1.5: Осадження

Last updated
Save as PDF

Page ID: 105292

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Після цієї глави ви зможете визначити та пояснити:

процес осідання
Зони відстійного басейну
Види відстійників
Математичні задачі швидкості
Час затримання

Осадження є 3-м етапом у звичайному процесі обробки. Вона виникає після коагуляції і флокуляції і перед фільтрацією. Осадження видаляє зважені тверді речовини з використанням сили тяжіння шляхом уповільнення потоку води вниз, щоб матеріал осідав. Осаджувані тверді речовини падають на дно відстійника, зменшуючи навантаження на процес фільтрації. Осадовий басейн діє як озеро в тому сенсі, що дозволяє частинкам осідати природним шляхом. Більш глибокі озера мають набагато більш якісну воду, що надходить на очисні споруди, оскільки вода здатна «осідати» протягом більш тривалого періоду часу. Очисні споруди, які використовують імпортну воду з джерел вищої каламутності, можуть знадобитися використовувати звичайну обробку з відстоюванням для ефективного очищення.

Цикл очищення води — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зображення очищення води EPA знаходиться у відкритому доступі

Фактори, що впливають на відкладення

Кілька факторів можуть впливати на процес осідання, включаючи фізичні та екологічні умови. Підвищена попередня обробка може знадобитися при наявності несприятливих умов. Фактори, що впливають на процес осідання, включають форму і розмір частинок, щільність частинок, температуру води, заряд частинок, розчинені речовини у воді, вплив на навколишнє середовище та характеристики басейну.

Як обговорювалося в попередньому розділі, більш дрібні частинки не осідають легко, і їх розмір повинен бути збільшений за допомогою коагуляції та флокуляції. Створювані більші, щільніші частинки називаються флоком. Частинки більше 0,1 міліметра осідуть в процесі осідання. Форма частинок також є врахуванням. Більш гладкі частинки з менш зубчастими краями осідають швидше і легше.

Зниження температури призведе до зниження швидкості осідання. Швидкість осідання або швидкість знижується, коли температура води стає більш холодною. Хімічні норми дозування повинні бути скориговані в більш холодні періоди року або нижчі потоки необхідні в басейни флокуляції.

Існує три типи течій, поверхневі, щільні та вихрові, знайдені в басейні відстійників. Поверхневі струми викликаються вітром, тоді як струми щільності викликані перепадами температур та концентрацією твердих речовин. Вихрові струми обумовлені припливом і стічним потоком води в осадочному басейні. Струми можуть бути корисними, оскільки вони можуть допомогти сприяти будівництву флока, але вони також можуть спричинити нерівномірне виділення твердих речовин у всьому басейні відстійника, що знижує ефективність.

Зони осідання

Чотири зони басейну відстійника включають:

Зона впуску: Де вода безперешкодно надходить з басейну флокуляції. Вода розподіляється рівномірно по всьому басейну відстійника, щоб запобігти короткому замиканню. Коротке замикання відбувається, коли вода, що надходить в резервуар для обробки або басейну, швидко переходить від припливу до стоків, зменшуючи час затримання води в даному процесі.
Зона відстоювання: є найбільшою частиною відстійного басейну. Вода буде залишатися тут непорушеною протягом трьох і більше годин, поки частинки осідуть на дно.
Зона мулу: Розташована на дні зони відстоювання. Саме там збираються осілі частинки у вигляді мулу. Швидкості на дні зони мулу повинні бути зведені до мінімуму, щоб запобігти повторному суспензії твердих речовин.
Зона виходу: Місце, де вода безперешкодно потрапляє в канал або трубопровід. Мийки, також відомі як жолоби для стічних вод, використовуються для збору освітленої або відстояної води.

