Самопромывающиеся водоочистные установки (технология, конструкции и расчет) - Сафонов А.Н., Сафонов Н.А., Квартенко А.Н.

Автор: Сафонов А.Н. Сафонов Н.А. Квартенко А.Н.

Теги: санитарная техника санитарно-технические сооружения водоснабжение канализация освещение монография подземные воды очистка сточных вод очистка воды санитарно-техническое оборудование

Год: 2000

Похожие

Очистка городских сточных вод. Курс лекций

Технология очистки природных вод

Водозаборно-очистные сооружения и устройства

Технический справочник по обработке воды. Том 1

Текст

Н.А. Сафонов, А.Н. Квартенко, А.Н. Сафонов
САМОПРОМЫВАЮЩИЕСЯ
ВОДООЧИСТНЫЕ ОСТАНОВКИ
(ТЕХНОЛОГИЯ, КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ)
Ровно-2000
Министерство образования и науки Украины v
Ровенский государственный технический
университет
Сафонов Н.А., Квартенко А Н., Сафонов ^.Н.
САМОПРОМЫВАЮЩИЕСЯ
ВОДООЧИСТНЫЕ УСТАНОВКИ
(ТЕХНОЛОГИЯ, КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ)
I

Под редакцией профессора Сафонова Н.А.
РДТУ
Б1БЛЮТ? А
РОВНО - 2000
УДК 628 16
Самонромывающиеся водоочистные установки (технология, конструкции и
расчет) Сафонов Н А , Квартенко А Н , Сафонов АН- Ровно Издательство
РГТУ.- с 2000.
В монографии рассмотрены конструкции перспективных самонромываю-
щихся водоочистных установок, разработанных в Украинском институте ин-
женеров водного хозяйства (ныне Ровенском государственном техниче-
ском университете).
Приведены результаты многолетних исследований по технологии обез-
железивания подземных и осветления поверхностных вод на самопромы-
вающихся водоочистных установках, а также изложены теоретические
вопросы, связанные с обеспечением стабильной высокоэффективной их
работы.
Даны рекомендации по расчету и проектированию самопромывающихся во-
доочистных установок, а также обобщен опыт их эксплуатации в системах
водоснабжения, базирующихся на подземных и поверхностных водах.
Монография рассчитана на инженерно-технических работников, зани-
мающихся проектированием и эксплуатацией аппаратов для очистки природ-
ных вод Кроме того она может быть полезной аспирантам и студентам, спе-
циализирующимся по технологии подготовки питьевой и технической воды.
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор П Д Хоружий (Киев, институт
гидротехники и мелиорации Украинской академии аграрных наук).
Доктор технических наук, профессор В М Рогов (Ровно, РГТУ)
ВВЕДЕНИЕ
В последние 30-40 лет, в связи с осложнением экологической обстановки,
в странах СНГ проводились интенсивные работы по создание новых
технологий и оборудования для очистки природных вод на водопроводных
станциях.
В частности, на кафедре водоснабжения и бурового дела УИИВХ
разработана технология многопроцессной очистки природных вод и
аппараты для ее практической реализации, получившие наименование
автоматические безарматурные водоочистные установки (АБВУ).
Автоматизация роботы АБВУ основана на трех гидравлических схемах,
защищенных авторскими свидетельствами СССР /№ 169065 от 3. 06. 1963, №
627838 от 19. 08. 1975,№ 814395 от 7. 05. 1979/.
Научные исследования АБВУ проводились в период с 1961 по 1999 годы
кандидатом технических наук, профессором Сафоновым Н. А. /научный
руководитель/, аспирантами В. А. Кратом, С. Н. Назаровым, А. Н. Квартенко
и инженерами А. Н. Сафоновым и Туровской Г. И.
Многолетние исследование АБВУ, проведенные нами на различных
природных водоисточниках, позволили разработать методики расчета и
определить условия их применения для обезжелезивания подземных вод и
для глубокой очистки вод поверхностных источников.
Эксперементально-производственную проверку АБВУ прошли на
водоочистных станциях в городах Ровно, Луцке, Симферополе, Рокитно и
Славянске. Практическое применение они получили для обезжелезивания
подземных вол в малых системах водоснабжения в Ровенской, Львовской и
Черкасской областях Украины.
Разработкой проектов водоочистных станций по технологии УИИВХ
занимались следующие проектные институты; « Укргипрокоммунстрой» г.
Харьков, «Узгипросельстрой» г. Ташкент, «Мосгипротранс» г. Москва,
«Укрводпроект» г. Киев.
Первые образцы самопромываюшихся фильтров были изготовлены на
заводе металлоконструкций в г. Днепродзержинске Днепропетровской
области в 1967 году.
В настоящее время Сарненский завод «Металлист» Госводхоза Украины
освоил выпуск технологического оборудования станций обезжелезивания
воды с самопромывающимися фильтрами по технологии УИИВХ.
После проведения гидравлических исследований АБВУ были продолжены
исследования по выбору фильтрующего материала, обеспечивающего
требуемый эффект очистки воды при устойчивом приросте потерь напора.
Первоначально исследования АБВУ проводились с использованием
кварцевого песка и гранитного отсева. В последующем авторами впервые в
мировой практике водоподготовки были проведены исследования по
установлению возможности применения для обезжелезивания подземных вод
гранульного пенополистирола и комбинированной (каркасно-засыпной)
3 '
загрузки из галечника и кварцевого песка. Эти фильтрующие материалы
оказались более технологичными при использовании их в
самопромывающихся водообезжелезивающих установках.
При биологической очистке природных вод на АБВУ в качестве
носителей биоценозов могут использоваться зернистые или волокнистые
материалы, с удельной поверхностью от 2000 до 8000 м2 /м3. Однако
наиболее развитую поверхность имеют капроновые текстурированные
жгутовые нити, и, как следствие этого, они обладают наиболее высокими
адгеозионными свойствами.
Информация об автоматических безарматурных водоочистных установках
УИИВХ помещена на страницах многих учебников и справочников по
водоснабжению /Л. А. Кульский «Теоретические основы и технология
кондиционирования воды», 1971, 1980, 1983 г, В С. Оводов
«Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение», 1984 г., А. М. Тугай
«Водоснабжение из подземных источников», 1990 г., М. Г. Журба
«Сельскохозяйственное водоснабжение», 1991 г., В. О. Орлов
«Интенсификация работы водоочистных сооружений», 1989 г., Николадзе Г,
И. «Технология очистки природных вод», 1987 г., Фрог Б. И.. Левченко А. П.,
«Водоподготовка»., 1996. Справочник проектировщика. Водоснабжение
населенных мест и промышленных предприятий. Под редакцией И. А.
Назарова, 1977 г./.
Предлагаемую монографию написали сотрудники Ровенского
государственного технического университета: к.т.н., профессор Н. А.
СафоновДвведение, главы 1,3,4 и параграфы 2.1, 2.2, 2.3, 2.4.1, 2.4.5, 2.4.6,
2.4.8, 2.5.5 главы 2); к.т.н. А. Н. Квартенко ( параграфы 2.4.2, 2.4.3, 2.5.1,
2.5.2, 2.5.3, 2.5.4 главы 2); инженер Туровская Г. И. (параграф 3.5 главы 3) и
инженер Симферопольского производственною предприятия водопроводно-
канализационного хозяйства А. П. Сафонов (параграфы 2.4.4. 2.4.7 главы 2 и
параграф 3.3 главы 3). Глава 5 и параграфы 2.6 и 3.7 написаны Н. А
Сафоновым и А. Н. Квартенко совместно.
Авторы выражают искреннюю благодарность инженеру А. М. Думе за
техническую помощь в подготовке монографии.
1. Общие сведения о самопромывающихся водоочистных установках.
Ы.Самопромывающиеся фильтровальные установки, применяемые
в зарубежных странах.
В период с 1957 по 1967 годы в иностранных научно-технических
журналах по водоснабжению регулярно публиковалась информация о
фильтровальных установках, работающих автоматически без применения
задвижек, регуляторов скорости фильтрования и промывных насосов.
Практика их применения в последующие годы показала значительный
технико-экономический эффект, достигаемый за счет снижения
эксплуатационных затрат и повышения надежности роботы водоочистных
станций.
Схема устройства фильтров выпускаемых фирмой Jonak, показана на
рисунке 1-1.
Фильтр состоит
из вертикального
цилиндрического
резервуара, разделен-
ного на три части /
рис. 1-1-а /. В верхней
части находится
запас воды для
промывки фильтра,
средняя часть
представляет собой
собственно фильтр с
песчаной загрузкой /
без поддерживаю-
щего слоя /, нижняя
часть является под-
донным сборным
пространством.
В днище устроен
дренаж из пластмас-
совых колпачков.
Загрузка фильтра
может также состо-
ять из антрацита или
Рис. 1 -1 - я других фильтрующих
материалов.
Работа автоматического фильтра заключается в следующем. Исходная
вода подается в вертикальный трубопровод 4 / рис. 1-1-а / и по нему
5
направляется в фильтр 2, проходит фильтрующую загрузку и поступает в
поддонное пространство, а оттуда по вертикальной трубе — в установленную
на определенной отметке отводящую трубу 5. По мере заиления загрузки
фильтра уровни воды в подающем трубопроводе 4 и в восходящей трубе
сифона 6 повышаются. Когда уровень воды в восходящей трубе сифона 6
достигает верха сифона, часть воды начинает переливаться в нисходящую
трубу, постепенно заполняя ее. Образовавшийся в нисходящей трубе сифона
водяной столб начинает отжимать вниз плавающий запорный клапан. Клапан
погружается и открывает выпускной конец сифона.
Выпуск из сифона
накопившейся в нем
воды вызывает
поступление в него
новых порций воды из
фильтра и полную его
зарядку /включение в
роботу/. Работающий
сифон создает
разряжение в фильтре 2.
В следствии чего
промывная вода из бака
1 устремляется в
поддонное простран-
ство, проходит фильтр
снизу вверх и по сифону
отводится в водосток /
рис. 1-1-б /.
Когда уровень воды в
баке 1 опустится ниже
конца трубки-прерыва-
теля 7, действие сифона
прекращается, и вода из
подающего трубопро-
вода 4 начинает снова
проходить через
Рис 1_!_б фильтрующую загрузку
сверху вниз в поддонное
пространство.
Из поддонного пространства вода поступает в бак 1 и создает в нем запас
для следующей промывки. Когда уровень воды в баке повышается до
отметки трубы, отводящей фильтровальную воду, она начинает поступать в
резервуар чистой воды.
&
Фильтры выпускаются с рабочей площадью от 1,2 до 93,0 м2. Скорость
фильтрования принимается в пределах от 1,2 до 7 м/час.
По принципу, описанному выше, работают фильтры, выпускаемые
фирмой Permutit /см.рис. 1 -2/.
Б автоматических фильтровальных установках, выпускаемых канадской
фирмой Wraver, гидравлическое запорное устройство на конце нисходящей
трубы сифона заменено задвижкой с электроприводом /рис. 1-3/. Задвижка
автоматически открывается перед промывкой фильтра и закрывается после
промывки при помощи переключающего устройства. Это устройство
работает в зависимости от /заданной/ допускаемой потери напора в фильтре,
измеряемой при помощи двух трубок.
В Англии фирмой выпускаются автоматические
фильтровальные установки также с задвижками на концах нисходящих труб
сифонов /рис. 1-4/. В этих установках промывка двух фильтров проводиться
из общего промывного бака, в котором они размещаются. На рис 1-5
показана схема устройства автоматической сифонной промывной установки,
разработанной в Японии. В этой установке отсутствует запорное устройство
на конце нисходящей трубы сифона.
Включение сифона в работу обеспечивается путем подачи воды от
напорного трубопровода. Задвижка на подводящем напорном трубопроводе
автоматически открывается перед промывкой фильтра и закрывается в
определенный момент при помощи специального переключающего
устройства.
Рис. 1 - 2 а.
Рис. 1-2 6.
Рис. 1-3
Сифонные
фильтровальные установки,
разработанные в Канаде,
Англии и Японии, являются
более совершенными по
сравнению с американскими.
Однако автоматизация их
работы достигается за счет
применения электротех-
нической аппаратуры. В
практике водоснабжения
находят применение сифонные
фильтровальные установки не
только с напорными
фильтрами, но и с открытыми.
На рис. 1-6 показана схема
устройства сифонной
фильтровальной установки с
большим числом открытых
фильтров, разработанных в
Австрии.
Установка состоит из
большого числа открытых
фильтров прямоугольного
сечения, расположенных двумя
параллельными рядами.
Между рядами фильтров проходит канал 1 для подвода исходной воды и
канал 2 для отвода воды фильтрата.
Каждый фильтр имеет входной отсек 3 с сифоном 4. Входной конец
сифона 4 опущен в канал 1, а выпускной конец его - в отсек 3. Для
включения сифона 4 в работу его верхний штуцер соединяется с вакуумной
емкостью. При переключении штуцера на атмосферу движение воды через
сифон 4 прекращается. Из отсека 3 по наклонному желобу 5 вода поступает в
камеру 6, и из нее на фильтрующий слой 7. Под фильтрующим слоем
находится сборная камера 8, соединенная с каналом 2.
Во время промывки фильтра сифон 4 соединяется с атмосферой и
поступление воды из отсека 3 на фильтр прекращается. Затем, путем
соединения промывного сифона 9 с вакуумной емкостью включают его в
работу. Вследствие снижения уровня воды над фильтрующей загрузкой /см.
левую половину рис. 1-6/. Вода из канала 2 через дренаж поступает в фильтр
снизу вверх и промывает его.
Рис. 1-4.
Рис. 1 -6.
Промывная вода поступает в камеру 6, затем по сифону 9 отводится в
камеру Ю, из которой сбрасывается в канализацию.
Сифонные фильтровальные установки с открытыми фильтрами являются
Перспективными для применения на водонапорных станциях большой
Производится ьности.
1.2. Классификация автоматических без арматурных
водоочистных установок УИИВХ.
Разработанные нами АБВУ можно разделить на две основные группы:
1. АСФУ /самопромывающиеся фильтры/.
2. АСВУ /самопромывающиеся водоочистные установки/.
В зависимости от производительности водоочистной станции АСФУ
могут устраиваться как с напорными, так и с открытыми фильтрами. По
направлению движения потока воды при фильтровании АСФУ
изготавливаются одно- и двухступенчатыми.
По количеству ступеней фильтрования АСФУ могут быть одно, 2-х и
3-х ступенчатыми. Компоновка фильтров может быть как раздельной, так и
совмещенной. К числу АСФУ с напорными фильтрами отнесены следующие:
- Одноступенчатая сифонная фильтровальная установка с напорными
песчаными фильтрами /ЛСФУ-1/.
- Одноступенчатая сифонная фильтровальная установка с напорными
пенополистирольными фильтрами /АСФУ-2/.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с напорными
песчаными фильтрами /АСФУ-3/.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с щебе-
ночной загрузкой в фильтре I-й ступени и с песчаным фильтром 2-
й ступени /АСФУ-4/.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с пенопо-
листирольным фильтром 1-й ступени и с песчаным фильтром 2-й
ступени /с восходящим фильтрованием воды в фильтре 1-й
ступени/АСФУ-5/.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с пенополи-
стирольной загрузкой в фильтре 1-й ступени и с песчаной
загрузкой в фильтре 2-й ступени /с нисходящим фильтрованием
воды в фильтре 1-й ступени /АСФУ-6/.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с «кипящим»
пенополистирольным слоем в фильтре и песчаной засыпкой в
фильтре 2-й ступени /АСФУ-7.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с пено-
полистирольной загрузкой в фильтрах 1-й и 2-й ступеней /АСФУ-
8/.
- Двухступенчатая самопромывающаяся фильтровальная установка, с
биопоглотителем и напорным фильтром /АСФУ-9/.
- Трехступенчатая самопромывающаяся фильтровальная установка,
состоящая из биопоглотителя и напорных фильтров 1-й и 2-й
ступеней /АСФУ-10/.
- Трехступенчатая сифонная фильтровальная установка с совмешен-
ой компоновкой /АСФУ-11/.
/С
К числу АСФУ с открытыми фильтрами отнесены следующие:
- Одноступенчатая сифонная фильтровальная установка с открытыми
песчаными фильтрами /АСФУ-12/.
- Одноступенчатая сифонная фильтровальная установка с открытыми
пенополистирольными фильтрами /АСФУ-13/.
- Двухъярусная сифонная фильтровальная установка с напорными
фильтрами / АСФУ -14/.
- Двухъярусная сифонная фильтровальная установка с открытыми
фильтрами /АСФУ-15/.
- Двухъярусная сифонная фильтровальная установка с открытыми
щебеночными и песчаными фильтрами /АСФУ-16/.
- Двухъярусная сифонная фильтровальная установка с открытыми
пенополистирольными и песчаными фильтрами /АСФУ-17/.
- Трехступенчатая водоочистная установка с самопромывающимися
префильтром и медленным фильтром /АСФУ-18/.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с напорными
фильтрами, размещенная в водонапорной башне /АСФУ-19/.
- Одноступенчатая сифонная фильтровальная установка с открытыми
фильтрами / с воздуховыпускным зарядным клапаном/, /АСФУ-20/.
- Одноступенчатая фильтровальная установка с открытыми пено-
полистирольными фильтрами / с воздуховыпускным зарядным
клапаном/, /АСФУ-21/.
- Одноступенчатые песчаные самопромывающиеся фильтры с эле-
ктротехнической системой управления воздуховыпускным
зарядным клапаном /АСФУ-22/.
- Двухступенчатые каркасно-засыпные и пенополистирольные само-
промывающиеся фильтры с электротехнической системой
управления воздуховыпускным зарядным клапаном /АСФУ-23/.
- Двухступенчатые каркасно-засыпные и пенополистирольные само-
промывающиеся фильтры с кольцевым зарядным клапаном
/АСФУ-24/.
Двухпоточные самопромывающиеся фильтры разработаны нами
следующих двух разновидностей:
- Напорный двухпоточный самопромывающийся фильтр с возду-
ховыпускным зарядным клапаном /АСФУ-25/.
- Напорный двухпоточный самопромывающийся фильтр с кольце-
вым зарядным клапаном /АСФУ-26/.
К водоочистным установкам типа АСВУ относятся следующие:
- Трехступенчатая самопромывающаяся установка для обезжеле-
зивания подземных вод, состоящая из аэратора /дегазатор,
биопоглотителя и пенополистирольного фильтра /АСВУ-1/
- Трехступенчатая самопромывающаяся установка для обезжеле-
зивания подземных вод, состоящая из аэратора-дегазатора,
контактной камеры и пенополистирольного фильтра /АСВУ-2/.
- Трехступенчагая самопромывающаяся установка для обезжеле-
зивания подземных вод, состоящая из аэратора-дегазатора,
контактной камеры и песчаного фильтра/АСВУ-3/.
- Трехступенчатая самопромывающаяся установка для обезже-
лезивания подземных вод, состоящая из биореактора, контактной
камеры и песчаного фильтра /АСВУ-4/.
- Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с камерой
реакции водоворотного типа, тонкослойным отстойником и
напорным песчаным фильтром /АСВУ-6/.
- Самопромывающаяся водоочистная установка с камерой реакции
перегородочного типа тонкослойным отстойником и скорым
открытым песчаным фильтром /АСВУ-7/.
- Самопромывающаяся водоочистная установка с осветлителем диф-
фузором и напорным фильтром /АСВУ-8/.
- Трехступенчатая установка с камерой реакции перегородчатого
типа, тонкослойным отстойником, скорым и медленным фильтрами
/АСВУ-9/.
Х.З.Схема устройства и принцип работы одноступенчатой
самопромываюшейся фильтровальной установки АСФУ-1.
В 1963 году Н. А. Сафоновым была изобретена первая в Украине
самопромывающаяся фильтровальная установка, схема устройства которой
показана на рис. 1-7. Она состоит из напорного фильтра 1, бака промывной
воды 2, сифона 3 с трубкой-прерывателем 4, гидравлического затвора 5,
воздухоотделителя 6 с трубкой 7, импульсного бачка 8, системы
трубопроводов и устройства автоматического переключения фильтра на
промывку.
Переключающее устройство имеет запорный клапан 9, расположенный
в отводящем трубопроводе 10, гибкий трос 11 и поплавок 12, размещенный в
поп-лавковой камере 13.
Напорный фильтр изготавливается круглым в плане из стальных труб
или из листовой стали. Нижнее распределительное устройство фильтров
выполняется в виде промежуточного днища с дренажными колпачками,
имеющими круглые отверстия. В качестве фильтрующей загрузки
используются песок или дробленный антрацит.
Поплавковая камера цилиндрическая. В дне камеры делается
отверстие, к краям которого приваривается направляющий патрубок.
Поплавок представляет собой полый цилиндр, внутри которого
закрепляется направляющий патрубок с тросиком для подвешивания
запорного клапана.
Поплавковая камера цилиндрическая. В дне камеры делается
отверстие, к краям которого приваривается направляющий патрубок.
Поплавок представляет собой полый цилиндр, внутри которого
закрепляется направляющий патрубок с тросиком для подвешивания
Рис. 1 — 7 а. Рис. 1-76.
Запорный клапан изготавливается из стали и имеет обтекаемую форму,
i тя герме тичности верх клапана снабжается резиновой прокладкой.
Исходная вода /рис. 1-7а/ по трубопроводу 14 подается в бачок 8, из
которого затем по трубе 15 поступает в воздухоотделитель 6 и далее по трубе
16 в фильтр 1.
Профильтрованная вода по трубам 10 и 17 отводится в промывной бак
2, после наполнения, которого по трубе 18 направляется в резервуар чистой
воды или на следующую ступень обработки.
В начале фильтроцикла уровень воды в трубе 15 превышает
максимальный уровень воды в промывном баке 2 на величину начальных
потерь напора в фильтре.
По мере возрастания сопротивления в фильтрующей загрузке уровни
воды в трубе 15 и в восходящей трубе сифона 3 повышаются. Когда уровень
воды в трубе 15 поднимается выше отметки дна поплавковой камеры 13, вода
начинает постепенно поступать на нее по трубе 19. При определенном
заполнении камеры 13 водой поплавок 12 всплывает и тросом закрывает
клапан 9.
75
После закрытия клапана 9 фильтрование воды прекращается, уровни
воды в баке 8 и камере 13 быстро поднимаются до отметки, превышающей
перегиб сифона 3 на величину превышения давления воздуха в сифоне над
атмосферным определяется глубиной погружения в воду выпускного конца
сифона, т.е.
Рс = Ра + hc м вод. ст. (1-1)
Чтобы вода могла преодолеть избыточное давление воздуха в сифоне,
необходим напор над перегибом сифона равный величине 1^. Поэтому, перед
поступлением воды из восходящей трубы сифона в его нисходящую трубу,
уровни воды в бачке 8 и камере 13 поднимаются выше перегиба сифона на
величину he, равную глубине погружения выпускного конца сифона в воду.
Как только уровни воды в бачке 8 и камере 13 достигают отметки Z,
начинается поступление воды в нисходящую трубу сифона и вынос
пузырьков воздуха через выпускной конец сифона. В результате
эжектирования воздуха струей воды давление воздуха в сифоне падает ниже
атмосферного, уровни воды в бачке 8 и камере 13 понижаются и к расходу
исходной воды, поступающей в нисходящую трубу сифона, присоединяется
вода из бачка 8 и камеры 13.
Суммарный расход воды полностью вытесняет воздух из нисходящей
трубы сифона и обеспечивает включение сифона в работу.
Так как сифон набирает воду в количестве, превышающем расход
исходной воды, и в верхней части фильтра создается вакуум, то уровень воды
в трубе 15 падает ниже дна промывного бака 2.
Одновременно с понижением уровня воды в поплавковой камере 13
происходит опускание поплавка 12. После того, как давление воды на клапан
9 снизу становится меньше, чем сверху, он открывается и пропускает воду из
бака 2 на промывку фильтра 1 /рис. 1-76/.
При выходе воды из поплавковой камеры 13 в трубу 15 происходит
захват
струей воды значительного количества воздуха. Для предотвращения
прони-кновения этого воздуха в сифон служит воздухоотделитель 6 с
трубкой 7.
Промывка фильтра продолжается до обнажения конца трубки 4, через
которую прорывается атмосферный воздух, что приводит к срыву вакуума в
сифоне и последующему переключению установки на фильтрование.
Исходная вода, которая во время промывки фильтра вместе с промывной
водой уходила по сифону в канализацию, снова направляется через фильтр.
В некоторых случаях импульсный бачок можно нс устраивать и
аккумулирование дополнительного объема воды, необходимого для зарядки
сифона, следует предусматривать в поплавковой камере.
Расположение запорного клапана в напорном трубопроводе
значительно улучшает условия его робот. В этих условиях при закрытом
положении клапана направление результирующей гидростатической силы
совпадает с направлением тягового усилия, закрывающего его поплавка. Это
позволяет повысить герметичность закрытия клапана, уменьшить его азмеры
и упростить конструкцию.
11ри расположении запорного клапана в напорном трубопроводе даже
неполная герметичность его закрытия не препятствует зарядке сифона.
Кроме того, такое расположение клапана значительно облегчает условия
работы фильтровальной установки. При необходимости, например в период
пуско-наладочных работ, фильтр можно переключить на промывку в любое
время, закрыв клапан вручную.
Из изложенного видно, что автоматизация работы ЛСФУ-1 надежно
обеспечивается без применения без применения электротехнической
запорно-регулирующей арматуры.
На рисунке 1 - 8 показана совместная работа двух
самопромывающихся фильтров.
1-4. Условия, обеспечивающие надежность автоматического действия
АСФУ.
Как было указано выше, в исследуемой фильтровальной установке,
автоматическое переключение фильтра на промывку происходит в результате
зарядки сифона в конце фильтроцикла. При этом для удаления воздуха из
нисходящей трубы сифона используется исходная вода, подаваемая на
Фильтр. При движении струи воды в нисходящей трубе сифона происходит

перемешивание воды с воздухом. Водовоздушная смесь выходит через
выпускной конец сифона.
Величинами, характеризующими чувствительность сифона к зарядке,
являются критическая скорость движения воды в нисходящей трубе сифона
VK и продолжительность зарядки t3.
Под критической скоростью движения воды в нисходящей трубе сифона
VK понимается минимальная скорость, при которой начинается эффективное
отсасывание воздуха из сифона. А под продолжительностью зарядки сифона
L, понимается период времени от начала отсасывания воздуха из нисходящей
трубы сифона до момента, когда сифон начинает работать полным сечением.
Чем меньше величины VK и t,, тем выше чувствительность сифона к
зарядке.
На рис. 1-9 графически показана зависимость критической скорости VK от
диаметра нисходящей трубы сифона. Из этого графика видно, что при малых
диаметрах труб величина критической скорости VK с увеличением диаметра
труб резко возрастает, а при диаметрах более 80 мм становится почти
постоянной и составляет 0,3-0,32 м/с.
Из изложенного можно сделать вывод что для более эффективной
зарядки сифона диаметр его нисходящей трубы dH должен быть по
возможности меньшим.
С другой стороны, диаметр нисходящей трубы сифона должен быть
достаточным для пропуска промывного расхода совместно с расходом
исходной воды, подаваемой на фильтр для очистки.
Ч
Фактическая скорость движения воды в нисходящей трубе сифона Уф в
начальный момент его зарядки зависит от скорости фильтрования воды на
установке Vp н и диаметра нисходящей трубы сифона.
На установках малой производительности при скоростях фильтрования
воды более 10 м/час и малых dH для зарядки сифона достаточно расхода
исходной воды, подаваемой на фильтр. В этих условиях продолжительность
зарядки t3 является наименьшей и составляет 10-15 сек.
При скоростях фильтрования менее 10 м/час расход исходной воды,
подаваемой на фильтр, может быть недостаточный для зарядки сифона. В
этих условиях необходимо накапливать дополнительное количество воды в
импульсном бачке или в поплавковой камере для чего используется
превышение давления воздуха в сифоне над атмосферным. Создается оно в
результате заглубления в воду выпускного конца сифона и повышения
уровня воды в нисходящей трубе сифона в следствие прироста потерь напора
в фильтре.
С уменьшением скорости фильтрования воды затраты времени на зарядку
сифона возрастают. В этих условиях зарядка сифона обеспечивается только
при определенном заглублении в воду выпускного конца сифона hc и
определенном диаметре импульсного бачка.
Импульсный бачок целесообразно изготавливать цилиндрической формы.
Размер его определяется в зависимости от диаметра нисходящей трубы
сифона dH и скорости фильтрования Уф.
Чем меньше скорость Уф и больше dH, тем большим должны быть размеры
импульсного бачка, так как для удаления воздуха из нисходящей трубы
сифона при малой скорости требуется больший приток воды из импульсного
5-4- бачка.
Высота рабочего слоя воды в импульсном бачке перед зарядкой сифона
t-O оказывается равной величине hc. Таким образом, желая увеличить высоту'
рабочего слоя воды в импульсном бачке, следует увеличить hL. Однако, с
увеличением Ьс возрастает давление воздуха в сифоне Рс во время
фильтрования воды. А чем больше Рс, тем большим должен быть приток
воды в сифон из импульсного бачка для вытеснения воздуха. Кроме того, с
увеличением Рс возрастает продолжительность зарядки сифона t3.
Объем воды в импульсном бачке можно увеличить путем увеличения его
Диаметра. Однако, диаметр импульсного бачка должен быть соразмерным с
общими размерами фильтровальной установки.
С целью установления оптимальных размеров импульсного бачка
пользуемся следующими рассуждениями.
При пропуске по сифону расхода исходной воды, подаваемой на фильтр, в
нисходящей трубы сифона вода движется со скоростью Уф.
Для обеспечения зарядки сифона к расходу исходной воды необходимо
направить из импульсного бачка дополнительный расход щ, который в сумме
ц-------------’’ ~
И D FTV !
, д Д л сУ
Б1Е.ЛЮТ’ 'А
с первоначальным qp н обеспечит движение воды в нисходящей трубе сифона
со скоростью У3= Уф+ Уд> VK.
Рабочий объем воды в импульсном бачке геометрически выражается
следующей формулой:
2
Кцб = 0.785 Du6 hc (1.2)
где: Du q - диаметр импульсного бачка, м;
Этот объем будет израсходован на зарядку сифона в течении времени t,.
за этот период времени из импульсного бачка будет поступать расход воды,
изменяющийся от 0 до Цд.
Рассматривая истечение воды из импульсного бачка как из сосуда с
переменным напором, по законам гидравлики имеем:
Уф{з
У равняв правые части формул (1.2) и
необходимых преобразований имеем:
D = I ^3
иб \ 20.785hc
(1-3)
(1.3) после выполнения
(1.4)
2
Заменив в формуле (1.4) qd на выражение q6 = 0,785 dH Vd получим:
Du.6
'^д '^з
2hc
Поскольку Уд= Ук- Уф, то после замены получаем:
(1.5)
Du.6
а2и(Ук-Уф)‘з
2hc
(1.6)
Согласно опытным данным автора оптимальной является глубина
погружения выпускного конца сифона в воду hc =2,5dF.
Подставив в формулу (1.6) оптимальное значение hc и произведя
необходимые вычисления находим:
Du.6 = °-447 • (1 -7)
Для устойчивой зарядки сифона диаметр импульсного бачка
определенного по формуле (1.7) следует увеличить на 10-15% и принять
равным:
»и,б = 0.5 ^н(Ук-Уф)-13 (1.8)
Из анализа формулы (1.8) видно,, что при Уф=Ук диаметр импульсного
бачка получается равным 0. Это значит, что в условиях, когда расход

