2 часть

9. ФИЛЬТРЫ С ПЛАВАЮЩЕЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛЬНОЙ
ЗАГРУЗКОЙ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

9.1. В настоящем разделе приводятся сведения о конструкции и расчете крупнозернистых напорных и безнапорных фильтров с плавающей пенополистирольной загрузкой (ФПЗ), предназначенных для безреагентного осветления поверхностных вод на технические нужды.

9.2. ФПЗ могут быть также применены для осветления и обесцвечивания поверхностных вод в реагентной схеме и для доочистки сточных вод. Наличие в воде минеральных масел, нефтепродуктов и жиров с концентрацией свыше 10 мг/л, а также водорослей более 10 тыс. кл/мл препятствует их нормальной работе.

9.3. ФПЗ могут работать как самостоятельные сооружения в одноступенчатых схемах очистки, так и в качестве сооружений предварительного осветления воды в двухступенчатых схемах.

9.4. Для технического водоснабжения и доочистки сточных вод может применяться загрузка из свежевспененного полистирола марки ПСВ (после ее отмывки в исходной воде в течение 0,5-1 ч). Для питьевого водоснабжения Минздравом СССР разрешено использовать загрузку из вспененного полистирола той же марки после ее 10-часовой отмывки в холодной проточной воде.

ПЛАВАЮЩАЯ ЗАГРУЗКА И ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЕ

9.5. Плавающая загрузка приготовляется на местах путем вспенивания гранул полистирола марки ПСВ, выпускаемого в соответствии с ОСТ 6-05-200-83.

9.6. Вспениванию подвергаются исходные гранулы полистирола II-IV фракций или дробленые крупные гранулы (диаметром свыше 1,5 мм). Вспенивание производится с помощью горячей воды, пара, горячего воздуха, токов высокой частоты.

При вспенивании гранулы увеличиваются в размере в зависимости от продолжительности и температуры вспенивания.

Техническая характеристика установок для вспенивания представлена в табл. 11, размеры получаемых после вспенивания гранул - в табл. 12.

Таблица 11

П р и м е ч а н и е. Подробные данные о проектировании и изготовлении установок могут быть получены в лаборатории охраны вод ЦНИИКИВР (277012, Кишинев, Комсомольская ул., 30).

9.7. После вспенивания гранулы пенополистирола промывают в холодной воде (с целью предотвращения их слипания), просушивают горячим воздухом и транспортируют в бункер готовой продукции.

9.8. Характерные параметры гранулометрического состава пенополистирольной загрузки d₁₀, d₅₀, d₈₀ и d_э в отличие от тяжелых зернистых материалов следует определять по кривой рассева, построенной не по массе, а по объему каждой i-й фракции, % к общему объему исследуемой загрузки:

, (29)

где W_i - объем остатка i-й фракции пенополистирола на сите калибром d_i.

9.9. Необходимое количество исходного полистирола марки ПСВ для получения требуемого количества плавающей загрузки определяют по формуле

, (30)

где W_вс - объем плавающей загрузки;

- коэффициент вспенивания, определяемый по табл. 12.

Таблица 12

КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ФИЛЬТРОВ

9.10. Для технического водоснабжения рекомендуются фильтры ФПЗ-1 и ФПЗ-4, область применения которых указана в табл. 13.

9.11. В фильтре с восходящим фильтрационным потоком ФПЗ-1 (черт. 30, а) исходная вода фильтруется снизу вверх через удерживаемую в затопленном состоянии верхней системой пенополистирольную загрузку, собирается в надфильтровом пространстве и отводится в резервуар чистой воды.

Черт. 30. Фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой

а - ФПЗ-1; б - ФПЗ-4; в - ФПЗ-4н (ФПЗ-3,4-150); 1 - нижняя сборно-распределительная система; 2 - отвод промывной воды; 3 - подача исходной воды; 4 - пенополистирольная загрузка; 5 - отвод фильтрата; 6 - уловитель пенополистирола; 7 - верхняя распределительная система; 8 - средний дренаж

9.12. Промывка пенополистирольной загрузки осуществляется нисходящим потоком чистой воды, накопленной в надфильтровом пространстве. Загрузка при этом расширяется на 20-30 %, а накопленные в ней загрязнения уносятся в канализацию.

9.13. В фильтрах ФПЗ-4 и ФПЗ-4н с нисходящим фильтрационным потоком (черт. 30, б, в) используется более неоднородная загрузка. Исходная вода фильтруется в направлении убывающей крупности гранул и собирается средней дренажной системой, расположенной в толще загрузки с гранулами диаметром 0,8-1,5 мм.

9.14. Когда потери напора на фильтре достигнут заданной величины (1,5-2,0 м в безнапорных фильтрах и 6-10 м - в напорных), задвижку на трубопроводе подачи исходной воды закрывают, а задвижку на трубопроводе отвода промывной воды открывают. Промывка загрузки происходит так же, как в фильтрах ФПЗ-1 (исходной водой).

При концентрации взвеси в исходной воде свыше 150 мг/л рекомендуется после сбрасывания уровня воды в надфильтровом пространстве на 0,5 м подавать в него отфильтрованную воду в количестве, необходимом для промывки загрузки чистой водой в течение 2 мин.

9.15. В напорных фильтрах ФПЗ-4н, имеющих заводскую марку ФПЗ-3,4-150 (см. черт. 30, в), подача исходной воды и ее распределение по площади фильтра осуществляются с помощью дырчатых труб с отверстиями диаметром 10 мм, перекрытых сеткой с ячейками размером 0,5 мм.

9.16. Для промывки средних дренажных систем предусмотрены патрубки, смонтированные после задвижки на трубопроводе отвода фильтрата.

9.17. Нижние системы фильтров ФПЗ-1 и ФПЗ-4 изготовляют из асбестоцементных дырчатых труб.

9.18. Верхние системы безнапорных фильтров изготовляют в виде перекрытия из полутруб или бетонных балок, уложенных с зазорами между ними, равными 5 мм, присыпанных слоем отмытого гравия диаметром зерен 25-40 мм на толщину до 0,2 м.

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ

9.19. Основные параметры работы фильтров типа ФПЗ для технического водоснабжения приведены в табл. 13.

Таблица 13

П р и м е ч а н и е. Эффективность безреагентного осветления воды составляет примерно 60-80 % и зависит от дисперсности и устойчивости взвеси в исходной воде.

9.20. Гранулометрический состав загрузки и параметры ее промывки следует определять по табл. 14.

Таблица 14

9.21. Суммарную площадь фильтров следует определять в соответствии с указаниями СНиП 2.04.02-84.

9.22. Число фильтров на станции надлежит назначать с учетом того, чтобы при выключении одного фильтра (или секции) на промывку скорости фильтрования увеличивались не более чем на 15-20 %.

9.23. Общую высоту фильтра Н_ф, м, определяют по формуле

Н_ф = DН + Н_о + D_к + Н_з (1 + а_з) + Н_ав , (31)

где DH - превышение стенки корпуса фильтра над максимальным уровнем воды в нем, равное 0,2 м;

Н_о - высота слоя воды в надфильтровом пространстве, м;

D_к - диаметр коллектора нижней сборно-распределительной системы, м;

Н_з, а_з - соответственно толщина слоя загрузки в плотном состоянии и величина его относительного расширения при промывке, м;

Н_ав і 0,2 м - расстояние между нижней границей расширенного слоя загрузки и коллектором нижней дренажной системы.

9.24. Нижнюю сборно-распределительную систему (НСРС) фильтров проектируют в виде центрального или бокового коллектора с ответвлением из перфорированных пластмассовых или асбестоцементных труб, имеющих круглые отверстия d_о = 10 мм, направленные вниз под углом 45° к вертикальной плоскости, проходящей через оси трубы, либо из бетонных или полимерных блоков размерами в плане 0,6ґ0,6 м и с углом наклона рабочей плоскости 30°. Блоки укладывают на лотки переменного сечения.

9.25. Диаметр коллектора НСРС следует определять исходя из скорости воды при промывке, равной 1,5-2,2 м/с.

9.26. Суммарную площадь отверстий w_о, м, в ответвлениях НСРС определяют в зависимости от условий промывки.

При постоянном уровне воды в надфильтровом пространстве во время промывки площадь отверстий определяют по формуле

; (32)

при переменном уровне в общем надфильтровом пространстве фильтров ФПЗ-1 - по формуле

, (33)

где W_пр - интенсивность промывки, л/(сЧм²);

f_o - площадь одной секции фильтра, м;

m - коэффициент расхода в отверстиях, принимаемый равным 0,6;

h₁ - напор воды над осью коллектора в начале промывки, м;

N_c - число секций фильтров;

t_пр - продолжительность промывки, мин;

h₂ - напор воды над осью коллектора в конце промывки с учетом потерь напора в загрузке и нижней сборной системе, м.

9.27. Длину дырчатых труб ответвлений l_т назначают конструктивно в зависимости от места расположения сборного коллектора, его диаметра, способа присоединения к нему труб и размеров фильтра в плане.

Число труб принимают, исходя из максимального расстояния между ними в плане, равного 0,5 м.

9.28. Диаметр дырчатых труб определяют по удельному промывному расходу и скорости движения воды в них, принимаемой 1,5-2,5 м/с.

9.29. После предварительного расчета, приняв значение коэффициента неравномерности расходов 0,90-0,95, по черт. 31 уточняют длину и диаметр дырчатых труб, а также определяют диаметр и число отверстий в них.

Черт. 31. Номограммы для расчета нижней сборно-распределительной системы (НСРС)

d - диаметр дырчатых труб, мм; lт - длина дырчатых труб, м; nт - число отверстий в трубе; dо - диаметр отверстий, мм; Ко - коэффициент неравномерности расходов

9.30. Средняя дренажная система (СДС) в фильтрах ФПЗ-4 служит для забора очищенной воды из толщи зернистого слоя и состоит из сборного коллектора и дренажных кассет (черт. 32).

Черт. 32. Конструкция среднего дренажа ФПЗ-4 (ФПЗ-4н)

1 - труба; 2 - фланец; 3 - решетка с дырчатой (do - 5-6 мм) или щелевой перфорацией (4ґ160 мм); 4 - боковые стенки; 5 - гранулы полистирола (три слоя 6-8, 3-5 и 1-2 мм); 6 - сетка; 7 - заглушка

Требуемую площадь поперечного сечения трубы средней дренажной системы F_ср.др, м², определяют по формуле

, (34)

где n_н.р - скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч;

l - расстояние между осями труб, принимаемое 1,0-1,5 м;

L_др - длина дренажной трубы, м ;

n₂ - скорость движения воды в дренажной трубе, равная 1 м/с.

9.31. Ширину водоприемной поверхности дренажной трубы В_ср.др, м, определяют по формуле

, (35)

где m_п - скважность водоприемной поверхности, принимаемая равной 20 % ее площади;

h_др - напор воды, м, над водоприемной поверхностью среднего дренажа в начале фильтроцикла, определяемый по формуле

h_др = Н_ср.др - h_в.с - h_з , (36)

где Н_ср.др - расстояние от максимального уровня воды до среднего дренажа;

h_в.с - потери напора в верхней системе с учетом ее возможного частичного заиления к концу фильтроцикла (h_в.с = 0,5 м);

h_з - потери напора в загрузке к концу фильтроцикла.

9.32. Верхняя сборно-распределительная система (ВСРС) служит для предотвращения всплытия полистирола в надфильтровое пространство и равномерного распределения воды по площади фильтра. Она выполняется в виде решеток или гидрозатвора из полимерных полутруб, присыпанных слоем гравия толщиной 0,2 м и диаметром зерен 20-30 мм. В отдельных случаях можно устраивать монолитное перекрытие с фильтрующими труб чатыми гильзами или кассетами.

Для обеспечения равномерного распределения воды на площади фильтра в период его промывки потери напора в ВСРС должны быть не менее 0,2 м.

9.33. Элементы ВСРС должны быть изготовлены из антикоррозионных материалов и рассчитаны на выталкивающее давление за счет силы Архимеда с учетом веса загрузки и напора над загрузкой.

10. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫСОКОМУТНЫХ ВОД
С ПЛАВУЧИМ ВОДОЗАБОРОМ-ОСВЕТЛИТЕЛЕМ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

10.1. Сооружения предназначаются для осветления высокомутных вод поверхностных источников с содержанием взвеси от 1500 до 20000 мг/л. Цветность обрабатываемой воды - до 120 град.

При содержании взвешенных веществ свыше 20 тыс. мг/л производительность плавучего осветлителя следует уменьшать до 30 %.

10.2. Рассматриваемый комплекс сооружений рекомендуется применять при производительности ориентировочно до 100 тыс. м³/сут. Допустимая производительность сооружений проверяется расчетом в соответствии с указаниями п. 10.8 в зависимости от условий водозабора.

СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
И ИХ ОСОБЕННОСТИ

10.3. Сооружения (черт. 33) состоят из плавучего осветлителя, плавучей насосной станции и береговых сооружений, включающих тонкослойные осветлители (системы АзНИИВП-2) и скорые фильтры, а также другие элементы, обычно входящие в состав водоочистных сооружений, такие как реагентное хозяйство, хлораторные, резервуары чистой воды, насосные установки (второго подъема и для промывки фильтров), лабораторные помещения, мастерские и т. п.

