НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОММУНАЛЬНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДЫ (НИИ КВОВ)
АКХ им. К. Д. ПАМФИЛОВА

П О С О Б И Е
по проектированию сооружений для очистки и подготовки воды
(к СНиП 2.04.02-84)

Утверждено приказом НИИ КВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова
от 9 апреля 1985 г. № 24

Рекомендовано к изданию ученым советом НИИ KBОВ АКХ им. К.Д.Памфилова.

Содержит сведения, уточняющие конструктивные и другие особенности сооружений, вошедших в основной нормативный документ, а также указания по ряду новых разработок, которые могут применяться только в экспериментальном порядке, при этом для хозяйственно-питьевого водоснабжения необходимо наличие положительного заключения санитарных органов.

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

При пользовании Пособием необходимо учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые и журнале «Бюллетень строительной техники», «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарта.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие является дополнением к разд. 6 «Водоподготовка» СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Составлено с учетом научных исследований и обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации водопроводных станций за последние годы.

Пособие разработано НИИ КВОВ АКХ им. К.Д.Памфилова - кандидатами техн. наук Е.И.Апельциной (разд. 1), В.М.Корабельниковым (разд. 4, 13, 14), А.М.Перлиной (разд. 13), И.И.Деминым (разд. 6), В.П.Криштулом, В.М.Трескуновым (разд. 7), Г.Л.Медришем (разд. 15), В.М.Любарским (разд. 16) совместно с ВНИИ ВОДГЕО - д-ром техн. наук А.И.Егоровым (разд. 2), кандидатами техн. наук И.М.Миркисом, Э.А.Прошиным (разд. 1), И.С.Родиной (разд. 2), Э.Л.Вольфтруб (разд. 3, 4), Г.Ю.Ассом (разд. 12); РНИИ АКХ им. К.Д. Памфилова - кандидатами техн. наук И.Х.Коварской (разд. 5), А.И. Филатовым (разд. 8), ОИСИ - канд. техн. наук П.А.Грабовским (разд. 8); ЦНИИКИВР - канд. техн. наук М.Г.Журбой (разд. 9); АзНИИ водных проблем - канд. техн. наук И.С.Бабаевым (разд. 10); ЦНИИЭП инженерного оборудования - кандидатами техн. наук В.И.Родиным, Б.Д. Сукасяном, инж. Г.Р.Рабиновичем (разд. 11).

В отборе материала, составлении и редактировании Пособия участвовали: кандидаты техн. наук И.И.Демин, Л.Н.Паскуцкая, В.П.Криштул (НИИ КВОВ АКХ им. К.Д.Памфилова); канд. техн. наук В.В.Ашанин, д-р техн. наук, проф. И.Э.Апельцин (ВНИИ ВОДГЕО); инженеры В.А.Красулин, Л.П.Розанова (Гипрокоммунводоканал); А.Ф.Бриткин (Союзводоканалпроект); Г.Р.Рабинович (ЦНИИЭП инженерного оборудования)

1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ РЕАГЕНТОВ

В практике водоподготовки в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 должно быть обеспечено быстрое и равномерное распределение реагентов в обрабатываемой воде. Особенно важно увеличение скорости распределения при введении коагулянтов (растворов солей алюминия и железа) для создания условий их эффективного и рационального использования.

Ниже описано несколько типов распределителей реагентов, разработанных НИИ КВОВ АКХ им. К.Д.Памфилова (тип I) и ВНИИ ВОДГЕО (типы II-IV).

ПЕРФОРИРОВАННЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ КОАГУЛЯНТА (ТИП I)

1.1. Распределитель предназначен для введения растворов коагулянта или флокулянта и может быть установлен в трубе перед смесителем, при поступлении воды в смеситель или в одном из отделений входной камеры перед контактными осветлителями (черт. 1). В последнем случае рекомендуется устанавливать распределитель в проеме перегородки, создающем сужение потока и увеличение его турбулентности.

Черт. 1. Схема установки перфорированного распределителя коагулянта (тип I)

а - в вихревом смесителе; б - в перегородчатом или коридорном смесителе, входной камере контактного осветлителя; 1 - распределитель; 2 - секционная свинчивающаяся штанга; 3 - подача коагулянта; 4 - зарядка сифона

1.2. Потери напора при обтекании распределителя водой составляют 10-15 см.

1.3. Распределители из перфорированных трубок не рекомендуется применять при обработке воды раствором коагулянта, содержащим нерастворимые примеси.

1.4. Для введения растворов минеральных коагулянтов следует применять распределители из винипластовых труб или из нержавеющей стали.

1.5. Распределитель коагулянта (черт. 2) состоит из центрального бачка со штуцером, на который надевается шланг для подачи коагулянта, и радиальных перфорированных трубок-лучей, имеющих отверстия, направленные по движению потока воды. Распределитель опускается на место установки с помощью свинчивающейся из отдельных секций штанги.

