Особенности распределения воды в тонкослойных модулях

планете насчитывают около 12 тыс. км3 загрязненной воды, что равняется объему воды десяти самых крупных речных бассейнов мира.

Нерациональная хозяйственная деятельность в бассейне Аральского моря привела к повсеместному разрушению экосистем. В течение 40-45 лет уровень моря понизился более чем на 22 м, площадь акватории уменьшилась более чем в 3,8 раза, объем воды снизился с 1064 до 115 км3. В связи с усыханием Аральского моря сформировался сложный комплекс социально-экономических проблем, имеющих по происхождению и уровню последствий международный характер.

Основными источниками загрязнения водных объектов являются коллекторно-дренажные и промышленные сбросы. Муниципальные сточные воды являются главным источником загрязнения водной среды региона. Ежегодно в русла рек Амударья и Сырдарья сбрасывается 33-35 км3 высокоминерализованных и недостаточно очищенных ко ллекторно-дренажных, промышленных и муниципальных сбросов. В последнее время серьезным вопросом остается угроза загрязнения водных источников радиоактивными и токсичными отходами.

Перспективы рационального воспроизводства технологического расхода воды связаны с созданием на предприятиях систем повторно-последовательного, оборотного и замкнутого водоснабжения.

Максимальные расходы воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения характерны для Уральского, Центрального, Поволжского и Западно-Сибирского экономических районов. В целом по России соотношение объемов использования свежей и оборотной воды составляет соответственно 35.5 и 64,5%.

Широкое внедрение совершенных водооборотных систем (вплоть до замкнутых) способно не только решить проблему водообеспечения потребителей, но и сохранить природные водоисточники в экологически чистом состоянии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Яковлев С В., Прозоров И.В., Иванов Е.Н., Губий И.Г. Рациональное использование водных

ресурсов - Москва «Высшая школа», 1991

Земляная Н.В, Аракчеева С. В.> Корноухова И.Е..у Мандрик Т. С., Маненко К. А. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ В ТОНКОСЛОЙНЫХ МОДУЛЯХ

Седиментационные сооружения, традиционно применяемые на станциях очистки природных и сточных вод, имеют доминирующие значение в процессах удаления взвешенных частиц. На станциях водоподготовки основная часть загрязнений удаляется в отстойниках, в которые поступает природная вода после коагуляции, флокуляции и укрупнения коллоидных частиц загрязнений в камерах хлопьеобразован ил. На фильтрах осуществляется доочистка воды от мелких примесей, концентрация которых в поступающей на фильтр воде не должна превышать 10-12 мг/л.

В основу расчета отстойников положен простой принцип, отраженный па рис.1. Горизонтальная скорость движения воды должна быть такой, чтобы взвешенная частица «А» могла достичь дна сооружения в пределах отстойника. Это условие может быть представлено в виде следующей зависимости

Рис.1. Схема оседания взвешенной частицы в отстойнике

Н____L____

На V

где Н - глубина отстойника; L - длина отстойника; v — горизонтальная скорость движения, и0 -скорость оседания частицы примеси; t — время отстаивания.

В зависимости (1) значения величины гидравлической крупности частицы и0 является свойством примеси и не зависит от конструкции отстойника. Также не может быть увеличена скорость движения воды в отстойнике, так как при условии v > 7-10 мм/с начинается турбулизация потока, провоцирующая возникновение вертикальной составляющей скорости, которая препятствует осаждению взвешенных частиц. Сократить время отстаивания можно только за счет уменьшения глубины зоны седиментации Н, что и было положено в основу идеи тонкослойного отстаивания.

На рис. 2. показана схема тонкослойного (полочного) отстойника для крупных очистных сооружений [4]. Отстойник оборудован тонкослойными модулями TUBEdek FS41.80 компании GEA 2Н Water Technologies.

