Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Отстаивание воды

Осаждение взвешенных частиц происходит под действием силы тяжести. Современные конструкции отстойников являются проточными, т. е. осаждение взвеси в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. Поэтому скорости движения жидкости в отстойниках малы: это десятые доли мм/с в вертикальных отстойниках и несколько мм/с в горизонтальных, радиальных и тонкослойных отстойниках. При таких малых скоростях поток полностью теряет свою транспортирующую способность, обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Осаждение взвеси в потоке, движущемся с очень малой скоростью (почти лишенном транспортирующей способности), подчиняется, по В.Т. Турчиновичу, с известным приближением законам осаждения в неподвижном объеме жидкости. Эти законы хорошо изучены для осаждения агрегативно устойчивой взвеси, частицы которой не слипаются, не изменяют форм и объемов. Это явление имеет практическое значение для отстойников, применяемых в технологии очистки воды. Осаждение неустойчивой (скоагулированной) взвеси, способной агломерироваться и слипаться в процессе осаждения, изучено в меньшей степени.

На характер осаждения взвеси влияют размер и форма ее частиц, режим движения осветляемой воды и ее вязкость, изменяющаяся с температурой.

Мутные воды — это всегда полидисперсная система. При коагуляции приходится иметь дело с осаждением агрегативно неустойчивой взвеси, частицы которой в процессе осаждения меняют свою структуру и размеры. Все это осложняет математическое выражение законов осаждения и получения точных методов расчета отстойников.

Скорость осаждения частиц малого размера при малых скоростях (при значении числа Рейнольдса Re << 1) может быть определена по формуле

где р0 и р — плотность жидкости и частицы соответственно; d — диаметр частицы, определенный как диаметр равновеликого по объему шара; г — вязкость жидкости; g — ускорение свободного падения.

Скорость выпадения частиц и при t = 10 °С называется гидравлической крупностью частицы. Формулу (5.1) называют формулой Стокса. Она применима в области действия линейного закона сопротивления. Это выражение может быть использовано практически для монодисперсной взвеси. Если взвесь полидисперсная, то ее характеристики получают эмпирическим путем в лаборатории. Определяется скорость выпадения взвеси и, соответствующая проценту ее осаждения:

где Мисх и М, — мутность до и после отстаивания соответственно. Для этой цели удобно строить кривые

где h — высота слоя воды; t — время отстаивания.

При различном времени отстаивания определяются их = h/tx; и2 = h/t2 и т. д. и соответствующие им Рх, Р2 и т. д. По найденным значениям строится кривая осаждения взвеси (рис. 5.13).

График зависимости количества выпавших в осадок взвешенных веществ от гидравлической крупности взвеси

Рис. 5.13. График зависимости количества выпавших в осадок взвешенных веществ от гидравлической крупности взвеси

Для частиц данной гидравлической крупности скорость выпадения взвеси постоянна: и = hx/tx = h2/t2 = ... = hn/tn = const. Тогда время осаждения взвеси пропорционально высоте слоя воды: t2/tx = h2/hх.

При осаждении агрегативно неустойчивой взвеси также строится кривая осаждения взвеси, но получается фиктивная величина скорости выпадения взвеси. Для коагулированной взвеси справедливо соотношение

где п = 0,2—0,5 — эмпирическая величина.

Методика моделирования процесса осаждения основана на подобии кривых выпадения взвеси для различных высот столба исследуемой воды.

Задачей лабораторных исследований является построение кривой осаждения взвеси с целью определения расчетной гидравлической крупности и времени пребывания воды в отстойнике для заданного эффекта осаждения Ррасч.

Отстаивание воды производят в специальных сооружениях-отстойниках, которые в зависимости от направления движения воды классифицируют на три основных типа: вертикальные (см. рис. 5.9), горизонтальные (см. рис. 5.10) и радиальные (рис. 5.14).

Горизонтальный отстойник — прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, в котором осветляемая вода вдоль отстойника движется в направлении, близком к горизонтальному.

Для равномерности распределения воды в поперечном сечении отстойника его объем делят в продольном направлении перегородками на самостоятельно действующие секции шириной 3—6 м. При числе отстойников менее шести следует предусматривать один резервный. Дно отстойника должно иметь продольный уклон не менее 0,005 в направлении, обратном движению воды, а в поперечном направлении оно может быть плоским или призматическим с углом наклона граней 45 град. Для удаления осадка без отключения отстойника из работы, по предложению И.М. Миркиса, предусматривают гидравлические системы в виде перфорированных коробов или труб, которые обеспечивают его удаление в течение 20—30 мин. При открытой задвижке на сбросе осадок под действием гидростатического давления поступает в систему и в виде пульпы удаляется из отстойника.

