Использование анализов при проектировании.
Анализы физических, химических и бактериальных свойств воды используются при проектировании водопроводных сооружений для выявления лучшего с санитарной точки зрения места водозабора. Для определения характера обработки воды и выполнения предъявляемых к ней требований. Данные анализов, кроме того позволяют рассчитать ориентировочные дозы реагентов, необходимых для обработки воды по проектируемой технологической схеме. Последняя возможность особенно важна при отсутствии технологических анализов, которых проектировщики часто не имеют.
Сравнение химического и бактериального анализов воды с требованиями ГОСТ 2761 – 96 позволяет решить вопрос о возможности использования избираемого источника для хозяйственно – питьевого водоснабжения, следует однако, иметь ввиду, что превышение предельного содержания показателей, приведенных в ГОСТе, не исключает возможности использования источника в поставленных целях, но ставит перед проектировщиком дополнительные задачи по определению мер улучшения свойств воды. Эти меры в каждом случае должны согласовываться с органами Государственной санитарной инспекции.
Окончательное решение о методах обработки принимается на основе сравнения физико – химических и бактериальных свойств воды с требованиями ГОСТ 2874 – 96, а также в зависимости от расхода обрабатываемой воды и местных условий.
Следует заметить, что для выявления необходимых методов обработки воды используются не все показатели, характеризующие источник водоснабжения. Некоторые из них ( NО2-, NН4+, NО3-, окисляемость )были использованы раньше для предварительной оценки санитарного состояния источника, а НСО3-, СО32-, СО2, рН – для проверки анализа по сухому остатку и значению рН. Кроме того, показатели НСО3, рН, а также окисляемость и температура используются для решения частных вопросов проектирования водоочистных сооружений.
Содержание НСО3- для подавляющего большинства природных вод ( особенно в открытых водоемах ) при практическом отсутствии в них ионов СО32- и ОН- отождествляется со щелочностью воды ( мг – экв /л ) , т.е. концентрацией веществ, способных нейтрализовать кислоты. Контроль щелочности параллельно с контролем содержания СО2 и рН на последовательных этапах обработки воды позволяет при проектировании сооружений выявить необходимость подщелачивания и подкисления воды. Это обеспечивает наиболее выгодные условия прохождения проектируемых технологических процессов и позволяет ориентировочно определить дозы реагентов, необходимые для создания этих условий. Концентрация НСО3-, помимо этого, численно определяет карбонатную жестокость воды.
При повышенной окисляемости воду нужно хлорировать перед введением раствора коагулянта для окисления и разрушения органических веществ, тормозящих процесс коагуляции. Температура воды является фактором, определяющим (наряду с характером загрязнений ) выбор коагулянта.
Технологический анализ.
Физико – химический и бактериальный анализы, как это было показано выше, дают основу для выявления необходимых методов обработки воды и содержат показатели, позволяющие решить некоторые задачи технологического характера. Однако для большей точности проектирование технологических схем обработки воды и расчет водоочистных устройств должны проводиться при помощи технологического анализа. Он позволяет выявить наиболее целесообразные методы обработки воды для осуществления намеченного процесса, определить оптимальные дозы реагентов, последовательность их введения, а также ряд других расчетных параметров.
Технологические свойства воды рекомендуется исследовать по ГОСТ 2919 – 85, который предусматривает определение коагулируемости, обесцвечиваемости, осаждаемости взвеси и других показателей. Однако ГОСТ 2919 – 85 не содержит методов, с помощью которых можно было бы выбрать параметры фильтрующих загрузок фильтров и контактных осветлителей для заданной скорости фильтрования и качеств исходной воды. Также отсутствуют показатели, позволяющие решить вопрос о выборе расчетной скорости движения воды в осветлителях, высоте зоны взвешенного фильтра и ряде других параметров, знание которых могло бы повысить надежность расчета сооружений.
В отношении осветлителей такое положение в известной мере исправляется разработанной ВНИИ Водгео методикой определения эталонной концентрации взвеси (при скорости восходящего потока 1,8 м /ч ), позволяющей, в частности, обоснованно подойти к выбору расчетной скорости и коэффициенту распределения воды в осветлителе.
Для выбора расчетных параметров фильтров и контактных осветлителей может быть применен метод моделирования процесса фильтрации суспензий через зернистые слои.
