Смешение реагентов в трубопроводе

 

В качестве простейшего смесителя м.б. использован напорный трубопровод, подающий воду от НС-II на очистные сооружения.

 

1 – раствор коагулянта

2 – дозировочный бак

3 – воронка

4 – эжектор

5 – регулирующие задвижки

 

При подаче реагентов в напорный трубопровод следует соблюдать следующие условия:

1. Приемную воронку в месте ввода реагентов нужно располагать выше линии пьезометрмческого напора воды в трубе

2. Между местом ввода и концом трубы не д.б. регулирующих задвижек

3. Длина участка для смешения L>=50Д

Потери напора в трубопроводе при установке распределительных устройств принимаются равными 0,15-0,3 м.

 

 

Механические смесители

 

Оптимальный эффект коагуляции обеспечивается очень быстрым переносом частиц, который возможен в высокоскоростных механических смесителях с мешалками лопастного, турбинного и пропеллерного типа, где происходит мгновенное распределение реагентов в объеме и получение оптимальной концентрации.

Такие смесители позволяют сократить время коагуляции, повышают плотность образующихся хлопьев, снижают дозу коагулянта.

 

Механический смеситель с мешалкой пропеллерного типа

 

1- подача воды

2- отвод воды

3- подвод реагента

4- ось мешалки

5- камера смешения

6- струенаправляющая перегородка

7- привод мешалки

 

Механические смесители представляют собой круглые или квадратные в плане камеры с соотношением Н/Д=1/2 с плоским или коническим днищем. Для смешения применяют различного типа мешалки на вертикальной оси.

Время пребывания воды в смесителе составляет от 30 сек.до 1 мин.

Привод размещают на площадке на высоте около 1м от верха камеры.

Применение механических смесителей позволяет:

1. снизить удельные капитальные затраты

2. снизить расход коагулянта на 25%

3. снизить время пребывания воды в отстойниках и осветлителях со слоем взвешенного осадка

4. регулировать параметры смешения адекватно качеству и количеству обрабатываемой воды.

 

На очистных сооружения сегодня в основном применяют смесители гидравлического типа, иногда смешивание производят в трубах и ц/б насосах, подающих воду на ОС.

Недостатком этих способов смешивания является невозможность регулирования степени турбулизации и времени пребывания воды в смесителе в зависимости от ее расходов и качества.

 

Гидродинамические режимы движения перемешиваемой жидкости определяются критерием Re и Eu

 

Re 50 для быстроходных мешалок

- давление создаваемое мешалкой

- мощность мешалки

d – диаметр мешалки

n – кратность перемешивания

 

Камеры хлопьеобразования

 

Камеры хлопьеобразования предназначены для создания оптимальных условий укрупнения хлопьев.

На эффективность процесса и размеры формирования хлопьев влияют:

1. Скорость (интенсивность перемешивания)

0,1 - для мутных вод,

0,05 – для цветных вод.

2. Продолжительность перемешивания:

для мутных вод

для цветных вод

3. Характер и дисперсность примесей

4. Солевой состав

- увеличение концентрации ионов и - улучшает устойчивость структуры хлопьев,

- увеличение концентрации ионов снижает их устойчивость, образуются мелкие хлопья)

5. pH

- снижение pH менее 6,5 сдвигает равновесие при гидролизе влево (обратная реакция),

-увеличение рН более 8,5 приводит к растворению гидроокиси алюминия.

6. Доза коагулянта

7. Силы адгезии, удерживающие частицы в агломерированном состоянии

(6-30 )

8. Концентрация ВВ (центры кристаллообразования)

 

Агломерация хлопьев образующихся в процессе гидролиза коагулянта происходит постепенно в течение 30 и более

 

Интенсивность перемешивания является основной характеристикой в процессе хлопьеобразования.

 

Необходимая интенсивность перемешивания достигается изменением скорости движения воды или частоты вращения мешалки.

Оптимальная продолжительность перемешивания обеспечивается размерами сооружения.

По принципу действия камеры хлопьеобразования подразделяют на гидравлические и механические (флокуляторы и аэрофлокуляторы)

Камеры хлопьеобразования встраивают в отстойники (кроме перегородочных)

При числе камер хлопьеобразования менее 6 (согласно СНиП) необходимо предусматривать одну резервную.

Конструкция камеры хлопьеобразования выбирается в зависимости от качества исходной воды и типа отстойника.