исходной воды, подаваемой на фильтр достаточен для зарядки сифона,
। предусмотрение импульсного объема не требуется.
Импульсный бачок целесообразно предусматривать в сифонных
фильтровальных установках, предназначаемых для обезжелезивания
подземных вод. В установках для осветления воды, аккумулирование
дополнительного ее объема необходимого для зарядки сифона, можно
предусматривать в поплавковой камере.
Для этих условий диаметр поплавковой камеры с учетом размещение в
ней импульсного объема воды, следует определять по формуле:
Dn.K=ylD^6+D2n (1.9)
где: Dn - диаметр поплавка, м;
Подставив в формулу (1.9) вместо йц его значение из формулы (1.8)
получим:
DU.6 =^25'-dli(VK~Vl]))t3+D2 (1.10)
Из формулы (1.10) видно, что при Уф=Ук диаметр поплавковой камеры
DnK=Dn. Однако по конструктивным соображениям следует принимать
DnK>l,2D„
Для разработки рациональной конструкции самопромывающейся
фильтровальной установки необходимо знать распределение давления и
вакуума в ее элементах во время промывки фильтрующей загрузки.
На рис. 1.10. представлены эпюры распределения давления и вакуума,
составленные на основании гидравлических исследовании АСФУ
производительностью 0,5 м3/час.
Список литературы к главе 1.
1. Completely automatic gravity filter, Journal American Water Works
Association, May, 1957, Vol. 49, n:5, p 82.
2. The jonac automatic Valves, filter, water and water Engineering, 1960, vol. 6,
№777, p. 516-517.
3. Ihe only filter that works by itself, water works Engineering, 1960, n.5., p.484.
4. Automatic valves gravity filters. Journal American Water Association, 1962,
vol. 54. №5, p. 603-605.
5. Ihe Body-Graver Monovalve filters. Water and water Engineering, March,
1966, vol. 70, №841, p. 10-11.
6. Design of water treatment plant for Brookhaven National Laboratory
overcomes problem of ground water rich in iron, water and wasters
Engineering, 1967, 4, №6, p. 70-72.
7. Removal of iron from ground water bu filtration, Journal American Water
Worcs Association, 1967, 59, №7, p. 878.
8. В. А Клячко, И. Э. Апельцин. подготовка воды для промышленного и
городского водоснабжения. Госстройиздат.,-М.: Госстройиздат. 1962
9. Г. Д. Павлов. Автоматическая фильтровальная установка
«Водоснабжение и санитарная техника», №3, №963.
10. Фильтр с автоматической и обратной промывкой. Японский патент, кл.
72с34113, №2443., Реферат. «Химия» 1965.
11. Фильтровальная установка с большим числом обратных фильтров,
Авторский патент, кл. 12. №250996, Реф. журнал. «Химия». 19И, №22.
1968.
12. Технические записки по проблемам воды: Пер. с англ. В 2-х. т. Т. 1ю. /К.
Бараке, Ж. Бабен, Ж. Бернар и др. Под ред. Т. А. Карюхиной, И. Н.
Чурбановой. - М.: Стройиздат, 1983. -607 с.
13. Журба М. Г. Фильтры с полимерной плавающей загрузкой для систем
водоснабжения. - М.: Обзор информ. // ЦБНТИ Минводхоза СССР. -
1987. -Вып. 2. сер.З - с. 61.
14. Журба М. Г. Пенополистирольные фильтры. - М.: Стройиздат - 1992 -
176 с.
15. Тироль Н. Н. , Журба М. Г., Семчук Г. М., Якимчук Б. Н. Доочистка
сточных вод на зернистых фильтрах. СПООО «Типография
левобережная» - 1998 - 92 с.
2. Исследования по технологии обезжелезивания подземных вод
на самопромывающихся водоочистных установках УИИВХ.
2.1. Основные технологические схемы обезжелезивания воды
и их оценка.
Железо является очень распространенным химическим элементом. В ми-
нералах, образующих земную кору, содержание железа составляет 37,04 %.
По данным профессора О. Рябчикова (Московский государственный
университет М. В. Ломоносова) четвертая часть выплавляемого металла
теряется за счет его обработки, износа и коррозии. Если не принимать
необходимых мер, то к 2020 году содержание железа в грунте и воде
удвоится.
Подземные воды в результате контакта с горными породами обогащаются
различными соединениями железа. В пресных подземных водах очень часто
и в значительных количествах содержится бикарбонат закиси железа
Fe(HCO3)2. Например, воды многих скважин на территории Украины
содержат Fe(HCO3)2 в количестве от 0,5 до 8,5 мг/л, а в некоторых
скважинах западных областей УССР содержание железа в воде достигает 20-
25 мг/л и более (см. таблицу 2.1)._________________________________
№ Объекты водоснабжения Количество железа,мг/л
1. Берегово, Закарпатской области 2,0...7,5
2. г. Корец, Ровенской области 5,1...5,4
з п.г.т. Рокитно, Ровенской области 6,0... 32 0
4 с. Селище, Ровенской области 3,0...6,0
с. Ясногорка, Ровенской области 32,5...45
с. Рудня, Карасин, Ровенской области 1,75...4,7
о. г. Ковель, Волынской области 0,87... 1,75
7. Славинский водозабор, Донецкой области 3,75...4,33
8. Зановский водозабор, Луганской области 2,3...4,54
9. г. Чернигов (речной порт) 1,15...5,12
В настоящее время применяются следующие технологические схемы
безреагентного обезжелезивания воды:
вакуумно- эжекционная аэрация и фильтрование на песчаных фильтрах;
упрощенная аэрация - фильтрование на песчаных фильтрах; - аэрация -
фильтрование на контактных фильтрах с катализатором — фильтрование
В наибольшей степени процесс обезжелезивания воды методом
фильтрования реализуется на сифонных фильтровальных установках.
При пропуске воды через сифонную фильтровальную установку осуще-
ствляется аэрация воды с последующим фильтрованием. Следовательно, эти
установки в определенных условиях могут быть применены для обезжеле-
зивания подземных вод.
Установки для обезжелезивания воды с применением катализатора,
включающие контактные и осветлительные фильтры, требуют квалифици-
ровано™ обслуживания. Эксплуатация таких установок особенно затрудни-
тельна в условиях значительных сезонных изменений качества воды. Когда
pH обрабатываемой воды выше 6,5, значительная часть соединений железа
задерживается контактными фильтрами. В этих условиях производят
промывку как осветлительных, так и контактных фильтров.
Отрицательное воздействие на работу контактных фильтров оказывают и
механические примеси, часто содержащиеся в обезжелезиваемых подземных
водах.
Поэтому представляется целесообразным замена фильтрующего слоя
контактного фильтра на биокатализатор или на биопоглотитель из воло-
книстых материалов.
2.2. Исследования процесса обезжелезивания воды на скважине
№2 Ровенского горводопровода.
Задачей исследований на данном этапе являлось установление
возможности применения для обезжелезивания воды АСФУ - 1 и проверка
надежности ее действия в производственных условиях при длительной
эксплуатации.
Для исследования была изготовлена полупроизводственная установка и
смонтирована в камере управления при резервуаре чистой воды,
расположенном на 1 - й водозаборной площадке Ровенского городского
водопровода. Схема устройства данной установки показана на рис. 2 - 1.
Рис 2.1
Установка состояла из напорного
фильтра 1, бака про-мывной воды
2, сифона 3 с трубкой —
прерывателем 4, гидравлического
затвора 5, воз-духоотделителя 6 с
трубкой 7, импульсного бачка 8,
системы трубопроводов и
устройства автоматического
переключения фильтра на
промывку. Перек-лючающее
устройство имело запорный
клапан 9, располо-женный в
отводящем трубопроводе 10,
гибкий тросе 11 и поплавок 12,
размещенный в поплавковой
камере 13.
Напорный фильтр 1 был изготовлен диаметром 700 мм, из листовой
стали. Нижнее распределительное устройство фильтра было выполнено в
виде промежуточного днища с дренажными колпачками, имеющими круглые
отверстия.
На дренажное днище были уложены поддерживающие слои из
базальтового щебня общей высотой 200 мм и крупностью зерен от 2,0 до 10,0
мм.
На поддерживающие слои был уложен рабочий слой кварцевого песка
высотой 1000 мм и крупностью зерен от 0,5 до 1,2 мм.
Бак промывной воды был сделан из листовой стали. Полезная емкость его
составляет 1,9 м3.
Установка АСФУ- 1 работала следующим образом. Вода из скважины №
2 забиралась погружным насосом и по трубопроводу 14 /см. рис. 2-1/
подавалась в бачок 8, из которого по трубе 15 поступала в воздухоотделитель
6 и далее по трубе 16 - в фильтр 1.
Профильтрованная вода по трубам 10 и 17 отводилась в промывной бак 2,
после наполнения, которого по трубе 18 направлялась в резервуар чистой
воды.
В период исследования с 20/IX — 1965 года по 12/VIII — 66 г. установка в
основном работала непрерывно. Перерывы в ее работе были в период замены
насоса, подающего воду из скважины, а также в период промывки и дезин-
фекции резервуара чистой воды.
В первые дни работы установки № 5 происходил процесс зарядки
фильтрующей загрузки, т. е. процесс образования на зернах загрузки пленки
из соединений железа. Продолжительность зарядки загрузки в данных
условиях достигала почти 170 часов. Скорость фильтрования на установке
поддерживалась около 11 м/час.
Через 7 суток после пуска установки № 5 в работу содержание железа в
фильтрате не превышало 0,03 мг/л.
Промывка фильтра в период зарядки фильтрующей загрузки произво-
дилась один раз в сутки. Переключение фильтра на промывку в этот период
осуществлялось вручную. С этой целью при помощи троса 11 /рис. 2-1/
закрывался клапан 9 и фильтр 1 переключался на промывку.
После зарядки фильтрующей загрузки установка начала работать
автоматически.
Результаты обезжелезивания воды на установке АСФУ - 1 за первый год
эксплуатации приведены в таблице 2 —2.
Из таблицы 2-2 видно, что с течением времени содержание железа в
фильтрате хотя и возрастало, но за 10 месяцев работы установки не
превысило нормы ГОСТа.
Промывка фильтра происходила автоматически когда потери напора в
фильтре достигали 2,1 м. Средняя интенсивность промывки составляла 14,2
л/сек. м2 , продолжительность промывки - 5...7 минут.
j Даты наблюдений и величины показатей качества воды 1 12/VIII- 1966 г Фильтрат о 1 Высокая 1 о о 24,0 <=> 0,11 о o' 7,44 VI 04 4© 393,8 о
Исходная вода о I высокая о о гч о о —t о 5 2,16 398,0 о
1 27/V-1966 г Фильт- рат о. | высокая о о 0,05 33,68 О 80‘0 о o' Ч 0,64 ? Г81Ф о
Исходная вода о\ высокая Г4 ГЧ о 33,68 о 1,66 0,34 ч •л ОО 456,4 следы
Г24/П - 1966 г Фильт- рат о высокая О о_ О 21 4 оо 0,03 О о' 7 48 сю £0'1 оо о
Исходная вода 04 1 Высокая о СЧ о о 23,52 ГЧ 2,26 о о 7,48 оо 1,17 365,4 0,033
| 10/XI- 1965 г е 1 о | Высокая г~~> о о 1 16.7 О о о 7.44 СЮ го‘1 417,0 1
Исходная вода о высокая О о (N О 19,8 ч о о~ o' 7,44 ОО 1,36 | 421,2 0,027
Единицы измерения Град. С Град. Град. Баллы Мг/л i Мг/л 1 Мг/л i Мг/л Мг/л Мг-экв/л Мг-экв/л 1 Мг/ О2л 1 Мг/л Мг/л
Наименование показателей качества воды Температура Прозрачность Цветность | Запах X а. | Аммиак 1 Сульфаты Хлориды Железо закисное Железо окисное Жесткость общая 1 Щелочность | | Окисляемость | Сухой остаток | 1 Марганец |
Продолжительность фильтроцикла с течением времени сокращалась. Если
в октябре 1965 года межпромывочный период достигал 28 часов, то к августу
1966 года он сократился до 14 - 15 часов. Увеличить производительность
фильтроцикла путем дополнительных промывок не представлялось
возможным.
В сентябре 1966 года был открыт напорный фильтр для исследования
состояния фильтрующей загрузки. Оказалось, что за период работы
установки с 20/IX - 1965 года по 12/V111 - 1966 года на поверхности
фильтрующей загрузки накопился слой шлама из соединений железа
толщиной около 100 мм.
Удаление из фильтра шлама и замена верхнего слоя песка толщиной 150
мм на дробленый антрацит крупностью зерен 1,0.. 1,5 мм позволили
увеличить продолжительность фильтроцикла до 45 часов. Но при пропуске
через установку воды с содержанием железа 1,7...2,4 мг/л в фильтрате к
концу фильтроцикла содержание железа достигало 0,16 - 0,23 мг/л. А через
два последующих месяца работы установки фильтрат содержал такое же
количество железа как и в начале фильтроцикла.
Исследования, проведенные в 1967 году вновь подтвердили, что с тече-
нием времени остаточное содержание железа в фильтрате увеличивается. Для
повышения эффекта обезжелезивания требовались более длительные
промывки фильтра.
В мае месяце 1968 года установка АСФУ - 1 была демонтирована.
При удалении загрузки из фильтра было обнаружено, что ее зерна на всю
толщину фильтрующего слоя покрыты пленкой из соединений железа. Кроме
того, зерна верхних поддерживающих слоев также имели следы пленки из
соединений железа.
Следовательно, при пропуске через фильтры воды, содержащей
двухвалентное железо, процесс его окисления заканчивается на значительной
глубине фильтрующего слоя. В этих условиях зерна загрузки покрываются
прочной пленкой из соединений железа, которая при обычной промывке
фильтров полностью не отмывается. Поэтому при длительной эксплуатации
фильтров толщина пленки на зернах увеличивается настолько, что
происходит прогрессирующее загрязнение загрузки и ухудшение качества
фильтрата.
Это явление было замечено при эксплуатации станции обезжелезивания
воды в городах Луцке (Волынская область) и Славянске (Донецкая область).
Как показали наши исследования и опыт эксплуатации производственных
станций обезжелезивания воды фильтрованием для надлежащей отмывки
фильтрующей загрузки необходимо периодически производить
дополнительные промывки фильтров, продолжительностью 30...40 минут.
%
2.3 Обезжелезивание воды на одноступенчатой
самопромывающсйся фильтровальной установке с
пенополистирольной загрузкой.
2.3.1. Описание экспериментальных установок.
Первоначально исследования проводились в лаборатории водоснабжения
УИИВХ на экспериментальной установке, схема устройства которой
показана на рис. 2.2
1 - бачок постоянного
уровня,
2 - водоприемный стояк;
3 - 4 - сифон,
5 - гидрозатвор;
6 - трубопровод отвода
отработанной промывной
воды;
8 - клапанная коробка .
9 - поддерживающая труба;
11 - фильтровальная
колонка;
12 - бак промывной воды;
15 - поплавковая камера;
16 - поплавок;
17 - гибкий тросик;
18 - запорный клапан;
19-щит пьезометров;
20-прерывательная трубка
21—подающий рубопровод
7, 10. 13, 14 - система
подводящих и отводящих
трубопроводов
Рис 2JL
Установка состояла из бачка постоянного уровня 1, водоприемного стояка
2> сифона 3-4 с прерывателыюй трубкой 20, гидрозатвора 5, клапанной
коробки 8, поддерживающей трубы 9, фильтровальной колонки 11, бака
промывной воды 12, системы подводящих и отводящих трубопроводов 6, 7,
10, 13, 14, щита пьезометров 19 и устройства автоматического переключения
установки на промывку.
Переключающее устройство выполнено в виде запорного клапана 18,
помещенного в клапанную коробку 8 и гибкого тросика 17 соединенного с
поплавком 16, размещенным в поплавковой камере 15.
Лабораторные исследования позволили установить гидравлическую
характеристики самопромывающейся фильтровальной установки с
пенополистирольной загрузкой.
Исследования по установлению возможности применения
само промывающихся фильтровальных установок с пенополистирольной
загрузкой, для обезжелезивания подземных вод были продолжены на
полупроизводс гвенных установках, площади фильтров которых изменялись
от 0,05 до 0,4 м2 . Диаметры сифонов которыми оборудовались фильтры,
принимались по расчету от 25 до 70 мм.
Схема устройства полупроизводственной установки показана на рис. 2.3
Фильтровальная установка состоит из нескольких смежных фильтров 1
загружаемых гранульным пенополистиролом с крупностью зерен 0,5 - 1,2 мм
и толщиной слоя 700 - 800 мм.
Поддерживающие слои из гранул пенополистирола крупностью 2,5 - 7 мм
имеют общую толщину 150 - 200 мм.
Гранулы пенополистирола, благодаря малой насыпной плотности (0,02
г/см3), находятся в воде в плавающем состоянии. При этом самые крупные
гранулы располагаються в вверхних слоях загрузки, а самые мелкие - в
нижних. Поэтому дренажная система фильтра 17 выполняется в виде
промежуточного днища 16 и закрепляется в средней по высоте части
фильтра. Дренажное днище снабжается колпачками направленными вниз и
имеющими круглые отверстия.
Принцип работы рассматриваемой установки заключается в следующем.
Исходная вода по трубопроводу 4 подается в водоприемный стояк 20 и далее
поступает в воздухоотделитель 22 ,
Из которого по трубам 21 и 18 направляется в нижнюю зону фильтра. Веда
проходит через фильтрующую загрузку в верхнюю наддренажную зону,
собирается желобами 13 и по ним отводится в карман 14. Из кармана фильтра
вода по трубопроводу 15 отводится в резервуар чистой воды
В начале фильтроцикла уровень воды в трубопроводе 20 превышает
уровень воды в сборных желобах фильтра на величину начальных потерь
напора в фильтрующей загрузке. По мере роста потерь напора в загрузке
фильтра уровень уровень воды в трубах 20, 15 ив восходящей трубе
Сифона 2 повышается. При достижении расчетной потери напора в затру зке
фильтра и заполнения водой поплавковой камеры 8 по трубе 6, поплавок 1
всплывает и тросом 9 закрывает клапан 19.
Рис. 2.3.
Одновременно с закрытием клапана 19 фильтрование воды прекращается.
Вода, поступающая по трубе 4 и находящаяся в поплавковой камере 8,
направляется в сифон 2 и заряжает его. После зарядки сифона 2 давление
воды на клапан 19 снизу становится меньше, чем сверху и он открывается.
Затем вода из верхней наддренажной зоны фильтра устремляется через
фильтрующую загрузку, промывает ее в кипящем состоянии и вместе с
отмываемыми загрязнениями, по трубопроводам 18, 15 и сифону 2 через
гидрозатвор 23 и по трубе 1 отводится в канализацию. Для промывки
фильтрующей загрузки одного фильтра используется вода, расположенная в
наддренажных зонах нескольких смежных фильтров, и их фильтрат . При
этом промывная вода со смежных фильтров по трубопроводу 12 поступает на
промываемый фильтр.
Промывка фильтра продолжается до момента обнажения нижнего конца
прерывающей трубки 3, что приводит к срыву вакуума в сифоне и
переключению установки в режим фильтрования.
Отключается фильтр с помощью задвижки 11.
2.3.2 Сравнительная характеристика работы песчаных и
пенополистирольных фильтров
В опытах в качестве исходной использовалась подземная вода, содержащая
железо в количестве от 2 до 4 мг/л . Скорость фильтрования принималась в
пределах от 5 до 8 м/ч , а расчетные потери напора в фильтрующей загрузке
от 1 до 1,5 м .
В первые десять суток после пуска установки происходило "созревание"
фильтрующей пенополистирольной загрузки, т.е. на поверхности ее гранул
постепенно образовывалась каталитическая пленка из соединений железа.
Только после этого был достигнут надлежащий эффект обезжелезивания
воды.
Промывка пенополистирольной фильтрующей загрузки производится
нисходящим промывным потоком , при этом направление сил тяжести
вымываемых загрязнений совпадает с направлением движения воды. В этих
условиях отмывка загрузки достигается за 4 - 5 мин при интенсивности от 9
до 12 л/(с м2).
Для обеспечения надлежащей интенсивности промывки фильтрующей
загрузки минимальный уровень воды в наддренажной зоне фильтра должен
превышать уровень воды в гидрозатворе 23 на величину, равную сумме
потерь напора на пути движения промывной воды. Необходимая
продолжительность промывки достигается при числе фильтров не менее
четырех.
Результаты сравнительных исследований работы песчаных и
пенополистирольных фильтров представлены в таблице 2.5.
Рассматриваемая схема автоматизации может быть применена и для
автоматизации фильтровальных установок с открытыми песчаными
филь трами. Однако в этих условиях строительные размеры фильтровальных
установок увеличиваются из-за необходимости устройства промывного бака,
примыкающего к фильтрам. К тому же вода, накапливающаяся над песчаным
фильтрующим слоем, не используеться для промыви загрузки и
сбрасывается в канализацию. Это увеличивает расход воды на собственные
нужды фильтровальной устаовки. Поэтому автоматические фильтровальные
установки с пенополистирольными фильтрами являются более
экономичными по сравнению с установками, в которых используются
песчаные фильтры.
Сравнительная характеристика работы песчаных и пенополистирольных фильтров.
проба воды отобрана .... После пенополистирольной загрузки 11.12.75 (V = 8.6м/ч) О +9.0 О О
28.11.75 (V = 5.7м/ч) ОС +9.5 — —
ГЧ 1ft г- 0’6+ — сч
Перед входом в пенополистироль -ную загрузку 28.11.75 40 +9.5 —
28.11.7 5 +3.0 сч гч
после песчаного фильтра (V =6 м/ч) 28.11.75 "Ч- +2.0 —* сч
после контакт- ного резервуара (над песчаным фильтром) 11.12.75 СП 0'6+
до градир- ни 28.11.75 сч +9.5 — сч
Показатели ч с i а С 1. Температур а, ОС 2. Запах при 20 ОС баллы 3. Запах при подогревали и воды до 60 0 С, баллы 4. Привкус при 20 0 С, баллы
1 2 3 4 5 6 7 8 . —9
5. Цветность по платино кобальтовой шкале, градусы 21 31 14 13 22 21 10 10
6. Мутность по стандартной шкале, мг/л 11,5 2,2 0,0 1,4 11,8 3,2 1,8
7. Прозрачное ть по С нелле ну, см 100 100 30 100 100 0 100 100
8. Хлориды (С1 -), мг/л 41 40 - 41 40 41 40
9. Железо (Fe2*-;3+), мг/л 3,60 3,60 1,11 0,27 3,12 8,00 0,70 0,12
10. Железо (Fe3-), мг/л 0,75 0,88 1,05 1,18 7,00 0,35 0,08
11. Железо (Fe2+), мг/л 2,85 2,72 0,06 1,94 1,00 0,35 0,04
2 з~ Г 4 5 6 7 8 V
12. Азот аммиака, мг/л 0,57 0,60 0,20 0,11 0,57 0,68 0,50 0,50
13. Азот нитритов, мг/л 0,00 0.00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
14. Общая жесткое гь, мг/л 8,9 9,2 - 9,0 9,2 9,0 9,0
15. Водородный показатель (2Ш 6,95 7,05 7,2 7,25 7,0 6,9 7,1 7,05
16. Окисляемое ть по КМп О4, мг/л 1,84 2,16 - 1,84 2,00 1,76 2,08
17. Щелочность мг - экв/л 5,2 1 5,2 - 4,5 5,5 5,2 5,3 5,15
Примечание:
1 .Проба «до градирни» отбиралась из трубы, подающей воду в бачок постоянного уровня (см. рис.2.1
2. И - скорость фильтрования в момент отбора пробы;
3. Самопромывающаяся фильтровальная установка, загруженная пенополистиролом
4. Пробы и химанализ воды были отобраны и выполнены сотрудниками Славянской химлаборатории,
расположенной в пос Донецкий
2.4. Обезжелезивание воды на двухступенчатых водоочистных
установках с зернистыми носителями железобактерий.
2.4.1. Экология железобактерий и их роль в окислении железа (II).
Группа железобактерий в широком понимании этого слова объединяет
организмы, принадлежащие к различным систематическим единицам: сюда
относятся нитчатые бактерии, флексиобактерии, одноклеточные бактерии из
различных таксонометрических групп, микоплазмы, цианобактерии и другие
Их объединяет способность окислять восстановленные соединения железа
или марганца и откладывать окислы железа на поверхности клеток.
Термин «железобактерии» был введен в науку в 1888 году знаменитым
русским микробиологом Виноградским Е. Н. Широкое распространение
железобактерий в подземных водах подтверждено результатами специальных
исследований, проведенных Научно-исследовательским институтом
коммунального водоснабжения и очистки воды академии коммунального
хозяйства им. К. Д. Памфилова в различных регионах СНГ. По данным этих
исследований железобактерии в количестве сотен клеток в 1 мл содержатся в
водах с диапазоном колебания концентрации солей железа от следов до 4,65
мг/л.
Исследования подземных вод Ровенской области, проведенные Н. А.
Сафоновым и А. Н. Квартенко в период с 1961 по 1999 годы, показали, что
значительное количество железобактерий содержится в водах с
концентрацией железа от 5 до 120 мг/л.
По данным НИИ КВОВ АКХ наиболее широко распространены
одноклеточные микроорганизмы Arthorobacter и нитчатые формы Leptothris,
Grenothris и Galliancl la
Gallianella major
Leptothris, trichogencs
Подсчет количества клеток железобактерий и установление их
принадлежности к определенному роду осуществляется методом
фильтрования исследуемой воды через мембранные фильтры и применения
пластин обрастания.
Для установления принадлежности железобактерий к тому или иному
роду используется морфологическая характеристика клеток. При видовой
диагностике обязательным условием должно быть излучение, помимо
морфологии, физиологических свойств чистых культур бактерий.
Одноклеточные железобактерии Arthorobacter обладают чехлом Нити
неподвижны. Подвижностью обладают отдельные клетки, имеющие
полярные или субполярные жгутики. Клетки равного диаметра по длине
нити. В чехлах накапливаются окислы железа и марганца.
У железобактерий Crenothris нити и отдельные клетки неподвижны. Нити
конические, суживаются к одному концу. Клетки внутри чехла разной
формы: цилиндрические, дисковидные и округлые. К расширенному концу
располагаются в несколько рядов.
Железобактерии Gallionella представляют собой мелкие организмы, не
имеющие клеточной стенки. Развиваются в нейтральной среде. Накапливают
только окислы железа. Лентовидные или винтообразно перекрученные
ожелезненные нити отходят от бактериальных клеток спутников, на которых
они паразитируют.
Согласно новым данным микробиологической науки, в водах открытых
водоемов, пополняющих подземные водоносные пласты, установлено
присутствие более двадцати различных форм железобактерий.
Распространение железобактерий в водоемах тесно увязано с физико-
химической обстановкой окружающей среды, (рис. 2А). Оптимальные
условия для развития этих организмов создаются при одновременном
наличии в среде восстановленных форм железа или марганца, растворенных
органических веществ, кислорода и кислотности среды, близкой к
нейтральной. Эти факторы, определяющие развитие железобактерий,
распространены в разных местах обитания весьма неравномерно.
Зависимость развития железобактерий от одновременного присутствия
кислорода и восстановленных форм железа и марганца определяет область их
распространения в особых экологических нишах, характеризующихся
неравновесными условиями среды Указанные условия могут возникать в
виде стратифицированных водоемов с зоной дефицита кислорода, при
выходе на дневную поверхность железистых источников или в болотах
низинного типа, В геоломиктических водоемах это место в периоде
стагнаций на границе исчезновения кислорода и кратковременно - в периоды
Циркуляций по всей водной толще. В меромиктических водоемах подобные
Условия могут существовать постоянно на нижней границе кислородной
зоны. Помимо этого, в ряде водоемов железо удерживается в растворе в
хорошо аэрированной верхней толще воды в виде комплексов с
окрашенными гуминовыми кислотами и другими органическими
соединениями. К таким водоемам относятся полигумозные озера мезо -
олиготрофного типа, болотные воды и некоторые евтрофные озера.
Рис. 2 ^‘Зависимостьраспространения
железобактерий от рН-Eh водной среды.
Изложенное выше свидетельствует о широком ареале распространения
железобактерий и большом диапазоне условий, в которых они могут
существовать, проявляя геохимическую деятельность в качестве
специфических катализаторов окисления и концентратов железа и марганца.
Применительно к технологии обезжелезивания подземных вод важное
значение имеет способность железобактерий минерализировать железо
комплсксоорганических соединений, устойчивых к химическому окислению.
Вторая способность биогенного окисления и синдементации окислов
заключается в том, что железобактерии способны окислять и
концентрировать на клеточной поверхности указанные элементы при
условиях, когда их содержание не превышает 10’6 М и химическое окисление
исключается. Скорость биогенных процессов окисления железа и особенно
марганца во много раз превышает химическое окисление. Этот фактор
представляет большой интерес для практики обезжелезивания подземных вод
с высокой концентрацией железа.
2.4.2. Современные представление о механизме биологического
окисления соединений железа и марганца различными видами
микроорганизмов.
Основной теоретической предпосылкой предложенного метода
интенсификации процесса очистки подземных вод от соединений железа и
марганца с применением биологических катализаторов послужило:
1. Известное свойство автотрофных железобактерий окислять
двууглекислое железо с использованием выделяющейся при этом
энергии на свои основные жизненные процессы
2. Известное свойство большинства существующих микроорганизмов к
выделению в качестве одного из продуктов бактериального
метаболизма Н2О2, образующегося в процессе окисления
органических веществ при переносе электронов по дыхательной
цепи.
Микроорганизмы у которых источником энергии служат процессы
окисления неорганических соединений, были обнаружены в конце XIX С. Н.
Виноградским.
Согласно данных С. Н. Виноградского и Н. Г. Холодного Galionella
использует энергию окисления железа для ассимиляции СО2, служащей
основным источником углерода.
Окисление карбоната железа, приводящее к получению энергии,
происходит в соответствии с уравнением:
I
2FeCO3 + ЗН2О + ~О2 = 2Fe(OH )3 + 2СО2 + 29кал (2.1.)
2
Следовательно, эта реакция сопровождается выделением энергии в
количестве 125 г-кал на 1 г окисленной углекислой соли закисного железа. За
счет этой энергии в клетках Galionella и происходит вся работа, необходимая
для разложения углекислоты и синтеза органических веществ.
В данном случае железобактерии используют карбонат железа в
качестве источника энергии, окисляя его в процессе дыхания. Дыхательные
цепи хемолитоавтотрофов содержат следующие виды переносчиков
'флавиновые дегидрогеназы, хиноны, FeS-белки, цитохромы,
Цитохроме ксидазы/.
При окислении Fe2+ железобактериями электроны с субстрата
включаются в дыхательную цепь на уровне цитохрома. Окисление
микроорганизмами рода Galionella неорганических соединений сопряжено с
переносом электронов на цитохромы и приводит, как видно из реакции /2.1/,
к освобождению небольшого количества энергии.
Включение электронов с субстрата на уровне цитохрома приводит к
тому, что в электротранспортной цепи функционирует только один генератор
Лр + . если при переносе двух электронов с субстрата на молекулярный
кислород организм способен осуществлять только одно фосфолирование, для
обеспечения энергией ему необходимо «переработать» большее количество
субстрата.
Включение электронов в дыхательную цепь на уровне цитохромов
/минуя НАД7 приводит к тому, что в этом процессе не образуется
восстановитель - НАДН2 необходимый для биосинтетических процессов
особенно в случае использования в качестве источника углерода СО2. При
этом типе метаболизма работает система обратного переноса электронов, т.е.
происходит своеобразное поднятие электронов по дыхательной цепочке в
сторону более отрицательного потенциала, необходимого для
восстановления молекул НАД*. Процесс обратного транспорта электронов
требует энергии, и часть молекул АТФ, получаемых за счет окислительного
фосфорилирования на конечном этапе дыхательной цепи, тратится для
образования восстановителя.
Из выше изложенного следует, что у хемолитоавторофных
микроорганизмов, к которым относятся Galionella, дыхательная цепь
работает в двух направлениях: осуществляет транспорт электронов для
получения энергии в соответствии с термодинамическим потенциалом и
перенос электронов против термодинамического потенциала, идущий с
затратой энергии для того, чтобы синтезировать восстановитель
Указанные особенности хемолитотрофного метаболизма объясняют
низкие выходы биомассы этих бактерий и большие метаболические
изменения, которые они совершают в окружающей среде. Так, по Старки
/1945/, окисление автотрофнвми железобактериями 55,8 г железа в виде
углекислой соли должно дать 106,8 г гидроокиси этого метала и только 0,209
г органического вещества клеток. Следовательно отношение веса
выделенной бактериями гидроокиси к весу клеток, образующихся за счет
энергии окисления, должно приблизительно равняться 500:1.
Это важное свойство может быть реализовано в технологии
обезжелезивания подземных вод, с целью уменьшения объема
образующегося осадка.
2.4.3. Средства борьбы железобактерий с ингибирующим влиянием
вредных продуктов метаболизма клеток.
Известно, что в результате внутриклеточного метаболизма происходит
процесс восстановления О2.
Для полного восстановления молекулярного кислорода, приводящего к
образованию молекул воды, требуется 4 электрона:
О2 + 4Н+ + 4е^>2Н2О, (2.2)
Помимо существования в основной форме в биологических реакциях и
под действием различных физико-химических факторов возникают продукты
не полного восстановления О2, более реакционно способные и обладающие
высокой токсичностью для клетки.
Если восстановление молекулярного кислорода происходит ступенчато,
то при переносе одного электрона на О2 образуется супероксидный анион:
О2 + е = 02, (2.3)
Последний содержит неспаренный электрон, поэтому является
отрицательно заряженным радикалом /анион-радикалом/. Он может
протонироваться с образованием нейтрального гидропероксидного радикала:
02 + Н + -> НО2, (2.4)
В последнее время признание получила точка зрения, согласно которой
основную опасность для организмов представляют продукты, образующиеся
при одноэлектронном восстановлении молекулы О2, одним из которых
является супероксидный анион.
Супероксидный анион генерируется при взаимодействии с молекулами О2
различных клеточных компонентов /восстановленные флавины, хиноны, FeS
белки/, а также в реакциях, катализируемых ксантиноксидазой,
альдегидоксиназой и рядом других флавопротеидных ферментов. Помимо
реакции биологической природы 02 могут возникат вне клетки в водных
растворах при воздействии на них ультразвуком, в результате
фотохимических, химических и электрохимических процессов.
Кроме этого ионы О 2 весьма стабильны, время их «жизни» в водной
среде продолжительнее, чем у остальных О2 - производных радикалов.
Поэтому экзогенно возникающие О2 могут проникать в клетку и участвовать
в реакциях, приводящим к различным повреждениям клетки.
Супероксид-анион может взаимодействовать с Н2О2 с образованием
гидроксидатного радикала (ОН), превосходящего О2 по окислительной
активности и токсичности:
02 + 2Н2О2 + Н+ ~^О2 + Н2О + ОН' (2.5)
Источником возникновения ОН могут служить реакции
оДНоэлектронного окисления перекиси водорода, катализируемые
железосодержащими соединениями, всегда имеющимися в клетках:
Н2О2 + Fe2+ Fe3+ + ОН~ + ОН (2.6)
Перенос двух электронов на О2 приводит к образованию перекисного
аниона / / или перекисного водорода / /.
о2 + 2е -» О2~ (2.7)
О2 + 2Н + 2е —> Н2О2 (2.8)
Катализировать перенос двух электронов на О2 могут содержащиеся и
клетках микроорганизмов оксидазы флавиновой природы и некоторые
цитохромы.
Источником Н2О2 могут быть реакции автоокисления некоторых
негемовых FeS —белков, а также реакции дсмутации супероксидных
радикалов /2.9, 2.10/ протекающие под воздействием защитного фермента
супероксиддисмутазы, осуществляющего перехват ионов О2 и
катализирующего их дисмутацию:
02 +02 + 2Н+ -+ Н2О2+*О2 (2.9)
02 +02 + 2Н+ -+ Н2О2 + О2 (2.10)
Как видно из реакции, образующиеся супероксидные анионы
дисмутируют в реакцию, протекающей спонтанно /2.9/ или катализируемой
супероксиддисмутазой /2.10/. Различие между обеими реакциями в том, что
при спонтанной реакции дисмутации одним из первоначально возникающих
продуктов является синглетный кислород, вызывающий разрушение
клеточных мембран, в то время как при ферментативной реакции
образующийся кислород находится в основном в триплетном состоянии.
Перекись водорода образуется не только у всех аэробов, но и у
факультативных анаэробов, растущих в аэробных условиях, так ее
возникновение в клетках микроорганизмов - естественный процесс. У
большинства аэробов Н2О2 быстро разлагается с помощью каталазы и
пероксидазы. В отсутствии их Н2О2 может накапливаться в летальных для
организма концентрациях.
Проведенные нами, совместно с бактериологической лабораторией
Ровенской СЭС исследования по изучению физиологии Leptothrix ochracea
подтвердили данные о способностях к выделению этими микроорганизмами
значительного количества перекиси водорода.
Для определения наличия у микроорганизмов ферментных систем
защиты, нами была выделена чистая культура Leptothrix ochracea
Выделенные колонии переносили из чашек Петри на предметное стекло и
обрабатывали вначале физиологическим раствором, а затем 30% раствором
перекиси водорода. Через 30-40 секунд в каплях с колониями Leptothrix
ochracea наблюдалось интенсивное выделение пузырьков кислорода,
свидетельствующее о каталазоположительности этих микроорганизмов.
2.4.4 Определение обшей и удельной поверхности зернистых и
волокнистых носителей железобактерий.
В практике обезжелезивания подземных вод в качестве носителей
железобактерий используют кварцевый песок, гранитный щебень и
гранульный пенополистирол.
Детальное описание геометрии зернистого слоя из-за сложности обычно
не используется. Поэтому зернистый слой рассматривают усередненно как
однородную изотропную среду, характеризуемую следующими
обобщенными показателями:
Пористость, под которой понимают долю свободного объема в зернистом
слое:
(2-11)
или
w = (2Л2)
где: Vnop - объем пор в слое зернистого материала;
t т ф - объем твердой фазы;
= <vnop *утф> ‘ суммарный объем зернистого слоя.
Из уравнения (2.11) и (2.12) следует: ~ 1 ~ (ат.ф f Р’т.ф ’ (2.13)
№ = (Рт.ф/а,п.ф)-^ (2-14)
ф = W(1 + WJ, (2-15)
где: атф и ртф - соответственно насыпная плотность и пористость
зернистого материала;
Поверхность зерен слоя, под которой понимают произведение “
смоченного периметра” т.е суммы всех омываемых контуров частиц, на
высоту зернистого слоя:
5з.сл = РНсл’м2 <2-16)
Поверхность слоя принято относить либо к единице его объема:
S7 = s,r„/ v , м2/м3 (2.17)
либо к единице объема зерен в слое:
S0=S *3.c3/Vm^M С218)
Величины Sq и S3 сл соответственно называются удельной плотностью
слоя и удельной поверхностью зерен в слое. Из определения этих величин и
уравнения (2.1) вытекает соотношение между ними:
/ (2.19)
з.сл и
Если слой состоит из монодисперсных частиц правильной шарообразной
формы, то:
S7 = 6(1 - $)/d И Sn = 6 / d, (2.20)
з.сл и
где- d - диаметр шарообразных зерен слоя.
Коэффициент формы, под которым понимают отношение поверхности
зерен неправильной формы к поверхности равновеликого шара:
а = S / S , (2.21)
ф а рели ’ v '
Коэффициент формы для частиц неправильной формы всегда больше
единицы:
5 =6(l-^)l.(d.a./d)a, (2.22)
3 СЛ ! ‘
Графические зависимости общей поверхности частиц в 1 м3
измельченного материала, м2, от диаметров фракций приведены на рис.
В качестве волокнистых носителей железобактерий значительный интерес
представляет применение капроновых текстурированых жгутовых нитей
(КТЖН).
Общая контактная поверхность насадки биопоглотителя из КТЖН
определяется по формуле:
S7 = /rd I- N, (2.23)
з.сл
где: I - длина нитки, м;
7V - количество нитей на 1 м2.
Удельная поверхность КТЖН оценивается по формуле:
v- 2
4 1 У-(У,ё, )
Sg=—(1 + —)------——, (2-24)
dp 2r YfVft )
где: d - диаметр нити;
p - плотность материала;
Г = / / d
Если волокна достаточно длинные и тонкие (/ > 1), уравнение (2.24)
сводиться к уравнению:
КоличестЬо нитей на i мг п/ющайи
насадна Ж шт
Рис. 2. 6
О - 2 ’ ' ’
dp H(Vi8i )
С достаточной для практики точностью удельную поверхность КТЖН
ложна находить по формуле:
S0=fr/dp, (2.26)
f - параметр который стремится к четырем, когда отношение
2 3
) стремится к единице, т.е когда волокна примерно
одинакового размера.
Результаты расчетов по определению общей удельной поверхности
КТЖН приведены
2. 4. 5. Обезжелезивание воды на экспериментальном и
производственных фильтрах станции обезжелезивания воды
Гощанского водозабора.
Исследования проводились на крупногабаритной экспериментальной
установке, построенной в 1986 году в здании действующей станции
Гощанского водозабора Ровенского городского водопровода. Схема
экспериментальной установки показана на рис. 2. ? Она представляет собой
скорый открытый фильтр, изготовленный из стальной трубы диаметром 1000
мм и высотой 4950 мм. Фильтр оборудован подающим, отводящим,
промывочным, переливным и грязевым трубопроводами диаметром 100 мм
каждый.
В качестве фильтрующей загрузки использовалась гранитная крошка с
предельным размером фракций 1...3 мм и высотой слоя от 750 до 1200 мм.
При помощи задвижки, установленной на подающем трубопроводе,
скорость фильтрования изменялась в пределах от 5 до 15 м/ч. Измерение
скорости фильтрования осуществлялось при помощи водомера,
установленного на подающем трубопроводе.
Эксперимента-льный фильтр работал параллельно с прои-зводственными
фильт-рами на воде, забира-емой из скважин, пробуренных в пойме реки
Горынь. Вода, обезжелезенная на экс-периментальном филь-тре, поступала в
сбор-ный трубопровод про-изводственных фильт-ров и по нему отво-дилась
в подземный резервуар чистой воды.
Промывка экспериментального фильтра производилась водой,
подаваемой из бака промывной башни с интенсивностью 20...22 л/с м2.
Грязная промывная вода поступала в сборный коллектор производственных
фильтров и по нему отводилась на сооружения для обработки промывных
вод с целью их повторного использования.
1 - трубопровод подачи исходной воды;
2 - трубопровод отвода фильтрата;
3 трубопровод ля сброса первого фильтрата
4 труба для подачи промывной воды;
5 -труба отвода грязной промывной воды;
Рис. 2.?
Отбор проб воды после экспериментального фильтра осуществлялся
через каждые два часа персоналом производственной лаборатории станции
обезжелезивания воды. Результаты анализов исходной и очищенной воды
заносились в общий журнал лабораторно - химических анализов.
За 1986 год на экспериментальном фильтре было проведено 56
фильтроциклов. Эти фильтроциклы проводились во все сезоны года (зима,
весна, лето, осень). Результаты обезжелезивания воды на экспериментальном
и производственных фильтрах приведены в таблице 2.4.
Одновременно с проведением опытов на экспериментальном фильтре
велись наблюдения за работой производственных фильтров станции
обезжелезивания воды. В качестве фильтрующей загрузки производственных
фильтров использовался гранитный щебень с крупностью фракций 5...25 мм.
Четыре фильтра первой очереди строительства были загружены гранитным
Щебнем с размером фракций 5...25 мм и высотой слоя 2000 мм. Четыре
фильтра второй очереди имели щебеночную загрузку с крупностью 5... 10
мм, высотой слоя 2000 мм.
Результаты обезжелезивания воды на производственных фильтрах
первой и второй очереди строительства приведены в таблице 2.4.
Из рассмотренных данных таблицы 2Дг. видно, что щебеночная
загрузка не обеспечивает требуемого эффекта обезжелезивания воды,
фильтрующая загрузка с крупностью фракций 5... 10 мм позволяет снижать
содержание железа в воде до норм ГОСТ 2874-82, но подвержена
кольматации соединений железа. Кольматация такой загрузки происходит
потому, что она при обратной промывке фильтра остается неподвижной.
В результате кольматации фильтрующей загрузки постепенно
снижается производительность фильтров и возникает необходимость в
замене фильтрующей загрузки. Поэтому для загрузки фильтров станций
обезжелезивания воды следует использовать фильтрующие материалы,
обладающие надлежащей сорбционной способностью при фильтровании и
подвижностью при обратной промывке фильтра водой С этой точки зрения
перспективным фильтрующим материалом является гранулированый
пенополистирол.
2.4.6". Обезжелезивание воды на установке АСФУ-4 с неподвижными
носителями железобактерий.
Как отмечалось ранее, количество ступеней фильтрования
устанавливается в зависимости от концентрации железа, растворенных газов,
а также от величины рН-ЕЬ в исходной воде, влияющих на кинетику
извлечения железа
При содержании железа в исходной воде более 3 мг/л, для получения
надлежащего эффекта обезжелезивания необходимым оказалось применение
двухступенчатых установок, на которых в наибольшей степени реализуется
технология биологического обезжелезивания воды, это было подтверждено
результатами наших исследова'ний, проведенных на скважинах в селах
Решуцк и Селище, а также в п.г.т. Рокитно Ровенской области.
Схема устройства двухступенчатой фильтровальной установки АСФУ-4
приведена на рис 5- В . Работа ее автоматизирована по принципу описанному
в 1-й главе. Для изготовления фильтров экспериментальных установок
использовались стальные трубы диаметром 250, 700 и 1000 мм. Высота
фильтров 1-й ступени принималось в пределах от 3500 до 4500 мм, высота
фильтров П-й ступени - от 2000 до 2500 мм.
Устройство для аэрации воды предназначалось для насыщения
обрабатываемой воды кислородом воздуха, повышения значений pH-Eh
среды до границ обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов
к которым относятся все виды железобактерий.
На фильтре 1-й ступени осуществлялось разложение
железоорганичеческих комплексов и окисление закисного железа
железобактериями, закрепленными в виде слизистой биопленки на
поверхности щебеночной загрузки. Постоянный приток свежей питательной
среды, в виде гидрокарбоната железа, приводил к стабильной работе фильтра
1-й ступени с постоянным приростом биомассы часть которой с течением
времени отторгалась от щебеночной загрузки фильтра и вместе с рыхлым
осадком гидрооксида железа выносилась на фильтр второй ступени, где и
задерживалась в верхнем слое песчаной загрузки.
Время промывки осветлительного фильтра П-й ступени составляло 5... 10
мин, интенсивность промывки изменялась в пределах 12... 15 л/см2.
Режим промывки фильтров I-й ступени должен назначаться таким, чтобы
из щебеночной загрузки удалялось только рыхлая часть осадка гидрооксида
железа и сохранялась биологическая пленка на поверхности зерен щебня.
Проведению экспериментальны исследований предшествовал “пусковой”
период (7... 14 дней) в течении которого в загрузке первой ступени
осуществлялось выращивание микроорганизмов, а также проводилась
“зарядка” песчаной загрузки фильтра, на поверхности зерен которой со
временем при фильтровании образовалось адсорбционно-каталитическая
пленка из соединений железа.
Таблица 2Д
Объем промывной воды в % от профильтрова- ной за фильтроцикл о Производственные фильтры первой очереди Ровенского водопровода 1 LZ‘£ SZ.T in Производственные фильтры второй очереди Ровенского водопровода | ! s‘9 J 9‘г J 1 l‘Z 1 Экспериментальная фильтровальная установка 1 9,7 |
Объем воды профильтро- ваной за фильтроцикл, м’ os 21168 | 18865 I 21168 ; | 20727 19404,0 ! 41454,0 | 41895,0 | 51597,0 161 |
Объем промыв- ной воды, м3 со 1058,4 617,4 793,8 1058,4 I 1058,4 | 1058,4 СО о 1 1058,4 i 16,25
Расход промыв- ной воды, л/с Г- 294 1 1 294 1 1 WE i WE WC 1 I 294 I 294 294 ' 12,56
Й У <я хО о во ° •& со S * о с? 5 О s Г) © х SO 73,68 I 1 79,28 | 1 80,06 | 1 62,67 ] 91,94 1 95,04 92,69 | 95,10 90,08
Содержание Fc2*, в фильтрате, мг/л v> 0,86 I 0,65 | 0,63 I I 0,188 0,113 I 0,178 I 0,120 1 0,20
Содержа- ние Fc2’, в исходной воде, мт/л 1 3,26 1 3,16 ! 3,16 3,0 I 2,330 I 1 2,278 I 2,438 os v> сч 1 2,19
Продолжи- тельность промывки, мин m S v> m Vi о \D О \D О so S о so | 23,32
Продолжи- тельность межпромы- вочного периода, час сч ос о \D os 5 VI О £ | 41,82
я £ -& —* - сч m -r ю Г- DO
Обобщенные результаты исследований приведены в таблице ,
доказывает, что понижение pH воды происходит тем интенсивнее, чем
больше содержится в воде железа и меньшее ее щелочность. Эффективность
обезжелезивания аэрацией увеличивается при повышении pH и увеличении
количества кислорода. При обезжелезивании подземных вод с концентрацией
ре2] более бмг/л и pH < 6,8, для обеспечения стабильности воды требуется ее
глубокая аэрация.
Цо этой схеме была запроектирована, построена и в 1984 году пущена в
эксплуатацию станция обезжелезивания воды в с. Селище Сарненского
района Ровенской области. Общий вид здания насосной станции
обезжелезивания показан на рис..S/i
Гранитный щебень является хорошей средой для жизнедеятельности
железобактерий, однако при крупности фракций 10...30 мм он не обладает
подвижностью при промывке, что является причиной кальматации меж
зернового пространства.
Опыт эксплуатации станций обезжелезивания воды в городах Ровно и
Луцке показал, что через 1...2 года возникает необходимость в замене
щебеночной загрузки фильтров. Из-за этого усложняется и удорожается
эксплуатация станций обезжелезивания воды.
Рис.
С целью устранения вышеназванного недостатка нами было предложено
вместо щебеночной загрузки фильтров первой ступени использовать
гранулированный пенополистирол с крупностью фракций 6 = 3...10 мм.
Схема фильтровальной установки с пенополистирольной загрузкой
биофильтра и песчаной загрузкой осветительного фильтра в режиме
фильтрования показана на рис 2.9 . принцип ее работы такой же как и
установки АСФУ-4 с неподвижными носителями железобактерий. При
промывке фильтров уровень воды в фильтре I-й ступени снижается ниже
отметки дна промывного бака, благодаря этому нарушается структура
пенополистирольного фильтрующего слоя и отмывка загрузки
обеспечивается расходом обрабатываемой воды подаваемой в фильтр 1-й
ступени, в период промывки песчаного фильтра П-й ступени.
Рие. 8 3
£0
Результаты исследований процесса обезжелезивании подземных воз на двухступенчатых фильтровальных установках.
= pH f- СП г‘9 6,8
:ле фильтрата 11-сз Концентра- ция общего железа, мг/л хС 0,05...0.1 0,2...0,3 0,3...0,5
Вода по( 4113 141 7,0...7,5 6,2
J- стуш Концентра- ция общего железа, мг/л 2...3 3,7
। вода pH СП 6,8...7,3 6,0 ..6,2 6,1
Исходная Концентра- ция общего железа, мг/л сч 2,0...4,0 2,2...6,0 3,8.„6,0
Местоположение и номер скважины, количество ступеней фильтрования, фильтрующие материалы, вид аэрации воды. - Село Решуцк Ровенского района, скважнна №1; 1-супень- гранитный щебень 8=10.„30 мм h = 1000 мм; 2-супень - кварцевый песок 8 = 0,63...2,0 мм h = 1000 мм; упрощенная аэрация (двойная) Село Селище Сарненского района скважина №1,2. 1 ступень - гранитный щебень 8 = 10...30 мм; h = 1000 мм№ 2-ступеиь-кварцевый песок 8 = 0,63...2,0 мм; h = 1000 мм; упрошенная двойная аэрацня П.г.г. Рокитно Ровенской области, скважина комбината коммунальных предприятий. 1-ступень - кварцевый песок 8= 1...3 мм; h = 1000 мм; 2-ступень - кварцевый песок 8 = 0,63...2,0 мм; h = 1000 мм; глубокая аэрацпя.
2.4.7 Обезжелезивание воды на самопромывающихся фильтровальных
установках с каркасно-засыпной загрузкой.
Наши исследования и практика эксплуатации станций обезжелезивания
воды в Украине показали, что песчаные и щебеночные фильтрующие
загрузки имеют ряд существенных технических недостатков. При
фильтровании воды, содержащей гидрокарбанат железа, процесс окисления
гидрокарбоната заканчивается на значительной глубине фильтрующего слоя.
В этих условиях зерна песка и щебня покрываются прочной пленкой из
соединений железа, которая при обычной промывке фильтров не отмывается
При длительной эксплуатации фильтров в толще загрузки накапливается
значительное количество гидроксида железа. Это увеличивает теми прироста
потерь напора в фильтре, сокращает продолжительность фильтрования и
ухудшает качество фильтрата.
Одним из путей устранения вышеперечисленных недостатков является
применение для обезжелезивания подземных вод комбинированной
каркасно-засыпной загрузки, которая успешно используется для доочистки
сточных вод. Поэтому нами были проведены исследования по установлению
возможности применения каркасно-засыпных фильтров для обезжелезивания
подземных вод.
Исследования проводились на двухступенчатых самопромывающихся
фильтровальных установках, схемы которых показаны на рис 2.-50
Рис. 2.W
В этих установках в качестве фильтрующего материала фильтров первой
ступени используется каркасно-фильтровальная загрузка. Каркасом загрузки
может служить галечник или щебень с крупностью зерен 0,5...0,15 мм.
Для опытной установки биофильтр и осветительный фильтр были
изготовлены из стальных труб с внутренним диаметром 255 мм. В
производственных условиях исследовалась установка с биофильтром и
осветительным фильтром из листовой стали, круглыми в плане, с внутренним
диаметром 700 мм. В качестве фильтрующего материала биофильтров
первоначально использовался гранитный щебень с песком: общая высота
слоя щебня принималась 1500...2000 мм, а крупность его фракций — 20...40
мм.
Однако исследования щебеночного каркаса показали его
неудовлетворительную работу в режиме фильтрования и особенно в режиме
промывки. В межзерновом пространстве щебня образую’гся зоны, в которых
происходит зависание песка после промывки и не достигается его
надлежащего уплотнения в начале фильтроцикла.
Поэтому в последующем каркас загрузки из гранитного шебня был
заменен на каркас на каркас из галечника с крупностью фракций 20. ..50 мм.
Высота слоя кварцевого песка, заполняющего поры щебня составляла
700...800 мм при крупности зерен 0,63... 1,50 мм.
Для загрузки осветительных фильтров в опытах применялся кварцевый
песок и гранулированный пенополистирол с крупностью фракций 0,5... 1,5
мм. Высота фильтрующего слоя как песка, так и пенополистирола
принималась равной 700 мм.
При содержании железа в воде до 3 мг/л для ее обезжелезивания
достаточна одна ступень фильтра с каркасно-засыпной загрузкой. При более
высоких концентрациях железа требуется включение песчаного или
пенополистирольного осветлительного фильтра, выполняющего барьерную
роль по задержанию осадка гидроксида железа, вымываемого из фильтра 1-й
ступени.
Результаты процесса обезжеливаиия воды на каркасно-засыпных
фильтрах приведены в таблице 2S.
Гранулированный пенополистирол, используемый в качестве загрузки
осветительного фильтра, является инертным материалом в отношении
железобактерий и поверхность его гранул менее подвержена обрастанию
железистыми соединениями.
При производительности станции обезжелезивания воды до 1600 м3/сут
самопромывающиеся фильтровальные установки с каракасно-засыпной
загрузкой изготавливаются в металлическом исполнении. При большей
производительности для их изготовления могут быть использованы
стандартные железобетонные панели (рис 2.И)
Таблица 2.6
Место положение водозаборной скважины Виды фильтрующих загрузок Среднее количество общего железа в обрабатываемой воде, мг/л Скоро- сть фильтро -вания, м/ч Продолжи тельность фильтров аиия Объем воды
Фильтр 1- й ступени Фильтр П-й ступени Исход- ная вода Посущ фильт- ров 1-й ступен После фильт- ров П-й ступени Обезжелези- ной воды за межи ром ы- вочный период Израсходова- нной иа последова- тельную промывку фильтров
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Лаборатория водоснабжения УИИВХ (водопроводная вода) Гранитный щебень и кварцевый песок Н=1500мм 0=20...40 мм Н=700мм D=0,63..1,5 Грануль- ный пенополис тирол h=700 мм D-0,5...2,0 мм 0,52 0,17 <0,05 11,6 149 88,2 0,38
Скважина номер 2. Ровенского водопровода Гранитный щебень и кварцевый песок Н=1500 мм Д-20...40 мм Н=700 мм D=0,63..1,5 мм Кварцевый песок Н=700 мм D=0,63..1,5 1,9 0,18 <0,05 11,3 135 77,9 0,38
Продолжение таблицы 2.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Скважина спортивно - оздоровительного лагеря УИИВХ, село Решуцк, Ровенской области Гранитный щебень и кварцевый песок Н=1500 мм Д-20.,.40 мм Н—700 мм D-0,63..1,5 мм Кварцевый песок Н=700 мм D=0,5...2,0 3,9 0,32 <0,05 п,з 119 535,5 3,8
ч
И}
2+
Рис. 2.41
1 - гидрозатвор; 2 - трубопровод для отвода отработанной промывной
воды; 3 - воздуховыпускной электромагнитный клапан; 4 - линия передачи
сигнала от электродного датчика клапану; 5 - бачок для размещения
электродных датчиков; 6 - труба; 7 - водоприемная колонна; 8 - промывной
сифон; 9 - трубка срыва вакуума; 10 - каркасно-засыпой фильтр; 11 -
осветлительный пенополистирольный фильтр; 12 - сборные желоба; 13 -
боковой карман; 14 - трубопровод отвода фильтрата; 15 - трубопровод
соединяющий смежные фильтры; 16, 19 - дренаж; 17 - пенополистирольная
загрузка; 18 - днище фильтра; 20 - каркасно-засыпная загрузка; 21 - впускной
трубопровод; 22 - задвижка для ручного управления промывкой фильтра; 23 -
водосток; 24 - трубопровод подачи исходной воды на фильтры.
/•*/
о о
2.4- 8- Исследования по обезжелезиванию воды на установках АСФУ - 7 с
подвижными носителями железобактерий.
Исследования, предложенные автором технологической схемы
обезжелезивания воды: упрощенная аэрация - контактный реактор - фильтр,
производились в 1968 - 1969 гг. на скважинах в городе Ровно и в поселке
рокит но Ровенской области.
Для проведения исследований была сконструирована и изготовлена
экспериментальная установка АСФУ - 7. Первоначально в лаборатории
водоснабжения УИИВХ были проведены опыты по установлению
гидравлической характеристики АСФУ - 7.
Для проведения опытов по обезжелезиванию воды установка АСФУ - 7
была смонтирована в камере управления при резервуаре чистой воды,
расположенном на 1 — й водозаборной площадке Ровенского городского
водопровода. Схема устройства установки АСФУ - 7 показана на рис. 2.1 Д', а
ее общий вид - на рис. 2.15
Данная установка включала контактный реактор 1, напорный фильтр 3,
Снабженный сифоном 5, бак промывной воды 4, гидравлический затвор 7,
систему трубопроводов и устройство автоматического переключения
фильтра на промывку.
Контактный реактор 1 был сделан из стальной трубы диаметром 200 мм.
Верхнее распределительное устройство реактора было выполнено в виде
Диска с колпачками, имеющее круглые отверстия. Нижнее сборное
Устройство представляло собой промежуточное перфорированное днище, на
к°тором была закреплена сетка.
устройство представляло собой промежуточное перфорированное днище, на
котором была закреплена сетка.
Реактор был загружен гранульным пенополистиролом с крупностью зерен
0,5 - 1,25 мм и толщиной слоя 800 мм. Верхний поддерживающий слой из
пенополистирола имел толщину 150 мм и крупность зерен от 2,5 до 7 мм.
Напорный фильтр 3 был изготовлен из стальной трубы диаметром 250 мм.
Нижнее распределительное устройство было выполнено в виде
промежуточного днища с дренажными колпачками, имеющими круглые
отверстия. На дренажное днище укладывались поддерживающие слои из
базальтового щебня общей высотой 200 мм и крупностью зерен от 2 до 20
мм.
Загрузка фильтра была принята двухслойной из песка и дробленого
антрацита. Толщина слоя песка составляла 750 мм, а дробленого антрацита -
150 мм. Крупность зерен песка была в пределах 0,63 - 1,25 мм, а антрацита
1,0 - 1,5 мм.
Бак промывной воды 4 емкостью 0,25 м3 был сделан из листовой стали.
Импульсный бачок 8 изготовили из стальной грубы диаметром 200 мм и
высотой 350 мм. Диаметр поплавковой камеры 200 мм, высота 500 мм.
Работа установки заключалась в следующем, исходная вода из напорного
трубопровода по резиновому шлангу подавалась в бачок постоянного уровня,
из которого по трубе 14 поступала в импульсный бачок установки 8. Затем по
трубе 15 вода направлялась в контактный реактор 1 и далее по трубе 16 в
фильтр 3. Профильтрованная вода по трубам 10 и 17 отводилась в промывной
бак 4, после наполнения, которого по трубе 18 сбрасывалась в канализацию.
В первые 10 дней работы АСФУ -7скорость движения воды в реакторе
поддерживалась равной 6,4 м/час, а в фильтре - 4м/час. При такой скорости
гранулы пенополистирола в реакторе находились в неподвижном состоянии
и на их поверхности образовывалась пленка из соединений железа, т. е.
происходила зарядка загрузки реактора и фильтра.
Аэрация исходной воды обеспечивалась при изливе ее в бачок 8.
Через 10 дней работы установки после ее пуска скорость движения воды в
реакторе была доведена до 16 м/час, а в фильтре - до 11 м/час. При такой
скорости движения воды в реакторе архимедова сила, действующая на
гранульный пенополистирол с крупностью гранул 0,5 - 1,25 мм,
уравновешивается силой гидродинамического давления нисходящего потока
и гранулы получают возможность взаимного пульсационного
перемешивания. Подвижное /кипящее/ состояние гранул пенополистирола
позволяет полностью использовать их поверхность при гетерогенной
каталитической реакции окисления закисного железа в окисное.
В загрузке напорного фильтра завершался процесс окисления закисного
железа с образованием осадка гидроокиси железа.
Таким образом, в результате упрощенной аэрации воды с последующим
пропуском ее через контактный реактор и фильтр она освобождалась от
В период исследований с 14/IX - 1968 г. по 15/VI - 1969 г. качество воды,
подаваемой на АСФУ - 7, характеризовалась показателями, приведенными в
таблице 2.7
За девятимесячный период почти непрерывной работы АСФУ 7
содержание железа в фильтрате не превышало 0,05 мг/л.
Потери напора в контактном реакторе, загруженном гранульным
пенополистиролом, в период исследований почти не изменялись и
составляли 15 - 20 см.
Показатель Исходная вода из скважины Вода после обработке на установке
Прозрачность Высокая Высокая
Цветность, град. 40-60 0-10
Запах в баллах 3-4 0
PH 5,5 - 6,8 6-7
Аммиак в мг/л 0,1 -0,8 0
Сульфаты в мг/л 20,4 - 23,5 20,1 - 23
Хлориды в мг/л 36-52 34-52
Железо закисное в мг/л 4,4-18 0-0,15
Жесткость общая в мг-экв/л 1,96 - 3,8 1,96-3,8
Щелочность в мг-экв/л 1,5 -2,9 1,5 - 2,9
Окисляемость в мг/л 4,6 - 8,3 2,6-4,!
Во время работы установки загрузка реактора промывалась непрерывно.
Это достигалось благодаря тому, что гранулы пенополистирола в
нисходящем потоке воды сталкивались друг с другом и оттирали рыхлую
часть образующейся на них пленки из соединений железа.
Промывка фильтра производилась периодически, по мере загрязнения
фильтрующей загрузки. Переключения фильтра на промывку и обратно на
фильтрование осуществлялось автоматически по тому же принципу, как и на
АСФУ - 1. Это происходило тогда, когда суммарные потери напора в
реакторе и фильтре достигали 1,5 м.
Средняя интенсивность промывки фильтра составляла 12,3 л/сек. м2, а
продолжительность промывки — около 5,5 минуты.
Продолжительность фильтроцикла за указанный выше период изменялась
в пределах от 19 до 22 часов.
Исследования показали, что в результате контакта вода с поверхностью
гранул пенополистирола, покрытых пленкой из соединений железа, скорость
окисления двухвалентного железа значительно увеличивается. Вследствие
этого уменьшается глубина проникновения гидроокиси железа в загрузку
фильтрата и прирост потерь напора становиться более устойчивым. Это
положительно сказывается на эффекте обезжелезивания воды.
Кроме того, в условиях пропуска воды через контактный реактор и
фильтр осадок гидроокиси железа, формирующийся в загрузке фильтра,
имеет более рыхлую структуру. Это обстоятельство имеет положительное
значение для промывки фильтрующей загрузки в смысле повышения ее
эффективности.
Рис. 2.15
2.5. Обезжелезивание воды на самопромывающихся установках с
волокнистыми носителями железобактерий.
2.5.1. Структурная и технологическая характеристика материалов
применяемых для загрузки биофильтров.
В последние 10... 15 лет в странах Западной Европы, для очистки
артезианских вод от соединений железа, начинают находить применение
методы с использованием биологических фильтров, в качестве загрузки
которых используется кварцевый песок с размерами зерен 5=1 до 3,5 мм.
Эффективность работы биофильтров,как извесно, в значительной
степени зависит от типа загрузки, основные технологические характеристики
некоторых из которых представлены в таблице.
Таблица2.8
Технологическая характеристика загрузок
Загрузка Удельная плошадь поверхности, м 1 Пористость, % Материал Плотность, кг/м3
Нерегулярная загрузка
Кусковая, 8=20- 40 мм 40-60 45 Щебень гранитный 1650-1800
Кусковая,8=40- 70 мм 36-50 48 То же 1650-1800
Кольца Рашига 50x50x4 (нава- лом) 90 79 Керамика 530
Кольца Пателя 50x50x4 мм - 120 78 То же 520
Norton Actifil ЗОЕ 101 95 Полипро- пилен 80
Регулярная загрузка
Кольца Рашига 50x50x5 мм (в рядах) ПО 74 Керамика 650
Пленка 8=0,5 с шагом 25 мм 80 99 ПВХ,полиэт идеи 9
Листы волнистые с шагом 30мм 120 95 Асбесто- цемент 400
Плосткосные:
Dawpac 82 94 Саран 60
Flocor Е 90 95 Тоже 39
Flocor М 135 95 -//- 52
Septac 82 94 Полистирол 64
Flowic 86-160 92-86 ПВХ 36-76
Зернистые материалы, используемые в качестве насадок биофильтров,
имеют ограниченную контактную поверхность. В частности щебеночная
загрузка имеет свободное пространство 0,5, что означает, что для биопленки
допускается объем 0,35 м3/м3 загрузки.
Это является пределом развития биомассы, поэтому целесообразным
является применение в качестве насадок биофильтров (биопоглотителей)
синтетических волокнистых материалов.
В качестве волокнистого носителя для иммобилизации железобактерий
рассматривалось использование капроновых текстурированных жгутовых
нитей.
Модули из капроновых текстурированных жгутовых нитей возможно
применять в схемах технического водоснабжения для осветления,
обесцвечивания поверхностных и обезжелезивания подземных вод, а также
для очистки сточных вод.
Капроновая текстурированная жгутовая нить представляет собой блестя-
щий одноцветный пневмосоединённый материал, обладающий некоторой
упругостью. В свободном состоянии диаметр нити dH=l,8...3,2 мм. Структура
нитей, применяемых в качестве загрузки биофильтров, приведены в таблице
. Заводами изготовителями являются Дарницкий шелковый комбинат
(г.Киев), ПО "Химволокно" (г. Гродно), ПО "Химволокно" (г.Могилев).
Плотность нити определялась пикнометрическим методом согласно по
формуле (2.1) и составляла 0,8...0,9 г/см3.
GR
=----------------------я <1Ж г/см,(2.1)
Gn.W +GB ~ СП(В+Ж)
где: dB - плотность волокна, GB- масса волокна, GnjK- масса пикнометра
наполненного имерсионной жидкостью, ОП(В+ж) - масса пикнометра,
наполненного иммерсионной жидкостью и волокном, <1ж - плотность
имерсионной жидкости.
Имерсионной средой для определения плотности ниги на основе
полиамида 6 служит вода.
Таблица 2.9
Физико-механические показатели КТЖН
Структура нити Результирующая номинальная линейная плотность, текс Количество элементарных нитей в жгутовой нити
333 тексх2 665 240, 272, 280, 320
По физико-механическим показателям нить соответствует указанным
(табл.2.9 ТУ 6-60-116-87) требованиям.
Величина электрокинетического потенциала, определённая методом
протекания, для капрона составила-27мВ.
Как известно, различные волокна характеризуются различной
способностью сорбции воды.
Происходящее вследствие сорбции воды присоединение её к волокну,
приводит к изменению влажности последнего. Ниже приведены показатели
нормальной влажности (%) волокон из синтетических полимеров.
Полиамидное б (перлон) - 3,2 - 3,5; полиамидное 6,6 (нейлон) - 3,8 - 4,0; и
искусственных целлюлозных волокон при относительной влажности воздуха
65% и температуре 20°С.
Сорбции воды сопутствуют два характерных явления: объемная
контракция и набухание волокна. Объемная контракция заключается в том,
что сумма объемов волокна в сухом виде и присоединенной воды всегда
меньше объема увлажненного волокна. Объемная контракция является
причиной того, что приращение объема волокна (в %) вследствие набухания
меньше весового приращения. В таблице 2.10 приведены параметры
изменения размеров различных видов волокон в результате мокрого
набухания.
Капроновые текстурированные нити относятся к материалам плохо
смачиваемых водой. В то же время, как видно из табл. 2.10 при погружении в
воду, происходит увеличение объема волокна ведущее к увеличению
площади контактной поверхности.
Незначительное увеличение массы волокон, погруженных в воду, при
значительном увеличении (до 50%) объема загрузки позволяет облегчить
конструкцию биореактора.
Таблица 2.10
Параметры изменения размеров различных волокон вследствие сорбции
воды.
Волокно Изменение размеров и массы волокна в % после погружения в воду с температурой 20°С
ДЛИНЫ толщи -ны Площади поперечного сечения объема Массы волокна
Полиамид 6 1-3 - 43 47 12-14
Полиамид 6,6 1,2-6,9 2,6-4,8 1,9-9,8 8,1-11,0 13-17
Полиэфирное (орлон) - - 5,1 - -
Все перечисленные свойства усиливаются текстурированностью нити,
соединяющей в себе сотни волокон, перетянутых в узлы через определенный
шаг. В воде, при попадании в эти "соты" пузырьков воздуха, происходит
задерживание их от быстрого всплытия на поверхность, что ведет к
©5
увеличению продолжительности массообмена между обрабатываемой водой,
кислородом и закрепленной на КТЖН микрофлорой.
Кроме того, как известно, процессам адсорбции присуще одно общее
правило, чем лучше данный растворитель смачивает твердую поверхность,
тем меньше адсорбция растворенного вещества из растворителя на
поверхность и наоборот. Так, кварцевый песок, используемый в качестве
фильтрующего материала в водоочистных аппаратах, относится к
гидрофильным веществам, тогда как КТЖН - к гидрофобным.
Гидрофобность материала подтверждается и исследованиями, проведенными
технологической лабораторией Дарницкого шелкового комбината (г.Киев).
По их данным величина удерживания влаги КТЖН составляет от 10 до 12%,
в основном из-за их текстурированной структуры. Структурная
характеристика КТЖН приведена на рис 2.6
На основе вышеизложенного можно предположить, что КТЖН являеюя
более активным сорбентом, чем зернистые минеральные материалы и
поэтому может быть использована более продуктивно в качестве носителя
иммобилизованной микрофлоры.
Современные высокие требования к качеству питьевой воды определяют
необходимость гигиенической оценки новых синтетических и полимерных
материалов, предлагаемых к применению в водопроводных очистных
сооружениях.
По данным доктора медицинских наук Цалко В. В. капроновые шнуры
рекомендованы к применению в практике питьевого водоснабжения.Однако
необходимы дополнительные квалифицированные гигиенические
исследования этих материалов с целью разработки условий для их
использования в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения.
2.5.2. Сравнительные исследования процесса обезжелезивания воды в
свободном объеме и на модулях КТЖН.
Для определения эффективности использования модулей из КТЖН в
технологии обезжелезивания подземных вод были проведены несколько
серий исследований по четырем технологическим схемам (рис. 2.14.).
Характеристики загрузок приведены в таблице 2.11. Экспериментальные
установки были смонтированы в здании станции обезжелезивания воды п.г.т.
Рокитно Ровенской области.
Технологические схемы обезжелезивания воды и параметры фильтрующих загрузок II ступень Направлени е фильтро- вания Нисходящее i 1 При содержании железа в исходной воде от 10 до 24 мг/л Восходящее 1
Высота слоя, мм 500-700 1 0001 1
Крупность зерен, мм При содержании железа в исходной воде от 5 до 8 мг/ о ! 0,63...2 1
Вид загруз- ки Песок 1 Пенопо- листирол 1
I ступень Направ- ление фильтро- вания^ Нисходя- щее Нисходя- щее Нисходя- щее Восходя- щее
Высота слоя, мм 0001 600 600-700 009
Крупно- сть зерен,м м 10...30 2...3 2..3 0,63...2
Вид загрузки Щебень Пенопо- листипол Пенопо- листипол Пенопо- листирол

