МДС 40-3.2000, страница 7

• В мировой практике нашел широкое применение уголь TL-830. Этот уголь специально разработан и предназначен для замены песка. По данным эксплуатации за рубежом, фильтр с углем TL-830 ориентировочно работает как механический, очищая воду после отстойников от взвешенных веществ, и как сорбционный — удаляет растворенные органические загрязнения, в т. ч. и антропогенные.

Отечественный опыт применения угля TL-830 в России отсутствует. В связи с этим для решения вопроса о целесообразности применения этого угля необходима его проверка в опытных или производственных условиях.

• Наиболее целесообразно использовать активный угль на станции в отдельно стоящих сорбционных фильтрах, представляющих собой третью ступень очистки воды. Этот метод является надежным с санитарно-гигиенической и технологической точек зрения.

Поскольку на сорбционный фильтр поступает очищенная вода, то уголь работает только как сорбент и служит в основном для удаления из воды органических загрязнений. При этом срок службы угля в зависимости от качества воды водоисточника может достигать 3 лет, а как показывает зарубежный опыт, в случае применения предварительного озонирования срок использования угля увеличивается до 5 — 10 лет.

• Так как проектирование и строительство сооружений сорбционной очистки потребует достаточно длительного времени и значительных капитальных затрат, в качестве временного варианта можно рекомендовать переоборудование песчаных фильтров в сорбционные с полной заменой песчаной загрузки на угольную.

§ В случае применения активного угля на водоочистной станции необходимо предусмотреть проектирование и строительство цеха реактивации для осуществления периодической реактивации угля.

Наиболее целесообразным по технико-экономическим показателям является термический метод реактивации, при котором уголь подвергается воздействию температуры 700—800 °С без доступа воздуха в течение 15—20 мин.

Организация реактивации угля непосредственно на площадке водоочистных сооружений может быть оправдана лишь в случае обработки значительных объемов угля на крупных станциях очистки воды. Наиболее перспективным является устройство региональных узлов реактивации угля (на область, республику и др.).

При реактивации угля для его перегрузки предусматривается система гидротранспорта (с помощью переносного гидроэлеватора). Потери угля при термической реактивации составляют 15—25 %. Сорбционная емкость угля восстанавливается практически полностью.

Работы по проектированию оборудования и цехов реактивации проводят ЦПКБХМ (г. Санкт-Петербург) и ПО "Сорбент" (г. Пермь).

§ В случаях расположения водоочистных станций городов вблизи заводов — производителей активного угля возможна его реактивация на этих заводах путем доставки отработанного сорбента.

§ Вместе с тем, одна сорбционная очистка, также как и одно озонирование, не всегда позволяет решить поставленную задачу повышения эффективности очистки воды. Поэтому в большинстве случаев предпочтительно совместное применение озона и сорбции на активных углях в дополнение к традиционным схемам очистки.

4.1.3. Совместное применение озона и активного угля

§ Озонирование и сорбционную очистку воды следует применять в случаях, когда водоисточник имеет постоянный уровень загрязнения антропогенными веществами или высокое содержание органических веществ природного происхождения, характеризуемых показателями: цветность, перманганатная окисляемость и др.

§ Озонирование воды и последующая сорбционная очистка на фильтрах с активным углем в сочетании с существующей традиционной технологией водоподготовки обеспечивают глубокую очистку воды от органических загрязнений и позволяют получить питьевую воду высокого качества, безопасную для здоровья населения.

§ Учитывая неоднозначный характер действия озона и особенности применения порошкообразных и зернистых активных углей, в каждом случае необходимо проведение специальных технологических исследований (или изысканий), которые покажут целесообразность и эффективность использования данных технологий.

Кроме того, в ходе таких исследований будут определены расчетно-конструктивные параметры методов (оптимальные дозы озона в характерные периоды года, коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, тип сорбента, скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления), а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на водоочистных станциях.

§ Впредь до проведения таких изысканий могут быть даны лишь следующие ориентировочные параметры метода озонирования и сорбции.

• Расчетные дозы озона изменяются в диапазоне от 1—1,5 до 20 мг/л. Меньшие дозы озона относятся к первичному озонированию и они характерны для зимнего периода. Средние значения доз озона (3—5 мг/л) относятся к периодам паводков и к летнему периоду. Большая доза озона относится к очистке высокоцветных вод.

• Удельный расход электроэнергии озонаторной станции при нормальном режиме не более 23 кВт/ч на 1 кг озона.

• Концентрация озона в озоновоздушной смеси изменяется от 15 до 22 мг/л в зависимости от требуемой эффективности и глубины очистки, а также уровня загрязнений водоисточника.

• Контактные камеры состоят из 3 реакционных отделений и воздухоотделителя. В камерах осуществляется смешение озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой; смешение производится по принципу барботирования в противотоке. Для создания противоточного движения камеры разделены между собой струенаправляющими перегородками, обеспечивающими движение воды в направлении сверху—вниз.

• Для расчета контактных камер возможны следующие параметры:

- продолжительность контакта воды с озоном — 5—15 мин, считая суммарное время пребывания воды в 3 отделениях;

- продолжительность пребывания воды в воздухоотделителе — 2—30 мин в зависимости от места расположения контактной камеры;

- высота слоя воды в камере — не менее 4,5 м.

• В качестве диспергаторов озоновоздушной смеси целесообразно использовать мелкопузырчатые аэраторы.

