Черт. 33. Сооружения для очистки высокомутных вод с плавучим водозабором-осветлителем
1 - плавучий водозабор-осветлитель; 2 - плавучая насосная станция; 3 - трубопровод с шарнирным соединением; 4 - подача первичного хлора и реагентов; 5 - вихревой смеситель; 6 - тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2; 7 - скорый фильтр; 8 - вторичное хлорирование; 9 - резервуар чистой воды; 10 - трубопровод для подачи чистой воды для промывки фильтров; 11 - трубопровод для удаления осадка из тонкослойного осветлителя и скорого фильтра
10.4. В настоящем Пособии рассматриваются вопросы проектирования только специфических сооружений, предназначенных для осветления высокомутных вод. Проектирование остальных сооружений следует производить на общих основаниях.
10.5. Водозаборное сооружение позволяет выделить из воды значительную часть взвеси (до 30-50 %), в основном крупные ее фракции, что облегчает условия работы береговых сооружений для осветления воды и для обработки сбросных вод и осадков. Благодаря малой скорости входа воды в водозаборное сооружение удается избежать попадания в него рыбы.
В отличие от применяемой в настоящее время схемы очистки воды с радиальными отстойниками, оборудованными скребками, в данной схеме нет сооружений с движущимися частями, что упрощает их устройство и эксплуатацию.
10.6. Несмотря на высокую эффективность выделения взвеси в водозаборе-осветлителе, на береговые сооружения может поступать вода со значительным содержанием взвеси (5—10 тыс. мг/л и более). В связи с этим было разработано специальное сооружение - тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2, способный воспринимать указанные нагрузки и обеспечивать достаточно высокий эффект очистки воды. Для полной очистки должны быть использованы фильтры, имеющие грязеемкую загрузку, выполненную из таких фильтрующих материалов, как дробленые цеолиты, керамзит, гранодиорит и т. п.
ПЛАВУЧИЙ ВОДОЗАБОР-ОСВЕТЛИТЕЛЬ
10.7. Плавучий водозабор-осветлитель (черт. 34) представляет собой прямоугольную в плане емкость без донной осадочной части, оборудованную наклонными тонкослойными элементами в виде пакета трубок или пластин (полок).
Черт. 34. Плавучий водозабор-осветлитель
1 - обойма тонкослойных элементов; 2 - ячеистая решетка; 3 - тонкослойные элементы; 4 - шарнирное соединительное устройство; 5 - плавучая насосная станция; 6 - гибкое соединительное устройство; 7 - карман сбора осветленной воды; 8 - желоба для сбора осветленной воды; 9 - понтон
В донной части осветлителя к кромкам тонкослойных каналов прикреплены вертикальные поперечные и продольные перегородки, образующие ячеистые блоки (решетки). Плавучий осветлитель снабжен желобами для сбора осветленной воды, из которых она поступает в сборный карман, соединенный с помощью гибкой трубы или шарнирного устройства со всасывающими линиями плавучей насосной станции. Тонкослойный водозабор-осветлитель удерживается на плаву благодаря понтону.
10.8. Предельно допустимая производительность плавучего осветлителя определяется исходя из следующего соотношения, отвечающего действующим правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами:
?? 5 % ,(37)
при этом
,(38)
где Сз - концентрация взвеси в водоисточнике после водозабора, г/м3;
Со - концентрация взвеси в водоисточнике, г/м3;
Qo - расход воды в водоисточнике, м3/с;
Сосв - концентрация взвеси в воде, забираемой водозабором, г/м3;
Qосв - количество воды, забираемой из водоисточника, м3/с.
Для расчетов величину Сосв следует принимать равной 30-50 % Со. Концентрации следует выражать в г/м3, а расходы - в м3/с.
10.9. Площадь плавучего осветлителя F, м2, следует определять по формуле
,(39)
где ?? - коэффициент, учитывающий толщину тонкослойных элементов; ?? = 1,1-1,4 в зависимости от толщины стенок тонкослойных каналов;
Q - производительность плавучего осветлителя, м3/ч;
?? - угол наклона тонкослойных каналов, 45—60о;
??кр - критическая скорость движения потока в наклонных каналах, мм/с:
??кр = k uo ,(40)
где k - коэффициент, равный 40-60;
uo - скорость выпадения взвеси, принимаемая 0,12-0,15 мм/с (в соответствии со СНиП 2.04.02-84).
10.10. При расчете тонкослойных элементов следует исходить из условий:
принимается равным 15-20;
Re = ?? 500 ,(41)
где l, Н - соответственно длина и высота наклонных элементов, мм;
Re - число Рейнольдса;
?? - кинематическая вязкость воды, зависящая от ее температуры, мм2/с.
Высоту Н следует принимать равной 4-10 мм (предпочтительно 6-8 мм).
