Проект станции водоподготовки для города с населением 185 тыс. человек

     По  принципу перемещения масс воды в  очистных сооружениях различают  самотечные и напорные системы. В  самотечных системах поступающая на обработку вода протекает в них  самотеком вследствие разницы гидростатических уровней, как в различных частях сооружений, так и между отдельными сооружениями. В напорных системах используются сооружения закрытого типа, в которых вода циркулирует под давлением, создаваемым насосной станцией. В практике водоочистки наибольшее распространение получили схемы очистных сооружений с самотечным движением воды.

     В зависимости от качества воды источника  очистные станции водопроводов населенных мест осуществляют очистку воды по одноступенчатым или двухступенчатым  схемам. При одноступенчатой схеме  очистки воды ее осветление производится на фильтрах или в контактных осветлителях (КО). На рис. 4 приведена двухступенчатая схема с использованием хлора со взаимным расположением отдельных сооружений станции осветления и обеззараживания воды для целей хозяйственно-питьевого назначения [2].

     Приведенную схему следует рассматривать как общую принципиальную схему очистных сооружений из поверхностных источников [2].  

 

1 –  реагентное хозяйство; 2 – насосная  станция первого подъема; 3 – хлораторная; 4 – смесители; 5 – камеры хлопьеобразования; 6 – горизонтальные отстойники; 7 – скорые фильтры; 8 – резервуары чистой воды (РЧВ); 9 - насосная станция второго подъема.

Рисунок 1 – Схема компоновки очистных сооружений (двухступенчатая)

       1.2.2 Назначение и виды применяемых реагентов Естественная скорость осаждения коллоидных частиц в воде очень мала, поэтому требуется агломерация коллоидных примесей с образованием относительно крупных частиц.

      Изменение суспензии является результатом  двух процессов: 1) дестабилизации, которая достигается введением реагентов, снимающих действие сил отталкивания; 2) агломерации «нейтрализованных» коллоидов. Термин «коагуляция» принято относить к процессам дестабилизации, а термин «флокуляция» – к агломерации нейтральных коллоидов. Соответствующие реагенты в практике водоподготовки называют коагулянтами и флокулянтами [2].

      Выбор коагулянта.

      Использование неорганических коагулянтов известно с конца XIX века. Было установлено, что при высокой валентности более эффективно коагулирующее действие. Этим объясняется широкое применение трехвалентных солей железа и алюминия в практике водоподготовки. Однако эти коагулянты имеют ряд недостатков: 1) гидролизуясь, они вызывают нежелательные изменения физико-химических характеристик обрабатываемой воды; 2) изменяют рН воды; 3) изменяют электропроводность воды; 4) использование больших доз коагулянта ведет к образованию избыточных количеств осадка; 5) не всегда образуется осадок, обладающий характеристиками, необходимыми для его эффективного осаждения [2].

      Применяют коагулянты не только неорганические, но и органические (альгинаты, крахмал и синтетические - полиэлектролиты). По экономическим соображениям широко используются сульфат алюминия и хлорное железо. Коагулирующее действие этих веществ наблюдается вслед за растворением, но не приводит сразу к образованию гидроксидов, а образуя, например, промежуточные соединения – гидроксиалюминиевые комплексы, обусловливает изменения, необходимые для нейтрализации коллоидов, а также полимеризацию, т.е. образование мостиков между коллоидами, инициируя процессы флокуляции.

      При проектировании станции водоподготовки в качестве коагулянта выбираем сернокислый алюминий (А1₂(SО₄)₃·18Н₂О). Этот коагулянт наиболее часто применяется для осветления и обесцвечивания воды. Сырьем для его получения служат бокситы, глины и серная кислота. Очищенный сернокислый алюминий выпускается трех сортов: высший, 1-й и 2-й. Коагулянт поступает на станцию навалом в закрытых железнодорожных вагонах[2].

      Выбор флокулянта.

      При введении коагулянта в воду начинается образование хлопьев. Их объем, массу, способность к слипанию можно увеличить применением флокулянтов, которые ускоряют реакцию (флокуляцию) и улучшают качество хлопьев (плотность, адгезионные свойства).