Г Л А В А 3
Средние концентрации осадка в осадкоуплотнителях. Таблица 3.3.2
| Мо в мг/л | Средняя концентрация ( δср ) в мг/л при tу в ч | |||||||||||||||||||||
| 3 | 4 | 6 | 8 | 12 | ||||||||||||||||||
| <100 | 6500 | 7500 | 8000 | 8500 | 9500 | |||||||||||||||||
| 100 - 400 | 19000 | 21500 | 24000 | 25000 | 27000 | |||||||||||||||||
| 400 - 1000 | 24000 | 25000 | 27000 | 29000 | 31000 | |||||||||||||||||
| > 1000 | 29000 | 31000 | 33000 | 35000 | 37000 | |||||||||||||||||
|
Полная глубина осветлителей определяется по таблице. Таблица 3.3.3 Расчет осветлителей для проектируемой станции водоочистки
Предположим, что проектируемые осветлители должны выдавать осветленную воду с m = 10 мг / л на группу фильтров, работающих в режиме, который допускает изменение скорости фильтрования при отключении одного из фильтров на промывку или ремонт. Расчетная подача воды на фильтры Qо = 12 000 м3 / сутки (летний период ). Зимний расход на объекте водопотребления Qз = 10 000 м3 / сутки. Расчетные показатели, характеризующие качества исходной воды для летнего периода: М = 300 мг / л, Ц = 40 град; для зимнего периода: сернокислого неочищенного алюминия – 60 мг / л в расчете на безводный продукт; извести – 45 мг / л в расчете на СаО. В соответствии с высотной схемой полная глубина осветлителей не должна превышать 4,5 м. Размеры помещения, в котором разместятся осветлители вместе с фильтрами, должны быть не более 24 60 м. Число фильтров – 7, их ширина ( в осях ) – 5,5 м , общая длина – 34 м. Расчетные расходы. Прикидочные расчеты по формулам 3.3.1 и 3.3.2 при расчетных значениях vз.о = 1 мм / сек, Kр = 0,75, vз.о = 0,8 мм / сек, Кр = 0,8, принятых по таблице 3.3.1 позволили установить, что для расчета зон осветления исходным должен быть зимний расход, который с учетом собственных потребностей фильтров в этот период, оцениваемых в 5%, равен Qф’ = 10000 м3 / сутки. Исходным расходом для расчета осадкоуплотнителя и всех элементов осветлителя является наибольший (летний ) расход Qф = 10 500 м3 / сутки. Расчетные расходы ( пока приближенно ) определяют по формулам 3.3.7 при tпр = 0,3 ч и n = 4 ( с последующей проверкой при полученном на основании дальнейших расчетов t пр ). Расчетный расход для зон осветления
Расчетный расход для осадкоуплотнителей
Q0ЗУ= 1,05 ∙12000=12600 м3/сутки
Определим далее: число, тип и основные размеры осветителей. Из таблицы 3.3.4 (справочник : Проектирование водопроводных очистных сооружений. Автор Н.Б Серебряков, М : стройиздат 1984 г ) следует что при расчетном расходе около 10 000 м3 / сут и при использовании осветлителей с поддоными осадкоуплотнителями необходимая глубина осветлителей составит около 8 м при допустимой по высотной схеме не более 4,5. Поэтому на станции должны быть применены осветлители с центральным осадкоуплотнителем типа (рис. 3.3.1 – 3.3.2). Общая площадь зон осветления определяется по формулам 3.3.1 и 3.3.2 при значениях Кр и vз.о , принимаемых по таблице 3.3.1 для содержания взвеси до 100 мг /л в зимний период : vз.о = 0,8 мм / сек, Кр = 0,75.
Fз.о =
Общая площадь зон отделения осадка по расходу Qоз.у = 10590 м3 / сутки определяется по формуле при значениях vз.о = 1 мм / сек, Кр = 0,7 , принимаемых для Мо = 100 – 400 мг / л .
Полная площадь F = 114 + 50 = 164 м2
Число осветлителей должно быть не менее четырёх. Тогда площадь одного осветлителя
F 1 = 164 / 4 = 40 м2
При F 1 = 40м2 основные размеры равны : диаметр осветлителя 8 м, центрального осадкоуплотнителя Dз.отд = 5м, А = 1,5м, Нмин = 3,9м. При однорядном расположении осветлителей параллельно фильтрам необходимая длина зала для их размещения не будет превышать 60м, а требуемый стандартный пролет здания – 24 м; Необходимая длина зала для размещения осветлителей и фильтров может быть ограничена стандартной величиной 54 или 60м. Из сравнения ясно определилась техническая возможность и экономическая целесообразность применения на станции осветлителей V типа. Высотные размеры осветлителя в м принимаются по рекомендациям СниП, изложенными выше : глубина зоны осветления – 1,5 расстояние от нижней границы зоны осветления до сечения, где вертикальные стенки переходят в наклонные – 1,5 глубина сужающей части при значении α1 = 50 полная глубина – 4,1 ( проверка по формуле Н >1,9 ∙ 1,85 = 3,5м ) высота бортов – 0,5 Наибольшая концентрация взвеси в воде, поступающей на осветлитель, определяется по формуле
Мо = М + КкДк + 0,25ц + Миз
где М – расчетное содержание взвешенных веществ в исходной воде Дк –расчетная доза коагулянта по безводному продукту мг/л Кк – переводной коэффициент : для Аl2(S04)3 он равен 0,55, для FеСl3 и FеSO4 – 0,8 Ц – расчетная цветность исходной воды в град Миз – колличество нерастворимых веществ. вводимых с Са(ОН)2 – мг/л
Тогда Мо = 300 + 1 60 + 0,25 20 + 45 = 410 мг/л
Принимая расчетное время уплотнения осадка tу = 6ч, а среднюю концентрацию осадка при 6 часовом уплотнении δср = 27000 мг/л определяем необходимый обьем осадкоуплотнителя по формуле
Объем осадкоуплотнителя, полученный конструктивно, значительно больше необходимого по расчету, что дает возможность в процессе эксплуатации осветлителей увеличить в случае необходимости межпродувочной период. Расчетное время продувки осадкоуплотнителя определяется по формуле 3.3.8
Добавляя время на подготовку продувки и ввод осветлителя в работу после продувки, принимаем tпр = 0,3ч.
Глава 4. Осветление воды фильтрованием. 4.1 Основные положения процесса фильтрования.
