ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД 12 страница
5.2 Основные параметры работы скорых фильтров
Скоростью фильтрования (фильтрации) является скорость движения воды над загрузкой и определяется по формуле
VФ=Q/F, м3/год м2 (м/год). (7.1)
Фактически скорость фильтрации является гидравлическим нагрузкам - расходом воды Q, приходящееся на единицу площади сооружения F.
Скорость фильтрования на практике находится в пределах 5-15м/ч и поддерживается постоянной все время работы фильтра.
Грязоемкость загрузки - масса загрязнений задерживается единицей объема загрузки за время фильтрования. Этот показатель характеризует изымающую способность фильтров и находится в пределах 0,5...50 кг/м3. Высокая грязоемкость свидетельствует о эффективную технологию фильтрации, поскольку позволяет очищать мутную воду или реже чистить загрузки.
Продолжительность фильтроцикла - интервал времени между двумя чистками загрузки фильтра, то есть продолжительность работы фильтра.
Фильтры отключаются на чистку по двум причинам: 1)из-за исчерпания задерживающей способности загрузки и проскока взвеси в фильтрат; 2)из-за достижения предельных потерь напора в загрузке.
5.3 Классификация скорых фильтров
К настоящему времени разработано много конструкций скорых фильтров, которые различают по следующим признакам:
- по напору:
открытые (ненапорные, самотечные, гравитационные) и напорные;
- по направлению фильтрующего потока:
однопоточные (с нисходящим или восходящим потоком воды), двухпотоковые, многопоточные;
|
|
|
- по величине зерен:
мелкозернистые (диаметр зерен d = 0,5...1,2 мм, толщина слоя засыпки 0,7 м), среднезернистые (d = 0,7...1,6 мм, толщина 1,2...1,3 м), (d = 0,8...2,0 мм толщина 1,8...2,0 м);
- по количеству разнородных слоев, фильтруют:
одно-, двух - и многослойные;
- по конструкции:
с центральными и каналом.
5.4 Устройство и работа однослойного однопоточной открытого скорого фильтра
Такая конструкция является базовой для скорых фильтров и наиболее распространена на практике. Схема скорого фильтра с боковым каналом представлена на рис. 7.4.
На дне фильтра смонтирована дренажно-распределительная система (традиционно из дырчатых труб), которая состоит из коллектора и присоединенных к нему через каждые 0,25...0,3 м боковых ответвлений. Эта система с одной стороны собирает по площади фильтра фильтрат, с другой – распределяет промывную воду по площади фильтра. Дырчатые трубы с отверстиями 10-12 мм находятся в поддерживающем слое из гравия или щебня, который не очищает воду, а только поддерживает фильтрующая загрузка, не давая его зернам попадать в дренажно-распределительную систему. Последняя может выполняться из щільових труб, и в этом случае гравийный слой не нужен.
|
|
|
Выше располагается главный элемент быстрого фильтра – зернистое фильтрующая загрузка, которая удаляет примеси воды за счет их контактной коагуляции с зернами. Над загрузкой находятся желоба для отвода грязной промывной воды, дно которых выполняется с наклоном к боковому каналу; в местах примыкания желобов к каналу отверстия, которые соединяют желоба с каналом.
Фильтр обустраивается трубами для подвода и отвода воды, которая очищается, и промывной воды.
В рабочем режиме вода подводится в боковой канал, через отверстия в стенках канала в местах примыкания желобов попадает в пространство над загрузкой, где образуется слой воды над толщиной 2 м. Далее вода фильтруется через слой загрузки, где за счет действия контактной коагуляции из воды удаляются взвешенные и коллоидные примеси, проходит поддерживающий слой, собирается дренажно-распределительной системой и отводится из него по трубе фильтрата. В процессе работы поры загрузки заиливаются загрязнениями, сопротивление загрузки. Поэтому периодически загрузка требует чистки.