 

Камеры хлопьеобразования гидравлического типа

 

Существуют следующие типы камер хлопьеобразования гидравлического типа:

Водоворотные

Вихревые

Перегородочные

Зашламлённого типа

5. камеры с центральной галереей

6. камеры с псевдоожиженной зернистой загрузкой

7. камеры с циркуляцией осадка

8. камеры с контактной загрузкой

Водоворотная камера хлопьеобразования

 

Совмещается с вертикальными отстойниками и располагается в центральном стакане

 

1 – подача исходной воды

2 – кольцевой водосборный лоток

3 – радиальные лотки

4 – водоворотная камера хлопьеобразования

5 – отвод обработанной воды

6 – гаситель скорости

7 – конус-отражатель

8 – сброс осадка

Вода распределяется в верхней части камеры соплом, расположенным на расстоянии 0,2 D камеры от стенки на глубине 0,5 м от поверхности воды или соплами, закреплёнными в её центре, линейная скорость движения

Выходя из сопел вода приобретает вращательное движение, перемещается вдоль стенок камеры хлопьеобразования и движется вниз.

Для гашения вращательного движения воды при переходе её в отстойник служит гаситель в виде крестообразной перегородки м с ячейками 0,5х0,5 м. Время пребывания воды в камере принимают 15-20 мин. Высота камеры 3,5-4 м (0,9 Н вертикального отстойника).

Водоворотные камеры применяют на станциях с производительностью

Объём водоворотной камеры определяется количеством воды, пребывающей в ней в течение 15-20 мин.

Площадь встроенной в отстойник камеры определяется по формуле:

 

- расчётный расход воды

- время пребывания воды в камере, мин.

- высота камеры, м;

- расчётное число отстойников.

Градиент скорости определяется по формуле:

- плотность воды

- динамическая вязкость воды

- расход,

- объём камеры

 

Градиент скорости характеризует интенсивность перемешивания и принимается чаще всего равным 50-60

 

Контактная камера хлопьеобразования стр. 416 Сомов

Перегородочная камера хлопьеобразования

 

Представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар с перегородками, образующими 9-10 коридоров с шириной не менее 0,7 м, через которые проходит вода со скоростью

в начале камеры

в конце камеры.

Движение воды вдоль коридоров создаёт благоприятные условия для хлопьеобразования.

Перегородочная камера примыкает к горизонтальному отстойнику

Схема перегородочной камеры хлопьеобразования с горизонтальной циркуляцией, совмещённая с горизонтальным отстойником

 

1 – камера хлопьеобразования

2 – подача воды

3 - отстойник

4 – шиберы для пропускания воды

5 – распределительный канал

6 – обводной канал

7 – шиберы для выпуска осадка

8 – канал для отвода осадка

9 – удаление осадка из отстойника

 

Обводной канал устраивается перпендикулярно коридорам и служит для пропуска воды мимо камеры в период ремонта или коагулирования.

Шиберы для пропускания воды служат для оптимизации времени пребывания воды в камере хлопьеобразования.

Дно перегородочных камер хлопьеобразования делают с уклоном для возможности смыва осадка, который может выпасть при уменьшении расхода воды через камеру ниже расчётного.

Уклон должен составлять

Разрешается строить двухэтажные камеры.

Расчёт камеры перегородочного типа

- расчётный расход воды

- время пребывания воды в камере

=20 мин – для высокомутных вод

=30 мин – для цветных вод

Среднюю глубину принимают равной м

с учётом высотной схемы ОС, уровня грунтовых вод, по конструктивным соображениям.

Задав глубину и определив объём можно определить площадь камеры

Далее определяется ширина коридоров «b» между перегородками

Число коридоров и размеры камеры определяют по соображениям оптимальной компоновки камеры с учётом объёма камеры.

В случае совместной компоновки камеры хлопьеобразования и отстойника величина А – сторона камеры, должна быть близкая к ширине отстойника, исходя из этого подбирают число коридоров.

Потери напора в перегородочных камерах определяются по формуле:

- число поворотов потока (на единицу меньше числа перегородок)

 

Градиент скорости перемешивания в перегородочной камере (50-60с^-1)

- скорость движения воды в коридоре

- скорость движения воды на повороте

 

Вихревая камера хлопьеобразования

Выполняется в виде прямоугольного железобетонного резервуара с коническим или пирамидальным днищем.

Камеру встраивают в радиальный или горизонтальный отстойник.

Перемешивание воды в камере происходит при её движении снизу вверх в результате снижения скорости движения (от 0,8-1,2 до 0,004-0,005 ) за счет резкого увеличения площади поперечного сечения.

Время пребывания воды в камере от 6 (мутные) до 12 мин (цветные).

Скорость движения воды из камеры в отстойник не более 0,05 для цветных вод и 0,2 для мутных.

Для интенсификации работы камеры в её верхней части размещают тонкослойные модули.

Вихревая камера хлопьеобразования совмещённая с отстойником.