Полное или частичное удаление из воды взвешенных веществ фильтрованием осуществляется в открытых или напорных фильтрах, состоящих из корпуса, фильтрующего слоя, дренажной или распределительной системы, системы подачи на фильтр осветляемой воды и отвода промывной воды. Дренажная система обычно служит также для распределения по площади фильтра промывной воды. Интенсивность процесса фильтрования характеризуется скоростью фильтрования, представляющей собой частное от деления расходы фильтруемой воды на площадь фильтрующего слоя. Скорость фильтрования выражают в м/ч, т.е. количеством воды в м3, фильтруемой через 1 м3 площади фильтрующего слоя в течение 1 ч. Фильтрование воды через фильтрующий слой происходит под действием разности давлений на выходе в фильтр и на выходе из него. Разность давлений для открытого фильтра равна разности отметок поверхности воды в фильтре и пьезометрического напора в трубе, отводящей фильтрат. Разность давлений воды до и после фильтрующего слоя называется потерей напора в фильтрующем слое. Потеря напора в начальный момент работы фильтра, называемая начальной потерей напора, равна потере напора при фильтровании чистой, не содержащей взвешенных веществ воды, через чистый фильтрующий слой. Начальная потеря напора в фильтрующем слое зависит от скорости фильтрования воды, ее вязкости, размера и формы пор фильтрующего слоя, его толщины. По мере загрязнения фильтрующего слоя задерживаемыми из воды взвешенными веществами потеря напора возрастает до некоторой величины, характеризующей сопротивление предельно загрязненного фильтрующего слоя. Фильтрующий слой может состоять из не связанных друг с другом зерен фильтрующего материала либо представлять собой жесткий каркас в виде сетки, ткани или пористой керамики. По достижении предельной потери напора или при ухудшении качества фильтрата фильтрующий слой нужно очистить от задержанных им загрязнений промывкой или другим способом. По характеру фильтрующего слоя фильтры разделяются на: 1. Зернистые, в которых фильтрующий слой состоит из зерен песка, дробленого кварца, антрацита, мрамора, магнетита и др.; 2. Сетчатые, в которых фильтрующим слоем служит сетка с отверстиями, достаточно малыми для задержания из воды взвеси; 3. Тканевые, в которых фильтрующим слоем служит ткань (хлопчатобумажная, льняная, сукно, капроновая или стеклоткань); 4. Намывные, в которых фильтрующий слой образуется из вводимых в воду фильтрующих порошков, откладывающихся в виде тонкого слоя на каркасе фильтра; в качестве фильтрующих порошков применяют диатомит, древесную муку, асбестовую крошку и др., а каркасом могут служить пористая керамика, металлическая сетка, синтетическая ткань. Наиболее широкое распространение в промышленном и коммунальном водоснабжении получили зернистые фильтры. Сетчатые фильтры применяют главным образом для грубой очистки воды, микросетчатые – для удаления из воды планктона. Тканевые фильтры находят применение в полевом водоснабжении; намывные – при очистке маломутных вод для небольших предприятий или поселков и для очистки воды плавательных бассейнов. Зернистые фильтры по скорости фильтрования разделяют на медленные (скорость фильтрования менее 0,5 м/ч), скорые (скорость фильтрования 2-15 м/ч) и сверхскоростные (скорость фильтрования более 25 м/ч). Скорые фильтры могут быть напорными и открытыми. Медленные фильтры выполняют открытыми, сверхскоростные фильтры – напорными. По крупности зерен фильтрующего слоя зернистые фильтры разделяют на мелкозернистые (медленные фильтры) с размером зерен верхнего слоя песка менее 0,4мм, среднезернистые (размер зерен верхнего слоя песка 0,4-0,8мм) и крупнозернистые (размер зерен верхнего слоя песка более 0,8мм), обычно применяемые для частичного осветления воды. Фильтрующий слой скорых фильтров может состоять из однородной по размеру и удельному весу зерен загрузки (обычные скорые фильтры) и неоднородной загрузки (например, двухслойные фильтры, в которых нижний слой – кварцевый песок, а верхний слой – дробленный антрацит). В медленных фильтрах фильтруемая вода обычно движется через фильтрующий слой сверху вниз. В скорых фильтрах направление движения фильтруемой воды через фильтрующий слой может быть различным. В обычных и двухслойных фильтрах фильтруемая вода движется сверху вниз; в контактных осветителях – снизу вверх; в двухпоточных фильтрах АКХ – снизу вверх и сверху вниз. В последних фильтрах отводится из фильтра через дренажную систему, расположенную в фильтрующем слое. По мере загрязнения фильтрующего слоя задерживаемыми из воды взвешенными веществами потеря напора в нем будет возрастать, а скорость фильтрования при неизменном напоре – снижаться. Фильтры могут работать с переменной скоростью фильтрования (большей в начале цикла и меньшей в конце) или с постоянной скоростью фильтрования. Постоянство скорости фильтрования обеспечивается специальными устройствами – регуляторами скорости фильтрования. Через некоторый период времени от начала работы фильтра потеря напора в фильтрующем слое увеличится настолько, что скорость фильтрования станет ниже расчетной и производительность фильтра снизится. Для восстановления пропускной способности фильтра его фильтрующий слой должен быть очищен от задержанных из воды загрязнений. В медленных фильтрах это достигается обычно удалением верхнего слоя загрязненного песка с последующей его промывкой; в скорых фильтрах промывка фильтрующего слоя производится непосредственно в самих фильтрах. Продолжительность работы фильтра между чистками или промывками (включая время на промывку) называется продолжительностью фильтроцикла. Она зависит от характера и количества содержащихся в воде взвешенных веществ, от скорости фильтрования, крупности и пористости фильтрующей загрузки. В скорых фильтрах для промывки фильтрующего слоя через него пропускают осветленную воду снизу вверх с интенсивностью, достаточно для взвешивания фильтрующей загрузки в восходящем потоке промывной воды.
