Двухступенчатая схема очистки воды на К-6

В декабре 2010 года на ЮВС был введен в эксплуатацию новый комплекс очистки питьевой воды (К-6) производительностью 350 тыс.м³/сут. Вода на нем очищается по двухступенчатой схеме. Впервые на сооружениях водоподготовки г.Санкт-Петербурга используется озон перед первичным осветлением, а также реализован процесс обработки промывной воды и обработки осадка.

Комплекс К-6 включает в себя три блока («А», «В», «С»):

§ Основной блок очистки («А»);

§ Блок («В») обработки промывной воды и реагентное хозяйство;

§ Блок («С») обработки осадка.

Основной блок очистки («А») включает:

Блок осветления;

Галерею фильтров;

Служебный блок.

Блок осветления включает в себя следующие основные компоненты:

· Подвод сырой воды по соответствующим трубопроводам;

· Камеру распределения сырой воды, разделенную на две отдельные ячейки, четыре распределительные камеры (каждая для своей технологической линии) и предохранительный переливной водослив;

· Камеры предварительного озонирования;

· Гидравлический скоростной смеситель;

· Аппарат скоростного смешивания с лопастной мешалкой;

· Три камеры флокуляции с вертикальными лопастными мешалками;

· Полочные осветлители (отстойники);

· Гидравлические соединительные линии (трубопроводы, каналы с соответствующими задвижками и шлюзовыми затворами);

Галерея фильтровсостоит из 20 фильтров.

Служебный блоквключает:

резервуар промывной воды;

насосную станцию для промывки фильтров;

воздуходувки для воздушной продувки фильтров;

генераторы и деструкторы озона;

трансформаторную подстанцию;

местный диспетчерский пункт (МДП);

насосную станцию технической воды.

Блок (В) обработки промывной водывключает:

§ Компенсационный резервуар для отработанной промывной воды;

§ Насосную станцию отработанной промывной воды;

§ Технологическую линию очистки отработанной промывной воды, включающую камеру флокуляции и полочный осветлитель;

§ Резервуар обработанной промывной воды;

§ Насосную станцию обработанной промывной воды.

В этом же здании находится реагентное хозяйство, включающее помещения для приготовления, хранения и дозирования химических реагентов: гипохлорита натрия, сульфата аммония, сульфата алюминия, флокулянта. Централизовано коагулянт завозится на ЮВС, а затем по системе трубопроводов поступает на блок «В». С завода гипохлорита натрия по системе трубопроводов гипохлорит натрия поступает в 2 емкости блока «В», сульфат аммония - аналогично поступает по системе трубопроводов в 2 емкости блока «В».

Блок («С») обработки осадка включает системы кондиционирования, транспортировки осадка, вторичные уплотнители осадка, центрифуги для обезвоживания осадка, устройства транспортирования шламового кека, а также установки для приготовления флокулянта.

Рис.15 Гидравлический профиль комплекса К-6

Рис. 15. Гидравлический профиль комплекса К-6

Рис.16 Основной экран управления комплексом К-6

Рассмотрим основные процессы очистки воды, реализованные на К-6.

Распределительная камера сырой воды (рис.15, А) равномерно распределяет всю поступающую сырую воду (с 1-го подъема по водоводам №5 и №6), очищенную воду от промывки фильтров и охлаждающую воду для генераторов озона между четырьмя отдельными технологическими линиями в блоке осветления. Каждая из линий очистки в блоке осветления содержит следующие компоненты:

§ Установку предварительного озонирования;

§ Высокоскоростной гидравлический смеситель (смесительный водослив);

§ Камеру скоростного смешения;

§ Камеры флокуляции;

§ Полочные осветлители с уплотнителями осадка;

§ Соответствующие соединительные трубопроводы, переливные пороги, проемы, коллекторы.

Предварительное озонирование

Коагуляция

Коагуляция осуществляется с помощью скоростных гидравлических смесителей, состоящих из двух параллельных смесительных порогов (водосливов) (рис.15, D,E). В качестве коагулянта используется сульфат алюминия, который вводится по всей длине порога и смешивается с водой, поступающей из камеры предварительного озонирования. Сильная турбулентность, создаваемая смесительным порогом (гидравлическим прыжком), способствует эффективному смешиванию. Далее вода поступает в камеру скоростного смешения, где скоростная мешалка 4534 PURAC (рис.15, F) ускоряет процесс коагуляции.

