Качество воды

песка (порода с хорошим коэффициентом фильтрации ). Мощность песков

оказалась недостаточной и почти неочищенные производственные стоки, вступая

в контакт подземными водами, ухудшали их качество.

Таким образом, можно сделать осторожный вывод о том, что в течение

будущих десятилетий будет наблюдаться тенденция к переходу водоснабжения

городов и поселков Московской области из поверхностных или открытых

источников воды.

Г Л А В А 2

Оценка качества воды в источниках водоснабжения

2.1. Анализ воды и форма его выражения

При оценке качества воды, предназначенной для удовлетворения

хозяйственно – питьевых потребностей, обычно используется анализ ( тип 2 ),

в процессе которого определяются : физические свойства ( температура, запах

и вкус, прозрачность или мутность, цветность), Cl-, SО42-, НСО3-, СО32-,

NO3-, Са2+,Мg2+, Fе2+, Fе3+, рН, СО2 ( свободная ), сухой остаток Р, NO2-,

NН4+ и окисляемость. Анализ дает общую характеристику воды и производится

в полустационарных или стационарных условиях. При этом можно контролировать

анализ по сухому остатку с вычислением суммы К+ + Nа+ по разности.

В отдельных случаях ( главным образом для подземных вод ) может

потребоваться подробный анализ с дополнительным определением Nа+, К+,

Мn2+, Fе2О3 + АI2O3, SiO2, агрессивной СО2, Н2S. Этот вид анализа позволяет

произвести общий контроль определений не только по сухому остатку, но и по

суммам мг – экв анионов и катионов.

Наиболее распространенными формами выражения концентрации

химических веществ являются объемная ( мг / л ) и нормальная ( мг – экв /л

) ; в более редких случаях концентрацию выражают в весовой ( мг / кг ) и

молярной ( г – мол / л ) форме. В любом случае результаты анализа могут

быть представлены в виде солей ( NаСl, Са SO4 и т.д. ), окислов ( Nа2О, СаО

и т.д.), ангидридов (SO3, N2O5 и т. д.) или в ионной форме. Последняя форма

наиболее полно отражает действительное состояние веществ, растворенных в

воде, их диссоциацию, облегчает и ускоряет проверку анализа, и потому в

настоящее время является общепринятой. Следует, однако, иметь в виду, что

при этой форме выражения неионизированные или очень мало ионизированные

соединения (чаще всего трехвалентного железа, алюминия, кремния)

обозначаются в виде соответствующих окислов ( Fe2O3, Аl2O3, Si02 ), а

растворенные неионизированные газы – всегда их формулами ( СО2, Н2S, О2 ).

При пересчете концентраций, выраженных в солевой или окисно

– ангидридной форме, в ионную форму содержание соли, окисла или ангидрида

умножают на отношение молекулярных весов данного иона и соответствующего

ему соединения. Например, содержание Са2+ в исследуемой воде при окисной

форме выражения анализа, т.е через СаО, оказалось равным [Са] = 100 мг / л.

Молекулярные веса: Са = 40,08, СаО = 56,08.

40,08

Следовательно: [Cа2+] = [pic] = 71,5 мг / л.

В таблице 1 в качестве примера приведен химический анализ

воды с определениями, выраженными в ионной и окисло – ангидридной формах

записи.

Форма выражения химического состава воды.

Таблица 1.

