Отстойники и осветлители со слоем взвешенного осадка

§ В современной практике очистки все более широкое применение находят тонкослойные отстойные сооружения. Использование метода тонкослойного осаждения позволяет эффективно осветлять воду при скоростях потока, достигающих 1,6—2,0 мм/с, что в 2—2,5 раза выше, чем в традиционных отстойниках и осветлителях.

Один из примеров оборудования тонкослойными элементами горизонтального отстойника со встроенной камерой хлопьеобразования представлен на рис. 5.

Однако при этом необходимо учитывать, что эффективность тонкослойного осаждения определяется не только процессами, происходящими в тонкослойных элементах, но и такими факторами, как качество подготовки хлопьев, поступающих на осаждение, равномерность сбора и распределения воды, надежность системы удаления осадка. Поэтому при проведении работ по оборудованию тонкослойными блоками отстойников и осветлителей необходимо предусмотреть способы по повышению эффективности процессов хлопьеобразования, увеличению количества сборных лотков с целью повышения коэффициента объемного использования сооружений.

Рис. 4. Камера хлопьеобразования с малогабаритными аппаратами

для рециркуляции осадка:

1 — отстойник; 2 — камера хлопьеобразования; 3 — канал исходной воды

4 — патрубок с соплом; 5 — смеситель;6 — направляющий аппарат; 7 — перегородки

Рис. 5. Тонкослойный горизонтальный отстойник с тонкослойно-эжекционной камерой хлопьеобразования:

1 — подача исходной воды; 2 — сбор осветленной воды; 3 - отвод осветленной воды;

4 — тонкослойные отстойные блоки; 5 — отвод осадка; 6 — тонкослойные хлопьеобразующие блоки; 7 — продольные низконапорные рециркуляторы;

8 — сборный карман

Кроме того, необходимо учитывать, что тонкослойными блоками могут быть оборудованы только те отстойники, в которых осуществляется эффективное и своевременное удаление осадка, так как его накопление под тонкослойными блоками приводит к резкому ухудшению качества отстоенной воды.

Таким образом, необходим комплексный подход к решению всех технологических процессов, связанных с хлопьеобразованием, осаждением, удалением осадка, а также гидравлическим режимом работы отстойных сооружений.

§ В России до настоящего времени тонкослойные отстойники имели небольшое применение. Основной причиной этого являлось отсутствие серийного выпуска тонкослойных элементов и блоков из них.

В настоящее время предлагаются к использованию сотоблоки из полиэтиленовых пленок и из рулонного материала ПВХ, которые характеризуются требуемой прочностью и обладают необходимой физико-химической и бактериологической стойкостью и долговечностью.

§ НИИ КВОВ разработана технология изготовления сотовой конструкции из полиэтиленовой пленки, что позволяет осуществлять выпуск сотоблоков любого размера в зависимости от параметров отстойного сооружения. При изготовлении сотоблоков полиэтиленовая пленка сваривается в такой последовательности, чтобы обеспечить его наибольшую пространственную устойчивость и возможность растягивать на рамы только в четырех крайних ячейках (рис. 6). Длина тонкослойных элементов принята до 1,5 м, а угол наклона к горизонту должен составлять 70 - 75°.

Многолетние испытания работы тонкослойных сооружений на ряде водопроводных станций подтвердили высокую эффективность метода осаждения взвеси в слоях небольшой высоты. Разработанная конструкция блоков проста при монтаже, надежна и долговечна при эксплуатации.

В настоящее время разработана технология сварки и организован промышленный выпуск сотоблоков указанной выше конструкции из полиэтиленовой пленки для различных типов сооружений.