Черт. 33. Сооружения для очистки высокомутных вод
с плавучим водозабором-осветлителем

1 - плавучий водозабор-осветлитель; 2 - плавучая насосная станция; 3 - трубопровод с шарнирным соединением; 4 - подача первичного хлора и реагентов; 5 - вихревой смеситель; 6 - тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2; 7 - скорый фильтр; 8 - вторичное хлорирование; 9 - резервуар чистой воды; 10 - трубопровод для подачи чистой воды для промывки фильтров; 11 - трубопровод для удаления осадка из тонкослойного осветлителя и скорого фильтра

10.4. В настоящем Пособии рассматриваются вопросы проектирования только специфических сооружений, предназначенных для осветления высокомутных вод. Проектирование остальных сооружений следует производить на общих основаниях.

10.5. Водозаборное сооружение позволяет выделить из воды значительную часть взвеси (до 30-50 %), в основном крупные ее фракции, что облегчает условия работы береговых сооружений для осветления воды и для обработки сбросных вод и осадков. Благодаря малой скорости входа воды в водозаборное сооружение удается избежать попадания в него рыбы.

В отличие от применяемой в настоящее время схемы очистки воды с радиальными отстойниками, оборудованными скребками, в данной схеме нет сооружений с движущимися частями, что упрощает их устройство и эксплуатацию.

10.6. Несмотря на высокую эффективность выделения взвеси в водозаборе-осветлителе, на береговые сооружения может поступать вода со значительным содержанием взвеси (5-10 тыс. мг/л и более). В связи с этим было разработано специальное сооружение - тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2, способный воспринимать указанные нагрузки и обеспечивать достаточно высокий эффект очистки воды. Для полной очистки должны быть использованы фильтры, имеющие грязеемкую загрузку, выполненную из таких фильтрующих материалов, как дробленые цеолиты, керамзит, гранодиорит и т. п.

ПЛАВУЧИЙ ВОДОЗАБОР-ОСВЕТЛИТЕЛЬ

10.7. Плавучий водозабор-осветлитель (черт. 34) представляет собой прямоугольную в плане емкость без донной осадочной части, оборудованную наклонными тонкослойными элементами в виде пакета трубок или пластин (полок).

Черт. 34. Плавучий водозабор-осветлитель

1 - обойма тонкослойных элементов; 2 - ячеистая решетка; 3 - тон­ко­слойные элементы; 4 - шарнирное соединительное устройство; 5 - плавучая насосная станция; 6 - гибкое соединительное устройство; 7 - кар­ман сбора осветленной воды; 8 - желоба для сбора осветленной воды; 9 - понтон

В донной части осветлителя к кромкам тонкослойных каналов прикреплены вертикальные поперечные и продольные перегородки, образующие ячеистые блоки (решетки). Плавучий осветлитель снабжен желобами для сбора осветленной воды, из которых она поступает в сборный карман, соединенный с помощью гибкой трубы или шарнирного устройства со всасывающими линиями плавучей насосной станции. Тонкослойный водозабор-осветлитель удерживается на плаву благодаря понтону.

10.8. Предельно допустимая производительность плавучего осветлителя определяется исходя из следующего соотношения, отвечающего действующим правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами:

Ј 5 % , (37)

при этом

, (38)

где С_з - концентрация взвеси в водоисточнике после водозабора, г/м³;

С_о - концентрация взвеси в водоисточнике, г/м³;

Q_o - расход воды в водоисточнике, м³/с;

С_осв - концентрация взвеси в воде, забираемой водозабором, г/м³;

Q_осв - количество воды, забираемой из водоисточника, м³/с.

Для расчетов величину С_осв следует принимать равной 30-50 % С_о. Концентрации следует выражать в г/м³, а расходы - в м³/с.

10.9. Площадь плавучего осветлителя F, м², следует определять по формуле

, (39)

где b - коэффициент, учитывающий толщину тонкослойных элементов; b = 1,1-1,4 в зависимости от толщины стенок тонкослойных каналов;

Q - производительность плавучего осветлителя, м³/ч;

a - угол наклона тонкослойных каналов, 45-60^о;

n_кр - критическая скорость движения потока в наклонных каналах, мм/с:

n_кр = k u_o , (40)

где k - коэффициент, равный 40-60;

u_o - скорость выпадения взвеси, принимаемая 0,12-0,15 мм/с (в соответствии со СНиП 2.04.02-84).

10.10. При расчете тонкослойных элементов следует исходить из условий:

принимается равным 15-20;

Re = Ј 500 , (41)

где l, Н - соответственно длина и высота наклонных элементов, мм;

Re - число Рейнольдса;

n - кинематическая вязкость воды, зависящая от ее температуры, мм²/с.

Высоту Н следует принимать равной 4-10 мм (предпочтительно 6-8 мм).

10.11. Устанавливаемая в нижней части водозабора-осветлителя крупноячеистая решетка имеет прозоры 30ґ30 см и высоту 25-30 см.

Решетка предохраняет тонкослойные каналы и выравнивает поток воды перед входом в них. Расстояние от низа решетки до дна водоема в месте водозабора должно быть не менее 120 см.

10.12. Сбор осветленной воды целесообразно осуществлять посредством желобов с треугольными водосливами с углом a = 90^о. Расстояние между осями желобов l_ж = 2,5-3,0 м. Поперечное сечение одного желоба F_ж, м², следует определять по формуле

, (42)

где Q - расход воды, подаваемой плавучим водозабором-осветлителем, м³/с;

n_ж - число желобов;

n_ж - скорость движения воды на выходе из желобов, равная 0,5-0,6 м/с.

Для водозаборов малой производительности (до 10-15 тыс. м³/сут) сбор осветленной воды может осуществляться периферийными или радиальными желобами. Для равномерного сбора воды желобами расстояние между верхом тонкослойных элементов и низом треугольных вырезов водосливов в желобах должно быть равным 35-50 см.

10.13. Разность отметок уровней воды в водоисточнике и в сборном кармане составляет 5-10 см.

10.14. Конструкция понтона плавучего водозабора-отстойника должна обеспечивать устойчивость сооружения. При расчете понтона следует учитывать гидроморфологический режим потока, волновые колебания и т.п.

ТОНКОСЛОЙНЫЙ ОСВЕТЛИТЕЛЬ СИСТЕМЫ АзНИИВП-2

10.15. Тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2 (черт. 35) представляет собой прямоугольный или круглый в плане резервуар с боковым подводящим патрубком-диффузором, зоной хлопьеобразования, зоной осветления, содержащей пакеты плоских наклонных параллельных пластин или трубчатых элементов, установленных под углом 45-60° к горизонтали, желобами для рассредоточенного отвода осветленной воды.

В зоне хлопьеобразования установлена решетка из стандартных уголков с вертикальными направляющими пластинками, перпендикулярными оси входного потока. Уголковые элементы расположены на равном расстоянии один от другого по всему сечению зоны.

Для сбора осадка предназначена осадочная часть резервуара, из которой осадок отводят в водосток или систему обработки осадка.

Осадочная часть оборудуется напорным трубопроводом с наклонными насадками для непрерывного или периодического размыва шлама в осадочной части осветлителя.

Особенность диффузорного подвода воды состоит в том, что часть взвеси из поступающей воды сразу выпадает в осадок и лишь оставшаяся взвесь выделяется в зоне осветления. Благодаря этому сооружение может работать при больших грязевых нагрузках.

Черт. 35. Тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2

1 - диффузор для подвода обрабатываемой воды; 2 - корпус; 3 - уголковая решетка; 4 - тонкослойные элементы; 5 - желоб для сбора осветленной воды; 6 - осадочная часть; 7 - патрубок для отвода осадка; 8 - трубчатая напорная система для гидросмыва осадка

10.16. Площадь осветлителя следует определять исходя из удельной нагрузки 8-12 м³/ч на 1 м² рабочей площади.

10.17. Общая высота осветлителя является суммой высот отдельных элементов, показанных на черт. 35. Обычно она равна 5-6 м.

10.18. Нижняя часть осветлителя имеет наклонные стенки под углом до 45° к горизонтали. Для осветлителей площадью свыше 20 м² целесообразно предусматривать угол наклона стенок 15-20°, но при этом следует проектировать напорную систему гидравлического смыва осадка.

10.19. Высота конической части H₁, м, определяется по формуле

Н₁ = tg a_к (В - d₁) , (43)

где a - угол наклона стенки к горизонтальной плоскости, град;

В - ширина осветлителя, м;

d_й - диаметр сбросной трубы, м.

Высота от конической части до оси диффузора H₂, м, равна:

Н₂ і 0,5 tg a_д В + , (44)

где a_д - угол раскрытия диффузора, равный 8-14^о ;

D_o - диаметр выходного участка диффузора, м.

10.20. Диаметр подводящего трубопровода d к диффузору следует определять при скорости потока в нем, равной 1,2 м/с. Расстояние между диффузорами 2,5-3 м. Длина диффузора l определяется отношением = 4-6. Диаметр выходного участка диффузора D_o, м, следует определять по формуле

D_o = d + 2l₁ tg a_д . (45)

10.21. Высота от оси диффузора до уголковой решетки H_з, м, равна:

, (46)

где k₁ -коэффициент, равный 0,07-0,15.

10.22. Высота уголковой решетки Н₄, м, определяется по формуле

Н₄ = 0,56 k₂ D_o + 0,71 О , (47)

где k₂ - коэффициент, равный 1,2-1,5;

О - конструктивный размер уголков - 100-200 мм.

Расстояние между кромками уголков определяют по формуле

О . (48)

10.23. Расчетно-конструктивные параметры тонкослойных каналов и систему отводящих желобов следует определять из условий, приведенных выше для плавучего отстойника. Скорость выпадения взвеси при этом следует принимать 0,5-0,6 мм/с, а значение коэффициента k в формуле (40) равным 5-8.

Общая потеря напора в осветлителе системы АзНИИВП-2 составляет 20-25 см.

10.24. Сброс осадка следует предусматривать без выключения осветлителя. Период работы между сбросами осадка и среднюю концентрацию уплотненного осадка следует определять в соответствии со СНиП 2.04.02-84.

11. УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД МЕТОДОМ ВОДОВОЗДУШНОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ1

1 Следует применять в экспериментальном порядке.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

11.1. Метод водовоздушного фильтрования относится к безреагентным методам обезжелезивания подземных вод, при которых окисление железа, находящегося в бикарбонатной форме, происходит с помощью кислорода воздуха.

11.2. При применении данного метода водовоздушную смесь фильтруют на напорной установке через незатопленную зернистую загрузку.

Одновременно с обезжелезиванием воды происходит удаление растворенных в ней газов (углекислого, сероводорода и др.).

11.3. Целесообразность использования данного метода устанавливают на основании данных, полученных в результате пробного обезжелезивания, проведенного непосредственно у источника водоснабжения (см. пп. 11.18- 11.20).

Для предварительного выбора метода качество исходной воды должно соответствовать следующим показателям: содержание бикарбонатного железа (общего) - не более 5 мг/л, в том числе двухвалентного - не менее 80 %; углекислого газа - не более 80 мг/л, сероводорода не более 3 мг/л; рН - не менее 6,5; щелочность свыше 1 + , мг-экв/л; перманганатная окисляемость не более (0,15 Fe²⁺ + 5) мг/л О₂.

11.4. Применение настоящей технологии целесообразно главным образом для небольших установок производительностью до 2-3 тыс. м/сут, большей производительностью - при наличии технико-экономических обоснований.

11.5. Особенностями метода являются высокая грязеемкость фильтрующей загрузки и отсутствие обратной промывки, а также возможность использования для загрузки различных материалов. При этом продолжительность фильтроцикла составляет несколько месяцев и зависит от содержания железа в исходной воде, скорости фильтрования и параметров загрузки.

В качестве фильтрующей загрузки могут использоваться кварцевый песок, дробленый керамзит, кирпич, антрацит, гравий и др.

В хозяйственно-питьевом водоснабжении на применяемую фильтрующую загрузку необходимо иметь разрешение Минздрава союзной республики.

Время зарядки фильтрующей загрузки незначительно и составляет 1-10 ч, после чего обеспечивается стабильная работа установки в течение всего фильтроцикла.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА И СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ

11.6. В состав установки входят напорные фильтры, компрессоры или воздуходувные агрегаты, а также необходимые подсобно-вспомогательные помещения в соответствии с действующими нормативами.

11.7. Процесс обезжелезивания осуществляется по следующей схеме (см. черт. 36):

исходная вода от скважин подается в смеситель с разбрызгивателем, находящийся в верхней части напорного фильтра, туда же подается сжатый воздух от компрессоров или воздуходувные агрегаты;

в смесителе вода перемешивается с воздухом, равномерно распределяясь по поверхности фильтрующей загрузки, затем фильтруется.

После фильтрования вода отводится к потребителям, а воздух сбрасывается в атмосферу.

