Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Камеры хлопьеобразования

Для завершения второй стадии конвективной коагуляции примесей воды — ортокинетической — используют камеры хлопьеобразования, которые предназначены для создания оптимальных условий для хлопьеобразования. На эффективность процесса и размеры формирующихся хлопьев при медленном перемешивании обрабатываемой воды влияют его интенсивность (градиент скорости) и продолжительность; характер и дисперсность примесей; солевой состав, щелочность и pH воды; доза коагулянта, а также силы адгезии, удерживающие частицы примесей в агломерированном состоянии. Агломерация образующихся в процессе гидролиза коагулянта хлопьев происходит постепенно в течение 6—30 мин и более.

Существенное влияние на процесс хлопьеобразования оказывают интенсивность и продолжительность перемешивания обрабатываемой воды в камерах хлопьеобразования. При этом основополагающей является интенсивность перемешивания G= 50—60 с-1; влияние продолжительности процесса проявляется в меньшей степени.

Интенсивность перемешивания воды в камерах хлопьеобра- зования не должна быть большой, чтобы не разрушить образовавшиеся хлопья. Необходимая интенсивность перемешивания воды достигается изменением скорости ее движения или частоты вращения мешалки во флокуляторах, а оптимальная продолжительность процесса обеспечивается надлежащим объемом сооружения.

По принципу действия камеры хлопьеобразования классифицируют на гидравлические и механические (флокуляторы и аэро- флокуляторы). Из камер гидравлического типа предпочтение отдают водоворотным (рис. 5.9), вихревым (рис. 5.10, а), перегородчатым и зашламленного типа (рис. 5.10, б). Все камеры, кроме перегородчатых, встраивают в отстойники. При числе камер хлопьеобразования менее 6 согласно СНиП 2.04.02-84* необходимо предусматривать одну резервную. Конструкцию камеры хлопьеобразования следует выбирать исходя из качества исходной воды и типа отстойника.

Водоворотная (а) и контактная (б) камеры хлопьеобразования, совмещенные с вертикальным отстойником

Рис. 5.9. Водоворотная (а) и контактная (б) камеры хлопьеобразования, совмещенные с вертикальным отстойником:

1,5— подача исходной и отвод осветленной воды; 2 — кольцевой водосборный лоток; 3 — радиальные лотки; 4, 9 — водоворотная и контактная камеры хлопьеобразования; 6 — гаситель; 7 — конус-отражатель; 8 — сброс осадка; 10, !2 — верхняя и нижняя решетки; 11 — вспененный полистирол; 13 — сброс осадка

Вихревая (а) и зашламленного типа (б) камеры хлопьеобразования, встроенные в горизонтальный отстойник

Рис. 5.10. Вихревая (а) и зашламленного типа (б) камеры хлопьеобразования, встроенные в горизонтальный отстойник:

1,8 — отвод осветленной и подача исходной воды; 2 — горизонтальный отстойник; 3 — лоток децентрализованного отбора осветленной воды; 4 — зона осветления воды; 5 — тонкослойные модули; 6 — лотки для сбора и отведения воды; 7 — вихревая камера хлопьеобразования; 9 — водораспределительные перфорированные трубы; 10 — перфорированные трубы сбора и удаления осадка

К камерам хлопьеобразования гидравлического типа, хорошо зарекомендовавшим себя на практике, помимо указанных выше следует отнести камеры с псевдоожиженной зернистой загрузкой, с циркуляцией осадка, с контактной загрузкой.

Водоворотная камера хлопьеобразования совмещается с вертикальным отстойником и располагается в центральном стакане (рис. 5.9, а). Вода распределяется в верхней части камеры соплом, расположенным на расстоянии 0,2 диаметра камеры от стенки, на глубине 0,5 м от поверхности воды, или соплами, закрепленными в ее центре в виде неподвижного сегнерова колеса. Выходя из сопел со скоростью 2—3 м/с, вода приобретает вращательное движение вдоль ее стенок и движется сверху вниз. Для гашения вращательного движения воды при ее переходе в отстойник, которое могло бы ухудшить его работу, внизу камеры устанавливают гаситель в виде решетки высотой 0,8 м с ячейками 0,5 х 0,5 м. Время пребывания воды в камере принимают 15—20 мин, а ее высоту — 3,5—4 м.

Перегородчатая камера хлопьеобразования (примыкает к горизонтальным отстойникам) представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар с перегородками, образующими 9—10 коридоров шириной не менее 0,7 м, через которые последовательно проходит вода со скоростью 0,2—0,3 м/с в начале камеры и 0,05—0,1 м/с в конце. За счет увеличения ширины коридоров можно регулировать продолжительность пребывания обрабатываемой воды в камере в зависимости от ее качества.

