Самое простое и дешевое устройство для вывода и очистки отходов – отстойники для сточных вод. Они предназначены для того, чтобы тяжелые и труднорастворимые вещества осаждались на дно, а оставшаяся часть воды поступала в фильтры очистки и только затем в почву.
В настоящее время вопросы экологии занимают пристальное внимание общества. Поэтому очистка стоков важна не только на промышленных предприятиях, но и в частных домах. Бурное развитие химической промышленности, создание новых бытовых моющих веществ негативно влияют на состав сточных вод, в которых помимо вредных отходов находятся агрессивные вещества, способные отравить местность.
Процесс очищения сточных вод является комплексным мероприятием и состоит из следующих этапов:
- механическая очистка стоков;
- биологическое очищение с помощью бактерий;
- физико-химические работы по очистке;
- дезинфицирование сточных вод.
На первом этапе производится механическое отделение и сортировка стоков при помощи отстойников для очистки сточных вод. Этот процесс включает в себя различные устройства и приспособления:
- решетки и сито для крупных частей отходов;
- мембраны;
- песколовки;
- первичные отстойники;
- септики.
Септик — самый эффективный отстойник
|
Данный способ можно назвать – отстойник для механической очистки стоков и отходов. Самым эффективным устройством является септик, который используется на крупных предприятиях и в загородных домах и дачах.
Вторым этапом является биологическая очистка сточных вод. В бактериальной среде вредные органические соединения разлагаются на простые элементы и воду. То есть то, что мы называем вредными отходами, для микроорганизмов является питательной средой. Работа бактерий может быть:
- аэробной (с присутствием кислорода),
- анаэробной (без воздуха).
Если состав биологической среды приспособлен к работе с кислородом, то необходим приток воздуха.
Физико-химическая очистка предполагает следующие способы:
- хлорирование сточных вод;
- флотация;
- озонирование стоков.
Этот метод предполагает использование химических препаратов, которые вступают в реакцию с неорганическими веществами, образуя осадок. В зависимости от состава стоков могут добавляться окислители или щелочные растворы.
Технология очистки и обезвреживания сточных вод включает в себя на последнем этапе дезинфекцию. Для этого используется ультрафиолетовое излучение, которое уничтожает вредные микроорганизмы и бактерии .
Специалисты рекомендуют не выбирать один из способов очищения стоков, а использовать их в комплексе. Только при использовании всех способов достигается уровень очищения воды до 98%, то есть вода на выходе получается практически чистой и безвредной для человека и растений. Полученную воду можно использовать в дальнейшем для полива огорода, сада или других бытовых нужд в загородном доме.
Флотация сточных вод
Флотация сточных вод — это процесс, при котором происходит расщепление твердых частей отходов. Пузырьки воздуха или жира уносят с собой частицы, которые не смачиваются. То есть удаляются вещества из воды, которые находятся во взвешенном состоянии.
Для флотации используется специальное устройство, обладающее рядом достоинств:
- высокая надежность при нормальном уровне очищения;
- простота монтажа и малый вес;
- техническое обслуживание производится два раза в год;
- оптимальная стоимость изделия.
В этом устройстве сточная вода и струя воздуха подаются в одном направлении. Твердые частицы отходов, как бы прилипают к пузырькам воздуха и масел и выводятся вместе с ними.
Флотация бывает нескольких видов:
- напорная,
- импеллерная,
- с использованием пористых веществ.
Напорная флотация является наиболее простым способом очистки сточных вод. Вода под определенным давлением насыщается воздухом. При этом другие реагенты не присутствуют, и есть возможность изменять размер и количество пузырьков воздуха.
Импеллерная флотация применяется, как правило, на крупных предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности. В данном устройстве создаются потоки воздуха и воды турбулентного типа, и происходит полное разрушение хлопьевидных осадков отходов. Для достижения лучшего эффекта в этом методе добавляют активные реагенты.
А при использовании пористых материалов есть возможность получить пузырьки воздуха небольшого размера. Эффективность данного способа зависит от дополнительных растворов, которые в виде эмульсии удаляют из воды вредные вещества.
Осветление сточных вод является одним из этапов обезвреживания стоков. При этом способе повышается уровень прозрачности воды, путем удаления из нее взвешенных частиц отходов, которые обладают разной степенью дисперсности. Для уменьшения количества тонкорастворимых примесей используют обработку сточной воды коагулянтом.
Вышеперечисленные методы очистки сточных вод в большей степени удаляют вредные вещества. Однако, болезнетворные бактерии они удалить не могут. Поэтому на завершающем этапе проводится дезинфекция воды. И только после этого чистую воду можно выводить в грунт.
Устройства для сточных вод
Емкость для сточных вод может быть из разных материалов и различной конструкции:
- пластмассовый септик заводского производства, полностью готовый к использованию;
- септик из железобетонных колец или кирпича;
- металлический резервуар в виде цистерны или короба.
Септик из пластмассы состоит из двух частей: отстойника, который полностью герметичен, и переливного устройства с дополнительными фильтрами.
Однако, его стоимость относительно высока. Поэтому можно сделать септик своими руками из бетонных колец или кирпича.
Соединения колец и наружные стороны кирпичных стен следует дополнительно обработать цементным раствором и материалами, которые создадут необходимый уровень герметичности емкостей.
Твердые части отходов оседают на дно отстойника и со временем распадаются на простые вещества. Во время этого этапа очистки образуются газы, которые выводятся, в дальнейшем, через систему вентиляции септика. Поэтому при строительстве очистного сооружения необходимо предусмотреть место установки вентиляционной трубы.
Сейчас в продаже есть устройства, обеспечивающие полный комплекс очищения сточных вод. В их состав входят следующие элементы:
- отстойник для первичной очистки и осаждения твердых частей отходов;
- резервуар для биологической очистки стоков:
- дренажные трубы с комплектом принадлежностей для монтажа;
- насосы для сточных вод;
- трубы для аэрации (подачи воздуха) в емкости;
- геотекстиль;
- подготовленный щебень определенного размера для закрытия дренажных труб.
Отстаивание является наиболее простым и часто применяемым в практике способом выделения из сточных вод грубодисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность.
В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяется или в целях предварительной их обработки перед очисткой на других, более сложных сооружениях, или как способ окончательной очистки, если по местным условиям требуется выделить из сточных вод только нерастворенные (осаждающиеся или всплывающие) примеси.
В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они подразделяются на первичные и вторичные. Первичными называются отстойники перед сооружениями для биологической очистки сточных вод; вторичными - отстойники, устраиваемые для осветления сточных вод, прошедших биологическую очистку.
По режиму работы различают отстойники периодического действия, Или контактные, в которые сточная вода поступает периодически, причем отстаивание ее происходит в покое, и отстойники непрерывного действия, или проточные, в которых отстаивание происходит при медленном движении жидкости. В практике очистки сточных вод осаждение Взвешенных веществ производится чаще всего в проточных отстойниках.
Контактные отстойники применяют для обработки небольших объемов сточных вод.
По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные ; разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники. В горизонтальных отстойниках сточная вода движется горизонтально, в вертикальных - снизу вверх, а в радиальных - от центра к периферии.
К числу отстойников относят и так называемые осветлители. Одновременно с отстаиванием в этих сооружениях происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных веществ.
Содержание нерастворенных примесей (взвешенных веществ), выделяемых первичными отстойниками, зависит от начального содержания и от характеристики этих примесей (формы и размера их частиц, плотности, скорости их осаждения), а также от продолжительности отстаивания. Основная масса грубодисперсных взвешенных веществ выпадает в осадок в течение 1,5 ч (см. рис. 4.2). Скорость осаждения и полнота Выделения из воды тонкодисперсных частиц зависят от их способности К агломерации.
Допустимое остаточное содержание взвешенных веществ - вынос из первичных отстойников - устанавливается в зависимости от типа биологических окислителей для последующей очистки сточных вод. В соответствии с этим принимается продолжительность отстаивания.
Из отстойников перед биофильтрами и аэротенками на полную очистку не должно выноситься взвешенных веществ более 150 мг/л. Продолжительность отстаивания городских сточных вод в этом случае должна быть 1,5 ч.
Выбор типа, конструкции и числа отстойников должен производиться на основе технико-экономического их сравнения с учетом местных условий.
Вертикальные отстойники применяют обычно при низком уровне грунтовых вод и пропускной способности очистных сооружений до 10 000 м3/сутки. Горизонтальные и радиальные отстойники применяют независимо от уровня грунтовых вод при пропускной способности очистных сооружений свыше 15 000-20 000 м3/сутки. Радиальные отстойники с вращающимся распределительным устройством применяют на станциях пропускной способностью более 20 000 м3/сутки при исходной концентрации взвешенных веществ не более 500 мг/л.