Черт. 36. Принципиальная схема обезжелезивания воды методом
водовоздушного фильтрования

1 - скважина; 2 - сброс воздуха; 3 - напорный фильтр; 4 - компрессор; 5 - подача воды потребителю

РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СООРУЖЕНИЙ
И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

11.8. Площадь фильтров F, м², определяют по формуле

, (49)

где Q - производительность установки, м³/сут;

Т - продолжительность работы установки, принимаемая не более 22 ч с учетом указаний п. 11.17;

n - принятая скорость фильтрования, м/ч.

Скорость фильтрования принимают 6-20 м/ч с учетом содержания железа в исходной воде и продолжительности фильтроцикла в соответствии с номограммой (черт. 37).

Черт. 37. Номограмма зависимости продолжительности фильтроцикла от исходного содержания железа и скорости фильтрования

11.9. Число фильтров должно быть не менее двух. Один фильтр допускается для установок производительностью до 1000 м³/сут.

11.10. Для климатических районов с расчетной зимней температурой воздуха не ниже минус 30 °С допускается размещение фильтров вне здания.

11.11. Конструктивно фильтр состоит из металлического корпуса, в верхней части которого расположены смеситель и разбрызгивающее устройство, в нижней части - решетка для поддержания загрузки в незатопленном состоянии; под решеткой установлен поплавковый стабилизатор уровня воды. Из нижней части корпуса фильтра выведены водоотводящий и воздухоотводящий трубопроводы.

П р и м е ч а н и е. Чертежи фильтра и стабилизатора уровня разработаны ЦНИИЭП инженерного оборудования.

Для разбрызгивания воды могут применяться оросители пенные дрен-черные ОПД-З и ОПД-3,5.

11.12. Высота фильтрующей загрузки принимается равной 1,6 м. Допускается увеличение высоты загрузки до 2 м исходя из конструктивных возможностей фильтров.

11.13. Гранулометрический состав загрузки принимается с учетом содержания железа в исходной воде и принятой скорости фильтрования (по черт. 38).

Для увеличения грязеемкости загрузка принимается с убывающей крупностью фракций (в направлении сверху вниз). При этом рекомендуется разделять общую высоту загрузки на 3-4 слоя различной крупности.

Черт. 38. Номограмма для определения эквивалентного диаметра
зерен загрузки

Fеобщ - исходное содержание железа в воде; Н - ордината поля центров по высоте слоя загрузки; n - шкала скорости фильтрования; dэ - шкала эквивалентного диаметра зерен загрузки

На черт. 38 приведен пример определения оптимальной крупности загрузки d_э для слоя толщиной 1,0 м при исходном содержании железа в воде 4 мг/л, скорости фильтрования 8 м/ч; d_э составил 2,9 мм.

11.14. Производительность компрессоров или воздуходувных агрегатов определяется из необходимости обеспечения отношения количества подаваемого воздуха к количеству обрабатываемой воды 3 : 1, а необходимый напор рассчитывается исходя из необходимого давления воды после фильтров в зависимости от принятой схемы водоснабжения объекта (с одним подъемом, с двумя подъемами, с резервуарами, водонапорной башней и т. д.).

11.15. В составе установки необходимо предусматривать один резервный компрессор (воздуходувный агрегат).

11.16. Фильтры следует выключать на регенерацию при достижении предельной потери напора 10-12 м. Регенерацию фильтрующей загрузки следует производить 10%-ным раствором соляной кислоты в течение 24 ч с последующей промывкой водой. Вместо регенерации допускается замена отработанной загрузки новым фильтрующим материалом.

11.17. При круглосуточной эксплуатации установок необходимо через каждые 22 ч производить продувку фильтров воздухом в течение 2 ч, на этот период подача воды прекращается.

Перед пуском фильтра в эксплуатацию производится обеззараживание загрузки хлорной известью (хлорной водой) при концентрации хлора 50 мг/л и времени контакта 24 ч. Затем следует промывка фильтра водой.

МЕТОДИКА ПРОБНОГО ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ

11.18. Пробное обезжелезивание методом водовоздушного фильтрования производится с целью определения возможности очистки воды данного качества и основных технологических параметров работы установки (скорости фильтрования, гранулометрического состава, высоты и материала загрузки, времени фильтроцикла и степени удаления газов). Все работы выполняются на действующей скважине.

11.19. Пробное обезжелезивание осуществляют следующим образом: на основании предварительных анализов исходной воды в зависимости от содержания железа по номограммам (см. черт. 37 и 38) определяют гранулометрический состав загрузки и задают скорость фильтрования;

в качестве загрузки берут материалы, которые недефицитны для данной местности и разрешены к использованию в водоочистных сооружениях санитарными органами.

Исследования производят на модели фильтра диаметром 100-200 мм и высотой 2-2,5 м. Модель должна быть оборудована компрессором, разбрызгивающим устройством и измерительными приборами. В нее загружают фильтрующий материал общей высотой 140 см с расчетным гранулометрическим составом (черт. 39).

Черт. 39. Экспериментальная установка для обезжелезивания воды

1 - корпус фильтра; 2 - зернистая загрузка; 3 - трубопровод для подачи воды; 4 - расходомер; 5 - манометры; 6 - разбрызгиватель; 7 - трубопровод для подачи воздуха; 8 - ротаметр; 9 - трехходовой кран; 10 - компрессор; 11 - пробоотборники; 12 - мерный бак; 13 - трубопровод для сброса фильтрата; 14 - трубопровод для отвода фильтрата; 15 - поддерживающая сетка; 16 - воздухоотвод

В корпусе фильтра размещены разбрызгиватель, зернистая загрузка, которую поддерживает сетка. Воздуховод расположен в нижней части корпуса. В корпусе и на трубопроводах установлены манометры для измерения давления воды и воздуха. Количество воздуха, подаваемого компрессором, регулируется трехходовым краном и измеряется ротаметром. Для отбора проб воды и измерения давления по высоте загрузки в корпусе установлены пробоотборники. Расход воды определяется мерным баком, а общее количество воды, прошедшей через установку за весь период работы, фиксируется расходомером. Фильтрат из водомерного бака по трубопроводу сбрасывают в канализацию.

11.20. После монтажа и наладки установки производят ее пуск. Первая порция фильтрата в течение 10-15 мин сбрасывается, затем отбирается проба на химический анализ. Последующие пробы отбирают через каждые 1-2 ч. Когда режим работы установки стабилизируется, пробу можно брать через 4-6 ч, каждый раз фиксируя расход воды, скорость фильтрования, соотношение «вода-воздух», показание манометров. Полученные результаты анализов и другие показатели заносят в журнал наблюдений.

12. ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ СЕРОВОДОРОДА

12.1. Для очистки воды от сероводорода разработаны аэрационный, химический и биохимический методы.

АЭРАЦИОННЫЙ МЕТОД

12.2. Аэрационный метод удаления сероводорода допускается применять при содержании сероводорода до 3 мг/л и производительности установки до500м³/сут.

Удаление сероводорода аэрацией следует осуществлять в дегазаторах с деревянной хордовой насадкой (градирнях) .

Технологические параметры работы дегазаторов определяют расчетом.

Для предварительной оценки следует принимать нагрузку равной 30 м³/(м²Чч) на градирню, расход воздуха - 30 м³ на 1 м³, высоту слоя насадки - 3 м.

Эффективность удаления сероводорода при аэрации воды в дегазаторах Э зависит от ее рН и не превышает значений, указанных в табл. 15.

Таблица 15

12.3. Дегазаторы следует располагать на открытом воздухе или в помещении. Сероводород токсичен, при концентрации смеси сероводорода с воздухом 4,3-46 % взрывоопасен, поэтому помещения дегазаторов следует оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией с 12-кратным обменом воздуха.

ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

12.4. Химический метод очистки воды от сероводорода следует применять при содержании сероводорода до 10 мг/л. Метод основан на реагентном окислении сероводорода, коагуляции и фильтровании через скорые фильтры.

12.5. Для окисления сероводорода применяют хлор или хлорсодержащие окислители, озон, перманганат калия, а также электрохимический метод.

Дозы окислителей и преобладающие продукты реакции приведены в табл. 16.

Таблица 16

При определении общего расхода реагентов-окислителей для обработки воды необходимо учитывать их потребление также другими (кроме сероводорода) окисляющимися соединениями, которые находятся в воде.

12.6. Распределители и смесители реагентов с водой следует применять закрытого типа (см. разд. 1). Фильтры необходимо проектировать с водовоздушной промывкой, принимая дозу коагулянта на основании опытных определений. Ориентировочно она может быть принята 25-30 мг/л по безводному сернокислому алюминию.

БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД1

¹Следует применять в экспериментальном порядке.

12.7. Метод очистки воды от сероводорода в реакторе биохимического окисления основан на использовании главным образом тионовых бактерий Thiobacillus thioparus.

12.8. В реакторе биохимического окисления исходная вода пропускается снизу вверх через затопленную зернистую загрузку и барботируется воздухом, в результате через 1-3 недели на загрузке развиваются микроорганизмы, окисляющие сероводород до серы и сульфатов. Увеличение продолжительности и интенсивности аэрации ведет к снижению в составе продуктов реакции содержания серы и увеличению концентрации сульфатов.

В состав очистной установки входят (черт. 40): реактор биохимического окисления; воздуходувные агрегаты фильтрами для очистки воздуха, подаваемого в реактор биохимического окисления; бачок для приготовления раствора биогенного компонента - триполифосфата натрия; скорые фильтры. Реакторы располагают вне здания, предусматривая специальные мероприятия против замерзания, а также против загазованности колодцев и коллекторов.

Черт. 40. Сооружения для удаления марганца из воды
биохимическим методом

1 - реактор биохимического окисления; 2 - бачок для приготовления раствора триполифосфата натрия; 3 - скорый фильтр; 4 - воздуходувные агрегаты с фильтрами для очистки воздуха

12.9. Метод следует применять при температуре воды 6-30 °С, общем содержании сероводорода до 50 мг/л, железа двухвалентного - до 0,3 мг/л, рН исходной воды - 7-9. Эффективность очистки воды от сероводорода после ее обработки в реакторах и фильтрах составляет 95-99%.

12.10. В случае очистки от сероводорода подземных или дренажных вод, мутность которых превышает 15 мг/л, перед реактором биохимического окисления необходимо устраивать сооружения для осветления воды с целью предотвращения засорения распределительной системы и зернистой загрузки реактора.

12.11. Необходимость фильтрования воды, прошедшей через реактор биохимического окисления, выясняется в результате технологических изысканий. Фильтрование предусматривается, если мутность воды, предназначенной для питьевых целей, после реактора биохимического окисления превышает 1,5 мг/л. Фильтры следует применять с загрузкой крупностью 0,7-1,6 мм и высотой слоя 1,5-2 м. Проектирование фильтров надлежит осуществлять в соответствии со СНиП 2.04.02-84.

12.12. В тех случаях, когда фильтрование без коагуляции не обеспечивает очистку воды от активного ила, образующегося в реакторе биохимического окисления, перед фильтрами воду следует обрабатывать коагулянтом. После фильтров надлежит предусматривать хлорирование воды дозой, равной 2-3 мг/л. Промывка фильтров - водовоздушная.

12.13. Промывные воды фильтров после обработки их коагулянтом или флокулянтом и отстаивания целесообразно возвращать в реактор биохимического окисления. Продолжительность отстаивания воды - не менее 5 ч. Промывные воды могут содержать гидроксид алюминия (или железа), активный ил и коллоидную серу. Промывные воды не содержат веществ, которые препятствовали бы сбросу этих вод или выпавшего из них осадка в сеть хозяйственно-фекальной канализации.

12.14. При рН 7-9 происходит интенсивное поглощение микроорганизмами Thiobacillus thioparus растворенного сероводорода из воды. При рН обработанной воды свыше 7,5 и общем содержании сероводорода в исходной воде до 20 мг/л после развития микроорганизмов (активного ила) на поверхности загрузки не происходит загрязнения окружающей среды выбросами сероводорода из реактора в воздух. При большем содержании сероводорода в воде следует провести технологические изыскания на опытно-промышленной установке для определения количества выбросов сероводорода. Очистка воздушных выбросов от сероводорода может быть предусмотрена известными методами.

12.15. Реактор биохимического окисления представляет собой резервуар с перекрытием из съемных плит, загруженный щебнем или гравием с крупностью зерен 10-30 мм, с толщиной слоя гравия 1,0 м. Толщина слоя воды над загрузкой должна быть не менее 1,0 м. При общей высоте реактора не менее 3 м удельную гидравлическую нагрузку на 1 м² площади реактора и удельный расход воздуха на 1 м³ обрабатываемой воды можно принимать по табл. 17.

Таблица 17

П р и м е ч а н и я: 1. Рекомендуемые параметры для каждого конкретного объекта следует проверять технологическими изысканиями.

2. В табл. 17 даны параметры при температуре воды 9-10 °С. При температуре воды 6-8 °С гидравлическая нагрузка уменьшается на 50 %, при температуре свыше 15 °С - увеличивается на 50 %.

12.16. Отвод воды из реактора следует предусматривать по деревянным или пластмассовым желобам, установленным в верхней части реактора таким образом, чтобы верхняя кромка желобов располагалась строго горизонтально. Расстояние между желобами должно быть не более 2 м. Площадь одного реактора, исходя из условия равномерного распределения водя и воздуха по его площади, следует принимать не более 100 м.

