Осветление воды: назначение и методы

Содержание статьи:

Осветление воды — это процесс удаления взвешенных и коллоидных веществ, состоящих из глинистых, песчаных или илистых частиц. Их наличие ухудшает качество воды, делает ее мутной и непригодной для употребления как для питьевых, так и для технических целей.

Способы осветления воды

Осветление воды осуществляют механическим или химическими методами. Очистка, как правило, многоступенчатая

В технологической схеме очистки осветление происходит в первую очередь. Его суть заключается в удалении загрязнений под действием силы тяжести либо с помощью принудительной фильтрации.

Методы осветления воды:

• отстаивание в отстойниках;
• осветление в гидроциклонах;
• коагуляция и флотация;
• фильтрование через слой взвешенного осадка или фильтрующий материал;
• использование окислителей в полевых условиях.

Выбор метода осветления – один из главных пунктов при разработке технологии очистки, так как он скажется в дальнейшем на всём процессе водоподготовки. Нужно внимательно подходить к этой задаче и изучать нюансы каждого варианта.

Метод отстаивания

Метод заключается в удалении взвешенных и коллоидных частиц под действием силы тяжести. Скорость осаждения зависит от их формы, размеров, плотности, шероховатости и от температуры жидкости. Оптимальные значения для этого процесса – 8-12°С.

Одним из условий эффективной очистки является скорость движения воды в отстойнике, которая напрямую влияет на выпадение частиц в осадок. Она должна быть в пределах 0,12-0,6 мм/с, в зависимости от конструкции сооружения.

Применяются отстойники: горизонтальные, вертикальные и радиальные. Каждый из них предназначен для определённых значений объёма и количества загрязнений.

Способ отстаивания является самым простым, эффективность составляет 60-70%. Основной минус – большой объём сооружений.

Осветление в гидроциклонах

Принцип работы гидроциклонов основан на сепарации частиц твёрдой фазы во вращающемся потоке жидкости. За счёт тангенциальной скорости крупные примеси прижимаются к стенке сооружения и под действием силы тяжести удаляются.

Коагуляция и флотация

Коагуляция – процесс укрупнения загрязнений в результате их слипания. Минеральные вещества и коллоидный гумус имеют отрицательный заряд, а коллоидное вещество – положительный. Разноимённые заряды притягиваются, вследствие чего происходит их коагулирование.

Эффективность зависит не только от количества загрязнений, но и от дозы коагулянта, быстроты смешивания, щёлочности. Для интенсификации данного процесса необходимо использовать флокулянты, которые ускоряют агломерацию хлопьев.

При осветлении с использованием коагулянтов, как правило, происходит процесс обесцвечивания – удаление гумусовых веществ, которые придают воде желтоватый, коричневый или зелёный цвет. Зачастую это происходит на застойных участках, таких как бассейны.

Фильтрование через слой взвешенного осадка

Метод является сочетанием фильтрования и использования реагентов для ускорения процесса очистки. Хлопья коагулянтов, взаимодействуя с коллоидными веществами, задерживаются слоем взвешенного осадка, за счёт чего и происходит осветление.

Данный способ подходит для сильнозагрязнённых вод, так как можно получить высокий эффект очистки, затратив минимальное количество реагентов.

Фильтрование через слой загрузки

Вода проходит через зернистый материал, задерживающий коллоидные загрязнения. В качестве слоя загрузки применяют кварцевый песок, гравий, дроблённый антрацит и другие. Они должны обладать надлежащим гранулометрическим составом и необходимой механической прочностью, так как происходит их периодическое истирание.

По скорости движения и времени очистки различают скорые и медленные фильтры. Медленные подходят для очистки некоагулированной воды, содержащей относительно мелкую примесь. Так как данный метод – безреагентный, то максимальные значения исходной мутности должны быть до 50 мг/л, цветности до 50 градусов. Скорость движения в таком фильтре составляет 0,1-0,3 м/ч.

Скорые фильтры используют для осветления мутных и цветных вод. В технологической схеме очистки скорые фильтры предусматривают после сооружений коагуляции и отстаивания, так как невозможно получить необходимый эффект одной ступенью. Важно проводить периодическую обратную промывку загрузки для предотвращения последующего загрязнения. Скорость движения в скором фильтре составляет 5,5-15 м/ч.

Для очистки воды в полевых условиях можно прибегнуть к бытовым окислителям: перекись водорода, зелёнка или белизна. Их принцип действия ничем не отличается от специальных коагулянтов, они отлично справляются с загрязнёнными водами рек и озёр.

strojdvor.ru

Реагентные методы осветления воды

Реагентное осветление воды – процесс удаления диспергированных и коллоидных веществ на поверхности или внутри высокопористой малорастворимой твердой фазы, которую образуют в воде специальные реагенты.

Диспергированные и коллоидные вещества в воде часто имеют равнозначные поверхностные заряды и отталкиваются друг от друга, обладая агрегативной устойчивостью и не выпадая в осадок, добавление же дестабилизирущих реагентов позволяет соединить эти вещества в агрегаты и отфильтровать. В практике водоподготовки под реагентным осветлением воды обычно понимают коагуляцию с последующим осаждением и/или фильтрованием.

Коагуляция

Коагуляция в водоподготовке – процесс дестабилизации и укрупнения коллоидных и диспергированных веществ в воде путем введения (дозирования) в воду растворов специальных реагентов — коагулянтов.

Коагулянты в воде образуют нерастворимую фазу и одновременно нейтрализуют (экранируют) поверхностный заряд коллоидных частиц, в результате чего последние перестают отталкиваться друг от друга и вместе с нерастворимой фазой коагулянтов формируют микрохлопья, которые могут выпадать в осадок или отделяться на засыпных фильтрах.

Коагулянты бывают: неорганические (как правило, полихлориды или/и полисульфаты алюминия или/и железа различной основности) и органические (синтетические полимеры).

Для эффективной коагуляции необходимо быстрое распределение коагулянта (интенсивное перемешивание) по всему объему обрабатываемой воды для обеспечения максимального контакта диспергированных и коллоидных частиц с промежуточными продуктами гидролиза коагулянта (которые существуют в течение нескольких секунд). Кроме того, следует признать важное влияние рН воды, наилучший рН для коагуляции находится в диапазоне 6,4-6,9.

Иногда в результате коагуляции в воде образуются хлопья, которые недостаточно крупны для их эффективного осаждения или фильтрования. В таких случаях после коагулянтов в воду целесообразно вводить дополнительные реагенты – флокулянты.

Флокуляция

Флокуляция в водоподготовке – процесс образования крупных агрегатов (флокул) путем одновременной адсорбции разветвленной макромолярной цепи высокомолекулярного реагента (флокулянта) сразу на множестве дестабилизированных коллоидных частиц.

При введении флокулянта в воду резко ускоряется процесс образования и увеличиваются размеры скоагулированных хлопьев, увеличивается плотность (и уменьшается объем) получаемых осадков, расширяется диапазон рН эффективного действия коагулянтов.

Флокулянты бывают неорганическими и органическими, природными и синтетическими.

При флокуляции необходимо медленное перемешивание (как правило, в течение 20-30 минут), поскольку при высокой скорости перемешивания флокулы разрушаются и становятся меньше.

Для каждой системы очистки воды необходим индивидуальный подбор как типа, так и дозы коагулянта путем опытного (пробного) коагулирования исходной воды, поскольку эффективность разных коагулянтов по-разному зависит от рН, температуры, жесткости, щелочности воды, концентрации, вида удаляемых загрязнений и т.п..

Кроме того, доза, количество мест и способ ввода реагентов зависят от конструктивных особенностей сооружений для очистки воды и оборудования для дозирования реагентов. Например, для сокращения размеров используемого оборудования и снижения дозы реагентов применяют контактную коагуляцию: введение раствора коагулянта непосредственно перед засыпным фильтром, на котором происходит процесс роста хлопьев и их осаждение.