Физико-химические показатели качества обрабатываемой воды
представлены в табл. 2.12.
Таблица 2.12.
Показатели качества исследования воды.
№ п/п Показатель качества воды Единицы измерения Величина
1 Щелочность (мг-экв)/л 2,0
2 Жесткость -//- 4,6
3 Кальций мг/л 60
4 Магний -И- 19,5
5 Железо общее -И- 6,0...8,0
6 Сероводород -и- 4,4
7 Растворенный кислород мг/л Следы
8 Окисляемость по О2 в 6,92
9 Свободная углекислота 78...80
10 Температура °C 8...10
11 PH 6,5...6,8
12 Eh МВ -800...-550
При обработке исходной воды (технологическая схема А рис.2.14.)с
применением двойной упрощенной аэрации и использованием аэрационной
колонны в качестве контактного резервуара наблюдалось незначительное
повышение pH и Eh воды(табл. 2.13.). При этом на аэрационной колоне с
течением времени задерживалось примерно одинаковое количество железа
(рис. кривая 2), а эффект очистки составлял 8.. .9%.
Таблица 2.13.
Особенности изменения pH и Eh очищаемой воды с применением
упрощенной аэрации
Исходная вода Вода после аэрационной колонны Вода после фильтра
1-ступени П-ступени
ЕН Eh,В pH Eh,В рн. Eh,В рн Eh
6,5...6,7 -0,7 -0,6 Повы- шение На 0,05 -0,1 Повы- шение До -0,44 -0,38 6,67... 6,75 -0,27..- 0,23 6,62- 6,68 -0,08- +0,14
Основная нагрузка в этой технологической схеме приходилась на
фильтры 1-й и П-й ступеней (рис. 2.15 кривые 3,4). Эффективность очистки
возрастала с течением времени (рис. 2.15 кривая 4), достигая уже после
первых часов работы 0,1.. .0,Змг/л.
Рис. 2.-/^ Схемы использования аэрационной колонны, как елемента технологических схем очистки
подземных вод. А - с применением упрощенной аэрации; Б - с применением комбинированой системы
аэрации; В и Г-с применением модулей КТЖН и комбинированой системы аэрации: 1 - подача исходной
воды, 2 - подача сжатого воздуха, 3 - окислительная колонна; 4 - щебеночный фильтр; 5 - песчаный
фильтр, 6 - отвод фильтрата; 7 - модульКТЖН; В пенополистирольный фильтр.
6?
Однако, процент окисленного железа над загрузкой фильтра I-й ступени
составлял всего от 8 до 10%, что привело к процессу автокаталитического
окисления двухвалентного железа в толще фильтрующей загрузки,
сопровождающегося интенсивным кольматажом. Продолжительность
фильтроцикла в среднем составляла 22 часа, при конечных потерях напора на
I-й ступени до 0,10...0,20м, на второй ступени 0,8...1,1м. Средняя
интенсивность промывки 1=17,8л/с м2, tnp0M=15.. 80мин
Незначительное повышение pH и Eh обрабатываемой воды (табл. 2.^5 )
объясняется тем, что при контакте воды, содержащей железо (II), с воздухом
кислород растворяясь в воде повышает окислительно-восстановительный
потенциал системы, кроме этого способствует удалению части (до
10... 18мг/л) растворенной углекислоты и повышению pH воды.
Зависимость эффекта обезжелезивания от технологической схемы обработки воды
А. Рис. 2 -/5 .... Аэрационная колонна с
последующим двухступенчатым
фильтрованием и двойной упрощенной
аэрацией:
Содержание железа в: 1 - исходной воде; 2
- после аэрационной колонны; 3,4 - после
фильтров I и II ступеней, эффект очистки
на: 5 - аэрационной колонне; 6 - после
фильтра первой ступени.
Б. Рис 2-16 ... Барботирование на
окислительной колонне с
последующим двухступенчатым
фильтрованием:
Содержание железа в: 1 - исходной
воде, 2 - после окислительной
колонны, 3,4- после фильтров I и II
ступеней эффект очистки на 5-
окислительной колонне; 6 - после
фильтра первой ступени.
Однако, как видно из табл. 2.13. отрицательное значение Eh
обрабатываемой воды после аэрационной колоны и фильтра I-й ступени,
указывает на восстановительный характер системы. Согласно Eh-pH
диаграмме для гидратированных соединений, восстановленное железо при
таких значениях pH-Eh находится в устойчивом состоянии, что и объясняет
низкий эффект очистки на первых двух ступенях.
При барботировании воды в аэрационной колонне сжатым воздухом
(технологическая схема Б) наблюдались значительные изменения pH-Eh
очищаемой воды (табл. 2.14)
Таблица 2.14.
Особенности изменения pH-Eh очищаемой подземной воды с применением
барбортировки
Исходная вода Вода после аэрац. колонны Вода после фильт >а
I-й ступени П-й ступени
PH Eh,В PH Eh3 Г11 , Eh,В рн Eh,В
' 6,68- 6,7 -0,7 - - 0,6 6,8- 6,85 - 0,27 - - 0,2 6,7 - 6,75 -0,12 - +0,05 6,7 0,3-0,65
В отличии от технологической схемы А, вода поступающая на фильтр 1-й
ступени имела потенциал близкий к ОВ, характеризующий среду с
переменным содержанием кислорода и сероводорода, а так же слабым
окислением и восстановлением целого ряда металлов.
Эффективность работы аэрационной колонны (рис. 2.16 кривые 2,5)
повышалась до 18...20% содержания окисленного железа над загрузкой
фильтра I-й ступени составлял около 20%.
Увеличение количества окисленного железа над фильтрами приводило к
увеличению прироста потерь напора на фильтрах П-й ступени до 1,20-1,40м.
Продолжительность фильтроцикла 12-24часа.
При обработке воды в аэрационной колонне с одним погружным модулем
КТЖН и подачей сжатого воздуха (схема В), в течении уже первых 10-12
часов работы эффект очистки составил 32-38%. Через 3-4 суток работы нити
покрывались тонким слоем слизистой биоплёнки, а на седьмые сутки эффект
очистки достигал 50...57% (рис. 2.17 кривая 4). Скорость фильтрования
поддерживалась в пределах 9,8... 10,5 м/ч.
Технологический процесс очистки воды от соединений железа можно
представить следующим образом. Капроновая текстурированая жгутовая
нить гидрофобна и имеет отрицательный электрокинетический потенциал,
что в совокупности с развитой поверхностью контакта приводит к
интенсивному процессу сорбции положительно заряженных ионов Fe2+ из
обрабатываемой воды, причём "заработка" за>рузки проходит более
интенсивно 5-7 суток по сравнению с песчаной или щебеночной у которых
Она достигает 2-3 недели
С течением времени, в результате адсорбции ионов закисного железа,
электрокинетический потенциал загрузки повышается, что приводит к
уменьшению её адсорбционной способности. В результате адсорбции ионов
Fez+ поверхность загрузки получает некоторый положительный заряд,
способствующий электростатическому задерживанию отрицательно
заряженных клеток микроорганизмов. Начиная с момента адсорбции на
поверхности загрузки ионов Fe2+ дальнейшая сорбция ионов протекает
параллельно с электростатическим задерживанием железобактерий,
ферментативно окисляющих гидрокарбонат железа. В условиях постоянного
притока свежих порций питательного материала-Ре(НСОз)2,и растворенного
кислорода наблюдалось интенсивно развитие микрофлоры на поверхности
погружной насадки их КТЖН, ведущее к достижению стабильного 80...93%
эффекта очистки через 21 сутки работы аэрационной колонны.(рис.
кривая 8).
При обработке исходной воды по технологической схеме включающей
аэрационную колонну с погружным модулем КТЖН и осветлительным
пенополистирольным фильтром (рис. кривая 1), через 5 часов работы
достигалась её очистка до О,З...О,5мг/л. Невысокий 45-60% эффект очистки в
первые 2-3 часа работы объяснялся выставлением рабочего режима работы
аэрационной колоны снабженной системой гидроэжекторов для
рециркуляции водовоздушной смеси и создания в зоне расположения
модулей с закрепленной микрофлорой значений окислительно-
восстановительного потенциала до области ( -100... 100 мВ) границ
активности железобактерий.
Введение кислорода воздуха, способствующее повышению потенциала от
-0,72В до -0,10 В, позволяет получить на аэрационной колонне 85...90%
эффект очистки (рис. &. J,9 кривая S). При снижении потенциала исходной
воды наблюдается понижение потенциала в аэрационной колонне, ведущее к
небольшому (на 10... 12%) уменьшению эффекта очистки.
Продолжительность фильтроцикла (при Уф=18...20м/ч) составлял 44-46
часов, время промывки сокращалось до 7-8 минут. Аэрационная колонна с
насадкой в условиях опыта могла работать без регенерации непрерывно в
течении 2... 3 недель.
Для установления степени участия отдельных элементов технологической
схемы очистки воды был произведен расчет количества задержанного железа.
Количество исходной воды было величиной постоянной во всех
проводимых экспериментах. Результаты расчётов приведены в табл. •?.
При рассмотрении процентного соотношения количества задержанного
железа между элементами технологических схем (табл. 2. /5 ) видно, что
применение окислительной колонны в технологической схеме А (рис. 2. )
крайне эффективно, так как основная масса задержанного железа приходится
на фильтры 1-й и П-й ступеней, что значительно снижает продолжительность
фильтроцикла и увеличивает продолжительность промывки фильтров. При
барборировании исходной воды (технологическая схема Б, рис. 5. 'Ч )
наблюдается некоторое увеличение (до 17%) задерживающей способности
-J л
^целительной колонны, ведущее лишь к незначительной разгрузке
фильтров. Все это говорит о эффективности применения на первой ступени
Чистки контактной окислительной колонны без погружных плавающих
усадок.
Из рассмотрения результагов видно, что за счет значительного
ержания железа модулями КТЖН, уменьшается грязевая нагрузка на
.цльтры 1-й, П-й ступеней. Так, на осветлительные фильтры П-й ступени
вступает всего 14... 16% от общего количества железа, содержащегося в
входной воде. Это позволяет значительно сократить объем промывной воды
продолжительность промывки (до 5-7 минут). Продолжительность
идьтроцикла может быть доведена до 40-45 часов, однако при этом
врастает продолжительность промывки(до 12-15 минут).
Зависимость эффекта очистки от технологической схемы
В. Окислительная колонна с одним модулем КТЖН и двухступенчатое фильтрование.
Рис 2-4?.....1 - содержание железа после: 1
окислительной колонны (через 10-12 часов
1аботы модуля); 2, 3 - после фильтра I и II
тупени; эффект очистки после: 4 5-
Жислитсльной колонне и фильтра первой
Тупени
Рис.2—...Содержание железа после: 1
- окислительной колонны (через 7 суток
заработки модуля); 2,3 — после фильтров I
и II ступеней; эффект очистки после 4. 5 -
окислительной колонны и фильтра первой
ступени.
Рис. 2.49 Совместная работа окислительной колонны с КТЖН и пенополистирольного фильтра
Содержание железа: 1-в исходной воде; 2- после окислительной колонны; 3- после пенополистирольного фильтра.
Изменение окислительно-восстановительного потенциала: 4- после окислительной колонны; 5- после
пенополистирольного фильтра; 6- эффективность обезжелезивания на окислительной колонне.
Таблица 2/5.
Характеристика распределения нагрузок по задержанному железу между элементами исследуемых технологических
схем
Технологическая схема А Технологическая схема Б Технологическая схема В
Параметры работы Окис- лите- льная колонна I ст. II ст. Окис- лите- льная колонна I ст. П ст. Окис- лите- льная колонна I ст. II ст.
Производи- тельность О,л/ч 280 240 200
Время работы Т, ч 8 14 8
Общая масса воды М, кг 2240 3360 1600
Сср ’ , мг/л. с? 6,5 5,9 5,8 3,3 3,3 0,25 7 5,8 5,8 3,07 3,07 6,7 3,2 3,2 1,06 1,06
М, г У 5,8 6,8 4,03 __9,2 .. 10,3 5,6 3,4 1,7
Таблица 2./6 .
Соотношение нагрузок в % между элементами технологических схем
Технологическая схема А Технологическая схема Б Технологическая схема В
Окисли- тельная колонна I ст. II ст. Окисли- тельная колонна I ст. II ст. Окисли- тельная колонна I ст. II ст.
_2Л ЛУ 48,9 17,1 39,1 43,8 52,3 31,7 16,0
Таким образом, применение в качестве погружной насадки, для
закрепления микрофлоры модулей, КТЖН позволяет значительно разгрузить
фильтры, и тем самым приводит к увеличению надежности работы
водоочистной установки, снижению продолжительности промывки и объема
промывных вод. Кроме того, погружная насадка в аэрационной колонне
выполняет роль сорбента микроорганизмов, предотвращая их проникновение
на фильтры, после которых необходимо обеззараживание очищенной воды.
2.5.3. Результаты обезжелезивания подземных вод на экспериментальной
установке с одним модулем.
Данные, полученные при обработке исходной воды, содержащей 15-20
мг/л растворенного бикарбоната железа указывают на роль лимитирующего
фактора растворенного кислорода на жизнедеятельность микробной клетки
при наличии достаточного количества питательного материала.
Рис. 2 -20 - Результаты исследований процесса
обезжелезивания воды в зависимости от изменения
концентрации железа в исходной воде и Eh
исходной волы: содержание железа в: 1 - исходной
воде; 2 — после окислительной колонны; 3,4- после
фильтров I и II ступени; изменение Eh: 5 - в
исходной воде; 6 - после окислительной колонны.
На рис.20 приведены
графики, снятые в конце
фильтроцикла в 24 часа при
включении подачи сжатого
воздуха в момент времени,
соответствующий на графике
14-му часу. При наличии в
исходной воде 0,12 мг/л
растворенного кислорода,
после упрощенной аэрации
количество растворенного кис-
лорода на аэрационной колон-
не составляло 3-4 мг/л. При
высоких скоростях фильтро-
вания Уф=15... 15,5 м/ч лимити-
рующий фактор кислорода
сказывался наиболее заметно.
Так, в первые 14 часов работы
без принудительной аэрации
эффект очистки на аэрацион-
ной колонне составлял 10... 12%
(рис. 2. 2< кривая 1). После
включения подачи сжатого
воздуха количество
растворенного кислорода
составило 9-10 мг/л.
Как видно из рис. 2.21а кривая 2, уже в первые 2 часа работы с
вЬдюченной подачей сжатого воздуха эффект очистки увеличился до 48%
jpHC. 2.21а кривая 1). Одновременно происходило увеличение величины Eh
от 0,0 до +0,3 В, а при изменении окислительно-восстановительного
потенциала в исходной воде наблюдалось резкое увеличение Eh
обрабатываемой воды до 0,65 В (рис. 2.20 кривые 5,6). Через 3 часа работы
установки с момента подачи воды с содержанием железа 15-19 мг/л,
аэрационная колонна выходила на стабильный уровень очистки (рис 2.21 а
кривая 1). Это говорит о том, что независимо от количества железа в
исходной воде, после 2...3 часов установка выходит на определенный
относительно стабильный эффект очистки. При содержании железа до 20
мг/л и применении одного модуля загрузки эффект очистки составлял не
более 55%. При увеличении Eh от 0,5 В до 0,65 В роль биологического
фактора окисления соединений железа снижалась, отрицательно влияя на
эффект обезжелезивания воды, что хорошо видно на рис. 2.21а кривые 1,2.
Через 7 часов после подачи воды с повышенным содержанием железа
происходило снижение эффекта очистки от 50% до 42% к концу
фильтроцикла Таким образом, можно предположить, что увеличение Eh
более 0,5 В ведет к замедлению процессов ферментативного окисления
соединений железа (П).Подводя итоги по очистке подземных вод с раз-
личным физико-химическим составом, можно сделать вывод, что зона наи-
большей активности железобактерий находится в пределах от -0,1 до +0,5 В.
Данные, полученные при
очистке воды на аэрационной
колонне, с включенной пода-
чей сжатого воздуха, и после-
дующим двухступенчатым
фильтрованием на пено-поли-
стирольных фильтрах сра-зу
же после промывки пос-
ледних, указывают на
стабиль-ный эффект очистки
(45.. 50%) уже после первых
2...3 часов, необходимых для
вывода аэра-ционной
колонны в нормаль-ный
режим работы (рис. 2.216
кривая 7). При этом на
фильтр I-й ступени поступает
всего от 1 до 0,5 мг/л
трехвалентного железа, выно-
симого потоком обработан-
Продолжительность фильтроцикла Т, час
Рис 2 -21 Зависимость эффекта обезжелезивания
от величины Eh: 1 эффект обезжелезивания; 2 -
изменение Fh воды после окислительной
колонны
Рис.2.21 б. Зависимость эффекта обезжелезивания воды от изменяющейся
величины Eh при постоянной концентрации железа.
1 — концентрация общего железа после окислительной колонны; 2 -
концентрация двухвалентного железа после окислительной колонны; 3-
концентрация трехвалентного железа после окислительной колонны; 4 — 5 —
концентрация двухвалентного железа после фильтров I и П-й ступеней; 6
изменение Eh;
Эффект очистки после: 7 - окислительной колонны; 8-9 - фильтров I и II й
ступеней.
ЛОЙ воды из аэрационной колонны и 8-9 мг/л ионов двухвалентного железа,
даслительно-восстановительный потенциал воды после ее пропуска через
аэрационную колонну изменялся в пределах от 0,15 до 0,5 В. Быстрое
увеличение Eh до 0,5 В возможно тормозило процесс биологической
очистки на аэрационной колонне. Содержание железа в воде после фильтра
П-й ступени не превышало норм ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая" через 2,5...3
часа после вывода фильтров из режима промывки. Таким образом, как видно
из приведенных выше исследований, наличие иммобилизованных на
погружной насадке микроорганизмов позволяет значительно увеличить
эффективность работы водоочистной установки, увеличить скорости
фильтрования до 15...20 м/ч, продолжительность фильтроцикла, сократить и
продолжительность, и интенсивность промывки.
2.5.4. Кинетика биоокисления соединений железа закрепленной
микрофлорой.
В результате проведенных нами исследований была установлена
способность ферментативного окисления соединений железа в биореакторе
при помощи закрепленной микрофлоры. Проведенные исследования
позволили также рассмотреть количественные кинетические закономерности
биопроцесса согласно современным представлениям о биокинетике.
Были рассмотрены кинетические модели утилизации субстрата, роста
клеток и образования продуктов метаболизма. Характерной особенностью
роста популяции служит зависимость удельной скорости роста (ц) клеток от
концентрации субстрата (С):
2,3(18х2-18Х1)
А =-----------------, (2.27)
12~11
где: х2,Х! - концентрация биомассы соответственно во время
На рисунке 2.22 показано влияние концентрации субстрата на
Удельную скорость роста микрофлоры, описываемое различными
кинетическими зависимостями, приведенными в форме уравнения Моно. Для
сред с одним питательным субстратом:
A = -------7’ (2-28)
+С
Для сред с дополнительным источником углерода в виде сахарозы:
С1С2
Ц = Цт-------1--— , (2.29)
xs+c7-c2
где: рт - максимальная удельная скорость роста;
Ci, С2 - концентрация питательного субстрата по Fe2+ и С6Н12О6;