Рис. 19 Экранная форма управления процессом приготовления и дозирования

коагулянта (К-6)

Флокуляция

Процесс флокуляции разделен на три стадии, причем при переходе к каждой последующей стадии подвод энергии, которую сообщают воде вертикальные лопастные мешалки низкой турбулентности, последовательно снижается (рис.20). После смешивания сырой воды с флокулянтом весь поток поступает в нижнюю часть первой флокуляционной камеры.

Рис. 20 Экранная форма управления процессом флокуляции (К-6)

На первой стадии флокуляции вода движется снизу вверх. В верхней части первой флокуляционной камеры поток разделяется на два равных потока, которые через подводный переливной порог поступают соответственно в две отдельные камеры второй стадии флокуляции (рис.15, G).

На второй стадии флокуляции поток воды направлен сверху вниз. Он покидает камеру второй стадии флокуляции в ее нижней части и поступает в камеру третьей стадии, где он снова движется снизу вверх. Каждая камера оборудована вертикальной пятилопастной мешалкой PURAC из нержавеющей стали, которая приводится в действие двигателем через регулируемый редуктор, что позволяет изменять частоту вращения. Из камеры третьей стадии флокуляции вода поступает непосредственно на вход полочного осветлителя.

Номинальная (проектная) гидравлическая нагрузка флокуляционных камер – 92 500м³/сут, максимальная – 115 625м³/сут.

Характеристики флокуляционных камер приведены в таблице 4.

Таблица 4

Осветление

Вода вместе с хлопьями, которые образовались в процессе флокуляции, через входные отверстия поступает в полочные осветлители (рис.15, H). Входной поток распределяется вдоль входного лотка с помощью входных сопел, расположенных в его нижней части. Эти сопла и каскад перегородок вдоль входного лотка способствуют равномерному распределению потока по его длине и, следовательно, одинаковую удельную нагрузку для всех пластинчатых панелей. Верхняя часть лотка, так называемый выходной желоб, собирает и передает осветленную воду в коллекторный канал осветленной воды, который сконструирован в конце выходных лотков и расположен перпендикулярно им (рис.21).

Вдоль верхнего края выходных лотков расположены на одинаковом расстоянии один от другого специально сконструированные регулируемые V-об-разные переливные пороги, где собираются водные потоки со всей поверхности осветлителя. Оседающие твердые частицы соскальзывают вдоль пластин вниз и равномерно собираются в нижней части осветлителя, откуда они должны периодически удаляться. Полочный осветлитель занимает площадь 17´17 метров.

Осветлитель объединен с уплотнителем осадка, который располагается под рядами пластинчатых панелей. Боковые и нижние поверхности уплотнителя осадка сконструированы таким образом, чтобы осадок собирался на дне. Для уплотнения и транспорта осадка к разгрузочной трубе, расположенной в центре резервуара, используется циркуляционный скребковый транспортер с приводом.

Осветленная вода из полочного осветлителя по коллекторному каналу осветленной воды подается для дальнейшей обработки (рис. 15, I,J) на вход фильтра.

Рис. 21 Устройство типового полочного осветлителя

Фильтрование

Входной канал фильтров (рис.15, К) разделен на два потока, каждый из которых снабжает водой по 10 фильтров. Камеры распределения потока, расположенные вдоль канала, оборудованы регулируемыми переливными порогами с острой кромкой, через которые подается вода на каждый фильтр в отдельности.

Для каждого фильтра (рис. 15, L) предполагается такая последовательность работы: нормальная работа (фильтрация) - подготовка к промывке – промывка - подготовка к нормальной работе.

Нижняя часть центрального канала фильтров выполняет роль желоба для ввода и равномерного распределения промывной воды и воздуха во время процессов обратной промывки и продувки (рис.22). Для продувки воздухом по всей длине желоба, по двум сторонам в направлении многоблочных дренажных отводов, просверлено 57 круглых отверстий Æ1,5² (Æ37,5 мм).

Рис. 22 Типовое устройство корпуса фильтра и центрального канала фильтра

Высокоплотная, компенсирующаяся закрытая дренажная система фильтров со сдвоенными параллельными промывными потоками и поперечной раздачей обеспечивает хорошее распределение воды и воздуха, как при параллельной, так и последовательной промывке фильтра водой и воздухом. Воздух для очистки фильтра равномерно распределяется по всей площади дна фильтра и вместе с водой образует эрлифт, который удаляет оставшиеся на фильтре твердые частицы. Это двойное воздействие придает промывке фильтрующей среды дополнительную интенсивность. Хорошая очистка всего объема фильтрующей среды является необходимым условием нормальной работы фильтра во всех режимах. Обратная промывка гравитационных фильтров необходима, чтобы удалить из фильтрующей среды твердые частицы, скопившиеся в процессе фильтрации. Восходящий поток воды или комбинированный поток воды и воздуха необходимы, чтобы перевести загрузку в псевдосжиженное состояние, при котором облегчается промывка. Эффективность такой промывки доказывается достигаемой чистотой фильтрующей среды.