Черт. 2. Перфорированный распределитель коагулянта (тип I)

1 - центральный бачок; 2 - отверстия для ввода коагулянта; 3 - разъемная штанга; 4 - штуцер для присоединения шланга подачи коагулянта; 5 - заглушка; 6 - перфорированная трубка-луч

1.6. Число отверстий в распределителе следует определять по расходу раствора коагулянта и величине потери напора в распределителе 30—50 см.

1.7. Расход раствора коагулянта q_к, см³/с, следует определять по формуле

, (1)

где Д_к - доза коагулянта, г/м³;

q_в - расход воды через смеситель, м³/с;

С_к - концентрация раствора коагулянта, % по массе;

r - плотность раствора коагулянта концентрации С_к, г/см³.

Плотность раствора коагулянта при заданной концентрации следует принимать по табл. 1.

Таблица 1

1.8. Расход раствора коагулянта q_о, см³/с, проходящего через одно отверстие, следует определять по формуле

, (2)

где m - коэффициент расхода, приближенно равный 0,75;

w - площадь отверстия, см²;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

h - заданная потеря напора в распределителе (см. п. 1.6).

В табл. 2 приведены расходы раствора коагулянта, проходящего через одно отверстие, при потере напора в распределителе, равной 30 см; указаны рекомендуемые диаметры лучей в зависимости от диаметра отверстий.

Таблица 2

1.9. Число отверстий n_o в распределителе (при выбранном диаметре отверстий) надлежит определять по формуле

. (3)

При n_о > 32 следует увеличить диаметр отверстий и повторить расчет.

1.10. В целях уменьшения вероятности засорения отверстия должны быть раззенкованы так, чтобы их диаметр увеличивался от внутренней поверхности луча к наружной (после сверления отверстий на лучах сверлом расчетного диаметра).

1.11. Число лучей в распределителе следует выбирать так, чтобы на каждом луче было не более 3-4 отверстий (число лучей должно быть не более 8).

1.12. Отверстия на лучах распределителя должны быть расположены симметрично относительно оси трубы, по которой поступает обрабатываемая вода, а на каждом луче — симметрично относительно точки, отстоящей от стенки трубы на 0,25 диаметра трубы D.

Расположение отверстий на лучах распределителя следует выбирать в соответствии с табл. 3.

Таблица 3

1.13. Следует предусматривать возможность использования шланга при подаче коагулянта для осуществления обратной промывки распределителя (см. черт. 1).

КАМЕРНО-ЛУЧЕВОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ (ТИП II)

1.14. Камерно-лучевой распределитель предназначен для смещения обрабатываемой воды с растворами реагентов, за исключением известкового молока.

1.15. Камерно-лучевой распределитель располагается по оси потока обрабатываемой воды (черт. 3) и состоит из: цилиндрической камеры с радиальными перфорированными ответвлениями, имеющими открытые торцы; циркуляционного патрубка, расположенного внутри камеры соосно, открытого с обеих сторон и закрепленного на основании камеры, обращенном к потоку; реагентопровода, присоединенного к камере с противоположной стороны. Реагентопровод может быть снабжен приемной воронкой при подаче раствора реагента самотеком или соединен на фланцах соответствующей коммуникацией при подаче под напором.

Черт. 3. Камерно-лучевой распределитель (тип II, расположение - внутри трубопровода)

1 - корпус трубопровода; 2 - камера распределителя; 3 - лучевое ответвление; 4 - движение воды; 5 - отверстие для выхода раствора; 6 - радиальная распорка; 7 - глухая резиновая муфта, устанавливаемая с зазором 5—10 мм от корпуса трубопровода; 8 - циркуляционный патрубок; 9 - подача реагента; 10 - реагентопровод

1.16. Эффективность действия камерно-лучевого распределителя обеспечивается за счет:

поступления части исходной воды через циркуляционный патрубок внутрь камеры;

разбавления этой водой раствора реагента, поступающего внутрь камеры через реагентопровод (предварительное смешение) ;

увеличения первоначального расхода жидкого реагента, способствующего его рассредоточению в потоке;

равномерного распределения разбавленного раствора по сечению потока.

Поступление в камеру исходной воды через циркуляционный патрубок происходит под действием скоростного напора, имеющего наибольшую величину в ядре потока.

1.17. Камерно-лучевой распределитель размещают, как правило, внутри трубопровода (при вертикальном и горизонтальном его положении), на выходном участке трубопровода, подающего исходную воду, или на входном участке трубопровода, отводящего воду из сооружения, после которого она подлежит дальнейшей реагентной обработке (черт. 4).

Предпочтительный вариант установки распределителей в трубопроводах рекомендуется выбирать с учетом возможности их осмотра и замены без прекращения подачи обрабатываемой воды.

При обработке воды несколькими реагентами распределители растворов следует устанавливать в последовательности, определяемой технологической схемой. При этом отдельные распределители могут быть объединены в блоки.