Основными условиями эффективной работы отстойников являются: установление оптимальной гидравлической нагрузки на одно сооружение или секцию (для данных начальной и конечной концентраций сточной воды и природы взвешенных веществ); равномерное распределение сточной воды между отдельными сооружениями (секциями); своевременное удаление осадка и всплывающих веществ.
Эффект осаждения зависит от высоты слоя воды, в котором происходит отстаивание.
Глубина отстаивания Я в натурных сооружениях равна 2-4 м. В лабораторных условиях кинетика процесса отстаивания сточных вод обычно изучается при меньшей высоте слоя воды.
Госкомитетом по науке и технике и техническим советом стран-членов СЭВ принято, что для сравнения результатов исследований, выполненных разными авторами, эксперименты по отстаиванию взвешенных веществ в покое должны проводиться при высоте слоя жидкости H - = 500 мм, принимаемой за эталон.
Для агрегативно-устойчивых частиц принимается простое соотношение, позволяющее пересчитывать время Т, необходимое для получения заданного эффекта очистки в отстойниках, по результатам лабораторных исследований в цилиндрах эталонной высоты при продолжительности T :
TIH ~ tlh При Э - Const,
Где Я - высота воды в отстойнике, м; h- высота воды в цилиндре, м. Для агломерирующих взвешенных веществ, преобладающих в сточных водах, сохраняется пропорциональность продолжительности отстаивания высоте слоя, но эта зависимость не прямолинейна. В этом случае расчетная продолжительность отстаивания сточных вод в отстойнике Т глубиной Я может быть определена из продолжительности отстаивания их в лабораторных условиях T при высоте H по соотношению, предложенному Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова и Московским инженерно-строительным институтом им. В. В. Куйбышева, в следующем виде:
Т = t (H /h )n , (4.58)
Где п- показатель степени, отражающий влияние агломерации: для хорошо сформированных скоагулированных хлопьев в сточных водах п - 0,5; для сточных вод газоочисток га=0,45; для городских сточных вод при концентрации взвешенных веществ до 400 мг/л п= 0,25, с увеличением начальной концентрации п возрастает: например, при 600 мг/л п=0,3; для шахтных вод /г=0,35; для шерстомойных сточных вод « = 0,19...0,44 в зависимости от количества жира и ПАВ в сточной воде. Однако не для всех видов сточных вод имеются достаточно полные опытные данные, характеризующие осаждаемость взвешенных частиц.
В тех случаях, когда данные отсутствуют и не могут быть получены по каким-либо причинам экспериментальным путем, отстойники рассчитывают по имеющимся данным для близких по составу сточных вод или применяют другие способы расчета (например, по нагрузке сточных вод в м /м2 поверхности отстойника).
Исходными данными при расчете отстойников на любую степень полноты выделения из сточных вод нерастворимых примесей, независимо от их вида, является: 1) объем сточных вод и начальная концентрация в них взвешенных веществ Сь 2) допустимая конечная концентрация Сг взвешенных веществ в отстоенной воде, принимаемая в соответствии с санитарными нормами или обусловленная технологическими требованиями, как, например, при расчете первичных отстойников перед аэротенками на полную очистку и биофильтрами, когда С2 должна быть 100-150 мг/л; 3) условная гидравлическая крупность и0 частиц, которые требуется выделить из воды; высота столба воды H в лабораторном цилиндре, в котором производится технологический анализ (отстаивание) сточной воды; 4) показатель степени п, отражающий влияние агломерации взвешенных частиц при их осаждении.
Необходимый рабочий эффект осветления определяется из выражения
Cl~~Cz юо. (4.59)
Соответственно этому эффекту принимаются наименьшая скорость осаждения (гидравлическая крупность частиц) и0, мм/с (табл. 4.17), или продолжительность отстаивания (см. рис. 4.26), по которым определяются основные размеры первичных отстойников.
Эффект отстаивания сточных вод Э и происходящее при этом уплотнение осадка влияют на экономичность и устойчивость работы очистных сооружений, особенно при биологической очистке сточных вод.
Увеличение выноса взвешенных частиц из первичных отстойников приводит к увеличению объема избыточного активного ила в аэротенках. Влажность активного ила (99%) значительно превышает влажность осадка (93-95%) из первичных отстойников. Это вызывает необходимость увеличения вместимости илоуплотнителей и всех последующих сооружений для обработки избыточного активного ила.
В целях повышения эффективности работы отстойников, особенно при содержании в сточной воде взвешенных веществ более 300 мг/л, необходимо принимать дополнительные меры: а) добавлять к сточным водам химические реагенты - коагулянты, способствующие увеличению гидравлической крупности частиц примесей; б) добавлять хорошо оседающие взвешенные вещества, в частности, активный ил, выполняющий роль сорбента и биокоагулянта; в) предварительно аэрировать сточные воды, что способствует флокуляции (хлопьеобразованию и укрупнению) находящихся в сточной воде мельчайших нерастворенных примесей.
Химические реагенты применяют главным образом при очистке производственных сточных вод, биокоагуляцию и флокуляцию - при очистке бытовых сточных вод и их смесей с производственными водами.
1 - трубопровод для отвода сырого осадка и опорожнения; 2 и 4 - лотки площадью сечения соответственно 800X900 и 600X900 мм; 3 и 14 - дюкеры для подачи сырой сточной воды соответственно D =700 И D =1000 Мм; 5 -впускные отверстия; 6 -- скребковая тележка; 7 - жиросборный хоток, й = =400 мм; 8 - ребро водослива; 9 - фронтальная тележка; 10 - жиропровод, 5=200 мм 11 - самотечный трубопровод для отвода сырого осадка и жира для опорожнения. 12 -аварийный дюкер площадью сечеиия 1200X1200 мм; 13 - самотечный трубопровод для отвода сырого осадка и опорожнения, D - 200 мм; /5 -шиберы 400ХЬ00 мм; /б - дюкер для отвода осветленной воды, D =7 00 мм
Стицы uQ пбд действием СИЛЫ Тяжести и скорости горизонтального движения воды V Вдоль отстойника (рис. 4.28). Траектория движения частицы направлена здесь по равнодействующей этих двух скоростей.
При заданных величинах И, L и V можно найти такое значение скорости осаждения и0, при котором равнодействующая пройдет через наиболее удаленную точку дна отстойника г. В отстойнике будут задерживаться лишь взвешенные частицы, имеющие скорость осаждения которая является наименьшей для данного отстойника. Ее называют охватываемой скоростью, т. е. гидравлической крупностью тех наи-
Боле мелких взвешенных веществ, которые задерживаются отстойником указанной длины. Более мелкие частицы, скорость падения которых меньше и0, будут выноситься с водой.
Эффективность выпадения взвешенных веществ из сточной воды в первичных отстойниках характеризуется данными табл. 4.17.
Таблица 4.17 Эффективность выпадения взвешенных веществ из бытовых сточных вод в первичных отстойниках |
При проектировании первичных горизонтальных отстойников для бытовых и близких им по составу производственных сточных вод рекомендуется принимать расчетную глубину отстойной (проточной) части ~3 м (допускается 4 м), расчетную горизонтальную скорость потока V = 5...7 мм/с, длину отстойника L - VH / U 0 (здесь и0 - по табл. 4.17).
В табл> 4.18 даны размеры типовых горизонтальных первичных отстойников.
Таблица 4.18
Основные параметры горизонтальных первичных отстойников |
Высота борта отстойника над поверхностью воды обычно не превышает 0,4 м.
Между проточной и иловой частью отстойника предусматривается нейтральный слой высотой 0,4 м.
Ширина отстойника принимается в зависимости от способа удаления из него осадка, однако с таким расчетом, чтобы число отделений отстойника было не менее двух. Обычно эта ширина не превышает 9 м. Ширину отстойника целесообразно увязывать с шириной аэротенков (б и 9 м), чтобы иметь возможность объединить эти сооружения в секции.
Имеющиеся унифицированные сборные панели высотой 3,6 и 4,8 м для прямоугольных емкостей позволяют подобрать по глубине проточной части два типоразмера горизонтальных отстойников-3,2 и 4,4 м.
Осадок из отстойников удаляется под гидростатическим давлением и с помощью различных механизмов (скребков, насосов, элеваторов и др.).
Основными преимуществами горизонтальных отстойников являются: малая глубина, хороший эффект очистки, возможность использования одного сгребающего устройства для нескольких отделений. К недостаткам их относится необходимость применения большего числа отстойников вследствие ограниченной ширины.
Вертикальный отстойник (рис. 4.29) представляет собой круглый в плане резервуар с коническим днищем.
Сточная вода подводится к центральной трубе и спускается по ней вниз. При выходе из нижней части центральной трубы она меняет направление движения и медленно поднимается вверх к сливному желобу. При этом из сточной воды выпадают грубодисперсные примеси, плотность которых больше плотности сточной воды. Для лучшего распределения воды по всему сечению отстойника и предотвращения взмучивания осадка опускающейся водой центральную трубу делают с раструбом, ниже которого устанавливают отражательный щит.