Ks - константа Михаэлиса.
Как видно из графиков рис. 2.22 , чем ниже концентрация Fe2+, тем
меньше значение ц тем медленнее потребляются питательный субстрат
В результате роста культуры питательный субстрат Fe2+ уменьшайся до
минимальной концентрации (Суе2+ ** 0,5 мг/л), ниже ьоторой
микроорганизмы не способны его усваивать, скорость роста при этом
равняется нулю. При насыщении питательного субстрата лимитирующим
компонентом он перестает быть таковым и не определяет величины серости
реакции которая со временем стабилизируется и достигает максимальной
величины (рис. 2.22 рт! = 0,187; р1п2 = 0,57). При этом показано, что \еньшее
значение константы Михаэлиса Ks2 = 1,5 соответствует ферментативной
реакции второго порядка при двух реагирующих веществах, большее Ksl = 8
при реакции с одним реагирующим веществом. Активность
оксидоредуктазы, катализирующей окислительно-восстановИ'ельные
реакции между двумя субстратами, в данном случае зависит от присутствия
органического соединения сахарозы, ускоряющего ферментативную
реакцию.
Единица фермента за единицу времени перерабатывает (олыпее
количество субстрата. Ферментативная реакция в основном протекает со
скоростью близкой к рт2 = 0,57 и лишь при С] = 1,5 мг/л скорость реакции
снижается вдвое тогда как без присутствия активатора, снижение скорости
реакции происходит при С2 = 7,5.. .8,0 мг/л.
Увеличение концентрации биомассы на единицу объема на*адки и
ускорение процесса внутриклеточного метаболизма привсдит к
интенсивному выделению микроорганизмами во внешнюю окружающую
среду продуктов метаболизма, одним из которых является Н2О2. При^алттчии
в субстрате ионов Fe2' происходит перекиси водорода на Н2О и О2.
2Fe2++H2O2+2H+—> 2Fe3++2H2O
По мере роста культуры снижается концентрация Fe2+, что ведет к
постепенному накоплению в среде избыточного количества юрекиси
водорода и постепенному замедлению роста культуры, при снижен^ Fe2+ до
0,3...0,1 мг/л рост культур прекращается, скорость роста становитыт равной
нулю (рис. 2.23).
Угнетение роста культуры, вызванное накоплением продуктов обмена,
согласно исследованиям Н. Д. Иерусалимского может быть сражено
уравнением, подобным уравнению Михаэлиса - Ментен:
АО КР
Р =,
КР+Р
(2 30)
где: Цо - удельная скорость роста культуры на данной среде при полном
отсутствии в ней продуктов тормозящих рост;
Р — концентрация продуктов Р~(Со - С) метаболизма ингибирующих
рост клеток;
Кр — константа реакции, численно равная концентрации продуктов
обмена, при которой скорость роста замедляется вдвое, г.е. р = Цо/2
Установлены зависимости р ог концентраций продуктов обмена Р.
Каждой концентрации ингибитора соответствует определенная скорость
роста, которая является максимальной в присутствии данного количества
ингибитора. Определены константы реакций Кр для субстрата с различной
концентрацией Fe2’, в пределах от 28,5 до 56 мг/л (рис.2.23). Анализ кривых
утилизации субстрата и образования продуктов метаболизма, полученных на
основании экспериментальных данных, так и расчетом по кинетическим
моделям (2.28, 2.29,2.30) позволили:
- установить, что процессы биологического окисления Fe24 подчиняются
общеизвестным закономерностям ферментативных процессов; и
доказать, что изъятие железа действительно идет за счет
ферментативных реакций;
- определить количественные параметры К„цга, Кр.
Для обеспечения рабочего процесса сорбции железа из воды с
использованием контактных волокнистых материалов (КТЖН), требуется
определенная плотность их упаковки.
По нашим опытным данным при плотности упаковки менее 9 ниток на 1
см2 площади насадки (рис. 2.24 ) площадь живого сечения потока превышает
37% от площади насадки в плане, а контактная поверхность не превышает
250 м2. В этих условиях требуемый эффект извлечения железа из воды не
достигается.
При плотности упаковки более 16 ниток на 1 см2 они соприкасаются
между собой, образуя площадь свободного (живого) сечения водного потока
менее 21% от площади насадки в плане. В таких условиях движение водного
потока может рассматриваться по аналогии с фильтрованием воды через
зернистые материалы.
г