Черт. 4. Схемы установки камерно-лучевых распределителей (тип II)

а - вблизи выходного сечения вертикального трубопровода; б - вблизи входного сечения горизонтального отводящего трубопровода; 1 - трубопровод; 2 - движение воды; 3 - камерно-лучевой распределитель; 4 - подача реагента; 5 - опорная конструкция

1.18. Расчетные показатели камерно-лучевых распределителей и размеры их конструктивных элементов приведены в табл. 4.

Таблица 4

ДИФФУЗОРНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ (ТИП III)

1.19. Диффузорные распределители предназначены для смешения обрабатываемой воды с жидкими реагентами, в особенности с теми, которые содержат значительное количество твердых примесей (известковым молоком, угольной суспензией).

1.20. Диффузорный распределитель устанавливают в вертикальных трубопроводах по оси потока обрабатываемой воды. Он состоит из конического диффузора, обращенного выходным сечением навстречу потоку, и реагентопровода, присоединенного к входному сечению диффузора и снабженного приемником реагента. Горизонтальные кромки выходного сечения диффузора образуют со стенками трубопровода рабочий зазор для пропуска потока обрабатываемой воды (черт. 5).

Черт. 5. Диффузорный распределитель (тип III)

1 - корпус трубопровода; 2 - диффузор; 3 - движение воды; 4 - рабочий зазор; 5 - глухая резиновая муфта; 6 - радиальная распорка; 7 - подача реагента; 8 - приемник реагента; 9 - реагентопровод

1.21. Быстрое распределение реагентов обеспечивается за счет: поступления части исходной воды в диффузор под действием скоростного напора, имеющего наибольшую величину в ядре потока;

рециркуляции воды внутри диффузора в результате гашения скоростного напора и смешения ее с реагентом, поступающим в диффузор через реагентопровод;

равномерного распределения разбавленного реагента в рабочем зазоре;

турбулентной диффузии, образующейся в результате расширения потока при выходе из рабочего зазора.

Поступление разбавленного реагента из диффузора в рабочий зазор происходит за счет подсоса в область минимальных давлений.

1.22. Диффузорный распределитель следует размещать в трубопроводе свободно и центрировать радиальными распорками с зазорами между их торцами и стенкой трубопровода, равными 5-10 мм. Допускается блокировка с камерно-лучевым распределителем (черт. 6).

Черт. 6. Схема совмещения диффузорного и камерно-лучевого
распределителей

1 - корпус трубопровода; 2 - диффузорный распределитель; 3 - движение воды; 4 - камерно-лучевой распределитель; 5 - подача коагулянта; 6 - подача извести

1.23. Диффузорный распределитель можно одновременно с основным назначением использовать в качестве сужающего устройства для измерения расхода обрабатываемой воды с коэффициентом гидравлического сопротивления, указанным в табл. 5.

1.24. Расчетные показатели и размеры диффузорных распределителей указаны в табл. 5.

Таблица 5

СТРУЙНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ СУСПЕНЗИЙ РЕАГЕНТОВ
(ТИП IV)

1.25. Распределители струйного типа предназначены для быстрого смешения суспензий реагентов (извести, угля, глины и др.) с водой в напорных трубопроводах диаметром 200-1400 мм.

Распределители надлежит выполнять по одной из приведенных на черт. 7 схем, включающих: два распределительных элемента для трубопроводов диаметром D = 200 - 400 мм (вариант а); три - для D = 500 -700 мм (вариант б); четыре - для D = 800 - 1000 мм (варианты в, г); пять - для D = 1200 - 1400 мм (вариант д).

Черт. 7. Струйные распределители суспензий реагентов (тип IV)

а-д - варианты схем: а - D = 200 - 400 мм; б - D = 500 - 700 мм; в, г - D = 800 - 1000 мм; д - D = 1200 - 1400 мм; е -деталь ввода суспензии; 1 -трубопровод; 2 - реагентопровод; 3 - коллектор распределительный (резинотканевый рукав); 4 - стальная трубка; 5 - арматура запорная; 6 - сальник; 7 - струбцина запорная

1.26. Распределители можно устанавливать как на горизонтальных, так и на вертикальных участках трубопроводов. В месте установки распределителя расстояние от поверхности трубопровода до ограждающих конструкций должно быть не менее 300 мм.

1.27. Каждый распределительный элемент распределителя суспензии следует выполнять в виде трубки, введенной срезанным концом в трубопровод через сальниковое устройство и установленной срезом по направлению потока. На противоположном конце трубки снаружи трубопровода устанавливают запорную арматуру или струбцину на резино­­­тканевом рукаве.

1.28. Быстрое смешение обеспечивается струйной подачей суспензии реагента через несколько распределительных элементов перпендикулярно потоку воды с охватом большей части поперечного сечения потока струями реагента.

Для повышения эффективности смешения предусмотрена возможность увеличения длины распространения струй за счет выполнения среза трубки под углом 80°. Продольное перемещение распределительного элемента в сальнике позволяет добиться наибольшей площади охвата поперечного сечения потока воды струей реагента. При скорости выхода струи из распределительного элемента менее средней скорости движения воды в трубопроводе длину введенного в трубопровод участка распределительного элемента следует увеличивать, при большей скорости выхода реагента - уменьшать.