12.17. Число независимо работающих отделений реактора принимают не менее четырех. Предусматривается возможность подачи всей воды и воздуха в одно отделение реактора с целью промывки загрузки.

Надлежит предусматривать возможность опорожнения реактора для осуществления ремонтных работ и профилактического осмотра.

12.18. На дне реактора устраивают две распределительные системы: одну - для распределения воды, другую - для воздуха. Распределительные системы размещают на дне резервуара под ложным дырчатым днищем, на которое укладывают гравий или щебень. Диаметр отверстий в трубах для распределения воды - 10 мм, шаг между отверстиями - 0,5 м. Расстояние между трубами для воздуха - 0,25 м, между отверстиями - 0,15 м. Отверстая в трубах для воздуха диаметром 3 мм располагают под углом 45° вверх с обеих сторон труб в шахматном порядке.

Суммарная площадь отверстий в каждом ответвлении системы подачи воды должна составлять 0,3-0,35 площади поперечного сечения трубы, суммарная площадь поперечных сечений ответвлений - 0,4-0,6 площади поперечного сечения коллектора.

В конце каждой распределительной трубы и на магистрали воздуховодов должны быть установлены стояки с задвижками или съемными заглушками для продувки воздушной распределительной системы. Воздуховоды перед пуском в эксплуатацию продувают, удаляя воздух через специальные задвижки или заглушки.

Систему для распределения воздуха необходимо располагать на одной отметке строго горизонтально. Допустимое отклонение должно быть не более ± 3 мм.

Скорость движения воды в начале дырчатой трубы - 1-1,5 м/с, воздуха - 15-20 м/с, скорость выхода воздуха из отверстий - 40-50 м/с. Магистральные воздуховоды укладывают выше уровня воды в реакторах. Необходимо обеспечивать равномерность распределения воды и воздуха (не менее 80 %).

Трубы для подачи воздуха укладывают на деревянные или пластмассовые опоры и крепят к опорам хомутами с резиновыми прокладками. Опоры крепят к днищу реактора, хомуты устанавливают через 1,0 м.

Внутреннюю поверхность реактора следует защищать антикоррозионным покрытием.

12.19. Для транспортирования воды, содержащей сероводород, предпочтительно применять трубы:

асбестоцементные напорные (ГОСТ 539-80) с асбестоцементными муфтами типа САМ;

из высокохромистых сталей марок Х25Т, Х17Т, Х21Н5Т, Х18Н10Т;

из полиэтилена высокого давления и низкой плотности ПНП (ГОСТ 18599-83).

Арматуру необходимо применять в коррозионно-стойком исполнении. Можно использовать вентили и клапаны из пластмасс (винипласта, полиэтилена), а также стальную и чугунную арматуру, футерованную пластмассой или резиной. Материал для покрытия внутренней поверхности труб и резервуаров должен предусматриваться в соответствии с «Перечнем материалов и реагентов, разрешенных Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Минздрава СССР для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения». Проходные галереи для трубопроводов и арматуры надлежит оборудовать принудительной вентиляцией с 12-кратным обменом воздуха, а также обогревом.

12.20. Раствор триполифосфата натрия дозируется перед реактором биохимического окисления с целью интенсификации в случае необходимости развития тионовых бактерий. Доза триполифосфата натрия - 0,5 мг/л (по ). С целью улучшения процесса растворения триполифосфата натрия при приготовлении рабочего раствора следует предусмотреть возможность барботирования воды воздухом в растворном баке.

Дозируют триполифосфат натрия непрерывно в период пусконаладочных работ в течение 3-4 недель, а затем периодически при ухудшении эффекта очистки в течение 2-4 сут в месяц.

Раствор триполифосфата натрия необходимо приготавливать в баках с антикоррозионной защитой. Концентрацию рабочих растворов надлежит принимать 0,5-3 % в расчете на технический продукт, продолжительность растворения с применением механических мешалок или сжатого воздуха 4 ч - при температуре воды 20 °С, 2 ч - при температуре воды 50 °С.

Если анализ покажет, что в реакторе биохимического окисления отлагается карбонат кальция, то для предотвращения зарастания загрузки реактора раствор триполифосфата натрия дозируют постоянно (доза 2 мг/л по ).

12.21. При суммарном содержании аммония, нитратов и нитритов в природной воде менее 0,2 мг/л (по N) следует предусматривать дозирование в исходную воду также аммиака в качестве биогенного компонента. Дозирование аммиака осуществляется непрерывно в период пусконаладочных работ в течение 2-3 недель дозой 0,5 мг/л (по N), а также периодически в случае ухудшения эффективности очистки воды от сероводорода в течение нескольких дней 2-3 раза в год. Для дозирования аммиака можно использовать хлоратор. В хлораторной не должны находиться одновременно баллоны с аммиаком и хлором во избежание образования хлористого аммония. Баллоны с аммиаком необходимо хранить отдельно от баллонов с хлором в соответствии со СНиП 2.04.02-84. Дозировать аммиачную воду следует по металлическим трубам.

12.22. При обработке в реакторе биохимического окисления вода может стать нестабильной. В результате окисления сероводорода до сульфатов и образования серной кислоты рН воды понижается. В результате десорбции из воды части растворенного диоксида углерода при барботировании воды воздухом рН обработанной воды повышается. Суммарное влияние этих процессов следует определять экспериментально при выполнении технологических изысканий.

Вода, направляемая потребителю, должна быть стабильна. Оценку стабильности воды рекомендуется выполнять экспериментально. При отсутствии данных технологических изысканий оценку стабильности воды производят по индексу насыщения воды карбонатом кальция на основе химических анализов, выполненных при проведении испытаний модельной установки по очистке воды от сероводорода.

13. ОБЕСФТОРИВАНИЕ ВОДЫ МЕТОДОМ КОНТАКТНО-СОРБЦИОННОЙ КОАГУЛЯЦИИ

СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

13.1. 0бесфторивание воды методом контактно-сорбционной коагуляции основано на способности продуктов гидролиза алюминиевых коагулянтов (сернокислого алюминия, оксихлорида алюминия) извлекать фтор из воды. Процесс выделения фтора из воды значительно интенсифицируется в зернистом слое фильтровального сооружения, например, типа контактного осветлителя. В этом случае сорбция фтора осуществляется на поверхности контактной зернистой среды.

13.2. Для обеспечения требуемой глубины и эффективности процесса обесфторивания необходима предварительная зарядка загрузки - накопление в ней избытка гидролизуемых в воде солей, содержащих гидроксид алюминия. Зарядку следует осуществлять в самом начале каждого фильтроцикла и производить путем подачи в воду в течение 1-2 ч повышенной дозы коагулянта. Затем до конца фильтроцикла в воду необходимо вводить рабочую дозу коагулянта, которая в 3-5 раз менее зарядной. Для повышения прочности осадка при повышенном содержании фтора в исходной воде дополнительно возможно введение в воду флокулянта-полиакриламида.

13.3. Область применения метода ограничивается следующими ориентировочными значениями показателей качества исходной воды, которые в каждом конкретном случае необходимо корректировать пробными технологическими изысканиями: фтор - не более 5 мг/л; жесткость - не менее 1,5-2,0 мг-экв/л; щелочность - до 3-5 мг-экв/л; рН - 7-8; сероводород - до 1,5-2,0 мг/л; железо (II) и (III) - до 5 мг/л.

13.4. Метод рекомендуется использовать на станциях производительностью 1600-20000 м³/сут. При соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение метода для станций большей производительности. При меньшей производительности обесфторивание следует осуществлять на установках типа «Струя» (см. разд. 14).

СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ И СХЕМА РАБОТЫ СТАНЦИИ ОБЕСФТОРИВАНИЯ

13.5. В состав основных сооружений станции обесфторивания следует включать:

контактную камеру, состоящую из двух смежных или отдельно расположенных секций. Одна из секций предназначена для подачи в воду повышенного зарядного расхода коагулянта, другая - для ввода рабочего расхода¹;

¹При проектировании могут быть рассмотрены и другие варианты подачи в воду повышенных зарядных доз коагулянта.

фильтровальные сооружения с восходящим потоком воды - контактные осветлители;

резервуар для сбора первого фильтрата;

резервуар для сбора обесфторенной воды (резервуар чистой воды);

резервуар-отстойник промывных вод.

Кроме того, на станции обесфторивания следует предусматривать реагентное хозяйство для приготовления и дозирования растворов коагулянта, щелочного реагента и полиакриламида, устройства для обеззараживания воды и обработки осадка.

13.6. Принципиальная схема станции показана на черт. 41. Вода, забираемая из водозабора, подается в контактную камеру и обрабатывается в начале фильтроцикла зарядными, а затем рабочими дозами коагулянта. В контактных осветлителях вода проходит снизу вверх через слой заряженной фильтрующей загрузки, где освобождается от повышенных количеств фтора, затем фильтрат последовательно поступает в резервуары промывной и чистой воды: первый фильтрат направляют в резервуар промывной воды (в течение периода зарядки), после окончания процесса зарядки - в резервуар чистой (обесфторенной) воды. Перед поступлением в резервуар вода подвергается обеззараживанию. Воду из резервуара первого фильтрата используют только для промывки контактных осветлителей.

Черт. 41. Принципиальная схема работы станции обесфторивания воды

1 - артезианская скважина; 2 - зарядная камера смесителя; 3 - подача коагулянта; 4 - рабочая камера смесителя; 5 - контактный осветлитель; 6 - резервуар сброса первого фильтрата; 7 - подача соды; 8 - резервуар-отстойник промывной воды; 9 - подача хлора; 10 - резервуар чистой воды; 11 - подача воды потребителю

Сточные воды от промывки контактных осветлителей следует сбрасывать в резервуар-отстойник промывных вод. После отстаивания и нейтрализации щелочью осветленную воду или направляют в голову сооружений, или сбрасывают в канализацию. Сырой осадок подают на сооружения по его обработке.

13.7. Контактную камеру следует устраивать по типу входной камеры, применяемой для станций контактного осветления при осветлении и обесцвечивании воды (по СНиП 2.04.02-84). Время пребывания воды в зарядной секции должно составлять 2-3 мин в расчете на зарядку одного контактного осветлителя, в рабочей секции - 3-5 мин в расчете на общий расход воды станции.

Конструктивно-технологические решения контактных осветлителей станции обесфторивания воды рекомендуется принимать также в соответствии со СНиП 2.04.02-84. Скорость фильтрации принимают равной 3-4 м/ч (при содержании фтора в исходной воде 4-5 мг/л) и 4-5,5 м/ч (при исходном содержании фтора менее 4 мг/л). Остальные параметры принимают следующими: высоту слоя фильтрующей загрузки - 2,0 м; эквивалентный диаметр загрузки - 1,0-1,2 мм; коэффициент неоднородности - 2,2-2,5. Продолжительность цикла при указанных параметрах рекомендуется принимать 12-18 ч в зависимости от исходного содержания фтора.

13.8. Проектирование реагентного хозяйства следует осуществлять в соответствии со СНиП 2.04.02-84. Ориентировочные дозы реагентов рекомендуются следующие:

доза коагулянта - сернокислого алюминия - по безводному продукту: зарядная - 300-500 мг/л, рабочая - 65-130 мг/л;

доза соды для нейтрализации промывных вод и осадка - 50-80 мг/л;

доза полиакриламида (ПАА) - 0,1-0,3 мг/л.

Применение ПАА рекомендуется предусматривать при содержании фтора в исходной воде свыше 3 мг/л. ПАА вводят в конце рабочей секции контактной камеры.

Параметры промывки контактных осветлителей (интенсивность, продолжительность) принимают в соответствии со СНиП 2.04.02-84.

Обеззараживание обесфторенной воды производят с учетом местных условий и в соответствии с общими рекомендациями СНиП 2.04.02-84.

Резервуар-отстойник промывных вод следует рассчитывать на время пребывания их не менее 2 ч.

Сооружения и устройства по обработке промывных вод и осадка проектируют в соответствии со СНиП 2.04.02-84, при этом могут быть приняты следующие ориентировочные расчетные параметры:

концентрация твердой фазы уплотненного осадка после 6-8-часового уплотнения - 1,5-1,8 г/л;

объем осадка - 2,5-3 % количества промывных вод.

14. УСТАНОВКИ ТИПА «СТРУЯ»
ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

14.1. Установки типа «Струя» представляют собой набор элементов полной заводской готовности, монтируемых на месте применения и серийно выпускаемых отечественной промышленностью. Они предназначены для очистки (осветления и обесцвечивания) поверхностных вод, а также для обезжелезивания, обесфторивания и умягчения подземных вод и могут быть использованы при водоснабжении сельских и малонаселенных мест, баз отдыха, вахтовых поселков и т. п.