| Ионная форма |Окисно – ангидридная форма |

|Наименова|Молекуляр|Эквивален|Концентрация |Наименование|Молекуля|Концен|

|ние |ный или |тный вес | |определений |рный вес|трация|

|определен|ионный | | | | |в мг |

|ий |вес | | | | |/л |

| | | |в мг |в мг –| | | |

| | | |/л |экв / | | | |

| | | | |л | | | |

|Сl- |35,46 |35,46 |17,73 |0,5 |Сl2 |70,91 |35,46 |

|SO42- |96,07 |48,03 |72,04 |1.5 |SO3 |80,07 |60 |

|НСО3- |61,02 |61,02 |122,04|2 |СО2 |44 |88 |

|СО3-2 |60,01 |30,01 |0 |0 |СО2 |44 |0 |

|NО3- |62,01 |62,01 |31 |0,5 |N2O5 |108 |54 |

|Са2+ |40,08 |20,04 |60,12 |3 |СаО |56,08 |84 |

|Мg 2+ |24,32 |12,16 |12,16 |1 |МgO |40,32 |20,16 |

|Fе 2+ |55,85 |27,93 | Следы |FеО |71,81 |Следы |

|Fе3+ |55,85 |18,62 |не обнаружено |Fе2О3 |159,7 |не |

| | | | | | |обнару|

| | | | | | |жено |

|рН | - | - | |рН | - | 7 |

| | | |7 | | | |

|СО2 ( |44 |22 |22 |1 |СО2 |44 |22 |

|свободная| | | | |(свободная )| | |

|) | | | | | | | |

|Сухой | - | - | 300 |300|Сухой | - |300 |

|остаток | | | |мг |остаток | | |

| | | | |/л | | | |

|NO2- |46 |46 | следы |NO3 |76 |следы |

|NН4+ |18,03 |18.03 |не обнаружено |NН3 |17.03 |не |

| | | | | | |обнару|

| | | | | | |женно |

|окисляемо| - | - | 18 | 18|окисляемость| - | 18|

|сть | | | |мг | | | |

| | | | |/л | | | |

| |

| Для пересчета концентрации Со, выраженных в мг /л, в СЭ (мг – экв/л) |

|используется соотношение |

| |

|[pic] |

| |

|Где Э – эквивалент на вес данного вещества |

| |

|Решающим показателем санитарного состояния воды является титр кишечной |

|палочки (коли титр или коли индекс). Дополнительной характеристикой |

|бактериальной загрязнённости служит число зародышей |

|в одном литре исследуемой воды. |

| |

|2.2. Проверка результатов анализа. |

| |

|Приступая к изучению анализов воды, необходимо прежде всего убедиться в их |

|правильности. |

|Правильность определения физических свойств (температуры. цветности, |

|мутности или прозрачности, запаха и вкуса) может быть проверена только при |

|поммощи повторных определений в аналогичных условиях; поэтому проектировщик,|

|как правило, должен иметь серии анализов для одних и тех же точек и условий |

|отбора. При количественной оценке мутности воды следует помнить, что этот |

|показатель имеет наибольшую ценность при сравнении проб, но дает лишь |

|приближенное представление о фактическом содержании взвешенных веществ. |

|Последние для расчетных грязевых нагрузок должны быть определены весовым |

|способом. |

|Для контроля химического анализа сравнивают суммарное количество всех |

|нелетучих составных частей, определенных анализов, с величиной сухого |

|остатка. Естественно, что из –за неточностей в определениях всегда будет |

|наблюдаться разница в сравниваемых величинах. Но, как правило, вес сухого |

|остатка оказывается не более чем на 7 – 12 % выше суммы ионов солей. |

|Такового рода контроль исключает возможность появления ошибки в анализе, а в|

|отдельных случаях указывает на необходимость дополнительных определений. |

|Не следует забывать, что при вычислении суммы ионов солей нужно брать только|

|половину найденного анализом содержания НСО3-. |

|Сумма всех нелетучих в мг / л по анализу определяется из выражения |

| |

|Р = Сl- + SO4-2 + Ѕ НСО3-2 + Са2+ +Мg2+ + Nа+ ( 2 ) |

| |

|Величину Nа+ находят по разности содержания отрицательных и положительных |

|ионов. При нормальной форме выражения концентрации ( в мг – экв /л ) имеем |

| |

| |

|[pic] |

| |

|где К+ + Na+ - определяемое по разности содержание калия и натрия в мг – |

|экв/л; |

?а – сумма мг – экв анионов ;

?КОПР– сумма мг – экв катионов, включенных в анализ.

Сумму щелочных ионов К+ + Nа+, выраженную в мг – экв/л,

пересчитывают в мг /л по эквивалентному весу Nа+, равному 23, и вводят в

формулу ( 2 ). Такой пересчет приводит к сравнительно небольшой ошибке,

обычно не превышающей 1,6 % суммы всех составных частей общего

солесодержания ( содержание К+ + Nа+ в общей сумме ионов, так же как и К в

сумме К+ + Nа+, составляет не более 20 % ).