1.29. Диаметр выпускного отверстия распределительного элемента следует принимать равным 8-15 мм. При этом следует предусматривать возможность и устройство для очистки от внутренних отложений путем последовательного отключения одной из ветвей распределительного коллектора и применения пробойников соответствующего диаметра (6-12 мм).

2. АЭРИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО ИНТЕНСИФИКАЦИИ
ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ ПРИРОДНЫХ ВОД¹

¹Следует применять в экспериментальном порядке.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

2.1. При обработке природных вод в процессе гидролиза коагулянта образуется значительное количество свободной углекислоты, содержащейся главным образом в газовой фазе вследствие ее малой растворимости. На начальной стадии коагуляции взвешенных веществ при развитой поверхности твердой и газовой фаз происходит интенсивная адсорбция мельчайших пузырьков углекислоты на поверхность микрохлопьев коагулированной взвеси. В результате образуется осадок непрочной, рыхлой структуры.

2.2. Своевременное удаление углекислоты из сферы образования микрохлопьев, достигаемое за счет аэрации воды, значительно интенсифицирует процесс коагуляции. Аэрирование способствует лучшему гидравлическому перемешиванию воды с коагулянтом на стадии скрытой коагуляции. В результате образуются хлопья более прочной и плотной структуры, быстрее осаждающиеся в отстойных сооружениях. Отдувка углекислоты вызывает повышение рН воды, что снижает ее коррозионную активность.

2.3. Метод с применением аэрирования может быть рекомендован при обработке воды с повышенной мутностью и цветностью в целях интенсификации работы водоочистных сооружений, экономии коагулянта и повышения качества осветленной воды по органолептическим показателям (запаху, привкусу, насыщению кислородом) .

2.4. Аэрирование может осуществляться при использовании любых технологических схем обработки воды, предусмотренных СНиП 2.04.02-84.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
И НЕОБХОДИМОЕ КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ

2.5. Оптимальный режим аэрирования следует определять опытным путем в зависимости от качества воды, и прежде всего от ее мутности и цветности.

2.6. Методика определения оптимальной дозы коагулянта и процента аэрирования воды изложена в пп. 2.22—2.24. При невозможности осуществления пробной обработки речной воды расчетные значения дозы коагулянта и процента аэрирования воды для проектируемых водоочистных сооружений ориентировочно можно принимать по табл. 6 (в зависимости от мутности воды). В этом случае интервал между вводом коагулянта и подачей диспергированного воздуха в среднем принимают равным 15 с.

Таблица 6

П р и м е ч а н и е. При обработке цветных вод расход воздуха нужно принимать, %, при цветности воды, град:

до 40 .......................... 10

св. 40 до 60 ................ 15

² 60 ² 80 ................ 20

2.7. Аэрирование воды допускается осуществлять в открытых смесителях гидравлического типа (вихревых и перегородчатых), дополнительных сооружений не требуется.

2.8. Метод обработки воды с аэрированием требует строгой последовательности ввода коагулянта и сжатого воздуха. Введение диспергиро-ванного воздуха в период гидролиза коагулянта и образования микрохлопьев обеспечивает наибольший эффект аэрирования.

2.9. Интервал между вводом коагулянта и воздуха следует принимать 10-20 с - время, необходимое для смешения коагулянта с водой и начала его гидролиза. Верхний предел относится к тем случаям, когда процесс смешения замедляется вследствие низкой температуры воды. Оптимальный интервал определяется пробной обработкой воды.

2.10. Раствор коагулянта следует вводить в подающий трубопровод или при входе воды в смеситель, а диспергированный воздух - непосредственно в смеситель.

Время аэрирования равно времени пребывания воды в смесителе.

2.11. Необходимость предварительного хлорирования или подщелачивания, а также применения других реагентов и последовательность их ввода устанавливаются при пробной обработке речной воды.

2.12. Аэраторы в смесителях располагают на глубине не менее 3 м от поверхности воды.

Во избежание подсоса воздуха в трубопровод, отводящий воду из смесителя, водосборные лотки должны работать с подтоплением (открытый перелив исключается); над трубопроводом необходимо предусматривать отражательный щит. Наилучшим вариантом является применение водосборных лотков с затопленными окнами. Устройство самостоятельного воздухоотделителя после смесителя-аэратора не требуется.

2.13. Распределение воздуха в смесителях может быть осуществлено с помощью фильтросных устройств или перфорированных труб. Фильтросы позволяют получить более мелкое дробление пузырьков, при котором расход воздуха для аэрации воды снижается. Однако сопротивление фильтросов значительно выше, и они быстро загрязняются, что влечет за собой частую промывку их и перерасход электроэнергии, поэтому в Пособии рассматриваются только аэраторы из перфорированных труб.

2.14. Для подачи воздуха в трубчатые аэраторы могут быть использованы воздуходувные агрегаты, применяемые на водоочистных станциях для приготовления раствора коагулянта и других нужд реагентного хозяйства. Подающий трубопровод следует присоединять к аэратору сверху и оборудовать расходомером.

