Оптимальные значения рН при обработке вод различного состава сернокислым алюминием.

Таблица 3.3

Характеристика воды	Оптимальные значения рН
осветление и обесцвечивание мягких цветных вод со щелочностью до 1,5 мг – экв/л и цветностью более 50 град.	5 – 6
осветление и обесцвечивание вод средней жесткости (4- 5 мг-экв/л) со щелочностью 3 – 4 мг- экв/л и цветностью до 40 град осветление жестких (6 – 8 мг-экв/л)                    малоцветных вод с повышенным солесодержанием (800 – 1000 мг/л)                  и щелочностью более 5 мг- экв/ л.	6,5 – 7,5

 

 

         Большое значение имеют условия растворимости гидроокиси алюминия и основных сульфатов алюминия. Если после отсеивания и фильтрования с очистной станции в водопроводную сеть поступает вода с содержанием алюминия, превышающим растворимость его соединений, которые образуются при данных величинах рН, то это означает, что вода находится в состоянии пересыщения соединениями алюминия и возникает опасность так называемой «отлежки», т.е выделения осадка соединений алюминия в трубах.

            В качестве коагулянтов, как указано выше, применяют сернокислое закисное железо FеSO₄ 7Н₂О (железный купорос, хлорное железо FеСl₃ и сернокислую окись железа Fе₂ (SO₄)₃.

           Оптимальное значение рН для солей железа равно рН = 7,5 – 8. При недостаточной величине рН воды и при недостатке кислорода железо Fе²⁺ может оставаться в воде, выходящей из очистной станции.

           При использовании в качестве коагулянтов солей железа дозы последних при очистке мутных вод можно принимать на 10 – 20 % меньше, чем сернокислого алюминия (в пересчете на безводные продукты). Выше указывалось, что при недостатке природной щелочности для проведения процесса коагуляции, воду нужно подщелачивать. Доза щелочи для обеспечения коагуляции, воду нужно подщелачивать. Доза щелочи для обеспечения коагуляции может быть определена по формуле

    

                                  (3.1)

 

 где М – доза реагента (технического продукта) для подщелачивания воды в мг / л;

  Д – доза коагулянта в пересчете на безводное активное вещество в мг / л;

е₁ и е₂ – эквивалентный вес активной части соответственно реагента для подщелачивания и коагулянта в мг/мг – экв (табл. 3.3)

  Щ – общая щелочность обрабатываемой воды в мг – экв / л;

  С – содержание активного вещества в реагенте для подщелачивания воды в %;

1 – резервная щелочность, которая должна оставаться после обработки воды коагулянтом в мг – экв / л.

                                                 

Эквивалентные веса активной части реагентов, используемых при очистке воды коагулированием.

Таблица 3.3

 

Реагент для подщелачивания	Эквивалентный вес в мг / мг - экв	Коагулянт	Эквивалентный вес в мг / мг – экв
СаО	28	Аl2(SO4)3	57
Nа2СО3	53	FеСl3	54,1
NаОН	40	FеSO4 Fе2(SO4)3	76 66,7

 

         Если при расчете по формуле (3.1) доза М получается величиной отрицательной, то это означает, что естественная щелочность воды достаточна и по соображениям сохранения резерва щелочности подщелачивания воды не требуется. Тем не менее добавление некоторого количества щелочного реагента в некоторых случаях может оказаться полезным для создания оптимальной величины рН и обеспечения благоприятных условий коагуляции.

 

3.2 Принципы процесса осветления воды в сооружениях.

  

           В практике проектирования и эксплуатации очистных сооружений до последнего времени существовало большое разнообразие в конструкциях осветлителей и методах их расчета. Такое положение явилось следствием экспериментальных поисков наилучшей конструкции при недостаточной разработке теоретических основ технологии осветления воды во взвешенном осадке.

           Обобщение накопленного опыта использования осветлителей в конечном счете позволило установить необходимость выполнения следующих трех основных требований.

1) Создание оптимальных условий для формирования взвешенного фильтра и удержания избыточной взвеси. Выполнение этого требования возможно, если обеспечивается преимущественно контактная коагуляция, поддерживается определенная концентрация взвешенного фильтра, создаются необходимые гидравлические условия, исключающие старение, чрезмерное укрупнение и выпадение хлопьев на дно, обеспечивается необходимое время пребывания воды во взвешенном фильтре. В современных осветлителях выполнение этих требований нашло отражение в уменьшении объема зоны распределения (нижней части взвешенного фильтра), создании условий для непрерывного снижения скорости воды (наклонные стенки величиной расширения взвешенного слоя в потоке осветляемой воды и концентрацией взвешенного фильтра.