Дно коридоров камеры выполняют с продольным уклоном 0,02—0,03 для удаления осадка при чистке. Среднюю глубину камеры принимают 2—2,5 м, продолжительность пребывания воды в камере — 20—30 мин (минимальное время для мутных вод, максимальное — для цветных вод с пониженной температурой).

Вихревая камера хлопьеобразования (рис. 5.10, а) выполняется в виде прямоугольного в плане железобетонного с коническим или пирамидальным днищем резервуара (с углом конусности 50—70 град, обращенным вниз). Перемешивание воды в камере хлопьеобразования происходит при ее движении снизу вверх вследствие уменьшения скорости движения (от 0,8—1,2 до 0,004—0,005 м/с) в результате резкого увеличения площади поперечного сечения. Время пребывания воды в камере составляет от 6 (для мутных вод) до 12 мин (для цветных вод). Передачу воды из камеры в отстойники следует осуществлять при скорости ее движения в сборных лотках или трубах не более 0,05 м/с для цветных вод и 0,1 м/с — для мутных. Для интенсификации работы камеры в ее верхней части могут размещаться тонкослойные модули.

Камера хлопьеобразования зашламленного типа (рис. 5.10, б) с вертикальными перегородками применяется для вод с мутностью до 1500 мг/л. Ее размещают в начале коридора отстойника и выполняют в виде железобетонного с пирамидальным днищем резервуара (с углом конусности 45 град). В основаниях перевернутых пирамид размещают напорные перфорированные водораспределительные трубы, расстояние между которыми в осях 2 м, от стенки камеры —1м. Отверстия трубы диаметром не менее 25 мм направлены вниз под углом 45 град, их суммарная площадь составляет 30—40 % площади сечения распределительной трубы. Скорость движения воды в распределительных трубах 0,4—0,6 м/с.

Для соблюдения постоянства скорости движения воды перфорированные распределительные трубы необходимо выполнять телескопическими с косыми переходами.

При восходящей скорости потока 0,65—1,6 мм/с (для вод мутностью 50—250 мг/л) и 0,8—2,2 мм/с (для вод мутностью 250—1500 мг/л) образуется и поддерживается во взвешенном состоянии слой осадка из скоагулированных примесей высотой не менее 3 м, частицы которого являются центрами коагуляции. Время пребывания воды в камере не менее 20 мин. Применение подобных камер хлопьеобразования позволяет увеличить расчетную скорость осаждения взвешенных веществ в отстойниках при осветлении вод средней мутности на 15—20 % и мутных на 20 %. Передача воды из камеры в отстойник должна осуществляться при скорости ее движения до 0,1 м/с для мутных вод и до 0,05 м/с для цветных.

Для улучшения процесса хлопьеобразования при конвективном коагулировании примесей маломутных и цветных вод А. Б. Гальберштадтом предложена гравийная камера с псевдоожиженной зернистой загрузкой. Оптимальные условия протекания процесса хлопьеобразования создаются при использовании зернистой загрузки из крошки керамзита, песка и др. с эквивалентным диаметром 0,6—0,9 мм и высотой слоя в статических условиях 0,3—0,5 м, работающей при расширении на 10—15 %, что соответствует восходящей скорости потока 2,6—4,0 мм/с. Первоначально контактный слой загрузки покоится на слое гравия крупностью 5—20 мм и высотой 0,3—0,4 м.

Другая конструкция контактной камеры хлопьеобразова- ния, но без поддерживающего гравийного слоя была предложена М.Г. Журбой. Для образования псевдоожиженного слоя использованы вспененные гранулы полистирола марки ПСВ крупностью 0,5—1,5 мм, удерживаемые в верхней части камеры дренажной сеткой. Первоначальная высота слоя гранул около 1 м. Восходящая скорость движения воды в камере 5—6 мм/с.

Использование контактных камер хлопьеобразования позволяет увеличить в 3—4 раза нагрузку на единицу объема камеры, снизить на 20—25 % расход коагулянта, уменьшить примерно в 1,5 раза продолжительность отстаивания воды в отстойниках.

При кондиционировании маломутных цветных вод хорошо зарекомендовала себя камера хлопьеобразования замшламлен- ного типа с рециркуляцией осадка (рис. 5.11). Обрабатываемая вода, соплами вводимая в нижние части секций камеры со скоростью 1 м/с, поступает в центрально расположенные эжектируемые вставки и всасывает воду с осадком из объема секций. Таким образом, в каждой секции происходит непрерывное движение взвешенного осадка, обеспечивающее контактирование агрегативно неустойчивых примесей и их укрупнение. Постепенно обрабатываемая вода переходит из камеры в камеру и далее в отстойник. Время пребывания воды в камере 20-30 мин.