2.15. Схема трубчатого аэратора зависит от конструкции смесителя и условий его эксплуатации.

Для обеспечения равномерности распределения воздуха дырчатые трубы аэратора нужно располагать строго горизонтально. На черт. 8 приведены различные схемы трубчатых аэраторов в вихревых и перегородчатых смесителях. На схеме а представлен кольцевой трубчатый аэратор, который следует применять для смесителей вихревого типа. При больших размерах сечения смесителя (в плане) целесообразно кольцевую трубу дополнить радиальными трубами, как показано на схеме б. Схемы в и г применяют при устройстве аэраторов в перегородчатых смесителях. Аэратор в перегородчатых смесителях надлежит выполнять в виде коллектора с ответвлениями. Расстояние между ответвлениями следует принимать не более 0,7-1 м.

Черт. 8. Трубчатые аэраторы

а, б - при смесителях вихревого типа; в, г - при смесителях перегородчатого типа; 1 - корпус смесителя; 2 - дырчатые ответвления для распределения воздуха; 3 - магистраль (коллектор) для подачи воздуха; 4 - подача коагулянта; 5 - подача воды

2.16. Аэраторы в перегородчатых смесителях следует располагать на подставках высотой 0,1-0,15 м от дна, а в вихревых смесителях - в конической его части на высоте 1,5-2 м над входным отверстием. Наименьшая высота расположения аэратора в вихревых смесителях принимается при наклоне стенок нижней части, равном 45°. Отверстия в трубах аэратора просверливают диаметром 3-4 мм по одной или двум образующим с постоянным шагом.

Все отверстия должны быть направлены вниз по вертикальной оси или под углом 45^о к ней. Для предотвращения слипания пузырьков минимальное расстояние между отверстиями (в осях) должно быть не менее 10 диаметров распределительной трубы.

2.17. Расчетные скорости движения воздуха, м/с, следует принимать:

на магистральном воздухопроводе ............. 10-12

в начале дырчатых ответвлений ................. 8-10

на выходе из отверстий ............................... 20-30

Заданные скорости обеспечивают работу всех отверстий аэратора в струйно-барботажном режиме и достаточно эффективную работу аэратора. Неравномерность распределения воздуха по всей поверхности смесителя не превышает 15-20 %.

2.18. Для обеспечения эффективности аэрирования интенсивность аэрации следует принимать равной 70—80 м³ (м²-ч).

2.19. В перегородчатых смесителях площадь сечения коллектора в аэраторе принимают в 3 раза более площади распределительных дырчатых труб.

2.20. Аэраторы можно изготавливать из металлических и неметаллических труб. В качестве металлических труб могут быть использованы обычные стальные трубы (Ст3) при ограниченном периоде (не более 2-3 мес) коагулирования речных вод. При большем периоде коагулирования целесообразно применять коррозионно-стойкие трубы (полиэтиленовые) .

2.21. Расчет подводящих воздухопроводов следует производить в соответствии с указаниями «Справочника проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий» (М., Стройиздат, 1981).

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЗЫ
КОАГУЛЯНТА И РАСХОДА ВОЗДУХА

2.22. Предварительно следует определить дозу коагулянта без аэрирования в соответствии с общепринятыми методиками.

Определение оптимального режима коагулирования с применением аэрирования надлежит производить с помощью прибора, схема которого приведена на черт. 9.

Черт. 9. Прибор для аэрирования воды в цилиндрах

1 - мерный закрытый цилиндр; 2 - воздушная линия; 3 - лабораторные цилиндры; 4 - стеклянная трубка с резиновым наконечником; 5 - подача воды; 6 - патрубок для опорожнения цилиндра; 7 - штатив

Мерный цилиндр вместимостью 500 мл изготовлен из оргстекла и установлен на штативе. По высоте цилиндр разделен на 20 равных частей. Объем каждой части составляет 5 % объема обрабатываемой воды в цилиндрах. При наполнении водой мерного цилиндра на одно деление такое же количество воздуха вытесняется в обрабатываемую воду. Воздух сверху из цилиндра отводится в стеклянную трубку с резиновым наконечником, которая используется одновременно для диспергирования пузырьков воздуха и перемешивания их со всем объемом обрабатываемой воды.

Расход воздуха и время аэрации соответствуют объему и времени заполнения водой мерного цилиндра.

2.23. Методика пробной обработки воды коагулянтом с применением аэрирования заключается в следующем.

Испытуемую воду наливают в ряд цилиндров вместимостью 500 мл. Дозы коагулянта в цилиндрах такие же, как и в опытах без аэрирования, с интервалом 10 мг/л. После добавления коагулянта производят перемешивание воды в цилиндрах в течение 8-10 с, затем осуществляют аэрирование. Расход воздуха варьируют в пределах 10-40 % объема воды с интервалом 5 %. Вначале во все цилиндры вводят 10 % воздуха, затем 15 % и т.д. Примерный диапазон и изменение расхода воздуха можно принимать по табл. 6. Продолжительность аэрирования составляет 6-8 с. После аэрирования производят быстрое смешение содержимого в цилиндрах палочкой с резиновым наконечником в течение 5 с, а затем - медленное, как в опыте без аэрирования.

