Подземные воды меловых отложений Туранской плиты и перспективы их использования

По мере накопления осадка в загрузке явление отрыва ранее прилипших  частиц начинает проявляться все  более заметно. Они показывают, что  роль слоев загрузки, расположенных  вблизи от поверхности, в осветлении воды уменьшается. После продолжительной  работы фильтра насыщение этих слоев  осадком становится предельным и они перестают осветлять воду.

Время, в течение которого загрузка способна осветлять воду до требуемой  степени, называется временем защитного  действия загрузки.

1.4.1 Технологическое моделирование  процесса фильтрования

Моделирование технологических процессов  основано на предположении, что при  изменении процесса в определенных пределах физическая сущность явлений, воспроизводимых на производстве, не изменяется и силы, действующие на объект разработки, не меняют своей  природы, а только величину. Технологическое  моделирование особенно эффективно, когда чисто математическое описание процесса затруднительно и эксперимент  является единственным средством его  изучения. В этих случаях применение методов моделирования избавляет  от необходимости экспериментирования  с большим числом возможных вариантов  выбора параметров процесса, сокращает  длительность и объем экспериментальных  исследований и позволяет путем  несложных вычислений найти оптимальный  технологический режим.

Применение методов технологического моделирования в области очистки  воды имеет важное значение как научная основа интенсификации и улучшения работы действующих очистных сооружений. Эти методы указывают на систему сравнительно простых экспериментов, обработка результатов которых позволяет обнаружить скрытые резервы производительности и установить оптимальный технологический режим работы сооружений. Использование технологического моделирования дает также возможность обобщить и систематизировать экспериментальные и эксплуатационные данные по различным типам водоисточников. А это позволяет значительно сократить объем экспериментальных исследований, связанных с проектированием новых и интенсификацией существующих сооружений.

Для проведения фильтрационного технологического анализа необходимо иметь установку, схема которой представлена на рисунке 3. Основным элементом установки  является фильтровальная колонка, оборудованная  пробоотборниками. Для снижения влияния  пристеночного эффекта, а также  для того, чтобы расход воды, отбираемой пробоотборниками, не был больше допустимого  для практических экспериментов  значения, фильтровальная колонка должна иметь диаметр не менее 150...200 мм. Высота колонки принимается равной 2,5...3,0 м, что обеспечивает расположение в ней достаточного слоя фильтрующего материала и образование достаточного пространства над загрузкой для  повышения уровня воды при увеличении потери напора в фильтрующем материале.

Пробоотборники устанавливают  равномерно по высоте загрузки фильтровальной колонки на расстоянии 15...20 см друг от друга. Пробоотборник, расположенный  до входа воды в загрузку, служит для контроля концентрации взвеси в  исходной воде. Пробоотборник, расположенный  за загрузкой, служит для контроля качества фильтрата. Остальные пробоотборники предназначены для определения  изменения концентрации взвеси в  толще зернистой загрузки. Для  получения достоверных результатов  фильтровальная колонка должна иметь  не менее 6 пробоотборников. В ходе проведения опыта обеспечивают непрерывное  истечение воды из пробоотборников. Суммарный расход воды из пробоотборников  не должен превышать 5 % общего расхода  воды, проходящей через колонку. Колонка  оснащается также двумя пьезометрическими  датчиками для определения общей  потери напора в толще фильтрующей  загрузки.

Фильтровальную колонку загружают возможно более однородным зернистым материалом. Желательно, чтобы средний диаметр зерен загрузки составлял от 0,7 до 1,1 мм. Толщина слоя песка должна быть не менее 1,0...1,2 м. Необходимое количество загрузки рассчитывают по формуле

m = r ( 1 - n ) V ,

где m - масса отмытого и отсортированного фильтрующего материала, кг; r - плотность загрузки, кг/ м³; n - межзерновая пористость фильтрующей загрузки; V - требуемый объем загрузки, м³.

После заполнения фильтрующей колонки  фильтрующий материал уплотняют  постукиванием по стенке колонки, пока верхняя поверхность материала  не дойдет до метки, соответствующей  заданному объему загрузки, когда  пористость загрузки будет равна  пористости этого материала в  реальном крупномасштабном фильтре. (5...10 м/ч.)

 

2 Расчетно-технологическая часть

2.1 Применение фильтрующих материалов  в водоподготовке

2.1.1 Основные параметры фильтрующей  загрузки

Фильтрующая загрузка является основным рабочим элементом фильтровальных сооружений, поэтому правильный выбор  ее параметров имеет первостепенное значение для их нормальной работы. При выборе фильтрующего материала  основополагающими являются его  стоимость, возможность получения в районе строительства данного фильтровального комплекса и соблюдение определенных технических требований, к числу которых относятся: надлежащий фракционный состав загрузки; определенная степень однородности размеров ее зерен; механическая прочность; химическая стойкость материалов по отношению к фильтруемой воде.

