Сооружения для осветления и обесцвечивания воды

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра ТГВ

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Инженерные сети и оборудование»

На тему:

«Сооружения для осветления и обесцвечивания воды»

Вариант №56

 

 

 

Выполнил: ст.гр. 9ЭС404

Симоник А.А.

 

Проверил:  Кареева Ю.Р.

 

 

 

 

 

 

Казань 2012

Содержание

 

Введение  

Изучение качества воды природного источника позволяет установить характер необходимых операций по ее обработке. В некоторых случаях на очистные сооружения возлагается задача устранения какого-либо определенного недостатка природной воды или целого комплекса недостатков, а иногда - задача искусственного придания воде новых свойств, требуемых потребителем.

Все разнообразные задачи, возлагаемые на очистные сооружения, могут быть сведены к следующим основным группам:

1) удаление  из воды содержащихся в ней  взвешенных веществ (не растворимых примесей), что обусловливает снижение ее мутности; этот процесс носит название осветления воды;

2) устранение  веществ, обусловливающих цветность  воды, - обесцвечивание воды;

3) уничтожение содержащихся в воде бактерий (в том числе болезнетворных) - обеззараживание воды;

4)  удаление  из воды катионов кальция и  магния - умягчение воды;

На очистные сооружения могут быть возложены также отдельные специальные задачи - удаление растворенных в воде газов (дегазация), устранение запахов и привкусов природной воды и др.

В некоторых случаях (в соответствии с требованиями производственных потребителей, условиями эксплуатации водопроводов или для успешного проведения операций по самой очистке воды) необходима специальная обработка воды для достижения требуемого значения рН, придания воде свойств стабильности и т. п.

Часть операций по обработке воды может быть отнесена к процессам собственно очистки воды: устранение мутности, цветности, удаление планктона, бактерий и избыточного количества растворенных солей. Но такие операции, как стабилизация воды, поддержание требуемого значения рН и т. п., имеющие целью придание воде свойств, необходимых для предотвращения коррозии трубопроводов, успешного протекания коагулирования воды и т. п., уже не могут быть отнесены к процессам очистки воды. Таким образом, понятие «обработка» воды является более общим, чем понятие «очистка» воды. Очистка воды - это частный случай ее обработки.

Очистные сооружения. Обработка воды

Для отдельных видов потребителей очистные сооружения должны решать комплексно несколько из указанных задач. Например, в хозяйственно-питьевых водопроводах, использующих речную воду, на очистные сооружения возложены задачи осветления, обесцвечивания, устранения запахов и привкусов воды, а иногда одновременно и ее умягчения.

Решение всех поставленных перед очистными сооружениями задач может проводиться путем использования различных технологических приемов. Так, осветление воды может быть достигнуто путем отстаивания и фильтрования ее. Причем отстаивание может быть простым механическим, когда очищаемая вода проходит через специальные бассейны (отстойники) с весьма малой скоростью. Время осаждения взвешенных частиц зависит от их размеров. Чем мельче частицы, тем больше времени потребуется для их осаждения. При этом коллоидные частицы могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время. Для их осаждения, а также вообще для ускорения процесса осаждения взвеси применяют коагулирование. В воду, подлежащую осветлению, вводят химические реагенты (коагулянты), способствующие связыванию частиц, обусловливающих мутность, в крупные хлопья, что ускоряет их выпадение в отстойниках.

В ряде случаев воду для глубокого осветления после отстойников направляют на фильтры, где она дополнительно осветляется, проходя через слои фильтрующего материала. Такая двухступенчатая система осветления широко применяется при очистке речной воды, используемой для питьевого водоснабжения.

Для задержания находящихся в воде взвешенных веществ применяют также специальный метод осветления, при котором вода после коагулирования пропускается через слой взвешенных хлопьев (выпадающих в результате в осадок). Коагулирование одновременно способствует повышению эффективности процесса фильтрования воды.

Коагулирование воды с последующим ее отстаиванием и фильтрованием позволяет осуществить также и обесцвечивание воды.