Каждая частица нерастворенных примесей, поступившая в отстойник, стремится двигаться вместе со слоем воды вверх с той же скоростью V, с какой движется вода; в то же время под действием силы тяжести она стремится вниз со скоростью и0, зависящей от размера и формы частиц, их плотности и вязкости жидкости.
Сточная вода содержит механические примеси различной гидравлической крупности, поэтому при протоке ее в отстойнике с какой-либо постоянной скоростью v частицы этих примесей будут занимать самые различные положения. Одни из них (при u0>v) быстро осаждаются на дно отстойника, другие (с
U
0
=
V
)
находятся во взвешенном состоянии, третьи (с u0 Для бытовых сточных вод величину
V
принимают равной 0,7 мм/с. Продолжительность отстаивания зависит от требуемой степени осветления сточных вод и принимается в пределах от 30 мин (перед полями фильтрации) до 1,5 ч (перед аэротенками и биофильтрами). Уровень воды в отстойнике определяется гребнем переливного (сборного) желоба, в который поступает отстоенная вода. Отсюда она направляется на последующую очистку. Взвешенные вещества, выделившиеся из сточной воды, образуют осадок (примерно 0,8 л/сутки по расчету на одного жителя), скапливающийся в иловой части отстойника, вместимость которой рассчитывают на двухсуточный объем осадка. Осадок из вертикальных отстойников удаляют под действием гидростатического давления через иловую трубу диаметром 200 мм, выпуск которой расположен на 1,5-2 м ниже уровня воды в отстойнике. Влажность осадка 95%. Вертикальные отстойники имеют преимущества по сравнению с горизонтальными; к числу их относятся удобство удаления осадка и меньшая площадь, занимаемая сооружением. Однако они имеют и ряд недостатков, из которых можно отметить: а) большую глубину, что повышает стоимость их строительства, особенно при наличии грунтовых вод; б) ограниченную пропускную способность, так как диаметр их не превышает 9 м. При проектировании вертикальную скорость движения сточной воды Рис 4 29 Первичный вертикальный отстойник диаметром 9 ч из сборного железобетона 1
-выпуск ила,
2
-выпуск корки, 3
-центральная
труба с отражателем, 4
Водосборный
ас юб, 5 - отводящий лоток. 6 - подводящий лоток
16-11 241
V
принимают равной наименьшей скорости выпадения и0
той части взвешенных веществ, на содержание которой рассчитывается отстойник; величина и0
останавливается по графику осаждения взвешенных частиц. Расчетная площадь поперечного сечения отстойника равна площади поверхности воды в нем (в плане) за вычетом площади центральной трубы. Рабочей длиной (высотой) отстойника является расстояние от низа центральной трубы до поверхности воды. Площадь
F
центральной трубы (или общую площадь всех труб, если имеется несколько отстойников) определяют по максимальному секундному расходу сточной воды
Q
,
м3/с, и скорости в центральной трубе Vi, м/с: 1
- отражательный щит;
2
- раструб; 3 - централь
Ug, MM ft
З
Ь
S6
7
в 9
Го 30 ЬО 50 60 70 80 30 Э,"/.
0,5
Ная труба
Скорость Vu обычно принимаемая равной 0,03 м/с, не должна превышать 0,1 м/с при наличии отражательного щита. Высота проточной части отстойника или длина центральной его трубы H
=
Vt
,
(4.61) Но не менее 2,7 м. Общий объем проточной части всех отстойников (если их несколько), м3, W
=
QKt
/
24, (4.62) Где Q- средний суточный расход сточной воды, м3/сутки; К- коэффициент неравномерности притока сточной воды. Общая рабочая площадь отстойников, м2, Fx
-
W
/
H
.
(4.63)
Полную площадь (в плане) отстойников определяют как сумму полезной их площади
Fy
и площади
F
,
занимаемой центральной трубой (или центральными трубами): F = F!--f. (4.64) Расчет вертикальных отстойников, согласно методу, предложенному проф. С. М. Шифриным, производится следующим образом. По требуемому эффекту осветления сточной воды с различными начальными кон При этом площадь живого сечения представляет собой боковую поверхность цилиндра, диаметр которого равен диаметру раструба центральной трубы, а высота равна размеру зазора, т. е. 0,25-0,5 м. Диаметр центральной трубы
D
определяют по скорости нисходящего движения воды в ней, равной 0,03 м/с. Длину трубы, которая должна целиком размещаться в цилиндрической части отстойника, определяют по формуле (4.61). Диаметр вертикального отстойника не должен превышать его рабочую глубину более чем в 3 раза. Эффект осветления сточной воды в вертикальных отстойниках составляет практически не более 40%, теоретически расчет ведется на эффект осветления 50%. Число отстойников зависит от принятого конструктивного типа, диаметра одного отстойника и расчетного расхода сточной воды. Полная строительная высота (глубина) отстойника Ястр определяется как сумма высоты проточной части, нейтрального слоя, иловой части (или камеры) и высоты борта над уровнем воды, принимаемой 0,3-0,4 м. Высота иловой камеры зависит от ее объема и диаметра отстойника. Расчетную вместимость иловой камеры определяют по объему выпадающего осадка и продолжительности пребывания его в камере. Иловую часть отстойников выполняют конической (для круглых отстойников) с углом наклона стенок днища 50°, чтобы обеспечить сползание осадка. Внизу конуса (или пирамиды) устраивают площадку диаметром 0,4 м. Во избежание попадания в сток всплывших загрязнений перед сборными лотками (периферийными и радиальными) устанавливают полупогружные доски (щитки), расположенные на расстоянии 0,3-0,5 м от лотка; их погружают в воду на глубину 0,25-0,3 м от поверхности воды; высота непогруженной в воду части должна быть не менее 0,2-0,3 м. Основные размеры типовых вертикальных отстойников из сборного железобетона приведены в табл. 4.19. Таблица
4.19
Вертикальный отстойник новой конструкции с нисходяще-восходящим потоком сточной воды представляет собой круглый резервуар с периферийным лотком для сбора осветленной воды. Отличие этого отстойника от типового заключается в том, что центральная труба замене- Рис 4 33 Первичный вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком 1 - приемная камера 2-подающий лоток (или трубопровод), 3-трубопровод для удаления та вающнх веществ
4
- приемная воронка для удаления плавающих веществ,
5
-зубчатый
Водослі"із
6
- отражательный козырек 7 - распределительный лоток
8
- периферийный лоток для сбооа осветленной воды, 9-отводящий трубопровод,
10
- отстойник, //-- кольцевая полупогружная пере городка
12
трубопровод для отвода ила На не доходящей до дна полупогружной перегородкой, разделяющей площадь отстойника на две равные части, а впускное устройство выполнено на внутренней поверхности перегородки по всему периметру в виде переливного зубчатого распределителя с затопленным отражательным козырьком (рис. 4.33). Сточная вода поступает по лотку (или по трубе) в приемную камеру, а затем в лоток, имеющий зубчатый водослив, из которого вода равномерно переливается и движется по периметру внутренней части отстойника. Отражательный козырек меняет направление движения воды с вертикального на горизонтальное. По мере продвижения от перегородки к центру вода опускается вниз, распределяясь равномерно по всему сечению внутренней нисходящей части отстойника. При движении сточной воды вниз с малыми скоростями поток теряет свою транспортирующую способность, благодаря чему происходит осаждение взвешенных частиц. Интенсивное разделение жидкой и твердой фаз происходит на повороте потока. Далее вода движется восходящим потоком, переливается через борт сборного лотка и отводится через отводную трубу. Всплывающие вещества скапливаются у воронки и периодически удаляются через трубу. Осадок удаляется под гидростатическим давлением по иловой трубе. Вертикальный отстойник этого типа увеличивает эффект задержания взвешенных веществ до 60-70% или при сохранении эффекта осветления обычного вертикального отстойника увеличивает пропускную способность примерно в 1,5 раза. В Институте городского хозяйства МКХ УССР разработаны конструкции вертикальных отстойников с нисходяще-восходящим потоком для нескольких типоразмеров. Радиальный отстойник представляет собой круглый в плане резервуар (рис. 4.34). Сточная вода подается в центр отстойника снизу вверх и движется радиально от центра к периферии. Особенностью гидравлического