10.11. Устанавливаемая в нижней части водозабора-осветлителя крупноячеистая решетка имеет прозоры 30??30 см и высоту 25—30 см.
Решетка предохраняет тонкослойные каналы и выравнивает поток воды перед входом в них. Расстояние от низа решетки до дна водоема в месте водозабора должно быть не менее 120 см.
10.12. Сбор осветленной воды целесообразно осуществлять посредством желобов с треугольными водосливами с углом ?? = 90о. Расстояние между осями желобов lж = 2,5-3,0 м. Поперечное сечение одного желоба Fж, м2, следует определять по формуле
,(42)
где Q - расход воды, подаваемой плавучим водозабором-осветлителем, м3/с;
nж - число желобов;
??ж - скорость движения воды на выходе из желобов, равная 0,5-0,6 м/с.
Для водозаборов малой производительности (до 10-15 тыс. м3/сут) сбор осветленной воды может осуществляться периферийными или радиальными желобами. Для равномерного сбора воды желобами расстояние между верхом тонкослойных элементов и низом треугольных вырезов водосливов в желобах должно быть равным 35-50 см.
10.13. Разность отметок уровней воды в водоисточнике и в сборном кармане составляет 5—10 см.
10.14. Конструкция понтона плавучего водозабора-отстойника должна обеспечивать устойчивость сооружения. При расчете понтона следует учитывать гидроморфологический режим потока, волновые колебания и т.п.
ТОНКОСЛОЙНЫЙ ОСВЕТЛИТЕЛЬ СИСТЕМЫ АзНИИВП-2
10.15. Тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2 (черт. 35) представляет собой прямоугольный или круглый в плане резервуар с боковым подводящим патрубком-диффузором, зоной хлопьеобразования, зоной осветления, содержащей пакеты плоских наклонных параллельных пластин или трубчатых элементов, установленных под углом 45—60° к горизонтали, желобами для рассредоточенного отвода осветленной воды.
В зоне хлопьеобразования установлена решетка из стандартных уголков с вертикальными направляющими пластинками, перпендикулярными оси входного потока. Уголковые элементы расположены на равном расстоянии один от другого по всему сечению зоны.
Для сбора осадка предназначена осадочная часть резервуара, из которой осадок отводят в водосток или систему обработки осадка.
Осадочная часть оборудуется напорным трубопроводом с наклонными насадками для непрерывного или периодического размыва шлама в осадочной части осветлителя.
Особенность диффузорного подвода воды состоит в том, что часть взвеси из поступающей воды сразу выпадает в осадок и лишь оставшаяся взвесь выделяется в зоне осветления. Благодаря этому сооружение может работать при больших грязевых нагрузках.
Черт. 35. Тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2
1 - диффузор для подвода обрабатываемой воды; 2 - корпус; 3 - уголковая решетка; 4 - тонкослойные элементы; 5 - желоб для сбора осветленной воды; 6 - осадочная часть; 7 - патрубок для отвода осадка; 8 - трубчатая напорная система для гидросмыва осадка
10.16. Площадь осветлителя следует определять исходя из удельной нагрузки 8-12 м3/ч на 1 м2 рабочей площади.
10.17. Общая высота осветлителя является суммой высот отдельных элементов, показанных на черт. 35. Обычно она равна 5—6 м.
10.18. Нижняя часть осветлителя имеет наклонные стенки под углом до 45° к горизонтали. Для осветлителей площадью свыше 20 м2 целесообразно предусматривать угол наклона стенок 15—20°, но при этом следует проектировать напорную систему гидравлического смыва осадка.
10.19. Высота конической части H1, м, определяется по формуле
Н1 = tg ??к (В - d1) ,(43)
где ?? — угол наклона стенки к горизонтальной плоскости, град;
В — ширина осветлителя, м;
dй — диаметр сбросной трубы, м.
Высота от конической части до оси диффузора H2, м, равна:
Н2 ?? 0,5 tg ??д В + , (44)
где ??д - угол раскрытия диффузора, равный 8-14о ;
Do - диаметр выходного участка диффузора, м.
10.20. Диаметр подводящего трубопровода d к диффузору следует определять при скорости потока в нем, равной 1,2 м/с. Расстояние между диффузорами 2,5-3 м. Длина диффузора l определяется отношением = 4-6. Диаметр выходного участка диффузора Do, м, следует определять по формуле
Do = d + 2l1 tg ??д . (45)
10.21. Высота от оси диффузора до уголковой решетки Hз, м, равна:
,(46)
где k1 —коэффициент, равный 0,07—0,15.
10.22. Высота уголковой решетки Н4, м, определяется по формуле
Н4 = 0,56 k2 Do + 0,71 ?? ,(47)
где k2 — коэффициент, равный 1,2—1,5;
?? - конструктивный размер уголков - 100—200 мм.