      Флокулянты  по составу могут быть неорганические и органические; по способу получения – синтетические или природные; по электрическому заряду – анионные, катионные, неионогенные[2].

      При проектировании станции водоподготовки в качестве коагулянта выбираем полиакриламид (ПАА).

      Технический ПАА - желеобразная масса, образующая с водой гомогенные растворы. В России изготавливают два сорта ПАА - известковый и аммиачный. Первый содержит 6-9% полимера и не более 0,5% кальция, второй – 4-6 % полимера и не более 13% сульфата аммония. Он относится к анионным флокулянтам. Его следует вводить в воду после коагулянта. ПАА применяется в виде раствора с концентрацией полимера 0,1-1%.

      Для интенсификации осветления мутных вод  применяют флокулянты серии К (К-4, К-6). Эти флокулянты представляют полифункциональные полимеры амфотерного типа, содержащие в своем составе карбоксильные, карбоксилатные, амидные и имидные группы.

      Выпускается этот продукт в виде 10-16% вязкой, густой пасты, хорошо растворимой в воде при температуре 10-16°С с образованием щелочных растворов. Дозы принимаются  от 0,5 до 2 мг/л [2].

      Выбор подщелачивающего реагента.

      При недостатке щелочного резерва природной  воды для успешного протекания гидролиза  коагулянта, ее подщелачивают различными реагентами. При этом поддержание  рН>6,5 существенно не только для  снижения коррозионных свойств очищенной воды, но и для уменьшения остаточного содержания в ней алюминия и железа.

      Для подщелачивания и стабилизации воды следует применять известь. При  обосновании допускается применение соды. На станциях в качестве реагента используется негашеная известь (СаО), гидратная известь, или пушонка (в основном Са(ОН)₂). известковое тесто (Са(ОН)₂ + Н₂О). В данном проекте выбираем негашеную известь, так как она более дешевая, чем другие подщелачивающие реагенты. Негашеная известь (комовая и молотая) поступает на станцию навалом в крытых железнодорожных вагонах[2].

      В практике проектирования и эксплуатации водоочистных комплексов известны различные  схемы организации реагентного  хозяйства, которые зависят от получения  продукции с заводов - поставщиков. Схема реагентного хозяйства приведена на рисунке 2 [2].

      1.2.3 Смеситель В комплексе очистных сооружений водопроводов одной из важнейших мест занимают смесительные устройства. Они служат для быстрого и равномерного распределения реагентов во всем объеме обрабатываемой воды для обеспечения наиболее полного его использования и ускорения химических реакций. По принципу действия различают смесители гидравлического и механического типов.

1 – склад коагулянта; 2 – кран-балка с тельфером; 3 – растворный бак; 4 – расходный бак; 5 – насос; 6 – дозатор типа ДИМБА; 7 – воздуходувка; 8 – насос-дозатор.

Рисунок 2 – Схема реагентного хозяйства при сухом хранении коагулянта

     В смесителях гидравлического типа перемешивание  раствора реагента с обрабатываемой водой достигается за счет турбулизации потока. Наиболее широко применяется гидралический тип смесителей. Существует несколько видов конструкций смесителей гидравлического типа: перегородчатый, дырчатый, вихревой, коридорный, диафрагмовый, статический. К механическим смесителям относятся устройства, в которых турбулизация потока достигается вращением лопастей или пропеллеров мешалок электродвигателем. Механические смесители применяются, когда по высотным условиям расположения сооружений нельзя обеспечить перепад уровней воды.

     В данном курсовом проекте выбираем вертикальный (вихревой) смеситель.

     Достоинства вертикального (вихревого) смесителя:

     - высокая скорость перемешивания;

     - небольшое время пребывания воды  в смесителе;

     - малые габариты;

     - небольшие энергозатраты.

     Для водоочистных комплексов с осветлителями рекомендуются вертикальные (вихревые) смесители в виде цилиндрического (или квадратного в плане) резервуара с конической (или пирамидальной) нижней частью при угле наклона 30-45˚. Вниз конуса (или пирамиды) подводят обрабатываемую воду со скоростью 1,2-1,5 м/с и туда же, только с противоположной стороны, через специальные патрубки вводят растворы реагентов [2].