>едалвНия ^

Комбинированный канал рв ішодащвго поток# и «бара

мац стока

TUB&defc ¥ШТЩ

К»ИЮ вто ка

Стинл т*мкя

TUBEdek F841.80

Chain ««raptr

У4ші*ий* «па

Опорная система

Рис.2. Схема полочного (тонкослойного) отстойника для крупных станций [3]

Тонкослойные модули делаются, как правило, из полимерных материалов, производятся несколькими отечественными и зарубежными компаниями и называются поставщиками сотоблоками, так как наиболее распространенные формы ячеек имеют вид сот (Рис.З).

Сотоблоки устанавливаются под углом не менее 30-40°к горизонту и работают в прямоточном режиме в том случае, если направление движения сползающего в бункер осадка совпадает с направлением движения воды, противоточном, если направление движения воды противоположно направлению движения осадка, и перекрестном.

Рис 3. Вид столбика

Отстойники с тонкослойными модулями в мировой практике применяются очень широко. В настоящее время известно большое разнообразие конструктивных решений тонкослойных отстойников, используемых в водоснабжении и водоотведении для осаждения взвешенных частиц [1]-

Широко распространена практика оборудования тонкослойными модулями уже существующих отстойников для повышения производительности очистных комплексов. Это повышение по данным работы [1] может быть существенным (в 3-4 раза).

Емкость любого отстойника не может быть использована полностью. Часть объема уходит на области расширения поступающих и сужения выходящих струй, в которых осаждение не может происходить из-за больших скоростей движения воды. В обычных горизонтальных отстойниках объем этих областей учитывается коэффициентом использования значение которого для

различных типов отстойников лежит в пределах от 0,5 до 0,65; для тонкослойных отстойников К^,=

0,5-0,8. Самый большой коэффициент использования Кч,= 0,8 имеют отстойники с перекрестным удалением осадка, показанные на рис 4. Однако схем перекрестного удаления осадка может быть реализована только в том случае если отстойник является полочным, а не сотовым С конструктивной точки зрения полочные отстойники сделать значительно сложнее, поэтому в практике чаще применяют стандартизованные сотоблоки, поставляемые промышленностью.

В соответствии с зависимостью (1) время отстаивания и, следовательно, эффективность применения полок и сотоблоков должна быть обратно пропорциональна высоте зоны осаждения. Если обычные отстойники рассчитываются на два часа пребывания воды при их глубине два метра, то при уменьшении глубины отстаивания до 0,05 м время должно теоретически сократиться до трех минут, а длина отстойника до 1,8 м.

Вместе с тем, справочная литература мирового уровня и опыт эксплуатации показывают эффективность применения тонкослойных отстойников порядка 50% [2]. Анализ эффективности работы отстойников с прямоточной, противоточной и перекрестной схемой удаления осадка показывает, что основная особенность перекрестной схемы заключается в том, что она имеет простое устройство для распределения воды по поперечному сечению сооружения.

Однако полная эффективность этого распределительного устройства является сомнительной. При подаче воды сверху вниз (рис. 4.) в самой камере осветления вода не имеет энергетических причин подниматься вверх сразу до полной высоты отстойника, и очевидно, наиболее нагруженными будут нижние полки модулей. Кроме этого для гашения кинетической энергии жидкости в этом отстойнике предусмотрена камера длиной 1Ь которая занимает значительную часть его емкости.

Рис.4. Схема тонкослойного отстойника, работающего по противоточной схеме удаления осадка [3]

Если вода подается через желоба по всей площади сооружения (рис. 2) то полезный объем будет определяться шириной струи, достигающей верхней кромки тонкослойного модуля.

Рассмотрим схему поступления очищаемой воды на поверхность тонкослойного модуля

(рис 5).

Рис. 5 Схема распространения струи очищаемой воды ц0 тонкослойным ячейкам

Как правило, на модуль длиной 1,2 - 1,5 м приходится один или два желоба (launders). Будем полагать, что струя, стекающая вниз из желоба А является турбулентной. Тогда угол расширения струи можно принять равным 10° и ширина струи на поверхности тонкослойного модуля В составит

Если желоба располагаются на высоте Я = 0,2 м и ширина желоба Ь = 0,2 м, то ширина В составит 0,27 м. Этой величины расширения струи явно недостаточно для того, чтоб заставить работать все секции тонкослойного модуля.