Степень однородности размеров зерен  фильтрующей загрузки и ее фракционный  состав существенно влияют на работу фильтра. Использование более крупного фильтрующего материала влечет за собой  снижение качества фильтрата. Использование  более мелкого фильтрующего материала  вызывает уменьшение фильтроцикла, перерасход промывной воды и удорожание эксплуатационной стоимости очистки воды.

Важным показателем качества фильтрующего материала является его механическая прочность. Механическую прочность  фильтрующих материалов оценивают  двумя показателями: истираемостью (т.е. процентом износа материала всдледствие трения зерен друг одруга во время промывок - до 0,5) и измельчаемостью (процентом износа вследствие растрескивания зерен - до 4,0).

Важным требованием, предъявляемым  к качеству фильтрующих материалов, является их химическая стойкость по отношению к фильтруемой воде, то есть, чтобы она не обогащалась  веществами, вредными для здоровья людей (в питьевых водопроводах) или  для технологии того производства, где она используется.

Кроме вышеизложенных технических  требований фильтрующие материалы, используемые в хозяйственно-питьевом водоснабжении, проходят санитарно-гигиеническую  оценку на микроэлементы, переходящие  из материала в воду (бериллий, молибден, мышьяк, алюминий, хром, кобальт, свинец, серебро, марганец, медь, цинк, железо, стронций).

Наиболее распространенным фильтрующим  материалом является кварцевый песок - речной или карьерный. Наряду с  песком применяют антрацит, керамзит, горелые породы, шунгизит, вулканические и доменные шлаки, гранодиорит, пенополистирол и др. (таблица 2).

Керамзит представляет собой гранулированный  пористый материал, получаемый обжигом  глинистого сырья в специльных печах (рисунок 4).

Горелые породы представляют собой  метаморфизированные угленосные породы, подвергнутые обжигу при подземных пожарах.

Вулканические шлаки - материалы, образовавшиеся в результате скопления газов  в жидкой остывающей лаве.

Шунгизит получают путем обжига природного малоугленосного материала, - шунгита, который по своим свойствам близок к дробленому керамзиту.

В качестве фильтрующих материалов могут быть использованы также отходы промышленных производств, доменные шлаки  и шлаки медно-никелевого производства.

В качестве фильтрующего материала  на фильтрах также используется пенополистирол. Этот зернистый материал получают вспучиванием в результате тепловой обработки исходного материала - полистирольного бисера, выпускаемого химической промышленностью.

 

Таблица 3. Основные характеристики фильтрующих  материалов

Материалы	Крупность, мм	Насыпная объемная масса кг/см3	Плотность, г/см3	Пористость, %	Механическая прочность, %		Коэффициент формы зер- на
					стираемость	измельчаемость
Кварцевый песок	0.6¸1.8		2.6	42			1.17
Керамзит дробленый	0.9	400	1.73	74	3.31	0.63	-
Керамзит недробленый	1.18	780	1.91	48	0.17	0.36	1.29
Антрацит дробленый	0.8¸1.8		1.7	45			1.5
Горелые породы	1.0	1250	2.5	52¸60	0.46	3.12	2.0
Шунгизит дробленый	1.2	650	2.08	60	0.9	4.9	1.7
Вулканические шлаки	1.1	-	2.45	64	0.07	1.05	2.0
Аглопорит	0.9	1030	2.29	54.5	0.2	1.5	-
Гранодиорит	1.1	1320	2.65	50.0	0.32	2.8	1.7
Клиноптилолит	1.15	750	2.2	51.0	0.4	3.4	2.2
Гранитный песок	0.8	1660	2.72	46.0	0.11	1.4	-
Доменные шлаки	1.8		2.6	44.0			-
Пенополистирол	1.0¸4.0		0.2	41.0			1.1
Габбро-диабаз	1.0	1580	3.1	48.0	0.15	1.54	1.75

 

Указанные фильтрующие материалы  не охватывают всего многообразия местных  фильтрующих материалов, предложенных в последние годы. Имеются данные о применении аглопорита, фарфоровой крошки, гранодиорита и так далее.

Находят применение активные фильтрующие  материалы, которые благодаря своим  свойствам могут извлекать из воды не только взвешенные и коллоидные примеси, но и истинно растворенные загрязнения. Все широко применяют  активные угли для извлечения из воды веществ, обусловливающих привкусы и запахи. Применяют природный  ионообменный материал цеолит для удаления из воды различных растворенных соединений. Доступность и дешевизна этого  материала позволяют все более  широко применять его в качестве загрузки фильтровальных аппаратов. 