• Для расчета угольных фильтров рекомендуется следующий диапазон величин:

- скорость фильтрации — 5—15 м/ч;

- высота слоя активного угля — 1—2,5м;

- время контакта обрабатываемой воды с углем —6—15 мин;

- интенсивность промывки — 10 л/(с×м²) (для углей АГМ и АГОВ) и 14 -15 л/(с×м²) (для углей марок АГ-3 и ДАУ);

- промывку угольной загрузки производить не реже одного раза в 2—3 суток. Продолжительность промывки —7—10 мин.

§ Как известно из зарубежной практики и результатов исследований НИИ КВОВ, в процессе окислительно-сорбционной очистки совместного применения озона и активных углей) имеет место сопутствующий процесс биологической очистки воды на активных углях, что приводит к повышению эффективности метода, а также существенному увеличению межреактивационного срока работы угольной загрузки.

4.2. Обработка и утилизация осадков водоочистных станций

Подготовка воды из природных источников в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения обычно связана с применением реагентов (в основном солей алюминия) и образованием значительных количеств осадков.

Наиболее распространенными в отечественной практике приемами обработки осадков являются их естественная сушка на специальных площадках, сброс в искусственные накопители или водоисточники. Материальный и социальный ущерб, наносимый народному хозяйству России за счет отчуждения значительных площадей, создания антисанитарных условий вблизи городов, ухудшения качества исходной воды, огромен и не поддается точной оценке.

В связи с вышеизложенным необходим переход на интенсивные методы обработки осадков в целях уменьшения их объемов, предотвращения загрязнения окружающей среды, получения вторичных продуктов, пригодных для утилизации. Обработка осадков природных вод связана со значительными техническими трудностями и материальными затратами, которые обусловлены весьма низкой водоотдающей способностью, а также широким диапазоном колебаний исходных свойств осадков,, что связано с качеством воды в водоисточнике и технологией ее очистки.

4.2.1. Состав, свойства и количество образующихся осадков

Осадки, образующиеся в процессе водоподготовки, разнообразны по составу и свойствам и зависят от качества воды в водоисточнике: осадки маломутных цветных вод (Ц/М — более 10 град × л/мг), осадки вод средней цветности и мутности (Ц/М 5—10 град × л/мг), осадки вод повышенной мутности (Ц/М < 5 град × л/мг).

• Основными компонентами осадков являются продукты гидролиза коагулянта и загрязнения, содержащиеся в исходной воде минерального и органического происхождения.

Осадки, образующиеся при очистке маломутных цветных вод, характеризуются более высокой влажностью, более высоким содержанием органики и гидроксида алюминия и низкими водоотдающими свойствами, чем осадки вод повышенной мутности.

• Водоотдаюшую способность (фильтруемость) осадка принято характеризовать удельным сопротивлением фильтрации, оказываемым единицей массы твердой фазы, равномерно отлагающейся на единице площади фильтра при фильтрации осадка, вязкость жидкой фазы которого равна единице, и коэффициентом сжимаемости.

Осадки цветных вод пониженной мутности имеют высокое удельное сопротивление фильтрации (r = 500¸1200)×10^-10 см/г) и высокий коэффициент сжимаемости (s = 0,85¸0,96).

Для улучшения фильтрационных характеристик осадков требуется их предварительная подготовка.

4.2.2. Способы обработки осадков

Отечественная практика промышленной обработки осадков природных вод находится в стадии освоения технологических процессов, поэтому в настоящее время готовых типовых решений не существует. Выбор оптимальной технологии должен основываться на экспериментальных исследованиях с реальным осадком и с учетом существующей технологической схемы обработки воды и образования осадка, а также других факторов.

Можно выделить несколько основных способов обработки осадков:

- механическое обезвоживание осадков с реагентами на камерных и ленточных фильтрах-прессах, центрифугах и других аппаратах;

- обработка осадка природных вод совместно с осадками сточных вод на станциях очистки сточных вод;

- обработка осадка с одновременной регенерацией коагулянта;

- естественное замораживание и оттаивание осадка на площадках замораживания в соответствии с климатическими условиями и др.

Наиболее широко применяемым способом обработки осадков за рубежом и отработанным в опытно-промышленных условиях на некоторых российских станциях является их механическое обезвоживание с предварительным кондиционированием различными реагентами: известью, флокулянтами анионного, неионогенного и катионного типов; коагулянтами.

Исследования показали, что известь при введении в осадок выполняет двойную функцию: как химический реагент, частично растворяющий гелеобразный гидроксид алюминия, и как присадочный материал, снижающий величину показателя сжимаемости. Эта совокупность действий приводит к улучшению фильтрационных свойств осадка, и, кроме того, известь оказывает обеззараживающее действие.

4.2.2.1. Механическое обезвоживание осадков

Механическое обезвоживание осадков природных вод на станциях водоподготовки может осуществляться на камерных и ленточных фильтрах-прессах. Принципиальная технологическая схема обработки осадков на камерных фильтрах-прессах приводится на рис. 10 и включает в себя следующие операции:

- усреднение и уплотнение осадков;

- приготовление растворов известкового молока и флокулянта;

- дозированное введение химических реагентов в осадок;

- дозированная подача кондиционированного осадка в аппараты механического обезвоживания;

- механическое обезвоживание;

- выгрузка и транспортирование обезвоженного осадка.

В зависимости от технологических схем очистки воды усреднению и уплотнению подвергаются осадки из отстойников и осадки, образующиеся при усреднении и отстаивании промывных вод фильтров и контактных осветителей.

Уплотнение осадков является необходимым приемом, так как исходный осадок, особенно маломутных цветных вод, имеет высокую влажность (99 % и выше). В процессе гравитационного уплотнения влажность осадков снижается до 92—98 % в зависимости от их исходного качества. Для интенсификации уплотнения возможны медленное перемешивание и обработка флокулянтами.