Типа Диплом (1193276), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

S_доп = Н_е – [(0,3 / 0,5)]m + ∆H_нас - ∆H_ф (4.5)

где: h_е – h_e – соответственно, первоначальная глубина воды до водоупора

(в безнапорных горизонтах) и напор над подошвой горизонта (в напорных пластах);

∆h_нас и ∆H_нас – максимальная глубина погружения насоса (нижней его кровли) под

динамический уровень в скважине, принимается равной 3м;

∆h_ф и ∆Н_ф – потери напора на входе в скважину, считается равным 1.5м;

m – мощность напорного пласта, м;

Производительность водозаборного сооружения определяется по формуле:

для напорных пластов

(4.6)

Рассчитывается длина фильтра:

,м (4.7)

Если , длина фильтра принимается равной .

1. Расчет очистных сооружений

Фильтрование применяется для частичной или глубокой очистки воду от дестабилизированных коллоидов и дисперсных загрязнений нерпой группы по классификации Л.А. Кульского .

Фильтрованием называется процесс отделения от воды твердого шцоотво, находящегося с ней в смеси, при прохождении через пористую Сроду (пористую перегородку или пористую загрузку).

Фильтрование через перегородку наблюдается при безреагентной очистке воды в медленных, каркасных (намывных, патронных), тканевых, мембранных фильтрах, фильтр-прессах. Фильтрование через пористую зернистую загрузку (объемное фильтрование) - основной вид фильтрационной очистки воды осуществляется в разнообразных скорых фильтрах и контактных осветлителях. Именно этому виду фильтрования посвящено настоящее пособие.

Очистка воды фильтрованием может быть как самостоятельным способом осветления воды, так и завершающим ее этапом - доочисткой. В одноступенчатых схемах очистки воды содержание твердой фазы в исходной воде ограничивается для обеспечения высокого качества воды очищенной.

Доочистка воды фильтрованием обычно является заключительной ступенью при двух- и многоступенчатой реагентной технологической схеме очистки. При реагентном способе очистки воды используется принцип скорого фильтрования с задержанием взвеси всей толщей фильтрующей загрузки.

Согласно современным представлениям очистка воды объемным фильтрованием является физико-химическим процессом, основанным на прикреплении дестабилизированных (скоагулированных) загрязнений, находящихся в воде, к зернам фильтрующей загрузки под действием сил адгезии (прилипания) и сил электростатического взаимодействия.

В качестве фильтрующей загрузки используются природные или специально изготовленные тяжелые и легкие зернистые материалы: песок, антрацит, керамзит, гранодиорит, горелые породы, туфы, шлаки, полистирол, капрон и т. п.

Основной механизм задержания загрязнений зернистым фильтром - контактная коагуляция, хотя одновременно может происходить процеживание и осаждение.

При движении воды, содержащей хлопьевидные загрязнения, через проточные поры зернистой загрузки фильтровального сооружения взвесь накапливается в виде сжимаемой гелеобразной массы, образуя коллоидную структуру и заполняя межзерновое поровое пространство. Скорость движения струй воды в оставшихся свободными поровых каналах увеличивается, вызывая значительный рост гидравлического сопротивления, пропорциональный количеству извлеченных из воды примесей.

Осадок накапливающийся в загрузке, имеет непрочную структуру. При воздействии гидродинамических сил потока фильтруемой воды эта структура разрушается, некоторая часть ранее прилипших частиц загрязнении отрывается от поверхности зерен фильтрующего материала в виде мелких хлопьев и переносится в последующие слои фильтрую щей загрузки, где вновь под действием сил адгезии и электростатического взаимодействия закрепляется, образуя в свободном объеме межзерновых пор вторичную, менее прочную коллоидную структуру. При повторном извлечении из воды ранее оторвавшихся частиц загрязнений сила их взаимодействия с поверхностью зерен значительно меньше, чем при их первичном прилипании к зернам фильтрующей загрузки. По этой причине последующие по ходу движения потока слои задерживают меньшую массу загрязнений.