Чотири зони відстійника — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Зображення COC OER ліцензовано відповідно до CC BY

Види відстійних басейнів

Існує кілька різних типів конструкцій басейнів, доступних для інженерів та планувальників при будівництві споруди очищення води. Прямокутні басейни зазвичай зустрічаються на великих водних об'єктах через їх передбачувану обробку та високу толерантність до каламутності, кольору та водоростей. Вони економічно ефективні, вимагають меншого обслуговування та мають менше проблем із коротким замиканням. На малюнку вище представлені різні зони відстійника є прикладом прямокутного відстійника.

Круглі і квадратні басейни використовуються в приміщеннях, де простір обмежений. Їх іноді називають освітлювачами і схильні до короткого замикання в кутах. Кругова різновид також може включати освітлювачі з висхідним потоком або освітлювачі, що контактують з твердими речовинами У цих типах освітлювачів процес коагуляції, флокуляції та осідання відбувається в одному басейні або освітлювачі.

t210_1_023i.tif.jpg — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Типові відстійники: (а) прямокутний горизонтальний резервуар потоку; (б) круговий, радіальний резервуар; (c) резервуар з бункерним дном, висхідний потік - Зображення Відкритого університету ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA

Час затримання

Час затримання - це кількість часу, який потрібен воді для подорожі через резервуар або відстійник. Його також називають часом утримання. Ви почуєте, як деякі оператори використовують терміни КТ та час контакту взаємозамінно, але це неправильно. Термін КТ буде розглянуто більш детально в главі 7. Час затримання може бути використаний для вирішення рівнянь часу і потоку. Формули для обох типів рівнянь наведені нижче:

Час затримання (години) = обсяг gal ((24 години/день)) /потік гал/день

Потік, гал/день = Обсяг ((24 години/день)) /Час затримання, годин

Нагадування: Круговий розрахунок об'єму (.785) (D ft) ² (Глибина футів)

Розрахунок прямокутного об'єму: (L ft) (W ft) (D ft)

Відповіді будуть у кубічних футах, тому вони будуть помножені на 7,48 гал/фут ³, щоб перетворити на галони.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Прямокутний відстійник довжиною 80 футів і шириною 25 футів і глибиною 25 футів. Витрата на добу становить 2,0 МГД. Який час затримання в годинами?

Рішення

Крок перший: розрахуйте обсяг басейну (80 футів) (25 футів) (25 футів) (7,48 гал/кубічний фут) = 374,000 галонів

Крок другий: DT = (374,000 галів х 24 години) /2,000,000 галів в день

Крок третій: Час затримання = 4,5 години

* Примітка: більш складні проблеми змусять вас вирішувати годинами і хвилинами. Майте це на увазі для майбутніх математичних рівнянь, які запитують додаткову інформацію.

0,5 години/1 х 60 хв/1 година = 30 хв

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Круглий таз діаметром 100 футів. Басейн глибиною 25 футів і має час затримки 4 години. Який витрата в день?

Рішення

Крок перший: Обчисліть об'єм 785 (100 футів) ² (25 футів) (7,48 гал/кубічний фут) = 1 467 950 галон

Крок другий: Потік = (1,467,950 гал х 24 години) /4 години

Крок третій: Відповідь 8,807,700 розділити на 1,000,000, щоб отримати 8.807 або 8.8 MGD

Обробка та видалення шламу

Шлам, який збирається на дні відстійника, повинен час від часу видалятися з кількох причин. Як обговорювалося раніше в розділі, мул може стати повторно підвішеним після осідання, створюючи більше навантаження на фільтр нижче за течією. Далі накопичення мулу може призвести до того, що джерело води стане септиком. При такому розкладі мікробіологічне зростання відбувається при виснаженні запасів кисню. Септичні умови можуть спричинити проблеми зі смаком та запахом у очищеній воді, а також потребують більшої кількості хлору під час процесу дезінфекції. Нарешті, більше мулу, який накопичується, призводить до зменшення часу затримання, оскільки є менше площі для подорожі води і для твердих речовин, щоб осісти.