Достоинства реагентного осветления

• Большая номенклатура доступных и проверенных реагентов
• Относительная простота применения и варьирования типов реагентов и доз
• Высокая скорость осветления. Компактность применяемого оборудования
• Позволяет снижать не только мутность и цветность воды, но и концентрацию большей части всех органических и неорганических загрязнений (микроорганизмы, фенолы, амины, нефтепродукты, гуминовые кислоты и фульфокислоты, пестициды, СПАВ, ионы тяжелых металлов и т.п.)

Недостатки реагентного осветления

• Высокая чувствительность к изменению рН, температуры и химического состава воды
• Сложнее в эксплуатации, чем сооружения безреагентного осветления
• Большое количество отходов (осадка)
• Вероятность «проскока» в очищенную воду остаточной мутности и химических элементов, входящих в состав реагентов.

Фильтры для осветления (фильтрования) воды

ТИПОВАЯ КОМПЛЕКТАЦИЯ УСТАНОВКИ ФИЛЬТРОВАНИЯ ВОДЫ:

1. Корпус-фильтр в виде баллона из коррозионностойкого материала (стеклопластика, нержавеющей стали и т.п.).
2. Блок управления (многоходовой клапан управления с контроллером) либо клапанная система с контроллерами для автоматической регенерации фильтра.
3. Входной и выходной патрубок, а также дренажный патрубок для слива промывной воды.
4. Центральный распределительный стояк (водоподъемная труба).
5. Дренажно-распределительная система (щелевой колпачок).
6. Гравийная подложка (поддерживающий слой из гравия).
7. Фильтрующая среда — загрузка фильтра (может состоять из одного или нескольких компонентов).

Корпус фильтра изготовлен из полиэтилена высокой плотности с наружным покрытием из стекловолокна на эпоксидной смоле.

В   корпусе   имеется   верхнее   резьбовое   отверстие   для   установки   дренажно-распределительной системы, загрузки фильтрующих материалов, крепления управляющего клапана.

Дренажно-распределительная система фильтра включает в себя:

— верхний щелевой экран;
— вертикальный коллектор;
— дренажное устройство в виде одного щелевого колпачка или шести щелевых лучей.

Верхний экран служит для предотвращения выноса в канализацию ионообменной смолы

при ее обратной промывке.

В состав управляющего клапана входят:

— многоходовой клапан, переключение которого во время регенерации фильтра полностью заменяет стандартную запорно-регулирующую арматуру;
— встроенный эжектор для отбора раствора соли из бака-солерастворителя и защитный экран эжектора;
— двигатель многоходового клапана;
— адаптер для присоединения многоходового клапана ко второму фильтру;
— один крыльчатый счетчик воды специальной конструкции, монтируемый на многоходовом клапане.

Дополнительное оборудование (опции):

• Насосная станция с гидроаккумулирующим баком и частотным преобразователем.
• Фильтр патронный картриджный 5 – 10 мкм для исходной и/или очищенной воды.
• Соединительный кабель запрета регенерации (напр. в системах триплекса).
• Электромагнитный и/ или обратный клапан.
• Накопительная емкость исходной/очищенной воды с поплавковыми выключателями.

 Описание работы установки:

Принцип действия фильтра: неочищенная вода через входной патрубок поступает внутрь фильтра, проходит сверху вниз через слой фильтрующей среды и, очистившись, через нижний щелевой колпачок попадает в водоподъемную трубу, по которой уже движется вверх к выходному патрубку.

В процессе работы фильтр для очистки воды засыпного типа засоряется, поэтому периодически его необходимо промывать исходной водой.

Технологический цикл промывки такого фильтра состоит из двух ступеней:

а) Обратная (взрыхляющая) промывка.
Заключается в том, что неочищенная вода через входной патрубок подается сразу в водоподъемную трубу (стояк). Через нижний распределитель вода проходит снизу вверх сквозь фильтрующую среду, взрыхляет ее, вымывает все засоряющие фильтр частицы и через дренаж сливается в канализацию. Таким образом, направление потока воды здесь меняется на обратное, откуда и название — обратная промывка.

б) Прямая (быстрая) промывка.
В этом режиме вода течет в том же направлении, что и при нормальном цикле фильтрации, однако очищенная вода поступает не в выходной патрубок, а сбрасывается в дренаж. Смысл ее в том, чтобы сбросить через дренаж остатки загрязняющих частиц и уплотнить фильтрующую загрузку после цикла обратной промывки.

chistim.su

Осветление воды в бассейне — методы, народные средства

Бассейн с прозрачной чистой водой — идеальное место для отдыха и активного времяпрепровождения. Но без комплекса мероприятий по очистке и профилактике, искусственный водоем быстро потеряет привлекательный внешний вид в связи с помутнением воды, появлением на стенках и дне налета. Как выполнить осветление воды в бассейне, какие средства используются для этих целей, что необходимо для профилактики помутнения — читайте далее.

Когда требуется осветление воды в бассейне

Вода мутной становится по нескольким причинам. Перед началом мероприятий по ее осветлению необходимо точно определить, что именно привело к загрязнению, поскольку от этого во многом зависят используемые методы очистки.

Наиболее распространенные причины того, почему мутнеет вода:

• Водоросли — придают зеленоватый оттенок, становятся причиной появления зеленого налета на стенках и пленки на поверхности;
• Размножение микроорганизмов — жидкость становится бурой, а на стенках появляется коричневый или черный налет;
• Попадание грязи — пыли, песка, листьев деревьев.

Самая частая и распространенная причина — это недостаточный или неправильно выбранный уход, отсутствие профилактики.

Методы осветления воды

Существует два основных способа осветления — физическая и химическая чистка. В зависимости от степени загрязнения, используется один из них, но при значительном помутнении для получения оптимального результата применяются оба метода.

Химическая очистка

Использование химии позволяет сделать мутную воду снова прозрачной и чистой, избавиться от водорослей и микроорганизмов. Чтобы осветление было эффективным, перед его проведением необходимо привести уровень pH к показателям нормы, которые находятся в диапазоне 7,2-7,6. Если этого не сделать, действие препаратов будет значительно снижено и желаемого эффекта добиться не удастся.

Самые популярные — препараты на основе хлора. Они хорошо обеззараживают и эффективно борются с различного рода микроорганизмами. Также для борьбы с бактериями и грибками применяются составы, содержащие бром или активный кислород. В качестве помощника в воду дополнительно добавляются альгициды, которые эффективно разрушают оболочку бактерий и помогают хлору, брому или активному кислороду быстрее уничтожать их.

Еще одно средство, используемое на стыке проведения химической и физической чистки — коагулянты. Они помогают избавить осветленную воду от мельчайшего мусора, который не способен улавливать фильтр. В результате использования коагулянтов мелкие частички как бы склеиваются между собой, а затем оседают на дне или всплывают на поверхности. После этого убрать их при помощи сачка или водного пылесоса не составит труда.

При использовании любых химических составов важно грамотно выбрать дозировку в зависимости от объема чаши и состояния водоема. При наличии значительной мути рекомендуется шоковая очистка, при которой используется повышенная доза препарата. В любом случае перед использованием необходимо внимательно прочесть аннотацию к препарату.

Физическая очистка

К методам физической чистки бассейна относятся использование фильтров, водного пылесоса, а также удаление мусора при помощи специальных сачков. Непосредственно осветлить воду эти способы вряд ли помогут, но в комплексной чистке они используются обязательно.

Водный пылесос — многофункциональный прибор, позволяющий чистить стенки и дно бассейна, собирать частицы мусора. Сейчас в продаже представлен большой выбор моделей, среди которых есть как совсем недорогие ручные варианты, так и пылесосы-роботы, работающие по специально заданным программам практически без контроля со стороны хозяина.