Кроме общего контроля анализа по сухому остатку следует

сопоставить результаты некоторых отдельных определений.

1) Содержание в воде СО3-2, НСО3- и свободной СО2 сопоставляют с величиной

рН. Зависимость между этими величинами применительно к открытым

источникам, не содержащим СО3-2, с температурой природной воды 22С,

определяют из формулы рН = 6,37 – lgCco2 + lgCнсо3- +lgf(1) ,

( 4 ).

где Ссо2 – концентрация свободной углекислоты в мг / л ;

Снсо3 – концентрация НСО3- в мг /л ;

f(1) – коэффициент активности НСО3-.

Использование номограммы ( рис 1.2, существенно облегчает проверку

определения СО2, НСО3- и рН. Например, по таблице 1 при [CO2 ] = 22 мг /л

щелочность определяемая концентрацией НСО3, равна 2 мг /л ; для этих

значений по номограмме ( при t = 20С ) имеем, что рН такой воды должно быть

равно 6,9. Прямое определение показало, что рН = 7. Таким образом,

отклонение составляет 0,1. Допустимая разница не должна превышать 0,2.

Следовательно, аналитические определения СО2, НСО3 и рН проведены

правильно.

Если в воде кроме НСО3- и СО2 находятся анионы других слабых кислот (

НSiO3-, НS-, Н2РО4-, органических ) или анионы СО3, а также при наличии

только СО2 ( тогда рН 400мг/л и

ty=6 – 12 часов при М0 1000 |29000 |31000 |33000 |35000 |37000 |

| |

|Полная глубина осветлителей определяется по таблице. |

|Таблица 3.3.3 |

|Высотные размеры осветлителей. |

|Параметры | Величина | Примечание |

|Глубина зон осветления |1,5 - 2 |1. При назначении глубин зон|

|Нз.о | |меньшие значения следует |

| | |относить к мутным водам ( Мо|

| | |? 400 мг/л) |

|взвешенного осадка Нз.в |2 – 2,5 |2. Глубиной Нз.в считается |

|Высотные размеры: | |растояние от плоскости |

|от плоскости отбора осадка| |отбора осадка до плоскости, |

|до начала наклонных стенок| |где скорость восходящего |

|У1 | |потока достигает 2 мм /сек |

| |1,5 – 1,75 | |

Основная формула для определения расчетных расходов осветлителя:

[pic] в м3/сут ( 3.3.7 )

где :

Т – время работы осветлителей в течение суток;

Т = 24 ч

tпр – продолжительность в ч продувки одного осветлителя (включая время на

подготовку продувки) ;

n – число продувок одного осветлителя в течение суток ;

Кn – коэффициент, определяющий степень снижения выдачи воды продуваемым

осветлителем; расчетное значение Кn следует принимать равным единице. Это

условие означает, что расчетный продувочный расход Qпр будет равен

расчетной подаче на осветлитель и при продувке уровень воды не станет ниже

расчетного.

Расчетная продолжительность в часах самой продувки определяется по формуле.

[pic] ( 3.3.8 )

где

К пр – коэффициент разжижения осадка при его сбросе;

равен 1,2 ;

qпр – продувочный расход в м3/ч ; при Rн = 1 Qпр = Q0 ( расчетной

производительности осветлителя ).

Необходимая наименьшая глубина в зависимости от типа

осветлителя приближенно может быть определена по формулам:

Н мин = 1,9А > 0,6А + 3 м, (3.3.9 )

где

А – расчетный линейный параметр при определении глубины: ширина полосы

зоны осветления, обслуживаемой одной распределительной трубой и двумя

сборными трубами (или желобами ) или кольцевым желобом.

Наибольшее значение параметра А – диаметр, радиус или сторона осветлителя,

ширина прямоугольной или кольцевой полосы – должно составить (из условия

обеспечения равномерного отбора воды ) 3 – 3,5 м, а фактическая величина

определяется в результате расчета размеров зоны осветления.

Если в соответствии с высотной схемой можно применить

несколько типов, то решающим фактором в выборе одного из них будет величина

потребной для их размещения площади, которую можно вписать в стандартную

сетку размеров промышленных зданий. Окончательный выбор типа осветлителя в

этом случае определяет наименьшее значение необходимой производственной

площади.

