Осветление воды в слое взвешенного осадка. Закономерности процесса. Схема осветлителя коридорного типа. Расчет

Осветлители со взвешенным осадком, применяемые как со­оружения первой ступени водоподготовки, могут успешно рабо­тать только при условии предварительной обработки примесей воды коагулянтом или флокулянтом. Осветлители обеспечивают более высокий эффект осветления воды и имеют более высокую производительность, чем отстойники. Однако, конструкция ос­ветлителей со взвешенным осадком и их эксплуатация более сложны.

Осветлители со слоем взвешенного осадка классифицируют: по способу удаления избытка осадка — с естественным отбором и с принудительным отсосом; по рабочему давлению —на напор­ные и открытые; по расположению осадкоуплотнителя — с вер­тикальным, поддонным и выносным.

Принцип работы осветлителей со взвешенным осадком пока­зан на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Осветлитель коридорного типа с рециркуляцией осадка (коридор А) и тонкослойными модулями (коридор В).

А, Б— рабочие коридоры; Б — осадкоуплотнитель;1 — телескопические перфорированные водораспределительные трубы с соплами; 2 — слой взве­шенного осадка; 3 — рециркуляторы; 4 — водосборные желоба; 5 — осад-коотводные окна с козырьками (7); 6 — перфорированные трубы сбора освет­ленной воды; 8 — тонкослойные модули; 9 — слой уплотненного осадка; 10 — сброс осадка; 11 — задвижка, регулирующая принудительный отсос осадка из рабочих коридоров; 12 — отвод осветленной воды из бокового кармана 13

Обрабатываемая вода, смешанная с реагента­ми, вводится в осветлитель снизу и равномерно распределяется по площади рабочих коридоров. Далее вода движется снизу вверх и проходит через слой ранее сформированного взвешен­ного осадка, состоящего из массы взвешенных в восходящем лотоке хлопьев, которые непрерывно хаотически движутся, но весь слой в целом неподвижен. Он находится в состоянии диламического равновесия, обусловленного равенством скорости восходящего потока воды и средней скорости осаждения хлопь­ев. Следует отметить, что средняя скорость осаждения хлопьев во взвешенном слое отлична от их гидравлической крупности. Это объясняется так называемым стесненным осаждением ча­стиц, на котором основана работа осветлителей. Проходя через слой взвешенного осадка, вода осветляется в результате кон­тактной коагуляции.

Величина хлопьев взвешенного осадка постоянно меняется вследствие слипания взвешенных частиц, извлекаемых из воды, и разрушения образовавшихся агрегатов под влиянием гидро­динамического воздействия потока. Следовательно, слой взве­шенного осадка представляет собой полидисперсную среду. Однако, средний размер хлопьев во всей массе взвешенного осадка при неизменных условиях работы осветлителя (состав и свойства обрабатываемой воды, доза коагулянта, скорость восходящего потока) остается неизменным, так как он опреде­ляется соотношением между внутренними силами сцепления частиц, образующих структуру хлопьев, и внешними силами трения, действующими на поверхности хлопьев при их обтека­нии потоком воды. Вследствие непрерывного хаотического дви­жения и циркуляции хлопья различного размера довольно рав­номерно распределены по всей высоте взвешенного слоя.

При пропуске воды через взвешенный слой извлекаемые из нее примеси остаются в нем, при этом объем слоя должен не­прерывно увеличиваться, но этого не происходит, так как пре­дусматривается непрерывное удаление избыточного осадка из взвешенного слоя в осадкоуплотнитель, где он уплотняется и сбрасывается в водосток. Осветленная вода, прошедшая через слой взвешенного осадка, собирается с помощью сборных желобов или труб и отводится для дальнейшей обработки на фильтры (рис. 10.1).

Толщина слоя взвешенного осадка может составлять от 2 до 2,5 метров, когда слой задерживает взвесь, его толщина увеличивается и излишки отводятся в осадкоуплотнитель. Так толщина поддерживается постоянной. Для того чтобы принудить перемещение осадка из кориодров в уплотнитель предусмотрены перфорированные трубы. Через них происходит удаление воды, т.е происходит отсос осадка в осадкоуплотнитель.

В схемах по очистке природных вод с коридорными освет­лителями при маломутной и цветной воде процесс хлопьеобразования протекает малоэффективно. Для его интенсификации, целесообразно нижнюю коническую часть осветлителей загру­жать гравием или щебнем (произвести пригрузку водораспределительных труб). В гравийном слое благодаря тесному контакту воды с хлопьями процесс хлопьеобразования протекает с обра­зованием плотных и крупных хлопьев, обеспечивающих затем хороший эффект осветления воды. Применение осветлителей со взвешенным осадком с гравий­ной пригрузкой распределительных труб благодаря совершенст­вованию гидравлической характеристики сооружения и улучше­ния процесса формирования взвеси позволяет увеличить их производительность на 15... 20% и сократить при этом расход коагулянта на 15... 20%.

Расчет и проектирование осветлителей

Расчет и проектирование осветлителей производят с учетом годовых колебаний качества обрабатываемой воды, ориенти­руясь на два характерных периода:

1. минимальной мутности при минимальном зимнем расходе воды

2. наибольшей мутности при наибольшем, ей соответствующем, летнем расходе воды.

