Требования к качеству питьевой воды и ее санитарно-бактериологический анализ являются основными исходными данными для проектирования очистных сооружений.Качество питьевой воды должно удовлетворять ГОСТ 2874—54 «Вода питьевая» (табл. 1).
Требования к качеству питьевой воды и ее санитарно-бактериологический анализ являются основными исходными данными для проектирования очистных сооружений.Качество питьевой воды должно удовлетворять ГОСТ 2874—54 «Вода питьевая» (табл. 1).
На промышленных предприятиях вода расходуется на самые различные нужды, но преимущественно ее используют для следующих основных целей.Содержание взвеси в воде, направляемой в холодильники, применяемые на металлургических заводах, должно отвечать более строгим требованиям, которые дифференцируются в зависимости от типа холодильника (табл. б).
Для приготовления и поливки гидротехнического бетона может использоваться без предварительного опробования любая вода, пригодная для питьевых целей. Применение производственных сточных и болотных вод для приготовления и поливки бетона не допускается. Минерализованные природные воды могут приме- няться для приготовления и поливки гидротехнического бетона, если показатели их химических свойств удовлетворяют требованиям ГОСТ 4797—64 (табл. 8).
Качество воды в природном источнике и в водопроводе после очистки определяется по данным анализа, при этом проба должна отражать действительный средний состав воды. Для полного анализа (табл. 10) берут 3—4 л воды, для сокращенного анализа — 1 л.
Состав очистных сооружений определяют исходя из результатов анализов исходной воды и тех требований, которые предъявляются к качеству очищенной воды. При устройстве хозяйственно-питьевого водоснабжения сооружения для очистки воды должны в конечном итоге обеспечить качество воды, отвечающее ГОСТ 2874—54 (см. главу I).
Высотная схема очистной станции — это графическое изображение в профиле всех ее сооружений с взаимной увязкой высоты их расположения на местности. Такая схема позволяет установить зависимость между уровнями воды и основными отметками сооружений станции.
Скорости движения воды, равные 1,8—2 м/сек, принимают только для напорных линий, подающих промывную воду к фильтрам, во избежание назначения большого диаметра труб.Данные табл. 12 и 13 позволяют ориентировочно определить при разработке предварительной схемы все необходимые отметки уровней воды на сооружениях очистной станции.
Полная производительность очистной станции — это сумма полезного расхода воды, подаваемой потребителю, и расхода воды на собственные ¡нужды станции. Полезная производительность определяется с учетом пополнения противопожарного запаса воды.
Основные принципы компоновки очистных станций заключаются: а) в обеспечении компактной планировки всех сооружений и служебных помещений; б) в создании условий самотечного движения воды по всему комплексу сооружений станции.
Для ускорения выпадения взвеси применяется коагулирование, осуществляемое путем добавки в обрабатываемую воду химических реагентов (коагулянтов), образующих хлопья, которые, оседая, увлекают з а собой взвесь.
Процесс осветления (коагулирования и осаждения взвеси) можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных фло-кулянтов, в частности, полиакриламида (ПАА).При добавке полиакриламида происходит ускорение слипания агрегативно неустойчивых твердых частиц. Интенсифицирующее действие полиакриламида вызвано адсорбцией его молекул на частицах взвеси и хлопьях коагулянта, что вейет к их быстрейшему укрупнению и ускоряет осаждение.
Кроме того, при устройстве больших установок для транспортирования реагентов со склада к растворным бакам предусматривается прокладка узкоколейного пути для вагонетки.В тех случаях, когда необходимо подщелачивание воды, устанавливают еще два бака для приготовления известкового молока.
Известь характеризуется низкой растворимостью в воде, составляющей при температуре воды 20°С только 1,23 г/л. Вследствие этого приготовление раствора извести целесообразно лишь при расходе ее не более 0,25 т/сутки, так как иначе потребуется аппаратура очень больших размеров. Для приготовления насыщенного раствора извести применяют специальные сатураторы.
Для хранения коагулянта и извести необходимо устройство склада, рассчитанного на 15—30-суточную наибольшую потребность в реагентах.
В настоящее время большинство фильтровальных станций пользуется либо неочищенным сернокислым алюминием — глиноземом (ГОСТ 5155—49) в виде кусков неправильной формы с содержанием от 30 до 35% А12(504)з и нерастворимого остатка не более 23%, либо очищенным сернокислым алюминием (сорт В по ГОСТ 12966—67) в виде плиток.
Аппараты для дозирования растворов реагентов подразделяются на два основных типа: 1) дозаторы постоянной дозы, устанавливаемые на водоочистных станциях с равномерным расходом воды; .2) дозаторы пропорциональной дозы, при помощи которых достигается автоматическое изменение дозы реагента при изменениях расхода обрабатываемой воды.
В отечественной практике применяют следующие типы смесителей: 1) шайбовый; 2) вертикальный (вихревой); 3) дырча тый; 4) перегородчатый.Шайбовый смеситель. Наиболее удобный способ ввода раствора реагента в напорный трубопровод достигается при помощи шайбового смесителя, т. е. вставки-диафрагмы, в которой создается пониженное дайление. Расчет подобного устройства — сужения участка трубопровода — изложен в § 12.
Камеры хлопьеобразования служат для перемешивания воды и обеспечения более полной агломерации мелких хлопьев коагулянта в крупные хлопья.Установка камеры хлопьеобразования необходима перед горизонтальными и вертикальными отстойниками. В тех случаях, когда вместо отстойников применяются осветлители со взвешенным осадком, устройство камер хлопьеобразования излишне, так как процесс образования хлопьев протекает в самом осветлителе, непосредственно в слое взвешенного осадка.
При применении встроенных камер хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка расчетную скорость осаждения взвеси в горизонтальном отстойнике при обработке мутных вод нужно принимать ла 30% более высокой и при обработке маломутных вод на 20% большей по сравнению с величинами, приведенными в “табл.27.
Вода, поступающая для окончательного осветления на фильтры, после выхода из отстойников (или осветлителей) должна содержать не более 8—12 мг/л взвешенных веществ. После фильтрования мутность .воды, предназначенной для питьевых целей, не должна превышать 2 мг1л (ГОСТ 2874—54).
По характеру механизма задержания взвешенных частиц различают два основных вида фильтрования: 1) через образующуюся на поверхности зернистой загрузки пленку; 2) через толщу песчаной загрузки (без образования пленки), в которой взвешенные частицы извлекаются из воды и задерживаются на зернах песка под действием сил прилипания.
Площадь одного фильтра будет 240:8=30 м2 с размером в плане 5,4X5,55 м.Следовательно, скорость фильтрования при форсированном режиме отвечает требованиям табл. 34.Подбор состава загрузки фильтра. Загрузка фильтра принята согласно данным табл. 32 и 34. Высота фильтрующего слоя /гф=700 мм с минимальным диаметром зерен 0,5 мм и максимальным 1,2 мм. Эквивалентный диаметр зерен йэ—0,7 мм, а коэффициент неоднородности /Сн=2.
Промывка скорых фильтров в восходящем потоке воды не исключает накопления в загрузке остаточных загрязнений в виде комьев, неотделимых от зерен песка, особенно у поверхности фильтрующего материала. Устранить это явление можно, подавая часть промывной воды сверху по специальному устройству, размещаемому над поверхностью фильтрующей загрузки. Такое устройство называют системой для верхней промывки фильтра.
Перед резервуаром 2 находится распределительный колодец 5, в котором размещены шандоры, позволяющие в случае необходимости выключить одну половину резервуара. Из резервуара 2 вода поступает в распределительную камеру 6, откуда по отдельным трубопроводам направляется в отстойники 3 промывной воды, разделенные струенаправляющиади перегородками, .на два коридора.
Кварцевый песок, используемый в качестве загрузки фильтра, должен быть очищен от примесей и иметь определенный гранулометрический состав (см. табл. 32).В установках пескового хозяйства предусматривается подготовка карьерного песка как для первоначальной загрузки фильтров, так и для ежегодной его догрузки в размере 10% общего объема песчаного фильтрующего материала. Кроме того, необходима периодическая отмывка загрязненной загрузки.
Основным недостатком обычных скорых фильтров является быстрое загрязнение верхних слоев загрузки мелкозернистого песка, в которых задерживается наибольшее количество взвешенных частиц. Поэтому грязеемкость остальной части песчаной загрузки, т. е. способность задержания взвеси между очередными промывками, остается недоиспользованной.
Контактный осветлитель представляет собой сооружение для осветления и обесцвечивания воды, совмещающее функции камеры хлопьеобразования, отстойника и скорого фильтра. Действие контактного осветлителя основано на принципе «контактной коагуляции», которая происходит при фильтровании воды через зернистую массу (если введен коагулянт).
Напорный фильтр представляет собой закрытый стальной ре->вуар (вертикальный или горизонтальный), рассчитанный на реннее давление до 6 ати. В ряде случаев это позволяет пода-профильтрованную воду в разводящую сеть труб с достаточ-■¡пором.
Предложенные Г. Н. Никифоровым напорные сверхскоростные фильтры позволяют достигать скорости фильтрования от 25 до 50 м/ч (и даже до 75 м/ч).Ввиду того что производительность фильтра лимитируется его размерами и при максимально допустимом диаметре фильтра 3 м не превышает 150 м3/ч, Г. Н. Никифоров предложил батарейную компоновку напорных фильтров (рис. 57) с автоматической системой промывки, работающих по принципу сверхскоростного фильтрования. Все фильтры, входящие в блок (рис. 58), связаны единым гидравлическим режимом и оборудованы автоматическим дистанционным управлением.
Хлорноватистая кислота, будучи нестойким соединением, разлагается с выделением атомарного кислорода, т. е.Таким образом, обеззараживающий эффект хлорирования объясняли окисляющим действием атомарного кислорода, разрушающим вещество бактерий. Теперь установлено, что бактерицидный эффект в малой степени зависит от действия атомарного кислорода.
Заданным источником водоснабжения является река. Для обеззараживания воды из реки или водохранилища расчетную дозу хлора надо принимать более высокой, чем при обеззараживании воды из подземного источника.
В силу этих причин для водопроводных станций с постоянным расходом хлора более 15 кг/ч (производительность станции 60 тыс. м3/сутки) рекомендуется устраивать установку для перелива и роз- -лива жидкого хлора из железнодорожных цистерн по схеме, показанной на рис. 63.
Наиболее распространенным способом обеззараживания питьевой воды в настоящее время является хлорирование. Однако этот способ не свободен от ряда недостатков. Токсичность хлора требует особых мер предосторожности при его транспортировании, хранении и дозировании. Необходим постоянный контроль за дозой хлора. Величина остаточного хлора в воде, составляющая 0,3— 0,5 мг/л, как это предусматривает ГОСТ 2874—54, не всегда обеспечивает надлежащий эффект обеззараживания воды в случае повторного бактериального загрязнения. В то же время повышение величины остаточного хлора ухудшает вкус воды и придает ей неприятный запах. Обеззараживающее действие хлора проявляется не мгновенно, а требует двухчасового контакта хлора с водой.
С>1 — расчетный расход воды через одну секцию установки в м3/ч.Пример. Рассчитать бактерицидную установку с погруженным источником излучения при заданной ее производительности С?Час = —180 м3/ч.Величина принимаемая в соответствии с характеристикой ламп (см. табл. 51), для ПРК-7 составит 35 вт.
В 1911 г. состоялся пуск этой станции в действие; в то время она являлась первой, самой крупной озонирующей установкой в мире и обеспечивала обработку 50 тыс. м3/сутки питьевой воды. Однако начавшаяся вскоре мировая война 1914—1918 гг., а затем иностранная интервенция против Советской России не позволили обеспечить поддержание станции на необходимом техническом уровне. Для обеззараживания воды стали применять хлорирование.
Основные расчетные данные. Расчетный расход озонируемой воды (2сУт = 48 500 м3/сутки, или С Час = 2020 мъ/ч.Продолжительность контакта воды с озоном t = 6 мин.Компоновка и расчет блока озонаторов. Принят озонатор трубчатой конструкции производительностью G03 =5500, г/ч.
Умягчение воды может быть осуществлено следующими основными способами: 1) реагентным; 2) катионитовым; 3) термическим.Нередко представляется целесообразным комбинировать эти способы, удаляя часть солей жесткости реагентным способом, а остаток их — катионированием, либо применять реагентный способ в комбинации с термическим способом умягчения воды.
В состав установки для умягчения воды входят следующие сооружения: 1) устройства для приготовления и дозирования растворов реагентов (извести и соды для устранения жесткости воды, коагулянта FeCl3 или FeS04 для ускорения осаждения взвеси); 2) смесители; 3) камеры хлопьеобразования; 4) осветлители со> взвешенным осадком; 5) фильтры.
Необходимая для реагентного умягчения воды известь в виде раствора или известкового молока вводится в нижнюю часть реактора. Зерна контактной массы, служащие центрами кристаллизации карбоната кальция, который получается при умягчении воды, постепенно обволакиваются СаС03, увеличиваясь в диаметре до 1,5—2 мм. Вследствие этого 2 раза в неделю контактную массу приходится частично заменять, выпуская излишек по трубопроводу, примыкающему к нижней части реактора. Свежая контактная масса вводится при помощи эжектора в плоскости верхнего уровня загрузки. Установка с вихревыми реакторами целесообразна только при мутности исходной воды не выше 8—12 мг/л и содержании магния не более 15 мг/л, так как глинистая взвесь и гидроокись магния не задерживаются вихревым реактором. Реакторы применяют для умягчения подземных или поверхностных вод после их осветления, а поэтому коагулянт не добавляется.
Заданная производительность установки (2сУт=4450 м3/сутки, или Рчас=185 м3]ч. Содержание взвешенных веществ в умягчаемой воде не более 5—8 мг/л; цветность не выше 30°.Содержание ионов №+ в исходной воде составляет 15 мг/л.
