5.5. Камеры хлопьеобразования

Данные камеры применяются при реагентной обработке воды для случая, когда в состав сооружений входят отстойники. Они предназначены для создания оптимальных условий образования достаточно крупных хлопьев коагулянта. Данный процесс хорошо протекает при плавном перемешивании воды. При этом скорость движения воды должна быть достаточной, с одной стороны, для того чтобы хлопья не выпадали в осадок, а, с другой стороны, не настолько большой, чтобы они разрушались.

Наибольшее распространение получили перегородчатые, вихревые, водоворотные и механические (лопастные) камеры хлопьеобразования (рис. 5.3). Перегородчатые камеры хлопьеобразования представляют собой железобетонные прямоугольные в плане резервуары с перегородками.

Рис. 5.3.Камеры хлопьеобразования:

а - перегородчатая с вертикальной циркуляцией;

б - то же с горизонтальной циркуляцией; в - вихревая:

1 – корпус; 2 – перегородки; 3 - подач воды; 4 - отвод воды;

5 - горизонтальный отстойник; 6 - лоток выпуска осадка;

7 - сборная дырчатая труба

В камере вода перемешивается благодаря многократному изменению направления движения в вертикальной или горизонтальной плоскостях. Время пребывания воды в камере t равно 20 мин для мутных и 30 мин - для цветных вод. Объем камеры W (м³) определяют по формуле:

W=Q_р t/60, 5.6)

а ее площадь в плане F (м²):

F=W/H, (5.7)

где Q - расход обрабатываемой воды, м³/час;

Н - высота камеры (в среднем 3-5 м).

Скорость движения воды в ней v равна 0,2-0,3 м/с в начальных периодах, а в конце v = 0,05-0,1 м/с за счет увеличения ширины коридоров. Число поворотов n принимается обычно в количестве 8-10.

Механические (лопастные) камеры хлопьеобразования применяются на крупных станциях обработки воды. В этих камерах вода перемешивается при помощи вращающихся вокруг горизонтальной или вертикальной осей лопастных мешалок, приводимых в движение электродвигателем. Расчетную скорость движения воды в камерах принимают 0,2-0,5 м/с, а время пребывания - 20-30 мин. Механические камеры хлопьеобразования выполняются в виде прямоугольного железобетонного резервуара, длину которого определяют по формуле:

L=nH, (5.8)

где  = 1,0-1,5 - эмпирический коэффициент;

n - количество осей с лопастями;

Н - глубина воды в камере, м.

Объем камеры определяют по формуле (5.6), а ширину по формуле:

B=W/LH. (5.9)

Отвод воды из камер хлопьеобразования в отстойники предусматривают со скоростью не более 0,1 м/с для мутных, и 0,05 м/с - для цветных вод.

5.6. Отстойники

Отстойники (рис. 5.4 и 5.5) предназначены для осаждения взвеси в воде. Обычно применяют отстойники двух типов:

• горизонтальные, применяемые при реагентном методе обработки воды, если производительность станции превышает 30000 м³/сут.;

• вертикальные, применяемые при реагентном способе обработки воды, если производительность станции не превышает 3000 м³/сут.

В отстойниках всех типов осаждение взвеси происходит под действием силы тяжести. При этом скорость движения потока воды должна составлять от 0,1-0,05 мм/сек, тогда он теряет свою транспортную способность, обусловленную турбулентностью потока. В результате взвеси выпадают в виде осадка. Эффект осветления представляет собой отношение массы выпавшего осадка к массе взвеси, находящейся в воде: р = G/G₀ за время t.

Горизонтальный отстойник - это железобетонный прямоугольный в плане бассейн с прямолинейным движением воды. Он может быть одно- и двухэтажным. Вода, подлежащая осветлению, подводится к одной из торцевых стен отстойника, проходит через дырчатый экран, предназначенный для равномерного распределения по всему живому сечению отстойника, движется вдоль отстойника и отводится по трубам в фильтры. Взвешенное вещество, вследствие малой скорости движения воды, выпадает в осадок. Осадок удаляется путем сброса воды и смыва накопившегося ила, а также механическим или гидравлическим путем.