режима работы радиального отстойника является то, что скорость движения воды изменяется от максимального его значения в центре отстойника до минимального у периферии. Плавающие вещества удаляются с поверхности воды в отстойнике подвесным устройством, размещенным на вращающейся ферме, и поступают в приемный бункер или в сборный лоток. Выпадающий осадок с помощью скребков, укрепленных на подвижной ферме, сдвигается в приямок отстойника. Частота вращения подвижной фермы 2-3 ч-1; вращение осуществляется с помощью периферийного привода с тележкой на пневмомашине. Осадок удаляется по трубопроводу с помощью плунжерных и центробежных насосов, установленных в расположенной рядом насосной станции. Всплывающие вещества отводятся в жиросборник. Осветленная вода поступает в круговой сборный лоток через один или через оба его борта, являющихся водосливами. В целях обеспечения более надежного выравнивания скорости движения воды на выходе из отстойника водосливы сборных лотков выполняют зубчатыми. Нагрузка на 1 м водослива не превышает 10 л/с. В СССР радиальные отстойники строят диаметром 18-54 м (табл. 4.20), а на зарубежных очистных станциях - диаметром 6-60 м и более. Радиальные отстойники применяют в качестве как первичных, так и вторичных. Отношение диаметра отстойника к его глубине у периферийного водосборного лотка принимают от 6 до 12. Отстойники задерживают до 60% взвешенных веществ. 1
- илоскреб 2
- распределительная чаша 3
- подводящий трубопровод 4 -
трубопровод сырого осадка, 5 - жиросборник, 6-
насосная станция, 7-отводящий трубопровод Таблица 4 20
Диаметр отстойни ка, м Глубина зоны отстаивания, м Расчетный объем от стойной зоны, м3 Расчетная пропуск Ная способность при 7=1,5 ч, м3/ч Расчет первичных радиальных отстойников производится на максимальный часовой приток по продолжительности отстаивания, принимаемой для бытовых сточных вод равной 1,5 ч. Вместимость приямка для сбора осадка в отстойнике определяют по объему осадка, образовавшегося в течение 4 ч. Стенки приямка имеют наклон 60°, что облегчает сползание осадка. В зависимости от объема выпавшего осадка скребковый механизм работает непрерывно или периодически. В последнем случае он включается за 1 ч до начала удаления осадка. Процесс удаления автоматизирован. Влажность осадка равна 95% при самотечном удалении и 93,5% при удалении насосами. Диаметр иловой трубы определяют расчетом, однако он должен быть не менее 200 мм. Высота бортов отстойника над поверхностью воды в нем обычно равна 0,3. Преимуществом радиальных отстойников является небольшая глубина, что удешевляет их строительство. Круглая в плане форма позволяет устанавливать минимальные по толщине стенки, что также снижает стоимость сооружений. Независимо от производительности очистной станции минимальное число отстойников принимается с таким расчетом, чтобы на первую очередь строительства иметь не менее двух рабочих отстойников. Часто компонуют четыре отстойника в единый блок. Равномерное распределение сточной воды между отстойниками осуществляется с помощью распределительной чаши. При выборе типоразмеров отстойников учитывается, что более крупные отстойники экономичнее по сравнению с малогабаритными. Для повышения эффекта ОЧИСТКИ При БПКполн СТОЧНОЙ ВОДЫ б0ЛЄЄ 130 мг/л радиальный отстойник может иметь преаэратор, установленный в центральном распределительном устройстве. Предварительная аэрация с избыточным активным илом городских сточных вод позволяет вывести из их состава при отстаивании соединения хрома, меди, цинка в тонкодисперсном и коллоидном состоянии. Однако преаэрация сточной воды повышает влажность сырого осадка до 94,5% по сравнению с влажностью осадка при обычном отстаивании (93,5%). Разновидностью радиальных отстойников являются отстойники с периферийной подачей
в них сточных вод (рис. 4.35). Основные параметры таких первичных радиальных отстойников представлены в табл. 4.21. Водораспределительный желоб опоясывает отстойник по окружности и имеет постоянную ширину и постепенно уменьшающуюся от начала к концу желоба глубину. В дне желоба имеются круглые впускные отверстия, расположенные так, что в сочетании с переменной глубиной желоба, различными диаметрами отверстий и расстоянием между ними обеспечивается постоянная скорость движения воды в желобе. Постоянство скорости предупреждает выпадение осадка в распределительном желобе и создает благоприятные условия для транспортирования плавающих веществ в сборник, расположенный в конце желоба. Поступившая из отверстий вода направляется вертикальной кольцевой перегородкой в нижнюю зону отстойника. Скорость нисходящего потока постепенно уменьшается и достигает минимума у кольцевого отражателя, направляющего поток в центральную зону отстойника и далее к водоотводящему кольцевому желобу. Небольшая скорость потока обусловливает начало выпадения взвешенных веществ уже у выхода из-под кольцевой перегородки. Движение воды происходит по всему живому сечению отстойника, при этом местные завихрения практически отсутствуют. Поступление осветляемой воды в отстойник у его дна обеспечивает кратчайший путь осаждения взвешенных веществ. Отмеченные особенности гидравлического режима работы таких отстойников обусловливают более высокий эффект задержания / - подводящий канал; 2- трубопровод для отвода плавающих веществ; 3- отводящий трубоппо - вод; 4
- затвор с подвижным водосливом для выпуска плавающих веществ из лотка; 5
- струе - направляющие трубки; 6
- распределительный лоток; 7 - полупогружная доска для задержания плавающих веществ; 8
трубопровод для осадка Таблица
4.21
Показатель Отстойник диаметром, м Гидравлическая глубина, м Глубина зоны отстаивания, м Отношение диаметра к глубине зоны отстаивания. . . Рабочий объем, м3 . . . . Подводящая система - распределительный лоток: Глубина в начале, м. . То же, в конце, м. . . Ширина, м................................ Глубина потока в начале, м То же, в конце, м. . . Скорость потока, м/с. . Диаметр водовпускных труб, мм...... . Расстояние между трубами, м Отводящая система - сборные лотки с зубчатым водосливом: Периметр, м..... . Диаметр отводящего трубопровода, мм........................ Диаметр илового приямка, м Диаметр трубопровода сырого осадка, мм... . Взвешенных веществ, чем в обычных радиальных отстойниках с подачей сточной воды из центра. Продолжительность отстаивания в отстойниках с периферийным впуском воды принимается меньше, чем в обычных отстойниках, при одинаковом эффекте осветления сточных вод. 1 - подача сточной воды; 2- распределительная перегородка, 3 - направление движения воды к сборным лоткам; 4
- илоскребы; 5-отвод осадка; 6-выпуск осветленной воды Радиальный отстойник с вращающимися водораспределительным и водосборным устройствами, предложенный И. В. Скирдовым и разработанный Союзводоканалпроектом, представлен на рис. 4.37. Основная масса воды в отстойниках с такими устройствами находится в покое, поэтому осаждение взвешенных веществ в них происходит с такой же скоростью, как
и в лабораторных условиях. М
Подача воды в отстойник и отвод осветленной воды производятся с помощью свободно вращающегося желоба, разделенного продольной перегородкой на две части. С внутренней стороны лоток ограничен перегородкой, снизу - щелевым днищем и снаружи - распределительной решеткой с вертикальными щелями, снабженной струенаправляющими лопатками. Щелевое днище выполнено в виде жалюзийной решетки, через поперечные щели которой проваливаются тяжелые частицы. Струенаправляющие лопатки имеют обтекаемую форму и поворачиваются па любой угол; размещаются они таким образом, чтобы продолжительность пребывания отдельных струй в отстойнике практически была одинаковой. Водосборный лоток с затопленным водосливом имеет водонепроницаемые стенки и днище. Из лотка вода отсасывается сифоном в отводной наружный желоб. Сифон снабжен регулятором расхода (дроссельным клапаном, связанным системой рычагов с поплавком). У днища водосборного лотка расположен направляющий козырек. Необходимая продолжительность отстаивания t
зависит от глубины зоны отстаивания h
0
и скорости осаждения и0
частиц, на задержание которых рассчитывается отстойник, т. е. t
=
H
0
Ju
0
.