Ск — концентрация калия в исходной воде в -мг-экв/л (в данном примере Ск =0).Индексом «исх» обозначена исходная вода, а индексом «ф» — фильтрат Н-катионитовых фильтров, тогда Ж0ф =0,03 мг-экв/л и Сйаф =0,01 мг-экв/л.
Под обессоливанием воды принято понимать снижение содержания солей до 1 мг/л, а под опреснением — снижение солесодер-жания до 1000 мг/л, т. е. до нормы, предъявляемой к питьевой воде.Полное обеосоливание необходимо при подготовке воды для питания прямоточных котлов, работающих под высоким давлением (от 100 ати и более).
При выборе способа опреснения и обессоливания воды следует учитывать: солесодержание исходной воды, заданную производительность опреснительной установки, а также стоимость источников тепла, электроэнергии и потребных химических реагентов и материалов. На практике встречается необходимость опреснения воды с общим солесодержан ием от 2000 до 35 000 мг/л.
Ионитовый способ можно рекомендовать для обесооливания вод с общим содержанием солей не более 3000 мг/л при наличии взвеси не более 8 мг/л и цветности не выше 30°.В случаях, когда не требуется глубокого обессоливания воды, а нужно довести ее солесо держание до, нормы, предъявляемой к питьевой воде, т. е. только опреснить воду, применяют ионитовые установки с одной ступенью катионитовых и айионитовых фильтров.
Значения а, т, Ь и у приведены в табл. 66.При частичном обессоливании, когда не надо удалять из воды кремниевую кислоту, анионит регенерируют кальцинированной содой или бикарбонатом натрия (см. табл. 66). Если обессоливающая установка имеет аиионитовые фильтры с сильноосгаовным анионитом (для извлечения из воды кремниевой кислоты), регенерация осуществляется едким натром.
Простейшая схема установки представляет собой ванну с двумя ионоселективными мембранами в виде микропористых перегородок. Ванна разделена на три камеры с электродами, погруженными в крайние ячейки. После включения тока происходит перенос ионов в крайние камеры — катионов к катоду, а анионов к аноду — и опреснение воды в средней камере.
Основной задачей расчета электродиализной установки является определение: 1) напряжения и силы постоянного тока, подводимого к ваннам; 2) площади мембран и их количества.В 1970 г. Алма-Атинский электромеханический завод МПС изготовил элек-тродиализный опреснитель на 720 мэ/еутки, который эксплуатируется в Новони-колаевске (Запорожская обл.).
В имеющихся опытных установках пока еще малой производительности соленая вода подается насосом под давлением 50— 100 ати. Некоторые исследователи считают этот способ опреснения воды весьма перспективным. Исследования в этом направлении ведутся во ВНИИ ВОДГЕО (проф. В. А. Клячко).
В данной книге не рассматриваются подробно способы опреснения воды, изменяющие ее агрегатное состояние . Отметим, что в настоящее время при высоком солесодержании воды, наибольшим распространением пользуются дистилляционные опреснители. Основная функция их состоит в испарении воды с последующей конденсацией пара, которая и приводит к получению пресной воды.
Как отмечалось в главе I, находящиеся в воде ионы СО HCO"¡ и углекислый газ С02 связаны углекислотным равновесием. Часть свободной углекислоты, находящаяся в равновесии с бикарбонатами, называется равновесной и не вступает в химические реакции. Избыточная свободная (или агрессивная) углекислота в отличие от равновесной весьма активна. Наличие ее в воде вызывает коррозию бетонных сооружений и металлических труб.
Удаление из воды свободной углекислоты необходимо при умягчении воды Н — Na-катионирован ием, при ионитовом способе обессоливания воды и при ее обезжелезивании аэрацией. Для этой цели применяют дегазаторы. Наиболее целесообразны пленочные дегазаторы, загруженные насадкой и оборудованные вентиляторами для принудительной подачи воздуха снизу, т. е. в направлении, встречном по отношению к движущейся сверху вниз воде.
В природных водах может присутствовать двухвалентное (за-кисное) или трехвалентное (окисное) железо. Наиболее часто в воде подземных источников железо встречается в виде бикарбоната закиси железа Ре(НСОз)2, т. е. двууглекислого железа.
В данном примере Дсао =0,64-74+6,5+6=59,9«60 мг/л.Нагрузка на аэратор-смеситель должна быть 50—75 мг/ч на 1 м2. Тогда площадь его поперечного сечения будет .Гаэр =380 : 75 = =5,07 м2.При расчете осветлителя скорость восходящего потока воды следует принимать по табл. 30. Остальные расчетные параметры принимаются такими, как и при обычном осветлении воды.