В механических камерах хлопьеобразования (флокуляторах), рекомендуемых СНиП 2.04.02-84* для обработки мутных вод и применяемых на крупных водоочистных комплексах (рис. 5.12, а), плавное перемешивание воды для завершения процесса ортоки- нетической коагуляции ее примесей осуществляется пропеллерными или лопастными мешалками, размещаемыми на горизонтальных или вертикальных осях. Мешалка имеет одну или несколько лопастей. Флокуляторы обычно встраивают в горизонтальные отстойники и рассчитывают на время пребывания воды в них 30—40 мин (до 60 мин при реагентном умягчении). Число мешалок принимают 3—5. Скорость течения воды во фло- куляторе снижается по ходу потока от 0,5 до 0,1 м/с за счет сокращения частоты вращения мешалок или уменьшающейся по ходу движения воды площади их лопастей. Окружную скорость вращения мешалок принимают 0,3—0,5 м/с адекватно качеству исходной воды.

Камера хлопьеобразования с рециркуляцией осадка

Рис. 5.11. Камера хлопьеобразования с рециркуляцией осадка:

1,2 — отстойник и камера хлопьеобразования; 3 — рециркуляторы; 4 — перегородки, делящие объем камеры на последовательно работающие секции; 5 — подача исходной воды; 6 — распределительная

труба с соплами

Флокуляторы с мешалками на вертикальных осях обычно оборудуют двигателями с переменной частотой вращения; при размещении мешалок на горизонтальных осях один двигатель обслуживает несколько мешалок. Мешалки располагают в начале коридора отстойника в два ряда и более и разделяют перегородками для циркуляции воды. Флокуляторы имеют различную форму в плане (квадратную, круглую и прямоугольную).

Преимуществами флокуляторов по сравнению с камерами гидравлического типа являются небольшие потери напора, простота конструкции, оптимизация процесса хлопьеобразования адекватно качеству обрабатываемой воды путем изменения частоты вращения мешалок; недостатками — дополнительный расход электроэнергии, высокие требования к материалам деталей, что удорожает сооружение в целом.

Флокулятор (а) и аэрофлокулятор (б), совмещенные с горизонтальным отстойником

Рис. 5.12. Флокулятор (а) и аэрофлокулятор (б), совмещенные с горизонтальным отстойником:

1,2 подача воды и реагента; 3 — мешалка смесителя; 4 — флокулятор; 5— мешалки на горизонтальной оси; 6— грязевой насос; 7 — горизонтальный отстойник; 8 — камера флокулятора; 9 — подача воздуха; 10, 11 — воздухо- и водораспределительные трубчатые перфорированные системы

Аэрофлокуляторы — барботажные камеры хлопьеобразования (рис. 5.12, б) получают все более широкое распространение в технологии водоподготовки благодаря дешевизне и доступности воздуха, невысокой стоимости оборудования, высокому эффекту хлопьеобразования. При этом работа, совершаемая воздухом, осуществляется за счет разности его плотности с водой.

По А.В. Бутко, эффект хлопьеобразования в аэрофлокуляторах достигается в результате четырех одновременно протекающих процессов: выделения из воды избыточных количеств диоксида углерода; окисления кислородом воздуха органических примесей; специфического механического перемешивания воды пузырьками воздуха и образования зародышей твердой фазы продуктов гидролиза на поверхности газовых пузырьков. В аэрофлокуляторах используют слабое пневматическое перемешивание, обычно с интенсивностью 0,15—0,25 м3/(м2 • мин), при этом расход воздуха не превышает 5 % расхода обрабатываемой воды.

Аэрофлокулятор представляет собой прямоугольную в плане камеру, объем которой рассчитан на 6—12-минутное пребывание воды, с желобчатым днищем, встроенную в горизонтальный отстойник. В основание желобов днища уложены перфорированные распределительные трубы на расстоянии 20—30 см, над которыми перпендикулярно им располагают в виде решетки перфорированные или пористые водораспределительные трубы с шагом 1 — 1,5 м. Диаметр отверстий 1,5—2,5 мм, шаг 72—150 мм. Оптимальная высота слоя воды над барботажной системой составляет 2—4 м. Для аэрофлоку- ляторов оптимальное значение градиента скорости находится в пределах 25—45 с1, а коэффициент объемного использования возрастает в 1,5—2,5 раза по сравнению с таковым для камер гидравлического типа. При применении аэрофлокулято- ров для обработки мутных вод производительность горизонтальных отстойников повышается в 1,5—2 раза.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>