Таким образом, очистку воды в зернистой загрузке следует рассматривать как суммарный результат процесса прилипания загрязнений, их отрыва, переноса в следующие по ходу движения воды слои загрузки и повторного закрепления на поверхности зерен фильтрующего материала.

Интенсивность прилипания загрязнений к зернам загрузки зависит от реагентной обработки воды, структурных и адсорбционных свойств фильтрующего материала, а также размера зерен загрузки и скорости фильтрования.

Осветление воды в каждом элементарном слое загрузки происходит до тех пор, пока интенсивность прилипания частиц превышает интенсивность отрыва их в этом слое. Задержание загрязнений в фильтрующей загрузке прекращается, когда наступает равенство сил прилипания и отрыва. В момент достижения загрязнений последнего по ходу движения воды слоя начинается проскок взвешенных веществ в фильтрованную воду. Время, в течение которого фильтрованная вода отвечает требованиям потребителя по ее качеству, например, по мутности Спред, называется временем защитного действия фильтра Т3.

По мере загрязнения фильтрующей загрузки растут потери напора, наблюдаемые обычно по росту уровня воды в открытом, безнапорном фильтре. Время наполнения фильтра до максимально допустимого уровня воды Н_пред называют временем достижения предельных потерь напора Т_н. В напорных фильтрах Т_н определяется по устанавленному предельному падению давления.

Продолжительность защитного действия фильтра зависит от концентрации загрязнений в исходной воде, размера зерен загрузки и ее адсорбционных свойств, скорости фильтрования и толщины фильтрующего слоя. Эти же факторы влияют на время достижения предельных потерь напора.

Процесс осветления воды в фильтрующей загрузке в период фильтрования при одновременном росте потерь напора проиллюстрирован на рисунке 5.1

При достижении времени Т₃ или Т_н фильтр необходимо отключить на регенерацию. Восстановление фильтрационных свойств фильтрующей загрузки достигается водяной или водовоздушной промывкой. Вымыв накопившихся на зернах загрузки или в поровом пространстве загрязнений производится при псевдоожижении фильтрующего слоя восходящим потоком воды или воды совместно с воздухом.

Продолжительность фильтрования между промывками (длительность фильтроцикла) должна быть удобной для эксплуатации (не менее 8-12 ч) и одновременно такой, чтобы качество фильтрата всегда оставалось высоким. Это достигается при Т₃ > Т_н. Для экономической оптимизации работы фильтров желательно, чтобы Т₃ превышало Т_н незначительно, на 10-30 %.

1-измерение по времени потерь напора Н; 2 – изменение мутности фильтрата С; Т- время фильтрования

Рисунок 5.1 – Процесс фильтрования в скором фильтре

Фильтрование осуществляется в направлении как сверху-вниз, характерном для большинства фильтровальных сооружений, так и снизу-вверх - реализованном в контактных осветлителях. Скорость фильтрационного потока при объемном фильтровании должна превышать минимально необходимую (обычно 4-5 м/ч) для предотвращения пленочного фильтрования. При большой скорости фильтрования могут возникнуть значительные отрывные силы, которые приведут к плохой задерживающей способности фильтра и ухудшению качества фильтрата. Обычно в скорых фильтрах скорость фильтрования находится в пределах 5-15 м/ч.

Для усиления адгезионной способности поверхности инертных материалов используют их активацию обработкой солями некоторых металлов - модифицируют. Примерами таких фильтрующих загрузок являются модифицированные алюмосиликаты (МАС) (Е.Г. Петров). Модификация уменьшает энергетический барьер (дзета-потенциал) или даже изменяет знак заряда поверхности зерен загрузки, что позволяет осветлять воду без коагулирования или при незначительных дозах реагентов.

Наряду с осветлением, фильтрование используется в других технологиях обработки воды, например, при обезжелезивании.