Таким образом, из 12 показанных на рис.5 секций будут работать только 4, что резко сократит эффективность использования тонкослойных модулей.

Трудности распределения воды в тонкослойных модулях водопроводных отстойников сглаживаются необходимостью устройства перед ними камер хлопьеобразования. На рис.6 показана схема напорного полочного отстойника [3], разработанного Академией коммунального хозяйства (АКХ им. К.Д. Памфилова).

Рис. 6. Технологическая схема тонкослойного отстойника с камерой хлопьеобразования 1 - поступление воды с коагулянтом, 2- камера хлопьеобразования, 3 - распределительное устройство, 4 — тонкослойные модули, 5 —удаление осадка, 6 — отвод воды после отстаивания

Особенность этой конструкции заключается в том, что размер камеры хлопьеобразования больше размеров отстойной зоны, и в этом случае камера служит буферным объемом, обеспечивающим расширение поступающей струи сырой воды.

B-b+2H tglG°=b+0.352xH

6

Таким образом, проведенный анализ позволяет утверждать, что одной из основных задач повышения эффективности тонкослойных отстойников является обеспечение равномерного распределения воды по его секциям. Эта задача является особенно важной для полочных отстойников, применяемых для очистки сточных вод.

ЛИТЕРАТУРА

1. Головин В.Л. Тонкослойные модули себя оправдывают// Вода Magazine. - 2008,- №1. - с.

14-19.

2. «Дегремон». Технические записки по проблемам воды. Перевод с английского. - М: Стройиздат, 1983,- 1062 С.

3. Обзорная информация «Опыт применения тонкослойных отстойников в технологических процессах очистки воды». Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР. М.: 1979. — 43 с.

4. http://kmv-e.narod.ru/Ots.htra

Земляная Н.В., Дыренков В. В.

РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СЕДИМЕНТАЦИИ В ПРОМЫВНЫХ ВОДАХ

Очистные сооружения Артемовского гидроузла представлены двумя очередями. Первая очередь производительностью 100 тыс. м3 в сутки организована по классической двухступенчатой схеме (отстойники и скорые фильтры), вторая очередь производительностью 200 тыс. м3 в сутки представлена одноступенчатой схемой (контактные осветлители).

Технологические исследования были проведены с целью определения основных физико-химических характеристик промывных вод и их осадков для проектирования системы оборота на обеих очередях станции водоподготовки. В процессе экспериментальных исследований определялись показатели качества промывных вод, кинетика осаждения взвеси и влажность уплотненного в процессе отстаивания осадка, обработанного и необработанного флокулянтом.

Пробы воды и осадка отбирались в период работы очистных сооружений, когда фильтры и контактные осветлители работали по времени потери защитного действия, Фильтроцикл составлял по первой и второй очередях 24 часа. Показатели качества сырой воды лежали в пределах: мутность - 6,6 -12,2 мг\л, цветность - 21-23 градуса.

Для исследований промывной воды выбирался контактный осветлитель или фильтр, обладающие наибольшей грязеемкостью. В течении хода промывки загрузки с интервалом в 30 сек отбиралась проба и сливалась в емкость. Далее отобранный объем перемешивался, и составлялась средняя проба. Показатели осредненной пробы промывных вод представлены в табл. 1.

Таблица 1

Концентрации ингредиентов в промывных водах контактных осветлителей и фильтров

Сооружение Мутность, мг\л Цветность, град Взвеш.вещества

11 ось. контактные 85,4 13,0 238,0

2 ось осветлители 73,5 10,2 228,0

3 ось 86,5 8,5 341,0

4 ось 155,6 12,0 255,5

Фильтры 59,3 15,1 189,0

Для исследования кинетики отстаивания осадка отбиралась средняя проба, затем в пять цилиндров емкостью 500мл разливалась отобранная вода, для моделирования процессов перекачки осадка промывная вода интенсивно перемешивалась в течении 10 минут. По истечении 1, 3, 5, 10, 15