Если говорить о системе фильтрации, то она должна работать в бассейне постоянно. Два-три дня простоя и водоем станет непригодным для купания.

Народные средства для борьбы с помутнением воды

Перечисляя методы осветления воды, нельзя не упомянуть о том, что в случае с небольшими надувными и каркасными бассейнами избавиться от мути можно простыми домашними средствами. Эффективность у них не 100%, но многие способны неплохо справиться с проблемой.

Перекись водорода

Одно из веществ, которое поможет избавиться от зелени и мути — перекись водорода. Она безопасна, стоит недорого, дает результат в течение суток.

Для очистки воды необходимо залить в нее перекись водорода в нескольких точках по периметру бассейне для получения нужной концентрации. Затем поверхность водоема рекомендуется накрыть защитной пленкой и выждать 24 часа. За это время вещество распадется на активный кислород, водоем станет чистым и безопасным. Важно, чтобы во время чистки температура была не более 28 градусов, иначе ожидаемый эффект получен не будет.

Использовать рекомендуется перекись с концентрацией 30-40% в количестве 700 мл на 1 м³.

После применения перекиси на поверхностях бассейна образуется коричневый налет. Его удаляют вручную или при помощи пылесоса.

Единственный недостаток использования перекиси — необходимо равномерное распределение вещества, в идеале состав перемешивается, что не всегда доступно. Использовать перекись водорода удобно в небольших надувных бассейнах или каркасных чашах.

Средство «Белизна»

Еще один осветлитель воды — содержащий хлор раствор «Белизна». Относительно его использования для очистки бассейнов ходит немало споров, но чаще звучат мнения о том, что по сути и принципу действия «Белизна» мало отличается от профильных составов с содержанием хлора.

Очистка «Белизной» должна выполнять в строгом соответствии с рекомендуемым содержанием хлора в воде — 0,3-0,6 грамма на 1 кубический метр. Добавлять средство просто «на глаз» нельзя. Также важно предварительно проверить уровень pH и привести его в норму.

Концентрация хлора в «Белизне» бывает 2-10%. Чаще продается 4% раствор. Чтобы подсчитать, сколько грамм хлора содержится в бутылке объемом 500 миллилитров, умножаем 500 на 0,04, получаем 20 граммов.

Далее рассчитываем, сколько «Белизны» понадобится для конкретного объема. Для этого рекомендуемый показатель концентрации хлора (0,3—0,6 грамм на м ³) умножаем на объем чаши и делим на содержание хлора в бутылке. Для объема 5 м³ расчет выглядит так — 0,6*5:20 =0,15. Это значит, что для обеззараживания водоема понадобится 15% содержимого бутылки.

Другие способы

Помимо указанных средств, для очищения искусственного водоема от мути могут использоваться сода, соль, а также продаваемая в аптеках зеленка. Последней на 10 м ³ понадобится всего 3 маленьких флакона.

intex-leader.ru

24.Безреагентные методы осветления питьевой воды. Виды установок, их устройство и принципы работы.

Осветление и обесцвечивание. Осветление является основным тех­нологическим процессом улучшения органолептических свойств воды. Оно заключается в освобождении воды от взвешенных веществ, определяющих мутность воды. Взвешенные в воде вещества разли­чаются по плотности и размерам составляющих их частиц, от кото­рых зависит скорость их выпадения в осадок. Скорость выпадения частиц взвеси при температуре воды 10 °С носит название гидравли­ческой постоянной частиц.

Большие различия гидравлической постоянной предполагают использование разных методов освобождения воды от тех или иных фракций взвеси. Традиционными методами осветления воды, ме­ханическим отстаиванием и фильтрацией, удается задержать взве­шенные частицы более 0,001 мм. Для удаления из воды коллои­дов необходимо предварительное разрушение их структуры методом коагуляции.

Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоид­ных и тонкодисперсных примесей воды вследствие их взаимного сли­пания под действием сил молекулярного притяжения.

Коагуляция примесей воды позволяет ускорить осветление и обес­цвечивание. Коагуляция происходит под влиянием химических реа­гентов — коагулянтов, которые либо нарушают агрегативную устой­чивость примесей воды, либо образуют коллоиды, сорбирующие при­меси воды. В качестве коагулянтов чаще всего используют соли алюминия или железа.

В практике водоподготовки известны два вида коагуляции — коа­гуляция в толще зернистой загрузки фильтра (контактная коагуля­ция) и коагуляция, происходящая в камерах хлопьеобразования (ко­агуляция в свободном объеме).

Механизм контактной коагуляции — нарушение агрегативной ус­тойчивости коллоидных примесей воды в результате устранения или снижения до очень малых значений заряда мицеллы. При добавле­нии к обрабатываемой воде коагулянта, например сульфата алюми­ния, происходит его гидролиз с образованием трехвалентного ио­на алюминия:

A1₂(S0₄)₃ + 6Н₂0 = 2AF + 3S0₄² + 6Н⁺ + 60Нˉ.

Ионы алюминия нейтрализуют заряд коллоидных частиц приме­сей воды и тем самым нарушают их агрегативную устойчивость. Ли­шенные устойчивости коллоидные частицы, проходя с потоком воды через фильтр (контактный осветлитель), адсорбируются на поверх­ности частиц зернистой загрузки фильтра под влиянием сил межмолекулярного взаимодействия. Это приводит к осветлению и обесцве­чиванию воды.

Механизм коагуляции в свободном объеме имеет иной характер. Так же как и при контактной коагуляции, введение в обрабатывае­мую воду сульфата алюминия обусловливает нейтрализацию заряда природных коллоидов воды и снижение их агрегативной устойчиво­сти. Этот процесс протекает очень быстро и заканчивается при уста­новлении равновесия между катионами коагулянта и мицеллами при­родных коллоидов. После этого начинается образование гидроксида алюминия как в результате гидролиза:

А1 ₂(S0₄)₃+ 6Н₂0 = 2А1(ОН)з + 3H₂S0₄,

так и путем взаимодействия коагулянта с присутствующими в воде карбонатами и бикарбонатами (резервная щелочность воды):

A1₂(S0₄)_j +ЗСа(НС0₃)₂ = 2А1(ОН)_з + 3CaS0₄+ 6С0₂.

Гидроксид алюминия имеет коллоидную структуру (золь), вслед­ствие чего обладает развитой поверхностью, сорбирующей примеси воды, в том числе природные коллоиды, потерявшие агрегативную устойчивость.

Гидролиз коагулянта является обратимой реакцией, и на его пол­ноту влияет активная реакция воды. Понижение pH подавляет гид­ролиз солей слабых оснований, каким является сульфат алюминия. При повышении pH образуется отрицательно заряженный алюминат- ион [А 10₂] , не приводящий к коагуляции. Приемлемое для гидроли­за значение pH 4,3-7,6, оптимальное — 5,5-6,5.

На эффективность коагуляции влияют также количество грубой взвеси, частицы которой служат своеобразными «ядрами коагуля­ции», интенсивность перемешивания, температура воды.

Очевидно, что для вод различного состава нужны разные до­зы коагулянта. Предварительный расчет оптимальной дозы произво­дят с учетом щелочности и цветности обрабатываемой воды. Однако сложность физико-химических процессов, приводящих к коагуля­ции, заставляет уточнять предварительно рассчитанную дозу опыт­ным путем.

Для ускорения коагуляции и интенсификации работы очистных сооружений применяют так называемые флоккулянты — высокомо­лекулярные синтетические соединения. Различают флоккулянты ани­онного (полиакриламид, К-4, К-6, активированная кремниевая кис­лота) и катионного (например, ВА-2) типа. Применение флоккулянтов анионного типа требует предварительной обработки воды коагулянтом, использование катионных флоккулянтов — предвари­тельного введения коагулянта не предполагает. Флоккулянты позво­ляют ускорить коагуляцию, увеличить скорость движения воды в отстойниках, уменьшить время отстаивания путем увеличения ско­рости осаждения хлопьев, повысить скорость фильтрования и продол­жительность фильтроцикла.