Фильтрующие материалы для зернистых фильтров.
В качестве фильтрующих материалов для зернистых фильтров в настоящее время применяют кварцевый речной или карьерный песок, дробленые кварц и антрацит, мрамор, магнетит, керамическую крошку, керамзит. Крупность зерен фильтрующего материала и их однородность характеризуются данными ситового анализа, который позволяет определить следующие показатели: 1. 10% диаметр (d10) фильтрующего материала, т.е. диаметр шара, равновеликого зерну фильтрующего материала, мельче которого в данном материале имеется 10% зерен по весу; 2. 50% диаметр (d50), т.е. диаметр шара, равновеликого зерну фильтрующего материала мельче которого имеется 50% зерен по весу (dср); 3. коэффициент неоднородности зерен фильтрующего материала, равный отношению 80% диаметра фильтрующего материала к 10% диаметру. Ситовой анализ фильтрующего материала заключается в рассеве высушенного образца средней пробы на калиброванных ситах и определении процента материала, оставшегося на каждом сите. Для загрузки фильтров должны применяться по возможности хорошо промытые однородные пески с коэффициентом неоднородности во всех случаях не более 2,2 (желательно не более 1,75). Антрацитовую крошку для загрузки фильтров изготовляют из антрацита марок АП, АК и АС-мытое. Антрацит должен иметь удельный вес в пределах 1,6-1,7, насыпной вес 0,7-0,9т/м3 и при дроблении превращаться в зерна кубической или близкой к шару формы. Антрацит слоистого строения для загрузки в фильтры непригоден. Зольность антрацита должна быть не выше 5%, а содержание серы в нем должно быть не более 3%.
Поддерживающие слои.
Поддерживающие слои размещают между фильтрующим слоем и дренажем фильтра. Назначение поддерживающих слоев заключается в предотвращении выноса фильтрующего материала из фильтра вместе с фильтратом. Кроме того, поддерживающие слои служат для улучшения распределения промывной воды по площади фильтрата. Гравий или щебень, используемые в качестве поддерживающих слоев, должны быть устойчивы против измельчения и истирания, химические стойки, не должны содержать больше 10% частиц известняка. Поддерживающие слои должны состоять по возможности из однородных частиц. В каждом слое размер наиболее крупных зерен не должен более чем в 2 раза превышать размер самых мелких зерен этого же слоя (например, 2-4, 4-8, 8-16, 16-32мм). Размер самых мелких зерен верхнего поддерживающего слоя, на который укладывается фильтрующий слой, должен быть в 2 раза больше, чем размер самых крупных зерен фильтрующего слоя. Толщину поддерживающих слоев в фильтрах, оборудованных дренажными системами большого сопротивления, принимают в соответствии с приведенными ниже данными.
Для предотвращения сдвига поддерживающих гравийных слоев может использоваться укладка поверх поддерживающих слоев плит из беспесчаного макропористого бетона или пригрузка верхнего поддерживающего слоя (2-4мм) обратным фильтром толщиной 20-25см из крупного (16-32мм) гравия.
Скорые фильтры.
Скорые фильтры предназначены для удаления из воды взвешенных и коллоидных веществ, как правило, после укрупнения их коагулированием в прочные агрегаты, задерживаемые зернистой загрузкой. При фильтровании воды сверху вниз на скорых фильтрах осветление воды достигается в результате двух одновременно протекающих процессов – задержания наиболее крупных частиц взвеси в пленке на поверхности фильтрующего слоя и адгезии (сцепления) или абсорбции скоагулированных более мелких частиц поверхностью зерен фильтрующего слоя. При оптимальной коагуляции и надлежащем подборе загрузки скорого фильтра его фильтрат обычно содержит не более 1 мг/л взвешенных веществ. По мере работы фильтра увеличивается количество задержанных им загрязнений – нарастает толщина пленки на поверхности песка, увеличивается количество загрязнений, отложившихся в толще фильтрующей загрузки, и глубина их проникания в песок, возрастает сопротивление фильтра, снижается скорость фильтрования. Если крупность загрузки и толщина фильтрующего слоя выбраны правильно, то предельно допустимая потеря напора в фильтре наступит практически в тоже время, когда частицы загрязнений начнут проникать через загрузку в фильтрат. Глубина проникания взвеси в толщу фильтрующего слоя возрастает с увеличением скорости фильтрования и диаметра его зерен. Поскольку скорость возрастания потери напора растет с уменьшением диаметра зерен и увеличением скорости фильтрования, в практике водоподготовки наметилась тенденция к увеличению крупности зерен при одновременном повышении высоты фильтрующего слоя, что позволяет увеличить скорость фильтрования, не допуская увеличения мутности фильтрата. Мутность фильтрата и продолжительность фильтроцикла зависят не только от мутности поступающей на фильтры воды, дисперсности содержащейся в ней взвеси, скорости фильтрования и размера зерен, но и от прочности хлопьев скоагулированных загрязнений воды. При содержании в осветляемой воде прочных хлопьев