Основными расчетными параметрами осветлителей являются скорость восходящего движения воды в зоне осветления V, оп­ределяемая по результатам технологических исследований, и коэффициент распределения воды между зоной осветления и зоной отделения осадка.

Зная расчетный расход воды q, м3/ч, площадь зоны освет­ления воды определяют по формуле

А_ос=qk/3.6v

а площадь зоны отделения и уплотнения осадка находят из выражения

A_от=q(1-k)/3.6v

При размещении в зонах осветления, отделения и уплотне­ния осадка тонкослойных модулей площадь зоны осветления оп­ределяют по удельным нагрузкам, отнесенным к площади зер­кала воды, занятой тонкослойными блоками.

Высоту слоя взвешенного осадка назначают 2... 2,5 м, по­терю напора в нем определяют из расчета 1... 2 см на 1 м его высоты, а высоту зоны осветления 2... 2,5 м. Угол между на­клонными стенками нижней части зоны взвешенного осадка принимают 60... 70°. Низ осадкоприемных окон или кромку осадкоотводящих труб располагают на 1...1,5 м выше пере­хода наклонных стенок зоны взвешенного осадка в вертикаль­ные. Высота стенок должна на 0,3 м превышать расчетный уровень воды в нем. Для круглых в пла­не осветлителей диаметром до 4 м устраивают только перифе­рийный желоб, а при большем диаметре добавляют радиальные: при диаметре аппарата 4... 6 м — 4... 6 радиальных желобов, а при диаметре 6... 10 м — 6... 8 желобов. Объем зоны накопления и уплотнения осадка находят как и для ГО, продолжительность уплотнения принимают 2... 3 ч при наличии сгустителей и не менее 6 ч при их от­сутствии. Угол между наклонными стенками осадкоуплотнителя принимают 70°. Сброс осадка из осадкоуплотнителя производят периодически перфорированными трубами диаметром не менее 150 мм не более чем за 15...20 мин.

Во избежание подсоса в осадкоуплотнитель осветленной во­ды и для направленного отведения осадка в осадкоуплотнитель осадкоприемные окна и трубы перекрывают козырьками. Сбор и отведение осветленной воды из осадко­уплотнителя производят затопленными перфорированными тру­бами.

При прохождении через взвешенный слой примеси воды сближаются с ранее сформированными хлопьями (сорбентом) и под действием молекулярных сил прилипают к их поверхно­сти или ранее адсорбированных на них частицам примесей.

Эффект слоя взвешенного осадка(контактной среды – КС):

1. (КС) оказывает благоприятное действие на процессы коагу­лирования, сорбции, адгезии и кристаллизации продуктов про­цесса водообработки;

2. (КС) способствует более равномерному распределению обрабатываемой воды по сечению осветлителя и оказывает по­зитивное влияние на гидравлический режим и параметры потока (увеличивается коэффициент объемного использования, гидрав­лический радиус и смоченный периметр).

3. (КС) ламинизирует поток, т. е. гасит его турбулентность. Иными словами она обладает дре­нажными свойствами.

4. (КС) резко улучшает гидравлическую характеристику взвеси. Скорость ее осаждения возрастает в 2—3 раза по сравне­нию со скоростью осаждения в отстойнике за счет увеличения размеров хлопьев и их плотности.

5. (КС) значительно повышает эффект очистки воды (сни­жает остаточное содержание извлекаемых из воды примесей) за счет более полного использования применяемых реагентов и свойств контактной взвеси.

Ограничения при использовании осветлителя со взвешенным осадком:

1. Подача воды на станцию водоподготовки должна быть равномерной, допускается плавное изменении расхода воды не более чем не 15% в течение 1 часа. При резком уменьшении расхода весь осадок упадет на дно рабочей камеры, а при резком увеличении – вынесется с осветленной водой

2. Не должно быть резких изменений температуры. Она должна изменяться не более, чем на 1 градус в течение 1 часа, если поступает неожиданно теплая вода, то разрушается слой взвешенного осадка.

3. По минимальной мутности исходной воды не более 50 мг/л, а в настоящее время разработаны осветлители, в которых происходит рециркуляция ранее образованного осадка, что позволяет снизить мутность воды.

При седиментации концентрированной массы хлопьев наблю­дается явление стесненного осаждения. Его характерная осо­бенность в том, что скорость осаждения, которая всегда меньше скорости свободного падения, т. е. гидравлической крупности частиц, зависит не только от их размеров и массы, но и в зна­чительной степени от их концентрации. Так, при объемной концентрации, равной 10%, скорость осаждения массы частиц вдвое меньше по сравнению с их гидравлической крупностью, при концентрации 25%—в 6 раз. Взвешенный в восходящем потоке слой хлопьев находится в состоянии стесненного осаж­дения, причем скорость осаждения равна скорости восходящего потока, поэтому частицы не выносятся с потоком в зону освет­ления и не декантируют.

Непременным условием осветления и обесцвечивания воды на осветлителях является коагулирование ее примесей, при этом наличие минеральных частиц способствует увеличению плот­ности, прочности на сжатие и скорости седиментации образую­щихся хлопьев.

Поиск по сайту: