7752

3

УДК 628.16

Васильев А.Л. / Очистка природных вод. Осветлители со слоем взвешенного осадка. Конструкции, особенности применения, примеры расчетов: учебнометодическое пособие / А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина; Нижегородский государственный архитектурностроительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 40 с. – Текст: электронный.

В учебно-методическом пособии излагаются сведения об использовании осветлителей со взвешенным осадком в качестве одной из ступеней очистки в схемах водоподготовки для хозяйственно-питьевых и промышленных нужд, приводятся основные конструкции осветлителей, расчетные параметры и методика расчета. Рассмотрены вопросы интенсификации их работы. Для сооружений, наиболее часто используемых в практике очистки воды, приведены примеры расчета.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение.

© А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко

М.О. Жакевич, С.В. Кулемина, 2022 © ННГАСУ, 2022

4

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………….5 1. Осветлители природных вод……………………………………………….……6 1.1. Область применения, особенности привязки.....…………………………….7 1.2. Конструкции осветлителей, их устройство и работа.……………………….8 1.3. Расчет и проектирование осветлителей…………………………………......11

1.4. Пример расчета осветлителей…………………………………………….....15

2. Интенсификация работы осветлителей…………..…………………………...24 2.1. Контактные камеры хлопьеобразования……………………………………24

2.1.1.Сущность метода и область применения….……………………………...24

2.1.2.Применение контактных камер хлопьеобразования для интенсификации работы коридорных осветлителей со слоем взвешенного осадка………………25 2.2. Осветлители, оборудованные тонкослойными элементами ……………….28

2.2.1.Назначение, область применения………..………………………………...28

2.2.2. Конструктивные особенности осветлителей с тонкослойными элемента-

ми………………………………………………………………………………... ..29 2.2.3. Расчет осветлителей с тонкослойными элементами ..……………………32 2.3. Осветлители-рециркуляторы………………………….……………………..36

Литература………………………………………………………………………...39

5

Введение

В условиях современного строительства и реконструкции систем водоснабжения особую актуальность приобретают вопросы их гидравличе-

ского расчета и использования последних достижений науки и практики в этой области. Авторы попытались представить наиболее современные ме-

тоды расчета и дать сведения о практическом применении их в проектиро-

вании и эксплуатации систем водоподготовки.

Данная работа составлена на разработках и рекомендациях научно-

исследовательских и проектных организаций, приведенных в краткой фор-

ме в СП 31.13330.2021 Свод правил. Водоснабжение. Наружные сети и со-

оружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*.

В методических указаниях даны условия применения различных типов осветлителей и камер хлопьеобразования в зависимости от качества исход-

ной и требуемой воды, назначения системы, производительности станции и других факторов.

Изложен современный методический материал и приведены приме-

ры расчетов, достаточно полно охватывающие соответствующий раздел технологии водоснабжения и гидравлики.

Из-за ограниченности объема выполнены схемы и гидравлический расчет лишь некоторых основных видов сооружений. Настоящие указания не исключают необходимости пользования нормативной и справочной ли-

тературой, а также типовыми проектами.

6

1. Осветлители природных вод

Осветлители широко распространены на городских, промышленных и теплоэнергетических водоочистных комплексах, для осветления, обесцве-

чивания, умягчения, обесфторирования, обескремнивания и обезжелезива-

ния воды. Осветлители со взвешенным осадком, применяемые как со-

оружения первой ступени водоподготовки, могут успешно работать только при условии предварительной обработки примесей воды коагулянтом или флокулянтом, при этом обеспечивают более высокий эффект осветления воды и имеют более высокую производительность, чем отстойники. Однако,

конструкция осветлителей с взвешенным осадком и их эксплуатация более сложны.

Достоинства осветлителей обусловлены наличием слоя взвешенного осадка (контактной среды) оказывающего существенное влияние на процес-

сы, происходящие во время водоподготовки:

имеет большую развитую поверхность образующих ее частиц,

оказывая благоприятное действие на процессы коагулирования, сорбции,

адгезии продуктов процесса водообработки;

способствует более равномерному распределению обрабатыва-

емой воды по сечению осветлителей и оказывает позитивное влияние на гидравлический режим и параметры потока (гасится его турбулентность,

увеличивается коэффициент объемного использования и т.д.);

резко улучшает гидравлическую характеристику взвеси; ско-

рость ее осаждения возрастает в 2-3 раза по сравнению со скоростью оса-

ждения в отстойнике за счет увеличения размеров хлопьев и их плотности;

значительно повышает эффект очистки воды (снижает остаточ-

ное содержание извлекаемых из воды примесей) за счет более полного ис-

пользования применяемых реагентов и свойств контактной среды.

Недостатки осветлителей со взвешенным осадком следующие:

применение реагентов обязательно;

7

высокая чувствительность к перегрузкам и изменениям темпе-

ратуры;

сложность конструкции сооружений;

эксплуатация требует высокой культуры обслуживания.

1.1. Область применения, особенности привязки

При реагентном методе очистки природной воды схему "осветлители со взвешенным осадком - скорые фильтры" следует предусматривать для станций производительностью более 5000 м3/сут, при мутности исходной воды от 50 до 1500 мг/л и цветности до 120 град. Кроме этого, осветлители можно использовать для частичного осветления воды.

