Сооружения для отстаивания и фильтрации воды.

Методы осветления воды, условия применения и факторы,влияющие на эффективность коагуляции

Осветление воды - это удаление из воды взвешенных и коллоидных веществ, которые окрашивают воду и делают ее мутной. Необходимость осветления и обесцвечивания, а так же обессоливания воды во многом зависит от целей последующего ее использования. Кроме того, перед очистными сооружениями могут быть поставлены и задачи по дегазации или устранению запахов и привкусов природной воды. Для осветления воды на станциях водоочистки применяется две технологии: это мембранное фильтрование и осаждение. Фильтрование происходит за счет задержки частиц взвеси снаружи или внутри пористой фильтрующей среды, в то время как осаждение представляет собой процесс выпадения взвешенных веществ в осадок, для чего не осветленную воду задерживают в специальных отстойниках. Взвешенные частицы осаждаются под действием силы тяжести. Преимущество осаждения - это отсутствие дополнительных энергозатрат при осветлении воды, причем скорость течения процесса напрямую зависит от параметров частиц. При уменьшении размера увеличивается время осаждения, то же правило работает и при изменении плотности взвешенных частиц. Осаждение целесообразно применять для осаждения тяжелых, крупных взвесей. Фильтрование может обеспечить практически любое качество осветления воды. Однако, при этом способе осветления воды необходимы дополнительные затраты энергии, которые служат для преодоления гидравлического сопротивления пористой среды, которая накапливает взвешенные частицы и со временем повышает сопротивление. Для предотвращения этого необходимо проводить профилактическую очистку пористого материала, которая восстанавливает первоначальные свойства фильтра. С увеличением концентрации взвешенных веществ в воде повышается и необходимая степень осветления. Эффект осветления может быть повышен при использовании химической обработки воды, что обуславливает применения вспомогательных процессов, таких как: коагуляция, флокуляция и химическое осаждение. Коагуляция– образование и осаждение в жидкой фазе гидроксидов железа или алюминия с адсорбционными на них коллоидами загрязнений и соосажденными гидроксидами тяжелых металлов. Коагуляция – образование и осаждение в жидкой фазе гидроксидов железа или алюминия с адсорбционными на них коллоидами загрязнений и с осажденными гидроксидами тяжелых металлов. Флокуляция – процесс агрегации частиц, основанный на их взаимодействии с молекулами высокомолекулярного вещества, которое называют флокулянт.

Факторы, влияющие на процесс коагуляции

-вид и дозы реагентов

-активная реакция среды(при увеличении рН скорость коагуляции уменьшается)

-темература и щелочность среды

-быстрота смешивания и условий перемешивания коагулянта с водой

-солевой состав воды

-содержание в воде извести

-наличие взвешенных веществ

 

Нормирование остаточных количеств реагентов.

После проведения коагуляции и других методов очистки воды судят об эффективности проведенных мероприятий. Об эффективности косвенно можно судить по наличию в воде остаточного хлора по отношению к хлорпоглощаемости воды. Допустимая концентрация свободного хлора до 0.5мг/л, а для связанного до 1,2. Также определяют хлороформ (0.2). Если обеззараживание проводилось озоном, то определяют остаточную концентрацию озона (0.3) и формальдегида (0.05).

 

Сооружения для отстаивания и фильтрации воды.

Первым этапом осветления водопроводной воды, прошедшей или не прошедшей коагуляцию, является осаждение взвешенных веществ в отстойниках. В отстойнике движение воды замедлено при увеличении сечения потока. Осаждением удается удалить из воды грубодисперсные примеси (частицы размером до 0,01 мм). В зависимости от направления движения воды различают горизонтальные и вертикальные отстойники.

Горизонтальный отстойник (рис. 5.2) представляет собой прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, снабженный приспособлениями для сообщения воде ламинарного течения. Дно горизонтального отстойника имеет наклон в сторону входной части, где находится приямок для сбора осадка. Осветляемая вода поступает через водосливной лоток и далее через дырчатую перегородку с одной из торцовых сторон отстойника, а выходит с другой торцовой стороны также через дырчатую перегородку и затем через лоток. Обычно отстойник разбивают на ряд параллельно работающих коридоров шириной не более 6 м.

Вертикальный отстойник (рис. 5.3) - резервуар конической или пирамидальной формы. В центре резервуара помещается металлическая труба, в верхнюю часть которой поступает осветляемая вода. При включении в схему обработки воды процесса коагуляции центральная труба служит камерой хлопьеобразования. Пройдя ее сверху вниз, осветляемая вода поступает в зону осаждения, которую проходит по всему ее сечению снизу вверх с небольшой скоростью.

Осветленная вода переливается через борт отстойника в круговой желоб. Осадок, накапливающийся в нижней части отстойника, периодически (1-2 раза в сутки) удаляют без выключения отстойника из работы, открывая задвижку на выпускной трубе. Скорость восходящего потока воды в вертикальном отстойнике определяется по данным лабораторного эксперимента с водой источника или по данным эксплуатации отстойников, работающих в аналогичных условиях; обычно она составляет 0,4-0,6 мм/с. Преимуществом вертикальных отстойников является малая площадь.

 

Фильтрование воды осуществляют двумя принципиально разными методами. Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтрующей загрузки. Вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. 3атем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому осадку, состоящему из минеральных и органических веществ (биологическая пленка). Образованию пленки способствуют малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фитопланктона. Толщина пленки достигает 0,5-1 мм и более.