взвеси, например при введении в воду перед фильтрами или отстойниками активированной кремниевой кислоты, полиакоиламида (ПАА) или других флокулянтов,мутность фильтрата в течение всего фильтроцикла остается минимальной, и фильтр выключают на промывку по достижении предельной потери напора. При содержании в воде непрочных хлопьев мутность фильтрата непостоянна в течение фильтроцикла – при достижении потери напора в фильтре некоторой величины, меньшей чем предельная, начинается разрушение задержанных фильтром хлопьев и вынос загрязнений в фильтрат. В этом случае фильтр выключают на промывку не по потери напора, а по проскоку взвеси. Продолжительность фильтроцикла сокращается, увеличивается расход промывной воды. Введение в воду непосредственно перед фильтрами ПАА или активированной кремниевой кислоты в очень небольших количествах (0,015мг/л ПАА, 0,05мг/л SiO2-3) позволяют значительно повысить продолжительность фильтроцикла при одновременном снижении мутности фильтрата. Активированная кремниевая кислота для цветных вод имеет по эффективности и стоимости преимущества перед ПАА. Когда начинается проскок взвеси в фильтрат или когда величина потери напора становится предельной, производят промывку фильтрующего слоя. Фильтры могут быть открытыми или напорными. Открытый безмешалочный скорый фильтр (рис.4.1) представляет собой обычно прямоугольный в плане резервуар. На дне его расположена дренажная система, служащая для отвода фильтрата и распределения промывной воды по площади фильтра при его промывке. Над дренажем находятся поддерживающие гравийные слои и поверх них фильтрующий слой. Выше фильтрующего слоя устраивают желоба, служащие для отвода из фильтра при его промывке грязной промывной воды. По этим желобам в фильтр подается фильтруемая вода. Сравнение стоимости строительства и эксплуатации фильтровальных станций равной производительности, но с разным числом фильтров и разными их размерами показало, что для станций малой и средней производительности (до 30 000м3/сутки) наиболее экономично принимать четыре фильтра при строительстве станций в одну очередь и шесть фильтров при строительстве станций в две очереди, если четыре фильтра обеспечивают водопотребление первой очереди.
Напорные скорые фильтры.
Напорные фильтры представляют собой стальные цилиндрические резервуары со сферическими днищами. Они бывают вертикальные и горизонтальные. Конструкция вертикального фильтра диаметром от 1000 до 3400мм приведена на рис.4.2 и в табл. 5.1. Трубчатая дренажная система изготовляется из обычной стали. На ее штуцера навертывают фарфоровые или пластмассовые щелевые колпачки. Вертикальные напорные фильтры, выпускаемые в СССР, имеют максимальную площадь фильтрования 9,1м2, что обеспечивает их производительность на водах различного качества от 50 до 90м3/ч. Так как по экономическим соображениям желательно иметь на станции от четырех до шести фильтров, вертикальные напорные фильтры следует применять на станциях производительностью не более 300 – 500м3/ч. Таблица 4.1 Размеры и веса вертикальных напорных фильтров. Показатель | Размеры и вес фильтров при их диаметре в мм | |||||||||||||||||||||
| 1000 | 1500 | 2000 | 2600 | 3000 | 3400 | |||||||||||||||||
| Высота слоя загрузки в мм | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | ||||||||||||||||
| Размеры в мм: Высота фильтра Н Диаметр D1 Патрубков d | 2912 720 80 | 3298 1000 125 | 3620 1400 150 | 4000 1600 200 | 4370 2000 250 | 4530 2200 250 | ||||||||||||||||
| Вес фильтра без арматуры в кг | 1050 | 1780 | 2120 | 3755 | 4845 | 6360 | ||||||||||||||||
| Нагрузочный вес в т | 4 | 8,5 | 15 | 28 | 37 | 50 | ||||||||||||||||
= 114 м3
Схема фильтра с эжекторной промывкой фильтрующего слоя показана на рис.4.3. Фильтр имеет коническое дно, в нижней части которого по вертикальной оси фильтра установлен эжектор. Выходная труба эжектора проходит через всю толщу фильтрующего слоя до кромки водосборных желобов, размещенных вдоль наружных стенок фильтра.
Дренажная система фильтра из щелевых труб расположена выше перехода конического дна в цилиндрическую часть фильтра в толще фильтрующей загрузки.
Осветляемая вода поступает в водосборные желоба и через их кромки в фильтр, где она профильтровывается сверху вниз через фильтрующую загрузку до дренажной системы, через которую фильтрат отводится из фильтра.
Основные параметры промывки
| Тип фильтра и загрузки | е в % | w в л/сек м2 | t1 в мин |
| Однопоточные с песчаной загрузкой : dмакс = 1,2мм; dэ = 0,7- 0,8мм | 45 | 12 - 14 | |
| dмакс = 1,5мм; dэ = 0,9 – 1 мм | 30 | 14 -16 | 6 –5 |
| Двухслойные: | 50 | 13 - 15 | 7 – 6 |
| Двухпоточные: | |||
| Взрыхление | 6 - 8 | 2 – 1 | |
| основная промывка | 30 | 13 - 15 | 6 – 5 |
| промывка дренажа | 10 - 12 | 2 – 1 | |
|
| |||
однопоточных фильтров t2 = 0,33 , для двухпоточных – 0,5 ч ;
Расчетная производительность фильтров в м3/сутки при нормальном режиме их работы определяется по формуле.