Для нормальной работы осветлителей необходимо обеспечить равно-

мерную подачу воды на сооружения или постепенное изменение расхода в пределах не более ±15% в 1 ч и колебания температуры воды не более ±1°С

в 1 ч [1]. Спонтанные колебания расхода воды вызывают размыв взвешен-

ного слоя и вынос хлопьев в зону осветления. Колебания температуры воды,

в особенности поступление более теплой, чем находящаяся в осветлителе,

влечет за собой возникновение конвективных токов, приводящих к наруше-

нию взвешенного слоя и замутнению осветленной воды.

При предварительном выборе состава сооружений и наличии аль-

тернативных решений следует учитывать особенности данной схемы. В

частности, при повышенном содержании в обрабатываемой воде железа,

марганца целесообразно применять осветлители, так как наличие взвешен-

ного слоя осадка является хорошим катализатором процессов и эффект очистки значительно повышается.

Расчет осветлителей со взвешенным осадком следует производить в соответствии с п. п. 9.62 - 9.70 [1], приняв за основу типовой проект (далее ТП) станции очистки природной воды в осветлителях со взвешенным осад-

ком, близкой по производительности. Изучение ТП при выполнении проек-

8

та является настоятельно рекомендуемым.

При необходимости изменения производительности сооружений

первой ступени при привязке ТП, это может быть осуществлено следующи-

ми способами:

путем увеличения или сокращения числа сооружений;

за счет изменения некоторых конструктивных размеров.

Изменение при привязке количества сооружений I и II ступеней очистки может быть использовано при сохранении производительности станции в тех случаях, когда требуется увеличение или уменьшение расчет-

ных скоростей.

При определении количества осветлителей рекомендуется принимать длину коридоров, заложенную в типовых проектах, так как она непосред-

ственно влияет на ширину здания, которая, в свою очередь, связана с разме-

рами несущих конструкций перекрытий, выпускаемых промышленностью.

Изменение же длины зала осветлителей и фильтров, определяемой шириной коридоров, количеством осветлителей и фильтров и их компоновкой, не представляет значительной сложности в силу применения в проектировании стандартного шага сетки колонн здания.

1.2. Конструкции осветлителей, их устройство и работа

Осветлители проектируются круглой, квадратной или прямоугольной формы в плане, с площадью, не превышающей, как правило, 120-150 м2.

Выполняются из сборного или монолитного железобетона или металла.

Наибольшее применение в типовом проектировании получили осветли-

тели коридорного типа с вертикальными осадкоуплотнителями (рис.1).

Осветлители этого типа представляют собой прямоугольные в плане же-

лезобетонные резервуары, разделенные перегородками на коридоры. Между двумя секциями со слоем взвешенного осадка расположена секция осадко-

уплотнителя.

9

Рис.1. Схема коридорного осветлителя:

А – рабочие коридоры; В – осадкоуплотнитель; 1 – перфорированные водораспределительные трубы; 2 – слой взвешенного осадка; 3 – зона осветления воды; 4 – сборные желоба; 5 – отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 6 – осадкоприемные окна; 7 – защитные козырьки; 8- слой уплотненного осадка; 9 – сброс осадка; 10 – сборный канал; 11 – отвод воды на фильтры; 12 – задвижка, регулирующая отсос избытка осадка; 13 – опорожнение рабочих коридоров.

10

Для улучшения гидродинамических условий работы взвешенного слоя нижние части конструкций выполнены с наклонными стенками, что позволяет повысить на этом участке скорость восходящего потока воды в 7-8 раз по срав-

нению с расчетной скоростью движения потока в верхнем сечении. В результа-

те этого во взвешенный слой попадают более крупные частицы, обычно отла-

гающиеся на дне и обусловливающие заиливание всего сооружения.

В качестве воздухоотделителя в схемах с коридорными осветлителями выступает, как правило, вихревой смеситель.

Смешанная с введенными реагентами вода равномерно распределяется по длине рабочих камер при помощи уложенных по дну дырчатых труб теле-

скопической формы. Осветленная вода отбирается через треугольные водосли-

вы или затопленные отверстия в желобах, расположенных вдоль коридоров осветления и поступает в общий сборный канал, из которого отводится по тру-

бопроводам на фильтры.

Для обеспечения принудительного отсоса избытка осадка из взвешенного слоя через окна в осадкоуплотнители осуществляется постоянный отбор из их верхней части осветленной воды посредством затопленных дырчатых труб, подключенных к общему каналу осветлителей. При помощи регулирую-

щих задвижек обеспечивают такой отбор воды из осадкоуплотнителей, что-

бы уровень воды в них был несколько ниже, чем уровень воды в осветлителях.

Частицы взвеси, поступающие в осадкоуплотнитель, под влиянием силы тяже-

сти выпадают на дно. Уплотненный осадок выпускается по уложенным у дна дырчатым трубам на сооружения обработки осадка или в водосток.

С целью предотвращения подсоса осветленной воды в осадкоуплотните-

ли через окна, над ними устанавливают специальные защитные козырьки

(рис.2). Прямоугольная форма осветлителей обусловливает простоту их компо-

новки в пределах водоочистного комплекса.

В экспериментальном порядке разработано большое количество кон-

струкций осветлителей, как отечественных, так и зарубежных, однако, типовым