Для некоторых производств, не требующих прозрачной воды, оказывается достаточным освобождение ее лишь от наиболее крупных взвешенных частиц, а также плавающих предметов. В этих случаях применяют грубую механическую очистку воды — процеживание, большей частью осуществляемое в водоприемных сооружениях, где для этой цели устанавливаются решетки и сетки.

Попутно с осветлением вода при коагулировании и фильтровании в значительной степени освобождается от бактерий, благодаря чему повышается ее качество с санитарной точки зрения.

Специальной операцией по уничтожению содержащихся в воде бактерий, в частности болезнетворных, является обеззараживание воды. Для обеззараживания применяют хлорирование или озонирование, а также бактерицидное облучение воды.

Для улучшения качества воды применяют также и другие операции: умягчение, сгбессоливание, дегазацию и др.

Далее детально рассматриваются процессы очистки воды, типы сооружений, необходимых для их осуществления, и схемы очистных станций.

Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

Фильтрование — самый распространенный метод отделения твердых частиц от жидкости. При этом из раствора могут быть выделены не только диспергированные частицы, но и коллоиды.

В процессе фильтрования происходит задержание взвешенных веществ в порах фильтрующей среды и в биологической пленке, окружающей частицы фильтрующего материала. Вода освобождается от взвешенных частиц, хлопьев коагулянта и большей части бактерий.

Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание воды, или ее дезинфекция, заключается в полном освобождении воды от болезнетворных бактерий. Так как полного освобождения ни отстаивание, ни фильтрование не дают, с целью дезинфекции воды применяют хлорирование и другие способы, описанные ниже.

На примере типовой схемы очистной станции водопровода показан комплекс составляющих ее элементов (Рис. 1).

Главнейшие из этих элементов следующие:

Насосная станция первого подъема, подающая воду на очистные сооружения.

Смеситель 2, обеспечивающий перемешивание раствора коагулянта, поступающего из реагентного хозяйства, с обрабатываемой водой. В практике применяют гидравлические и механические типы смесителей. На схеме показан дырчатый смеситель, представляющий собой лоток с дырчатыми перегородками, в котором происходит перемешивание воды с раствором коагулянта.

Рис. 1 «Схема очистной станции»

 

Камера реакции 4, в которой завершается химическая реакция и образуются хлопья коагулянта. На схеме приводится камера реакции, помещаемая внутрь вертикального отстойника. Хлопьеобразование в ней завершается в течение 10-15 мин.

Отстойники 5, которые в зависимости от направления движения воды подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Горизонтальный отстойник в плане — прямоугольник. Глубина его 3-5 м. Вода движется через отстойник со скоростью, не превышающей 5 мм/с, а при коагулировании — 10 мм/с. В целях равномерного распределения потока в поперечном сечении отстойника предусматривается конструктивная деталь, обеспечивающая равномерное поступление воды в отстойник и отвод ее, например дырчатая стенка.

На станциях меньшей производительности применяют вертикальные отстойники, состоящие из двух цилиндров, вложенных один в другой. Диаметр внешнего цилиндра — не больше 12 м. Отношение диаметра к высоте отстойника принимают в пределах 1,2-2. Вода поступает во внутренний цилиндр, в котором находится камера реакции, опускается вниз, затем осветляется, поднимаясь в вертикальном направлении вверх по среднему кольцевому пространству со скоростью 0,5-0,75 мм/с. Осветленная вода через отводящие желоба отводится трубой или по каналу на фильтр.

Радиальные отстойники диаметром от 5 до 60 м занимают среднее положение между горизонтальными и вертикальными отстойниками. Вода попадает в центральную часть отстойника и, постепенно уменьшая скорость, движется в радиальном направлении к лотку, расположенному вдоль периферийной части, из которого отводится.

Дно отстойника устраивают с уклоном к грязевому приямку или лотку, откуда выпавший осадок непрерывно или периодически удаляется насосом или самотеком сбрасывается в водосток.

Осветлители, конструкция которых в основном не отличается от конструкции вертикального отстойника, дают значительный эффект осветления, позволяя при этом снизить расход коагулянта и сократить размер сооружений. Осветляемая вода проходит в восходящем движении слой осадка высотой 2-2,5 м, находящегося во взвешенном состоянии (так называемая суспензионная сепарация).