Для предварительной ориентировки в выборе типа осветлителя

может быть использована таблица, в которой приведены приближенные размеры

осветлителей в зависимости от общей производительности установки ( в

расчетах были приняты : vз.о = 1 мм / сек ; Кр = 0,8 ; Мо = 500 мг / л ;

tу = 4 ч ;

Таблица 3.3.4

Вспомогательная таблица к выбору типа осветлителя

|Qо в м3 / сутки |Основные | Тип осветлителя |

| |показатели | |

| | |круглый тип IV |прямоугольный тип V |

| | |с центральным осадкоуплотнителем |

|2000 |N? F1 |3?8 |3?8 |

| |A или A ?В |1 ?3,2 |1 ?3; С = 0,6 |

| |Н мин |3,6 |3,6 |

|5000 |N? F1 |3? 20 |3? 20 |

| |A или A ?В |1,25?5 |2? 5; С = 1 |

| |Н мин |3,75 |4,2 |

|10000 |N? F1 |?30 |30 |

| |А или А?В |1,6 ? 6,2 |2 ?6 ; С = 1,2 |

| |Н мин |4 |4,2 |

где : N – число осветлителей

F1 – площадь одного осветлителя

А – расчетный линейный параметр

В – длина или диаметр осветлителя

С – ширина по верху зоны отделения осадка

3.4 Расчет осветлителей для проектируемой станции водоочистки

Предположим, что проектируемые осветлители должны выдавать

осветленную воду с m = 10 мг / л на группу фильтров, работающих в режиме,

который допускает изменение скорости фильтрования при отключении одного из

фильтров на промывку или ремонт. Расчетная подача воды на фильтры Qо = 12

000 м3 / сутки (летний период ). Зимний расход на объекте водопотребления

Qз = 10 000 м3 / сутки.

Расчетные показатели, характеризующие качества исходной воды

для летнего периода: М = 300 мг / л, Ц = 40 град; для зимнего периода:

сернокислого неочищенного алюминия – 60 мг / л в расчете на безводный

продукт; извести – 45 мг / л в расчете на СаО.

В соответствии с высотной схемой полная глубина

осветлителей не должна превышать 4,5 м. Размеры помещения, в котором

разместятся осветлители вместе с фильтрами, должны быть не более 24 60 м.

Число фильтров – 7, их ширина ( в осях ) – 5,5 м , общая длина – 34 м.

Расчетные расходы. Прикидочные расчеты по формулам 3.3.1 и

3.3.2 при расчетных значениях vз.о = 1 мм / сек, Kр = 0,75, vз.о = 0,8 мм /

сек, Кр = 0,8, принятых по таблице 3.3.1 позволили установить, что для

расчета зон осветления исходным должен быть зимний расход, который с учетом

собственных потребностей фильтров в этот период, оцениваемых в 5%, равен

Qф’ = 10000 м3 / сутки.

Исходным расходом для расчета осадкоуплотнителя и всех

элементов осветлителя является наибольший (летний ) расход Qф = 10 500 м3 /

сутки.

Расчетные расходы ( пока приближенно ) определяют по

формулам 3.3.7 при tпр = 0,3 ч и n = 4 ( с последующей проверкой при

полученном на основании дальнейших расчетов t пр ).

Расчетный расход для зон осветления

[pic]

Расчетный расход для осадкоуплотнителей

Q0ЗУ= 1,05 ?12000=12600 м3/сутки

Определим далее: число, тип и основные размеры

осветителей. Из таблицы 3.3.4 (справочник : Проектирование водопроводных

очистных сооружений. Автор Н.Б Серебряков, М : стройиздат 1984 г ) следует

что при расчетном расходе около 10 000 м3 / сут и при использовании

осветлителей с поддоными осадкоуплотнителями необходимая глубина

осветлителей составит около 8 м при допустимой по высотной схеме не более

4,5. Поэтому на станции должны быть применены осветлители с центральным

осадкоуплотнителем типа (рис. 3.3.1 – 3.3.2).