Глубина h
0
зависит от конструкции водоприемных устройств; в случае применения лотков с затопленным водосливом она обычно принимается от 0,8 до 1,2 м. Высоту нейтрального слоя принимают от 0,5 до 0,6 м, глубину слоя осадка Ли - от 0,3 до 0,4 м. В течение времени t
водораспределительный и водосборный лоток должен сделать один оборот. В этом случае им будет собрана отстоявшаяся вода, объем которой Q = KnR2h0t (4.65) Где К- опытный коэффициент использования зоны отстаивания, равный 0,85; R - радиус отстойника. Величиной
Q
характеризуется пропускная способность отстойника. Гидравлический расчет водораспределительного и водосборного устройства сводится к определению формы (в плане) перегородки между приемной и распределительной частями лотка, необходимой глубины погружения кромки водосборного водослива, а также высоты перепада между уровнями воды в отстойнике и периферийном отводном желобе, обеспечивающей бесперебойную работу сифона. Форма перегородки в плане не зависит от расчетного расхода сточных вод. При распределении воды с помощью решетки из равномерно расставленных лопаток криволинейного очертания ширина водораспределительного лотка Ьи м, определяется в зависимости от расстояния I, м, от центра отстойника по уравнению Bi = n Vr2 - 12, (4.66) Где п-отношение ширины водораспределительного лотка в его начале к радиусу отстойника R; величину п рекомендуется принимать равной 0,1-0,12. Для сбора осветленной воды наиболее целесообразно применение затопленных водосливов. При коэффициенте затопления 6 = 0,8 и коэффициенте расхода т=0,45 глубина погружения определяется по уравнению H
0
= 1,24 (QIR
2
)2/
3 12/3
, (4.67) Где Q- пропускная способность отстойника, м3/ч; R - радиус отстойника, м; /- длина (ширина) водослива, м. Перепад между уровнем воды в отстойнике и водоотводящем периферийном желобе Tf>2/is, (4.68) Где hs
- потери напора в сифоне, определяемые по общим формулам гидравлики. Величина реактивной силы зависит от массы подаваемой в отстойник сточной жидкости и скорости ее вытекания. При практически допускаемых нагрузках на отстойники она обеспечивает бесперебойное движение логка без применения каких-либо других (кроме реактивных) сил; во многих случаях реактивная сила оказывается достаточной для вращения не только собственно лотка, но и скребковой фермы. Осветлитель с естественной аэрацией представляет собой вертикальный отстойник с внутренней камерой флокуляции (рис. 4.38). Сточ - /
Г
Ная вода поступает по лотку в центральную трубу, на конце которой прикреплен отражательный щит. Вследствие разницы уровней воды (0,6 м) в подводящем лотке и осветлителе происходит эжекция воздуха потоком сточных вод, поступающих в осветлитель. В камере флокуля - ции происходит частичное окисление органических веществ и усиленное хлопьеобразование, способствующее интенсификации процесса. Из камеры флокуляции сточная вода направляется в отстойную зону осветлителя, в которой при прохождении через слой взвешенного осадка задерживаются мелкодисперсные взвешенные частицы. Осветленная вода через кромку водослива переливается в периферийный лоток и далее в отводящий. Выпавший осадок под гидростатическим напором удаляется по трубе в иловый колодец. Плавающие вещества задерживаются внутренней стенкой сборного лотка и по мере накопления сбрасываются в иловый колодец по трубе через кольцевой лоток. В результате эффект очистки стоков в сооружении достигает 75%. Характеристика работы осветлителей приведена в табл. 4.22. Пропускная способность осветлителя диаметром 9 м при продолжительности пребывания в нем сточной жидкости 1,5 ч - 53,6 л/с, а осветлителя диаметром 6 м - 23,6 л/с. Осветлители компонуются в блок из двух и четырех сооружений. Тонкослойные отстойники представляют собой открытые и закрытые резервуары. Как и обычные отстойники, они имеют водораспределительную, отстойную и водосборную зоны, а также зону накопления осадка. Отстойная зона полочными секциями или трубчатыми элементами делится на ряд неглубоких слоев (до 15 см). Полочные секции монтируются из плоских или волнистых пластин, удобных в эксплуатации. Трубчатые секции характеризуются большей жесткостью конструкции, обеспечивающей постоянство размеров по всей длине. Они могут работать с более высокими скоростями, чем полочные секции, но быстрее заиливаются осадками, труднее поддаются очистке и требуют повышенного расхода материалов. Уменьшение высоты отстаивания обеспечивает снижение турбулентности, характеризуемое Re^500, и вертикальной составляющей пульсаций потока сточной воды, вследствие чего повышается коэффициент использования объема и уменьшается продолжительность отстаивания (до нескольких минут). Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные позволяет повысить их производительность в 2-4 раза. Для осаждения взвешенных веществ из воды в тонком слое как у нас в стране, так и за рубежом предложено большое число тонкослойных отстойников различных конструкций. Принципиальные схемы тонкослойных отстойников показаны на рис. 4.39. Основные схемы взаимного движения воды и выделенного осадка следующие: перекрестная схема - когда выделенный осадок движется перпендикулярно движению рабочего потока жидкости; противоточная схема - выделенный осадок удаляется в направлении, противоположном движению рабочего потока (рис. 4.40); Прямоточная схема - направление движения осадка совпадает с направлением водного потока. Наиболее рациональной конструкцией тонкослойного отстойника следует считать отстойник с противоточной схемой движения фаз, снабженный пропорциональным распределительным устройством. Рис 4 39 Трубчатые секции, встроенные в радиальный (а)
и в горизонтальный (б) тонкослойные отстойники Эти отстойники следует применять для очистки сточных вод, содержащих в основном оседающие примеси. Благодаря движению воды в Наклонных секциях снизу вверх создаются благоприятные условия для осаждения взвешенных веществ по более короткой траектории. Осадок непрерывно сползает против движения воды и в виде крупных агломератов осаждается в иловый приямок, из которого периодически удаляется через иловую трубу. Всплывшие вещества собираются в пазухе между секциями и удаляются погружающимся лотком. Плавающие вещества для сокращения объема воды, удаляемой с ними, подгоняются к лотку воздушными струями. Воздух подают перфорированные трубы, расположенные по периферии отстойника. Расчет тонкослойного отстойника производится в следующем порядке: 1. Площадь поперечного сечения полочного пространства вычисляется по формуле (о -
Q
/
V
,
(4.69) Где Q-расход сточной воды, м3/ч; V- скорость потока сточной воды в секциях тонкослойного отстойника, м/ч. Скорость v
,
м/ч, определяют из условия обеспечения ламинарного режима течения воды в секциях по уравнению V
- 3600 Re %v/, (4.70) Где Re- число Рейнольдса; должно быть менее 500; %-смоченный периметр секции, м; ©х-площадь поперечного сечения секции, м2; v- кинематическая вязкость, м2/с. Практически скорость движения воды в секциях принимают равной 10 и0,
т. е. примерно 5-10 мм/с. В=:<й/Н. (4.71) Угол наклона полок равняется 45-60° в зависимости от угла сползания осадка в воде. 3. Необходимую продолжительность отстаивания, ч, определяют из уравнения Где и0
-гидравлическая крупность частиц, мм/с, осаждение которых обеспечивает требуемый эффект осветления сточной воды. Величину и0
определяют по кинетике осветления сточной воды в покое при высоте слоя отстаивания, равной высоте секции
Hc
в тонкослойном отстойнике. Минимальная высота hc должна приниматься с учетом способа удаления выпавшего осадка и необходимости обеспечения не - засоряемости секции,
Hc
=
50...150 мм. 4. Длину полочного пространства определяют из выражения L
= Ktpv
,
Где К - коэффициент запаса, равный 1,1 -1,5. Общая строительная длина тонкослойного отстойника складывается из длины, необходимой для установки водораспределительных и водосборных устройств, и длины полочного пространства. 5. Объем иловой части отстойника определяют по уравнению (С0 - Ct
)
Q-100 (ioo
-pL
(4-73)
Где W-объем осадка; С0- начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде; Ct
- концентрация взвешенных веществ в осветленной воде; Q- расчетный расход сточных вод; Р
- влажность осадка, %"» рос - плотность осадка. Для расчета отстойников сначала определяют их размеры, а затем уточняют значения расчетных величин. Одной из основных величин является средняя расчетная скорость в проточной части отстойника, принимаемая в первом приближении для радиальных (в сечении на половине радиуса) и горизонтальных отстойников и = 5...7 мм/с, для отстойников с вращающимся распределительным устройством и вертикальных у = 0. Длину горизонтальных отстойников определяют по формуле VH
АГ
"о
Радиус отстойников вертикальных, радиальных, с вращающимся распределительным устройством и с периферийным впуском - по формуле Где v-средняя расчетная скорость в проточной части отстойника, Н-глубина проточной части отстойника (от границы нейтрального слоя до уровня воды), м; К- коэффициент, зависящий от типа отстойника и конструкции водораспределительных и водосборных устройств; принимается равным для горизонтальных отстойников 0,5, радиальных - 0,45, вертикальных - 0,35, для отстойников с вращающимся распределительным устройством -0,85; и0-скорость осаждения взвешенных частиц в отстойнике (гидравлическая крупность), мм/с; Q-расчетный расход сточных вод, м3/ч. Гидравлическая крупность определяется по формуле И --------------- і----- - о, (4.76) 0
at
(KH
/h
)n
"
}
Где a- коэффициент, учитывающий влияние температуры воды на ее вязкость; принимается по табл. 4.23; t-продолжительность отстаивания в цилиндре со слоем воды Л, соответствующая заданному эффекту осветления, с; определяется экспериментально или принимается приближенно для основных видов взвешенных веществ по табл. 4.24; п-эмпирический коэффициент, зависящий от свойств взвеси, определяется экспериментально; w-вертикальная составляющая скорости движения воды в отстойнике, принимается по табл. 4.25. Таблица 423 Таблица 4.24 Продолжительность отстаивания сточных вод в покое в зависимости от эффекта осветления
Продолжительность отстаивания взвешенных веществ, с, в цилиндре глубиной 500 мм Осветления, % Примечания: 1. Продолжительность отстаивания дана для температуры воды 20 °С. Для промежуточных значении концентраций взвешенных веществ и эффекта осветления продолжительность отстаивания определяется интерполяцией 2. Кинетика осаждения взвешенных веществ из сточной воды и показатели степени п должны определяться ари отстаивании в покое в сосудах диаметром не менее 120 мм. Значение (KHjh
)
N
в расчетах первичных отстойников для городских сточных вод может приниматься по табл. 4.26. После определения L
и R
для горизонтальных и радиальных отстойников уточняется значение и: Где В
- ширина отстойника, м; принимается в пределах 2-5 Я; для радиальных отстойников (в сечении на половине радиуса) Таблица
4.26 Значения
(KH(h)n
П
для отстойников
Высота от
Верти
С вращающим
Стойника
Ради
Горизон
Ся распредели
Н,
м
Каль
Альных
Тальных
Тельным уст
Ройством
Если уточненное значение значительно отличается от принятого ранее (при вычислении w
),
величины L
и R
следует определять повторно с учетом полученного значения V.
