3912

11

Промывная вода

Рис. 1 Схема экспериментальной установки по доочистке сточных вод фильтрованием: 1- фильтровальные колонки; 2 — пьезометрические датчики; 3 — запорная арматура; 4 - пьезометрический щит; 5 - переливной бак; б - расходный бак; 7 - воздухо-отделительные трубы; 8 - бак подачи обрабатываемой воды; 9 - бак с коагулянтом; 10 - смеситель

13

Для пересчета значений гидравлического уклона применительно к высокопористым материалам (дробленый керамзит, керамзитовый песок) была использована формула, полученная при участии автора.

* - значения параметров фильтрования, полученные опытным путем;

V - скорость фильтрования, м/ч;

А* - предельное насыщение загрузки, определяется в зависимости от F(A) *;

т- пористость загрузки в долях единицы;

а-коэффициентформызерна;

μ- коэффициент динамической вязкости воды, г/см-с.

Сцелью определения эффективности работы фильтров с различной загрузкой (кварцевый песок и дробленый керамзит) были проведены сравнительные исследования доочистки сточных вод по различным схемам:

а) одноступенная безреагентная с переменной скоростью фильтрования с загрузкой из кварцевого песка и дробленого керамзита;

б) одноступенная безреагентная с одно- и двухслойной загрузкой из дробленого керамзита с постоянной скоростью фильтрования;

в) двухступенная безреагентная с постоянной скоростью фильтрования; г) одноступенная с предварительной реагентной обработкой исходной воды.

Преимущества загрузки из дробленого керамзита по сравнению с кварцевым песком бесспорны. Однако отсутствие централизованного дробления и рассева сдерживают его применение, что побуждает исследователей на поиски других более легкодоступных зернистых материалов. Строительной промышленностью в настоящее время выпускается керамзитовый песок, полученный в "кипящем слое". Исследования показали, что по гранулометрическому составу, физикомеханическим, гидравлическим, санитарно-гигиеническим свойствам, а также химической стойкости он удовлетворяет соответствующим требованиям. Технологические исследования по определению оптимальных параметров работы различных фильтрующих материалов показали преимущества дробленого

14

керамзита и керамзитового песка перед кварцевым по производительности и грязеемкости в среднем соответственно в 1,84 и 1,49 раза. После проведения исследований по схеме «а» применение кварцевого песка в качестве загрузки экспериментальных фильтров было исключено.

Результаты проведенных автором исследований по доочистке биологически очищенных сточных вод по различным схемам фильтрования и методам обработки исходной воды для удобства сопоставления результатов сведены в таблицу 2 и наглядно показывают технологичность применения двухступенной доочистки.

В качестве I ступени принят фильтр с движением воды снизу вверх, а II ступени двухслойный фильтр с движением воды сверху вниз. Параметры загрузки из дробленого керамзита следующие:

I ступень - высота загрузки - 150 см; объемный вес гранулированного керамзита - 550 кг/м3; диаметр зерен загрузки 2,5-5,0 мм; эквивалентный диаметр - 3,75 мм; коэффициент неодонородности - 1,7.

П ступень - двухслойный керамзитовый фильтр: верхний слой - легкий керамзит (300 кг/м3); высота - 50 см; крупность 1,5-2,5 мм; нижний слой - тяжелый керамзит (550 кг/м ); высота - 100 см; крупность 1,1-3,5 мм. Общий эквивалентный диаметр зерен двухслойного фильтра - 2,1 мм.

На основе проведенных исследований была разработана технологическая схема двухступенной доочистки биологически очищенных сточных вод (рис. 2). Процесс двухступенного фильтрования биологически очищенных сточных вод имеет свои особенности по сравнению с аналогичной схемой очистки природных вод. В воде после сооружений биологической очистки содержатся хлопья активного ила, которые на зернах загрузки фильтров первой ступени образовывают биологическую пленку с микроорганизмами. Эти прикрепленные микроорганизмы и обеспечивают улучшение качества очистки по ВПК при двухступенной схеме. В связи с этим не допускается хлорирование воды перед фильтрами I ступени. Целесообразным также является периодическое применение нисходящей промывки (продувки) этих фильтров. Для условий двухступенной доочистки сточных вод продувка дает не только экономию промывной воды, но и обеспечивает сохранение прикрепленной жизнеспособной биологической пленки

Насос подачи воды на фильтрацию

Рис. 2. Технологическая схема двухступенной доочистки сточных вод фильтрованием:

М4 - сточная вода после биологической очистки; Ml6 — сточная вода на доочистку; Ml 1 - сточная вода на входную камеру; М8 - сточная вода на фильтрацию; М51 — сточная вода после доочистки на I ступени; M52 - сточная вода после доочистки на II ступени; М13 — сточная вода на контактные резервуары; MIO — отвод грязной промывной воды; M15 - аварийный обводной трубопровод; XO - хлорная вода; М21 - сточная вода после продувки I ступени; M14отвод переливной воды; Ml 8 - подача промывной воды на фильтры; Ml9 - отвод промывной воды от фильтров; АО - воздух

17

В третьей главе приводятся результаты по разработке, исследованию и расчету дренажа большого сопротивления с щелевым покрытием.

