Насосные канализационные станции.

Канализационные насосные станции (КНС) строят, когда рельеф местности не позволяет отводить сточные воды и атмосферные осадки самотеком к месту очистки. Эти станции необходимо строить, если глубина канализационных коллекторов превосходит 4 – 8м. Наиболее целесообразно располагать канализационные насосные станции на свободных территориях вблизи промышленных предприятий, складских помещений и зеленых массивов.

КНС разделяются на четыре группы: для перекачивания бытовых сточных вод, производственных сточных вод, атмосферных вод и осадков.

Станции первой группы могут быть районными, перекачивающими сточную жидкость из отдельных коллекторов в главный коллектор, и главными, перекачивающими сточную жидкость на очистные сооружения.

На станциях второй группы предусматривается защита оборудования от агрессивной сточной жидкости и периодическая промывка оборудования.

Станции третьей группы предусматриваются в сети дождевой канализации, когда отвод дождевой воды самотеком на данном участке невозможен.

Станции четвертой группы входят в состав очистных сооружений и обработки осадков. Эти станции служат для перекачивания осадка из первичных сборников на сооружения по обработке активного ила, песка, а также для повышения напора в канализационных магистралях большой протяженности.

Рис. 47. Схема насосной станции шахтного типа: а – с горизонтальными; б – вертикальными насосами: 1 – решетка; 2 – электродвигатель вертикального насоса; 3 – напорный трубопровод; 4 – насос

Наличие КНС в технологической схеме не обязательно и определяется рельефом местности и пропускной способностью станций очистки. Технологический процесс перекачивания состоит из двух операций: освобождения жидкости от твердых габаритных отбросов, песка, камней и перекачивания относительно чистой жидкости. Поэтому всегда строят два помещения: помещение с приемным резервуаром и очистными решетками, дробилками и насосный зал. Эти помещения могут быть разделены или совмещены и, соответственно, станции называются: раздельного или совмещенного типа. КНС бывают незаглубленные (до 4м относительно поверхности земли), полузаглубленные (до 7м) и шахтного типа (свыше 8м) с насосами горизонтального, вертикального или осевого типа, с ручным или автоматическим управлением.

Рис.48. Схема насосной станции с отдельно стоящим приемным резервуаром: позиции 1 – 4 см. рис.47; 5 – всасывающий трубопровод

Рис.49. Схема насосной прямоугольной станции: позиции 1 – 4 см. рис. 47

Рис.50. Канализационная насосная станция шахтного типа:

1 – подводящий коллектор; 2 – очистные механизированные решетки; 3 – приемный резервуар; 4,5 – всасывающие и напорные трубопроводы; 6 – электродвигатель; 7 – насос СДВ 160/45, подача – 160м³/ч, напор – 45м; 8 – обратный клапан; 9 – задвижки

Рис.51. Насос типа СД для сточных вод (горизонтальный): 1 – вал; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо; 4 – крышка корпуса; 5 – входной патрубок; 6 – люки ревизии; 7 – защитные уплотнительные кольца; 8 – передние и задние диски рабочего колеса; 9 – выходной патрубок; 10 – подвод чистой воды; 11 – сальниковые уплотнения; 12 – защитная втулка

Рис.52. Насос типа СДВ для сточных вод (вертикальный): 1 – защитное кольцо; 2 – рабочее колесо; 3 – регулируемое уплотняющее кольцо; 4 – нижняя крышка корпуса; 5 – люк-прочистка; 6 – корпус; 7 –защитные диски; 8 – верхняя крышка корпуса; 9 – подшипник скольжения; 10 – торцевое уплотнение вала; 11 – вал; 12 – фундаментная плита

Центробежные насосы для перекачивания сточных вод должны удовлетворять некоторым специальным требованиям, обусловленным характеристикой жидкости: наличием примесей песка, твердых включений в виде камней и всевозможных отбросов. Такой состав жидкости приводит к существенным изменениям конструкции рабочего колеса и спиральных отводов, которые делаются упрощенной формы и с широкими проходами. Предусматриваются люки-ревизии, а в зону уплотнения вала подается промывочная вода. Выпускаются насосы двух типов: СД – центробежные и СДС – свободновихревые. По расположению вала эти насосы могут быть горизонтальными, вертикальными и погруженными. На рис.25 показан центробежный насос типа СД, предназначенный для перекачивания неагрессивных жидкостей плотностью 1050 кг/м³ с рН = 6 – 8,5, температурой до 80ºС и содержанием абразивных частиц размером до 5 мм не более 1% по массе. Серия таких насосов выпускается с диапазоном подач от 1,9 до 3000 л/с и напором от 5,5 до 110 м, КПД 45 – 83%. Конструкция насоса позволяет демонтировать рабочее колесо, не снимая сам насос с фундаментной плиты. Уплотнение – мягкий сальник с промывкой чистой водой под давлением, превышающим давление насоса на 0,5 – 1 атм. Ротор насосов небольшой мощности ( до 100 кВт) установлен в подшипниках качения. В более мощных насосах применяются подшипники скольжения (резиновые или лигнафолевые) с промывкой чистой водой как в насосе типа СДВ с вертикальным валом на рис.26. Конструкция этого насоса отличается защитными бронедисками и удобством демонтажа и обратной установки всего ротора без отделения его корпуса от фланцев трубопровода. Основные детали насоса выполнены литьем из чугуна.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Состав сточных вод.