 

 

1 – отвод осветлённой воды

2- горизонтальный отстойник

3 – лотки децентрализованного отбора осветлённой воды

4 – зона осветления воды

5 – тонкослойные модули

6 – лотки для сбора и осветления воды

7 – вихревая камера хлопьеобразования

8 – ввод воды

9 – перфорированные трубы для сбора и удаления осадка

 

Выполняется камера хлопьеобразования в виде прямоугольного в плане железобетонного резервуара с коническим или пирамидальным днищем.

Угол между наклонными стенками в зависимости от Н камеры .

При движении воды снизу вверх с уменьшающейся скоростью боковые её слои подсасываются в основной поток, распространяющейся одновременно во все стороны. В результате этого в камере происходит перемешивание и укрупнение хлопьев.

Скорость движения воды от камеры хлопьеобразования до отстойника в лотках:

0,05 для цветных;

0,1 для мутных вод.

 

Встроенная камера хлопьеобразования.

Слой взвешенного осадка (ВВ=50-250 мг/л) (ВВ 250 мг/л)

Обрабатываемая вода по площади камеры распределяется перфорированными каналами или трубами.

 

1 – распределительная труба

2 – отстойник

3 – камера хлопьеобразования

4 – задвижки

5 – затопленный водослив

6 – отбойная стенка

Скорость воды на водосливе

Вертикальные камеры проще при расчёте и проектировании.

Габариты камеры определяются исходя из производительности станции Q и скорости течения воды в камере .

Градиент скорости определяется аналогично градиенту в водоворотной камере.

G= 50….60

Камера хлопьеобразования зашламлённого типа (М 1500 мг/л) стр. 417 рис.16 (б)

 

Механические камеры хлопьеобразования.

В механических камерах хлопьеобразования плавное перемешивание воды для завершения процесса коагуляции осуществляется пропеллерными или лопастными мешалками, размещёнными на горизонтальных или вертикальных осях.

 

	План
Разрез

 

Скорость движения воды

мин

Эти камеры устраивают в виде железобетонного резервуара с 2-5 парами мешалок, часто их совмещают с горизонтальными отстойниками.

 

Преимущества:

1. Меньшая потеря напора

2. Простота конструкции

3. Возможность регулирования условий перемешивания

4. Возможность последовательной работы нескольких камер

 

Недостатки:

1. Дополнительный расход энергии

2. Высокие требования к материалам (химически стойкие).

 

Расчёт механической камеры хлопьеобразования.

- коэффициент использования объема

- высота воды в камере

- число осей мешалки

- расстояние между мешалками

Скорость вращения мешалок

Градиент скорости

- частота вращения мешалок

N – начальная мощность затрачиваемая на вращение мешалок

Следует принимать не менее трёх секций камеры с зигзагообразной траекторией движения потока

Структура градиента скорости должна быть убывающей по ходу от 100 до 25-50 в последней секции

 

Аэрофлокуляторы – камеры хлопьеобразования барботажного типа

 

1 – подача воды и реагента

2 – горизонтальный отстойник

3 – камера флокулятора

4 – подача воздуха

5 – воздухораспределительная труба

6 – водораспределительные перфорированные трубы

Перемешивание осуществляется воздухом за счёт перепада давления .

Процессы протекающие в камере:

1. выделение избыточного

2. перемешивание воды пузырьками воздуха

3. окисление органических примесей кислородом воздуха

4. формирование зародышей твердой фазы на поверхности газовых пузырьков

Интенсивность перемешивания 0,15-0,25

Преимущества:

1. высокий и стабильный эффект водообработки.

2. возможность регулирования интенсивности хлопьеобразования за счёт расхода воздуха

3. возможность регулирования числа пузырьков по площади камеры

4. скорость движения пузырьков постоянна при H=2-4 м

5. пузырьки воздуха создают перемешивание впереди себя за счёт вытеснения воздуха из объёма

6. каждый пузырёк в зоне своего движения создаёт локальную турбулентность, которая определяется его диаметром и расстоянием между ними по вертикали и горизонтали .

7. минимальные энергозатраты

 

Расчёт:

Время пребывания 6-12 мин

Высота слоя воды м

- давление атмосферное,Па

- расход воды,

- глубина слоя воды,м

Н – высота столба перемешиваемой жидкости

- давления над жидкостью

- масса поглощённого кислорода

- концентрация кислорода в среде в начальный момент.

Коэффициент объёмного использования возрастает в 1,5- 2 раза по сравнению с камерой гидравлического типа.

Производительность горизонтальных отстойников возрастает в 1,5- 2 раза.

Использование камер хлопьеобразования для обработки вод

1. Высокомутные воды, мг/л

Зашламлённого типа, механического типа, аэрофлокуляторы

2. Средняя мутность М и цветность Ц

Зашламлённого типа

Камеры с центральной галереей

3. Маломутные и цветные Ц

Осветлитель со взвешенным слоем осадка (псевдоожиженый слой)

Рециркуляция осадка