Для
отстойников с вращающимся распределительным устройством период вращения, ч, распределительного устройства определяется по формуле T
= nR
*HK
/Q
.
(4.77)
Объем удаляемого из первичных отстойников осадка определяется в соответствии с эффектом отстаивания сточных вод. Объем иловой камеры принимается равным объему выпавшего осадка за период не более двух суток. В отдельных случаях при отсутствии достаточных данных, характеризующих кинетику осаждения взвешенных веществ, отстойники можно рассчитывать по нагрузке сточной воды на площадь зеркала отстойника Q
или по скорости движения v
И
продолжительности отстаивания t
,
принимаемым по данным эксплуатации отстойников, осветляющих воду аналогичного состава. Для бытовых сточных вод q
-
2...3,5 м3/(м2-ч), V
-
S
...7
мм/с и f=l...l,5 ч. Гидравлический режим работы отстойников в значительной степени влияет на эффект их работы. Чем совершеннее конструкция отстой* ника, тем выше эффективность задержания взвешенных веществ. Совершенство конструкций связано с условиями входа воды в отстойник, т. е. со скоростью входа воды и величиной заглубления кожуха в ради - 17-11 Альном или распределительной перегородки в горизонтальном отстойнике. Гидравлический режим работы оценивается по коэффициентам объемного использования и полезного действия отстойников. Коэффициент объемного использования отстойника определяется измерением скоростей течения воды по всей глубине отстойной зоны (в
нескольких сечениях) и установлением активной зоны, а коэффициент полезного действия - как отношение эффекта осветления в натурном отстойнике к эффекту осветления на модели (в покое) при равной продолжительности отстаивания. Эти коэффициенты в той или иной степени учитывают в расчетах. Так, при расчете горизонтальных отстойников [формула (4.74)] вводится коэффициент /(=0,5 при определении их длины, в расчетах радиального отстойника [формула (4.75)] К
==0,45, а при расчете отстойника конструкции И. В. Скирдова коэффициент объемного использования принимается 0,85. Однако эти значения коэффициентов не описаны в виде математической зависимости. С этой целью кафедрой канализации МИСИ им. В. В. Куйбышева были проведены исследования на моделях и в натурном отстойнике. После математической обработки результатов опытов были получены следующие зависимости: 0,76 - 0,05
/і
2
4-
0
,11
H
1 + 0,00275,вх; (4"78) /Со. и = 1 - 0,000825 (L/Я)3 -J - 0,02335 (L/Я)2- 0,1755 (ЫН),
(4.79) Где К"ои - коэффициент объемного использования, зависящий от глубины погружения распределительного устройства Л=0,25# и скорости входа воды увх (под распределительным устройством vBX
принимается в пределах 20-25 мм/с); К"оп - коэффициент объемного использования, зависящий от геометрического отношения длины отстойной зоны
L
или
R
к глубине Я. Значение К"ол
в уравнении (4.78) справедливо только при
L
/
H
-
10. В ином случае коэффициент объемного использования определяется по формуле АГо. и =*o. H*S. e/*S. H. (4.80) Где К°я- коэффициент объемного использования отстойника, определяемый по формуле (4.79) при
L
(
H
-[
Q
KnQVl-то же, но при любом значении L/Я, отличном от 10. Значения коэффициентов полезного действия т| находят в зависимости от продолжительности отстаивания
T
,
ч, которое определяется при технологическом анализе (рис. 4.41), /(ои и фактической вязкости сточной воды р по формулам: для бытовых сточных вод Ц=е »*к<>-*"
. (4.81)
Для производственных сточных вод Т=е VWp2 t <4.82) Гдер. н, [хм - динамическая вязкость сточной воды соответственно в натурном отстойнике и при технологическом анализе осветления этих же сточных вод на модели; Pi> Рз - плотность осадка соответственно бытовых и производственных сточных вод. 3Н = 3МГ1, (4.83)
ГДе ^м - эффект осветления воды на модели (в покое); берется по рис. 4.42 при тех же значениях времени, при которых определялся коэффициент полезного действия, т. е. при t
=
0...
...1,5 toc
(определяется в сосуде глубиной, равной глубине проектируемого отстойника). Полученные данные наносят на график (рис. 4.43) и строят кривую зависимости эффекта осветления сточных вод Э
от продолжительности отстаивания t
для отстойника. 1 - находящейся в состоянии покоя (в подели);
2
- движущейся (в натуре)
По требуемому эффекту очистки сточных вод и графику
9=f
{t
)
для отстойника находится необходимая продолжительность отстаивания сточной воды в отстойнике tn
.
30
60
20
Для горизонтальных отстойников U
?!
= ВН
(L
- /0), (4,85)
Где R
-радиус отстойника, равный L
,
м; Н - глубина отстойной зоны, м; следует принимать 1,5-3 м; В
- ширина горизонтального отстойника; 10- расстояние от распределительного лотка до полупогружной доски в горизонтальном отстойнике. Определяем расход сточных вод, м3/ч, который должен быть подан на один отстойник: Qi
=
WtJtBt
(4.86)
Где їн- продолжительность отстаивания сточных вод, принятая по рис. 4.43. В заключение определяется необходимое число рабочих отстойников: N
= Qo
6ui
/Q
1
,
(4.87)
Где Фобш-расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, м3/ч. Отстойниками называются искусственные резервуары или природные водоёмы, в которых из производственных и бытовых стоков под действием силы тяжести или с применением реагентов отделяются, всплывают или осаждаются содержащиеся в них взвешенные примеси. Отстойник для канализации может использоваться в виде фильтра для предварительной и окончательной очистки сточных вод в системе водоотведения. Первичная стадия заключается в отделении механических загрязнений или взвешенных частиц и начале биологической очистки стоков. В отстойниках-биокоагуляторах происходит смешение активного ила с исходной водой, отделяются коллоидные и мелкодисперсные примеси. Вторичные отстойники очистных сооружений, устройства окончательной очистки, называют природоохранными, так как после них осветлённые воды сбрасываются в природные водоёмы. Радиальный отстойник водоканала Применяются в системах водоснабжения и водоотведения в промышленности и личных хозяйствах, для очистки канализационных стоков, сбросовых отработавших вод в процессе гидромеханизации на карьерах и шахтах, на горно-обогатительных фабриках, для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Предназначение: При строительстве сооружений и автодорог создают пруды-отстойники для накапливания и осветления поверхностных стоков. Производственные стоки содержат жировые вещества, которые негативно сказываются на работе очистных систем: Для предотвращения последствий в канализационные каналы встраивают отстойники-жироуловители, которые выполняются в виде короба с покрышкой. Его функциональное предназначение задерживать и удалять масло и жир. В весеннюю распутицу и дождливый период в канализационные стоки смываются загрязнения самого разного характера. Уменьшить загрязнённость позволяют ливневые колодцы и камеры, которые изготавливаются из бетона. Они собирают ливневые потоки с определённой территории, поэтому в расчёте обязательно присутствует объём, способный вместить сброс воды с данного участка. Для улавливания загрязнений в стоках с автодорог используют габионы. Для удаления некоторых взвешенных соединений монтируют флокуляторы со встроенной камерой. В устройствах, с помощью ламинарных течений или турбулентных потоков, частицы сталкиваются между собой и взаимодействуют с реагентами, что способствует быстрому хлопьеобразованию и удалению образовавшегося осадка. Предназначение шарового отстойника в удалении воды и солей из нефти перед использованием природного ископаемого в производстве бензина. Гидрофобные отстойники применяются при добыче нефти, чтобы отделить пластовые воды для их дальнейшего использования, каскадные – для отделения моющих растворов от нефти при отмывке судов. На прокатных станах применяются отстойники для улавливания окалины. В керамических мастерских в стоках содержится большое количество глины, которая приводит к засорам канализации, если её вовремя не удалить с помощью отстойников. После аэрации при биохимической очистке стоков вода поступает в отстойник илоотделитель, откуда активный ил возвращается в аэротенки для дальнейшей непрерывной очистки воды. Сточные воды необходимо отделять от жидких бытовых отходов – ЖБО или фекалий, выкачиваемых из выгребных ям. Для этого применяются отстойники ЖБО. Для их размещения используются полигоны или поля фильтрации. Домовладельцы делают отстойники для своих приусадебных участков своими руками. Классический вид осаждающего устройства – вертикальный отстойник, имеющий цилиндрическую форму. По центральной трубе загрязнённая вода поступает вниз, попадая на отражающий щит. После этого поток меняет