Рис. 7.4. Схема скорого фильтра с боковым каналом
Чистки загрузки производится ее промывкой в восходящем потоке воды. При промывке чистая вода (как правило, фильтрованная) подводится под давлением в дренажно-распределительную систему, распределяется дырчастыми трубами по площади фильтра, проходит поддерживающий слой и взвешивает загрузки. При взвешивании зерна загрузки хаотично перемещаются, трутся и сталкиваются, в результате чего загрязнения отделяются от поверхностей зерен и выносятся потоком промывочной воды. Грязная промывная вода собирается желобами и отводится сначала в боковой канал, а затем - в канализацию.
|
|
|
При промывке загрузки во взвешенном слое происходит гидроклассификация ее зерен: мелкие легкие зерна скапливаются в верхних слоях, а крупные тяжелые - в нижних. Вследствие этого в верхних, первых по движению исходной загрязненной воды слоях, создается мелкоячеистое среду, что негативно сказывается на работе фильтров. Эти слои интенсивно заиливаются загрязнениями, создается большое гидравлическое сопротивление. Быстро потери напора в загрузке, в результате чего сокращается фильтроцикл: не используется задерживающая способность низших слоев.
Возможно также чистки фильтра без взвешивания загрузки его встряхиванием сжатым воздухом и вымывания загрязнений водой - водовоздушная промывка. В этом режиме достигается экономия промывной воды, уменьшаются высотные габариты фильтра, но возникает необходимость устройства в гравийном слое дополнительной распределительной системы из дырчатых труб для распределения по площади фильтра сжатого воздуха. Такая система очистки непригодна для нагрузки из легких зерен (антрацит).
|
|
|
5.5 Напорные фильтры
Применяются в установках малой производительности (до 3000 м3/сут.) в напорных схемах очистки при мутности воды до 30 мг/л и цветности до 50 град. Чаще всего напорные фильтры используются в схемах умягчения и обессоливания воды на ионообменных установках (так называемые “механические фильтры”).
Устройство напорного фильтра показан на рис. 7.5. Корпуса фильтров заводского изготовления, которые выпускаются серийно, имеют диаметр от 1,0 до 3,4 м, выдерживают рабочее давление 0,6 Мпа. Работают аналогично открытым быстрым фильтрам со скоростью до 8 м/ч. При малых диаметрах подвод исходной и отвода промывной воды осуществляется воронкой (см. рис.), при больших диаметрах - кольцевой дырчатой трубой или лучевыми трубами.
Рис. 7.5. Напорный фильтр: стальной корпус, 2 - фильтрующая загрузка, 3 - поддерживающий слой, 4 - дренажно-распределительная система, 5 - слой бетона, 6 - воронка.
Дренажно-распределительные системы напорных фильтров выполняются из дырчатых и щелевых труб или щелевых колпачков. Из-за сферичности днища перед монтажом системы его выравнивают слоем бетона.
ЛЕКЦИЯ 17
МЕТОДЫ, ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД
1 Методы обеззараживания сточных вод
Под обеззараживанием (дезинфекцией) воды подразумевается уничтожение патогенных микроорганизмов, которые могут вызвать заболевания людей.
Основные методы обеззараживания:
- термическое (нагрев воды до кипения; учитывая большую энергоемкость метода практического применения он не имеет);
- обработка воды сильными окислителями - хлором, озоном, перманганатом калия, пероксидом водорода;
- обработка воды ионами благородных металлов (серебро, золото, платина);
- облучение воды бактерицидными лучами (ультрафиолет, ультразвук, жесткими лучами);
- ультра - и гиперфильтрация (слишком высокая технология для сточных вод).
Реально на практике применяется хлорирование, озонирование и облучение ультрафиолетовыми лучами.
2 Хлорирование воды
2.1 Свойства и гидролиз хлора
При нормальных условиях хлор является газом, который очень ядовит, его концентрация в воздухе рабочих помещений не должна превышать 1 мг/м3. В воде содержание хлора считается допустимым до 2,5 мг/л.