Рис. 5.4. Горизонтальный отстойник:

1 – корпус; 2 - подвод воды от смесителя; 3 - отвод воды

из отстойника; 4 и 5 - дырчатые входная и выходная стенки;

6 - зона осветления (осаждения); 7 - зона накопления осадка;

8 - лоток для осадка; 9 - сбросная труба

Суммарная общая площадь горизонтальных отстойников в плане F (м²) определяется по формуле:

, (5.10)

где Q_р - расчетный расход воды, м³/час;

u₀ - скорость выпадения взвеси, мм/с, u₀ = 0,35-0,5 мм/с;

 - коэффициент, учитывающий взвешивающее влияние вертикальной составляющей скорости потока:

, (5.11)

где V_ср = ku₀ - средняя скорость движения воды в отстойнике;

k - коэффициент, учитывающий отношение длины отстойника к средней глубине зоны осаждения (табл. 5.2).

Ширина отстойника В (м), определятся по формуле:

, (5.12)

где Н = 3,0-3,5 м - средняя глубина зоны осаждения;

N - расчетное количество отстойников.

Расчетная длина отстойника L (м) вычисляется как

. (5.13)

Таблица 5.2

Значения коэффициентов k и 

Коэффициенты	Значения коэффициентов при отношении длины L к глубине H
	10	15	20	25
k	7,5	10	12	13,5
	1,33	1,5	1,67	1,82

Дырчатые перегородки устанавливают на расстоянии 1,5-2 м от торцовых стенок. Диаметр отверстий в них принимают d = 20-150 мм, а их количество f_отв. определяют расчетом в зависимости от величины расхода и расчетной скорости в отверстиях 0,3 м/с:

. (5.14)

Дно отстойника без механизированного удаления осадка должно иметь продольный уклон не менее 0,02 в направлении обратном движению воды. Каждый отстойник должен быть разделен продольными перегородками на самостоятельно действующие секции шириной не более 6 м. При количестве секций менее шести следует предусмотреть одну резервную. Горизонтальные отстойники следует проектировать с механическим или гидравлическим удаление осадка.

Рис. 5.5. Вертикальный отстойник:

1 - подвод воды от смесителя; 2 – сопла; 3 - водоворотная камера;

4 - отвод воды из отстойника; 5 - кольцевой желоб; 6 – корпус;

7 - зона осветления (осаждения); 8 - зона накопления осадка;

9 - сбросная труба; 10 - гаситель

Вертикальные отстойники в виде круглых или квадратных в плане железобетонных резервуаров с цилиндрической трубой и конической или пирамидальной нижней частью, применяются при реагентном методе обработки воды, если производительность водоочистной станции не превышает 3000 м³/сут. Центральная труба выполнена из металла, и служит водоворотной камерой хлопьеобразования. В ее верхнюю часть вода поступает от смесителей по трубопроводу, снабженному соплами, создающими вращение воды. Из камеры вода через гаситель, выполненный из досок в виде решетки с ячейками 0,50,5 м и высотой 0,8 м, поступает в зону осаждения. В этой зоне вода движется снизу вверх со скоростью 0,5-0,6 м/с и попадает в кольцевой периферийный желоб, а взвесь осаждается под действием силы тяжести и попадает в зону накопления, из которой удаляется через сбросную трубу. Чистая вода забирается из кольцевого желоба по трубе.

Площадь живого сечения вертикального отстойника состоит из двух площадей:

• площади водоворотной камеры:

, (5.15)

• площади зона осаждения:

, (5.16)

где Q_р - производительность станции, м³/час;

t - время пребывания воды в камере отстойника (15-20 мин);

Н - высота камеры хлопьеобразования (3,5-4,5 м);

N - количество отстойников;

 - коэффициент объемного использования отстойника (=1,3 при D/H=1 и =1,5 при D/H=1,5);

v_p - расчетная скорость восходящего потока воды (0,1-0,2 мм/с).

Высота зоны осаждения Н = 4-5 м. Отношение диаметра отстойника к высоте зоны осаждения должно находиться в пределах 1-1,5. Осадочная часть вертикального отстойника устраивается с наклонными стенками (=50-55). Сброс осадка предусматривается без выключения отстойника из работы. Период работы между сбросами должен быть не менее 6 часов.