направление, а диспергированная взвесь выпадает в осадок. Осветлённая вода поднимается вверх до кромки перелива, после которой переливается в периферийный лоток для сбора чистой воды. Шлам удаляется посредством илопровода из отстойной части. Перегородка, создающая кромку перелива, препятствует попаданию загрязнений, отброшенных от отражающего щита. Преимущество отстаивания перед другими способами разделения суспензий в дешевизне процесса. Последующее за ним фильтрование ускоряется, если фильтруемый материал предварительно сгущается. По этой причине отстаивание применяется при первичной фазе очистки для удаления взвешенных твёрдых частиц. Виды отстойников в зависимости от режима работы: Сгустители периодического действия с виду представляют бассейны небольшой глубины. После заполнения резервуара отводится время на оседание взвешенных твёрдых и коллоидных частиц на дно сооружения. Осветлённую воду сливают через краны, располагающиеся выше осадочного уровня. Шлам в виде тягучей жидкой массы вычерпывают вручную или сливают в отверстие трубы в нижней части устройства. Отстойники для очистки сточных вод по направлению движения исходной смеси подразделяются на два вида: Конструкция горизонтального отстойника представляет собой резервуар с несколькими коридорами. Условное деление по высоте выделяет рабочую зону и иловую часть. В первой идёт процесс осаждения, во второй собирается осевший шлам. По нормам между зонами предусматривается расстояние 25 см. Осадок собирается в приямке в месте поступления стоков, откуда он выкачивается насосами или сгребается. Применяется при небольших объёмах исходной жидкости. Вертикальный отстойник выполняется в виде цилиндра с коническим основанием. Оснащается несколькими сливными кранами, размещёнными на разных уровнях высоты. Через специальный люк снизу удаляется осадок. Форма и размер отстойников выбираются в зависимости от концентрации суспензии и размеров. С увеличением концентрации и величины частиц уменьшается диаметр сгустителя. Увеличение температуры снижает вязкость жидкости, что увеличивает скорость очищения. Находят применение в системе очистке значительных объёмов сточных вод. Исполнение в виде бетонных резервуаров большого размера или системы последовательно соединённых отстойников. Принцип действия заключается в непрерывной подаче исходной жидкости и сливе осветлённой воды. Выпавший шлам удаляется периодически. Для увеличения площади осаждения применяют конструкции с наклонными перегородками. Они многократно меняют направление потока снизу вверх и обратно. При этом время пребывания исходной жидкости в резервуаре увеличивается, и достигается более качественная очистка воды. Применяются в промышленном производстве. Отстойники непрерывного действия по конструктивному исполнению подразделяются на одно-, двух- и многоярусные. Применение двухъярусных и многоярусных устройств вызывается степенью загрязнения стоков. Радиальный отстойник – один их частных случаев вертикальных аппаратов. Движение исходной воды происходит под действием центробежной силы от центра к периферии. Устройства с гребковыми мешалками имеют форму цилиндра. Исходная взвесь подаётся в резервуар непрерывно. Мешалки имеют наклонные лопасти. При их вращении с одной стороны осадок частично взбалтывается, а с другой – обезвоживается. Применяется принцип противотока, при котором движение осадка идёт в направлении последовательно соединённых резервуаров, а поток осветлённой жидкости в обратном направлении, для восполнения потерь в предыдущих устройствах. Преимущества гребковых аппаратов: Основной недостаток в громоздкости устройства. Диаметр варьируется в пределах 1,8-30 м. В промышленных установках диаметр осадочного резервуара может составлять 100 м. Для компактности, в целях экономии места производственных помещений, используют многоярусные отстойники. Они представляют собой сооружение, состоящее из нескольких поставленных друг на друга модулей. В свою очередь, многоярусные устройства подразделяются на два вида: закрытые и сбалансированные. В осаждающих устройствах первого типа мешалки устанавливаются на одном валу с одним приводом. Для устранения протечек используются уплотняющие сальники. Процесс выгрузки осадка, как и слива осветлённой жидкости, осуществляется отдельно для каждого отстойника. Последовательное удаление шлама применяется в отстойниках сбалансированного типа. В стакан каждого последующего яруса сливается осадок из предыдущего. По мере продвижения вниз шлам сгущается и удаляется из нижнего яруса. В этом случае не требуются уплотнительные сальники в предшествующих ярусах, так как в них давление осадка на дно значительно ниже, чем в нижнем отстойнике. Распределение суспензии происходит с помощью конических полок, направленных вниз. Исходная вода попадает на их поверхность через отверстия, расположенные через одну полку. Осветлённая вода восходящим потоком устремляется на выход в верхнюю часть конструкции. Гравитационная сила увлекает частицы на дно, они не успевают в силу инерции изменить своё направление. Преимущество: Горизонтальные устройства, предназначенные для разделения эмульсий, оборудованы отбойными перегородками с отверстиями, предотвращающими возмущение от поступающей эмульсии. Поперечное сечение обеспечивает спокойное ламинарное (перемещение водной массы слоями) течение жидкости. Скорость потока составляет несколько мм/сек. Эмульсия разделяется на составляющие части: лёгкую и тяжелую. Более лёгкая жидкость сливается через отверстие в верхней части, тяжёлая – через слив в нижней части устройства. Для наглядного рассмотрения процесса осаждения твердой частицы в форме шара обозначим ее диаметр как d, ее плотность - ρ т, а плотность жидкости, в которую она погружена - ρ ж. В этом случае существует обязательное условие, которое будет выглядеть как ρ т >ρ ж. Когда частицу вводят в жидкость с начальной скоростью движения, равной нулю, она начинает двигаться ускоренно, а соотношение сил, действующих на нее, можно описать следующим уравнением: T = A-R = J, (a) Теперь следует расписать значение каждой компоненты уравнения: С увеличением скорости растет и сила сопротивления, стремящаяся уменьшить ускорение частицы. По истечении некоторого промежутка времени ускорение становится равным нулю. Если величина скорости осаждения постоянна, то силы, действующие на частицу, будут представлены в виде следующей формулы: T-A-R = 0; (б) Из последующего рассмотрения вполне можно исключить отрезок времени движения частицы с ускорением (достаточная точность для технических расчетов позволяет это сделать), по той причине, что начальный период времени, за которое она достигает скорости осаждения, слишком мал в соотношении со всей длительностью процесса осаждения. Учитывая данное обстоятельство, уравнение (б) можно представить более подробно: π(d³/6)·ρ T g - π(d³/6)·ρ ж g - φ(πd²/4)·(W² ос /2)·ρ ж = 0 (в) Из этого уравнения можно вывести скорость осаждения:
W ос = √ / (3ρ ж φ)
(г) Выделяется три режима осаждения - турбулентный, переходный и ламинарный. В каждом из них твердую частицу жидкость обтекает особым образом. Область того или иного режима осаждения определяется параметрами величины, называемой критерий Рейнольдса: Re = W ос dρ ж /μ ж (д) При небольших значениях Re жидкость обтекает частицу максимально плавно и без вихрей в ее кормовой части. Коэффициент сопротивления в этом случае обычно представляют уравнением: φ = 24/Re (е) В этом случае сила сопротивления вычисляется результатами сопротивления трения на поверхностях частицы, к тому же, она является пропорциональной первой степени скорости. Вторая область, переходный режим осаждения частицы, находится в пределах изменений значения критерия Рейнолдса: 1,85 < Re < 500. Если Re увеличивается, в кормовой части осаждающейся частицы появляется, так называемая, застойная зона, в замкнутом пространстве которой происходит вихревое (циркуляционное) движение. Если значения коэффициента Re не очень значительны, то все вихри весьма устойчивы. Если число Re постоянно растет, то интенсивность вихрей тоже увеличивается. Течение процесса теряет устойчивость, и можно наблюдать, как вихри периодически срываются с поверхности частицы и от них образуется видимый след. В конечном итоге основной долей становится лобовое сопротивление. Коэффициент в этом случае рассчитывается согласно уравнению: φ = 18,5/Re 0,6 (ё) При дальнейшем росте коэффициента Re выше величины 500, величина сопротивления остается почти постоянной и не зависит от значения Re (автомодельная область). При данном варианте развития событий вихри начинают регулярно отрываться