Більшим заводам доведеться видаляти мул з більшою швидкістю та за сприяння обладнання для видалення мулу. Менші заводи можуть видаляти мул вручну за допомогою портативних санітарних насосів та ракелів та шлангів для повного очищення. Кількість часу між очищеннями може змінюватися залежно від якості джерела води та кількості води, що обробляється. Отже, зупинки для очищення мулу будуть різко відрізнятися від очисних споруд до очисних споруд.

Обладнання для видалення шламу включає механічні граблі, перетягувальні ланцюги і польоти, а також пересувні мости. Ланцюгова і льотна система використовується в прямокутних басейнів. Ланцюг з прикріпленими скребками переміщається по дну басейну, збираючи мул і переміщаючи його в відстійник. Ця система працює добре, але має кілька рухомих частин. Додатково таз необхідно зневоднювати для виконання технічного обслуговування. Система пересувних мостів також використовується в прямокутному басейні. Він подорожує по всій довжині басейну. На дно системи кріпиться насос і відкачується мул в жолоб трохи нижче верхньої частини відстійника. Мостова система легше виконувати технічне обслуговування, оскільки деталі можна видалити з басейну; отже, зневоднення всього басейну не потрібно. Нарешті, механічні граблі використовуються в прямокутних або круглих басейнів. Граблі охоплюють всю довжину тазику при обертанні навколо басейну. Шлам переміщується в жолоб, який може бути відкачаний або переміщений самопливом в резервуар для збору мулу.

t210_1_025i.tif.jpg — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Зображення Відкритого університету ліцензовано відповідно до CC BY-NC-SA

t210_1_020i.tif.jpg — Малюнок\(\PageIndex{5}\): Зображення Відкритого університету ліцензовано відповідно до CC BY-NC-SA

Огляд та щоденна робота відстійних басейнів

У огляді мета осідання полягає в тому, щоб дозволити зваженим твердим речовинам осідати через фізичний процес гравітації. Потік води сповільнюється, щоб відбулося осідання. Під час процесу осадження може видалити 95% або більше від загальної кількості операторів твердого матеріалу, який видаляють протягом усього процесу очищення води.

Водоочисні споруди з низькою каламутністю або менше 10 одиниць каламутності можуть вважати пряму фільтрацію або освітлення більш економічно ефективним процесом. Повторювана тема, яку слід зазначити у всьому тексті, є той факт, що всі очисні споруди різні, і фактор, який диктує рослинні процеси, включаючи будівництво об'єкта та щоденну експлуатацію, є джерельна вода.

Характеристики осідання підвішеного матеріалу диктують, наскільки добре виконує осадження. Швидкість потоку через відстійник забезпечує продуктивність, а також контроль мулу. Високі витрати змушують тверді речовини переноситися, а також можуть впливати на мул на дні басейну відстійника. Оператори повинні проводити регулярні випробування банок та лабораторні випробування, а також експлуатувати відстійники на основі проектованої ємності басейну, щоб забезпечити оптимальну продуктивність. Неправильна експлуатація відстійників призведе до збільшення навантаження на фільтри нижче за течією, що призведе до раннього промивання фільтрів, збільшення використання дезінфікуючих засобів і, можливо, порушень рівня.

Математика швидкості

Рух води, очевидно, важлива річ, щоб знати, якщо ви оператор очищення води. Вам знадобиться Алгебра для вирішення наступного набору математичних задач води, які матимуть два відомих значення та одне невідоме значення. Витрати можуть бути використані для визначення норм дозування, виявлення середньодобових показників, для зневоднення трубопроводів, для заповнення трубопроводів, а також для майбутнього планування розподілу та очисного обладнання.

Для вирішення проблеми протікання потрібен діаметр труби і швидкість руху води (або рідини) в трубі. Швидкість потоку виражається як обсяг протягом часу. Рівняння буде:

\[Q(Flow) = A(area) × V(velocity).\]

Проблема швидкості виникає, коли відомим значенням є діаметр труби і швидкість потоку труби.

\[V(Velocity) = Q(Flow) ÷ A(Area). \]

Нарешті, розмір труби використовується, коли відомим значенням є швидкість потоку труби і швидкість.

\[A(Area) = Q(Flow) ÷ V(Velocity).\]

Правильне використання розмірного аналізу має вирішальне значення при спробі вирішити рівняння швидкості. Ці типи проблем часто роблять кілька кроків, оскільки відповіді повинні бути перетворені у відповідні одиниці залежно від ситуації.