2) Создание оптимальных условий для стабилизации взвешенного фильтра и эффекта осветления воды. Выполнение этого требования осуществляется при помощи принудительного отбора избыточного осадка, создания разности скоростей движения воды на границе между зоной взвешенного фильтра и зоной осветления, обеспечения равномерного сбора осветленной воды. Избыток осадка вместе с частью воды, следующей через взвешенный фильтр, отбирается через окна или трубы из выходной части взвешенного фильтра, а осветленная вода – через систему желобов с затопленными отверстиями или вырезами (водосливами) в их бортах. Для принудительного движения воды через зону отделения осадка используется перепад уровней на осветлителе и за ним, в сборном кармане.

3) Создание оптимальных условий для отделения, уплотнения и сброса в канализацию избыточного шлама. С этой целью расчетная скорость подъема воды в зоне отделения осадка принимается несколько (на 10 – 15 %) меньшей по сравнению с расчетной скоростью в зоне осветления. Уплотнение осадка осуществляется в течении 4 – 12 ч (и на это время рассчитывается рабочий объем осадкоуплотнителя). Угол наклона стенок осадкоуплотнителя к сбросному отверстию или сбросной системе принимается достаточным (50-60⁰) для сползания уплотнившегося осадка без дополнительного воздействия.

           На рисунке 3.1 представлена простейшая схема осветлителя с коническим диффузором.

            Вода с реагентами поступает в осветлитель из воздухоотделителя по трубопроводу 1 в нижнюю часть конуса диффузора 2. Поднимаясь вверх, поток воды расширяется, скорость его уменьшается до величины, при которой в диффузоре образуется слой взвешенного осадка 3. По мере накопления осадка его избыток переливается через кромку диффузора и опускается в осадкоуплотнитель 4. Осветленная вода проходит через защитный слой воды над диффузором и по сборному желобу 5 отводится на фильтры. Осадок через дырчатую трубу 6 непрерывно или периодически по трубопроводу 7 отводится в канализацию.

 

3.3 Основные расчетные формулы и параметры осветлителей.

 

         В технологических схемах осветления воды хозяйственно – питьевых вод изложенные выше требования выполняются в конструкциях с центральными осадкоуплотнителями (рис. 3.3.1. и 3.3.2.)

          Основные формулы для расчета осветлителей позволяют определить необходимые площадь осветлителя в плане и объём зон накопления и уплотнения осадка

          Площадь зоны осветления в м² принимается наибольшей из определённых по формулам

 

                  (3.3.1)

 

или

 

              (3.3.2)

 

где

К_р и К^/ _Р – коэффициенты распределения воды между зонами осветления и отделения осадка для летнего Q₀ и зимнего Q^/ ₀ расчётного расхода осветлителей в м³/ч

v _з.о и v ^/ _з.о. – соответствующие летнему и зимнему периодам расчётные скорости в зонах осветления мм/сек

Площадь зоны осветления осадка м² в осветлителях с центральным осадкоуплотнителем

 

            (3.3.3)

 

где α – коэффициент снижения скорости движения воды в зоне отделения осадка по сравнению со скоростью в зоне осветления принимаемым равным 0,9

Полная площадь осветлителей в м²:

с центральным осадкоуплотнителем

 

             (3.3.4)

 

с поддонным осадкоуплотнителем

 

 

где f _отб  - суммарная площадь сечения труб в м² для отбора осадка в осадкоуплотнитель, определяемая в зависимости от расчётной скорости движения воды в трубах, равной v _{отб .}= 40 – 60 мм/сек по формуле

 

       (3.3.5)

 

 

Объём зон накопления и уплотнения осадка в м³

 

     (3.3.6)

 

где 

М₀  - Максимальное содержание взвешенных веществ в мг/л в воде, поступающей в осветлители;

m -   Расчётное содержание взвеси в осветлённой воде, пренимаемое равное 8 -12 мг/л;

t_y – время уплотнения осадка: t_y = 3 – 6 часов при М₀>400мг/л и

     t_y=6 – 12 часов при М₀<400мг/л.

 

δ_СР – средняя концентрация взвешенных веществ в осадкоуплотнителе в мг/л.

 

Основные данные по расчётам по формулам (3.3.1), (3.3.3), (3.3.6) представлено в таблицах (3.3.1) и (3.3.2)

Таблица (3.3.1)

Расчётные скорости осветления и коэффициенты распределения

 

Мо в мг / л	v з.о в мм / сек		Кр
	зимой	летом
10 - 100	0,7 – 0,8	0,9 - 1	0,8 – 0,75
100 - 400	0,8 - 1	1 – 1,1	0,75 – 0,7
400 - 1000	1 – 1,1	1,1 – 1,2	0,7 – 0,65
1000 - 2500	1,1 – 1,2	1,1 – 1,2	0,65 – 0,6

 

 

Средние концентрации осадка в осадкоуплотнителях. Таблица 3.3.2

 

Мо в мг/л	Средняя концентрация (δср) в мг/л при tу в ч
	3	4	6	8	12
<100	6500	7500	8000	8500	9500
100 - 400	19000	21500	24000	25000	27000
400 - 1000	24000	25000	27000	29000	31000
> 1000	29000	31000	33000	35000	37000
Полная глубина осветлителей определяется по таблице. Таблица 3.3.3