Ассортимент веществ с флоккулирующими свойствами постоян­но расширяется. Для применения в централизованном питьевом во­доснабжении допускаются лишь флоккулянты, прошедшие гигиени­ческую апробацию и имеющие нормированные ПДК.

В составе сооружений для коагуляции в свободном объеме долж­ны быть дозатор, смеситель и камера хлопьеобразования. Назначе­ние сооружений ясно из их названия. Существует множество конст­рукций, различающихся материалоемкостью, сложностью монтажа и эксплуатации, эффективностью работы и производительностью.

Коагуляция только подготавливает воду для дальнейшей обработ­ки — осветления и обесцвечивания и в этом смысле не является са­мостоятельным процессом. В ряде случаев в схеме подготовки пить­евой воды коагуляцию не обозначают.

Первым этапом осветления водопроводной воды, прошедшей или не прошедшей коагуляцию, является осаждение взвешенных веществ в отстойниках. В отстойнике движение воды замедлено при увели­чении сечения потока. Осаждением удается удалить из воды грубо­дисперсные примеси (частицы размером до 0,01 мм). В зависимости от направления движения воды различают горизонтальные и верти­кальные отстойники.

Горизонтальный отстойник (рис. 2) представляет собой прямо­угольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, снаб­женный приспособлениями для сообщения воде ламинарного тече­ния. Дно горизонтального отстойника имеет наклон в сторону вход­ной части, где находится приямок для сбора осадка. Осветляемая вода поступает через водосливной лоток и далее через дырчатую пере­городку с одной из торцовых сторон отстойника, а выходит с дру­гой торцовой стороны также через дырчатую перегородку и затем

Рис. 2. Горизонтальный отстойник.

U — гидравлическая постоянная, V — скорость потока.

       

через лоток. Обычно отстойник разбивают на ряд параллельно рабо­тающих коридоров шириной не более 6 м. Горизонтальные отстой­ники применяют на станциях водоподготовки производительностью 30 ООО м³/сут и более.

Перспективным методом интенсификации осаждения примесей воды является отстаивание в тонком слое. Этот прием используют в отстойниках с тонкослойными модулями. Тонкослойный модуль представляет собой блок из металла, напоминающий пчелиные соты, размером 1×1,5 м. Соты имеют сечение 0,15×0,005 м, длина канала 1,2-1,5 м. Тонкослойный модуль помещается в зоне осаждения го­ризонтального отстойника под углом до 40° к горизонтали. Произво­дительность отстойника с тонкослойным модулем возрастает пропор­ционально внесенной площади пластин модуля.

Вертикальный отстойник (рис. 3) — резервуар конической или пирамидальной формы. В центре резервуара помещается металличес­кая труба, в верхнюю часть которой поступает осветляемая вода. При включении в схему обработки воды процесса коагуляции централь­ная труба служит камерой хлопьеобразования. Пройдя ее сверху вниз, осветляемая вода поступает в зону осаждения, которую проходит по всему ее сечению снизу вверх с небольшой скоростью.

Рис. 3. Вертикальный отстойник.

1,2- соответственно подача сырой и отвод обработанной воды; 3 — сброс осадка, 4 — камера хлопьеобразования, 5 — кольцевой сборный лоток.

Осветленная вода переливается через борт отстойника в круговой желоб. Осадок, накапливающийся в нижней части отстойника, пе­риодически (1-2 раза в сутки) удаляют без выключения отстойника из работы, открывая задвижку на выпускной трубе. Скорость восхо­дящего потока воды в вертикальном отстойнике определяется по дан­ным лабораторного эксперимента с водой источника или по данным эксплуатации отстойников, работающих в аналогичных условиях; обычно она составляет 0,4-0,6 мм/с. Преимуществом вертикальных отстойников является малая площадь; их рекомендуется применять на водопроводах небольшой производительности (до 3000 м³/сут).

Осветление коагулированной воды происходит значительно ин­тенсивнее, если осветляемая вода проходит через слой ранее образо­ванного осадка, находящегося во взвешенном состоянии. Контакт воды с осадком способствует получению более крупных и плотных хлопьев, чем в отстойниках, резко улучшает гидравлическую характеристику взвеси. Это свойство взвешенного осадка было использовано отечест­венными инженерами для разработки принципиально новых типов водоочистных сооружений — осветлителей с взвешенным осадком. В таких осветлителях процесс осветления происходит значительно быстрее, снижается расход коагулянта. Осветлители в настоящее время успешно вытесняют отстойники, особенно при осветлении мутных вод с концентрацией взвешенных веществ от 500 до 5000 мг/л. Изве­стно несколько конструкций осветлителей с взвешенным осадком, но все они дают примерно одинаковое качество осветляемой воды. При правильно выбранных сооружениях для осаждения взвешенных веществ их содержание в обработанной воде составляет 8—12 мг/л.

Остаточная взвесь представлена в основном тонкодисперсными суспензиями минеральных веществ, бактериями и вирусами.

Несмотря на высокую техническую эффективность осаждения (процент удаления взвеси), такая вода не соответствует гигиеничес­ким требованиям или, другими словами, отстойники и осветлители не могут дать достаточно гигиенически эффективную очистку (дости­жение уровня гигиенических требований). В связи с этим следующим этапом осветления воды на водопроводе становится ее фильтрова­ние через фильтры с зернистой загрузкой. Фильтры разделяют по ско­рости фильтрования на медленные (0,1-0,3 м/ч) и скорые (5-10 м/ч), по направлению фильтрующего потока — на одно- и двухпоточные, по числу фильтрующих слоев — на одно- и двухслойные.

Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя (поддер­живающий и фильтрующий). Фильтрующий слой выполняют из отсор­тированного материала достаточной механической прочности (квар­цевый песок, антрацитовая крошка, керамзит, шунгизит, дробленый мрамор). Новые фильтрующие материалы проходят санитарную экс­пертизу, в ходе которой устанавливаются их состав, а также скорость и степень вымываемости отдельных элементов, особенно тяжелых ме­таллов. 

Поддерживающий слой служит для того, чтобы мелкий фильтру­ющий материал не уносился вместе с фильтруемой водой через от­верстия распределительной системы. Он состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм. Распределительная система фильтра состоит из труб с отверстиями разной формы и размера. Ее назначение — сбор и отвод профильтрованной воды без выноса зерен фильтрующего материала, а также равномерное распределение воды по площади фильтра при его промывке.

Фильтрование воды осуществляют двумя принципиально разны­ми методами. Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтру­ющей загрузки. Вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому осадку, состоящему из минеральных и органических веществ (биологическая пленка). Образованию плен­ки способствуют малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фитопланктона. Толщина пленки достига­ет 0,5-1 мм и более.

 Биологическая пленка играет решающую роль в работе так назы­ваемых медленных фильтров. Помимо задерживания мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии (уменьшая их количество на 95— 99%), обеспечивает снижение окисляемости (на 20—45%) и цветнос­ти (на 20%). Постепенное утолщение пленки вызывает сопротивление фильтрованию — так называемую потерю напора, что требует перио­дической чистки медленного фильтра (снятие с его поверхности плен­ки и верхнего слоя песка). Медленные фильтры, простые в устрой­стве и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями го­родских водопроводов в начале XIX века. В дальнейшем в связи с ростом водопотребления и мощностей водопроводов они уступили место скорым фильтрам, преимуществами которых являются боль­шая производительность и меньшая площадь. С развитием центра­лизованного водоснабжения в сельской местности роль медленных фильтров как простых и надежных сооружений для подготовки пить­евой воды возрастает. Медленные фильтры сооружают с фильтрующим слоем кварцевого песка высотой 800—850 мм и поддерживающим слоем гравия или щебня высотой 400-450 мм. Фильтр вручную очищают через 10-30 сут, снимая верхний слой песка толщиной 15-20 мм и подсыпая свежий. В течение нескольких дней после очистки фильтра до образования биологической пленки фильтрат идет на сброс.