В жидком состоянии хлор находится при t < -34 оС, или при повышенном давлении. Жидкий хлор Cl2 имеет плотность r=1,425 кг/л (при 15оС).
Жидкий хлор в воде растворяется плохо, поэтому для дозировки его надо испарять, хлор-газ растворяется очень хорошо, его растворимость при t=20оС составляет 7,29 г/л , плотность r = 3,22 г/л (больше плотность воздуха). Жидкий хлор и хлор-газ на металлы практически не действуют, если содержание влаги <0,06 % по весу или t £ 30 - 50 оС.
При введении хлора в воду он подвергается гидролизу
Cl2 + H2O Û HOCl + HCl Û 2H+ + OCl- + Cl-
Сумма (Cl2 + HOCl + OCl-) называется свободным активным хлором, именно эти соединения убивают микробы. При наличии в воде аммиака или аммонийных соединений хлор взаимодействует с ними с образованием хлораминов
HOCl + NH3 ® NH2Cl + H2O
монохлорамин
NH2Cl + HOCl ® NHCL2 + H2O
дихлорамин
Хлорамины также обладают бактерицидным действием и их содержание (мг/л) называется связанным активным хлором. Сумма свободного и связанного хлора называется просто активный хлор (мг/л).
Для уничтожения микробов достаточно 0,3-0,5 мг/л свободного активного хлора или 0,8-1,2 мг/л связанного активного хлора при времени контакта воды с хлором 0,5 часа в первом случае и 1 час - во втором.
2.2 Реагенты для хлорирования
Для обработки воды используются хлор (Cl2), хлорная известь CaOCl2 или гипохлорит кальция Ca(OCl)2, двуокись хлора ОCl2 и гипохлорит натрия NaOCl.
Хлор является сильнодействующим ядовитым веществом (СДОВ), класс опасности 2. Он может находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях. Газообразный хлор имеет зеленовато-желтый цвет и неприятный резкий запах. Он тяжелее воздуха в 2,5 раза, поэтому при утечках медленно рассеивается и накапливается в самых низких местах помещения. Пребывание в атмосфере, содержащей 0,01% хлора и выше, быстро ведет к тяжелому заболеванию легких.
Жидкий хлор - подвижная зеленовато-желтая маслянистая жидкость плотностью 1,43 г/см3. Доставку хлора осуществляют в жидком состоянии в специальных цистернах, баллонах или бочках, но процесс хлорирования делают только газообразным хлором.
Гипохлорит натрия NaOCl - прозрачная зеленовато-желтая жидкость. Его использование является предпочтительным в тех случаях, когда получение электроэнергии и поваренной соли несложно, а доставка и хранение хлора и других хлорреагентов затруднены.
Гипохлорит натрия можно получать электрохимическим путем с помощью электролиза 10-15%-ного раствора поваренной соли.
Хлорная известь СaOCl2 представляет собой белый комковатый продукт (порошок), главной составной частью которого является гипохлорит кальция Са(OCl)2. Оно неустойчивое, быстро разлагается на свету или при хранении во влажной атмосфере. Его транспортируют и хранят в деревянных бочках.
Чистый гипохлорит кальция Са(OCl)2 выпускается в виде порошкообразного продукта белого цвета. Он отличается от хлорной извести повышенным (почти в 2 раза) содержанием активного хлора (достигает 50...70%), а также большей стойкостью, меньшим количеством балластных примесей, меньшей трудоемкостью по приготовлению раствора. Сохраняется и подвозится в металлических барабанах и полиэтиленовых мешках.
Для обработки небольших количеств воды могут быть использованы хлорамины, в частности - монохлорамин.
Хлорирование шахтных вод, как правило, выполняется хлором или гипохлоритом натрия. Применение гипохлорита кальция и хлорной извести допускается в исключительных случаях (по особому согласованию).