Приклад\(\PageIndex{3}\)

Трубопровід діаметром 18» і протікає зі швидкістю 125 футів на хвилину. Який потік в галоні в хвилину?

Рішення

Крок перший: Перетворення діаметра трубопроводу на ноги: 18 дюймів/ (12 дюймів/фут) = 1,5 футів

Крок другий: Q (потік) = (.785) (1,5 фута) 2 (125 футів. /хв)

Крок третій: 221 фут ³ в хвилину × 7.48 гал/фут ³ = 1651 gpm

Приклад\(\PageIndex{4}\)

Витрата труби становить 2000 галонів на хвилину. Діаметр труби 24». Яка швидкість руху труби в футах в хвилину?

Рішення

Крок перший: Перетворення одиниць 2,000 gpm ÷ 7.48 гал. /фут ³ = 267 футів ³ /хв. 24 дюйми ÷ 12 дюймів/фут = 2 фути

Крок другий: V (швидкість) = 267 футів ³ /хв ÷ 785 (2 фути.) ²

Крок третій: V = 85 футів в хвилину

Приклад\(\PageIndex{5}\)

Швидкість в трубопроводі становить 2 фути. /сек. і потік становить 3,000 г/хв. Який діаметр труби в дюймах?

Рішення

Крок перший: Перетворіть потік, щоб відповідати одиницям вимірювання швидкості: 3,000 гал/хв х 1 хв/60 сек х 1 фут ³/7,48 гал = 6,68 ft³/сек

Крок другий: Площа = 6,68 футів ³/сек ÷ 2 футів/сек = 3,3 фута

Крок третій: Перетворення футів в дюйми: 3,3 фута/1 × 12 дюймів/1 фут = 40 дюймів

Огляд глави

Процес лікування, який включає коагуляцію, флокуляцію, осідання та фільтрацію, відомий як ___________.
1. Пряма фільтрація
2. Повільна фільтрація піску
3. Звичайне лікування
4. фільтрація під тиском
Осадження утворює відходи, відомі як ___________.
1. Вода зворотного промивання
2. Шлам
3. Стічні води
4. Грязя
Який процес являє собою етап осідання?
1. Фізичні
2. Хімічна
3. Біологічні
4. Пряма
Водозливи на стоках відстійника ще називають ___________.
1. Стічні водозливи
2. спантеличує
3. Пральні
4. Спиці
Осадження застосовується на водоочисних спорудах до ___________.
1. Поселити патогенний матеріал
2. Дестабілізують частинки
3. Продезінфікувати воду
4. Зменшити навантаження на фільтри
Очищення - це термін, який описує умови в відстійнику, який ___________.
1. Може вплинути на решту процесу лікування
2. Більш високі витрати в зоні мулу
3. Повторно призупиняє відстій мулу
4. Все вищесказане
Чотири зони в басейні відстійників включають ___________.
1. Вхід, осідання, мул, вихід
2. Вхід, фільтр, відходи, вихід
3. Впускний, верхній, нижній, вихідний
4. Поверхня, осідання, мул, вихід
Коротке замикання в відстійнику може бути викликано ___________.
1. Поверхневий вітер
2. Неефективне розміщення водозливу, або водозливи, покриті водоростями
3. Погане збентеження в зоні впуску осідання
4. Все вищесказане
Скільки твердих речовин слід видалити під час відстоювання?
1. 95% і більше
2. 80-95%
3. 70-80%
4. 60-70%
Тип басейну, що включає коагуляцію і флокуляцію, - ___________.
1. Прямокутна
2. Трикутний
3. Вгору потік
4. Жодне з перерахованих вище