 

2.2 Технологическая наладка  комплекса очистных сооружений

Контактные резервуары.

Контактные резервуары служат для  осуществления контакта очищенной  сточной воды с хлором.

Очищенная сточная вода после второченных  отстойников смешивается с хлорной  водой и поступает в контактные резервуары, где и осуществляется контакт в хлорам в течении 30 мин. На скребковых механизмах были восстановлены полупогруженные доски для сбора плавающих вв. В контактных резервуарах производится дополнительное отстаивание, в результате чего выпадает осадок. Осадок, выпавший в контактных резервуарах, не загнивающий и не может привести ко вторичному загрязнению поэтому непрерывное его удаление нецелообразно.

Удалить осадок рекомендовано 1-2 раза в сутки. При подходе скребка, задвижку на трубопроводе удаления осадка открывать, при отходе закрывать. Вынос  взвешенных веществ из контактных резервуаров  не увеличился.

(Рис.1)

На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ. Устройство состоит из цилиндрического корпуса (1), разделенного на отсеки (2), (3) и (4). Нижняя часть корпуса (1) погружена в емкости (5). Отсеки (2) и (4) заполнены насадкой в виде колец и отделены от отсека (3) поддерживающими решетками. Отсек (3) заполнен вертикально установленными пластмассовыми трубами и отделен  от отсека (4) решеткой (6). Жидкость, выходящая  из отсека (3), направляется в центральную  часть отсека (4) конфузором (7). В центральной части отсека (4)установлен эрлифт-аэратор (8), через который осуществляют рециркуляцию активного ила по трубопроводу (9). Под нижней поддерживающей решеткой смонтированы аэраторы (10).

Емкость (5) разделена на зоны: дегазации (11), отстаивания (12) и денитрификации (13). Камеры дегазации и денитрификации емкости (5) сверху закрыты герметичной  крышкой (14). Камера денитрификации (13) снабжена переливом (15.1), который регулирует циркулирующий поток иловой смеси  из отсека (4) вертикально установленными между поддерживающими решетками  пластмассовыми трубами (16) и донной щелью (17). Камера дегазации (11) снабжена переливом (15.2), и в ее центральной  и донной частях имеются щели для  разделения потоков.

Камера отставания (12) состоит из отстойной зоны, в которой смонтированы тонкослойные модули (18) и сборный  лоток осветленной воды (19), и конического  днища (20), из которого отводится активный ил по трубопроводу (9) в отсек (4). Избыток  активного ила удаляют по трубопроводам  с задвижкой (21).

Илоуплотнители

Назначение илоуплотнителей сводится к уменьшению влажности избыточного активного ила. Под ил о уплотнители реконструированы двухъярусные отстойники. Избыточный актив ил подается насосами в илоуплотнители, где он отстаивается, отстойная вода поступает в аэротенк на повторную очистку, а уплотненный ил в камеру № 65 для смешения с сырым осадком перед подачей 8 метантек. В результате того, что у активного ила улучшился иловой индекс, а следовательно улучшились его седиментационные свойства, т.е. улучшились свойства осаждения, уменьшилась влажность уплотненного ила с 88,4% до 88,2%.

Иловые площадки

Иловые площадки предназначено  для обезвоживания и дальнейшей сушки сбреженного осадка. Сбреженный осадок из метантанков по трубопроводу поступает на иловые площадки с искусственным  основанием и дренажными каналами.

Отслоенная вода удаляется через  колодцы- монахи, а часть воды удаляется через загрузку дренажных каналов.

В период обследования было обнаружено, что дренажные каналы загружены  на проектной фракцией щебня, о чем было составлено заключение. В период наладочных работ была полностью произведена перегрузка дренажных каналов, что позволило нормально осуществлять процесс обезвоживания осадков.

Отстойники первичные

Назначение первичных отстойников- выделение нерастворенных примесей. Действия отстойников основываются на принципе отстаивания. Сточная вода после песколовок по лотку направляется в центр отстойника и пройдя по центральной трубе отражательным щитом направляется в сторону и вверх. Скорость воды принимают не более 0,7 мм /с. Нижняя часть отстойника конусная для сбора выпавшего осадка. Удаление осадка из отстойника производиться гидростатическим давлением воды. Во время наладки были произведены мелкие ремонтные работы: восстановлены полупогружные доски и водосливы треугольного профиля. Это позволило улучшить задержание плавающих веществ в отстойнике. Для равномерную распределения потока воды по очередям была произведена регулировка шиберов на распределительной камере. Контроль за равномерным распределением воды по очередям механической очистки производится визуально по переливным гребням и путем химического контроля за данными по выносу взвешенных веществ.