Обезжелезивание подземных вод методом упрощенной аэрации и фильтрования чаще всего используется в безнапорном варианте. Метод основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен в виде каталитической пленки, состоящей из оксида трехвалентного железа РеО₃. Каталитическая пленка способствует образованию гелеобразного Ре(ОН)₃. Эта пленка образуется в течение трех-пяти суток, считая от начала фильтрования после запуска фильтра в работу.

Данный интервал называется периодом зарядки загрузки. После завершения зарядки сформировавшаяся каталитическая пленка интенсифицирует процесс окисления железа в присутствии кислорода воздуха и выделения его из воды в виде гидроксида железа, который образует в слое фильтрующей загрузки (в межзерновом поровом пространстве) гелеобразную коллоидную структуру. По мере накопления осадка в загрузке и увеличения проскока железа в фильтрате фильтр останавливается и промывается обратным током воды.

На станциях обезжелезивания малой производительности используются напорные фильтры. Аэрация воды в этом случае осуществляется от компрессора. Воздух под напором вводится в смеситель, располагаемый перед фильтрами. Напорная аэрация гораздо эффективнее, чем аэрация при свободном изливе воды, поскольку растворимость сжатого воздуха в 2-3 раза выше. Благодаря этому обезжелезивание при помощи напорных фильтров надежнее обеспечивает высокое качество фильтрата.

При использовании метода упрощенной аэрации и фильтрования в процессе обезжелезивания образуется рыхлый осадок, объемы которого значительны. Осадок имеет влажность до 99 % (сильно гидротиро- ван) и плохо обезвоживается. Кроме того, при этом методе требуется промывка фильтров 1-2 раза в сутки.

Устранить эти недостатки можно, использовав технологию «сухого» фильтрования железосодержащих подземных вод. Метод заключается в фильтровании подземной воды с большим избытком воздуха через зернистый материал, но без образования слоя воды над загрузкой.

Как правило, загрузку после насыщения железом не промывают, а заменяют на новую. Иногда фильтрующая загрузка ввиду ее дефицитности подвергается регенерации путем обработки ингибированной кислотой в течение 1 часа. Обезжелезивание воды методом «сухого» фильтрования осуществляется чаще всего с использованием напорного фильтра. В качестве фильтрующего материала можно использовать инертные фильтрующие материалы (песок, керамзит, горелые породы, шлаки) и активные, например, магнетитовые кварциты.

Использование активного фильтрующего материала позволяет расширить границы применимости «сухого» фильтрования при обеспечении стандартного качества очищаемой воды. Если при прохождении через инертную фильтрующую загрузку максимальная концентрация железа в исходной воде не должна превышать 6-10 мг/л, то при фильтровании через загрузку из активного фильтрующего материала концентрация железа в воде может составлять до 20 мг/л, причем железо может быть в составе органоминерального комплекса.

В отличие от рассмотренного выше осветления воды объемным фильтрованием с большими скоростями в медленных фильтрах действует механизм процеживания. Процеживание заключается в пропуске воды через слой осадка, лежащего на поверхности водопроницаемых перегородок различных конструкций.

Процеживание позволяет задерживать как крупные примеси размерами в несколько миллиметров и более, так и частицы с дисперсностью 103...1О4 Особенно эффективно процеживание при удалении частиц с плотностью, близкой к плотности воды. Очистка процеживанием обусловлена образованием на поверхности перегородки слоя осадка, который выполняет роль основного задерживающего барьера. Процесс формирования слоя осадка зависит от крупности частиц загрязнений и от скорости процеживания.

На поверхности положенных между отверстиями образуется застойные зоны, в которых накапливаются частицы загрязнений. Затем частицы начинают подсасываться к отверстиям туда, где в результате повышения скорости воды понижается давление. Постепенно над отверстиями формируются грязевые «сводики». Показан момент накопления осадка в застойных зонах ,а сводики, перекрывающие входы в поровые каналы зернистой загрузки медленных фильтров.

Характеристики

Список файлов ВКР