Объемное фильтрование, осуществляемое на скорых фильтрах, является физико-химическим процессом. При объемном фильтрова­нии механические примеси проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на поверхности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равномернее они распределяются.

В результате уменьшения размера пор возрастает сопротивление загрузки при фильтровании, происходит потеря напора. Время от начала работы фильтра до достижения предельной потери напора, при которой фильтр должен быть выключен на промывку, называется временем фильтроцикла, или фильтроциклом. Время, в течение кото­рого фильтр выдает воду надлежащего качества, называется време­нем защитного действия загрузки. Темп потери напора и качество фильтрата, как это видно на рис. 4, непропорциональны. Для сани­тарной надежности фильтра необходимо так подбирать режим его работы и параметры загрузки, чтобы время фильтроцикла было меньше времени защитного действия загрузки. В практике питьевого во­доснабжения их соотношение должно быть примерно 1:0,8.

М        мг/л

Рис. 4. Зависимость качества фильтрата от сопротивления фильтрую­щей загрузки.

h_np — предельная потеря напора; С_доп — концентрация взвешенных веществ, допустимая в обработанной воде; t₃ — время защитного действия загрузки; t_H — время достижения предельной потери напора. 1 — концентрация взве­шенных веществ в обработанной воде; 2 — потеря напора фильтрации.

Для нормальной работы фильтра важно, чтобы скорость фильтро­вания была постоянной в течение всего фильтроцикла, т.е. не умень­шалась по мере загрязнения фильтра. С этой целью на трубопроводе, отводящем фильтрованную воду, устанавливают автоматически рабо­тающие регуляторы скорости фильтрации, благодаря которым через фильтр проходит все время постоянное количество воды.

Устройство скорого фильтра показано на рис. 5.5. Коагулирован­ная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает через боковой карман в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверх­ностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе работы филь­тра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои и через распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании фильтроцикла производится промывка фильтра.

Промывку производят обратным током чистой профильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределитель­ную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7— 10 раз больше скорости фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее. Зерна расширившейся за­грузки хаотично двигаются, ударяются друг о друга, сорбированные на них загрязнения попадают в промывную воду, которая вместе с загрязнениями переливается через кромки сборных желобов, распо­ложенных над поверхностью фильтрующей загрузки, и отводится по ним в водосток. Продолжительность промывки скорых фильтров 5—7 мин Количество промывной воды зависит от типа загрузки и ко­леблется от 12 до 18 л/(с м²).

Уровень воды

Желоба для сброса промывной воды

Рис. 5. Скорые фильтры

а — двухслойный фильтр, б — двухпоточный фильтр, в — контактный осветлитель

С целью ускорения фильтрации при конструировании новых филь­тров повышают их грязеемкость, под которой понимают массу заг­рязнений в килограммах, задержанных 1 м¹ фильтрующей загрузки фильтра в течение фильтроцикла. К числу фильтров с повышенной грязеемкостью относятся фильтры с двухслойной загрузкой, двухпо­точные фильтры системы АКХ и двухпоточные фильтры ДДФ.

В фильтрах с двухслойной загрузкой (см рис 5, а) над слоем пес­ка 0,4—0,5 м насыпают слой дробленого антрацита или керамзита В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный — их остаток, прошедший через верхний слой Общая грязеемкость двухслойного фильтра в 2-2,5 раза больше грязеемкости обычного скорого фильт­ра. Плотность антрацита (керамзита) меньше плотности песка, по­этому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятельно. Скорость фильтрации в двухслой­ном фильтре 10-12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в скором.

Принцип работы двухпоточных фильтров АКХ (см рис 5, б) за­ключается в том, что основная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть (30%), как и в обычных фильтрах, — сверху вниз. Благодаря этому основная масса загрязнений задерживается в нижней наиболее крупнозернистой части фильтра, имеющей боль­шую грязеемкость. Толщина фильтрующего слоя в фильтре АКХ 1,45— 1,65 м. На глубине 0,5—0,6 м от поверхности фильтрующей загрузки устанавливается трубчатый дренаж, через который отводится про­фильтрованная вода.

При промывке фильтра АКХ сначала в течение 1 мин подают про­мывную воду в дренажное устройство для взрыхления верхнего слоя песка, затем в течение 5-6 мин — через распределительную систему, расположенную на дне фильтра. Грязная вода, как и в обычных фильт­рах, собирается в желобе и отводится в водосток. Фильгры ДДФ конст­руктивно отличаются от фильтров АКХ двухслойной загрузкой (антра­цит и песок, керамзит и песок) в наддренажном слое. В фильтрах АКХ и ДДФ задерживающая способность фильтрующей загрузки использу­ется по всей ее высоте, что позволяет повысить скорость фильтрации до 12—15 м/ч и увеличить производительность фильтра на 1 м² поверх­ности в 2 раза. В практике водоподготовки с целью интенсификации работы очистных сооружений используется коагуляция в зернистой загрузке скорых фильтров (контактная коагуляция),описанная выше. Контактная коагуляция особенно эффективна при смешивании коагулянта с обрабатываемой водой непосредственно перед ее вве­дением в зернистую загрузку. При этом расход коагулянта снижается на 20%. Температура воды не влияет на контактную коагуляцию, хотя имеет большое значение при коагуляции в свободном объеме. При­менение контактной коагуляции целесообразно при низких концен­трациях взвеси в воде и отсутствии щелочного резерва. Сооружения, в которых используется метод контактной коагуляции, называются контактными осветлителями (см. рис. 5, в).

Для контактных осветлителей не нужно строить камеры хлопьеобразования и отстойники, что позволяет уменьшить объем соору­жений в 4-5 раз и сократить капитальные затраты. Раствор коагу­лянта вводят в воду перед ее подачей на фильтрацию.

Вода фильтруется в направлении убывающей крупности зерен, снизу вверх, благодаря чему основная часть загрязнений задержива­ется в нижних крупнозернистых слоях. Большая высота загрузки уве­личивает продолжительность фильтроцикла до 8 ч. Расчетная ско­рость фильтрования 5—6 м/ч. Скорость фильтрации на контактном осветлителе КФ-5 составляет 20 м/ч. Контактные осветлители удов­летворительно работают при осветлении воды, содержащей не более 150 мг/л взвешенных веществ (включая образующиеся вследствие коагулирования) и при цветности до 150 градусов.

В контактных осветлителях, в отличие от фильтров, осветленная вода находится над фильтрующей загрузкой, поэтому зеркало воды долж­но быть изолировано от помещения управления осветлителями. Этой цели служит остекленная перегородка на всю высоту помещения.

Очистные сооружения водопровода для осветления и обесцвечи­вания воды способны, кроме того, задержать до 90% находящихся в воде бактерий и вирусов. После осветления и обесцвечивания с по­мощью физических и физико-химических методов вода по органо­лептическим свойствам и химическому составу должна соответство­вать нормативам питьевой воды, но для достижения эпидемической безопасности необходимо обеззараживание.

studfile.net

II этап осветления воды

II этап осветления воды – фильтрование через фильтры с зернистой нагрузкой. Фильтры классифицируют по скорости фильтрования – медленные ().1 – 0,3 м/ч) и скорые (5-10 м/ч), по направлению фильтрующего потока – одно- и двухпоточные, по числу фильтрующих слоев – одно- и двухслойные.