Расстояние между кромками уголков определяют по формуле
?? .(48)
10.23. Расчетно-конструктивные параметры тонкослойных каналов и систему отводящих желобов следует определять из условий, приведенных выше для плавучего отстойника. Скорость выпадения взвеси при этом следует принимать 0,5—0,6 мм/с, а значение коэффициента k в формуле (40) равным 5-8.
Общая потеря напора в осветлителе системы АзНИИВП-2 составляет 20-25 см.
10.24. Сброс осадка следует предусматривать без выключения осветлителя. Период работы между сбросами осадка и среднюю концентрацию уплотненного осадка следует определять в соответствии со СНиП 2.04.02-84.
11. УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД МЕТОДОМ ВОДОВОЗДУШНОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ1
1 Следует применять в экспериментальном порядке.
СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
11.1. Метод водовоздушного фильтрования относится к безреагентным методам обезжелезивания подземных вод, при которых окисление железа, находящегося в бикарбонатной форме, происходит с помощью кислорода воздуха.
11.2. При применении данного метода водовоздушную смесь фильтруют на напорной установке через незатопленную зернистую загрузку.
Одновременно с обезжелезиванием воды происходит удаление растворенных в ней газов (углекислого, сероводорода и др.).
11.3. Целесообразность использования данного метода устанавливают на основании данных, полученных в результате пробного обезжелезивания, проведенного непосредственно у источника водоснабжения (см. пп. 11.18— 11.20).
Для предварительного выбора метода качество исходной воды должно соответствовать следующим показателям: содержание бикарбонатного железа (общего) - не более 5 мг/л, в том числе двухвалентного - не менее 80 %; углекислого газа - не более 80 мг/л, сероводорода не более 3 мг/л; рН - не менее 6,5; щелочность свыше 1 + , мг-экв/л; перманганатная окисляемость не более (0,15 Fe2+ + 5) мг/л О2.
11.4. Применение настоящей технологии целесообразно главным образом для небольших установок производительностью до 2-3 тыс. м/сут, большей производительностью — при наличии технико-экономических обоснований.
11.5. Особенностями метода являются высокая грязеемкость фильтрующей загрузки и отсутствие обратной промывки, а также возможность использования для загрузки различных материалов. При этом продолжительность фильтроцикла составляет несколько месяцев и зависит от содержания железа в исходной воде, скорости фильтрования и параметров загрузки.
В качестве фильтрующей загрузки могут использоваться кварцевый песок, дробленый керамзит, кирпич, антрацит, гравий и др.
В хозяйственно-питьевом водоснабжении на применяемую фильтрующую загрузку необходимо иметь разрешение Минздрава союзной республики.
Время зарядки фильтрующей загрузки незначительно и составляет 1—10 ч, после чего обеспечивается стабильная работа установки в течение всего фильтроцикла.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА И СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ
11.6. В состав установки входят напорные фильтры, компрессоры или воздуходувные агрегаты, а также необходимые подсобно-вспомогательные помещения в соответствии с действующими нормативами.
11.7. Процесс обезжелезивания осуществляется по следующей схеме (см. черт. 36):
исходная вода от скважин подается в смеситель с разбрызгивателем, находящийся в верхней части напорного фильтра, туда же подается сжатый воздух от компрессоров или воздуходувные агрегаты;
в смесителе вода перемешивается с воздухом, равномерно распределяясь по поверхности фильтрующей загрузки, затем фильтруется.
После фильтрования вода отводится к потребителям, а воздух сбрасывается в атмосферу.
Черт. 36. Принципиальная схема обезжелезивания воды методом водовоздушного фильтрования
1 - скважина; 2 - сброс воздуха; 3 - напорный фильтр; 4 - компрессор; 5 - подача воды потребителю
РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СООРУЖЕНИЙ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
11.8. Площадь фильтров F, м2, определяют по формуле
,(49)
где Q - производительность установки, м3/сут;
Т - продолжительность работы установки, принимаемая не более 22 ч с учетом указаний п. 11.17;
?? - принятая скорость фильтрования, м/ч.
Скорость фильтрования принимают 6-20 м/ч с учетом содержания железа в исходной воде и продолжительности фильтроцикла в соответствии с номограммой (черт. 37).
Черт. 37. Номограмма зависимости продолжительности фильтроцикла от исходного содержания железа и скорости фильтрования
11.9. Число фильтров должно быть не менее двух. Один фильтр допускается для установок производительностью до 1000 м3/сут.
11.10. Для климатических районов с расчетной зимней температурой воздуха не ниже минус 30 °С допускается размещение фильтров вне здания.
11.11. Конструктивно фильтр состоит из металлического корпуса, в верхней части которого расположены смеситель и разбрызгивающее устройство, в нижней части — решетка для поддержания загрузки в незатопленном состоянии; под решеткой установлен поплавковый стабилизатор уровня воды. Из нижней части корпуса фильтра выведены водоотводящий и воздухоотводящий трубопроводы.