В цилиндрах воду отстаивают в течение 30 мин и одновременно ведут визуальное наблюдение за эффектом хлопьеобразования, агломерации и осаждения хлопьев.

Контроль качества воды до и после обработки ее производят так же, как и в предыдущих опытах. В результате устанавливают зависимость степени осветления и обесцвечивания воды от дозы коагулянта и процента аэрирования.

2.24. Оптимальный режим пробной обработки речной воды переносят непосредственно в технологию действующих водопроводных очистных сооружений. При этом возможна некоторая корректировка режима обработки речной воды с учетом особенностей технологической схемы и конструктивного оформления водоочистных сооружений.

3. КОНТАКТНЫЕ КАМЕРЫ ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ¹

¹ Следует применять в экспериментальном порядке.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

3.1. Контактные камеры хлопьеобразования следует применять в технологических схемах осветления мало- и среднемутных цветных и высоко-цветных вод.

Область применения контактных камер ограничивается мутностью исходной воды до 150 мг/л, цветностью до 250 град.

При более высокой мутности и цветности исходной воды применение контактных камер должно обосновываться соответствующими технологическими изысканиями.

3.2. Работа контактных камер хлопьеобразования основана на принципе контактной коагуляции, обусловленной способностью мелких частиц взвеси и микрохлопьев коагулянта после взаимной нейтрализации электрокинетических зарядов прилипать к поверхности более крупных частиц фильтрующей загрузки.

Адгезия частиц загрязнений и продуктов гидролиза коагулянта происходит до тех пор, пока в результате накопления осадка в порах зернистой контактной среды скорость движения воды не достигнет величины, при которой начинаются отрыв хлопьев осадка и вынос их в отстойники. В дальнейшем контактная камера работает в режиме устойчивого равновесия: масса поступающей в камеру взвеси и продуктов гидролиза коагулянта равна массе твердой фазы выносимого водой из камеры осадка. Образование хлопьев осадка в контактных камерах происходит быстрее, чем в камерах со свободным объемом воды, особенно при маломутных цветных водах и низкой температуре воды. Осадок получается более плотным.

3.3. Технологической схемой станции осветления и обесцвечивания воды должна быть предусмотрена установка перед контактными камерами хлопьеобразования сеток, предпочтительно барабанных, или микрофильтров, а также распределителей коагулянта (см. разд. 1).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОНТАКТНЫХ КАМЕР ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ, ВСТРОЕННЫХ В ОТСТОЙНИКИ

3.4. Площадь контактной камеры хлопьеобразования следует определять по удельной нагрузке в расчете на площадь зеркала воды. Удельная нагрузка V_к, м³/(м²×ч) или м/ч, назначается в зависимости от концентрации взвеси С_о, мг/л, с учетом минимальных температур воды в водоисточнике: при С_о < 5 V_к = 7—10; при С_о = 5—10 V_к = 10—15; при C_o = 20—150 V_к = 15—20 (C_o - содержание взвеси в воде, включая образующуюся от коагулянта). Меньшие значения следует принимать для минимальных температур воды. Высота слоя контактной загрузки для вод указанных типов рекомендуется 0,7 м.

3.5. В качестве зернистой контактной загрузки камер хлопьеобразования следует использовать полимерные плавающие материалы типа пенопласта полистирольного марок ПСБ и ПСВ, разрешенных для контакта с питьевой водой, или другие аналогичные материалы. Крупность зерен загрузки — 30—40 мм.

3.6. Гранулы пенопласта необходимой крупности целесообразно получать путем нарезки плит с помощью нагретой электрическим током нихромовой проволоки диаметром 0,8-1,0 мм. Плиты из пенопласта полистирольного выпускаются в широком ассортименте промышленностью. Для ускорения процесса получения гранул нужного размера целесообразно нихромовую проволоку в виде решетки натянуть на деревянную раму с теплостойкими прокладками (например, асбестовыми), имеющую те же размеры, что и плита.

3.7. Для предотвращения всплытия гранул пенопласта в контактных камерах следует предусматривать закрепленную удерживающую решетку с прозорами на 10 мм менее минимальных размеров зерен загрузки.

Учитывая незначительную объемную массу пенопласта (в 25-50 раз менее, чем воды), удерживающая решетка должна быть рассчитана на выталкивающую силу R, т/м²

R = (r_в - r_п) (1 - m) Н_р + r_в D h_з , (4)

где r_в — плотность воды, т/м³ ;

r_п - плотность пенопласта, 0,02-0,04 т/м³ ;

m - пористость загрузки, 0,4-0,45;

Н_p - высота слоя пенопластовой загрузки, м;

D h_з - расчетный перепад давления в загрузке, м (см. п. 3.9).