от поверхности кормовой части частицы, и этот режим имеет название турбулентный. Это означает, что в таком случае сила сопротивления пропорциональна скорости во 2-й степени, а сам коэффициент сопротивления определяется лобовым сопротивлением и имеет величину: φ = 0,44 (ж) Воспользовавшись одновременно рядом уравнений (г) и (е - ж), появляется возможность определить скорость осаждения с помощью метода последовательных приближений. Для этого сопоставляют предварительное и полученное значения w ос и повторяют расчеты, пока не будет достигнута нужная точность. Такие расчеты являются весьма трудоемкими и недостаточно удобными, однако этого можно избежать при преобразовании уравнения (г) в критериальное. Для этого берут уравнение (г) и назначают величину ϕ как функцию стальных параметров: φ = ·[(ρ т -ρ ж)/ρ ж ]· (з) φRe² = ·[(gd³ρ ж (ρ т -ρ ж))/μ² ж ] (и) Безразмерная совокупность правой части выражения является критерием Архимеда: Ar = (gd³ρ ж (ρ т -ρ ж))/μ² ж (й) Из уравнения (и) выходит: Re = 1,15·(Ar/φ) 0,5 (к) Подставив в полученную формулу значение коэффициента ϕ из выражений (е - ж), выводится критериальное уравнение, с помощью которого и рассчитывается скорость осаждения. В ламинарном режиме это имеет вид: Re = Ar/18 (л) В переходном: Re = 0,152(Ar) 0,715 (м) В турбулентном. Отстойники -- это сооружения, предназначенные для выделения из сточных % вод грубодисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность. В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяется или в целях предварительной их обработки перед очисткой на других сооружениях (первичные), или как способ окончательной очистки сточных вод прошедших биологическую очистку (вторичные). По режиму работы различают отстойники периодического действия, или контактные, в которые сточная вода поступает периодически, причем отстаивание ее происходит в покое, и отстойники непрерывного действия, или проточные, в которых отстаивание происходит при медленном движении жидкости. По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные; разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники. В горизонтальных отстойниках сточная вода движется горизонтально, в вертикальных -- снизу вверх, а в радиальных -- от центра к периферии. Содержание нерастворенных примесей (взвешенных веществ), выделяемых первичными отстойниками, зависит от начального содержания и от характеристики этих примесей (формы и размера их частиц, плотности, скорости их осаждения), а также от продолжительности отстаивания. Скорость осаждения и полнота выделения из воды тонкодисперсных частиц зависят от их способности к агломерации. Допустимое остаточное содержание взвешенных веществ -- вынос из первичных отстойников -- устанавливается в зависимости от типа биологических окислителей для последующей очистки сточных вод. В соответствии с этим принимается продолжительность отстаивания. Из отстойников перед биофильтрами и аэротенками на полную очистку не должно выноситься взвешенных веществ более 150 мг/л. Продолжительность отстаивания городских сточных вод в этом случае должна быть 1,5 ч. Выбор типа, конструкции и числа отстойников должен производиться на основе технико-экономического их сравнения с учетом местных условий. Вертикальные отстойники применяют обычно при низком уровне грунтовых вод и пропускной способности очистных сооружений до 10 ООО мЗ/сутки. Горизонтальные и радиальные отстойники применяют независимо от уровня грунтовых вод при пропускной способности очистных сооружений свыше 15 000--20 000 мЗ/сутки. Радиальные отстойники с вращающимся распределительным устройством применяют на станциях пропускной способностью более 20 000 мЗ/сутки при исходной концентрации взвешенных веществ не более 500 мг/л. Основными условиями эффективной работы отстойников являются: установление оптимальной гидравлической нагрузки на одно сооружение или секцию (для данных начальной и конечной концентраций сточной воды и природы взвешенных веществ); равномерное распределение сточной воды между отдельными сооружениями (секциями); своевременное удаление осадка и всплывающих веществ. Расчет горизонтального отстойника Рис. 4.
u
0, мм/с, необходимо определять по кривым кинетики отстаивания Э
= f(t),
получаемым экспериментально, с приведением полученной в лабораторных условиях величины к высоте слоя, равной глубине проточной части отстойника, по формуле где Hset --
Hset
=2м Kset
Kset
=0,5 tset
-- продолжительность отстаивания, с, соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторном цилиндре в слое h
1; для городских сточных вод данную величину допускается принимать по табл. 30; tset
=7200с. n
2 -- показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения; для городских сточных вод следует определять по черт. 2 СНиПа 2.04.03-85, n
2=0,42, h1=500мм. 2 Определяем длину Ls
, м, по формуле где Ks
-- коэффициент, принимаемый по табл. 27; Ks
=0,5 Hs
-- расчетная глубина, м, Hs
=2 vs
-- скорость движения сточных вод, м/с, принимаемая по табл. 31; u
0 -- гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от требуемого диаметра задерживаемых частиц песка 3 Площадь живого сечения щ=0,062/0,008=7,75 (м2) 4 Определение размеров отстойника: Вset= щ/Hs=
7,75/2=3.9 (м). 5 Количество осадка Qmud
Cen
Cex
: где qw --
расход сточных вод, м3/ч; mud --
влажность осадка, %
; mud
=95% mud
плотность осадка, г/см3. mud
=1,05 г/см3 6 Принимая по внимание, что при проектировании очистных установок, как правило, применяются типовые или экспериментальные конструкции отстойных сооружений с известными геометрическими размерами, за расчетную величину следует принимать производительность одного отстойника qset,
при которой обеспечивается заданный эффект очистки. После расчета qset
исходя из общего расхода сточных вод определяется количество рабочих единиц отстойников N
N
=
. Производительность одного отстойника qset
, м3/ч, следует определять исходя из заданных геометрических размеров сооружения и требуемого эффекта осветления сточных вод по формуле Где величина турбулентной составляющей в зависимостиот скорости рабочего лотка N
=
232,16/221,64=1,05 Расчет радиального отстойника Широкое применение для очистки производственных сточных вод на больших заводах находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью. На рис. представлена схема радиального отстойника. Подача шлама в шламосборник осуществляется вращающимся механическим скребком. Рис.5. Схема радиального отстойника: 1 - входная труба; 2 - отводящая труба; 3 - шламосборник; 4 - канал вывода шлама; 5 - механический скребок
1 Расчетное значение гидравлической крупности u
0, мм/с, Hset --
глубина проточной части в отстойнике, м; Hset
=2м Kset
коэффициент использования объема проточной части отстойника; Kset
=0,45 tset
-- продолжительность отстаивания, с, tset
=7200с. n
2 -- показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения; для городских сточных вод следует определять по черт. 2. n
2=0,42, h1=500 мм. 2 Расчетный объем W W==qmax* tset
=0,062*7200=446,4 м3 3 Определение диаметра отстойника радиального Fкруг= W/ Hset
=446,4/2=223,2 м2 отсюда следует, что 4 Производительность радиального отстойника Где величина турбулентной составляющей в зависимостиот скорости рабочего лотка, диаметр отстойника, диаметр впускного устройства, 5 Количество отстойников N=1 6 Концентрация взвешенных веществ после после очиски при осветлении 60%: 7 Количество осадка Qmud
, м3/ч, выделяемого при отстаивании определем исходя из концентрации взвешенных веществ в поступающей воде Cen
и концентрации взвешенных веществ в осветленной воде Cex
: где qw --
расход сточных вод, м3/ч; mud --
влажность осадка, %
; mud
=95% mud
плотность осадка, г/см3. mud
=1,05 г/см3 Сравнение отстойников Исходя из полученных расчетов экономически выгоднее использование горизонтального отстойника, если сравнивать размеры сооружений, то предпочтение так же отдается горизонтальному отстойнику.
центрациями в ней взвешенных частиц находят с помощью рис. 4.30 гидравлическую крупность частиц, которые должны быть выделены в проектируемом отстойнике. Затем по найденной величине и0у
пользуясь рис. 4.31, определяют радиус отстойника г. Среднюю скорость входа сточной воды в отстойную зону ив (скорость в сечении между раструбом центральной трубы и отражательным щитом) С. М. Шифрин рекомендует принимать равной 1,2 см/с.
Сфера использования
Принцип работы
Классификация и устройство отстойников воды
Горизонтальный отстойник
Вертикальный отстойник
Полунепрерывного действия
Непрерывного действия
С гребковыми мешалками
С коническими полками
Для разделения эмульсий