Строительство и архитектура/7. Водоснабжение и канализация

Ст. Макушина М.Э., ст. Семенова К.А., к.т.н. Чудновский С.М.

Вологодский государственный технический университет, Россия

Перспективы совершенствования системы подготовки воды на осветлителях со взвешенным осадком

Основная цель нашей научной работы – это обеспечить гарантированное качество воды при значительном уменьшении стоимости сооружений и себестоимости очистки воды.

Для решения поставленной цели нужно решить следующие задачи:

- разработать технологию переоборудования технологической схемы с осветлителями со взвешенным осадком (ОСВ) для адаптации к местным условиям;

- разработать схему гибкого управления процессами очистки воды в режиме реального времени.

При добывании воды из поверхностных источников традиционно используется 5 основных технологических схемы водоподготовки. Одна из них содержит осветлители со взвешенным осадком коридорного типа (рис.1).

Рис.1 Технологическая схема водоподготовки с ОСВ

По трубе подачи 1 исходная вода поступает на барабанные сетки или микрофильтры 2, где она очищается от крупных твердых загрязнителей. Затем она направляется в смеситель 3, где смешивается с раствором коагулянта 7, поступающим из реагентного хозяйства 6. В дальнейшем по пути движения воды из смесителя в ОСВ 16 в воду добавляются вспомогательные реагенты: флокулянты и щелочь 8. В осветлителях со взвешенным осадком происходит осветление и частичное обесцвечивание воды. Затем вода направляется на фильтры 12, где она проходит окончательную очистку до требований стандарта по мутности и цветности, откуда направляется в резервуар чистой воды 5. Кроме того перед смесителем и после фильтра в воду добавляются обеззараживающие реагенты из устройства 9.

Принцип действия осветлителей со взвешенным осадком заключается в осветлении воды при прохождении ее через слой взвешенных хлопьев (образовавшихся в результате коагуляции), где происходит укрупнение их и более эффективное осветление воды. Осветлители представляют собой вертикальные отстойники, в которых вода поступает через нижние дырчатые трубы, поднимается вверх, проходит через слой осадка и затем - в сборные желоба. Осадок поступает через осадкоотводящие окна в камеру уплотнения и удаляется по трубопроводу.

На основе литературных и патентных исследований мы пришли к выводу о том, что наиболее полноценной и эффективной характеристикой технологических процессов в указанной схеме сооружений является гидравлическая крупность взвеси. Достаточно крупные частички взвесей, имеющие плотность больше единицы, в неподвижной воде под влиянием силы тяжести выпадают в осадок. При осаждении частица вначале падает с ускорением, но одновременно с увеличением скорости движения частицы возрастает сопротивление среды. В определенный момент ускорение, обусловленное действием силы тяжести, уравновешивается сопротивлением воды, и частица оседает вниз с равномерной скоростью. Таким образом, размер частицы можно характеризовать значением равномерной скорости ее падения в воде. Эта скорость носит название гидравлическая крупность частиц (Оводов В.С. Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1984. – 480с., ил.). Именно эта характеристика, контролируемая в режиме реального времени, дает реальную картину происходящих изменений в коридорах осветлителя и в осадкоуплотнителе. Использование новых патентных разработок ВоГТУ, касающихся различных способов седиментационного экспресс-контроля взвеси, позволяет решить поставленную в данной НИОКР задачу.

Мы провели ряд исследований при помощи испытательной модели, которая имеет ряд отверстий, оборудованных вентилями (рис.2). Первое отверстие расположено на дне сосуда и предназначено для подачи воды снизу вверх по трубе. На этой трубке имеется вентиль, позволяющий регулировать скорость поступающей в сосуд воды. Второе – в центре сосуда, имитирует осадкоотводящие окна, также оборудовано вентилем для изменения площади поперечного сечения окон. Третье отверстие располагается вверху модели для отвода очищенной воды.

Рис.2 Испытательная модель

1 – подача исходной воды; 2 – отверстие, имитирующее осадкоотводящие окна;

3 – отвод очищенной воды; 4 – модель коридора осветлителя; 5, 6, 7 – вентили

При предварительных исследованиях мы визуально наблюдали ход процессов образования и движения хлопьев, оценивали эффективность этих процессов и производили измерения гидравлической крупности хлопьев. Было установлено, что эффективный процесс коагуляции проходит при гидравлической крупности 0,3 - 0,6 мм/с. При меньших значениях крупности коагуляция проходит неэффективно или вообще отсутствует.

Обеспечив подачу оптимальной дозы коагулянта по новой технологии (патент RU № 2415814) «Способ регулирования процесса коагуляции воды», мы изменяли скорости восходящего потока воды, при этом отмечались те случаи, когда хлопья поднимались вверх выше отверстий, имитирующих осадкоотводящие окна.

На основании обобщения полученных результатов нами был выбран оптимальный вариант управления процессами очистки воды на осветлителях со взвешенным осадком. Разработана новая система гибкого управления в режиме реального времени. Принципиальная схема такого управления приведена на рис.3.

Рис. 3. Схема гибкого управления процессов коагуляции воды

для осветлителей с взвешенным осадком коридорного типа

АКВ – анализатор качества воды; См – седиментометр; Д – дозатор.

1. Пат. 2142419 Российская Федерация, Способ очистки маломутных цветных вод / Чудновский С.М., Миронова Н.Л.; заявитель и патентообладатель Вологодский гос.тех.ун-т. – опубл.10.12.1999, Бюл.№23 – 6с.