Сточные воды, содержащие растворимые и нерастворимые примеси и загрязнения, отводят за пределы канализуемого населенного места и спускают в водоемы. Перед спуском их необходимо очистить до такой степени, чтобы они не оказывали вредного влияния на водоем и качество воды в водоеме не снижалось ниже установленных санитарных норм. Спуск в водоем неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод ухудшает качество воды в водоеме (вкус, цвет, запах), уменьшает количество кислорода в ней, а содержащиеся в сточных водах вредные и даже ядовитые вещества могут оказывать пагубное воздействие на флору и фауну водоема.

Взвешенные и растворенные вещества разделяют на минеральные и органические. Минеральные загрязнения состоят из песка, раствора солей, минеральных масел и др. Органические загрязнения составляют более 50% загрязнения бытовых сточных вод. В число органических входят и бактериальные загрязнения. Органические загрязнения растительного происхождения (остатки овощей, растений и др.) характеризуются наличием в них углерода: органические загрязнения животного происхождения (выделения человека, животных, жировые вещества и др.) – наличием азота в виде белковых веществ и продуктов их распада (мочевины и солей аммония).

Органическая часть сточных вод в присутствии кислорода воздуха и при воздействии организмов-минерализаторов (аэробных бактерий) подвергается окислению (процесс минерализации). Скорость растворения кислорода в сточных водах обратно пропорциональна степени насыщенности их кислородом, т. е. прямо пропорциональна его дефициту. Этот процесс протекает в двух стадиях: 1) углерод и водород дают углекислоту и воду; 2) азот окисляется сначала до солей азотистой кислоты, а затем до солей азотной кислоты; этот процесс носит название интрификации.

Степень загрязнения сточных вод органическими веществами определяют по количеству кислорода, потребного до полного окисления органической части с помощью микроорганизмов-минерализаторов. Эта величина обозначается символом БПК и выражается в мг/л (биохимическая потребность кислорода).

Методы очистки сточных вод.

Очистку сточных вод производят механическим, биологическим и химическим методами. Производственные сточные воды очищают физико-химическими и химическими методами, из которых наиболее часто применяют нейтрализацию, коагулирование, эвапарацию (выпаривание) и др.

6.2.1. Сооружения механической очистки сточных вод предназначены для задержания нерастворенных примесей. К ним относятся решетки, песколовки, сита, отстойники и фильтры различных конструкций.

Решетки и сита рис.53 предназначены для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения.

Рис.53. Схема решетки фирмы « Джоунс энд Аттвуд» (Великобритания):

1 – профиль стержней; 2 – грабли; 3 – опора грабель; 4 – направляющая опора грабель; 5 – двигатель; 6 – транспортер

Решетки являются первым элементом всех технологических схем очистки сточных вод. Они устанавливаются в уширенных каналах перед песколовками.

Размер решеток определяется из условия обеспечения в прозорах (расстояние между профилем стержней и рабочей части граблей) скорости движения сточной воды V_р = 0,8 – 1,0 м/с при максимальном притоке на очистные сооружения. При скорости менее 0,8 м/с в уширенной части канала перед решеткой начинают выпадать в осадок крупные фракции песка и возникает необходимость их удаления, при скорости движения жидкости более 1,0 м/с уловленные загрязнения продавливаются через решетку. В связи с этим, на очистных каналах устанавливается шлюзовой метод регулирования потока жидкости.

Рис.54. Механизированные щелевидные наклонные сита

1 – рама для закрепления сита; 2 – сита; 3 – цепной скребковый механизм

Рис.55. Вертикальная песколовка с вращательным движением сточной воды:

1 – подводящий канал; 2 – сборный кольцевой лоток; 3 – ввод воды в рабочую зону; 4 – отводной канал

Сита, предназначены для процеживания очищенной сточной воды с помощью барабанных сеток. Они устанавливаются перед фильтрами доочистки.

Сооружения механической очистки сточных вод являются предварительной стадией перед биологической очисткой. При механической очистке городских сточных вод удается задержать до 60% нерастворенных загрязнений.

Отстойники предназначаются для осаждения нерастворенных частиц вследствие замедленного движения сточных вод. Отстойники разделяют на первичные, устанавливаемые для первоначального осветления сточных вод (рис.57, 58), и вторичные, которые предназначены для осветления сточных вод, прошедших биологическую очистку рис.31.