Схема устройства скорого фильтра показана на рис. . Коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает через боковой карман в резервуар филь­тра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки долж­на быть не менее 2 м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои «и через

распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании фильтроцикла производится промывка фильтра.

Промывку производят обратным током чистой про­фильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7—10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее. Зерна расширив­шейся загрузки хаотично двигаются, ударяются друг о друга, сорбированные на них загрязнения попадают в промывную воду, которая вместе с загрязнениями перели­вается через кромки сборных желобов, расположенных над поверхностью фильтрующей загрузки, и отводится по ним в водосток. Продолжительность промывки скорых фильтров 5—7 мин. Количество промывной воды зависит от типа загрузки и колеблется от 12 до 18 л/(с-м²).

Рис. . Скорые фильтры.

а—двухслойный фильтр; б— двухпоточный фильтр АКХ; в—контактный осветли­тель.

Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя. Фильтрующий слой выполняют из отсортированного материала, обладающего достаточной механической прочностью (кварцевый песок, антрацитовая крошка, керамзит, шунгизит, дробленый мрамор). Новые фильтрующие материалы проходят санитарную экспертизу, в ходе которой устанавливается их состав, а также скорость и степень вымываемости отдельных элементов, особенно тяжелых металлов, водой.

Поддерживающий слой служит для того, чтобы мелкий фильтрующий материал не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия распределительной системы. Он состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм. Распределительная система фильтра состоит из труб с отверстиями разной формы и размера. Ее назначение — сбор и отвод профильтрованной воды без выноса зерен фильтрующего материала, а также равномерное распределение воды по площади фильтра при его промывке.

Два метода фильтрования. Пленочное фильтрование — образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтрующей загрузки. Вначале вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому, состоящему из минеральных и органических веществ осадку (биологическая пленка). Образованию осадка способствуют малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фитопланктона. Пленка достигает толщины 0,5-1 мм и больше.

Биологическая пленка в работе сооружений по очистке воды играет роль медленного фильтра. Помимо задержания мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии (уменьшая их количество на 95-99%), обеспечивает снижение окисляемости (на 20-45%) и цветности (на 20%) воды. Пленочный метод в сравнении с объемным методом фильтрования очищает воду медленно, но качественно. Постепенное утолщение пленки вызывает сопротивление фильтрованию – так называемую потерю напора, что приводит к необходимости периодической чистки медленного фильтра (снятие с его поверхности верхнего слоя песка и пленки). Медленные фильтры, отличающиеся простотой устройства и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями городских водопроводов в начале XIX века. Это простые и надежные сооружения, их роль для подготовки питьевой воды возрастает и в настоящее время в связи с развитием централизованного водоснабжения в сельской местности.

Медленные фильтры сооружают с загрузкой фильтрующего слоя из кварцевого песка высотой 800-850 мм и поддерживающего слоя гравия или щебня высотой 400-450 мм. Скорость фильтрации составляет 0,1-0,3 м/ч. Профильтрованная вода собирается дренажной системой, расположенной на дне фильтра. Очистка фильтра производится через 10-30 сут вручную, путем снятия верхнего слоя песка толщиной 15-20 мм и подсыпки свежего. После очистки фильтра фильтрат в течение нескольких дней, до образования биологической пленки, идет на сброс. Объемное фильтрование, осуществляемое на скорых фильтрах, является физико-химическим процессом. При объемном фильтровании механические примеси воды проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на поверхности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равномернее они распределяются.

В результате уменьшения размера пор возрастает сопротивление загрузки при фильтровании, происходит потеря напора. Время от начала работы фильтра до достижения предельной потери напора, при которой фильтр должен быть выключен на промывку, называется временем фильтроцикла, или фильтроциклом. Время, в течение которого фильтр выдает воду надлежащего качества, называется временем защитного действия загрузки. Темп потери напора и качество фильтрата (рис. ) непропорциональны. Для санитарной надежности фильтра необходимо так подбирать режим его работы и параметры загрузки, чтобы время фильтроцикла было меньше времени защитного действия загрузки. В практике хозяйственно-питьевого водоснабжения их соотношение должно быть примерно 1:0,8.

Для нормальной работы фильтра важно, чтобы скорость фильтрования была постоянной в течение всего фильтроцикла, т.е. уменьшалась по мере загрязнения фильтра. Этой целью на трубопроводе, отводящем фильтрованную воду, устанавливают автоматически работающие регуляторы скорости фильтрации, благодаря которым через фильтр проходит все время постоянное количество воды.

В скором фильтре (рис. ) коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает через боковой карман в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои и через распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании фильтроцикла производится промывка фильтра.

Промывку производят обратным током чистой профильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7-10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее, Зерна расширившейся загрузки хаотично двигаются, ударяются друг о друга, сорбированные на них загрязнения попадают в промывную воду, которая вместе с загрязнениями переливается через кромки сборных желобов, расположенных над поверхностью фильтрующей загрузки и отводится по ним в водосток. Продолжительность промывки скорых фильтров 5-7 мин. Количество промывной воды зависит от типа загрузки.

С целью интенсификации процесса фильтрации при конструировании новых фильтров повышают их грязеемкость, под которой понимают массу загрязнений в килограммах, задержанных 1 м² фильтрующей загрузки фильтра в течение фильтроцикла. К числу фильтров с повышенной грязеемкостью относятся фильтры с двухслойной загрузкой, двухпоточные фильтры системы АКХ и двухпоточные фильтры ДДФ.

В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем песка 0,4-0,5 м насыпается также слой дробленого антрацита или керамзита. В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный – их остаток, прошедший через верхний слой. Общая грязеемкость двухслойного фильтра в 2-2 ½ раза больше грязеемкости обычного скорого фильтра. Плотность антрацита (керамзита) меньше плотности песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятельно. Скорость фильтрации в двухслойном фильтре 10-12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в скором.

Сущность работы двухпоточных фильтров АКХ заключается в том, что основная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть (30%), как и в обычных фильтрах, сверху вниз. Благодаря этому основная масса загрязнений задерживается в нижней, наиболее крупнозернистой, части фильтра, имеющей большую грязеемкость. Толщина фильтрующего слоя в фильтре АКХ 1,45 – 1.65 м. На глубине 0,5 – 0,6 м от поверхности фильтрующей загрузки устанавливается трубчатый дренаж, через который отводится профильтрованная вода.

При промывке фильтра АКХ сначала в течение 1 мин подают промывную воду в дренажное устройство верхнего слоя песка, затем в течение 5 и более минут через распределительную систему, расположенную на дне фильтра, вода, как и в обычных, собирается в желобе и отводится в водосток, фильтры ДДФ конструктивно отличаются от фильтров наличием двухслойной загрузки (антрацит и песок) в наддренажном слое. В фильтрах АКХ и ДДФ задерживающая способность фильтрующей загрузки используется по всей ее высоте, что позволяет повысить скорость фильтрации до 12-15 м/ч и увеличить производительность фильтра на 1 м² поверхности в 2 раза. В технике очистки воды с целью интенсификации работы очистных сооружений используется процесс коагуляции в зернистой загрузке скорых фильтров. Этот процесс принципиально отличается от коагулирования в свободном объеме. При коагулировании в зернистом слое (контактная коагуляция) коллоидные и суспендированные частицы, проникающие в толщу слоя с потоком фильтрующей жидкости, сближаются с поверхностью зерен загрузки и прилипают к ним, образуя вокруг каждого зерна скопления геля с характерной сетчатой структурой. Таким образом, механизм контактной коагуляции состоит в определении твердой фазы обрабатываемой воды от жидкой под действием сил молекулярного притяжения между мельчайшими частицами взвеси и зернами фильтрующего материала. Однако, если воду просто фильтровать через слой зернистого материала, то контактная коагуляция будет протекать крайне медленно. Значительно ускоряется она при добавлении электролита. Таким электролитом является коагулянт.

