В книге приведены числовые примеры расчёта сооружений для очистки питьевой и технической воды, сопровождаемые необходимыми схемами и чертежами. Материал отражает современные научно-технические достижения в области очистки воды. В связи с этим в книге помещены рассчеты осветителей разных типов, новой аппаратуры для обеззараживания воды бактерицидным излучением, установок для озонирования воды и т.д.

Приведены данные о применении полиакриламида, об устройствах для мокрого хранения реагентов, о радиальных отстойниках для первичного осветления высокомутных вод. Предложен утончённый расчёт устройств для отвода воды при промывке фильтров и рассмотрена схема повторного использования промывных вод. Большое внимание уделено результатам исследований по теоретическим основам осаждения взвеси и процесса фильтрования.

Рассмотрены некоторые типы установок для опреснения и обессоливания воды и их расчёт. Приведены схемы и расчёты обесфторивающих и фтораторных установок. Учебное пособие предназначено для студентов инженерно-строительных факультетов, специализирующихся по водоснабжению, а также может быть полезным для инженеров и техников, работающих в области очистки воды.

Предисловие

Глава 1. Требования, предъявляемые к качеству питьевой и технической воды, и ее анализы
Требования, предъявляемые к качеству питьевой воды
Требования, предъявляемые к качеству технической воды
Требования, предъявляемые к качеству воды для производственных нужд строительства
Анализ воды

Глава 2. Определение состава сооружений для очистки воды и расчеты, связанные с их компоновкой
Состав очистных сооружений
Составление высотной схемы
Подбор скоростей движения воды в трубах и каналах сооружений
Определение производительности очистной станции
Основные положения компоновки станций

Глава 3. Расчет устройств для приготовления и дозирования раствора реагентов
Общие сведения о реагентах
Применение полиакриламида для интенсификации процессов осветления и обесцвечивания воды
Установка для растворения коагулянта сжатым воздухом
Приготовление известкового молока
Склады реагентов
Сооружения для мокрого хранения реагентов
Дозирование растворов реагентов

Глава 4. Расчет смесителей и камер хлопьеобразования
Смесители
Камеры хлопьеобразования

Глава 5. Расчет отстойников
Краткие сведения о теоретических основах осаждения взвеси
Отстойники

Глава 6. Расчет осветлителей со взвешенным осадком
Общие данные об осветлителях со взвешенным осадком
Расчет коридорного осветлителя с вертикальным осадкоуплотнителем
Расчет осветлителя с коническим днищем и с поддонным осадкоуплотнителем (системы ВНИИ ВОДГЕО)

Глава 7. Расчет скорых фильтров
Краткие сведения о фильтрах
Основные теоретические положения процесса фильтрования
Скорые безнапорные фильтры с кварцевой и двухслойной загрузкой
Устройства для верхней промывки фильтров
Использование воды от промывки фильтров
Песковое хозяйство
Скорые двухпоточные фильтры (фильтры АКХ)
Контактные осветлители
Напорные фильтры
Сверхскоростные фильтры системы Г. Н. Никифорова

Глава 8. Расчет установок для обеззараживания воды
Основные данные о химизме и методах обеззараживания воды хлором
Расчет хлораторной установки для дозирования жидкого хлора
Расчет установки для перелива и розлива жидкого хлора
Обеззараживание воды бактерицидными лучами
Расчет установок для обеззараживания воды бактерицидным излучением
Озонирование воды
Расчет озонирующей установки

Глава 9. Расчет сооружений для умягчения воды
Общие сведения об умягчении воды
Расчет установки для реагентного умягчения воды
Расчет установки для реагентного умягчения воды с вихревыми реакторами
Расчет установок для Na-катионирования воды
Расчет установки для Н — Na-катионирования воды

Глава 10. Расчет установок для обессоливания и опреснения воды
Основные способы удаления солей из воды
Выбор способа опреснения и обессоливания воды
Расчет ионитовой установки
Расчет регенерационного хозяйства ионитовой установки
Опреснение воды на электродиализной установке
Расчет электродиализной опреснительной установки
Опреснение воды гиперфильтрацией
Обессоливание воды с изменением ее агрегатного состояния

Глава 11. Расчет установок для удаления из воды свободной углекислоты
Определение содержания в воде свободной углекислоты
Способы удаления из воды свободной углекислоты

Глава 12. Расчет установок для обезжелезивания воды
Основные сведения об обезжелезивании воды
Расчет установки для обезжелезивания воды аэрацией
Расчет установки для реагентного обезжелезивания воды

Глава 13. Расчет обесфторивающих и фтораторных установок
Очистка воды от фтора
Фторирование воды

Литература

Предисловие

Огромные объемы работ, выполненные в нашей стране за время Советской власти, позволили значительно увеличить количество и мощность городских водопроводов. За период 1917-1970 гг., суммарная подача воды в городах и рабочих поселках СССР увеличилась почти в 50 раз, т.е. количество воды, которое было подано за весь 1917 г., стало подаваться за неделю.