Такая плотность упаковки насадки биопоглотителя, при длине нитей
более 500 мм обеспечивает почти 100% извлечение железа из воды. Однако, в
этих условиях происходит быстрая закупорка поровых каналов, приводящая
к резкому возрастанию гидравлического сопротивления насадки
биопоглотителя.
I Проведенные нами исследования позволили установить оптимальную
плотность упаковки КТЖН. Для нитей диаметром 2 мм она находится в
пределах от 9 до 16 ппук на 1 см2, при площади живого сечения от 50 до
72%.
При длине нитей 1000 мм, контактная поверхность модуля насадки
площадью 1 м2 в плане находится в пределах от 500 до 1000 м2.
При оптимальной плотности упаковки КТЖН, поток жидкости
движущийся вдоль волокон биопоглотителя, может быть рассмотрен по
аналогии с движением воды в тонкоструйных аппаратах. По мере обрастания
КТЖН продуктами метаболизма железобактерий, уменьшается живое
сечение потока, что приводит к увеличению скорости движения воды. Это
обусловливает отрыв наростов гидрооксида железа с поверхности КТЖН и
вынос их в осадочную зону аппарата. Таким образом одновременно
происходит извлечение железа из воды и самопромывка насадки
биопоглотителя. Для количественной оценки процесса сорбции железа из
воды поверхностью волокнистой насадки биопоглотителя, нами были
обработаны результаты теоретических и экспериментальных исследований
биопоглотителей с высотой насадки от 0,3 до 1,8м. На рис.
представлен график зависимости изменения концентрации железа в воде по
Длине биопоглотителя.
Данные, полученные в результате теоретических и экспериментальных
(исследований, позволили предложить следующую методику расчета
биопоглотителя:
Методика расчета биопоглотителя.
Таблица 2.4''
№ пп Наименование расчётного параметра Расчетная формула Еди- ницы изме- рений Примечание
1 2 3 4 5
1. Высота модуля ^уд (Снач.Ре ~ ^kFe) ki а Ууо ЛССр м СначРе , CrohFc “ начальная и конечная концентрация Fe(HCO3)2 (г/м3), удельная гидравлическа я нагрузка м3/м2 сут.
2. Средняя движущая сила процесса Сцач.Ре ~ ^K.Fe ср " С г 2,3lq^^ ^K.Fe кг/м'
3 Суммарная । юверхность нитей КТЖН S£ - тг dH • 1 N м2 Он-диаметр нити.м 1-длина нити, м N- количество нитей на 1м 2 модуля
4. Удельная поверхность насадки 4 Syd = dH m2/mj svi-1000...200 0 (исследования автора)
5 Коэффициент массопередачи кислорода в системе жидкость- клетка [2 + 0,6R]e/2 Pr1/3 ]DM м/с d-диаметр клетки (1...5 мкм) Ууд d Ре ~ 3600 v V Рг= Дл/ Д,- коэффициент диффузии кислорода мг/сек
k[ - d
— 1 2 3 4 5
Экономически й коэффициент х & а — С —С ^начГе кон.Ге аМ),0037 (для железобактери й), (исследование автора)
Прирост биомассы Х2 — XI АХ = Х2 2,3lq — X 1 г/м X из- начальные и конечные биомассы
- удельную гидравлическую нагрузку на 1 м3 площади биопоглотителя
при удельном расходе воздуха от 2...5 м3 на. 1 mj обрабатываемой воды можно
принимать по табл.
Таблица 2Л. 8.
Удельная гидравлическая нагрузка, qyH, м3/м2сут Эффект очистки Э % при окислительно- восстановительном потенциале в зоне бипоглотителя Eh, мВ
200 300 400 500
100 75...70 70...67 65...62 60...57
150 70...67 65...61 60...56 55...50
195 67...63 63...57 56...52 49...45
В таблице даны параметры при концентрации железа в исходной воде
от 12 ...24 мг/л, и температуре подземной воды 9... 12°С
I Больший эффект соответствует меньшей концентрации железа в исходной
воде.
биопоглотителя
0 5"
Рис. 2.26 Модуль насадки из КТЖН
Рис 2.27 Экспериментальная установка
смонтированная в здании станции обе
зжелезивания воды в п.г.т. Рокизно
2.5.5. Схема устройства и принцип работы универсальной
самопромыавющейся фильтровальной установки УИИВХ для
обезжелезивания подземных вод.
Данная установка состоит из следующих элементов: аэратора-дегазатора
18 совмещенного с напорным фильтром 12, биопоглотителя с осадочной
частью, промывного бак 20 и устройства для автоматического переключения
фильтра на промывку. Переключающее устройство состоит из запорного
клапана 14 соединенного тросом 19 с поплавком размещенным в
поплавковой камере 21. Кроме того установка оборудована промывным
сифоном 7 и системой подводящих и отводящих трубопроводов 1, 4, 11, 13,
16 и 22.
Рис. 2.2S
Аэрационное устройство 2 применяется для насыщения исходной воды
кислородом воздуха, изменения pH-Eh среды, выделения из частиц воды
растворенных газов
Биопоглотитель 3 предназначен для биологической очистки
обрабатываемой воды с помощью закрепленных на модулях из капроновых
текстурированных жгутовых ниток (КТЖН) гидробионтов.
Осадочная часть служит для осаждения отверженной части клеток
железобактерий и хлопьев гидроксида железа образующихся при очистке
подземных вод. При очистке поверхностных вод в осадочной части
задерживается грубодисперсная взвесь и отверженная часть биопленки,
которая возникает на поверхности КТЖН. На осветлительном фильтре с
полистирольной загрузкой заканчивается процесс очистки воды.
Принцип работы установки заключается в следующем.
Железосодержащая вода из скважины по трубопроводу 1 подается на
остановку. На трубопроводе 1 установлен эжектор для аэрирования воды.
Аэрированная вода через распределительное устройство 17 впускается в
аэратор-дегазатор 18, при движении воды снизу вверх происходит
обогащение кислородом воздуха и выделение из нее диоксида углерода СО2.
После аэрации обрабатываемая вода по трубе 4 отводится на биопоглотитель
8 В процессе движения воды через насадку из КТЖН на ее поверхности
образуются наросты из железобактерий, которые превращают гидрокарбанат
железа в гидроксид Когда высота нароста достигает 0,5-1,0 м они
отрываются от поверхности КТЖН и накапливаются в осадочной зоне
биопоглотителя. Мелкие частицы гидроксида железа вместе с потоком
обрабатываемой воды по трубе 14 транспортируются на
пенополистирольный фильтр 12. При движении воды через пенополистиро-
льную загрузку она освобождается от соединений железа и очищенная вода
по трубе 13 отводится в промывной бак 20
Когда уровень воды в биопоглотителе 8, за счет потерь напора
фильтрующей загрузке, поднимется до отметки низа перегиба сифона 7,
поплавок при помощи троса 19 закрывает клапан 14. В результате закрытия
клапана фильтрование воды прекращается и обрабатываемая вода
направляется в сифон заряжая его. Включенный сифон отсасывает осадок из
осадочной зоны биопоглотителя и начинается промывка фильтрующей
загрузки из промывного бака 20. Промывка фильтра продолжается до
момента обнажения нижнего конца воздухопроводной трубки 5. В результате
этого происходит срыв вакуума в сифоне и переключения установки на
режим фильтрования воды. Через определенные интервалы фильтроциклы
повторяются.
Наши исследования данной установки, проведенные на скважинах в
Ровенской области, показали возможность применения ее для обезжеле-
зивания подземных вод с высокой концентрацией железа (до 20 .. .30 мг/л).
2. 6. Рекомендуемые области применения самопромывающихся
установок для обезжелезивания воды.
Проведенными исследованиями было установлено, что при любом
содержании железа в подземной воде в составе водообезжелезивающей
установки следует предусматривать три блока водоподготовки: аэратор-
дегазатор, биопоглотитель и фильтр.
При содержании железа до 3,0 мг/л, для обезжелезивания воды следует
использовать двухъярусные сифонные фильтровальные установки, на
которых в наибольшей степени реализуется технология с применением
упрощенной аэрации и фильтрования.
При концентрации железа в исходной воде от 3,0 .6,0 мг/л необходима
более интенсивная аэрация воды с использованием эжекторов, с
последующей обработкой воды в биофильтрах и фильтрах.
При концентрации железа в исходной воде от 6,0... 12,0 мг/л требуется
глубокая аэрация воды с использованием эжекторов, с последующей ее
обработкой в аэраторе-дегазаторе, биопоглотителе и осветлительном
фильтре.
В условиях, когда содержание железа в воде от 12...24 мг/л требуется
глубокая аэрация воды с применением воздуходувки или компрессора, с
последующей ее обработкой в аэраторе-дегазаторе, биопоглотителе и
осветлительных фильтрах.
Происходящей при аэрации воды гидролиз двууглекислого железа
понижает pH воды в следствие образования свободной углекислоты.
Понижение pH воды тем интенсивнее, чем больше в воде железа и меньше ее
шелочность.
Поэтому при концентрации железа в исходной воде более 12 мг/л для
поддержания стабильности воды требуется ее известкование.
Рекомендуемые нами технологические схемы обезжелезивания
подземных вод на самопромываюшихся водоочистных установках
приводятся в таблице 2Л§
Таблица 2.1.9.
Условия применения самопромывающихся водоочистных установок для
__________________очистки подземных вод.______________ ____
Качество исходной воды Произво
|| Тип установки 1с; Мп’ рн H2S СО2 дительно сть стан- ции, м3/сут
Двухъярусная сифонная фильтровальная установка /АСФУ-1/ Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка с биофильтром и осветлитель- ным фильтром Трехступенчатая сифонная фильтровальная установка в составе аэратора-дегазатора с биопоглотителем и пенополи- стирольным фильтром Трехстуненчатая сифонная фильтровальная установка в составе аэратора-дегазатора биопоглотителя с осадочной частью и пенополистирольного фильтра до 3,0 3...6 6...12 12..24 до 0,5 до 1 >6,5 >6,5 >6,5 >6,5 до 2 до 2 до 3 ДО 3 до 35 35 40 70..80 70 80 до 1600 до 1600 до 1600 до 1600
Список литературы к главе 2.
1 Н Г. Малишевский. Очистка питьевой воды. Госстройиздат, 1930.
2 . Турчинович В. Г., Улучшение качества воды., Стройиздат. 1940.
3 . А. А. Кастальский., Н. С. Лебедева. Метод расчета установок по
обезжелезиванию воды. Водоснабжение и сантехника. №1. 1956.
4 . В. А. Клячко. Выбор метода обезжелезивания воды из артезианских
скважин. Водоснабжение и сантехника. №6. 1956.
5 К. А. Мамонтов. Обезжелезивания воды на напорных установках.
Стройиздат, 1964
6 В. А. Клячко., И. Э. Апельцин. Очистка природных вод. М.:
Стройиздат. 1971.
7 . А. А. Кастальский., Д. М. Минц, подготовка воды для питьевого и
промышленного водоснабжения. М.: «Высшая школа». 1962.
8 . Л. А. Кульский. Теоретические основы и технология
кондиционирования воды. Киев. Наукова думка.
9 Николадзе. Г. И. Технология очистки природных вод -М.: Высшая
школа,-1987.
10 Николадзе. Г. И Улучшение качества подземных вод. -М.:
Стройиздат, 1987.
11. Румянцева Л. П. Брызгальные установки для обезжелезивания воды.
М.: Стройиздат. 1973.
12. Холодный Н. Г. Железобактерии. Издательство АН СССР. 1953 - 223
с.
13. Виноградский С. Н. - В кн. микробиология почвы. Издательство АН
СССР. М.: 1953.
14. Кондратьева Е. Н. Хемолитотрофы и метилотрофы. М.: Издательство
Московского университета. 1983.
15. Starkey В. L. Precipitation of ferrio Hydrate by jron Bacteria. Science 102,
1945.
16. Дубинина. Г. А. Биология железобактерий и их геохимическая
деятельность: Автор, дис. д-ра биолог, наук. М.: ИНМИ, 1977.
17. Заварзин Г. А. Литотрофные микроорганизмы. Издательство АН
СССР, 1972.
18. Горленко В. М., Дубинина Г. А.. Кузнецов С. И.,Экология водных
микроорганизмов. -М.: Издательство. Наука. 1977.
19. Хруцкая 3. Я. Заиление дренажа железистыми соединениями. М.:
Колос - 1970. -95 с.
20. Кунце Г. Загрязнения почвы железом и заохривание труб / пер. с англ.
А. Ю. Конкина;/ М.: Агропромиздат, 1986 — 103 с.
21. Золотова Е. Ф., Асе Г. Ю. Очистка воды от железа, марганца, фтора и
сероводорода. М.: Стройиздат, 1975.
22. Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды. М.: Высшая
школа. 1973.
23. Микробиология очистки воды. Ротмистров М. П., Гвоздяк П. И.,
Ставская С. С., К.: Наукова думка. 1978.
24. Гусев М. Н., Минеева Л. А. Микробиология. М.: Издательство
Московского университета, 1985.
25. Водоподготовка. Процессы и аппараты. Под. ред. О. М. Мартыновой.
М.: Агропромиздат. 1967.
26. Н. И. Гельперин., В. Г. Айнштейн, В. Б. Кваша. Основы техники
псевдоожижения. М.: Химия, 1967.
27. Орлов В. О., Зощук А. М., Мартынов С. Ю. Пшопшнспролып фшьтри
в технолопчних схемах водошдготовки. - Р1вне. РДТУ, 1999.
28. Е. Калиновская, Г. В. Урбанчик. Химические волокна. М:
Издательство легкая индустрия. 1966.
29. С. Грейг., К. Синг. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М :
Издательство Мир. 1970.
3. Технология очистки природной поверхностной воды на
самопромывающнхся водоочистных установках.
3.1. Характеристика качества исследуемых поверхностных вод.
Исследования по технологии очистки поверхностных вод на
самопромывающнхся установках проводились на водах, забираемых из рек
Стырь и Горынь. Качество исходной воды, забираемой из реки Стырь, в
период исследований характеризовались показат елями, приведены ниже.
Наименование показателей и единиц
измерений
Температура, град. С.
Взвешенные вещества, мг/л.
Прозрачность по шрифту, см.
Цветность, гр^д.
pH
Сухой остаток, мг/л
Общая жесткость, мг — экв/л
Щелочность, мг - экв/л
Окисляемость, О2,мг/л
Хлориды, мг/л
Сульфаты, мг/л
Гидрокарбопаты, мг/л
Кальций, мг/л
Магний, мг/л
Железо общее, мг/л
Аммиак, мг/л
Нитриты, мг/л
Нитраты, мг/л
БПК3, мг/л
Растворенный кислород, мг/л
Величины
0-23
20 - 300
1 -20
20-50
7,2 - 7,5
240 - 285
2,7 - 6,0
2,0-6,5
5,9 - 10,6
10-18
12-20
122-396
42-120
0,24-12,16
0,05-0,16
0,0-0,2
0,0-0,02
0,0-1,0
1,3-4,6
7,8-12,4
Взвесь, содержащаяся в речной воде, была разнообразной по крупности и
составу. Она состояла из грубодисперсных, тонкодисперсных и коллоидных
частиц минерального и органического происхождения. В весенние паводки
количество взвеси с гидравлической крупностью менее 0,05 мм/сек достигало
70 %. В летние месяцы 70 - 80 % взвешенных веществ было с
гидравлической крупностью более 0,05 мм/сек.
Гидравлическая характеристика взвеси, содержащаяся в воде р. Стырь, в
различные сезоны года, представлена на рис. 3.1. График зависимости
прозрачности воды по шрифту от содержания взвешенных веществ показан
на рис.3.2.
;'S' г ; : s s » st = з =
' fiacbndm ov 'n&oy woO*S>zxrtСед/
"/o ‘юэпги iijnmtiuriu млнэпойц
“лмк»>«»«о»м(«>яв/ил>я»калв»>
Скорость выпадения взвеси, мг/л Взбешенные бецеслба, W
3.2 Исследования по безреагентиой очистке воды на
одноступенчатой фильтровальной установке АСФУ - 1.
Экспериментальная установка АСФУ - 1 была смонтирована по схеме,
показанной на рис. 3.3.
Первоначально опыты проводились на фильтре изготовленном из
стеклянной трубы, диаметром 101 мм и высотой 1800 мм. В последующем
опыты были продолжены на фильтре изготовленном из стальной трубы с
внутренним диаметром 255 мм и высотой 2000 мм
। Работа экспериментальной установки заключалась в следующем. Не
коагулированная вода из приемного резервуара 1 водоочистной станции, по
резиновому шлангу — сифону 2 подавалась с избытком в регулирующий
бачок 3. Регулирующий бачок 3 был изготовлен с размерами 35x20x25 см и
был снабжен переливной трубкой 4 и спускной трубой 5. В бачке 3
происходила циркуляция исходной воды, избыток которой непрерывно по
трубе 4 сбрасывалась в канализацию. Так как береговой водозаборный
колодец, из которого насосами 1 подъема забиралась речная вода, не был
оборудован сетками, то в бачке 3 была установлена проволочная сетка 6 с
размерами отверстий 2x2 мм.
Рис. 3.3.
Исходная вода из
бачка 3 после прохо-
ждения через сетку 6,
по трубе 7 поступала
в водоприемный
стояк 8 и далее по
трубе 9 направлялась
в фильтр 10. Профи-
льтрованная через
фильтр вода по тру-
бам 11 и 12 отво-
дилась в промывной
бак 13, после напо-
лнения которого по
трубе 14 сбрасы-
валась в сток. Перек-
лючение фильтра 10
на промывку и обра-
тно на фильтрование
осуществлялось авто-
матически по прин-
ципу, описанному в 1
-й главе.
Обычно перед началом каждого опыта производилась принудительная
промывка фильтра 10. С этой целью вручную при помощи троса 23
закрывался клапан 24 и фильтр 10 переключался на промывку.
Скорости фильтрования воды на фильтре 10 изменяли при помощи
пробочного крана «а», установленного на трубе 7.
Отбор проб исходной воды для анализов производился из регулирующего
бачка 3. Пробы фильтрата фильтра отбиралась из трубы 14.
В процессе исследований производились сравнения результатов работы
различных фильтрующих загрузок при различном содержании взвеси в
исходной воде и различных скоростях фильтрования.
Было исследовано пять типов различных фильтрующих загрузок,
характеристика которых приведена в таблице 3 - 1.
Для песчаных слоев фильтрующих загрузок использовался песок из
Александрийского карьера, расположенного в Ровенской области.
Антрацитовые слои загрузок устраивались из дробленого антрацита,
заготовленного на дробильно - сортировочной установке Донбассводтреста.
Таблица 3 - 1
№№ фильт- рующих загрузок Количество слоев фильгрую- щих загрузок Крупность зерен фильтрующей загрузки, мм Толщина слоев фильтрующей загрузки, мм
Песок Антрацит Песок Антрацит
1 2 3 4 5 6
I 1 1,0-2,0 - 700 -
п 1 0,5 1,0 - 1000 -
ш 2 0,5-1,0 1,0-2,0 500 400
IV 2 0,63 1,0 1,0- 1,5 700 300
V 2 0,63 - 1,0 1,0-1,5 200 800
Перед загрузкой в фильтры песок и дробленый антрацит тщательно
промывались и отсортировывались, на ситах соответствующего калибра.
Поддерживающие слои каждого опытного фильтра были устроены из
щебня и крупнозернистого песка. Толщина слоя щебня составляла 100 мм, а
крупность фракций в пределах 3...7 мм. Толщина слоя песка была принята
равной 100 мм при крупности зерен 1 ...2 мм.
Опыты проводились в основном в весенне-летние периоды, когда вода
реки Стырь содержала наибольшее количество взвеси и коллоидных частиц.
В эти периоды экспериментальные установки длительное время работали
непрерывно. В журнале для каждого типа фильтрующей загрузки
фиксировались следующие данные: дата проведения опыта, скорость
фильтрования, отметки уровня воды в водоприемном стояке и промывном
баке, потери напора, температура и прозрачность исходной воды и
фильтрата, содержание взвеси в исходной воде и фильтрате, а также
продолжительность межпромывочного периода.
В качестве первого типа фильтрующей загрузки исследовался песок,
рекомендуемый СниП для префильтров. Опыты с загрузкой первого типа
проводились в период с 3 по 12 апреля 1964 года. Температура исходной
VBCVibi в этот период изменялась от 0 до 3°С, а содержание взвеси от 70 до 100
^ir/л. При этом около 70% частиц взвеси имели гидравлическую крупность
менее 0,05 мм/сек. Скорость фильтрования принималась равной 4,81 м/час.
Исследования с использованием первого типа загрузки показали, что при
данных условиях фильтрования префильтр задерживает только около 47%
взвеси содержащейся в исходной воде. Пи этом прирост потерь напора
характеризуется малыми величинами и неустойчивостью, что является
неприемлемым для автоматических сифоных фильтровальных установок.
Зависимость прироста потерь напора от продолжительности фильтрования
для одного из опытов показана на рис. 3.2.В виду того, что применение
первого типа фильтрующей загрузки не дало нужного эффекта работы
сифонно фильтровальной установки, было решено в качестве второго типа
загрузки использовать более мелкий песок с крупностью фракций 0,5... 1 мм,
и толщиной слоя 1000 мм.
Опыты с использованием второго типа загрузки проводились в июне 1964
года. Температура воды изменялась от 19 до 23°С, а содержание взвеси от 60
до 95 мг/л. Гидравлическая крупность 70% частиц взвеси была более 0,05
мм/сек. Скорость фильтрования была принята равной 5м/час.
В результате опытов с использованием второго типа фильтрующей
загрузки было установлено, что эффект осветления возрастал до 85%.
Прирост потерь напора был устойчивым (рис. 3.2.). Однако
продолжительность межпромывочного периода при конечной потере напора
2 м составляло около 4,5 часа, а расход воды на промывку фильтра-22,7% от
количества профильтрованной в этот период воды. Таким образом и при
использовании второго типа фильтрующей загрузки получить оптимальный
технологический режим не представилось возможным. С целью
использования положительных свойств как мелкозернистой загрузки
(высокая осветлительная способность, устойчивый прирост потерь напора)
так и крупнозернистой (большая грязеемкость) в качестве третьего типа
исследовалась двухслойная загрузка.
Толщина слоя песка была принята равной 500 мм, а дробленого
антрацита-400 мм. Крупность зерен песка была в пределах 0,5... 1 мм, а
антрацита-1...2 мм. Скорость фильтрования принималась равной 10 м/час. Из
рассмотрения результатов исследований третьего типа фильтрующей
загрузки видно, что эффект осветления составил около 90%. Прирост потерь
напора являлся устойчивым, продолжительность межпромывочного периода
достигала 40 часов. Расход воды на промывку составлял около 1,3% от
количества воды профильтрованой за межпромывочный период. Грязевая
нагрузка на двухслойный фильтр почти в 20 раз выше, чем на однослойный
песчаный фильтр крупностью зерен 0,5... 1 мм. Но при последующей работе
наблюдалось перемешивание дробленого антрацита с песком и сокращение
межпромывочного периода.
Поэтому в апреле 1965 года экспериментальный фильтр был загружен
новой двухслойной загрузкой с крупностью зерен песка 0,63... 1 мм, и
дробленого антрацита 1...1.5 мм. Толщина слоя песка была принята равной
700 мм, а дробленого антрацита 300 мм.
Исследования четвертого типа загрузки проводились во второй половине
апреля 1965 года Температура исходной воды, забираемой из реки Стырь
изменялась в пределах от 5 до 10°С Содержание взвешеных веществ в воде
колебалось от 70 до 100мг/л, гидравлическая крупность 70% частиц взвеси
превышала 0,05 мм/сек, скорость фильтрования была принята 10 м/час.
Исследования четвертого типа загрузки показали, что эффект осветления
достигал 84% при устойчивом приросте потерь напора. Продолжительность
межпромывочного периода составляла около 18 часов. Процент промывной
воды-2,8%, а грязевая нагрузка на фильтр-12,4 кг/м2. Применение четвертого
типа загрузки в данных условиях позволил обеспечить надежную работу'
сифонной установки при оптимальном технологическом режиме.
В конце апреля 1965 года содержание взвеси в речной воде периодически
резко повышалось по причине выпадения ливневых дождей При этом
примерно половина частиц взвеси имела гидравлическую крупность менее
0,05 мм/сек. Эффект осветления воды с содержанием взвеси 313,6 мг/л, при
пропуске ее через фильтрующую загрузку четвертого типа со скоростью 10,1
м/час составил 63%, а прирост потерь напора характеризовался
неустойчивостью. Однако установить продолжительность межпромывочного
периода и характер прирост потерь напора в фильтре не представилось
возможным по причине уменьшения содержания взвеси в речной воде.
Опыты с применением пятого типа фильтрующей загрузки проводились в
июне 1965 года, температура воды забираемой из реки Стырь в этот период
колебалась в пределах от 17 до 22°С, а содержание взвеси от 50 до 100 мг/л.
Гидравлическая крупность 75% частиц взвеси превышала 0,05 мм/сек.
Скорость фильтрования поддерживалась около 10 м/час.
Эффект осветления воды с применением пятого типа загрузки в данных
условиях достигал 92% при устойчивом приросте потерь напора.
Продолжительность межпромывочного периода при конечной потере напора
1,49 м составляло 20 часов. Характер прироста потерь напора на префильтре
с загрузкой пятого типа показан на рис. ЗЛ.
В осенне-зимний периоды опыты прекращались по причине малого
содержания взвеси и коллоидных частиц в исходной воде. В эти периоды
количество взвеси в речной воды находилось в пределах 10...30 мг/л.
В паводок 1966 года содержание взвеси в воде забираемой из реки Стырь
изменялось от 50 до НО мг/л. Взвесь характеризовалась высокой степенью
дисперсности. Температура воды изменялась от О до 3°С.
Эффект осветления воды при скорости фильтрования 10,11 м/час составил
60,3%. Прирост потерь напора был не значительным, а продолжительность
межпромывочного периода достигала 47 часов. Грязевая нагрузка на фильтр
составляла 27,1 кг/м2.
Исследования проведенные летом 1967 года вновь подтвердили
целесообразность применения для осветления воды с полидисперсной
взвесью двухслойной фильтрующей загрузки. Осредненные результаты
исследований по осветлению воды на одноступенчатой сифонной
фильтровальной установке приведены в таблице 3.3.
Из рассмотрения результатов исследований видно, что сифонные
фильтровальные установки могут быть использованы в качестве префильтров
в безреагентых схемах очистки воды