Децентрализованный сбор осветленной воды, способствующий увеличению коэффициента объемного использования отстойника, осуществляют системой горизонтально расположенных желобов с затопленными отверстиями или треугольными водосливами либо перфорированными трубами, расположенными на участке 2/3 длины отстойника, считая от задней торцовой стенки. Расстояние в осях между водосборными трубами или желобами назначают до 3 м. При установке в отстойнике тонкослойных модулей подобную систему сбора воды устраивают на всю его длину.

Горизонтальные отстойники в отечественной практике рекомендуется применять при мутности до 1500 мг/л, цветности до 120 град обрабатываемой воды и при пропускной способности водоочистного комплекса свыше 30 тыс. м3/сут.

Радиальный отстойник с рециркуляцией осадка (а) и тонкослойными модулями (б)

Рис. 5.14. Радиальный отстойник с рециркуляцией осадка (а) и тонкослойными модулями (б):

1,9— подача исходной и отвод осветленной воды; 2 — скребки; 3 — вращающаяся ферма; 4 — служебный мостик; 5 — рециркулятор осадка; 6 — водоотводные окна; 7 — зона осветления воды; 8 — кольцевой водосборный лоток; 10 — тонкослойные блоки; 11 — удаление осадка; 12 — осадкосборник; 13 — крепление блоков

Вертикальный отстойник — круглый в плане и в очень редких случаях квадратный резервуар значительной глубины, в котором обрабатываемая вода движется снизу вверх. Вертикальный отстойник имеет встроенную камеру хлопьеобразова- ния водоворотного или вихревого типа в центральной трубе и конусное днище для накопления и уплотнения осадка. Угол между наклонными стенками, образующими днище, следует принимать 70—80 град. Сбор осветленной воды предусматривается периферийным и радиальными желобами с затопленными отверстиями или с треугольными водосливами. Осветление воды происходит при восходящем ее движение со скоростью 0,4—0,6 мм/с. Осадок из вертикальных отстойников выпускают под гидростатическим напором воды без выключения сооружения из работы. Вертикальные отстойники применяют при условии предварительного коагулирования воды, в основном при расходах до 5000 м3/сут.

Радиальный отстойник — это круглый в плане железобетонный резервуар, высота которого невелика по сравнению с его диаметром. Осветляемая вода подводится снизу в центр и изливается через воронку, обращенную широким концом кверху. Вокруг воронки располагается цилиндр-успокоитель радиусом 1,5—2,5 м с глухим дном и с дырчатой стенкой. Наличие такого цилиндра способствует равномерному распределению воды по рабочей высоте отстойника. Вода медленно движется от центра к периферии и сливается в периферийный желоб с затопленными отверстиями или треугольными водосливами.

Скорость движения воды в желобе принимают 0,5—0,6 м/с. Для удаления осадка используют медленно вращающуюся металлическую ферму с укрепленными на ней скребками, сгребающими осадок к центру отстойника, откуда он выпускается или откачивается.

Радиальные отстойники рекомендуется применять в системах оборотного водоснабжения и для осветления высокомутных вод на первой ступени.

Среди методов интенсификации процесса осаждения примесей воды одним из наиболее перспективных является отстаивание в тонком слое воды, образуемом наклонными элементами, обеспечивающими быстрое выпадение взвеси и ее сползание по наклонной поверхности элементов в зону хлопьеобразования и осадкоуплотнения (рис. 5.15). Режим течения в отстойнике должен быть ламинарным. Производительность — не ограничивается.

Тонкослойные отстойники конструкции Союзводоканалпроекта

Рис. 5.15. Тонкослойные отстойники конструкции Союзводоканалпроекта:

/, 10— подача исходной и отвод осветленной воды; 2 — гравийная камера хлопьеобразования; 3 — слой взвешенного осадка; 4— отвод осадка из осадкоуплотнителя; 5 — окна для отвода избытка осадка в осадкоуплотни- тель 6 — отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 7 — тонкослойные модули; 8 — поперечные перфорированные водосборные желоба; 9 — водосборный канал

Отдельные тонкослойные ячеистые элементы, объединяемые в сотоблоки, выполняются из мягких или полужестких полимерных пленок, соединенных в соответствующую конструкцию, или из жестких листовых материалов в виде отдельных полок. Высоту поперечного сечения тонкослойного ячеистого элемента рекомендуется принимать в пределах 0,03—0,05 м. Ячейки могут быть приняты любой формы, исключающей накопление в них осадка. Угол наклона элементов необходимо принимать в пределах 50—60 град. Длину тонкослойных элементов следует определять специальным расчетом в пределах 0,9-1,5 м.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>