Биологическая пленка играет решающую роль в работе так называемых медленных фильтров. Помимо задерживания мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии (уменьшая их количество на 95- 99%), обеспечивает снижение окисляемости (на 20-45%) и цветности (на 20%). Постепенное утолщение пленки вызывает сопротивление фильтрованию - так называемую потерю напора, что требует периодической чистки медленного фильтра (снятие с его поверхности пленки и верхнего слоя песка). Медленные фильтры, простые в устройстве и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями городских водопроводов в начале XIX века. В дальнейшем в связи с ростом водопотребления и мощностей водопроводов они уступили место скорым фильтрам, преимуществами которых являются большая производительность и меньшая площадь. С развитием централизованного водоснабжения в сельской местности роль медленных фильтров как простых и надежных сооружений для подготовки питьевой воды возрастает.

Медленные фильтры сооружают с фильтрующим слоем из кварцевого песка высотой 800-850 мм и поддерживающим слоем гравия или щебня высотой 400-450 мм. Профильтрованная вода собирается дренажной системой, расположенной на дне фильтра. Фильтр вручную очищают через 10-30 сут, снимая верхний слой песка толщиной 15- 20 мм и подсыпая свежий. В течение нескольких дней после очистки фильтра до образования биологической пленки фильтрат идет на сброс.

Объемное фильтрование, осуществляемое на скорых фильтрах, является физико-химическим процессом. При объемном фильтровании механические примеси проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на поверхности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равномернее они распределяются.

В результате уменьшения размера пор возрастает сопротивление загрузки при фильтровании, происходит потеря напора. Время от начала работы фильтра до достижения предельной потери напора, при которой фильтр должен быть выключен на промывку, называется временем фильтроцикла, или фильтроциклом. Время, в течение которого фильтр выдает воду надлежащего качества, называется временем защитного действия загрузки. Темп потери напора и качество фильтрата, как это видно на рис. 5.4, непропорциональны. Для санитарной надежности фильтра необходимо так подбирать режим его работы и параметры загрузки, чтобы время фильтроцикла было мень-

ше времени защитного действия загрузки. В практике питьевого водоснабжения их соотношение должно быть примерно 1:0,8.

Для нормальной работы фильтра важно, чтобы скорость фильтрования была постоянной в течение всего фильтроцикла, т.е. не уменьшалась по мере загрязнения фильтра. С этой целью на трубопроводе, отводящем фильтрованную воду, устанавливают автоматически работающие регуляторы скорости фильтрации, благодаря которым через фильтр проходит все время постоянное количество воды.

Устройство скорого фильтра показано на рис. 5.5. Коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает через боковой карман в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои и через распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании фильтроцикла производится промывка фильтра.

Промывку производят обратным током чистой профильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7- 10 раз больше скорости фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее. Зерна расширившейся загрузки хаотично двигаются, ударяются друг о друга, сорбированные на них загрязнения попадают в промывную воду, которая вместе с загрязнениями переливается через кромки сборных желобов, расположенных над поверхностью фильтрующей загрузки, и отводится по ним в водосток. Продолжительность промывки скорых фильтров 5-7 мин. Принцип работы двухпоточных фильтров АКХ (см. рис. 5.5, б) заключается в том, что основная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть (30%), как и в обычных фильтрах, - сверху вниз. Благодаря этому основная масса загрязнений задерживается в нижней наиболее крупнозернистой части фильтра, имеющей большую грязеемкость. Толщина фильтрующего слоя в фильтре АКХ 1,45- 1,65 м. На глубине 0,5-0,6 м от поверхности фильтрующей загрузки устанавливается трубчатый дренаж, через который отводится профильтрованная вода.

При промывке фильтра АКХ сначала в течение 1 мин подают промывную воду в дренажное устройство для взрыхления верхнего слоя песка, затем в течение 5-6 мин - через распределительную систему, расположенную на дне фильтра. Грязная вода, как и в обычных фильтрах, собирается в желобе и отводится в водосток. Фильтры ДДФ конструктивно отличаются от фильтров АКХ двухслойной загрузкой (антрацит и песок, керамзит и песок) в наддренажном слое. В фильтрах АКХ и ДДФ задерживающая способность фильтрующей загрузки используется по всей ее высоте, что позволяет повысить скорость фильтрации до 12-15 м/ч и увеличить производительность фильтра на 1 м² поверхности в 2 раза. В практике водоподготовки с целью интенсификации работы очистных сооружений используется коагуляция в зернистой загрузке скорых фильтров (контактная коагуляция), описанная выше.

Контактная коагуляция особенно эффективна при смешивании коагулянта с обрабатываемой водой непосредственно перед ее введением в зернистую загрузку. При этом расход коагулянта снижается на 20%. Температура воды не влияет на контактную коагуляцию, хотя имеет большое значение при коагуляции в свободном объеме. Применение контактной коагуляции целесообразно при низких концентрациях взвеси в воде и отсутствии щелочного резерва. Сооружения, в которых используется метод контактной коагуляции, называются контактными осветлителями (см. рис. 5.5, в).

Для контактных осветлителей не нужно строить камеры хлопьеобразования и отстойники, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз и сократить капитальные затраты. Раствор коагулянта вводят в воду перед ее подачей на фильтрацию.

Очистные сооружения водопровода для осветления и обесцвечивания воды способны, кроме того, задержать до 90% находящихся в воде бактерий и вирусов. После осветления и обесцвечивания с помощью физических и физико-химических методов вода по органолептическим свойствам и химическому составу должна соответствовать нормативам питьевой воды, но для достижения эпидемической безопасности необходимо обеззараживание.