3.3 Очистка воды на двухступенчатой самопромывающейся
фильтровальной установке АСФУ-2 с осветлительным и
сорбционным фильтрами.
р Автономной республике Крым водоснабжение городов и поселков
базируется на использовании воды, забираемой из водохранилищ.
Качество воды в водохранилищах Крыма характеризуется невысокой
тутностью (5-20 мг/л). Однако, летом при гниении осадка на дне
водохранилищ, значительно увеличивается цветность (до 90 град. ПКШ),
окисляемость (до 12 мг/л) и запах (до 5 баллов).
Попытка улучшить очистку воды от примесей органического
происхождения, ограничивается в настоящее время использованием
дополнительной аэрации воды в смесителях и устройством в скорых
фильтрах дополни гельного слоя загрузки из гранулированного,
активированного угля высотой 0,3-0,6 м.
Однако, как показал опыт применения активированного угля на скорых
фильтрах Симферопольской водоочистной станции, построенной на
Петровских скалах, сорбционные свойства его сохраняются на протяжении 6-
12 месяцев от момента засыпки в фильтры. После двухмесячной
эксплуатации, поверхность зерен угля покрывается пленкой из
тонко дисперсной взвеси и продуктов коагулирования.
В дальнейшем угольный слой фильтра выполняет лишь роль верхней
крупнозернистой загрузки, повышающей грязеемкость фильтров.
Регенерация отработанного угля на Симферопольской водоочистной
станции не производится из-за сложности процесса и большой стоимости
технологического оборудования
По мере выноса активированного угля при промывке фильтров,
фильтрующий слой досыпают новым углем на высоту 20-30 см.
I Из выше изложенного видно, что для повышения эффекта очистки воды,
очевидной является задача внедрения новых технологических схем. С этой
точки зрения перспективными являются двухступенчатые
самопромывающиеся установки, разработанные в Украинском институте
Инженеров водного хозяйства.
При очистке маломутных во дохрани лищных вод вполне приемлемыми
являются установки в состав которых в качестве фильтров I-й ступени
осветлительные фильтры с песчано-антрацитовыми загрузками, а в качестве
фильтров И-й ступени - угольные фильтры. Это было подтверждено данными
Полученными при исследовании двухступенчатых фильтровальных
Установок, проведенных на Симферопольской водоочистной станции
Схема устройства экспериментальной двухступенчатой фильтровальной
Установки показана на рис 3.5

I Установка состоит из следующих элементов: осветлительного фильтра 10,
сорбционного фильтра 12, бака промывной воды 14 и системы подводящих и
Отводящих трубопроводов.
I Осветительный фильтр оборудован промывным сифоном с
воздуховыпускным зарядным клапаном. Движение воды при фильтровании
Сказано на рис. 3.5 стрелками. Промывка фильтров производится
Последовательно от промывного бака. Это достигается в результате
включения (автоматически или вручную) промывного сифона путем выпуска
воздуха из его нисходящей трубы через клапан 8
I Фильтры экспериментальной установки были изготовлены из стальных
фуб d=200 мм высотой 2000 мм.
В В качестве фильтрующего материала осветлительного фильтра
фименялась двухслойная загрузка из кварцевого песка и дробленого
аитрацита. Высота слоя песка составляла 800 мм, а предельная крупность его
жрен 5=0,63-1,27 мм Высота слоя дробленого антрацита - 200 мм, а
предельная крупность зерен антрацита 5= 1,0-1,5 мм.
[ В качестве фильтрующей загрузки сорбционных фильтров использовался
активированный уголь марки АГ-3. Высота слоя активированного угля
изменялась от 1,2 до 1,5 мм, а крупность зерен 5=1,0-4,0 мм.
Скорость фильтрования воды на фильтрах 1-й и П-й ступеней была в
пределах от 5 до 8 м/ч.
I Полезная емкость промывного бака составляла 0,19 м3. Диаметры
подводящих и отводящих трубопроводов были приняты по 25 мм.
I В осенне-зимний период, когда мутность исходной воды не превышала 5-8
мг/л обработка воды коагулянтами не проводилась. При повышении
температуры более 8-10° С применялось коагулирование воды сернокислым
алюминием.
I Результаты исследований по технологии очистки водохранилищной воды
в!различные сезоны года представлены в табл. 3.4.
Из рассмотрения данных таблицы 3.4 видно, что во все сезоны года как
при безреагентной так и реагентной очистки воды, последовательное
двухступенчатое фильтрование через песчаные и угольные фильтры, со
скоростями в пределах 5-7 м/ч, представляется возможным получить
•питьевую воду удовлетворяющую современным стандартам.
Таблица ЗЛ
Осредненные результаты исследований по очистке воды
Симферопольского водохранилища
Показатели качества воды Исходная вода Эффект очистки
После осветлительного фильтра После сорбционного фильтра
Сентябрь 1987, очистка воды с применением коагулянта
Температура °C 18-20 - -
Мутность, мг/л 12-20 1,1-1,7 <1
Цветность, град. 30-40 20-25 15-20
Ноябрь 1987, безреагентная очистка воды
Температура °C 8-11 — -
Мутность, мг/л 3-7 1,3-1,5 <1
Цветность, град. 20-30 15-20 5-10
Январь 1988, безреагентная очистка воды
Температура °C 4-6 - -
Мутность, мг/л 3-5 0,8-1,3 <1
Цветность, град. 15-20 10-15 5-10
3.4. Исследования по безреагентной очистке воды на двухступенчатой
установке АСФУ - 2 и сорбционном фильтре.
Для последующих исследований процесса двухступенчатого
фильтрования воды была сконструирована и изготовлена автоматическая
двухступенчатая фильтровальная установка АСФУ — 2, схема которой
показана на рис. 3 - S. Эта установка включает два напорных фильтра —
фильтр первой ступени 1 и фильтр второй ступени 2. Оба фильтра
промываются одновременно из одного промывного бака 3. Переключение
фильтров на промывку осуществляется автоматически по такому же
принципу, как и в установке АСФУ - 1. При этом в первую очередь по ходу
движения промывной воды идет отмывка фильтра второй ступени, а затем и
фильтра первой ступени.
Фильтр 1-й ступени АСФУ - 2 был изготовлен из стальной трубы
диаметром 205 мм и высотой 2000 мм, а фильтр П-й ступени — из трубы
диаметром 255 мм диаметром 255 мм и высотой 2000 мм.
Исследования работы установки АСФУ — 2 проводились в августе 1967
года, в марте и апреле 1968 года. Скорость фильтрования на фильтре первой
ступени была установлена 5 м/час, а на фильтре второй ступени 3,2 м/час.
/Результаты исследований осветления воды на АСФУ - 2 приведены в
таблице 3
Таблица 3.5
Осредненные результаты исследований по очистке воды р. Стырь
Показатели качества воды Исходная вода Эффект очистки
После фильтра 1- й ступени После фильта П-й ступени После сорбцион- ного фильтра
Август 1967, 70% взвеси с гидравлической крупностью более 0,05 мм/с
Температура °C 20-22 - - -
Прозрачность по шрифту, см 8-22 22-29 45-50 >50
Взвешенные вещества, мг/л 80-60 18-11 <1,5 <1
Цветность, град. 25-40 20-30 15-20 5-10
Март 1968,70% взвеси с гидравлической крупностью менее 0,05 мм/с
Температура °C 1-2 - - -
Прозрачность по шрифту, см 5-7 10-15 26-30 31-35
Взвешенные вещества, мг/л 90-50 40-30 7-4 3-2
Цветность, град. 30-35 25-30 20-25 5-10
Апрель 1968, 70% взвеси с гидравлической крупностью более 0,05 мм/с
Температура "С 6-10 - - -
Прозрачность по шрифту, см 9-11 25-29 45-50 >50
Взвешенные вещества, мг/л 70-40 12-7 <1,5 <1
Цветность, фад. - - - -
При фильтровании на АСФУ - 2 исходной воды, содержащей до 40 - 100
мг/л взвеси, фильтрат удовлетворил требования ГОСТа в тех случаях, когда
70% взвеси имели гидравлическую крупность больше 0,05 мм/сек и
температура воды превышала 5°С. Прирост потерь напора в этих условиях
работы был устойчивым и обеспечивалась автоматическая промывка
фильтров.
В период весеннего паводка, когда температура воды была низкой и вода
^держала тонкодисперсную взвесь, мутность фильтрата превышала норму, а
црИрост потерь напора был не значительным. В этих условиях только
коагулирование взвеси позволило обеспечить надлежащую очистку воды и
автоматическое действие фильтровальной установки.
3.5. Очистка поверхностной воды на трехступенчатой установке с
биопоглотителем, контактным префильтром и осветительным
фильтром.
Исследования проводились на экспериментальной установке, схема
устройства которой показана на рисунке 3-?
I Данная установка состоит из следующих водоочистных устройств:
биологлотителя 2, контактного префильтра 13, осветлительного фильтра 11
Кроме того, в ее составе имеется промывной бак 6, из которого
осуществляется промывка осветлительного фильтра и контактного
префильтра. Все элементы установки связаны трубопроводами 14,12, 10, 7
В зависимости от качества обрабатываемой воды установка
предусматривает использование как безреагентной технологии, так и очистку
воды с применением коагулянта для этих целей предусмотрен растворимый
бак 4, работающий по принципу сосуда Мариотта.
Биопоглотитель 2 оборудуется насадкой из капроновых
текстурированных жгутовых нитей (КТЖН) диаметром 2-3 миллиметра с
ютностью упаковки от 10000 до 40000 шт/м2.Контактная поверхность
КТЖН находится в пределах соответственно 62,8 м2 и 376,8 м2 при длине
насадки 1м. В нижней части биопоглотителя имеется осадочная зона, объем
которой принимается в зависимости от степени дисперсности взвешенных
веществ, содержащихся в воде.
Контактный префильтр загружается кварцевым песком или дробленным
антрацитом крупностью фракций 1-2 мм При необходимости введения в
воду раствора коагулянта предпочтительной является двухслойная песчано-
антрацитовая загрузка.
I В качестве фильтрующей загрузки осветлительного фильтра используется
Кварцевый песок с размером фракций 0.5- 1,0 мм. Общая высота
фильтрующей загрузки как в префильтре , так и в осветлительном фильтре
принимается в пределах 0 7- 1 м.
Принцип работы рассматриваемой водоочистной установки заключается в
Следующем.
Исходная вода по трубопроводу 3 через разбрызгиватель подается в
Верхнюю зону биопоглотителя 2.При изливе воды в биопоглотитель с высоты
0.5- 0,6 м происходит ее упрощенная аэрация. В биопоглотителе вода
ижется сверху' вниз через насадку из КНТЖ. Благодаря развитой
верхности КТЖН под действием сил адгезии из воды извлекается
значительное количество органических и взвешенных веществ. Затем вода из
нижней зоны биопоглотителя по трубе 14 направляется в контактный
префильтр 13 и после него в осветлительный фильтр 11.
В результате пропуска воды через биопоглотитель и поэтапного
фильтрования через префильтр и осветлительный фильтр достигается
осветление воды до норм ГОСТа.
Движение воды через биопоглотитель и фильтр первой ступени
осуществлялось со скоростью от 4 м/ч до 6 м/ч, а в фильтре второй ступени
от 2,3до 3,4 м/ч.
Опыты проводились нами летом и осенью при разных показателях
качества исходной воды.
Осредненные результаты исследований по очистке речной воды на
трехступенчатой водоочистной установке представлены в таблице 3-3.
Из рассмотрения таблицы видно, что эффект очистки воды на
биопоглотителе по взвешенным и органическим веществам колеблется в
пределах от 20% до 50%, при этом цветность воды снижается на 30.. .40%.
В результате двухступенчатого фильтрования воды после
биопоглотителя, с содержанием взвешенных веществ 15.. 50 мг/л, мутность
фильтрата не превышает 1 мг/л при гидравлической крупности взвеси более
0.05 мм/с.
При очистке воды содержащей тонкодисперсную взвесь (75% взвеси Uo<
0,05 мм/с и температуры воды ниже 5° С), осветление ее до норм ГСаНПиНа
на трехступенчатой установке достигается только с введением коагулянта
перед осветлительным фильтром.
Рис. 3.?
осуществляется промывка осветлительного фильтра и контактного
префильтра. Все элементы установки связаны трубопроводами 14, 12, 10,7.
В зависимости от качества обрабатываемой воды установка
предусматривает использование как безреагентной технологии, так и очистку
воды с применением коагулянта для этих целей предусмотрен растворимый
|бак 4, работающий по принципу сосуда Мариотта.
Биопоглотитель 2 оборудуется насадкой из капроновых
текстурированных жгутовых нитей (КТЖН) диаметром 2-3 миллиметра с
плотностью упаковки от 10000 до 40000 шт/м2.Контактная поверхность
КТЖН находится в пределах соответственно 62,8 м2 и 376,8 м2 при длине
насадки 1м. В нижней части биопоглотителя имеется осадочная зона, объем
которой принимается в зависимости от степени дисперсности взвешенных
веществ, содержащихся в воде.
Контактный префильтр загружается кварцевым песком или дробленным
антрацитом крупностью фракций 1-2 мм. При необходимости введения в
воду раствора коагулянта предпочтительной является двухслойная песчано-
антрацитовая загрузка.
В качестве фильтрующей загрузки осветлительного фильтра используется
^кварцевый песок с размером фракций 0.5- 1,0 мм. Общая высота
фильтрующей загрузки как в префильтре , так и в осветлительном фильтре
принимается в пределах 0.7- 1 м.
Принцип работы рассматриваемой водоочистной установки заключается в
следующем.
Исходная вода по трубопроводу 3 через разбрызгиватель подается в
верхнюю зону биопоглотителя 2.При изливе воды в биопоглотитель с высоты
0.5- 0,6 м происходит ее упрощенная аэрация. В биопоглотителе вода
движется сверху вниз через насадку из КНТЖ Благодаря развитой
поверхности КТЖН под действием сил адгезии из воды извлекается
значительное количество органических и взвешенных веществ. Затем вода из
нижней зоны биопоглотителя по трубе 14 направляется в контактный
префильтр 13 и после него в осветлительный фильтр 11.
В результате пропуска воды через биопоглотитель и поэтапного
фильтрования через префильтр и осветлительный фильтр достигается
осветление воды до норм ГОСТа.
Движение воды через биопоглотитель и фильтр первой ступени
I осуществлялось со скоростью от 4 м/ч до 6 м/ч, а в фильтре второй ступени
от2,3до 3,4 м/ч.
Опыты проводились нами летом и осенью при разных показателях
качества исходной воды.
Осредненные результаты исследований по очистке речной воды на
трехступенчатой водоочистной установке представлены в таблице 3-6.
10 Г
Таблица 3.5
Осредненные результаты исследований по очистке воды р. Горынь
Показатели качества воды Исходная вода Эффект очистки
После биопоглоти- теля После контакт- ного префиль- тра После осветлит- - ельного фильтра
1 2 3 4 5
Август 1999, 70% взвеси с гидравлической крупностью более 0,05 мм/с
Температура °C 16-18 - - -
Прозрачность по шрифту, см 9-10,5 15-16,5 30-30,5 42-44
Взвешенные вещества, мг/л 80-70 42,4-37,1 5,9-5,2 <1
Цветность, град. 30-40 20-25 15-20 10-15
ВПК, мгО2/л 1,44-1,54 1,03-1,15 0,74-0,82 0,35-0,39
Октябрь 1999,70% взвеси с гидравлической крупностью более 0,05 мм/с
Температура °C 8-9 - - -
Прозрачность по шрифту, см 15,5-18,5 22-24 34-36 44-46
Взвешенные вещества, мг/л 40-30 21,4-15,3 3,3-2,4 <1
Цветность, град. 25-30 15-20 10-15 10-15
BI 1К, мгО2/л 1,44-1,54 0,94-1,01 0,66-0,71 0,32-0,34
Ноябрь 1999, 70% взвеси с гидравлической крупностью менее 0,05 мм/с
Температура °C 3-4 - - -
Прозрачность по шрифту, см 27-22 27-22 31-26 36-32
Взвешенные вещества, мг/л 10-20 10-20 5,1-10,3 2,1-4,3
Цветность, град. 10-15 10-15 10-15 10-15 1
ВПК, мгО2/л - - - I
3.6. Самопромывающаяся водоочистная установка с тонкослойными
отстойниками и напорными фильтрами.
Установка данной конструкции (рис. 3,6.) включает камеру реакции
водоворотного типа 6, тонкослойный отстойник 16, фильтр 15, промывной
бак 11, сифон 3 с прерывательной трубкой 4, гидрозатвор 1 со сбросной
трубой 2, системы труб 7,12,13 и автоматическое переключающее
устройство, выполненное в виде размещенного в трубе 13 клапана 14,
.соединенного тросом 10 с поплавком 9. расположенным в поплавковой
камере 8. К установке подведена подводящая труба 5.
Принцип работы установки заключается в следующем. Исходная вода с
введенными реагентами по трубе 5 подается в камеру реакции 6, из которой
направляется в тонкослойный отстойник 16. Оттуда вода проходит через
фильтр 15, поднимается по трубопроводу 13 в промывной бак 11 и заполнив
его, по переливному трубопроводу 12 отводится в резервуар чистой воды.
Рис. 3$
По мере роста потерь напора в загрузке фильтра 15 и заполнения водой,
по трубе 7 поплавковой камеры 8 поплавок 9 всплывает и тросом 10
прижимает клапан 14 к седлу. Одновременно с закрытием кольцевого
отверстия в трубе 13 фильтрование воды прекращается. Вода, поступающая в
камеру реакции 6, при достижении в ней расчетного уровня направляется в
сифон 3 и включает его в работу. После этого уровень воды в камере реакции
быстро падает, вода из поплавковой камеры 8 по трубке 7 стекает в камеру
реакции 6, поплавок 9 опускается на дно поплавковой камеры и клапан 14
открывается. Вода из промывного бака 11 по трубе 13 направляется в фильтр
15, промывает его, затем устремляется через тонкослойный отстойник 16,
смывая накопившийся в нем осадок и забирается сифоном 3, по которому
сливается в гидрозатвор 1, а из него по сбросной трубе 2 отводится в
канализацию.
Промывка фильтра и отстойника продолжается до момента обнажения
конца прерывательной трубки 4, что приводит к срыву вакуума в сифоне и
переключению установки на режим осветления.
Исследования по установлению возможности применения данной
установки для очистки воды из открытых водоемов проводились на
водоочистной станции Луцкого городского водопровода. В качестве
исходной использовалась вода из реки Стырь.
Взвесь, содержащаяся в речной воде, была разнообразной по крупности и
составу. Она состояла из грубодисперсных, тонкодисперсных и коллоидных
частиц минерального и органического происхождения. В весенние паводки
количество взвеси с гидравлической крупностью <0,05 мм/с достигало 70%. а
летом в межень - до 30%.
Скорость движения воды в тонкослойном отстойнике при ее осветлении
изменялась от 4 до 7 м/ч, а скорость фильтрования от 6 до 12 м/ч. Конечные
потери напора, определяемые как разность отметок перегиба сифона и
максимального уровня воды в промывном баке - 1,5 м. Средняя
интенсивность промывки фильтрующей загрузки составляла 13,5-14,0 л/см2.
Периодичность промывки отстойников и фильтров зависит от мутности
обрабатываемой воды. Так, при мутности 70-100 мг/л водоочистная
установка переключалась на промывку один раз в двое суток, а при мутности
300-350 мг/л - два-три раза в сутки.
На самопромывающейся установке описанного типа возможно осветление
природных вод с мутностью до 300 мг/л, до норм ГОСТа. Доза сернокислого
алюминия принимается в зависимости от мутности воды и гидравлической
крупности взвеси в пределах 20-80 мг/л.
При мутности исходной воды до 100 мг/л в качестве фильтрующей
загрузки напорного фильтра можно использовать кварцевый песок с
крупностью зерен 0,5-1,2 мм. При большей мутности воды следует
применять песчано-антрацитовую загрузку. При этом толщина слоя
кварцевого песка должна составлять 700-800 мм, а крупность его зерен 0,5-
1,25 мм. Толщина слоя дробленого антрацита может быть в пределах 100-300
мм, а крупность его зерен 1,0-1,5 мм.
3.7. Условия применения самопромывающихся водоочистных установок для очистки поверхностных вод. L Автоматические без арматурные водоочистные установки РГТУ могут применятся как для безреагентной очистки поверхностных вод, так и при ее обработке коагулянтами. Технологическая схема АБВУ и состав сооружений для предварительной подготовки воды, выбирается в зависимости от качества воды в водоисточнике, производительности водоочистной станции, на основании данных технологических изысканий и опыта эксплуатации сооружений, работающих в аналогичных условиях. Предварительный выбор технологической схемы АБВУ может быть произведен по данным таблицы 3.6. ТаблицаЗ.6.
Гк« Тип установки Качество исходной воды Произво-
п/ п Взвешен- ные вещества, мг/л Гидравли- ческая крупность взвеси, мм/с Цветность, град дитель- ность станции, м3/сут
1. 2. 3. 4. 5. 6
1 1 2 3 4. 5. Обработка в Одноступенчатая сифонная фильтровальная установка АСФУ-1, и сорбционный фильтр Двухступенчатая сифонная фильтровальная установка АСФУ-2, и сорбционный фильтр Одноступенчатая сифонная фильтровальная установка АСФУ-1, и медленный фильтр Обработка Двухступе нчатая сифонная фильтровальная установка с камерой реакции водоворотного типа, с тонкослойным отстойником и напорным фильтром (АСФУ-6) Двухступенчатая сифопиая фильтровальная установка с камерой реакции перегородчатого типа, тонкослойным отстойником и песчаным фильтром >ды без примет до 30 30... 100 100...250 >оды с прЦмсн до 250 до 250 тения коагулят >0,05 >0,05 >0,05 ения коагулянт <0.05 <0,05 гга до 50 до 50 до 50 ta до 120 до 120 до 800 до 800 до 800 до 800 до 800
1 2 3 4 5 6
6. Трехступенчатая сифонная фильтровальная установка с камерой реакции перегородчатого типа, тонкослойным отстойником, скорым и медленными фильтрами 250...500 <0,05 до 120 до 800
Список литературы к главе 3.
1. Н. Г. Малишевский «Очистка питьевой воды», 1930.
2. Оводов В. С. Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. -
М.: Колос, 1984.-480 с.
3. Е. А. Силин Исследование работы и усовершенствование
конструкции медленного фильтра для очистки воды. - В кн.:
Обводнение и сельскохозяйственное водоснабжение. Научные труды
ВНИИГиМ, т. ХХХШ. Сельхозгих. М.: 1961.
4. Бабаев И. С. Безреагентные методы очистки высокомутных вод. М.:
1978.
5. Аюкаев Р. И., Мельцер В. 3. Производство и применение
фильтрующих материалов для очистки воды.- Л.: 1985.
6. Демура М. В. Проектирование тонкослойных отстойников.: Киев -
1981.
7. Кульский Л. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. -
Киев - 1986.
8. Кургаев В. Ф. Осветлители воды. - М.: 1977.
9. пашенков С. М. и др. Безреагентная очистка воды в сельхоз
водоснабжении. -М.: Россельхозиздат, 1972.
10. Минц Д. М. Теоретические основы технологии очистки воды. - М.:
издательство литературы по строительству, 1964.
11. Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка. - М.: 1996.
12. Орлов В.О. Интенсификация работы водоочистных сооружений. -
Киев - 1989.
/-/2
4. Расчет самопромываюихся водоочистных устан>вок.
4.1. Методика расчета двухступенчатой самопромывающейся установки.
4.1.1. Определение площади и размеров фильтров.
Схема устройства двухступенчатой самопромывающейся установки с
раздельной компановкой показана на рис. 4-1. Описание принцип^ ее работы
приведено во второй главе настоящей монографии.
Общая площадь фильтров F, м2, определяется по формуле:
F = Q/(TVp.H. - 3,6 an It — ЗШУр.н.) (4. 1)
где: Q -полезная производительность водоочистной станции в к3/сут;
I Т - продолжительность работы водоочистной станции в течен«1 суток, в
часах;
I Vp.H.- расчетная скорость фильтрования при нормально*4 режиме
эксплуатации, принимается в пределах от 5 до 8 м/ча; п- число
промывок каждого фильтра в сутки, принимаемое от 1 дс 3;
I - расчетная интенсивность промывки, принимаемая равной 14л/с.м ;
t - продолжительность промывки, равная 0.10-0.12 ч;
। СС -коэффициент, учитывающий отбор воды из промывного ба?а трубкой-
прерывателем сифона и принимаемый равным 1.03-1.04.
Рис. 4-1. Двухступенчатая самопромывающаяся установка Для
обезжелезивания подземных вод
Количество фильтров в составе водоочистной станции должно быть не
менее четырех При обезжелезивании воды на малых водопроводах
допускается принимать один фильтр.
Площадь одного фильтра f, м2, определяется по формуле:
f=F/N
(4.2)
где: N - количество фильтров в составе водоочистной станции.
Расчетная скорость фильтрования Урф, м/ч при форсированном режиме
эксплуатации находится по формуле:
Урф^р^'О1-1) С4-3)
Величина скорости ¥рф не должна превышать 12-15 м/ч. Напорные
фильтры (рис.4-2) самопромывающихся установок изготавливаются
круглыми или квадратными в плане. Для этой цели могут быть использованы
стальные трубы больших диаметров. С целью экономии металла фильтры
можно изготавливать из листовой стали толщиной 4-5 мм. Внутренний
диаметр фильтра D,m, определяется по формуле;
D — -Jf /0.785
(4.4)
Строительная высота напорного фильтра L,m (см.рис.4 - 2) складывается
из следующих величин:
L - I ] + 12 + / j
(4.5)
где: 1) - высота междудонного пространства, принимаемая равной 0.2-0.3
13 - высота поддерживающих слоев, принимается равной 0.3-0.4 м; 13
- высота слоя фильтрующей загрузки, м;
14 - высота слоя воды в фильтре, которая определяется по формуле:
15=13е/100 + С
(4-6)
где: е - относительное расширение фильтрующей загрузки в процентах,
принимаемое по ( ) ;
С - запас высоты для предотвращения выноса фильтрующей
загрузки при промывке фильтра, принимаемый равным 0.4-0.5 м.
Рис 4-2. Схемы фильтров а - песчаный; б - пенополистирольный; в -
двухступенчатый блок фильтров
4.1.2. Определение диаметров трубопроводов.
Диаметр нисходящей трубы сифона, определяется из условия, чтобы
корость движения воды в этой трубе в начальной момент зарядки была не
1енее 0.15 м/с, а во время промывки фильтра - не более 2.5 м/с.
В начальный момент зарядки сифона по его нисходящей трубе проходит
>асход воды qpH, л/с равный производительности фильтра. Этот расход
ипределяется по формуле:
Чрн^рн'З.б (4.7)
где- f - площадь одного фильтра в м2;
Vp н - расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме,
м/ч
Скорость движения воды Уф., м/с в нисходящей трубе сифона в начальный
его зарядки определяется по формуле:
уф = Я Рн/ 1000wJ
(4.8)
где: со । - площадь живого сечения нисходящей трубы сифона в м2,
которая, определяется по формуле-
2
w/ = 0.785d] (4.9)
где: dj - диаметр нисходящей трубы сифона в м.
Во время промывки фильтра по сифону пропускается промывной расход
воды совместно с расходом исходной воды, подаваемой на фильтр.
Этот суммарный расход определяется по формуле:
бс — Япр + Qрф (4-Ю)
где: Qc- суммарный расход, л/с;
qnp - расчетный промывной расход;
Чпр-1 f (4.Н);
qpi]1- производительность одного фильтра, м3/ч при форсированном
режиме работы фильтровальной установки, определяемая по
формуле:
ЯрФ=1Урф (412>
Подбор диаметров трубопроводов производится в зависимости от
расчетных расходов и скоростей движения воды по (таблицам Шевелева).
Диаметр восходящей трубы сифона d2 определяется из условия, чтобы
скорость движения воды в этой трубе во время промывки не превышала I О
м/с (при пропуске суммарного расхода Qc ).
Диаметр трубопровода d3, мм, соединяющего промывной бак с
фильтром, принимается равным диаметру трубы сифона, т. е.
dg = ^2 мм
dj = (1.5...2.0 )dj мм
Диаметр трубопровода d5,соединяющего биопоглотитель с фильтром
принимается равным диаметру восходящей трубы сифона, то есть
dg = мм
Диаметр трубы d7, соединяющий поплавковую камеру с биопоглотителем
принимается по соотношению:
d? = O.Sdj мм
Диаметр трубы dg, отводящей промывную воду из гидравлического
затвора, принимается равным диаметру водоприемной трубы, то есть
dg = dj мм
Гиаметр гидравлического затвора d9 принимается по соотношению:
dg = 5d/, мм
Диаметр воздухопроводной трубки d|0 принимается из условия, чтобы
площадь живого сечения этой трубы составляла 1.5-2% от площади живого
сечения нисходящей трубы сифона, то есть
we = (0,015...0.020)wH
где wB- площадь живого сечения воздухопроводной трубки в м2;
w„ — площадь живого сечения нисходящей трубы сифона в м2;
Следовательно диаметр воздухопроводной трубки может быть определен
по формуле
dio = >!we /0-785 с413)
4.1.3. Определение емкости и размеров промывного бака.
Емкость промывного бака W2,m3, используемого для промывки фильтра,
определяется по формуле: /
w2 = Wnp +у»пс ~<N~ 2)<1ф ' (4- 14>
где: Wnp - объем воды необходимой для промывки одного фильтра,м3;
WOTO- объем воды, отсасывающей из промывного бака
воздухопроводной трубкой - прерывателем сифона, м3;
N - количество фильтров в составе фильтровального блока;
Чф - производительность одного фильтра, м3/ч.
Wnp=3.6f dt (4.15)
Womc = 36 q0-i (4.16)
где: - расход воды, отсасываемой воздухопроводной трубкой -
прерывателем во время промывки, л/с
<70 = у1(Ьв-Нф)/А-1в (4.17)
где: hB - величина вакуума в сифоне в точке присоединения трубки-
прерывателя сифона, м;
Нф - величина превышения перегиба сифона над максимальным
уровнем воды в промывном баке, принимаемая равной 1.0-2.0 м;
А- величина удельного сопротивления воздухопроводной
трубки-прерывателя, принимаемая по [12],
1В - длина трубки-прерывателя. При расчете принимается равной
4-5 м.
3d п hw
(4.18)
где: Hn - превышение перегиба сифона над уровнем воды в фильтре
первой ступени во время промывки, м,
hw- потери трубки-прерывателя, м.
Во время промывки уровень воды в биопоглотителе превышает
уровень воды в гидрозатворе на величину потерь напора в сифоне.
4.1.4. Расчет дренажной системы.
Дренаж фильтра устраивается в виде промежуточного (ложного)
днища с колпачками, имеющими круглые отверстия (рис. 4-3). Суммарная
площадь отверстий дренажных колпачков определяется по формуле:
wc = Чпр /v0 ’ 1000
(4.19)
где: Vq -скорость движения воды в отверстиях колпачков,
принимаемая в пределах 1...1.5 м/с;
qnp - промывной расход в л/с, определяемый по формуле (4.11).
Площадь каждого отверстия находится по формуле:
2
w0 = 0.785 d0 (4.20)
где: do - диаметр отверстия, принимаемый в пределах 0,004... 0,006 м.
Количество всех отверстий определяется по формуле:
nc=wc/w0 (4-21)
Количество дренажных колпачков в одном фильтре устанавливается по
формуле:
пдк=пс/п0 <4-22)
где По - количество отверстий в одном дренажном колпачке,
принимаемое в пределах 12...24 шт.
Отверстия располагаются в два - три ряда по высоте колпачка в
шахматном порядке.
Рис. 4-3. Дренажный колпачок
//Й
4.1.5. Определение превышение дна промывного бака над уровнем
воды в гидрозатворе
Для обеспечения надлежащей интенсивности промывки фильтрующей
загрузки отметка дна промывного бака Z6 должна превышать уровень воды в
гидрозатворе (отметка Z3) на величину, равную сумме потерь напора на пути
движения промывной воды (см.рис.4-1).
Сумма X hw потерь на пути движения промывной воды складывается из
следующих величин:
X hw = hj + h2 + + hj + Лу + (4.23)
i
где: h] - потери напора в трубопроводе, соединяющий
промывной бак с фильтром, м;
h2 - потери напора в дренаже фильтра, м;
h3 - потери напора в поддерживающих слоях, м;
II, - потери напора в фильтрующей загрузке, м;
h5 - потери напора в трубопроводе, соединяющем фильтр с
биопоглотителем, м; —
h6 - потери напора в сифоне, м.
Потери Ьь h5, h6, напора в сифоне и других трубопроводах (по длине и
местные) определяются по формулам гидравлики.
Потери h2 напора в дренаже, выполненном в виде промежуточного днища
с дырчатыми или щелевыми колпачками (см.рис.4 - 3), определяется по
формуле:
h2^VQ/2gp (4.24)
где: Vo- скорость движения воды в отверстиях колпачка, принимаемая
__' в пределах 0,8-1,2 м/с;
/л - коэффициент расхода, значение которого принимается в
*
зависимости от числа Рейнольдса и величины 8 по графику
профессора Егорова А.И. (9), приведенному на рис.4-4.
Число Рейнольдса в этом случае определяется по формуле:
Re=V*d, (4.25)
где: V* - безразмерная величина;
d* - безразмерная величина.
Скорость, Vn находится по формуле:
Vn =q.p/W-ndK 1000 (4.26)
где Qnp- промывной расход, определяемый по формуле (4.11), л/с;
пд к- количество дренажных колпачков в одном фильтре, определяемое
по формуле (4.22); w - площадь живого сечения колпачка, м2.
Величина d*, входящая в формулу (4.27), определяется по формуле:
Z = d / d0 (4.27)
где d0 - диаметр отверстий колпачка, принимаемый равным 0.020-
0.027 м.
Величина d0 по которой устанавливается коэффициент расхода jLl,
находится по формуле:
8 =8/d0 (4.28)
где: 8 - толщина стенки колпачка, м.
Потери напора h3 в поддерживающих гравийных слоях определяется по
формуле проф. Турчиновича В.Т.
V h3 = 0.022нпс1 (4.29)
где Нп с - толщина поддерживающих слоев, м; I- интенсивность
промывки, л/см2.
Потери напора во взвешенном слое фильтрующей загрузки определяется
по формуле:
\J h4=(y- 1)(1 -т0)- Нф з (4.30)
где у3 - удельный вес загрузки (для пе/ска 2.6 , для дробленого
антрацита 1.0-1.7);
т0- пористость загрузки (для песка 0.41, для дробленого
антрацита 0.5); Нф,3- толщина слоя фильтрующей загрузки
4.1.6.Определение массы и размеров запорного клапана.
Схема устройства запорного клапана показана на рис.4 - 8
С целью уменьшения массы запорного клапана он выполняется
пустотелым. Однако, для предотвращения преждевременного его закрытия,
масса клапана m кл в кг должна подбираться из условия:
ткл > 1.2(Ра +R)/g, (4.31)
где: РА - сила Архимеда;
R - сила гидродинамического давления восходящего потока на
клапан; g - ускорение свободного падения, м/с .
Рис, 4-4. График профессора Егорова. А. И Рис 4-5. Схема запорного
Рис. 4 -6. График зависимости лобового сопротивления
элипсоида Ск от числа Рейнольдса элипсоида
еГ/иоэнисэ
KMHStisniodiK» ojoaogoir ±нэиниффео>|
mA=Wk~ 7в (4-32)
где: - объем клапана, м3;
/g - удельный вес воды, Н/м3.
WK=l.ld3kH, (4.33)
где: dK н - наружный диаметр клапана, м.
dKH = dI6 +(0.008....0,02) (4.34)
где: djfi - диаметр трубопровода 16, с.
R = CX SMp-V^/2 (4.35)
где: Сх - коэффициент лобового сопротивления клапана, значения
которого принимается по графику в зависимости от числа
Рейнольдса (см.рис.4-6);
SH - площадь поперечного сечения клапана, м"; р - плотность
воды, кг/м3;
Уф - скорость движения воды в трубе перед клапаном при
форсированном режиме работы, м/с.
(436)
где: v - кинематический коэффициент вязкости воды, м2 /с, значение
которого определяется по гидравлическим справочникам.
Уф=Яр.ф/3^0^ <4-37)
где : qр ф производительность фильтра при форсированном режиме
работы фильтровальной установки, м3/ч;
w - площадь живого сечения трубопровода перед клапаном, м2 .
Чр.ф ур.ф (4-38>
где: f - площадь одного фильтра, м2,
VP<£
расчетная скорость фильтрования при режиме
эксплуатации,
м/ч
0.785-d2K H.
(4.39)
Из условия равенства скоростей движения воды в трубопроводе перед
и обтекания клапана рассчитывают внутренний диаметр камеры
клапаном
клапана.
4.1.7. Определение размеров поплавка и поплавковой камеры.
Схема устройства поплавка и поплавковой камеры показана на рис.4-7.
Поплавок изготавливается цилиндрической формы из листовой стали
толщиной t=1.5-2 мм, его направляющий патрубок делается из стальной
трубы d=32-50 мм.
Размеры поплавка устанавливаются из условия, чтобы его подъемная сила
в 1.5 раза превышала суммарную массу клапана, троса и поплавка, т.е.
Рнв (44())
где: Р,,„ - подъемная сила поплавка при его всплытии в ;
по
тс - суммарная масса клапана, троса и поплавка в кг,
определяемая по формуле:
тс ~ тв + тТ + тп (4-41)
где: т„ - масса клапана в воде в кг;
о
tnj - масса троса, соединяющего клапана с поплавком в кг;
тп - масса поплавка в кг.
Масса клапана в воде определяется по формуле:
тв = ткл " РА Z S (4 42)
где: - масса клапана в атмосфере, определяется по формуле (4.31);
РА - архимедова сила, которая находится по формуле (4.32).
Приблизительно диаметр поплавка принимаем:
Dn = (2...3)dKH (4.43)
где dKH - наружный диаметр клапана в м, определяемый по формуле
(4.34).
Высота поплавка гфинимается равной его диаметру.
Назначив ориентировочно диаметр и высоту поплавка определяем
глубину погружения по формуле
hn=mcS/wnPe (4-44)
где: тс - суммарная масса клапана, троса и поплавка в кг;
2
wn - площадь дна поплавка в м ;
ув - удельный вес воды в Н/м3.
Рис. 4 - р Схема поплавка и поплавковой камеры
Рис. 4 -9 Схема расположения дна поплавковой камеры над перегибом сифона
Для надежной работы поплавка необходимо выполнение условия
h/n<0.75hn (4.45)
где: hn - принятая высота поплавка.
Если окажется, что h^<0.75h , значит размеры поплавка выбраны
правильно. При условии, что > 0.75hn, необходимо увеличить диаметр
поплавка на столько, чтобы получить величину h < 0.75hn
Диаметр поплавковой камеры принимается на 100-150 мм
больше диаметра поплавка.
Дно поплавковой камеры должно быть расположено ниже
перегиба сифона (см.рис.4-8) на величину I g, определяемую по
формуле:
lg =1х+^п- 0.5hc (4.46)
где: 1Х - длина хода клапана, принимаемая в пределах 100 - 150
мм. Высота поплавковой камеры hn, м.
hn-lg+hc +0.10 (4.47)
где: hc - превышение уровня воды в поплавковой камере.
4.1.8.Определение основных размеров биопоглотителя.
При биологической очистке как подземных, так и поверхностных
вод в качестве носителя биоценозов целесообразно использовать
волокнистые материалы с удельной поверхностью от 2000 до 8000 м2/м3
(рис.6-9).
Насадка биопоглотителя конструируется из условия движения
исходной воды вдоль нитей (шнуров). Для капроновых текстурированных
жгутовых нитей диаметром 2 мм оптимальная плотность находится в
пределах от 9 до 16 нитей на 1 см2. При этом длина модуля принимается от
0,8 до 1,20 м. Верх насадки биопоглотителя размещается на 0,3...0,5м и
выше максимального уровня воды в промывном баке.
Площадь биопоглотителя принимается в пределах 50...70% от
площади осветлительного фильтра.