     Вертикальный (вихревой) смеситель приведен на рисунке 3 [2].

     Допускаемая гидравлическая нагрузка на сооружение не должна превышать 1500м³/ч. Время пребывания воды в смесителе должно быть не более 1,5-2 мин.

1 – трубопровод подачи воды на смеситель; 2 – устройство ввода реагента; 3 – трубопровод ввода реагента; 4 – цилиндрическая или квадратная часть смесителя; 5 – конусная или пирамидальная часть смесителя; 6 – сборный карман; 7 – затопленные отверстия; 8 – переливной трубопровод; 9 – сетка; 10 – трубопровод опорожнения; 11 – трубопровод отвода воды; 12 – сборный лоток.

       Рисунок 3 – Вертикальный (вихревой) смеситель

     Центральный угол α между наклонными стенками должен составлять 30-45°.

     Перемешивание воды в смесителе происходит за счет изменения скорости восходящего  потока воды при переходе от узкой (нижней) к широкой (верхней) части смесителя [2].

     Высота  верхней части смесителя с вертикальными стенками h_в должна составлять,1-1,5 м. Скорость восходящего движения воды под водосборным устройством должна быть 30-40 мм/с, благодаря чему частицы реагента находятся во взвешенном состоянии. Отвод воды из смесителя производят периферийным лотком со скоростью 0,6 м/с, дырчатыми трубами или затопленной воронкой  [2].

     Расчет  смесителя сводится к определению  геометрических размеров устройства, а также диаметров подводящего  и отводного трубопроводов, сборных  лотков, сборного кармана и ведется в следующей последовательности  [2].

     1.2.4 Камера хлопьеобразования Для интенсивного осветления и обесцвечивания воды обычно стремятся получить легко оседающие крупные хлопья с сильно развитой поверхностью при минимальном времени их формирования. Механизм процесса хлопьеобразования определяется вероятностью столкновения коллоидных частиц, что зависит от их концентрации, подвижности и упорядоченности движения [2].

     На  размеры образующихся хлопьев, в  процессе медленного перемешивания  обрабатываемой воды, влияют: интенсивность и продолжительность перемешивания; солевой состав воды и ее температура; природа примесей (коллоидные или диспергированные); силы адгезии, удерживающие частицы примесей связанными между собой. Так возрастание концентрации гидрокарбонатов и хлоридов повышает прочность формирующихся хлопьев и, наоборот, увеличение содержания сульфатов понижает ее [2].

     Различают следующие камеры хлопьеобразования:

     1. Встроенные камеры хлопьеобразования  со слоем взвешенного осадка. В практике очистки воды средней мутности и мутных вод значительное распространение получили встроенные камеры хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка. Их устанавливают непосредственно в передней части горизонтальных отстойников. Камеры представляют собой прямоугольные железобетонные резервуары с вертикальными поперечными перегородками и пирамидально-гребенчатым днищем. Распределение воды по площади камеры хлопьеобразования со взвешенным осадком предусматривают с помощью напорных перфорированных труб с отверстиями, направленными вниз под углом 45˚ /2/.

     2. Вихревые камеры хлопьеобразования (рисунок 4). Они выполняются в виде железобетонных резервуаров пирамидального сечения. Принцип работы камеры состоит в перемешивании воды при ее движении снизу вверх за счет значительного уменьшения скорости движения, вызванного резким увеличением площади поперечного сечения.

     В данном курсовом проекте выбираем вихревую камеру хлопьеобразования встроенную в горизонтальный отстойник, так  как основным преимуществом такой  камеры является то, что при наличии вихревого движения воды в ней процесс хлопьеобразования заканчивается в 2-4 раза быстрее, чем в камерах другого типа, что позволяет соответственно уменьшить объем камеры.

     Вихревые  камеры хлопьеобразования проектируются  с вертикальными наклонными стенками (угол между стенками следует принимать в зависимости от высоты камеры в пределах 50-70°). Время пребывания воды в камере принимают 6-12 мин (нижний предел - для мутных вод, верхний - для цветных вод).