Увеличение количество коммунальных водопроводов происходило в условиях исключительно высокого прироста городского населения. По сравнению с 1913 г. население городов СССР (включая рабочие поселки) возросло с 28,5 до 136 млн. человек, или в 4,8 раза. Однако темп роста подачи воды все время обгонял темпы роста городского населения. Благодаря этому резко возросло и среднее потребление воды на душу населения — с 30 до 270 л.

ЦК КПСС и Совет Министров СССР в июне 1969 г. приняли постановление «О мерах по улучшению качества жилищно-гражданского строительства». В этом постановлении было намечено значительное повышение уровня бытовых условий и комфортности жилого фонда, составлявшего к началу 1969 г. 1,4 млрд. м². Только за период 1959-1968 гг. в 1400 городах и поселках СССР были проложены водопроводы. Для обеспечения высокого качества подаваемой питьевой воды городские водопроводы располагали очистными станциями, которые подвергали исходную воду всесторонней обработке: устраняли мутность и цветность воды и производили ее обеззараживание; в необходимых случаях снижали жесткость воды и содержание растворенного железа. Ликвидировали привкусы и запахи воды и т.д.

Значительные масштабы водоснабжения и все возрастающие требования к качеству подаваемой воды доставили перед советской наукой и техникой ряд неотложных задач по повышению эффективности действия водопроводных сооружений. Над разрешением этих задач трудились ученые, инженеры, техники и передовые рабочие-новаторы.

При проектировании очистных сооружений необходимо знать требования, предъявляемые к качеству воды, которая подается различным потребителям. Для питьевых целей качество воды должно отвечать требованием ГОСТ 2874-54.

В принятом ЦК КПСС и Советом Министров СССР постановлении «О совершенствовании планирования капитального строительство и об усилении экономического стимулирования строительного производства» (июнь 1969 г.) отмечалось, что за периоде 1950 по 1968 г. в СССР построено свыше 12,5 тыс. крупных промышленных предприятий.

Промышленность Советского Союза использовала воду в весьма больших количествах на технологические нужды при различных производственных процессах. Особенно много воды требовалось для охлаждения действующих агрегатов (например, конденсаторов паровых турбин тепловых электростанций, холодильников доменных и мартеновских печей и т.д.). Воды должна быть освобождена от избытка взвешенных веществ, которые, осаждаясь, засоряют охлаждающие устройства, не должна содержать сероводорода и железа и ее карбонатная жестокость должна быть не выше 2-7 мг•экв/л.

Осуществление программы, принятой Пленумом ЦК КПСС в декабре 1963 г. по развитию мощной химической индустрии, в частности, по резкому увеличению производства минеральных удобрений и ядохимикатов, требовало создания крупных систем технического водоснабжения. Так, на 1т выпускаемой продукции расходуются следующие количества воды: при производстве серной кислоты до 90 м³, при производстве азотной кислоты до 250 м³, при производстве аммиака до 1050 м³.

Очистные сооружения должны обеспечить высокое качество обработки воды перед поступлением ее к холодильникам, скрубберам, а также для наполнения гидравлических затворов и других потребностей химических заводов.

Воду, подаваемую для некоторых производственных нужд, зачастую нужно подвергать такой же тщательной очистке, как и воду для питьевых целей (например, в пищевой промышленности). Нередко оказывается необходимой еще более глубокая обработка воды (например, для питания котельных установок, для технологических процессов вискозных фабрик, для изготовления люминофоров, полупроводников и т.д.). В таких случаях обязательно не только устранение мутности воды, но и резкое снижение содержания в ней солей кальция и магния, железа, а также двуокиси кремния, фосфорного ангидрида, кислорода и свободной углекислоты. Все это, конечно, усложняет процессы очистки воды.