Общая площадь зон осветления определяется по формулам

3.3.1 и 3.3.2 при значениях Кр и vз.о , принимаемых по таблице 3.3.1 для

содержания взвеси до 100 мг /л в зимний период : vз.о = 0,8 мм / сек, Кр =

0,75.

Fз.о = [pic] = 114 м3

Общая площадь зон отделения осадка по расходу Qоз.у = 10590 м3 / сутки

определяется по формуле при значениях vз.о = 1 мм / сек, Кр = 0,7 ,

принимаемых для Мо = 100 – 400 мг / л .

[pic]

Полная площадь F = 114 + 50 = 164 м2

Число осветлителей должно быть не менее четырёх.

Тогда площадь одного осветлителя

F1 = 164 / 4 = 40 м2

При F1 = 40м2 основные размеры равны : диаметр осветлителя 8 м,

центрального осадкоуплотнителя Dз.отд = 5м, А = 1,5м, Нмин = 3,9м. При

однорядном расположении осветлителей параллельно фильтрам необходимая длина

зала для их размещения не будет превышать 60м, а требуемый стандартный

пролет здания – 24 м;

Необходимая длина зала для размещения осветлителей и фильтров

может быть ограничена стандартной величиной 54 или 60м.

Из сравнения ясно определилась техническая возможность и экономическая

целесообразность применения на станции осветлителей V типа.

Высотные размеры осветлителя в м принимаются по рекомендациям

СниП, изложенными выше :

глубина зоны осветления – 1,5

расстояние от нижней границы зоны осветления до сечения, где вертикальные

стенки переходят в наклонные – 1,5

глубина сужающей части при значении ?1 = 50

полная глубина – 4,1

( проверка по формуле Н >1,9 ? 1,85 = 3,5м )

высота бортов – 0,5

Наибольшая концентрация взвеси в воде, поступающей на

осветлитель, определяется по формуле

Мо = М + КкДк + 0,25ц + Миз

где М – расчетное содержание взвешенных веществ в исходной воде

Дк –расчетная доза коагулянта по безводному продукту мг/л

Кк – переводной коэффициент : для Аl2(S04)3 он равен 0,55, для FеСl3 и

FеSO4 – 0,8

Ц – расчетная цветность исходной воды в град

Миз – колличество нерастворимых веществ. вводимых с Са(ОН)2 – мг/л

Тогда Мо = 300 + 1 60 + 0,25 20 + 45 = 410 мг/л

Принимая расчетное время уплотнения осадка tу = 6ч, а

среднюю концентрацию осадка при 6 часовом уплотнении ?ср = 27000 мг/л

определяем необходимый обьем осадкоуплотнителя по формуле

[pic]

Объем осадкоуплотнителя, полученный конструктивно, значительно

больше необходимого по расчету, что дает возможность в процессе

эксплуатации осветлителей увеличить в случае необходимости межпродувочной

период.

Расчетное время продувки осадкоуплотнителя определяется

по формуле 3.3.8

[pic]

Добавляя время на подготовку продувки и ввод осветлителя в работу после

продувки, принимаем tпр = 0,3ч.

Глава 4. Осветление воды фильтрованием.

4.1 Основные положения процесса фильтрования.

Полное или частичное удаление из воды взвешенных веществ

фильтрованием осуществляется в открытых или напорных фильтрах, состоящих из

корпуса, фильтрующего слоя, дренажной или распределительной системы,

системы подачи на фильтр осветляемой воды и отвода промывной воды.

Дренажная система обычно служит также для распределения по площади фильтра

промывной воды.

Интенсивность процесса фильтрования характеризуется скоростью

фильтрования, представляющей собой частное от деления расходы фильтруемой

воды на площадь фильтрующего слоя. Скорость фильтрования выражают в м/ч,

т.е. количеством воды в м3, фильтруемой через 1 м3 площади фильтрующего

слоя в течение 1 ч.

Фильтрование воды через фильтрующий слой происходит под действием

разности давлений на выходе в фильтр и на выходе из него. Разность давлений

для открытого фильтра равна разности отметок поверхности воды в фильтре и

пьезометрического напора в трубе, отводящей фильтрат.

Разность давлений воды до и после фильтрующего слоя называется

Страницы: 1, 2, 3