин, t = 40 0С;
Реагенты MgО (каустический магнези), доломитовая известь (MgО СаО).
Метод применяется тогда, когда должно быть попутное умягчение воды. Процесс идет при избытке СаО и повышенной температуре до 80 – 900С.
Установка для обескремнивания воды состоит из:

1 – подогреватель воды
2 – напорный дозатор
3 – осветлитель с каскадным подогревателем (t = 1050С)
4 – фильтр с MgО или антрацитом
5 – насос для рециркуляции осадка

2. Обескремнивание воды солями железа
Соли железа, гидролизуясь в воде образуют Fe(ОН)3, на поверхности которого сорбируются Н2 SiО3 находящаяся в коллоидном состоянии.
Установка для обескремнивания солями FeSО4 или FeСl 3 состоит из вертикального смесителя, дозаторов реагента и Са(ОН)2, осветителя, фильтра и насоса для рециркуляции осадка оптимального рН = 8,5 – 9,5, поддерживается СаО. Благодаря рециркуляции осадка значительно снижается расход коагулянта.



1 – смеситель с дозаторами СаО и кислота Fе SО4 или FеСl3
2 – Вихревая камера реакции
3 – Насос для циркуляции осадка
4 – Осветлитель
5 – Скорый фильтр
Дозы Fе2 SО4 или FеСl3 15 мг на 1 мг Н2 SiО3
рН = 7,8 – 8,3

3. Обескремнивание воды солями алюминия.
Метод основан на способности Аl(ОН)3 сорбировать ионы SiО2-3 из раствора, в качестве реагентов применяют Аl2(SО4)3 и NaAlО2 – предпочтительнее, т.к Аl2(SО4)3 снижает глубину обессоливания и насыщает воду сульфат-ионами SО4, что затрудняет работу котлов.
Если одновременно ввести в воду NaAlО2 + Mg 2+ при рН > 8,5 образуются хлопья Мg (AlО2)2 .
Схема обработки аналогична предыдущей.
Для снижения дозы коагулянта (Дк = 200 – 400 мг/л) применяют рециркуляцию осадка в осветлителе.
Недостатки:
Большой расход и высокая стоимость реагентов
Большое количество сухого остатка обескременной воды.

Фильтрационное обескремнивание воды через активированные загрузки.
Фильтрование воды через магнезиальные сорбенты, на поверхности которых образуется Mg SiО3, плохо растворяющийся в воде.
Подготовка сорбента
Смесь MgО + СаСО3 + НСl = Н2 СО3 + СаСl2 + MgСl2
Сорбент имеет консистенцию теста, его выдерживают при t = 80 - 100 0С, измельчают и просеивают (0,5 – 1,5 мм).
Фильтр загружают и пропускают воду V = 10 м/ч t = 40 - 50 0С,
Ск = 0,1 – 0,3 мг/л, высота слоя = 3,4 – 4,0 м
Недостаток: невозможность регенерации сорбента.
Возможно использование бокситов в качестве загрузки или активированного оксида Аl, при этом Vф= 5 - 6 м/ч , Ск = 0,1 – 0,5 мг/л, высота слоя загрузки Н= 1,5 м
Фильтр регенерируется 0,1 % раствором щелочи (1 м3 Аl2О3 поглощает 10 – 12 кг SiО2).
Преимущества: компактность установки, простота обслуживания.

Обескремнивание воды анионитами.
Метод обеспечивает снижение концентрации SiО2-3до 0,02мг/л
1 ступень – слабо-основный анионит для удаления СО2
2 ступень – сильно-основный анионит


Использование слабоосновных анионитов при переводе слабой Н2SiО3 в сильную Н2SiF6
SiО2 + 4 НF = SiF4 + 2Н2О
SiF4 + НF = Н2SiF6
2RОН + Н2SiF6= R2 SiF6 + 2Н2О или
Н2SiО3 + 2NаF = Nа2 SiF6 + 3Н2О
В этом случае можно использовать слабый анионит:
Н2SiО3 = 0,2 – 0,3 мг/л
Ск = 0,03 – 0,05 мг/л
Технологическая схема состоит:
1. Фильтрование воды через Н – катионитовые фильтры (Са, Mg,К)
2. Фильтрование через слабо аниониты (SiО4, Сl, NО3)
3. Дегазация (удаление СО2)
4. Фильтрование через сильно основные аниониты

Электрохимическое декремнизирование воды.
Метод основан на электрокоагуляции, в качестве растворимого электрода используется алюминиевый электрод.
При электролизе Аl -анод растворяется с образованием Аl (ОН) 3 , которая сорбирует ионы SiО2-3. При небольших объемах обрабатываемой воды метод может быть использован для глубокого обескремнивания.
Электролиз активно проходит при рН = 6,5 – 9; сила тока J = 1 – 2мА/см2 в гидрокарбонатохлоридных средах с небольшим содержанием иона кремниевой кислоты.







Технологическая схема подготовки питьевой воды на Юго-Западной водопроводной станции , г. Москва.

На ЮЗВС используется комбинированная технология , состоящая из традиционных этапов водоподготовки (отстаивание, фильтрование, реагентная обработка) , дополненных современными технологиями озонирования, сорбции и мембранного фильтрования.