Qф = ТFvр.н ( 4.3 )
Во время пополнения пожарного запаса станция работает при нормальном режиме, но с повышенной скоростью фильтрации : vпож < vр.ф. Добавочный расход в м3/ч который должны пропустить фильтры, определяют по формуле
qпож = Wпож / t пож ( 4.4 )
где Wпож – сохраняемый в резервуарах пожарный запас воды в м3;
tпож – продолжительность пополнения пожарного запаса, принимаемая в соответствии с требованиями СниП равной 24 – 36 ч в зависимости от характера объекта водопотребления.
Проверка достаточности площади фильтров на работу в период пополнения пожарного запаса производится по формуле
( 4.5 )
Число фильтров. При назначении числа фильтров следует обеспечить экономичность решения и надежность работы фильтровальной установки.
По экономическим соображениям количество фильтров на станциях ориентировочно определяется из выражения
( 4.6 )
Число фильтров следует уточнять с учетом соотношения производительностей первой и второй очередей строительства станции. На любом этапе эксплуатации должно быть не менее двух фильтров прм производительности станции до 2000 м3/сутки и не менее трех – при большей производительности. Это условие обеспечивает надежность работы установки для малых и средних станций ; оно обычно оказывается решающим и при определении общего числа фильтров для полного развития станции. так как размеры фильтров на обоих этапах строительства должны быть одинаковыми.
Надежность работы установки обеспечивается не только определенным минимумом параллельно работающих фильтров, но и созданием условий для качественного функционирования таких ответственных элементов скорых фильтров, как распределительная, сборная системы и т.п.
Поэтому максимальная площадь отдельных фильтров обычно не превышает 100 – 120 м2, а фильтры площадью более 30 – 40 м2 выполняются с центральным каналом ( шириной 0,7 – 0,8 м), разделяющим фильтр на две равные части.
Высотное решение фильтров. Высота фильтра Нф складывается из высот слоев загрузки, слоя воды над загрузкой и высоты бортов.
Высота поддерживающего слоя ( Lгр ), размещаемого на дне фильтра и состоящего из слоев гравия или щебня, определяется суммой высот его слоев из зерен различной крупности, а именно ( считая сверху ) : слоя зерен крупностью 2 – 4 мм – 50 мм ; слоев 4 – 8 мм и 8 – 16 мм по 100 мм ; слоя с крупностью зерен 16 – 32 мм – высотой на 100 мм выше отверстий распределительной системы, но не ниже верха распределительных труб.
Высота фильтрующего слоя ( Lо ) принимается по таблице 4.2 или на основании расчетов фильтрующей загрузки.
Слой воды над загрузкой фильтра принимается из условия предупреждения воздушного засорения фильтра ; обычно его высота Lв > 2 м.
Высота бортов при стабильном расчетном горизонте воды ( как правило, когда число фильтров N > 6 ) должна быть равна Нб = 0,3 – 0,5м.
При работе фильтров с постоянной скоростью фильтрования высота бортов увеличивается для периодического приема части поступающей на станцию воды во время промывки одного из фильтров.
Необходимая дополнительная высота бортов в м определяется из условия
( 4.7 )
где W нак – объем воды в м3, накапливаемый за время промывки одного фильтра
W нак = F1vрн t2 ;
F1 – расчетная площадь одного фильтра в м2.
Глава 5
Общие положения
Тепловой способ. Кипячение воды в течение 12-20 мин убивает все неспорообразующие микроорганизмы. Для уничтожения спор применяют нагрев воды до 1200С под давлением или дробную стерилизацию воды – ее кипятят в течение 15 мин, охлаждают до 350С, выдерживают при этой температуре 2ч для прорастания спор и снова нагревают до кипения.
Действие ультрафиолетового излучения. Вода, длительное время находящаяся на солнечном свету, освобождается от патогенных микроорганизмов. Облучение воды ультрафиолетовыми лучами хорошо обеззараживает воду, свободную от взвешенных и коллоидных примесей.
Действие ионизирующего излучения. По литературным данным, облучение воды рентгеновскими лучами, γ- и β- излучателями обеззараживает воду. Эти методы обеззараживания воды пока не нашли практического применения.
Действие ультразвуковых колебаний убивает большинство микроорганизмов. Интенсивность ультразвукового излучения должна быть не менее 2 вт/см2 при продолжительности озвучивания не менее 5 мин.
Обеззараживание воды фильтрованием. Большинство патогенных микроорганизмов (за исключением вирусов) имеет размер более 1-2 мк. Поэтому фильтрованием воды через фильтры с размерами пор менее 1 мк можно освободить ее от микроорганизмов. Метод этот пригоден только для обеззараживания подземных или хорошо осветленных вод с содержанием взвешенных веществ менее 2 мг/л, так как при большем содержании взвеси последняя быстро закупоривает поры фильтра, что приводит к резкому снижению его пропускной способности.
В качестве обеззараживающих используют так называемые ультрафильтры из микропористой керамики или фарфора (фильтры Беркефельда, Шамберлена и др.), фильтры с асбестоцеллюлозными фильтрующими пластинами (фильтры Зейца), мембранные ультрафильтры и др.