14.2. При использовании установок исходная вода должна отвечать следующим требованиям:

при очистке поверхностных вод исходное содержание взвешенных веществ - до 1000 мг/л, цветность - до 120 град. Использование установок для очистки воды с более высоким содержанием взвешенных веществ возможно только при применении плавучих водозаборов-отстойников или сооружений и оборудования для предварительного осветления воды (ковшей, запруд, земляных отстойников и др.) и с более высокой цветностью - при обосновании технологическими изысканиями;

при обезжелезивании содержание железа - 10-50 мг/л, сероводорода - до 2-3 мг/л, свободной углекислоты - до 150 мг/л, окисляемость - до 30-40 мг/л О₂, рН > 5,8;

при умягчении общая жесткость - до 12-18 мг-экв/л, карбонатная жесткость - до 8-10 мг-экв/л;

при обесфторивании содержание фтора - до 5 мг/л, сульфатов - до 350 мг/л.

По остальным физико-химическим показателям качество исходной воды должно соответствовать ГОСТ 2761-84.

14.3. При совместном содержании в обрабатываемой воде избыточных концентраций солей жесткости и железа технология умягчения воды обеспечивает одновременно и ее обезжелезивание.

14.4. При выполнении условий, указанных в п. 14.2, применение установок позволяет получать воду, отвечающую ГОСТ 2874-82.

14.5. Производительность серийно выпускаемых установок применительно к очистке поверхностных вод Q_тип равна 100, 200, 400 и 800 м³/сут.

Производительность установок в режимах умягчения, обезжелезивания и обесфторивания воды рассчитывают по формуле

Q_расч = Q_тип К_от , (51)

где К_от - коэффициент относительного изменения производительности установок по сравнению с режимом очистки поверхностных вод (см. пп. 14.23.3, 14.24.6, 14.25.4).

СОСТАВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ РАБОТЫ
УСТАНОВОК

14.6. Основные элементы водоочистной установки для очистки поверхностных вод представлены на черт. 42.

Черт. 42. Принципиальная схема работы установок типа «Струя»

а - установка производительностью 100 и 400 м3/сут; б - установка производительностью 200 и 800 м3/сут; 1 - насос подачи воды; 2 - сетчатый фильтр; 3 - смесительная диафрагма; 4 - ввод коагулянта; 5 - блок коагулирования; 6 - блок обеззараживания; 7 - насосы-дозаторы; 8 - операционная задвижка; 9 - отстойники; 10 - фильтры; 11 - ввод хлорреагента; 12 - водонапорная башня; 13 - промывной отсек; 14 - подача воды потребителям

14.7. Схема работы установки в режиме очистки поверхностных вод следующая. Исходная вода забирается из водоисточника насосами и подается на установку. Раствор коагулянта в требуемых дозах (при работе в реагентном режиме), выбранных на основании пробных лабораторных испытаний, вводится во всасывающий или напорный патрубок насоса. Обеззараживающий раствор хлорреагента вводится в фильтрованную воду, а при необходимости - также и в исходную воду.

Смешение реагентов с обрабатываемой водой следует осуществлять непосредственно в насосе или в напорном трубопроводе до камеры хлопьеобразования. Для задержания крупных плавающих примесей после насоса устанавливается грубый фильтр. Пройдя грубый фильтр, вода поступает в камеру хлопьеобразования, в которой после ввода коагулянта образуются хлопья гидрата окиси алюминия с извлеченными из воды взвешенными и коллоидными частицами. Образовавшиеся в камере хлопья непосредственно поступают в отстойник. При движении воды в отстойнике в трубах и межтрубном его пространстве происходят выпадание взвеси и интенсивное ее осветление. Одновременно производит сползание части осадка в камеру хлопьеобразования.

Отстоенная вода с остаточной мутностью проходит фильтр, в котором происходит ее окончательная очистка.

Пройдя фильтр, вода под остаточным напором поступает в бак водонапорной башни, откуда направляется в зависимости от условий в водопроводную сеть, в резервуар или к насосной станции (второго подъема). В напорной башне предусматривается отбор воды на промывку с обеспечением гарантированного запаса. Для удаления накапливающихся в установке загрязнений предусмотрена ее периодическая промывка. При этом промывная вода из башни, поступая на фильтр снизу вверх, расширяет его фильтрующую загрузку, вынося накопившиеся за фильтроцикл загрязнения, а затем поступает в отстойник и смывает накопившийся в нем осадок.

Оборудование для коагулирования воды включает двухсекционный бак с переносной электромешалкой и насос-дозатор для введения раствора реагента. Для обеззараживания используются электролизные установки ЭН-1 или ЭН-5. При их отсутствии осуществляются приготовление и дозирование хлорреагентов - гипохлорита кальция или хлорной извести.

14.8. Основными отличительными элементами установок для очистки подземных вод (черт. 43) являются промежуточный бак-аэратор (газоотделитель) и блок для приготовления щелочных реагентов (при умягчении и обезжелезивании воды). В ряде случаев может потребоваться более производительное дозировочное оборудование. Кроме того, при определенных условиях для обеззараживания воды вместо хлорреагентов могут быть использованы бактерицидные установки (см. п. 14.13) .

Черт. 43. Принципиальная схема обесфторивания, обезжелезивания
и умягчения воды на установках типа «Струя»

1 - водозабор; 2 - аэрационный бак; 3 - блок подщелачивания воды; 4 - блок коагулирования воды; 5 - насосы-дозаторы; 6 - насос исходной воды; 7 - тонкослойный отстойник; 8 - скорый фильтр; 9 - баки обеззараживания воды хлорреагентом; 10 - блок обеззараживания воды на бактерицидном аппарате; 11 - водонапорная башня; 12 - подача воды потребителям

14.9. Схема работы установки в режиме обезжелезивания воды следующая. Исходная вода, поступающая от скважин, обогащается кислородом с помощью разбрызгивания ее через насадку с отражателем в аэрационном баке, где происходит также частичное выделение из нее углекислоты и других растворенных газов. Затем воду с помощью насосов подают на основные технологические сооружения установки - тонкослойный трубчатый отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования и скорый зернистый фильтр. Перед отстойником в воду с помощью насосов-дозаторов дозируют раствор или суспензию щелочного реагента (извести или соды). В камере хлопьеобразования вода проходит через образующийся слой хлопьевидного высококонцентрированного осадка гидроокиси железа, который создает хорошие условия для ее осветления в тонкослойных элементах отстойника. Окончательная очистка воды происходит в скором фильтре, после которого она поступает в бак водонапорной башни.

14.10. При умягчении воду также необходимо подвергать аэрации для выделения углекислоты и других растворенных газов. Затем в нее добавляют необходимое количество щелочных реагентов (извести или соды, а в ряде случаев - оба реагента одновременно) .

В камере хлопьеобразования отстойника происходит процесс образования карбоната кальция и гидроокиси магния. Выделение основного количества образующейся твердой фазы этих солей осуществляется в тонкослойном отстойнике, а окончательное осветление воды происходит в песчаном фильтре.

14.11. Для подщелачивания воды (при ее обезжелезивании и умягчении) следует в первую очередь применять известь в виде порошкообразного негашеного продукта (пушонки) или гашеную известь в виде готового известкового молока или теста. Как исключение, при соответствующем технологическом и технико-экономическом обосновании для подщелачивания воды может быть использована сода. В случае применения гашеного продукта в реагентном хозяйстве следует предусматривать баки мокрого хранения с устройством для перемешивания суспензии сжатым воздухом. В качестве расходных баков следует использовать баки реагентов с системой перемешивания сжатым воздухом, с использованием рециркуляционного насоса или стандартные промышленные баки (с механическим или гидравлическим перемешиванием). Для перекачивания известкового продукта из баков мокрого хранения в расходные баки следует применять специальные насосы для суспензий. При использовании негашеной комовой извести следует предусматривать стандартные серийно изготовленные механические известегасители или шаровые мельницы. Рекомендуется использовать мокрый помол извести, обеспечивающий крупность частиц извести до 0,03-0,04 мм, при этом готовое известковое молоко необходимо сливать в баки мокрого хранения. При соответствующем обосновании допускается принимать схему для получения известкового молока в сатураторах двойного насыщения.

Подачу воздуха для перемешивания рекомендуется осуществлять с помощью компактных компрессоров типа СО, оборудованных соответствующими ресиверами.

Дозирование щелочных реагентов следует осуществлять насосами-дозаторами типа НД или с помощью проточного дозирования центробежным насосом и бачком постоянного уровня.

14.12. При обесфторивании вода из скважин поступает в промежуточный аэрационный бак, необходимый в данном случае для предотвращения возможной флотации растворенных газов в отстойнике установки. Этот бак является также регулирующей емкостью между подземным водозабором и установкой. Вода из бака забирается насосами установки и обрабатывается коагулянтом - сернокислым алюминием, обладающим фторселективными свойствами (фтор сорбируется на поверхности осадка солей алюминия, выделяющихся из воды при коагуляции).

Для интенсификации выделения осадка при повышенном содержании фтора в воде (свыше 3-3,5 мг/л) необходимо дополнительно вводить в воду флокулянт - полиакриламид (ПАА).

Осветление воды, как и в предыдущих случаях, следует осуществлять в трубчатом отстойнике и фильтре.

Приготовление раствора коагулянта не имеет принципиальных различий по сравнению с принятым режимом работы установки для очистки поверхностных вод.

14.13. Обеззараживание подземных вод осуществляют или в бактерицидной установке, или с использованием хлорреагентов. Метод обеззараживания должен быть выбран с учетом местных условий и согласован с местными органами санитарного надзора.

ОСОБЕННОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ И ПРИВЯЗКИ

14.14. Особенности размещения и привязки установки определяются расположением источника водоснабжения, водонапорной башни и установки, а также возможностью использования технического водопровода и величиной колебаний уровней воды в поверхностном водоисточнике. Ниже рассмотрены наиболее характерные случаи привязок.

14.15. В случае, когда установка и водонапорная башня располагаются в непосредственной близости к водозабору (при амплитуде колебания уровня воды в поверхностном водоисточнике менее 6 м), установку и насосы первого подъема следует размещать на площадке или в одном здании. Дополнительно необходимо предусматривать водоприемные устройства и всасывающие линии.

Всасывающие линии могут быть заменены самотечными, подводящими обрабатываемую воду в специальный приемный колодец (камеру), откуда вода забирается насосами водоочистной установки.

14.16. В тех случаях, когда установка и водонапорная башня удалены от водозабора на значительное расстояние, а амплитуда колебания горизонта воды в поверхностном водоисточнике менее 6 м, насосы, комплектуемые с установкой, можно устанавливать в отдельном помещении, расположенном вблизи водоисточника. Для очистки поверхностные воды подбираются из условия обеспечения их подачи через водоочистную установку непосредственно в башню.

Возможно размещение реагентного блока в помещениях насосной станции или рядом с водоочистной установкой.

14.17. Если местные условия не позволяют обеспечить нормальную работу водопровода в связи с недостаточным напором насосов первого подъема, насосы установки могут работать на дополнительную подкачку (для очистки подземных вод это обязательно во всех случаях), ограничив ее до суммарного давления перед установкой типа «Струя» до 0,3 МПа.

14.18. При амплитуде колебаний горизонта воды в поверхностном водоисточнике, превышающей 6 м, и содержании взвешенных веществ менее 150 мг/л рекомендуется использование погружных насосов. Водозаборные сооружения будут иметь при этом следующий состав: оголовок, самотечный трубопровод, водоприемный колодец, погружные насосы.

14.19. При наличии на месте существующего технического или поливочного водопровода целесообразно в первую очередь рассмотреть возможность присоединения установок непосредственно к нему. В таких случаях можно использовать как напор технического водопровода, так и устраивать промежуточный приемный колодец, резервуар или камеру. В первом случае насосы установки можно и не использовать при достаточном для подачи в водопроводную башню давлении указанного технического водопровода. Применение рассматриваемой выше схемы возможно лишь при условии получения разрешения органов санитарного надзора, соответствия источника исходной технической воды действующим нормам на источники хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также обеспечения соответствующих зон санитарной охраны.

14.20. Если водонапорная башня расположена на значительном расстоянии от водоочистной установки, рекомендуется устанавливать рядом со зданием установки промывной бак соответствующей вместимости (например, водонапорную башню заводского изготовления типа Рожновского). При отсутствии на объектах указанных водонапорных башен специальные промывные баки установок могут быть изготовлены в соответствии с технической документацией Гипрокоммунводоканала.

При использовании указанных баков очищенная вода поступает транзитом от них либо в водонапорную башню водопровода, либо в резервуар или приемный колодец насосной станции второго подъема. Высота башен должна быть не менее 10-12 м. При высоте более 15 м расход воды для промывки установок регулируют степенью открытия ее операционной задвижки. Для большей надежности в этих случаях рекомендуется устанавливать специальную задвижку между установкой и башней и регулировать степень постоянного открытия на требуемые параметры промывки. Возможна также установка диафрагмы, рассчитанной на остаточный напор при промывке, равный не более 15 м.

14.21. Емкости водонапорных башен должны быть рассчитаны как на регулирующий, так и на промывной объем. Регулирующий объем определяется конкретными условиями работы системы водоснабжения. Промывной объем рассчитывается на одну промывку установки: 5 м³ - для установок производительностью 100 и 200 м³/сут, 16 м³ - 400-800 м³/сут (в расчете на условия очистки поверхностных вод). При этом конструкция узла подвода воды от установки к башне должна обеспечивать постоянное сохранение требуемого промывного объема.