Большое значение для повышения эффекта очистки воды представляют результаты научных исследований, проводимых советскими учеными в Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, во ВНИИ ВОДГЕО, в ИОНХ АН УССР и др.

В 1967 г. в СССР был завершен монтаж самого мощного в мире Серпуховского синхрофазотрона на 70 млрд. электроновольт, представляющего собой кольцеобразный туннель длиной 1,5 км. В нем размещено 120 электромагнитов и 54 ускоряющих станций, где пульсирующее электрическое поле придает дополнительное ускорение частицам — протонам. Обмотка магнитов нуждается в охлаждении, поэтому последние обмотаны не проволокой, а трубкой, по которой циркулирует вода. Однако вода, как движущийся проводник, искажаем магнитное поле, и ей нужно придать свойства изолятора. Но этому требованию обычная дистиллированная вода не отвечает; даже двойная и тройная дистилляция в данном случае недостаточна. Для подготовки «сверхдистиллированной» воды был создан специальный завод, откуда целая река такой воды подается насосами по трубопроводам, имеющим общую длину, которая измеряется сотнями километров.

В рассмотренном выше случае вода служит охлаждающим агентом для потребностей предприятий ядерной физики. В свою очередь ядерные установки также могут быть использованы для опреснения соленых вод, если применяется способ выпаривания последней с последующей конденсацией пара. Для выпаривания воды требуются большие затраты тепла, мощным источником которого являются ядерные реакторы атомной электростанции. Если применить установку с реактором на быстрых нейтронах тепловой мощностью 2,2 млн. квт с шестью турбогенераторами, то при расходе пара 480 т/ч турбина развивает мощность 85 тыс. квт, а суммарная мощность шести турбин составит 510 тыс. квт. Пар, получаемый на выхлопе из турбин с общим расходом 2150 т/ч, направляется на опреснительную установку. Такая комплексная схема обеспечивает годовую выработку электроэнергии, равную 3,5 • 10⁹ квт*ч, и одновременное опреснение 180 тыс. м³ соленой воды в сутки [Е.Д. Мальцев. Опреснение соленых вод. Атомиздат, 1965,].

Пресная вода, получаемая на установках, которые используют тепло ядерного реактора, не содержит радиоактивных веществ, так как в процессе опреснения она совершенно не соприкасается с активной зоной реактора.

Из изложенного выше следует, что к 1970 г. произошли значительные качественные изменения в области очистки воды.

В декабре 1970 г. Верховным Советом СССР были утверждены «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик» устанавливающие порядок водопользования, охраны вод и предупреждения их вредного воздействия, государственного учета и планирования использования вод, а также ответственности за нарушение водного 1 законодательства.

Это вызвало необходимость изменения норм и технических условий проектирования водоочистных сооружений.

В Строительных нормах и правилах СНиП 11-Г. 3-62 «Водоснабжение. Нормы проектирования» имеется раздел « Очистка воды и водоподготовка».

Эти нормы были пересмотрены с учетом отражения результатов ряда научных исследований, уже проверенных практикой, а также обобщения опыта проектирования, строительств и эксплуатации водоочистных сооружений.

В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971-1975 гг. указывалось на необходимость:

• завершить в основном обеспечение городского населения централизованным водоснабжением, построить за пятилетие водопроводы в 700 городах и рабочих поселках;
• усилить работы по улучшению санитарного состояния населенных пунктов и окружающей среды;
• продолжить работы по рациональному использованию и усилению охраны водных ресурсов страны; обеспечить ввод в действие водохозяйственных объектов, имея в виду улучшить водообеспечение городов, рабочих поселков и промышленных предприятий.

Изложенное выше побудило автора при выпуске 3-го издания книги «Очистка питьевой и технической воды» внести необходимые коррективы и дополнения.

Материал предлагаемой книги отражает современные научно-технические достижения в области очистки воды и дает возможность правильно выполнять гидравлические расчеты всех основных сооружений водоочистных станций. При конструировании установок и сооружений водоочистных станций следует пользоваться типовыми проектами, утвержденными Госстроем СССР Размеры зданий следует назначать в соответствии с величиной шага между колоннами и осями стен согласно действующим правилам по унификации производственных зданий.

Автор выражает искреннюю благодарность рецензенту — кафедре водоснабжения и канализации Горьковского инженерно-строительного института им. В.П. Чкалова за ценные предложения, сделанные при рецензировании рукописи, а также канд. техн. наук И.В. Кожинову, написавшему § 40 и главу X настоящей книги.