Общая высота биопоглотителя определяется после составления
I Дсотной схемы самопромывающейся водоочистной установки по таблице
4.1
4.1.9. Составление высотной схемы установки.
Высотная схема установки составляется по техническим параметрам,
методика определения которых изложена выше.
Номера отметок элементов установки показаны на рис.1!.!
Расчет отметок сведен в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
I № 11 п/п Наименование отметки Формула для определения
Г 1. Пол первого этажа z0 = 0.00 = M'S
2. Отметка низа биопоглотителя Zj=Z0 — (0.4...0.5)-990
1 з. Отметка торца нисходящей трубы сифона z2 = Z7 1=^992.
4. Уровень воды в гидрозатворе z3=z2 + d!- дч^Ъ
। 5‘ Отметка поверхности фильтрующей загрузки осветлительного фильтра Z4 = Z0 + h + 12 + 13
6 Отметка верха фильтра Z5 =Z0
7. Отметка дна промывного бака z6 = z3 + T,hw-V92b
8. Отметка максимального уровня воды в промывном баке Z7 =Z6+ H%0 ^3^5
9. Отметка верха насадки биопоглотителя z8=z7 + (0,3...0J5)^ J
10. Отметка перегиба сифона Z9=Z7 +(1.2...1,5) ‘j
11. Отметка максимального уровня воды в биопоглотителе Zl0 = z9+dl - W5»?-
12. Отметка для поплавковой камеры zll=Z10 -(0,15...0,2)JO 5,0
13. Отметка верхней кромки биопоглотителя z12 =Z10 + (0,5-0,6)
14. Полная высота биопоглотителя с осадочной частью Hn = Z12 ~ Z0

4.2 Краткие указания по расчету трехступенчатой самопромывающейся
фильтровальной установки.
Схема устройства трехступенчатой самопромывающейся установки
показана на рис.4-10.
В качестве фильтрующей загрузки фильтра 1-й ступени используется
пенополистирол с крупностью гранул 0,5...2,О мм и толщиной слоя 500...700
мм.
Для загрузки фильтров П-й ступени используется кварцевый песок с
крупностью зерен 0.5...1.2 мм, толщиной слоя 500—700 мм
Скорость фильтрования воды на фильтрах I - й и П - й ступеней
принимается в пределах 5-7,5 м/ч.
Расчет трехступенчатой самопромывающейся водоочистной установки
выполняется по методике расчета двухступенчатой установки, изложенной
выше.
Площадь фильтров 1-й ступени принимается равной площади
фильтров П-й ступени. При определении превышения дна промывного
бака над уровнем воды в гидрозатворе учитываются потери напора в
фильтрах I-й и П-й ступеней.
4.3. Рекомендации по расчету открытых самопромывающихся фильтров.
Схема открытого самопромывающегося фильтра показана на рис. 4.10.
Площадь открытых самопромывающихся фильтров определяется по
формуле (4.1).
Диаметры трубопроводов подбираются в соответствии с рекомендациями,
приведенными в п. 4.1.2.
Емкость промывного бака определяется согласно рекомендаций
изложенных в п. 4.1.3.
При установлении размеров промывного бака его длина определяется
по формуле :
L6=Nb (4.48)
где: N - количество фильтров;
в — ширина одного фильтра, м.
Высоту слоя воды в промывном баке Нв следует принимать Нв = 0,8... 1,2
м
Если в результате расчета окажется, что размеры промывного бака
несоизмеримы с размерами фильтровального бака, то целесообразно для
уменьшения емкости промывного бака увеличивать количество фильтров.
Дренажная система открытых фильтров устраивается в виде промежуточного
днища с колпачками, имеющими щелевые или круглые отверстия. Расчет
Hg - расстояние от кромки желобов, м, до минимального уровня
воды в промывном баке:
Рис. 4.10.
Н & = + ^2 + ^3 + ^4 ~~ 0.5 Н & (4.52)
где: h] - потери напора в трубопроводе соединяющем промывной бак с
фильтром, м (местные и по длине);
h2 - потери напора в дренаже фильтра (по формуле 4.24);
h3 - потери напора в поддерживающих слоях (по формуле 4.29);
hi - потери напора в фильтрующей загрузке (по формуле 4.30);
Нв - высота слоя воды в промывном баке, принимается 0,8... 1,2 м;
Нф - превышение перегиба сифона над максимальным уровнем воды
в промывном баке, м, принимается в пределах 1,2... 1,5 м;
Нс - превышение уровня воды в надфильтровой зоне над перегибом
сифона, м, принимается I,5dg
Высотная схема фильтровальной установки составляется по данным
таблицы 4.
Рис 4 11
1 сборный лоток; 2 - гидрозатвор; 3 карман промывного
сифона, 4 фильтр; 5 промывной сифон; 6 - трубопровод подачи исходной
воды; 7 - распределительный трубопровод; 8 - трубка срыва вакуума; 9 -
трубка соединяющая фильтр с поплавковой камерой, 10 - поплавковая
камера; 11 - поплавок, 12 - промывной бак; 13 - трубопровод отвода чистой
воды; 14, 15, 18, 19 - система трубопроводов, 16, 17- запорный клапан; 21-
дренаж; 22 - фильтрующая загрузка; 23 - сборные желоба
дренажной системы выполняется в последовательности, приведенной в п.
4.14.
I Для сбора и отвода промывной воды предусматриваются желоба
полукруглого или пятиугольного сечения. Расстояние между осями соседних
же тобов должно быть не более 2,2 м.
I Ширину желоба «В» надлежит определять по формуле"
2
Чж
(4.49)
половине его
В = К 5--------
У (1.57 +а)
где; q* - расход воды по желобу, м3/с,
а- отношение высоты прямоугольной части к
ширины, принимаемое в пределах от 1 до 1,5.
К - коэффициент принимаемый равным :
для желобов с полукруглым лотком 2,
для желобов пятиугольных 2,1.
Кромки всех желобов должны быть на одном
оризонтальны. Лотки желобов должны иметь уклон 0,01 к сборному
аналу.
Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желобов
1Ж, надлежит определять по формуле
уровне и строго
Нфзе
Н = —----+ 0.3, (4 50)
100
где: Щ з — высота фильтрующего слоя, м.
е - относительное расширение загрузки [СНиП]
Строительная высота открытого самопромывающегося фильтра с
счаной загрузкой складывается из следующих величин:
^стр = Нд + Н п.с + Нф.з + ж + б + в + ф + с + з 51)
где: Нд — высота междудонного пространства, м, принимаемая в
пределах 0,2.. .0,5м;
Нпс - высота поддерживающих слоев, при использовании
дренажных колпачков, принимается 0,1...0,2 м;
Нф3 — высота слоя фильтрующей загрузки, для
самопромывающихся фильтров в пределах 0,7.. 1,0 м;
Нж - расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до
кромок желобов, м, определяется по формуле (4.50);
Таблица 4.V
Наименование отметок Формула для определения отметок
Пол первого этажа Zo = O,OO
Порог для перелива воды из гидрозатвора Z, =Zo- (0,25...0,30)
Торец нисходящей ветви сифона N II N 1 К О
Дно гидрозатвора Z3 — Z'2 — 2ds
Торец восходящей трубы сифона Z4 = Zo+(l,O...l,5)d5
Поверхность восходящей трубы сифона Z5 = Zo+ Нд+ Нпс+ Нфя
Верхняя кромка промывного желоба Z6 = z5 + нж
Торец трубки срыва вакуума в сифоне Zp+H6
Дно промывного бака Z8 = Z7-(0,10. 0,15)
Максимальный уровень воды в баке Ze = Z7 +HB
Низ трубы отводящей фильтрат Zio = Z9 — 0.5d5
Кромка стенок промывного бака Z] ] = Z9 +0,2
Низ перегиба сифона ZM = Z9+ H*
Дно поплавковой камеры z13^Zi2 + Lj
Максимальный уровень воды в фильтре Z14= Z12 +Hc
Верх корпуса фильтра Z]s = Z(4 + 0,2
Конструктивные и технологические параметры самопромывающихся
фильтровальных установок с напорными фильтрами приведены в
приложении 1, а с открытыми фильтрами в приложении 2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К 4 ГЛАВЕ
1. Егоров А.И. Гидравлический расчет трубчатых систем для
распределения воды в водопроводных очистных сооружения. М.:
Стройиздат, 1970.
2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.:
Госэнергоиздат, 1960.
3. Кульский ЛА, Строкач ПП. Технология очистки природных вод. К
Вища школа, 1981.
4. Николадзе Г.И., Сомов Н.А. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1995.
5. Оводов В.С. Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. М.:
Колос, 1964.
6. Обработка воды на тепловых электростанциях. Под общ. ред. чл.-корр.
АН СССР В.А. Голубцова. М. Энергия, 1966.
7. Сафонов М.А., Овак В.М., Пиипсний П.Я. Сшьськогосподарське
водопостачання. К.: Вища школа, 1979.
8. Сафонов Н.А., Сивак В.М, Сафонов А Н. Сельскохозяйственное
водоснабжение. К.. Вища школа, 1988.
9. Тугай А.М., Прокопчук И.Т. Водоснабжение из подземных источников.
Справочник. К.: Урожай, 1990.
10. СНиП 2.04.02.-64 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.:
Стройиздат, 1985
11. Каталог технологических схем автоматических безарматурных во-
доочистных установок, разработанных на кафедре водоснабжения и
бурового дела. Ровно, УГАВХ, 1997. Составители: Сафонов Н.А., Назаров
С.Н., Квартенко А.Н. и др.
12. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы гидравлического расчета
водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1984.
5. Проектирование, изготовление технологического оборудования и
строительство водоочистных станций с самопромывающимися
фильтрами УИИВХ.
5.1. Станции обезжелезивания воды с одноступенчатыми
самопромывающимися фильтровальными установками УИИВХ.
На основании данных, полученных в результате научных исследований,
проведенных на скважинах в Ровенской области, ПКО НИСа Украинского
института инженеров водного хозяйства в 1965 г, разработал рабочий проект
одноступенчатой фильтровальной установки для обезжелезивания воды
производительностью 4 м3/час. По этому проекту была изготовлена и
построена пилотная установка на первой водозаборной площадке Ровенского
горводоканала.
После производственных испытаний пилотной установки институт
Укргипрокоммунсрой (г, Харьков) в 1966 г разработал рабочий проект
станции обезжелезивания воды с самопромывающимися фильтрами
производительностью 2000 м3/сут.
Аксонометрическая схема самопромывающейся фильтровальной
установки с тремя напорными фильтрами d = 2000 мм, показана на рис. 5.1.
Этот проект был рассмотрен в проектных и производственных
организациях бывшего Советского Союза и послужил основой для
разработки рабочих проектов станций обезжелезивания воды различной
производительности. В частности, станции обезжелезивания воды по
технологии УИИВХ были построены в селе Решуцк, Ровенской области и
городе Самбор, Львовской области.
В последующем разработкой рабочих проектов станций обезжелезивания
воды занималась проектная группа НИЦ «Потенциал» Украинского
института инженеров водного хозяйства. По проекту НИЦ «Потенциал» в
1994 году была разработана и построена в системе водоснабжения завода
продтоваров в г. Золотоноша Черкасской области водообезжелезивающая
установка производительностью 5м3/час. Эта установка успешно
эксплуатируется по настоящее время.
В 1996 году проектной группой НИЦ «Потенциал» запроектирована
установка для обезжелезивания воды с двухярусными самопромывающимися
фильтрами производительностью 10 м3/час. Эта установка предназначена для
обезжелезивания воды в системе водоснабжения села Карасин Сарненского
района Ровенской области. Технологическая схема станции показана на
(рис.5.2.а) В проекте предусмотрено размещение в одном здании
самопромывающихся фильтров, резервуара чистой воды и насосов второго
подъема. (рис.5.2.б).
Одноступенчатые самопромывающиеся фильтровальные установки для
обезжелезивания воды могут быть размещены в стволах водонапорных
башен, что позволяет отказаться от строительства для них специальных