14.22. В тех случаях, когда установки находятся в эксплуатации только в период плюсовых температур, их можно размещать не в помещении, а непосредственно на открытых площадках. При этом могут быть выполнены только легкое ограждение и навес.

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ УСТАНОВОК ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

14.23. Обезжелезивание воды:

14.23.1. Окисление железа, находящегося в воде, осуществляют кислородом воздуха при изливе ее из насадки через отражатель в промежуточный аэрационный бак. Скорость выхода воды из насадки - 1,5-2 м/с. Расстояние от насадки до отражателя - 0,2-0,3 м, от отражателя до уровня воды в баке - 0,7-1,0 м. Время пребывания воды в баке - 0,5-1 мин. Бак снабжают коммуникациями подачи и отвода исходной воды, перелива и опорожнения. Содержание кислорода в воде после аэрации должно составлять не менее 5-8 мг/л.

14.23.2. Требуемую дозу щелочного реагента при обезжелезивании воды определяют пробным путем с помощью технологического анализа. Указанная доза соответствует значениям рН обработанной воды.

При невозможности проведения технологических изысканий на местах рекомендуется использовать ориентировочные данные табл. 18.

Таблица 18

рН исходной воды	Менее 6,0	6,0-6,2	6,2-6,4	Св. 6,4
Доза щелочного реагента, мг-экв/л (по СаО или по Nа2СО3)	3,0-4,0	2,5-3,0	2,0-2,5	1,5-2,0

14.23.3. Выбор производительности установки зависит от показателей качества исходной воды, типа применяемого щелочного реагента (известь или сода) и особенностей эксплуатации установки. Производительность установки следует определять с учетом данных табл. 19.

Таблица 19

рН исход-	Исходная концентрация железа в воде, мг/л
ной воды	10	10-20	20-30	30-40	св. 40
6,0	1,0-1,15	0,8-1,0	0,7-0,95	0,65-0,9	0,60-0,75
6,1-6,2	1,15-1,3	0,9-1,15	0,8-1,05	0,7-1,0	0,65-0,85
6,2-6,4	1,2-1,4	1,0-1,2	0,9-1,2	0,8-1,1	0,75-0,95
6,4	1,3-1,5	1,2-1,4	1,05-1,3	0,95-1,25	0,9-1,1

П р и м е ч а н и е. Нижние значения коэффициентов изменения производительности установок необходимо принимать для более высоких концентраций железа в воде, при использовании в качестве реагентов кальцинированной соды и межпромывочном цикле работы установки не менее 24 ч.

14.23.4. Толщину слоя песчаной загрузки рекомендуется принимать равной 1,5-1,8 м; крупность зерен загрузки 0,6-2,0 мм при эквивалентном диаметре 0,8-0,9 мм и коэффициенте неоднородности 2,0-3,0.

Параметры промывки, интенсивность и продолжительность принимаются такими же, как для установок, применяемых для очистки поверхностных вод.

14.24. Умягчение воды:

14.24.1. Определение необходимых доз щелочных реагентов следует производить в соответствии с качеством обрабатываемой воды, в зависимости от соотношения между основными компонентами жесткости и характеристикой ее солевого состава. Целесообразно предварительно составить ионную диаграмму гипотетического состава основных солей, находящихся в воде.

Для облегчения выполнения расчетов на черт. 44 приведены диаграммы характерных типов жестких вод. Диаграммы характеризуют воды, содержащие как кальциевую, так и магниевую жесткость бикарбонатного и сульфатно-хлоридного типов, умягчение которых требует проведения декарбонизации или известково-содовой обработки.

Черт. 44. Характерные диаграммы ионного состава подземных вод
повышенной жесткости

а - удаление кальциевой жесткости карбонизацией; б - удаление кальциевой и магниевой жесткостей карбонизацией; в - удаление кальциевой жесткости известково-содовой обработкой; г - удаление кальциевой и магниевой жесткостей известково-содовой обработкой

14.24.2. Из воды удаляется только карбонатная кальциевая жесткость (черт. 44, а), определяемая по формуле

Ж_о - [Са²⁺] < Ж_т > Ж_о - Ж_к , (51)

где Ж_т, Ж_о, Ж_к - требуемая (стандартная для коммунального водоснабжения), общая и карбонатная жесткости исходной воды, мг-экв/л;

[Са²⁺] - исходная концентрация ионов кальция, мг-экв/л.

Необходимая доза извести Д_и по СаО, мг-экв/л, определяется стехиометрической зависимостью

Д_и = [СО₂] + Ж_о - Ж_т , (52)

где [СО₂] - концентрация свободной углекислоты, мг-экв/л.

При удалении из воды не только кальциевой, но и частично магниевой карбонатной жесткости (черт. 44, б) дозу извести для декарбонизации определяют по формулам:

Ж_о - [Са²⁺] > Ж_т > Ж_о - Ж_к ; (53)

Д_и = [СО₂] + 2 (Ж_о - Ж_к) - [Са²⁺] . (54)

14.24.3. При необходимости удаления не только карбонатной, но и некарбонатной жесткости необходимо производить обработку воды одновременно известью и содой.

В случае, если требуется удалить из воды только кальциевую жесткость (черт. 44, в), характеризуемую соотношением

Ж_о - [Са²⁺] < Ж_т < Ж_о - Ж_к , (55)

расчет доз реагентов производится по формулам:

Д_и = [СО₂] + Ж_к ; (56)

Д_с = Ж_о - Ж_к - Ж_т , (57)

где Д_с - доза кальцинированной соды по Na₂CО₃, мг-экв/л.

14.24.4. При удалении из воды как кальциевой, так и частично магниевой карбонатной и некарбонатной жесткостей (черт. 44 г), соответствующих соотношению

Ж_о - [Са²⁺] > Ж_т < Ж_о - Ж_к , (58)

дозы щелочных реагентов определяют по формулам:

Д_и = [СО₂] + 2 (Ж_о - Ж_т) - [Са²⁺] ; (59)

Д_с = (Ж_о - Ж_к - Ж_т) . (60)

14.24.5. В тех случаях, когда требуется понизить жесткость воды более чем на 6-8 мг-экв/л (соответственно при известково-содовой и известковой обработке), рекомендуется предварительно произвести пробное умягчение в лабораторных условиях с целью корректировки значений рН обработанной воды. Если величина рН воды превысит требования действующего стандарта с учетом местных условий и рекомендаций санитарных органов, следует произвести подкисление воды.

Расчет дозы кислоты Д_кт, мг/л, производят по формуле

, (61)

где е - эквивалентный вес кислоты: для H₂SO₄ - 49 мг/л, для НС1 - 36,5 мг/л;

Щ_ф - щелочность исходной воды по фенолфталеину, мг-экв/л;

S - содержание в технической кислоте чистого продукта H₂SO₄ или НС1,%.

При выборе типа кислоты, при прочих равных условиях, предпочтение следует отдавать соляной кислоте как более безопасной и удобной в эксплуатационном отношении.

14.24.6. Производительность установок в технологии умягчения воды рекомендуется принимать с учетом данных табл. 20.

Таблица 20

Исходная жесткость	Остаточная жесткость воды, мг-экв/л
воды, мг-экв/л	7	10	12
11-12	1,8-2,0	-	-
13-14	1,4-1,6	1,9-2,1	-
15-16	1,1-1,2	1,6-1,8	1,9-2,1
17-18	0,90-1,0	1,2-1,4	1,6-1,8
19-20	-	1,0-1,1	1,2-1,4
21-22	-	-	1,0-1,1

П р и м е ч а н и я: 1 Данные табл. 20 характеризуют условия декарбонизации воды (см. черт. 44, а, б) .

2. При известково-содовой обработке воды (см. черт. 44, в, г) значения относительной производительности следует уменьшать соответственно на 10 и 20 %.

14.24.7. Толщину слоя песчаной загрузки фильтра рекомендуется принимать равной 1,5-1,8 м, крупность зерен загрузки - 0,8-2,0 мм при эквивалентном диаметре 1,0-1,2 мм и коэффициенте неоднородности 2,0-3,0.

14.24.8. Промывку фильтра следует осуществлять не реже одного раза в 2 сут.

Параметры промывки, интенсивность и продолжительность принимаются такими же, как в установках для очистки поверхностных вод.

14.25. Обесфторивание воды:

14.25.1. Технология обесфторивания воды предусматривает обработку ее коагулянтом, поэтому режим работы установки в этом случае в основном аналогичен режиму осветления поверхностных вод.

14.25.2. Дозы коагулянта, необходимые для обесфторивания воды, определяют пробным коагулированием. При отсутствии данных пробного коагулирования их определяют величиной требуемого остаточного фтора.

При значении остаточного фтора 1,5 мг/л (IV климатическая зона) доза коагулянта Д_к, мг/л по Аl₂О₃, определяется по формуле

Д_к = 9,2 (Ф_исх - 1,5) , (62)

где Ф_исх - исходное содержание фтора в воде, мг/л;

при значении остаточного фтора 1,2 мг/л (II и III климатические зоны) - по формуле

Д_к = 12,9 (Ф_исх - 1,2) , (63)

при значении остаточного фтора 0,7 мг/л (I климатическая зона) - по формуле

Д_к = 23?3 (Ф_исх - 0,7) . (64)

14.25.3. Для интенсификации процесса коагуляции следует применять флокулянт - полиакриламид. Дозы ПАА при отсутствии данных пробного флокулирования рекомендуется принимать 0,3-0,5 мг/л (большие - при более высоких значениях исходного фтора в воде).

ПАА следует вводить после сетчатого фильтра установки с разрывом во времени от ввода коагулянта 0,5-1 мин.

14.25.4. Производительность установок, работающих в режиме обесфторивания воды, определяют в зависимости от значений исходного и требуемого остаточного фтора в воде с учетом данных табл. 21.

Таблица 21

Остаточный	Исходное содержание фтора, мг/л
фтор, мг/л	2,5-3	3-4	4-5	5-6
1,5	1,6	1,4-1,6	1,0-1,4	0,8-1,0
1,2	1,4	1,2-1,3	0,8-1,1	0,5-0,7
0,7	1,0-1,2	0,7-1,0	-	-

14.25.5. Толщину слоя песчаной загрузки фильтра рекомендуется принимать равной 1,5-1,8 м, крупность загрузки - 0,5-1,5 мм при эквивалентном диаметре 0,7-0,8 мм и коэффициенте неоднородности 2,0-3,0.

Параметры промывки принимают аналогичными режиму работы установок при очистке поверхностных вод.

14.25.6. Определение расхода растворов реагентов q_p, л/ч, и подбор требуемых дозировочных устройств следует выполнять по формуле

, (65)

где Q_расч - производительность установки, м/ч;

Д_р - доза реагента, г/м ;

Р - концентрация раствора (суспензии) реагента, %.

При дозировании реагентов в обрабатываемую воду рекомендуется принимать следующие концентрации растворов или суспензий, %:

раствора коагулянта по Аl₂О₃ - 1-2;

суспензии известкового молока по СаО - 3-5;

раствора кальцинированной соды по Na₂CO₃ - 5-8;

раствора хлорной извести по активному хлору (или гипохлорита кальция) - 0,5-2;

электролитического хлорреагента по активному хлору - 1.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
И АВТОМАТИКА

14.26. Контрольно-измерительная аппаратура установки включает: манометры для измерения потери напора в загрузке, пробоотборники исходной, осветленной и фильтрованной воды; ротаметры для измерения и регулирования подачи исходной воды и воздуха (при работе в режиме обезжелезивания воды); водомер и ротаметр для измерения и регистрации производительности установки; поплавковые устройства баков. При соответствующем обосновании рекомендуется устанавливать на трубопроводе фильтрата рН-метры.

14.27. Для обеспечения работы установки в автоматическом режиме следует предусматривать устройство перед фильтрами контактных манометров и электрифицированных задвижек с реле времени промывки, а также устанавливать в водонапорной башне и промежуточном баке уровнемеры, регулирующие периодическое включение и отключение насосов и дозаторов реагентов в зависимости от режима работы системы водоснабжения.

Примеры расчета технологических режимов работы установок
для очистки подземных вод

Пример 1. Расчет режима работы установки при обезжелезивании воды. Водопотребление объекта - 300 м³/сут. Подземная вода характеризуется следующими основными показателями: рН - 6,1; железо общее - 19,6 мг/л, в том числе связанное (органическое) - 2,1 мг/л; окисляемость - 20,2 мг/л; содержание свободной углекислоты - 130 мг/л; общая жесткость - 3,4 мг-экв/л. В качестве щелочного реагента предполагается использование извести. Режим работы станции характеризуется промывкой не чаще одного раза в сутки.

В соответствии с табл. 18 принимаем дозу извести 3 мг-экв/л по СаО (78 мг/л).

В соответствии с табл. 19 принимаем коэффициент изменения производительности установки 0,9. При использовании серийной установки «Струя-400» ее расчетная производительность при обезжелезивании данной воды равна:

Q_расч = 0,9 Ч 400 = 360 м³/сут > 300 м³/сут (13,5 м³/ч).

Производительность дозировочных насосов известкового молока (см. п. 14.25.6) равна:

л/ч .

Принимаем для дозирования известкового молока насосы-дозаторы НД-25/40 или ПД-40/25.