Преимущества закрытой дренажной системы:

§ Длительный срок службы при умеренном обслуживании, отсутствии движущихся частей и коррозирующих материалов;

§ Равномерное распределение воздуха и воды по всему объему фильтрующей загрузки, результатом чего является высокая эффективность очистки при отсутствии мертвых зон. Также исключены образование комков грязи и поломки фильтра.

§ Низкие потери напора;

§ Нет необходимости в поддерживающем слое гравия.

Загрузка фильтра состоит из двух фильтрующих слоев: слоя песка, уложенного на описанную многоблочную дренажную систему фильтра, и слоя гранулированного активированного угля (ГАУ), уложенного сверху на слой песка. Обычно более грубодисперсный и менее плотный ГАУ укладывается сверху, на слой более мелкого и плотного песка. Основные характеристики фильтрующей среды приведены в таблице 5. Скорость фильтрации на скорых фильтрах К-6 составляет 7,3-10,1 м/ч, что в 1,5 раза выше показателей на ФОС и в 2 раза на БКО.

Фильтрованная вода через выпускные трубы фильтров поступает в выходные камеры фильтров и оттуда через выходные переливные пороги – в канал фильтрованной/очищенной воды (рис.15, М). Этот канал передает фильтрованную воду из нового технологического блока в трубопроводы очищенной воды, по которым она далее поступает в существующие резервуары чистой воды.

Рис. 23 Экранная форма управления процессом фильтрации (К-6)

Таблица 5

Промывка фильтров

Когда в процессе фильтрации гидравлическое сопротивление фильтра достигает максимально допустимого значения либо показатели качества фильтрованной воды опускаются ниже установленного стандартом, необходимо произвести очистку фильтра, чтобы восстановить его производительность и/или улучшить качество фильтрованной воды. Эффективная очистка фильтра осуществляется путем изменения направления потока воды на обратное направление, при этом промывная вода подводится с противоположной стороны фильтрующей среды со скоростью, многократно превышающей нормальную скорость фильтрации. Поток промывной воды при движении снизу вверх захватывает частицы загрязнений, отложившиеся в порах фильтрующего материала, и выводят их через лотки, патрубки и каналы, предусмотренные для отработанной промывной воды.

В процессе промывки решаются две основные задачи:

1. Удаление загрязнений, прилипших к поверхности зерен фильтрующего материала;

2. Разрыхление слоя фильтрующего материала и, соответственно, увеличение расстояние между зернами, что облегчает вывод отделившихся загрязнений с промывной водой.

При помощи одного только сдвигового воздействия редко удается хорошо очистить фильтрующее вещество. Для повышения эффективности этого процесса применяется взрыхление засыпки, для чего увеличивают скорость потока воды или применяют обратную промывку водой с воздухом. В этих целях используют 2 воздуходувки Triflow (TF270-802). В качестве критерия эффективной промывки двухслойного фильтра в данном проекте принято разрыхление фильтрующего вещества на 25-30 % во всем интервале температур сырой воды. Эта величина получена в результате экспериментов и на основании опыта эксплуатации водоочистных сооружений с аналогичными характеристиками, а также на основе рекомендаций производителей фильтров.

Промывная вода нагнетается из резервуара промывной воды (V = 600 м³) (рис.15, P) посредством промывного насоса (еще один насос - резервный), оборудованного приводами с регулируемой частотой вращения, что позволяет установить любую требуемую в данных условиях эксплуатации скорость промывки. Рабочее давление при промывке фильтров на К-6 – 5-10 м, что в 1,5-2 раза ниже, чем при промывке фильтров ФОС и в 2-4 раза ниже, чем фильтров БКО.

Рис. 24 Экранная форма управления дозирования сульфата аммония и гипохлорита (К-6)

Аммонирование

В блоке «В» имеется станция дозирования сульфата аммония. Подача реагента на нее осуществляется из емкостей хранения сульфата аммония, размещенных в здании реагентного хозяйства ЮВС. Аммонирование осуществляется путем ввода сульфата аммония в 2 водовода питьевой воды на выходе блока «А» комплекса К-6. Подача реагента осуществляется 2-мя насосами-дозаторами из 2-х расходных емкостей (по 2 м³ каждая).