2.3 Кривая хлоропоглощение и определение дозы хлора
В практике эксплуатации доза хлора определяется по кривой хлоропоглощение воды. Кривая хлоропоглощение строится по результатам пробного хлорирования. Этот опыт заключается в том, что проба воды наливается в 5-6 колб емкостью 250 мл с плотными пробками, в каждую колбу вводится своя доза хлора. После тщательного перемешивания исследовательской воды с хлорной водой колбы помещаются на полчаса в темное место. После выдержки в колбах определяется содержание остаточного хлора Clост и строится график зависимости Clост от дозы хлора (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Кривая хлоропоглощение
Типичная кривая при наличии в воде аммонийных соединений имеет обычно минимум в точке Б, что называется точкой перелома (см. рис. 8.1). Если точка А поднимается вверх выше 0,8 мг/л по оси Clост, то можно хлорировать воду дозами до точки перелома, обычно до точки А.
Доза хлора до точки перелома ДCl=Д1
Если же точка А ниже 0,8 мг/л, то надо хлорировать дозами за точкой Б, то есть за точкой перелома ДCl=Д2
При проектировании дозу хлора принимают по нормам Снип. Обычно она находится в пределах 2 - 6 мг/л.
2.4 Оборудование хлораторных
Жидкий хлор перевозится и хранится в стальных бочках и баллонах (рис. 8.2).
Баллоны типа Е имеют допустимое давление до 20 атм. Окрашены в зеленый цвет с желтой полосой. Применяются при расходе хлора ориентировочно не более 50 кг/сутки.
Баллоны и бочки не должны находиться на солнце.
Для дозирования хлора применяются хлораторы. Так как жидкий хлор плохо растворяется в воде, то его сначала испаряют и уже газообразный хлор подается для дозирования в хлораторов. Известно много конструкций хлораторов. Вакуумные - лучше, потому что хлор через неплотности не может проникать в помещение. Вакуум создается обычно эжектором.
Самые распространенные конструкции: ЛОНИИ-СТО, ЛК, хлораторы Вечерского.
Рис. 8.2. Конструкция баллона для хлора
Таблица 8.1 - Характеристики вакуумных хлораторов
| Марка | Производительность по хлору, кг/л | Масса, кг |
| ХВ - 11 (Херсонский з-д) ЛОНИИ - 100 з ротаметром РС - 3) ЛОНИИ - 100 з ротаметром РС - 5) ЛК - 10 М ЛК - 10 Б ЛК - 12 | до 50 0,1 - 2 1,3 - 20 0,04 - 0,85 2,5 - 25 2,5 - 50 | -- 41 41 12,5 45 80 |
При использовании хлора в баллонах применяется следующая схема (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Схема хлорирование с баллонов
Промежуточный баллон-грязевик предназначен для очистки и испарения хлора, емкость его 50 - 70 л.
Чтобы избежать промежуточного баллона-выпарка можно баллоны перевернуть и получать хлор-газ прямо из баллонов и устанавливать баллоны на весы для контроля расхода хлора.
Если баллоны сами служат выпарками, то из одного баллона при t=16 оС можно получить 0,5 - 0,7 кг/час хлора, потому что при большем испарении хлор переохлаждаются и превращается в жидкость. Для увеличения съема хлора-газа баллоны необходимо подогревать. При этом температура нагрева не должна быть более 30 оС, при большей температуре хлор начинает разъедать металл. Открытым огнем тоже нельзя греть.
Съем хлора с одного баллона, что подогревается, может приниматься до 3 кг/час.
Помещение хлордозаторной должно располагаться на 1 этаже и иметь два выхода, допускается один из выходов устраивать внутрь дома. На другом выходе должен быть устроен тамбур, в котором располагается шкаф с изолирующими противогазами и включателем вентиляторов искусственной вытяжной вентиляции. Воздухозаборники вентиляции должны располагаться на уровне пола (хлор тяжелее воздуха), вентиляторы должны обеспечивать 12-ти кратный объем воздуха в час. Площадь помещения хлораторной принимается из расчета не менее 2 м2 на 1 хлоратор, или 5 м2 на одну хлораторную установку. При хлораторной допускается иметь запас хлора на 3 суток. Для нейтрализации хлора из поврежденных баллонов предусматривается яма с гипосульфитом натрия или герметичная емкость.