Пример 2. Расчет режима работы установки при умягчении воды. Водопотребление объекта - 550 м³/сут. Подземная вода характеризуется следующими основными показателями: рН - 7,2; вкус, запах - 3-4 балла (сероводород); общая жесткость - 13,5 мг-экв/л; карбонатная жесткость - 6,85 мг-экв/л; кальций - 80 мг-экв/л; магний - 5,5 мг-экв/л; свободная углекислота - 1,5 мг-экв/л; общее солесодержание - 930 мг/л; железо общее - 2,3 мг-экв/л; требуемая остаточная жесткость - 7 мг-экв/л. Режим работы станции с промывкой не чаще 2 раз в сутки.

В соответствии с черт. 44 (случай а) :

Жи = Жо - Жк = 13,5 - 6,8 = 6,7 мг-экв/л;

Жо - [Ca2+] = 13,5 - 8,0 = 5,5 мг-экв/л ,

т.е. Жт > Жо - Жк ; Жт > Жо - [Ca2+] .

Таким образом, для умягчения воды до требуемой остаточной жесткости необходима декарбонизация ее известью.

Дозу извести по СаО определим по формуле (52) :

Д_и = [СО₂] + Ж_о [Ca²⁺] - Ж_т = 1,5 + 13,5 - 7,0 = 8 мг-экв/л =

= 224 мг/л по СаО.

В соответствии с табл. 20 коэффициент изменения производительности установки составляет 1,5. При использовании серийной установки «Струя-400» ее расчетная производительность при умягчении воды составит

Qрасч = 1,5 Ч 400 = 600 м3/сут > 550 м3/сут.

Производительность дозировочных насосов известкового молока (см. п. 14.25.6) равна:

qр = 0,1 Ч 24,7 Ч 224 Ч 1/5 = 55,3 л/ч.

Принимаем для дозирования известкового молока насосы-дозаторы НД-63/16 или НД-100/10.

Пример 3. Расчет режима работы установки при обесфторивании воды. Водопотребление объекта - 240 м³/сут. Подземная вода характеризуется следующими основными показателями: исходное содержание фтора - 3,4 мг/л; необходимый остаточный фтор - 1,2 мг/л.

В соответствии с табл. 21 коэффициент изменения производительности установки составляет 1,25. При использовании серийной установки «Струя-200» ее расчетная производительность при обесфторивании воды составит

Qрасч = 1,25 Ч 200 = 250м3/сут > 240м3/сут (10,0 м3/ч).

Дозу коагулянта сернокислого алюминия определим по формуле (63):

Д = 12,9 (3,4 - 1,2) = 28мг/л.

Производительность дозировочных насосов коагулянта (см. п. 14.25.6) равна:

л/ч .

Следовательно, принимаем насосы-дозаторы НД-25/40 или НД-40/25.

15. ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЕ УСТАНОВКИ
ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ

УСТАНОВКИ ТИПА ЭН ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ

15.1. Электролизные установки типа ЭН предназначены для получения обеззараживающего реагента - гипохлорита натрия путем электролиза раствора поваренной соли.

Гипохлорит натрия (NaClO) - сильный окислитель, по своей бактерицидной эффективности и влиянию на технологические показатели качества обрабатываемой воды равноценен действию жидкого хлора, хлорной извести и порошкообразного гипохлорита кальция.

Установки могут применяться для обеззараживания не только питьевой воды, но и промышленных и бытовых сточных вод, при обработке воды в плавательных бассейнах и т. п.

15.2. Отечественная иромышленность серийно выпускает электролизные установки производительностью 1, 5 и 25 кг/сут активного хлора (марки ЭН-1, ЭН-5, ЭН-25 соответственно). В состав электролизной установки входят: узел для растворения соли; электролизер с зонтом вытяжной вентиляции; бак-накопитель готового раствора; выпрямительный агрегат для питания электролизера; шкаф управления и запорная арматура. Все технологическое оборудование поставляется заводом-изготовителем в комплекте с установкой.

15.3. Электролизные установки типа ЭН работают по следующей схеме. В растворный бак загружают поваренную соль, заливают водопроводную воду и с помощью насоса перемешивают до получения насыщенного раствора поваренной соли (230-310 г/л NaCl). Приготовленный раствор насосом по трубопроводу подают в электролизер, где разбавляют водой до рабочей концентрации 100-120 г/л NaCl. Затем включают выпрямительный агрегат. Процесс электролиза ведут до получения требуемой концентрации активного хлора, после чего готовый раствор сливают в бак-накопитель и весь цикл повторяют.

15.4. Техническая характеристика установок приведена в табл. 22.

Таблица 22

Характеристика узла или установки	Электролизер
	ЭН-1	ЭН-5	ЭН-25
Производительность по активному хлору, кг/сут	1,0	5,0	25
Удельный расход соли на 1 кг активного хлора, кг	12-15	12-15	8-9
Продолжительность цикла электролиза, ч	0,75-1,0	8-9	10-12
Рекомендуемое число циклов в сутки	2-4	2	2
Концентрация активного хлора в растворе, г/л	5-7	6-8	10-12
Рабочее напряжение на ванне, В	40-42	40-42	55-65
Рабочий ток, А	55-65	55-65	130-140
Удельный расход электроэнергии на 1 кг активного хлора, кВтЧч	7-9	7-9	8-10

15.5. На каждом объекте целесообразно устанавливать не более двух-трех параллельно работающих установок, из которых одна должна быть резервной.

15.6. При проектировании электролизно-хлораторной установки рекомендуется использовать типовые и технорабочие проекты, выполненные Гипрокоммунводоканалом и ЦНИИЭП инженерного оборудования. Проекты разработаны для очистных сооружений с расходом хлора 1-200 кг/ч.

15.7. Установки с комплектом технологического оборудования размещают в здании, в котором предусмотрены помещение для электролизеров, насосно-дозировочное отделение, электрощитовая, венткамера и служебное помещение.

В помещении для электролизеров располагаются электролизные установки с системой вытяжной вентиляции, в насосно-дозировочном отделении размещаются рабочие баки с дозирующими устройствами и насосное оборудование.

Помещение электрохозяйства предназначено для систем управления и контроля за работой электролизеров и насосов.

В проектах предусмотрено мокрое хранение соли с расположением растворных баков и баков-накопителей гипохлорита натрия вне зданий.

Допускается располагать установки на свободных площадях существующих помещений. В этом случае растворный узел предпочтительно размещать на первом этаже здания или в подвальных помещениях вблизи от склада хранения соли. Электролизер рекомендуется устанавливать в отдельном помещении. Возможно совместное расположение в одном помещении растворного узла, электролизера и бака-накопителя гипохлорита натрия. Раствор гипохлорита натрия должен поступать в бак-накопитель самотеком. Перепад высоты между сливным вентилем электролизера и входным патрубком бака-накопителя должен быть не менее 0,3 м.

Помещения должны быть обеспечены подводкой водопроводной воды для приготовления раствора соли и промывки растворного бака, электролизера, бака-накопителя и соединяющих их магистралей после работы. Соответственно должен быть обеспечен слив промывной воды в систему водоотведения.

15.8. Выпрямительный агрегат, переполюсатор, шкаф управления и систему аварийной сигнализации целесообразно устанавливать в диспетчерском пункте. Шкаф управления рекомендуется крепить на стене в зависимости от планировки помещения и размещения оборудования.

Монтаж электрооборудования следует производить согласно электрической схеме установки и «Правилам эксплуатации электрических установок».

15.9. Разводку трубопроводов необходимо выполнять из антикоррозионного материала, разрешенного Минздравом СССР к применению в хозяйственно-питьевом водоснабжении.

УСТАНОВКИ ТИПА «ПОТОК»
ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ПРЯМЫМ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ

15.10. Обеззараживание воды прямым электролизом является разновидностью хлорирования. Сущность этого метода состоит в том, что под действием электрического тока из хлоридов, находящихся в обрабатываемой воде, образуется в основном активный хлор, который и обеззараживает воду непосредственно в потоке.

Установки типа «Поток» предназначены для обеззараживания природных вод, отвечающих требованиям ГОСТ 2874-82 при содержании хлоридов не менее 20 мг/л и жесткости не более 7 мг-экв/л.

15.11. Установка работает следующим образом. Обрабатываемую воду под давлением подают снизу вверх в электролизер. Включают выпрямительный агрегат и на токоподводы электродов подают постоянное напряжение. Силу тока подбирают таким образом, чтобы величина остаточного хлора в обработанной воде соответствовала требованиям ГОСТ 2874-82.

15.12. Техническая характеристика установки, серийно выпускаемой отечественной промышленностью, приведена в табл. 23.

Таблица 23

Показатель	Значение показателя
Производительность*, м3/ч	15-100
Номинальная мощность, кВт	7,6
Напряжение питания, В	380 (± 10 %)
Рабочее напряжение на элекьолдах, В	6-12
Рабочий ток, А	Не более 600
Давление в камере, Па (кгс/см2)	0,5 (5)

* Зависит от содержания хлоридов, сульфатов и требуемой дозы хлора на обеззараживание воды.

Для конкретного объекта производительность установки может быть определена по номограмме (черт. 45). Взаимное влияние сульфатов и хлоридов на процесс электролиза определяется коэффициентом К_с (точка 1). Данные по концентрации хлоридов и величине коэффициента К_с позволяют установить выход хлора по току (точка 2). Выход хлора по току при заданной токовой нагрузке (точка 3) и требуемая доза хлора (точка 4) определяют максимально возможную производительность установки (точка 5) на объекте применения.

Черт. 45. Номограмма для определения производительности
установки типа «Поток»

15.13. Независимо от применяемых схем водоснабжения места расположения установок для обеззараживания прямым электролизом обусловлены сущностью метода: они должны всегда располагаться перед контактными емкостями (резервуарами чистой воды, водонапорными башнями и т. п.), которые, так же как в случае обычного хлорирования, позволяют обеспечивать необходимое время контакта.

15.14. Установки должны эксплуатироваться в помещении с температурой от 1 до 35 °С и относительной влажностью до 80 %. На одном объекте целесообразно устанавливать не более 2-3 параллельно работающих установок, из которых одна резервная.

15.15. При наличии в схеме водоснабжения установки для очистки воды (типа «Струя», установки или станции для обезжелезивания и др.) установки типа «Поток» целесообразно располагать в тех же помещениях.

15.16. При использовании подземных вод, не требующих специальной очистки и подаваемых в сборные резервуары, возможны различные варианты размещения аппаратуры. При наличии над скважиной павильона установку наиболее целесообразно размещать именно в нем. Когда павильон отсутствует или вода подается в сборный резервуар от нескольких скважин, аппаратуру можно монтировать в насосной (второго подъема) или в небольшом отдельно стоящем здании. В тех случаях, когда вода поступает в водонапорную башню, а у ее основания имеется помещение, установку можно располагать на этих площадях.

Во всех случаях размещения установки электролизер необходимо устанавливать на обводной линии основной магистрали, подающей воду в контактный резервуар.

На отрезке основной магистрали между подсоединениями обводной линии необходимо устанавливать задвижку. Подводящий трубопровод оборудуется измерителем расхода подаваемой воды.

15.17. Монтаж блока электропитания установок следует производить в помещении согласно электрической схеме и ПУЭ. С целью снижения падения напряжения в соединительных кабелях расстояние между выпрямителем и электролизером должно быть по возможности минимальным.

15.18. При привязке и монтаже установок можно пользоваться «Схемами компоновок установок для обеззараживания природных и сточных вод прямым электролизом», разработанными Гипрокоммунводоканалом.

16. МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОСАДКОВ,
ОБРАЗУЮЩИХСЯ НА СТАНЦИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

16.1. Рассматриваемые методы и устройства предназначены для механического обезвоживания осадков, образующихся на станциях осветления, обезжелезивания и умягчения природных вод, с использованием серийно выпускаемого отечественного оборудования.

16.2. Механическое обезвоживание может найти применение при обработке осадков, образующихся на станциях осветления природных вод, характеризуемых мутностью до 400 мг/л.

16.3. Механическое обезвоживание осадков природных вод рекомендуется применять для осадков:

образующихся на станциях обезжелезивания и умягчения подземных вод, - при отсутствии свободных территорий, высоком уровне грунтовых вод и большом количестве атмосферных осадков;

поверхностных природных вод - при отсутствии свободных территории и условий для естественного замораживания и оттаивания осадков.

16.4. При дальнейшем рассмотрении технологических схем и установок для обработки осадков принята следующая условная классификация вод поверхностных водоисточников по их мутности и цветности (табл. 24) .

Таблица 24

Воды	Показатель качества	Значение показателя
Маломутные	Мутность, мг/л	Ј 10
Пониженной мутности	То же	10-50
Средней мутности	«	50-100
Повышенной мутности	«	100-250
Мутные	«	250-1500
Высокомутные	«	> 1500
Малоцветные	Цветность, град	Ј 35
Цветные	То же	35-120
Высокоцветные	«	> 120

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА И ОСОБЕННОСТИ УСТАНОВОК

16.5. Разбавленный осадок из отстойников или осветлителей со взвешенным осадком, а также промывные воды фильтровальных установок следует направлять в сооружения для их усреднения и осветления.