Рис. 5.2 а
1 - осветлительный фильтр; 2 - промывной бак; 3 - запасной бак чистой воды; 4 - трубопровод от скважины; 5-
6 - трубопроводы соединяющие промывной бак с фильтром; 7 - трубопровод для отвода фильтрата; 8 - труба
для отвода промывной воды; 9 - промывной сифон; 10 - кольцевой запорный клапан; 11 - трос соединяющий
клапан с попллавком; 12 - поплавок; 13 - поплавковая камера; 14 - соединительная трубка; 15 - контактная
загрузка; 16 - труба для отвода воды из верхнего яруса фильтров в нижний; 17 - горизонтальная перегородка-
18 насос П-го подъема; ’
Рис 5.2 б
I трубопровод 01 скважины 2 Гидрозатворы промывных сифонов 3 двухъярусный
фильтр; 4 -поплавковые камеры; 5 - запасные баки чистой воды; 6 промывной бак; 7 насосы
П-го подъема 8 трубопровод для подачи воды потребителям: 9 лабораторный стол; 10
электрощит.
Рис. 5.3.
зданий, подземных резервуаров для хранения чистой воды и насосов второго
подъема, рис 5.3.
1 ствол водонапорной
башни;
2 - трубопровод для
выпуска грязной промы-
вной воды;
3 - гидрозатвор;
4 - промывной сифон;
5 - воздухопроводная
трубка,
6 - регулирующий бак
водонапорной башни,
7 - промывной бак;
8 аэрационный бачок;
9,14,17,20,27-соедините-
льные трубопроводы;
10 - поплавок;
11 - поплавковая камера;
12 - тросе;
13 - выпуск фильтрований
воды,
15 вотопрпемная котона
16 - воздуховыпускная
трубка;
18 - эжектор;
19 запорный клапан;
20-обводной трубопровод;
21-воздухоотделитель;
22-трубопровод соединяю-
щий промывной бак с
фильтром П-й ступени;
23 - фильтр 11-й ступени;
24-бактерицидный аппа-
рат;
25 - трубопровод для
отвода воды потребителю.
26 -трубопровод исходной
воды;
2g- каркасно-засыпной
фильтр.
Данное научно-техническое предложение УИИВХ нашло воплощение в
типовом проекте, выпушенном институтом «Мосгипротранс» в 1967 год}
Технологическая схема водообезжелезивающих установок, размещаемых в
водонапорных башнях, опубликована в журнале «Водоснабжение и
санитарная техника» №8 за 1965 год и №9 за 1969 год. Опыт эксплуатации
станции обезжелезивания воды показал возможность их успешного
применения для обезжелезивания подземных вод с содержанием железа до 4
мг/л.Для обезжелезивания подземных вод с содержанием железа более 4...5
мг/л возникла необходимость в разработке станций обезжелезивания вод с
двухступенчатыми самопромывающимися фильтрами.
/ЗА
5.2. Станции обезжелезивания воды с самопромывающнмися
двухступенчатыми фильтровальными установками.
В 1977 году проектно-конструкторский отдел НИСа УИИВХ, разработал
рабочие проекты станций обезжелезивания воды производительностью 2,5; 5;
10; и 20 м3 /час. По этим проектам были построены станции обезжелезивания
юды методом двухступенчатого фильтрования в селах Решуцк и Селище,
ровенской области.
В селе Решуцк станция обезжелезивания была предназначена для
подготовки воды в системе водоснабжения спортивно-оздоровительного
тагеря УИИВХ (рис.5.4) производительность составляла 2,5 м3/час и
•бслуживалась одним человеком. Эта установка успешно эксплуатировалась
> течении 20 лет и обрабатывала воду с содержанием железа 2-4 мг/л.
В системе водоснабжения села Селище в 1980 году была построена
станция обезжелезивания воды производительностью 20 м3/час. Ее
обслуживали два колхозных механизатора по совместительству.
На этой
Рис. 5.4.
установке
обезжелезивалась
вода с содержанием
железа 4-6 мг/л.
Общий вид станции
показан на
фотоснимке (рис
5j6 ).
Данные
десятилетней
производственной
проверки станции
обезжелезивания
воды, построенных
в с. Решуцк и
Селище, послужили
основанием для
разработки в 1990-
1991 годах
институтом
«Укрводпроект» (г.
Киев)
типовых проектов станций обезжелезивания воды с содержанием железа
до 6 мг/л и производительностью 100,200, 400 м3/сут.
Эти проекты были переданы в областные филиалы институтов
«Укрводпроект» для практического внедрения в системах водоснабжения
I
I
I
I
1'iic. 5." Дейывующая самопромывающаяся волооосзжечечивающая установка
(епоривно-оздоровительный лагерь УИИВХ в с Решуцк!
населенных пунктов расположенных в зоне радиоактивного загрязнения от
аварии на Чернобыльской АЭС.
В основу технологии заложен биологический метод обезжелезивания
подземных вод
Технологическая схема включает не только применение упрощенной но и
глубокой аэрации с использованием эжекторов и воздуходувок.
Установка (рис 5 ) включает, биофильтр, осветлительный фильтр,
промывной бак, систему гидроавтоматики, узел обработки отработанной вод.
В качестве фильтрующей загрузки биофильтра используется гранитный
щебень с крупностью фракций 10. .30 мм, высотой слоя 1 5. .2,0 м В
некоторых случаях вместо щебня целесообразно применение гранульного
пенополистирола с крупностью гранул 0,5...2,0 мм, и высотой слоя 1,5...2,0 м.
Осветлительный фильтр загружается песком с крупностью фракций
0,7...1,5 мм и высотой слоя 0,8 .1,0 м
Обеззараживание обрабатываемой воды предусмотрено посредством
бактерицидных установок БАКТ-5
Обработка промывных вод образующегося осадка предусмотрено на
остойнике - осадкоуплотнителе и медленном фильтре, размещаемых в
здании водоочистной станции.
Здание станции обезжелезивания бескаркасное, однопролетное,
двухэтажное.
На первом этаже размещаются фильтровальный зал, кладовая. На втором
— бак для промывки фильтров.
5.3. Опытно промышленная установка для очистки речной воды на
Днепровской водопроводной станции г. Киева.
В 1967 году киевским экспериментальным заводом нестандартного
оборудования Министерства коммунального хозяйства Украины по
чертежам, разработанным Научно-исследовательским и конструкторско-
технологическим институтом городского хозяйства МЖКХ Украины была
изготовлена полупроизводственная самопромывающаяся фильтровальная
установка конструкция которой была предложена Н. А. Сафоновым
(авторское свидетельство СССР №169065). Производственные испытания
данной установки проводились на Днепровской водопроводной станции г.
Киева. Данная установка включала два напорных фильтра.
I- подача исходной воды; 2-дозатор коагулянт
3- расходные баки раствора коагулянта; 4- поп.тач
ковая камера; 5- трос; 6 - подающая труба; 7 - зап1
ный клапан 8- отвод фильтрата; 9 - пьезометричс.
кие патрубки 10 - напорный фильтр; 11 - пробое.
борннки12 - гидрозатвор; 13 - устройство для за; -
ки сифона; 15 - задвижки; 16 - бак промывной во г
17 - воздухопроводящая трубка; 18 - вентили
19 - распределительный бачок; 20 - сифон для от*'
промывной воды; 21 - переливной трубопровод
Рис. 5.7
В качестве исходной воды «пользовалась вода реки Днепр, подаваемая
;а Днепровскую водопроводную станцию. Таким образом сравнивались
езультаты очистки воды на самопромывающейся фильтровальной установке
t на очистных сооружениях ДВЗ.
Один фильтр загружался активированным углем АГ - 3 высотой 2,46 м и
юпытывался на устранение Запахов в днепровской воде при скорости
фильтрования 15 и 30 м/час (таб. 5). Интенсивность запаха с трех балов
:нижалась до нуля. Загрузка другого фильтра была двухслойной: песок с
высотой слоя — 0,5 м и уголь Х.Г - 3 - 0,3 м. Эквивалентный диаметр зерен
песка d<) ~ 0,89 мм, угля d7 - 1,13 мм. Коэффициент неоднородности
соответственно - 2,34 и 1,86. Цветность очищенной контактной коагуляцией
воды снизилась соответственно с 36-43 до 12-20 град, мутность с 4,0...7,7 до
0,3-1,5 мг/л, а содержание железа стало ниже норм по ГОСТу. Содержание
сернокислого алюминия при этом увеличивалось с 0,028-0,09 до 0,13-0,45
мг/л. Оптимальные дозы его фи скорости 8 и 9,7 м/час равнялись 20 и 30
мг/л. Доза коагулянта на сооружениях ДВС была равна 70 мг/л.
Таблица 5.4
Технологические параметры полупроизводственной
самопромывающейся фильтровальной установки.____________
Показатели Рекоьендуемые параметры Результаты, полученные при испытании после фильтров
№1 №2
Производительность фильтра - 9,8 3,08
Скорость фильтрования - 30,9 9,72
Расширение фильтрующего слоя - 40,8
Интенсивность промывки • 26,8 15,16
Фильтроцикл колеблется в зависимости от дозы коагулянта и скорости
фильтрования от 3,6 до 16,5 1ас. При увеличении значения максимального
прироста потерь напора в установке с 1,74 до 3,0 м фильтроцикл для
скорости 8-9,7 м/час увеличивался до 16-31 часа.
5.4. Станция очистки поверхностной воды в системе водоснабжения
теплично-парникового комбината НИИ овощеводства и бахчевых
культур (Узбексстан).
В 1965 - 1966 годах на вод»очистной станции в г. Луцке были проведены
исследования на полупроизводственной фильтровальной установке с
самопромывающимися префильтрами и медленным фильтром.
Производительность установке составляла 0,5 м3/час.
В качестве префильра использовалась самопромывающаяся
фильтровальная установка АСОУ - 1.
Негодная вода
1 - скорый песчаный фильтр,
2 - медленный фильтр;
3 - регулятор скорости фильтрации
Рис. 5.8
Напорный фильтр (1) установки был загружен двухслойной
фильтровальной загрузкой. Толщина слоя песка составляла 800 мм.
крупность зерен песка была в пределах 0,63... 1,27 мм.
Высота слоя антрацита - 200 мм, а крупность зерен - 1,0... 1,5 мм.
Медленный фильтр (2) представлял собой прямоугольный лоток с
размерами в плане 2,0Х 0,67 м, высота лотка - 1,0 м. Рис. S. у
В качестве дренажа медленного фильтра использовались пористые плиты
из цементированного щебня, медленный фильтр был загружен карьерным
кварцевым песком с предельной крупностью фракций 0,3... 1,0 мм и высотой
слоя 300 мм.
Скорость фильтрования на префильтре поддерживалась около 10 м/час, а
на медленном фильтре - 0,15 м/час.
Содержание взвешенных веществ в воде забираемой из реки Стырь, в
период проведения исследований колебалась от 10 до 100 мг/л исследования
работы данной установки проводились во все сезоны года. В весенне-летний
период, при содержании в воде взвешенных веществ 50...90 мг/л префильтр
промывался автоматически через 18...20 часов.
Медленный фильтр был оборудован регулятором скорости фильтрования
и устройствами для поверхностной промывки фильтрующей загрузки.
Продолжительность фильтроцикла медленного фильтра, работающего в
качестве второй ступени фильтрования, изменялась в пределах от 30 до 45
суток.
Данные полученные в результате этих исследований позволили
разработать рекомендации для разработки проекта водоочистной станции
производительностью 10 м’/час институтом Узгипросельстрой.
Данный проект разрабатывался по решению Госстроя Узбекской ССР
(протокол совещания при отделе с/х и водохозяйственного строительства
Госстроя УзССРот23 ноября 1965 г.).
Компонованная схема водоочистной станции с самопромывающимися
префильтрами и медленным фильтрами показана на рис 5.8. В данном
проекте принята следующая безреагентная схема очистки воды. Вода из
арыков Алтынтепа и Кара-Калым поступает в бассейн-отстойник емкостью
1000 м из которого после забирается насосами первого подъема и подается
на три автоматических префильтра работающих параллельно. После
префильтров, вода самотеком поступает на медленные фильтры, где и
завершается процесс ее очистки.
Для подачи очищенной воды потребителям подобраны насосы второго
подъема, размещаемые в помещении префильтров.
Рис.5.9.

Заключение
Несмотря на всеобщее понимание опасности прогрессирующего
загрязнения природных водоисточников и меры, принимаемые по
предотвращению этого процесса во всех странах мира, приостановить его в
последней четверти 20 столетия не представилось возможным. Поэтому
пр' блемы подготовки питьевой воды высокого качества продолжают
ос таваться актуальными.
I При выборе водоисточников для питьевого водоснабжения предпочтение
оз дается использованию подземных межпластовых вод, надежно
защищенных от внешнего загрязнения. Однако и подземные воды в ряде
случаев могут быть использованы только после их предварительной очистки.
В воде, забираемой из скважин Украины содержатся значительные
концентрации растворенных соединений железа от 0,5 до 8,5 мг/л, а в
западных областях страны до 25-30 мг/л и марганца от 1 до 3 мг/л. Кроме
соединений железа и марганца в подземных водах содержится ряд других
элементов влияющих на процесс очистки воды (свободная углекислота,
сероводород, аммиак).
Намного сложнее ситуация с поверхностными водоисточниками.
Изменения, которые за последние годы произошли в народно-хозяйственном
комплексе Украины, безусловно, отразились и на экологическом состоянии
водных объектов. Переориентация многих промышленных предприятий или
их остановка привели не только к изменению состава сточных вод, но и к
снижению уровня их очистки, чго в свою очередь повлекло за собой
изменение в гидрохимическом и биологическом состоянии природных
источников. Кроме того, мощным фактором воздействия на качество воды
явилась авария на ЧАЭС и работы по ликвидации ее последствий. Нарушены
также режимы работы водохранилищ, гидротехнических сооружений и т.д.
Все это привело к изменению экологического состояния природных
источников и, как следствие, к резкому ухудшению качества воды.
Существующие технологии водоочистки, разработанные в первые
послевоенные годы, в настоящее время не справляются с повышенной
антропогенной нагрузкой на природные воды. На многих существующих и
реконструируемых водопроводах, стала очевидной задача внедрения таких
i ехнологических схем очистки воды которые смогли бы нейтрализовать
иоздействие антропогенных факторов.
В ряде развитых стран Европы
антропогенном воздействии на водные
технологии сложной очистки, которые
(отстаивание в специальных отстойниках, многоступенчатое фильтрование,
сорбция на углях и другие).
В Украине в 90-х годах интенсивно проводились научные исследования и
конструктивные проработки по созданию много процессных технологий
и Америки, при повышенном
объекты, применяются методы и
состоят из нескольких ступеней
водоподготовки. В частности на кафедре водоснабжения и бурового дела
УИИВХ (ныне РГТУ) разработаны аппараты для многопроцессной очистки
природных вод. Эти аппараты получили название автоматических без-
арматурных водоочистных установок
Отечественный и зарубежный опыт подготовки воды на водоочистных
станциях показал, что получение воды высоких питьевых качеств возможно
путем применения многоступенчатых технологических схем очистки. Это
было подтверждено результатами собственных исследований авторов
настоящей монографии.
Поэтому, разработанные нами аппараты, как для обезжелезивания
подземных вод, гак и для осветления вод, забираемых из открытых водоемов,
являются двух- или трехступенчатыми. При обезжелезивании подземных вод
для достижения требуемого эффекта очистки и обеспечения нормальных
условий эксплуатации АБВУ должны включать следующие
технологические элементы: аэраторы-дегазаторы, биоадгезаторы,
осветительные фильтры. В зависимости от концентрации железа в воде,
аэрирование может быть упрощенным или глубоким с использованием
эжекторов или воздуходувок. В качестве насадок биопоглогителей оказалось
целесообразным использовать волокнистые материалы с развитой
контактной поверхностью (от 100 до 1000 м2/м3 и благодаря этому
обладающими высокими агдезионными свойствами. В качестве
фильтрующих материалов осветительных фильтров с уверенностью можно
рекомендовать гранулированный пенополистирол или комбинированную
каркасно-засыпную загрузку (галечник с заполнением пор кварцевым
песком).
На автоматических безарматурных установках РГТУ, предназначенных
для очистки поверхностных вод, предусмотрено осуществление следующих
процессов: упрощенная аэрация, пропуск воды через насадки
биопоглотителей, две ступени осветительных фильтров и завершение
очистки на сорбционных угольных фильтрах. При таком решении задачи
достигается удаление из воды органических веществ до поступления ее на
фильтровальные сооружения. Кроме того, на развитой контактной
поверхности биопоглотителя эффективно протекает процесс задержания не-
коагулированной взвеси. В результате многопроцессной обработки воды на
трехступенчатых самопромывающихся установках без предварительного ее
хлорирования исключается возможность образования в воде
хлорорганических соединений.
Предлагаемые нами АБВУ, позволяют расширить арсенал технологических
схем очистки природных вод, с тем чтобы инженеры имели возможность
выбора наиболее приемлемой как с точки зрения экономичности так и
удобства эксплуатации.
Приложение.
Библиографические данные по самопромывающимся водоочистным
установкам УИИВХ.
Тип установки Литературные источники
1 2
АСФУ-1 1 Н. А. Сафонов. Сифонная фильтровальная установка для очистки воды. Авторское свидетельство СССР №169065 с приоритеотм от 3.06.1963 г. 2. Н. А. Сафонов. Сифонная фильтровальная установка для безреагентной обработки воды «Водоснабжение и санитарная техника», 1965, №8. 3. Н. А. Сафонов. Расчет автоматической сифонной фильтровальной установки. Экспресс-информация, серия 3, выпуск 1, ЦБНТИ по мелиорации и водному хозяйству Минводхоза СССР , 1969. 4. Н. А. Сафонов. Гидравлическая автоматизация и рационализация устройств для безреагентного осветления обезжелезивания воды в с/х водоснабжения на основе сифонных фильтровальных установок. Автореферат дис. канд. техн, наук, г. Новочеркасск, 1971 5. Фильтровальная автоматическая установка сифонного типа. Экспериментальный проект института «Укргипрокоммунстрой», г. Харьков, 1966. Том. 1. Пояснительная записка. Том II. Конструкторская документация. 6. Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. Под. ред. И. А. Назарова. М., Стройиздат, 1977.
АСФУ-2 1. Н. А. Сафонов, М. Я. Елисеев, В. А. Крат. Исследование процесса обезжелезивания и осветления воды на самопромывающихся фильтрах в лабораторных и производственных условиях. Промежуточный отчет о хоздоговорной научно-исследовательской работе. УИИВХ, Ровно, 1973.
АСФУ-3 1. Самопромывающаяся фильтровальная установка для биологического обезжелезивания подземных вод. Сафонов Н. А., Русак Г. В - В кн.: подготовка воды для хозяйственно-питьевых целей. Межвуз. тем. сб. трубопровод. Л.: ЛИСИ, 1984
АСФУ-4 1 М. А Сафонов, В. М Овак, П. Я. П1дл1сний.
Сшьськогосподарське водопостачання. Кшв: Головне видавництво видавничого об’сднання, “Вища школа”, 1979. 2. Сафонов Н. А., Крат В. А., Назаров С. Н. и др. Методические указания по использованию результатов УИРС в курсовом и дипломном проектировании по водоснабжению для студентов специальности 1209 /Расчет самопромывающихся фильтровальных установок/, Ровно, 1982. 3. Станции обезжелезивания подземных вод производительностью 100, 200, 400 м3/сут с содержанием железа до 6 мг/л /технология УИИВХ/. Типовые проекты института «Укрводпроект», г. Киев, 1991 г.
АСФУ-5 1. Обезжелезивание воды на двухступенчатой сифонной фльтровальной установке - В кн.: «Гидромелиорация и гидротехническое строительство», Львов, 1976, № 4 Авт.: Н. А. Сафонов, М. Я. Елисеев, В. А. Крат и др.
АСФУ-6 1. Сельськохозяйственное водоснабжение /Н. А. Сафонов, В. М. Сивак, А. Н. Сафонов. - К.: Вища школа, 1988./
АСФУ-7 1. И А. Сафонов. Автоматическая установка для обезжелезивания воды с применением катализатора «Водоснабжение и санитарная техника», 1969, №9.
АСФУ-8 Сельськохозяйственное водоснабжение /Н. А. Сафонов, В. М. Сивак, А. Н. Сафонов. — К.. Вища школа. Головное изд-во, 1988/
АСФУ-9 О. М. Квартенко. Технолопя бюлопчного знезал!знення шдземшх вод. «Буд1вництво Украши», 1997, №2.
АСФУ-10 Новая технологическая схема биологической очистки подземных вод. Н. А. Сафонов, А. А. Квартенко /Инф. листок №47-92. Сер. эксплуатация водопроводно- канализационных сетей и подготовка питьевой воды. Ровно, 1992.
АСФУ-11 М. А. Сафонов, В. М. Слвак, П. Я. ГКдлгсний. Ситьськогосподарське водопостачання. Кигв.: Головне видавництво видавничого об’сднання «Вища школа», 1979.
АСФУ-12 1. Самопромывающаяся фильтровальная установка с открытыми песчаными фильтрами «Известия вузов», «Строительство и архитектура», 1975, №11. Н. А. Сафонов, В. А. Крат, Б. М. Науменко, Н. Г. Приймак. 2. Н. А. Сафонов, В. А. Крат, С. Н. Назаров, К. Л.
Прокопьев. Методические указания по расчету открытых самопромывающихся водоочистных фильтров для студентов IV и V курсов строительного факультета специальности 1209 «Водоснабжение и канализация», Ровно, 1979. 3. Н. А. Сафонов, М. Я. Елисеев, В. А. Крат, А. П. Вежанский. Исследования процесса обезжелезивания и осветления воды на самопромывающихся фильтрах. Заключительный отчет о хоздоговорной НИР, Ровно, УИИВХ, 1975.
АСФУ-13 1. Н. А. Сафонов, М. Я. Елисеев, В. А. Крат и др. Автоматическая сифонная фильтровальная установка с открытыми фильтрами. «Водоснабжение и санитарная техника», 1975, №3 2. Методические указания по расчету открытых самопромывающихся водоочистных фильтров для студентов IV и V курсов строительного факультета специальности 1209 «Водоснабжение и канализация», Ровно, 1979.
АСФУ-14 1. О. М. Квартенко. Використання закршленноГ мжрофлори для очистки тдземшх вод з шдвищеним вмгстом зал1за. Автореферат дис.канд.техн.наук. - Р1вне, 1997. 2. Рабочий проект станции обезжелезивания воды в системе водоснабжения села Карасин Сарненского района Ровенской области. НПО «Потенциал», Ровно, 1996.
АСФУ-15 1. Разравботка и исследования самопромывающихся фильтров для обезжелезивания подземных вод. Заключительный отчет о хоздоговорной НИР, № госрегистрация 01827023535, Ровно, УИИВХ, 1985.
АСФУ-16 1. М. А. Сафонов, В. М. Слвак, П. Я. Пщлгсний. Слльськогосподарське водопостачання. Кшв.; Головне видавництво видавничого об’сднання «Вища школа», 1979.
АСФУ-17 1. Сельськохозяйственное водоснабжение /Н. А. Сафонов, В. М, Сивак. А. Н. Сафонов. - К.; Вища школа. Головне изд-во, 1988/.
АСФУ-18 1. Н. А. Сафонов. Автоматическая установка с самопром!вющимися префильтрами и медленшм фильтром. Сксперементальшй проект института «Узгипросельстрой», г. Ташкент, 1966
АСФУ-19 1. Н. А. Сафонов. Автоматическая установка для
обезжелезивания воды с применением катализатора. «Водоснабжение и санитарная техника», 1969, №9. 2. Автоматическая водообезжелезивающая установка, размещенная в водонапорной башне Экспериментальный проект института «Машпромтранс», г. Москва, 1966.
АСФУ-20 1. Н. А. Сафонов, В. А. Крат «Сифонная установка для очистки жидкостей». Авторское свидетельство №627838 с приоритетом от 19 августа 1975 года.
АСФУ-21 1. Н. А. Сафонов, В. А. Крат «Сифонная установка для очистки жидкостей». Авторское свидетельство №627838 с приоритетом от 19 августа 1975 года.
АСФУ-22 1. Самопромывающаяся фильтровальная установка для биологического обезжелезивания подземных вод. Сафонов Н. А., Русау Г В - В кн.: Подготовка питьевой воды для хозяйственно питьевых целей. Межвуз. тем. сб. трубопровод. Л.: ЛИСИ, 1984.
АСФУ-23 1. Самопромывающаяся фильтровальная установка для биологического обезжелезивания подземных вод. Сафонов И. А., Русак Г. В. - В кн.: Подготовка воды для хозяйтвенно-питьевых целей. Межвуз. тем. сб. трубопровод. Л.: ЛИСИ, 1984.
АСФУ-24 Обоснование возможных конструктивных решений по очистке природных и технических вод для использования в некоторых технологических циклах Ленинградского оптимеханического обьеденения. Промежуточный отчет о хоздоговорной НИР Том III, Ровно, УИИВХ, 1982.
АСФУ-25 Н. А. Сафонов, В. А. Крат, В. М. Рогов. Разработка комплексных схем обработки воды технологических циклов Ленинградского оптико-механического обьеденения с целью повторного использования воды в производстве. Заключительный отчет о хоздоговорной НИР, № госрегистрации 80027487, Ровно, УИИВХ, 1986.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О САМОПРОМЫВАЮЩИХСЯ ВОДОО-
ЧИСТНЫХ УСТАНОВКАХ 5
1 2.Самопромывакнциеся фильтровальные установки, приме-
няемые в зарубежных странах 5
12.Классификация автоматических безарматурных водоочистных
установок УИИВХ. 10
ЕЗ.Схема устройства и принцип работы одноступенчатой
самопромывающейся фильтровальной установки АСФУ-1. 12
1 4.Условия обеспечивающие надежность автоматического
действия АСФУ. 15
Список литературы к главе 1. 20
2 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЖЛЕЗИВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА САМОПРОМЫВАЮЩИХСЯ
ВОДООЧИСТНЫХ УСТАНОВКАХ.. УИИВХ 22
2.1.Основные технологические схемы обежлезивания воды и их
опенка. 22
2 2 Исследования процесса обежелезивания воды на скважине №2
Ровенского горводопровода 23
2.3.Об ежлезивание воды на одноступенчатой самопромыва-ющейся
фильтровальной установке с пенополистирольной загрузкой 27
2.3.1. Описание экспериментальных установок. 27
2.3.2. Сравнительная характеристика работы песчаных и пенопо-
листирольных фильтров... 30
2.4.Обезжелезивание воды на двухступенчатых водоочисных
уст ановках с зернистыми носителями железобактерий. 34
2.4.1 .Экология железобактерий и их роль в окислении железа (П). 34
2.4.2.Современные представления о механизме биологического
окисления соединений железа и марганца различными видами
микроор! анизмов. 37
2 4 3 Средства борьбы железобактерий с ингибирующим влиянием
вредных продуктов метаболизма. 38
2.4.4..Определение общей и удельной поверхности зернистых и
волокнистых носителей железобактерий. 41
2.4 5 Обежелезивание воды на экспериментальном и
производственных фильтрах станции обезжелезивания воды
Гощанского водозабора. . 44
2.4 6.Обежелезивание воды на установках АСФУ-4 с
неподвижными носителями железобактерий. 48
2.4 7.Обезжелезивание воды на самопромывающихся фильтро-
вальных установках с каркасно-засыпной загрузкой.. 52
2.4.8. Исследования по обежлезиванию воды на установках АСФУ-
вальных установках с каркасно-засыпной загрузкой.. 52
2.4 8. Исследования по обежлезиванию воды на установках АСФУ-
7 с подвижными носителями железобактерий. 56
2.5.Об ежлезивание воды на самопромывающихся установках с
волокнистыми носителями железобактерий.. 60
2.5.1. Структурная и технологическая характеристика материалов
применяемых для загрузки биофильтров. 60
2.5.2. Сравнительные исследования процесса обежелезивания воды
в свободном объеме и на модулях КТЖН. 63
2.5.3. Результаты обезжелезивания подземных вод на экспе-
риментальной установке с одним модулем. 73
2.5.4. Кинетика биоокисления соединений железа закрепленной
микрофлорой. 75
2 5.5.Схема устройства и принцип работы универсальной само-
промывающейся установки УИИВХ для обезжелезивания
подземных вод. 85
2.6.Ре комендуемые области применения самопромывающихся
установок для обежелезивания воды. 87
Список литературы к главе 2. 87
3. ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ
ВОД НА САМОПРОМЫВАЮЩИХСЯ ВОДООЧИСТНЫХ
УСТАНОВКАХ 90
3.1. Характеристика качества исследуемых поверхностных вод 90
3.2. Исследования по безреагентной очистке воды на одно-
ступенчатой фильтровальной установке АСФУ-1 92
3.3 Очистка воды на двухступенчатой самопромывающейся филь-
тровальной установке АСФУ-2 с осветлительным и сорбци-
онным фильтрами 98
3.4. Исследования по безреагентной очистке воды на двухступе-
нчатой установке АСФУ-2.и сорбционном фильтре.. 102
3.5. Очистка поверхностной воды на трехступенчатой установке с
биопоглотителем, контактным префильтром и осветлительным
фильтром. 104
3.6. Самопромывающаяся водоочистная установка с тонкослой-
ными отстойниками и напорными фильтрами. 108
3.7. Условия применения самопромывающихся водоочистных
установок для очистки поверхностных вод. 110
Список литературы к главе 3. 111
4. РАСЧЕТ САМОПРОВЫЮЩИХСЯ ВОДООЧИСТНЫХ УСТА-
НОВОК 112
1 12
4.1.1 .Определение площади и размеров фильтров.
4 1 ^.Определение диаметров трубопроводов. '14
4.1 .ЗОпределение емкости и размеров промывного бака
воды в гидрозатворе.
4.1.6. Определение массы и размеров запорного клапана..
4.1.7.Определение размеров поплавка и поплавковой камеры
4 1,8Определение основных размеров биопоглотителя.
4.1.9.Составление высотной схемы установки
4.2. Краткие указания по расчету трехступенчатых самопромы-
вающихся установок
4.3. Рекомендации по расчету открытых самопромывающихся
фильтров
Список литературы к главе 4.
*5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕС-
КОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВО ВОДОО-
ЧИСТНЫХ СТАНЦИЙ С САМОПРМЫВАЮЩИМИСЯ
ФИЛЬТРАМИ УИИВХ.
5.1 Станции обезжелезивания воды с одноступенчатыми само-
промывающимися фильтровальными установками
5.2 . Станции обезжелезивания воды с двухступенчатыми само-
промывающимися фильтровальными установками.
5.3 Опытно-промышленная установка для очистки речной воды на
Днепровской водопроводной станции г.Киева
5.4 Станция очистки поверхностной воды в системе водоснаб-
жения теплично-парникового комбината НИИ овощеводства
(Узбекистан)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
119
123
125
126
127
127
128
133
133
138
141
142
147
149
153
Монография
И. А. Сафонов, А.Н. Квартенко, А.Н.Сафонов
Самопромывающиеся водоочистные установки
(ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ)
Подписано к печати 25 февраля 2000 г. Формат 60x84 ’/64.
Бумага типографская № 1. Гарнитура Times. Печать высокая.
Ус.-печат. стр.9,75. Тираж 120 экз. Зак. №10.
Издательство Ровенского государственного технического университета
33000, Ровно, ул.Соборная. 11!