а                                                     б

Рис. 6. Тонкослойный сотоблок из полиэтиленовой пленки:

a — общий вид; б—в сложенном виде при транспортировке;

1 — тонкослойный блок из полиэтиленовой пленки; 2 — стержни для растяжения сотоблока

§ ГУП "Институт МосводоканалНИИпроект" разработан тонкослойный модуль сотового типа с самонесущей способностью (рис. 7). Из рулонного материала ПВХ марки П-74 толщиной 0,4—0,5 мм изготовляются профильные листы, из которых уже непосредственно на станции производят сотоблоки с помощью контактной сварки. Для этой сварки разработан и изготовлен специальный аппарат. Полученные в результате сотоблоки обладают самонесущей способностью.

Производительность оборудования составляет 20 сотоблоков в сутки. Площадь для размещения установки равна 1,7 м².

§ Тонкослойные элементы можно также использовать для обезвоживания и уплотнения осадка. С этой целью тонкослойные модули устанавливают в шламоуплотнителях осветлителей ниже щламоприемных окон. Оборудование шламоуплотнителей тонкослойными блоками создает хорошие гидродинамические условия для гравитационного уплотнения и обезвоживания осадка, что позволяет увеличить период его накопления, уменьшить количество сбрасываемой с ним воды.

§ Для интенсификации процессов очистки воды в осветлителях со взвешенным осадком может быть использован метод рециркуляции осадка, предложенный СпбНИИ АКХ (рис. 8). Применение осветлителей-рециркуляторов позволяет повысить производительность сооружений на 30—60 %.

Рис. 7. Тонкослойные модули сотового типа из рулонного материала ПВХ

Рис. 8. Осветлитель-рециркулятор:

1 — рабочая камера; 2 — смеситель; 3 — камера хлопьеобразования;

4 — направляющий аппарат; 5 — распределительная трубка; 6 — осадкоуплотнитель;

7 — лоток; 8 — окна; 9 — защитный козырек; 10— слой взвешенного осадка; 11 — трубы для перепускания взвешенного осадка; 12 — трубы для выпуска уплотненного осадка;

13 — патрубок; 14— сопло

За счет рециркуляции осадка одновременно существенно повышается барьерная роль сооружений первой ступени очистки в отношении планктона, составляя (в зависимости от вида планктона) 90 - 100 %.

Кроме того, рециркуляция осадка позволяет без ухудшения качества очистки утилизировать промывные воды фильтровальных сооружений путем их равномерного перекачивания из резервуара-усреднителя в головной узел водоочистной станции.

Фильтры

Для улучшения работы действующих скорых фильтров рекомендуется:

§ Восстановить проектную высоту и крупность зерен фильтрующей загрузки на всех фильтрах, так как в результате многолетней эксплуатации весьма часто скорые фильтры имеют недостаточную высоту зернистого фильтрующего слоя, состоящего из зерен повышенной крупности. Эксплуатация подобных скорых фильтров вызывает не только снижение эффективности очистки воды, но и ухудшение их промывки вследствие слабого расширения фильтрующего слоя при промывках и плохого удаления отмываемых загрязнений из надфильтрового пространства, что в свою очередь приводит к накоплению слоя отложений на поверхности фильтрующей, загрузки, увеличению темпа прироста потери напора и снижению продолжительности фильтроцикла.

§ Повысить (по возможности) однородность зерен фильтрующей загрузки. Действующим СНиП разрешено применение для загрузки скорых фильтров зернистых фильтрующих материалов с коэффициентом неоднородности более 2. Вместе с тем для скорых фильтров желательно применение более однородных зернистых материалов. Это позволяет повысить эффективность промывки и снижает расход промывной воды. В настоящее время ряд предприятий (" Волгоградский карьер", гора "Хрустальная") выпускают высококачественный однородный фильтрующий материал с коэффициентом неоднородности 1,5—1,6 при крупности зерен в пределах 0,63 - 1,25 мм. Данный зернистый материал может эффективно использоваться в скорых фильтрах с высотой слоя, равной (0,7—0,8) ¸ (1,2—1,3) м.