Ниже рассматриваются методы обеззараживания, получившие наибольшее распространение в практике очистки воды.
Глава 6.
Экономическое обоснование проектируемой станции очистки питьевых вод*
§ 1.6 Расчёт капитальных затрат на новую очистную станцию*
1. Капитальные затраты для аэрационных сооружений – 5 млн.530тыс.руб.
2. Капитальные затраты для одноступенчатой схемы очистной схемы очистки природной воды – 4млн. 400тыс. руб.
3. Капитальные затраты на строительство – 7 млн. руб.
4. Стоимость блоков реагентного хозяйства 4млн. 250тыс.руб.
5. Стоимость блоков очистки и обеззараживания воды 5 млн. 400 тыс. руб.
6. Стоимость вспомогательного оборудования – 2 млн.875 тыс. руб.
Таким образом, капитальные вложения по новой станции: 29млн.455тыс.руб.
Капитальные вложения базового варианта: 25 млн. 300тыс. руб.
Расчёт себестоимости новой станции:
Он складывается из расходов:
а) На электроэнергию и топливо = 1млн.255тыс.руб.
б) Амортизационные отчисления = 843 тыс.руб.
в) Материалы и химические реагенты = 1млн. 086тыс.руб.
г) Заработная плата = 1 млн. 611 тыс. руб.
д) Цеховые и прочие расходы = 843 тыс. руб.
Себестоимость новой очистной станции
СН = 1млн. 255 тыс. + 843 тыс. + 1 млн. 686 тыс. + 253 тыс. + 1 млн. 011 тыс. руб. + 843 тыс. руб. = 5 млн. 891 тыс. руб.
СН = 5 млн. 891 тыс. руб.
Базовая себестоимость очистной станции СБ = 7 млн. 460 тыс. руб.
*Основные положения расчёта и затраты заимствованы из издания: «Справочника по современным технологиям очистки природных и сточных вод и оборудованию. Мин. Экологии и энергетики, Дания. Отдел по Сотрудничеству Дании и России в области окружающей среды в Восточной Европе, 2001 год.
Расчёт годового экономического эффекта
Годовой экономический эффект в данном случае определяется по разности приведённых затрат в сравниваемых вариантах:
ЭТ = (СБ – ЕН ∙ КБ) – (СН + ЕН ∙ КН)
СН;СБ = себестоимость по вариантам
КБ;КН = капитальные вложения по вариантам
ЭТ = (7 млн. 460 тыс. + 0,15 ∙ 25 млн. 300 тыс.) – (5 млн. 891 тыс. + 0,15 ∙ 29 млн. 455 тыс.) = (7 млн. 460 тыс. + 3 млн. 795 тыс.) – (5 млн. 891 + 4 млн. 418 тыс.) = 11 млн. 255 тыс. – 10 млн. 309 тыс. = 946 тыс. руб.
Срок окупаемости капитальных вложений определяем по формуле:
Срок окупаемости З года
Коэффициент экономической эффективности капитальных вложений:
Глава 7
Заключение
1. В результате проведённой работы обоснован выбор типа очистной станции питьевых вод для г. Электроугли Ногинского района Московской области
2. Разработан генеральный план водоочистной станции на 10 тыс. м3/сутки
3. Разработан поэтажный план здания водоочистной станции.
4. Разработана безнапорная высотная схема водоочистной станции и её компоновка.
5. Проведён подбор осветлителей и расчётным методом определены их размеры
6. Проведены выбор типа фильтров и определены их размеры
7. Определены технологические параметры водоочистной станции.
Список литературы.
1. Пособие по проектированию сооружений для очистки и подготовки воды. СниП 2.04.02 – 84 - М.; Центральный институт типового проектирования, 1989;
2. Серебряков Н.Б. Проектирование водопроводных сооружений - М.; Стройиздат, 1984;
3. Карюхина Т.А., Чуранова И.Н. Контроль качества воды, Учебник, -М.; Стройиздат, 1986;
4. Фрог Б.И., Левченко А.П. Водоподготовка. – М.; изд. МГУ, 1996
5. Яковлев С.В. и др. Водоотведение и очистка сточных вод. Учебник, - М.; Стройиздат,1996;
6. СниП 2.04.02 – 84 Водоснабжение, наружные сети и сооружения. – М.; Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000;
7. Сан ПиН 2.1.4.559 – 96 Питьевая вода. – М.; инф.изд Центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996;
8. Николадзе Г.И., Солов М.А. Водоснабжение. – М.; Стройиздат, 1995;
9. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод. – М.; Высш. шк.,1987;
10. Оводов В.С. Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. – М.; Колос, 1984;
11. Смягин В.Н., Небольсина К.А., Беляков В.М. Курсовое и дипломное проектирование. – М.; Агропромиздат, 1990;
12. Карамбиров Н.А. Сельскохозяйственное водоснабжение. – М.; Анропромиздат, 1996;
13. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев; Высш. шк., 1981;
14. Расчет проектирования систем водохозяйственного. – М.; Колос, 1995;
15. Клячко В.А., Апельнин И.Э. Очистка природных вод. Изд. лит. По строительству. – М.; 1979.
Проверка результатов анализа.
Приступая к изучению анализов воды, необходимо прежде всего убедиться в их правильности.