Вокруг частиц взвеси находится двойной электрический слой или гидратная оболочка, препятствующая прилипанию к зернам загрузки. При введении коагулянта стабильность частиц взвеси нарушается, и они начинают интенсивно прилипать к зернам загрузки. Контактная коагуляция протекает особенно эффективно при смешении коагулянта с обрабатываемой водой непосредственно перед ее введением в зернистую загрузку. При этом расход коагулянта снижается на 20%. Температура воды не оказывает влияния на контактную коагуляцию, хотя имеет большое значение при коагуляции в свободном объеме. Применение контактной коагуляции целесообразно при низких концентрациях взвеси в воде и отсутствии щелочного резерва. Большое значение для эффективности контактной коагуляции имеет устойчивость слоя загрузки, в котором она происходит.

Сооружения, в которых используется метод контактной коагуляции, называются контактными фильтрами, или контактными осветлителями. Их применение не требует строительства камер хлопьеобразования и отстойников, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз и сократить капитальные затраты. Контактный фильтр КФ-5 представляет собой скорый фильтр с трехслойной фильтрующей загрузкой. Верхний слой (керамзит, аглопорит, полимерная крошка) имеет зерна диаметром 2,3-3,3 мм, средний (антрацит, керамзит) – 1,25-2,3 мм, нижний (кварцевый песок) – 0,8-1,25 мм. Над поверхностью фильтрующей загрузки укрепляется система перфорированных труб для введения в обрабатываемую воду раствора коагулянта. Скорость фильтрации на фильтре КФ-5 составляет 20 м/ч.

Контактный осветлитель КО-3 конструктивно почти не отличается от обычного скорого фильтра и представляет собой железобетонный резервуар с зернистой фильтрующей загрузкой, крупность которой явно уменьшается снизу вверх. Высота загрузки 2-2,3 м. Раствор коагулянта вводится в воду перед подачей ее на фильтрацию. Вода фильтруется в направлении убывающей крупности зерен, снизу вверх, благодаря чему основная часть загрязнений задерживается в нижних крупнозернистых слоях. Большая высота загрузки увеличивает продолжительность фильтроцикла до 8 ч. Расчетная скорость фильтрования 5-6 м/ч.

Контактные фильтры и осветлители удовлетворительно работают при осветлении воды, содержащей взвешенные вещества (включая образующиеся вследствие коагулирования), в количестве не более 150 мг/л и при цветности воды до 150º. Ввиду того, что в контактных осветлителях в отличие от фильтров осветленная вода находится над фильтрующей загрузкой, зеркало воды должно быть изолировано от помещения управления осветлителями, для этой цели имеется остекленная перегородка на всю высоту помещения.

Состав очистных сооружений водопровода, или его схема, подбирается в зависимости от качества воды источника: уровня показателей мутности и цветности и их соотношения. Можно выделить три основные схемы очистки воды на водопроводе из поверхностного источника. Первая схема применяется для воды с мутностью от 20 до 30 мг/л и цветностью 50º. Она предусматривает отстаивание воды, коагуляцию и фильтрацию на скорых фильтрах. Вторая схема используется при мутности воды до 120 мг/л и цветности до 300º. В ее составе имеются контактный осветлитель (префильтр) и скорый фильтр. Для очистки высокомутных (до 1500 мг/л) вод цветностью до 120º прибегают к третьей схеме, включающей радиальные отстойники, осветлители со взвешенным осадком и скорые фильтры. Кроме перечисленных, существуют и другие схемы. Так, при мутности воды до 50 мг/л и цветности до 50º могут использоваться только медленные фильтры, при мутности до 120 мг/л и цветности до 120º — только контактные осветлители. При любой схеме заключительным этапом обработки воды на водопроводе из поверхностного источника должно быть обеззараживание.

При организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения для небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансионаты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов и водотоков для очистки воды необходимы сооружения небольшой производительности. Этим требованиям отвечают компактные установки заводского изготовления «Струя» производительностью от 25 до 800 м³/сут.

Установка типа «Струя» (рис. ) состоит из трубчатого отстойника, фильтра с зернистой загрузкой, оборудования для приготовления и дозирования реагентов и бака для промывной воды. Напорная конструкция всех элементов установки обеспечивает подачу исходной воды насосами первого подъема через отстойник и фильтр непосредственно в водонапорную башню, а затем потребителю. Основное количество загрязнений оседает в трубчатом отстойнике. Песчаный фильтр обеспечивает окончательное извлечение из воды взвешенных и коллоидных примесей. Хлор может вводиться перед отстойником и в фильтрованную фоду. Промывку установок проводят 1-2- раза в сутки в течение 5-10 минут.

Установка построена по принципу универсальности, что дает возможность

без изменения конструкции вести работу в безреагентном и реагентном ( с использованием коагулянтов) режиме. В первом случае производительность установки в 4 раза меньше. Продолжительность обработки воды не превышает 40-60 мин, тогда как на станциях с традиционными сооружениями она обычно составляет от 3 до 6 ч. Установка обеспечивает высокую степень очистки воды. Содержание взвешенных веществ уменьшается на 98-99,3 %, цветность – на 83%; отстаивание и фильтрация снижают содержание бактерий группы кишечной палочки на 99,8-99,9%. Приведенные показатели эффективности работы могут быть достигнуты при централизации эксплуатационной и ремонтной служб в масштабах района или области.

Изменения химического состава природных вод в результате обработки их на водопроводных сооружениях послужили основанием для изучения барьерной роли процессов коагуляции, осаждения и фильтрации относительно веществ, поступающих с промышленными сточными водами. В экспериментальных и натурных условиях была исследована защитная роль процессов коагуляции, осаждения и фильтрации для различных нефтепродуктов, сельскохозяйственных ядохимикатов, продуктов органического синтеза. Результаты исследований позволяют сделать вывод о возможности задержки этих веществ на всех этапах обработки воды. Техническая эффективность задержки в эксперименте колебалась в широких пределах (от 10 до 60-90%) и зависела от исходной концентрации веществ, дозы коагулянта, скорости фильтрации. При снижении исходной концентрации уменьшался процент задержки. При обычных дозах реагентов и скорости фильтрации эффективность задержки была невысокой. Даже при высокой степени задержки, наблюдавшейся в эксперименте, остаточные количества исследуемых веществ превышали ПДК, т.е. гигиеническая эффективность была недостаточной.

Таким образом, гигиеническое значение широко применяемых в практике водоснабжения методов осветления, обесцвечивания воды источника при подготовке питьевой воды состоит в освобождении от природных примесей (механическая взвесь, коллоиды) и частично микрофлоры (90% от исходного содержания). Защитная способность водопроводных сооружений относительно химических технических загрязнений весьма ограничена и не может рассматриваться как основание для снижения требований к условиям спуска сточных вод в водные объекты. Это – фактор, в некоторой мере превышающий надежность мероприятий в области санитарной охраны источников водоснабжения.

studfile.net

Какими способами может осуществляться осветление воды

Осветление воды — это процесс удаления взвешенных и коллоидных веществ, состоящих из глинистых, песчаных или илистых частиц. Их наличие ухудшает качество воды, делает ее мутной и непригодной для употребления как для питьевых, так и для технических целей.

Способы осветления воды

Осветление воды осуществляют механическим или химическими методами. Очистка, как правило, многоступенчатая

В технологической схеме очистки осветление происходит в первую очередь. Его суть заключается в удалении загрязнений под действием силы тяжести либо с помощью принудительной фильтрации.

Методы осветления воды:

• отстаивание в отстойниках;
• осветление в гидроциклонах;
• коагуляция и флотация;
• фильтрование через слой взвешенного осадка или фильтрующий материал;
• использование окислителей в полевых условиях.