В процессе работы осветлителя происходит укрупнение хлопьев коагулянта, задерживающих часть взвеси. В настоящее время осветлители широко применяют как в городских, так и в промышленных водопроводах. В некоторых случаях вертикальные отстойники переоборудуют на осветлители.

Фильтрование состоит в пропуске воды через фильтр 6, заполненный фильтрующим материалом (обычно кварцевым песком), уложенным слоями возрастающей сверху вниз крупности. Вода поступает на поверхность фильтра, движется сквозь слои фильтрующего материала и дренажным устройством отводится в резервуар чистой воды. В процессе работы фильтр заполнен водой до уровня 1-1.5 м над поверхностью фильтрующего материала.

Фильтры делаются открытыми безнапорными и закрытыми напорными. Напорные фильтры представляют собой закрытые стальные резервуары.

В применяемых в настоящее время скорых фильтрах скорость прохождения водой фильтрующего материала, или скорость фильтрации, равна 6...7 м/ч в отличие от громоздких медленных фильтров, применявшихся ранее, в которых скорость фильтрации была меньше в 50-60 раз.

В предложенных институтом Вод-гео двухслойных фильтрах поверх слоя кварцевого песка укладывают слой дробленого антрацита, что позволяет увеличить скорость фильтрации до 9-10 м/ч и соответственно удлинить рабочий период фильтра.

Количество фильтров на очистной станции — не менее двух. Площадь одного фильтра от 10-20 м2 на малых и средних станциях, до 100 м2 и более — на больших.

После фильтров вода может поступать непосредственно потребителю.

Широко используется также схема обработки воды с осветлителем со взвешенным слоем осадка, рекомендуемая при расходах более 3000 м3/сут и наличии взвешенных веществ в исходной воде до 2,5 г/л (рис, II.39, б). В таких схемах вместо отстойников со встроенными камерами применен осветлитель со взвешенным слоем. Такие схемы считаются двухступенчатыми, так как осветление происходит последовательно в два этапа: в отстойниках или осветлителях со взвешенным слоем осадка и фильтрах

Если исходная вода содержит взвешенные вещества до 150 мг/л и имеет цветность до 150 град, при любой суточной производительности станции целесообразно применять одноступенчатую схему обработки воды с контактными осветлителями. По этой схеме вода после смесителя сразу подается на контактный осветлитель, где полностью освобождается от взвешенных и коллоидных примесей. При недостаточней щелочности исходной воды для обеспечения процессов коагулирования производят подщелачивание воды известью или содой. Для интенсификации процессов коагуляции иногда применяют специальные химические реагенты — флокулянты (активная кремниевая кислота и полиакриламнд), способствующие образованию крупных хлопьев.

Тщательное перемешивание очищаемой воды с реагентами осуществляется в смесителях различных конструкции. Наибольшее распространение получили дырчатые, перегородчатые (Рис.2) и вертикальные (вихревые) смесители.

Рис. 2 «Перегородчатый смеситель»

Для интенсификации процесса хлопьеобразования смешанную с реагентами воду перед подачей в отстойники медленно и равномерно перемешивают в камерах хлопьеобразования (камерах реакции). Камеры хлопьеобразования бывают различных типов: перегородчатые, вихревые, водоворотные, со взвешенным слоем осадка. Наиболее надежно работают системы осветления воды, в которых камеры хлопьеобразования совмещены с отстойниками или встроены в них. При разделении камер и отстойников увеличивается путь движения воды со сформировавшимися хлопьями, в результате чего хлопья разрушаются.

 

Компоновка очистных сооружений для осветления и обеззараживания воды 

Специализированными проектными организациями, работающими в области водоснабжения, разрабатываются и периодически обновляются типовые проекты станций очистки воды.

Проектом предусмотрены устройства для предварительного хлорирования, коагулирования сернокислым алюминием и подщелачивания воды, а также обработка воды полиакриламидом. Предусмотрена также возможность фторирования воды кремнефтористым натрием, вторичного хлорирования и устранения запахов и привкусов путем использования .активированного угля.