§ Использовать для загрузки фильтров различные фильтрующие материалы, разрешенные к применению Минздравом России, с более развитой, чем у песка, поверхностью: дробленый керамзит, шунгизит, гранодиорит, вулканические шлаки и многие другие. Это позволит интенсифицировать работу фильтровальных сооружений, уменьшить дефицит в кварцевом песке за счет использования местных материалов и значительно сократить транспортные расходы по их доставке на объект. Применение зернистых фильтрующих материалов с развитой поверхностью зерен позволяет повысить производительность фильтровальных сооружений на 30—50 % без проведения реконструкции фильтров.

§ Представляют интерес используемые в последние годы на многих водопроводных станциях распределительные системы фильтров, изготовленные из дырчатых полиэтиленовых труб с фильтрующим слоем из полиэтилена. Осуществлен промышленный выпуск указанных фильтрующих элементов.

§ Для повышения грязеемкости фильтрующей загрузки, улучшения качества очищенной воды и стабилизации работы фильтров целесообразно рассмотреть возможность осуществления контактной коагуляции на фильтрах с введением коагулянта и ПАА перед фильтрами, особенно в зимний период, когда отстойники и осветлители со взвешенным осадком работают неэффективно. При реализации этого метода целесообразно устройство двухслойной загрузки фильтров; в качестве верхнего слоя можно использовать керамзит, антрацит и другие пористые материалы крупностью 1—5 мм при высоте 0,4—0,5 м и общей высоте фильтрующего слоя до 1,8 м.

§ В целях исключения смещения гравийных слоев и их перемешивания с песчаной загрузкой, что обычно приводит к нарушению стабильной эксплуатации фильтров, следует использовать различные конструкции безгравийных дренажных систем. К ним, прежде всего, относятся: колпачковый дренаж (колпачки полиэтиленовые, из нержавеющей стали и др.), щелеванные полиэтиленовые трубы, полиэтиленовые трубы с различными металлическими вставками из сетчатых или щелевых материалов и др. Одной из возможных конструкций является пористый полимербетонный дренаж: лоткового типа, дырчатый железобетонный, патрубковый и др.

§ Для интенсификации работы фильтров может быть рекомендована разработанная Одесской государственной академией строительства и архитектуры чередующаяся промывка фильтров. Дренаж проектируется таким образом, чтобы по площади фильтра создавались чередующиеся зоны малой и большой интенсивности. Возникающие в результате этого стабильные циркуляционные контуры перемешивают загрузку, что практически устраняет гидравлическую сортировку и одновременно повышает эффективность промывки. Предложенный способ промывки легко реализуется с помощью полимерных дренажей. Чередующаяся промывка позволяет повысить скорость фильтрования и увеличить полезную производительность от 5 до 20 %.

§ Необходимо обязательное обеспечение интенсивности промывки фильтров согласно СНиП, равной 15—16 л/(с×м²), даже если это потребует (в некоторых случаях) замены промывных насосов на насосы большей производительности.

§ В целях повышения эффективности и условий работы скорых фильтров целесообразно осуществить их реконструкцию и переоборудование на фильтры с водовоздушной промывкой. Помимо экономии воды, это позволяет повысить надежность работы фильтровальных сооружений, увеличить высоту фильтрующей загрузки и повысить качество очищенной воды. Это было доказано опытом эксплуатации фильтров на ряде водопроводных станций Мосводоканала; для таких фильтров разработана и используется новая конструкция дренажной распределительной системы, а также системы отвода промывной воды.

§ Иногда на станциях ошибочно принята схема очистки воды, которая не соответствует качеству природной воды. В связи с этим невозможно на действующих сооружениях получать воду, отвечающую требованиям стандарта в течение всего года. Так, например, при повышенной цветности воды на ряде водоочистных станций приняты медленные фильтры или для высоких значений мутности и цветности используются контактные осветлители. В таких случаях целесообразно предусмотреть вторую ступень очистки воды: станцию с медленными фильтрами следует дооборудовать прямоточными фильтрами с реагентной обработкой воды перед ними, а после контактных осветлителей — вторую ступень фильтрования на скорых фильтрах.