В решетке должен быть предусмотрен люк, через который производятся загрузка и выгрузка зернистого материала при необходимости проведения его ревизии. Материалом для решетки могут служить арматурные стержни, уголки и т. п. (для них следует предусматривать противокоррозионное покрытие).

3.8. Для задержания пенопласта при опорожнении отстойников в нижней части камеры должна быть установлена вторая нижняя решетка с ячейками, аналогичными верхней решетке.

3.9. Потерю напора (перепад давления) в слое заиленной зернистой контактной загрузки D h_з принимают равной 0,05-0,10 м.

3.10. Промывку контактных камер следует осуществлять обратным током воды при кратковременном выпуске ее без остановки станции. Промывку производят периодически при потере напора в камере выше расчетной (см. п. 3.9).

Периодичность промывки зависит от состояния сетчатых защитных устройств на водозаборе или станции водоподготовки и степени загрязненности исходной воды.

3.11. Контактные камеры хлопьеобразования следует принимать встроенными в вертикальные и горизонтальные отстойники.

3.12. В вертикальных отстойниках контактные камеры располагают в центральной части отстойника. Воду в камеру подают на высоту 0,2-0,3 м над контактной загрузкой (черт. 10).

Черт. 10. Вертикальный отстойник с контактной камерой
хлопьеобразования

1 - отвод отстоенной воды; 2 - подача исходной воды; 3 - контактная камера хлопьеобразования; 4 - верхняя решетка; 5 - плавающая загрузка; 6 - нижняя решетка; 7 - зона накопления и уплотнения осадка; 8 - удаление осадка

3.13. При осветлении воды в горизонтальных отстойниках контактные камеры располагают в начале отстойников (черт. 11) .

Черт. 11. Горизонтальный отстойник с контактной камерой
хлопьеобразования

1 - подача исходной воды; 2 - нижняя решетка; 3 - верхняя решетка; 4 - контактная зернистая загрузка; 5 - отвод осветленной воды; 6 - система удаления осадка из отстойника; 7 - люк для ревизии трубопроводов; 8 - система удаления осадка из камеры

3.14. Над камерами хлопьеобразования необходимо предусматривать павильоны шириной не более 6 м.

3.15. Отвод воды из камеры хлопьеобразования в горизонтальный отстойник следует предусматривать над стенкой (затопленный водослив), отделяющей камеру от отстойника, при скорости движения воды не более 0,05 м/с; за стенкой устанавливается подвесная перегородка, погруженная на 1/4 высоты отстойника и отклоняющая поток воды книзу.

3.16. На уровне верхней кромки затопленного водослива закрепляется решетка (см. п. 3.24).

3.17. Распределение воды по площади камеры хлопьеобразования следует предусматривать с помощью перфорированных труб с отверстиями, направленными вниз под углом 45°. Расстояние между осями перфорированных труб следует принимать не более 2 м. Распределительные трубы размещают непосредственно под нижней решеткой, расположенной на расстоянии 1—1,2 м от верхней решетки.

3.18. Днище камеры следует выполнять с углом наклона граней 45°, в нижней части сходящихся граней располагают трубы для удаления осадка.

3.19. Для осуществления ревизии дна камеры и трубопроводов подачи воды и отвода осадка в нижней части затопленного водослива, отделяющего камеру от отстойника, следует предусматривать люк.

ПРИМЕНЕНИЕ КОНТАКТНЫХ КАМЕР
ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ
ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ КОРИДОРНЫХ
ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ СО ВЗВЕШЕННЫМ ОСАДКОМ

3.20. Основные технологические и конструктивные параметры контактных камер при их размещении в осветлителях следует принимать в соответствии с рекомендациями пп. 3.4-3.7.

3.21. В отличие от указанных рекомендаций высота слоя зернистой загрузки должна составлять 0,3—0,4 м (бóльшие значения — при мутности исходной воды менее 5 мг/л) .

3.22. Контактные камеры располагают по всей площади рабочих коридоров осветлителей в их нижней конической части (черт. 12). Решетку для предотвращения всплытия гранул пенопласта закрепляют на расстоянии 0,9-1,0 м над перфорированной трубой, подающей воду в осветлитель. Нижняя решетка не требуется.

Черт. 12. Осветлитель с контактной камерой хлопьеобразования

1 - подача исходной воды; 2 - контактная камера хлопьеобразования; 3 - зона взвешенного осадка; 4 - отвод осветленной воды; 5 - решетка; 6 - удаление осадка

3.23. При наличии контактных камер хлопьеобразования скорость восходящего потока воды в зоне осветления над слоем взвешенного осадка надлежит принимать на 20—30 % более, чем указано в СНиП 2.04.02-84.

3.24. При использовании контактных камер необходимо обеспечить возможность спуска воды из рабочих коридоров осветлителей через распределяющие исходную воду дырчатые трубы, подсоединив их к коммуникациям сброса осадка.

4. ОТСТОЙНИКИ И ОСВЕТЛИТЕЛИ, ОБОРУДОВАННЫЕ
ТОНКОСЛОЙНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

4.1. Отстойные сооружения (вертикальные и горизонтальные отстойники и осветлители со взвешенным осадком), оборудованные тонкослойными элементами, предназначены для осветления природных поверхностных вод малой и средней мутности и цветности на водоочистных станциях систем хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения.