Рис.56. Горизонтальная песколовка с круговым движением воды:

1 –гидроэлеватор; 2 – трубопровод для отвода всплывающих примесей; 3 – желоб; 4 – затворы; 5 – подводящий лоток; 6 – пульпопровод; 7 – трубопровод рабочей жидкости; 8 – камера переключения; 9 – устройство для сбора всплывающих примесей; 10 – отводящий лоток; 11 – полупогружные щиты

Проточная часть песколовки рис.30 в поперечном сечении имеет в верхней части прямоугольную форму, а в основании – треугольную со щелью внизу. Весь улавливаемый осадок проваливается через щель в осадочную часть, имеющую коническую форму. Для выгрузки осадка достаточно установить гидроэлеватор.

Рис.57. Схема горизонтального отстойника:

а – продольный разрез; б – план; 1 – зона осаждения; 2 – зона накопления осадка

Горизонтальные отстойники – железобетонные, прямоугольные в плане бассейны воды. Для выравнивания потоков в бассейнах устанавливают через 3 – 6 м вертикальные, продольные перегородки. Удаление осадков со дна отстойника гидравлическое (без остановки работы) или механическое (при опорожнении отстойника или отсека).

Рис.58. Горизонтальный отстойник:

1 – жиросъемник; 2 – илоскреб

Глубина горизонтального отстойника Н = 1,5 ÷ 3 м. Длина l и ширина B отстойника, м, определяются из выражений

L = w H/к_оu_о; (43)

В = V^р/3,6НwN, (44)

где w = 3 ÷ 12 мм/с – средняя расчетная скорость движения воды в проточной части отстойника; к_о – объемный коэффициент( для горизонтальных отстойников к_о = 0,5, для радиальных к_о = 0,45); u_о – усредненная скорость осаждения (гидравлическая крупность) частиц, которые нужно задержать в отстойнике, мм/с, табл.16; V^р – расчетный объемный расход очищаемой воды, м ³/ч; N – расчетное количество параллельно работающих отстойников.

Время осаждения взвешенных в воде частиц

Таблица 16

Рис.59. Радиальный отстойник:

1 – железобетонный резервуар; 2 – подвод воды; 3 – водосливной желоб; 4 – водоотводящая труба; 5 – шламоотводящая труба; 6 – приямок; 7 – скребки; 8 – ферма

Радиальные отстойники (рис.59) – круглые в плане бассейны, снабженные устройством для непрерывного удаления выпадающей смеси. Вода через водоразделительный полый дырчатый цилиндр радиусом 2 – 4 м, размещенный в центре, поступает в бассейн и движется к его периферии, сливаясь в кольцевой желоб. Дно бассейна имеет уклон в 5 - 8º от периферии к центру, где расположен приямок для сбора осадка, сгребаемого вращающимися скребками сгустителя. Из приямка осадок удаляется гидравлическим способом. Глубина отстойника у периферии Н = 1,2 ÷ 5 м. Диаметр радиального отстойника, м,

_____________

d =√ 4∙V^р/3,6∙π∙κ_о∙u_о . (45)

Радиальные отстойники применяются главным образом на больших станциях очистки сточных вод (более 20 000 м³/сут). Диаметр радиального отстойника достигает 40м и более. Размер его определяют по эксплуатационной нагрузке, принимаемой в пределах 1,5 – 3,5 м³/ч на 1м² поверхности отстойника. Продолжительность отстаивания в зависимости от состава сооружений составляет 0,5 – 1,5ч.

Принцип работы радиального отстойника показан на рис.59. Сточная жидкость подается через центральную трубу к центру, откуда она движется с убывающей скоростью к периферии. При этом происходит выпадение осадка. Пройдя отстойник, сточная жидкость через щелевые отверстия поступает в круговой желоб. Выпавший осадок удаляют скребками, укрепленными к подвижной ферме, в иловой приямок в центральной части отстойника.

Рис.60.Схема и принцип работы радиального отстойника

Рис.61. Схема установки для обезвоживания шламов, осажденных в отстойниках

1 – отстойник; 2 – шламовые насосы; 3 – сгуститель; 4 – вакуум-фильтр; 5 – осветлитель

Одной из сложных операций при очистке сточной жидкости является удаление и обработка осадка (ила), задерживаемого первичными отстойниками, и избыточного активного ила – со вторичных отстойников. В сыром неперегнившем состоянии осадок опасен в санитарном отношении, издает запах, плохо сохнет, непригоден для перевозки, что ограничивает его использование.

Обработка осадка сбраживанием широко применяется в практике очистки бытовой сточной жидкости. Осадок, обработанный в перегнивателях, теряет гнилостный запах, приобретает однородную зернистую структуру, хорошо отдает при сушке влагу.

Для обработки осадка служат следующие основные сооружения: септики, двухъярусные отстойники и метантенки. Метантенки (рис.60) – сооружения, предназначенные для сбраживания осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила из вторичных.

Рис.60. Метантек с неподвижным перекрытием:

1 – смотровой люк; 2 – газопровод диаметром 250мм; 3 – пропеллерная мешалка; 4 – переливная труба; 5 – трубопровод диаметром 250мм для загрузки осадка и активного ила; 6 – инжектор для подогрева метантенка