Правильность определения физических свойств (температуры. цветности, мутности или прозрачности, запаха и вкуса) может быть проверена только при поммощи повторных определений в аналогичных условиях; поэтому проектировщик, как правило, должен иметь серии анализов для одних и тех же точек и условий отбора. При количественной оценке мутности воды следует помнить, что этот показатель имеет наибольшую ценность при сравнении проб, но дает лишь приближенное представление о фактическом содержании взвешенных веществ. Последние для расчетных грязевых нагрузок должны быть определены весовым способом.
Для контроля химического анализа сравнивают суммарное количество всех нелетучих составных частей, определенных анализов, с величиной сухого остатка. Естественно, что из –за неточностей в определениях всегда будет наблюдаться разница в сравниваемых величинах. Но, как правило, вес сухого остатка оказывается не более чем на 7 – 12 % выше суммы ионов солей. Такового рода контроль исключает возможность появления ошибки в анализе, а в отдельных случаях указывает на необходимость дополнительных определений.
Не следует забывать, что при вычислении суммы ионов солей нужно брать только половину найденного анализом содержания НСО3-.
Сумма всех нелетучих в мг / л по анализу определяется из выражения
Р = Сl- + SO4-2 + ½ НСО3-2 + Са2+ +Мg2+ + Nа+ ( 2 )
Величину Nа+ находят по разности содержания отрицательных и положительных ионов. При нормальной форме выражения концентрации ( в мг – экв /л ) имеем
где К+ + Na+ - определяемое по разности содержание калия и натрия в мг – экв/л;
Σа – сумма мг – экв анионов ;
ΣКОПР– сумма мг – экв катионов, включенных в анализ.
Сумму щелочных ионов К+ + Nа+, выраженную в мг – экв/л, пересчитывают в мг /л по эквивалентному весу Nа+, равному 23, и вводят в формулу ( 2 ). Такой пересчет приводит к сравнительно небольшой ошибке, обычно не превышающей 1,6 % суммы всех составных частей общего солесодержания ( содержание К+ + Nа+ в общей сумме ионов, так же как и К в сумме К+ + Nа+, составляет не более 20 % ).
Кроме общего контроля анализа по сухому остатку следует сопоставить результаты некоторых отдельных определений.
1) Содержание в воде СО3-2, НСО3- и свободной СО2 сопоставляют с величиной рН. Зависимость между этими величинами применительно к открытым источникам, не содержащим СО3-2, с температурой природной воды 22С, определяют из формулы рН = 6,37 – lgCco 2 + lgC нсо3- + lgf (1) , ( 4 ).
где Ссо2 – концентрация свободной углекислоты в мг / л ;
Снсо3 – концентрация НСО3- в мг /л ;
f(1) – коэффициент активности НСО3-.
Использование номограммы ( рис 1.2, существенно облегчает проверку определения СО2, НСО3- и рН. Например, по таблице 1 при [CO2 ] = 22 мг /л щелочность определяемая концентрацией НСО3, равна 2 мг /л ; для этих значений по номограмме ( при t = 20С ) имеем, что рН такой воды должно быть равно 6,9. Прямое определение показало, что рН = 7. Таким образом, отклонение составляет 0,1. Допустимая разница не должна превышать 0,2. Следовательно, аналитические определения СО2, НСО3 и рН проведены правильно.
Если в воде кроме НСО3- и СО2 находятся анионы других слабых кислот ( НSiO3-, НS-, Н2РО4-, органических ) или анионы СО3, а также при наличии только СО2 ( тогда рН <4 ), изложенная методика неприемлема.
2) Если в результате анализа обнаружена высокая окисляемость воды, то нужно проверить, не связано ли это с повышенным содержанием легкоокисляющихся закисного железа или сероводорода. Наличие сероводорода требует дополнительного количественного определения Н2S.
Высокая окисляемость при повышенном содержании Сl- и при наличии NН2- и NН4+ , сопровождаемая бактериальным загрязнением, определенно говорит о санитарной недоброкачественности воды, связанной с бытовыми стоками.
Например, сопоставление окисляемости воды в анализе из таблицы 1 с содержанием Сl-, NО2- и NН4+ говорит о благополучном санитарном состоянии воды: нормальные концентрации Сl-, SO42-, сочетаются с отсутствием ионов азотистой кислоты и аммиака. Если бы окисляемость была повышенной ( например, 50 – 100 мг /л О2 ), то при тех же показателях химического анализа можно было бы судить о вероятно высокой цветности воды за счет содержания в ней органических гуминовых кислот или же ( применительно к подземным водам ) о возможном наличии сероводорода.
3) При отдельном определении общей жесткости воды дополнение следует сопоставить ее величину, полученную экспериментально, с суммой Са2+ + Мg2+. Так же нужно сопоставить значения карбонатной и устранимой жесткостей, если последняя дается в анализе. Устранимая жесткость, как правило, меньше карбонатной ( численно равной содержанию НСО3- ) на 0,3 – 0,6 мг – экв / л, а при высокой степени минерализации воды – и более.
Если в распоряжении проектировщика имеется полный анализ воды с определением содержания всех ионов, включая К+ и Nа+, то основной проверкой правильности анализа является сопоставление сумм мг – экв катионов и анионов ; при этом
( 5 )
Дата: 2019-05-29, просмотров: 166.