4.2. В сооружениях тонкослойного осветления осаждение взвеси происходит в наклонных элементах малой высоты. При этом обеспечиваются быстрое выделение взвеси и ее сползание по наклонной плоскости элементов в зоны хлопьеобразования и осадкоуплотнения.

4.3. Тонкослойные отстойные сооружения можно применять как при реконструкции действующих отстойников и осветлителей с целью их интенсификации, так и для вновь проектируемых водоочистных станций.

4.4. Рекомендации настоящего Пособия распространяются на сооружения с противоточным движением воды и осадка в тонкослойных элементах.

4.5. Требования к качеству и методам обработки воды, поступающей на сооружения с тонкослойными элементами, аналогичны требованиям для других типов отстойных сооружений. Производительность тонкослойных отстойников и осветлителей не ограничивается.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ТОНКОСЛОЙНЫХ ОТСТОЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ

4.6. Тонкослойный вертикальный отстойник (черт. 13) работает следующим образом. Исходная вода, обработанная реагентами, поступает в расположенную в центральной части отстойника камеру хлопьеобразования и затем, после ее прохождения, вместе с образующимися хлопьями проходит последовательно распределительную зону и тонкослойные наклонные элементы. Осветленная вода через сборные желоба отводится из сооружения. Осадок из отстойника сбрасывается через систему удаления осадка.

Черт. 13. Вертикальный отстойник, оборудованный
тонкослойными блоками

1 - отвод отстоенной воды; 2 - подача исходной воды; 3 - камера хлопьеобразования; 4 - тонкослойные блоки; 5 - зона распределения воды; 6 - зона накопления осадка; 7 - удаление осадка

4.7. В тонкослойном горизонтальном отстойнике (черт. 14) обработанная реагентами исходная вода поступает во встроенную камеру хлопьеобразования (любого из рекомендуемых действующими нормами типов). Из камеры поток воды, двигаясь горизонтально под блоками и поднимаясь снизу вверх, проходит тонкослойные элементы и поступает в расположенную над ними сборную систему и карман. Накапливающийся в отстойнике осадок периодически сбрасывается через систему удаления осадка.

Черт. 14. Горизонтальный отстойник, оборудованный тонкослойными блоками

1 - подача исходной воды; 2 - камера хлопьеобразования ; 3 - тонкослойные блоки; 4 - сборные желоба; 5 - карман сбора осветленной воды; 6 - отвод осветленной воды; 7 - зона распределения воды; 8 - зона накопления осадка; 9 - удаление осадка

4.8. Тонкослойный осветлитель (черт. 15) работает следующим образом. Исходная вода, обработанная реагентами, поступает в зоны предварительного хлопьеобразования (взвешенного осадка) и далее через распределительную зону и зону сползающего осадка поступает в тонкослойные элементы. Осветленная вода, пройдя тонкослойные элементы, поступает в сборные устройства и отводится из сооружения. Осадок из зоны его накопления удаляется через перфорированные трубы.

Черт. 15. Осветлитель, оборудованный тонкослойными блоками

1 - подача исходной воды; 2 - отвод осветленной воды; 3 - тонкослойные блоки; 4 - окна для отвода осадка; 5 - зона сползания осадка; 6 - зона взвешенного осадка; 7 - зона накопления осадка; 8 - удаление осадка

4.9. Тонкослойные элементы или блоки могут выполняться из мягких или полужестких полимерных пленок, соединенных в сотовую конструкцию, или из жестких листовых материалов в виде отдельных полок (черт. 16).

Черт. 16. Конструктивные параметры тонкослойных элементов в блоке

l_o - длина тонкослойного элемента; b_o - ширина тонкослойного элемента; H_o - высота тонкослойного элемента; Н - высота тонкослойного сотоблока; L - длина тонкослойного сотоблока; В - ширина тонкослойного сотоблока

4.10. Размеры в плане отдельных блоков для удобства их монтажа и эксплуатации следует принимать 1´1—1,5´1,5 м с учетом фактических размеров сооружения. Высоту поперечного сечения тонкослойного ячеистого элемента рекомендуется принимать равной 0,03-0,05 м. Ячейки могут быть приняты любой формы, исключающей накопление в них осадка. Угол наклона элементов необходимо принимать 50-60^о (меньшие значения - для более мутных вод, большие - для маломутных цветных). Длину тонкослойных элементов следует определять специальным расчетом и принимать 0,9-1,5 м (см. п. 4.14).

4.11. Установку отдельных блоков в отстойниках и осветлителях следует осуществлять с помощью специальных несущих конструкций, расположенных под или над ними, либо их креплением к элементам сборной системы (желобам, лоткам, трубам) и промежуточным стенкам сооружений. При этом могут быть использованы стальные или полимерные трубы, дерево, арматурная проволока, профилированные конструкции и т.д.