Осадок, выделенный в указанных сооружениях, надлежит направлять на сооружения для его дальнейшего механического обезвоживания.

При необходимости следует предусматривать промежуточную емкость для выравнивания расхода осадка.

16.6. С целью интенсификации процесса осветления промывных вод следует добавлять полиакриламид (ПАА) из расчета 1-1,5 мг/л.

16.7. Выбор оборудования для механического обезвоживания осадков природных вод определяется их исходным качеством. Для обезвоживания гидроксидных осадков поверхностных вод следует в основном применять фильтр-прессы типа ФПАКМ или ФПАВ. Вакуум-фильтры для обезвоживания таких осадков могут найти применение лишь для вод с мутностью і 100 мг/л.

Для обезвоживания осадков, образующихся на станциях обезжелези-вания и умягчения подземных вод, следует использовать вакуум-фильтры и ленточные фильтр-прессы.

При использовании вакуум-фильтров следует применять аппараты со сходящим полотном, обеспечивающие возможность регенерации фильтрующей ткани.

16.8. Рекомендуется следующая технологическая схема механического обезвоживания гидроксидных осадков на фильтр-прессах (черт. 46).

Черт. 46. Технологическая схема обработки осадков
на камерном фильтр-прессе

1 - уплотнитель; 2 - дозатор ПАА; 3 - усреднитель-отстойник осадков из отстойников или осветлителей со взвешенным слоем осадка; 4 - усреднитель-отстойник промывных вод фильтровальных сооружений; 5 - насос; 6 - сборник осадка; 7 - дозатор флокулянтов и вспомогательных веществ; 8 - промежуточная емкость; 9 - нагревательный элемент; 10 - компрессор; 11 - монжус; 12 - камерный фильтр-пресс; 13 - транспортер; 14 - бункер; 15 - автосамосвал

Осадок из усреднителей-отстойников непосредственно или через промежуточную емкость поступает в уплотнители. С целью интенсификации процесса уплотнения в осадок перед уплотнителями следует вводить ПАА.

Уплотненный осадок перелавливают из уплотнителей в емкость для подготовки его к механическому обезвоживанию. В зависимости от вида осадка и способа его подготовки в емкость с помощью дозаторов могут подаваться известь, флокулянты и присадочные материалы. Помимо этого, емкость может быть оборудована системой подогрева осадка. Подготовленный к механическому обезвоживанию осадок отводится в монжус, откуда с помощью компрессора передавливается в камерный фильтр-пресс. Обезвоженный осадок с помощью транспортера через бункер удаляется автотранспортом с территории станции. Фильтрат после фильтр-прессов отводится в канализационные сети.

16.9. При использовании для механического обезвоживания гидроксидных осадков вакуум-фильтров монжус следует заменить плунжерными или шнековыми насосами.

16.10. В конструктивном отношении усреднители-отстойники должны обеспечивать возможность эффективного отведения осветленной воды и осадка на дальнейшую обработку.

16.11. Конструкции уплотнителей зависят от качества обрабатываемого осадка. Для осадков маломутных цветных вод следует стремиться, чтобы отношение диаметра и глубины уплотнителя составляло 1 : 2. С увеличением мутности исходной воды указанное отношение можно увеличивать, и при уплотнении осадков из вод с мутностью свыше 100 мг/л в качестве уплотнителей могут быть использованы радиальные отстойники диаметром до 18 м.

16.12. Подготовку уплотненного осадка к обезвоживанию можно осуществлять либо в специальной емкости, либо непосредственно в монжусе.

ПОДГОТОВКА ОСАДКА К МЕХАНИЧЕСКОМУ
ОБЕЗВОЖИВАНИЮ

16.13. Механическое обезвоживание осадков, образующихся на станциях обезжелезивания и умягчения подземных вод, следует осуществлять после их уплотнения без дополнительной подготовки.

16.14. Механическое обезвоживание гидроксидных осадков поверхностных природных вод следует осуществлять только после предварительной подготовки, обеспечивающей изменение их исходной физико-химической структуры.

16.15. Предварительная подготовка гидроксидных осадков к обезвоживанию может включать их уплотнение в сооружениях вертикального или радиального типа, коагуляцию химическими реагентами, добавление вспомогательных веществ, нагрев до 60-98 °С, замораживание-оттаивание.

П р и м е ч а н и я: 1. Замораживание-оттаивание следует предусматривать при подготовке к обезвоживанию осадков маломутных цветных и высокоцветных вод, обладающих наиболее низкой водоотдающей способностью.

2. Выбор температуры нагрева осадка следует осуществлять с учетом возможностей обезвоживающих аппаратов.

16.16. Уплотнение гидроксидных осадков маломутных цветных вод следует производить в уплотнителях вертикального типа, оборудованных устройствами для непрерывного нарушения структуры осадка.

Уплотнение осадков, полученных из поверхностных вод с мутностью свыше 100 мг/л, а также осадков, образующихся на станциях обезжелезивания и умягчения подземных вод, в зависимости от производительности станции можно осуществлять в уплотнителях вертикального или радиального типа.

Для предварительных расчетов при проектировании влажность уплотненного в течение 2 ч осадка Р_упл следует принимать, %:

для осадка железосодержащих подземных вод - 97,0; при увеличении продолжительности уплотнения до 24 ч влажность уплотненного осадка снижается до 92-94;

для осадка, образующегося на станциях умягчения воды, - 92-94.

16.17. Для предварительных расчетов при проектировании влажность уплотненного осадка поверхностных вод Р_упл, %, в зависимости от качественных показателей исходной воды можно определять по следующему выражению:

Р_упл = 96,034 + 1,8 Ч 10^-2 Ц - 3 Ч 10^-2 М - 1,26 Ч 10^-4 М² , (66)

где Ц - цветность исходной воды, град;

М - мутность исходной воды, мг/л.

Продолжительность уплотнения осадков поверхностных вод следует принимать равной 6-10 ч в зависимости от качества осадков, причем с увеличением минеральных примесей в них продолжительность уплотнения снижается.

16.18. Для интенсификации процесса уплотнения в осадок добавляют ПАА из расчета 0,04 % массы сухого вещества осадка. Продолжительность уплотнения при этом следует принимать равной 2-4 ч.

16.19. В качестве химических реагентов для коагуляции осадков перед их механическим обезвоживанием могут использоваться известь, минеральные железосодержащие коагулянты, флокулянты.

16.20. Известь при подготовке гидроксидных осадков к обезвоживанию может использоваться самостоятельно. Для предварительных расчетов дозу извести по СаО следует принимать для осадков вод, % массы сухих веществ обрабатываемого осадка:

повышенной мутности - 10-15;

средней цветности и мутности - 20-30;

маломутных средней цветности - 30-50;

маломутных высокоцветных - 60-100.

При этом доза извести возрастает с увеличением цветности и снижением мутности исходной воды.

16.21. Самостоятельное использование флокулянтов для подготовки гидроксидных осадков к механическому обезвоживанию возможно лишь при обезвоживании осадков вод повышенной мутности.

Флокулянты следует использовать для сокращения расхода извести. При этом для предварительных расчетов следует принимать дозу флокулянта 0,2 % по активной части от массы сухих веществ и дозу извести по СаО - 20 % для маломутных цветных вод и 15 % для вод средней цветности и мутности.

16.22. Для сокращения расхода извести при подготовке гидроксидных осадков к обезвоживанию можно использовать различные вспомогательные вещества, среди которых следует отметить золу-унос от сжигания торфа, угля и сланцев, диатомит, перлит, опилки, песчаную пыль и другие отходы.

Эффективность применения вспомогательных веществ необходимо подтвердить опытным путем. Обычно добавка вспомогательных веществ в количестве 50-100% массы сухих веществ осадка позволяет сократить расход извести в 2 раза.

Совместное использование вспомогательных веществ и флокулянтов позволяет полностью отказаться от применения извести при обезвоживании осадков, полученных из вод средней цветности и мутности.

16.23. При перекачке осадка перед обезвоживанием и особенно после коагуляционной и флокуляционной обработки во избежание разрушения его структуры не допускается использование центробежных насосов, их следует заменять плунжерными или шнековыми.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ
ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ

16.24. Расчет уплотнителей следует осуществлять по максимальному часовому количеству осадка, образующемуся в период паводка, с учетом сокращения периода уплотнения в 2 раза по сравнению с указанным п. 16.17.

16.25. Расчет оборудования для обезвоживания осадка вод поверхностных источников следует вести, принимая во внимание среднегодовые показатели качества исходной воды.

16.26. На период паводка необходимо предусматривать создание аккумулирующей емкости для уплотненного осадка, который не может быть обезвожен на установленном оборудовании.

Аккумулирующую емкость следует оборудовать насосной станцией, обеспечивающей перекачку находящегося в ней осадка на обезвоживающие аппараты в период межени.

16.27. Основные параметры работы фильтр-прессов:

толщина слоя обезвоженного осадка на фильтровальной перегородке при обезвоживании на фильтр-прессах и вакуум-фильтрах барабанного типа должна быть Н_ос і 5 мм;

объем осадка, подаваемого в фильтр-пресс, - не менее общего объема камер, соответствующего паспортным данным;

удельный объем подаваемого осадка W_исх і 0,04 м³/м² (приме­ни­тельно к фильтр-прессам типов ФПАКМ и ФПАВ) .

16.28. Производительность обезвоживающих аппаратов по сухому веществу осадка Q, кг/(м² - ч), выраженная через массу твердой фазы осадка, может быть рассчитана по формуле

, (67)

где m_тв - масса твердой фазы осадка, кг;

F - поверхность фильтрования, м;

t_ц - продолжительность фильтроцикла, ч;

К - коэффициент запаса, учитывающий колебание свойств осадка и кольматацию фильтровальной перегородки, равный 0,6-0,8.

Продолжительность фильтроцикла t_ц, ч, при обезвоживании осадков на фильтр-прессах равна:

t_ц = t_ф + t_отж + t_всп , (68)

где t_ф - продолжительность фильтрования, ч;

t_отж - продолжительность отжима, ч;

t_всп - продолжительность вспомогательных операций, включающая время заполнения камер осадком в объеме, равном объему камер фильтр-пресса, время выгрузки осадка и регенерации ткани и принимаемая по паспортным данным, ч.

Продолжительность фильтроцикла t_ц, ч, при обезвоживании осадков на вакуум-фильтрах равна:

, (69)

где a_ф - угол зоны фильтрования, град.

Масса твердой фазы осадка составляет

m_тв = W_исх С_исх , (70)

где W_исх - объем исходного осадка, м³ ;

C_исх - концентрация исходного осадка, кг/м³.

Подставляя значения из формул (68) - (70) в формулу (67), получим следующие зависимости для определения производительности:

фильтр-прессов

; (71)

вакуум-фильтров

. (72)

Если концентрацию исходного осадка в формулах (71) и (72) заменить влажностью исходного осадка, указанные зависимости соответственно принимают следующий вид:

; (73)

, (74)

где Р_исх - влажность исходного осадка, %;

r_исх - плотность исходного осадка, кг/м³.

Производительность обезвоживающих аппаратов может быть определена также по объему выделившегося фильтрата и влажности исходного и обезвоженного осадков из следующего соотношения:

W_исх (100 - Р_исх) = (W_исх - W_ф) (100 - Р_ос) , (75)

откуда . (76)

Подставив зависимость (76) в формулы (73) и (74), получим следующие выражения:

; (77)

. (78)

16.29. Давления фильтрования G_ф и отжима G_отж, поддерживаемые при работе фильтр-прессов, определяются сжимаемостью обезвоживаемых осадков. Однако учитывая, что в процессе подготовки осадков к обезвоживанию значение сжимаемости обрабатываемых осадков приводят к определенному уровню, при проектировании могут быть приняты следующие значения давлений в зависимости от качества обрабатываемого осадка, которые будут корректироваться в процессе эксплуатации:

для осадков маломутных цветных и высокоцветных вод

Gф = 0,3-0,4 МПа; Gотж = 0,8-1,0 МПа;

для осадков вод средней цветности и мутности

Gф = 0,4-0,5 МПа; Gотж = 1,0-1,2 МПа;

для осадков вод повышенной мутности

Gф = 0,5 МПа; Gотж = 1,2 МПа;

16.30. Для предварительных расчетов при проектировании производительность вакуум-фильтров при обезвоживании осадков, образующихся на станциях обезжелезивания, следует принимать равной 80-100 кг/(м² Ч ч), влажность обезвоженного осадка - 60-70 %.

При обезвоживании на вакуум-фильтрах осадков, образующихся при умягчении подземных вод, производительность следует принять равной 90-120 кг/(м² Ч ч), влажность обезвоженного осадка - 50-60 %.

При обезвоживании гидроксидных осадков поверхностных природных вод производительность фильтр-прессов по сухому веществу следует принимать, кг/(м² Ч ч), для осадков вод:

маломутных цветных - 3-5;

средней цветности и мутности - 5-10;

повышенной мутности - 10-15.

При этом влажность обезвоженного осадка соответственно, %, для осадков вод:

маломутных цветных - 70-75;

средней цветности и мутности - 60-70;

повышенной мутности - 55-65.