2.5 Хлорирование воды гипохлоритом натрия
Гипохлорит натрия получают электролизом воды при наличии в ней растворенных ионов хлора и натрия.
При этом на катоде протекает реакция разложения воды
2H2O + 2 e- ® H2 +2OH-.
На аноде происходит окисление ионов хлора
2Cl--2 e- ® Cl2
Далее происходит гидролиз хлора
Cl2 + H2O ® HOHCl + HCl
И в конечном итоге образуется гипохлорит натрия
NaOH + HOCl ® NaOCl + H2.
Гипохлорит натрия получают или из 10%-ного раствора поваренной соли, или прямым электролизом воды, которая имеет повышенное содержание ионов хлора.
В первом случае техническая поваренная соль хранится в мокром виде в баках, откуда насосами подается в расходный бак соли, где разбавляется до нужной концентрации. Самотеком из расходного бака раствор соли попадает в электролизер, откуда раствор образовавшегося гипохлорита натрия перетекает в накопительный бак HOCl, а затем дозируется в знезаражувану воду. Такая технология добра для шахтной воды, особенно при обеззараживании ее под землей, поскольку не предусматривает использование опасного хлора. Ограничениями выступают необходимость взрывоопасного исполнения электролизеров, и выбросы лишнего хлора. Пока раствор гипохлорита натрия готовится на поверхности и транспортируется под землю в закрытых емкостях.
При прямом электролизе (установки „Поток”) оббезаражинная вода сама протекает через проточный электролизер и обеззараживается.
3 Обеззараживание воды бактерицидными лучами
Из световых лучей наибольшей энергией и способностью разрушать органические загрязнения воды имеют ультрафиолетовые лучи.
Ультрафиолетовое излучение разрушает белковые молекулы (ДНК), ферменты и цитоплазму (тело клеток), разрывает стенки клеток микроорганизмов, то есть обладает бактерицидным действием. Установлено, что бактерицидными есть лучи длиной волны 2•10-7 - 2,95•10-7 м (200-295 нм), максимум эффективности приходится на лучи с длиной волны 260 нм. Все виды бактерий и спор погибают уже через 4-8 минут после облучения. Физические и химические свойства воды при этом не меняются. Для эффективного обеззараживания вода должна быть прозрачной и бесцветной. Толщина слоя облучаемой воды должна быть не более 15-20 см.
Для получения ультрафиолетовых лучей используют бактерицидные лампы двух типов: ртутно-кварцевые и аргоно-ртутные (табл. 8.2). Ультрафиолетовые лучи в общем потоке излучения этих ламп составляют соответственно 5 и 11%. Длина излучаемых ими волн находится в пределах от 200 до 295 нм. Самыми распространенными из них являются ртутно-кварцевые лампы высокого давления ПРК и аргоно-ртутные лампы низкого давления РКС-2,5.
Таблица 8.2 - Характеристики бактерицидных ламп
| Тип ламп | Потребляемая мощность, Вт | Бактерицидный поток лампы, Вт |
| Аргоно- ртутные: БУВ-15 БУВ-30 БУВ-30П БУВ-60П | 19 36 38 72 | 1,2 3,2 2,5 6,0 |
| Ртутно-кварцевые : ПРК-7 РКС-2,5 | 1000 2500 | 50 125 |
В зависимости от способа размещения бактерицидных ламп (в воздухе, над поверхностью воды или в ее объеме) установки для обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением делятся на два типа: с непогруженными и с погруженными источниками бактерицидного облучения. В зависимости от давления, под которым работают лампы, различают напорные и безнапорные бактерицидные установки.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 255; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!