Автор приходит к выводу, что наиболее предпочтительной дренажнораспределительной системой в фильтрах является система без поддерживающих гравийных слоев, позволяющих увеличить высоту фильтрующей загрузки, улучшив тем самым эффективность работы фильтров.

Для фильтров без гравийных поддерживающих слоев с участием автора был конструктивно разработан и исследован трубчатый дренаж большого сопротивления с щелевым покрытием (рис. 3), работа которого была исследована на экспериментальной установке. Щелевое покрытие изготавливается из нержавеющей стали толщиной 0,8-1,0 мм и приваривается в виде желоба по длине перфорированной дренажной трубы с диаметрально противоположных ее сторон. Целесообразно, для увеличения срока эксплуатации дренажно-распределительной системы, трубы применять из нержавеющей стали. Ширина щелевого покрытия (в) зависит от диаметра трубы (d) и высоты его над отверстием трубы. Максимальная его высота по конструктивным соображениям принимается равной 0,5 диаметра трубы, а минимальная - 0,4. Ширина щелевого покрытия, при высоте его над отверстием трубы 0,5d может быть определена по формуле:

При применении в дренажно-распределительной системе стальных труб должна быть предусмотрена защита отверстий от коррозии, так как практика эксплуатации дырчатых стальных труб показывает, что отверстия под действием коррозии изменяют свои размеры и соответственно расчетные расходы. Отверстия в стальных трубах рекомендуется футеровать материалами, стойкими против коррозии. Для этих целей предлагается использовать эбонитовые втулки (рис. 3).

Щелевое покрытие изготавливается на штамповочном станке с различной заданной высотой щелей, при этом форма щели получается в виде вдавленного равнобедренного треугольника, расположенного под углом 60° по отношению к плоскости щелевого покрытия. Во избежание заиливания отверстий нами рекомендуется высоту щели принимать равной 0,5-0,6 эквивалентного диаметра

19

зерен фильтрующей загрузки. Скважность щелевого покрытия зависит от высоты

где hщ - высота щели в мм.

Суммарные потери напора в дырчатой трубе и щелевом покрытии могут быть

определены по формуле:

Нобщ=hp.c.+hщ.n. (4)

где hp.c. - потери напора, м, определяемые в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84;

hщ.п. - потери напора в щелевом покрытии, м.

Потери напора в щелевом покрытии определяются по формуле:

где Vотв. - скорость движения воды в отверстиях перфорированной трубы, м/с Отверстия в трубах рассчитываются из условия обеспечения равномерности распределения воды по площади фильтра при отношении общей площади отверстий в трубах 0,25-0,3% площади фильтра. Диаметр отверстий принимается

10-12мм.

ζщ.п. - коэффициент сопротивления щелевого покрытия. Зависит от скважности щелевого покрытия, направления движения потока воды. Величина коэффициента сопротивления определяется по аналитическим зависимостям (6) и (7), полученными на основе экспериментальных данных (рис. 4)

для режима промывки

20

Aф= 3,8 .110-9 α-0,2

d - диаметр отверстия в перфорированной трубе, м

V- кинематический коэффициент вязкости воды, м /с

а - скважность щелевого покрытия в %.

Проводимые исследования работы щелевого покрытия показали, что величина коэффициента сопротивления существенно зависит от его скважности, и увеличивается при его работе в режиме фильтрования. Размер зерен загрузки контактирующей со щелями, при отношении их к высоте щели более 1,5 практически на величину коэффициента сопротивления щелевого покрытия влияния не оказывает.

Величина коэффициента сопротивления труб со щелевым покрытием скважностью от 7 до 35% изменяется в пределах от 2,0 до 2,8 в режиме промывки п от 2,3 до 3,0 в режиме фильтрования.

На рис. 4 приведен график изменения потерь напора hр.с. = f(Re) в

трубах с щелевым покрытием при различных величинах его скважности в режимах промывки и фильтрования. При этом определяющими величинами чисел Рейнольдса является скорость движения в отверстиях труб и диаметр их отверстий.

В случае применения дренажа большого сопротивления с щелевым покрытием процесс регенерации протекает более интенсивно, так как направленность щелей под углом 60° к поверхности покрытия обеспечивает более быстрое разрушение агломератов загрязнений и интенсивное их отделение от зерен загрузки в зоне действия струй промывной воды. Т.е. частицы загрузки при регенерации находятся не просто во взвешенном состоянии, а им придается еще и вращательное движение в вертикальной плоскости, обеспечивая тем самым эффект промывки из-за увеличения вероятности соударений частиц загрузки.

При взаимно-противоположной ориентации направленности щелей соседних труб дренажно-распределительной системы в фильтре этот эффект будет максимальным, приводящим к сокращению времени промывки, а следовательно и к снижению расхода промывной воды.