Выбор метода осветления – один из главных пунктов при разработке технологии очистки, так как он скажется в дальнейшем на всём процессе водоподготовки. Нужно внимательно подходить к этой задаче и изучать нюансы каждого варианта.

Метод отстаивания

Метод заключается в удалении взвешенных и коллоидных частиц под действием силы тяжести. Скорость осаждения зависит от их формы, размеров, плотности, шероховатости и от температуры жидкости. Оптимальные значения для этого процесса – 8-12°С.

Одним из условий эффективной очистки является скорость движения воды в отстойнике, которая напрямую влияет на выпадение частиц в осадок. Она должна быть в пределах 0,12-0,6 мм/с, в зависимости от конструкции сооружения.

Применяются отстойники: горизонтальные, вертикальные и радиальные. Каждый из них предназначен для определённых значений объёма и количества загрязнений.

Способ отстаивания является самым простым, эффективность составляет 60-70%. Основной минус – большой объём сооружений.

Осветление в гидроциклонах

Принцип работы гидроциклонов основан на сепарации частиц твёрдой фазы во вращающемся потоке жидкости. За счёт тангенциальной скорости крупные примеси прижимаются к стенке сооружения и под действием силы тяжести удаляются.

Коагуляция и флотация

Коагуляция – процесс укрупнения загрязнений в результате их слипания. Минеральные вещества и коллоидный гумус имеют отрицательный заряд, а коллоидное вещество – положительный. Разноимённые заряды притягиваются, вследствие чего происходит их коагулирование.

Эффективность зависит не только от количества загрязнений, но и от дозы коагулянта, быстроты смешивания, щёлочности. Для интенсификации данного процесса необходимо использовать флокулянты, которые ускоряют агломерацию хлопьев.

При осветлении с использованием коагулянтов, как правило, происходит процесс обесцвечивания – удаление гумусовых веществ, которые придают воде желтоватый, коричневый или зелёный цвет. Зачастую это происходит на застойных участках, таких как бассейны.

Фильтрование через слой взвешенного осадка

Метод является сочетанием фильтрования и использования реагентов для ускорения процесса очистки. Хлопья коагулянтов, взаимодействуя с коллоидными веществами, задерживаются слоем взвешенного осадка, за счёт чего и происходит осветление.

Данный способ подходит для сильнозагрязнённых вод, так как можно получить высокий эффект очистки, затратив минимальное количество реагентов.

Фильтрование через слой загрузки

Вода проходит через зернистый материал, задерживающий коллоидные загрязнения. В качестве слоя загрузки применяют кварцевый песок, гравий, дроблённый антрацит и другие. Они должны обладать надлежащим гранулометрическим составом и необходимой механической прочностью, так как происходит их периодическое истирание.

По скорости движения и времени очистки различают скорые и медленные фильтры. Медленные подходят для очистки некоагулированной воды, содержащей относительно мелкую примесь. Так как данный метод – безреагентный, то максимальные значения исходной мутности должны быть до 50 мг/л, цветности до 50 градусов. Скорость движения в таком фильтре составляет 0,1-0,3 м/ч.

Скорые фильтры используют для осветления мутных и цветных вод. В технологической схеме очистки скорые фильтры предусматривают после сооружений коагуляции и отстаивания, так как невозможно получить необходимый эффект одной ступенью. Важно проводить периодическую обратную промывку загрузки для предотвращения последующего загрязнения. Скорость движения в скором фильтре составляет 5,5-15 м/ч.

Для очистки воды в полевых условиях можно прибегнуть к бытовым окислителям: перекись водорода, зелёнка или белизна. Их принцип действия ничем не отличается от специальных коагулянтов, они отлично справляются с загрязнёнными водами рек и озёр.

• Садовые дорожки своими руками с малыми затратами
• Как не ошибиться в расчетах стропильной системы из металла

Категория: Ремонт

yastroyu.ru

Методы осветления воды

Методы осветления воды: 1) коагуляция – сульфатом алюминия, железным купоросом, оксихлоридом алюминия, хлоридом железа; 2) флоккуляция – полиакриламидом, активированной кремниевой кислотой, ВА-2, К-4.

I этап осветления водопроводной воды

I этап осветления водопроводной воды, прошедшей или не прошедшей коагуляцию, является осаждение взвешенных веществ в отстойниках. Принципом работы отстойника является замедление скорости движения воды при увеличении сечения потока. При этом удаляются грубодисперсные примеси (частицы размером более 100 мкм). Различают горизонтальные и вертикальные отстойники, в зависимости от направления движения воды.

Горизонтальный отстойник – прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, снабженный приспособлениями для сообщения воде ламинарного течения. Дно имеет наклон в сторону входной части, где находится приямок для сбора осадка. Осветляемая вода поступает через водосливной лоток и далее через дырчатую перегородку с одной из торцовых сторон отстойника, а выходит с другой торцовой стороны через дырчатую перегородку и затем через лоток. Обычно отстойник разбивают на ряд параллельно работающих коридоров шириной не более 6 м.

Вертикальный отстойник (рис. ) – резервуар конической или пирамидальной формы.

Рис. . Вертикальный отстойник (схема). /, 2—соответственно подача и отвод воды; 3—сброс осадка; 4—камера хлопьеобразования; 5—кольце­вой сборный лоток; 6—отражательный конус.

В центре резервуара помещается металлическая труба, в верхнюю часть которой поступает осветляемая вода. При включении в схему обработки воды процесса коагуляции центральная труба служит камерой хлопьеобразования. Пройдя ее сверху вниз, осветляемая вода поступает в зону осаждения, которую проходит по всему ее сечению снизу вверх с небольшой скоростью.

Осветленная вода переливается через борт отстойника в круговой желоб. Осадок, накапливающийся в нижней части отстойника, периодически (1-2 раза в сутки) удаляют без выключения отстойника из работы, открывая задвижку на выпускной трубе. Скорость восходящего потока воды в вертикальном отстойнике определяется по данным лабораторного эксперимента с водой источника или по данным эксплуатации отстойников, работающих в аналогичных условиях; обычно она колеблется в пределах 6,4 – 0,6 мм/с. Преимущества вертикальных отстойников – малая площадь, их рекомендуется применять на водопроводах небольшой производительности (до 3000 м³ / сут).

Интересен тот факт, что процесс осветления коагулированной воды протекает значительно интенсивнее, если осветляемая вода проходит через слой ранее образованного осадка, находящегося во взвешенном состоянии. Контакт воды с осадком способствует получению более крупных и плотных хлопьев, чем в отстойниках, резко улучшает гидравлическую характеристику взвеси. Это свойство взвешенного осадка было использовано отечественными инженерами для разработки принципиально новых очистных сооружений – осветлителей со взвешенным осадком. Ввиду того, что процесс осветления воды в осветителе протекает значительно интенсивнее, чем в отстойнике, время пребывания воды в нем сокращается. Снижается также расход коагулянта. Осветлители в настоящее время успешно вытесняют отстойники, особенно при осветлении мутных вод с концентрацией взвешенных веществ от 500 до 5000 мг/л.

Отстойники с тонкослойными модулями. Тонкослойный модуль представляет собой блок из металла, напоминающий структуру пчелиных сот размером 1х1,5 м. Соты имеют сечение 0,15х0,005 м, длина канала 1,2 – 1,5 м. Тонкослойный модуль помещается в зоне осаждения горизонтального отстойника под углом до 40º к горизонтали. Производительность отстойника с тонкослойным модулем возрастает пропорционально внесенной площади пластин модуля.

При правильно выбранных сооружениях для осаждения взвешенных веществ содержание их в обработанной воде составляет 8-12 мг/л.Отстойники и осветители не дают достаточной гигиенической эффективности, несмотря на высокую техническую эффективность осаждения. Остаточная взвесь представлена в основном тонкодисперсными суспензиями минеральных веществ, бактериями, вирусами.

studfile.net