Сооружения первичной обработки сточных вод.

Усреднители.

При выборе способов и технологического оборудования для очистки сточных вод от примесей необходимо учитывать, что заданные эффективность и надежность работы любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентраций примесей и расходов сточной воды. Большинство цехов машиностроительных предприятий характеризуется постоянством расхода и состава сточных вод, однако в некоторых технологических процессах имею г место кратковременные изменения, что может существенно уменьшить эффективность работы очистных устройств или вывести их из строя. Например, залповые сбросы отработанных технологических растворов в термических, травильных и гальванических цехах вызывают существенное увеличение концентрации тяжелых металлов в сточных водах на входе в очистные сооружения. Быстрое таяние снега, а также интенсивные дожди вызывают существенное увеличение расхода поверхностных сточных вод на входе в очистные сооружения.

Для обеспечения нормальной эксплуатации очистных сооружений в указанных случаях необходимо усреднение концентрации примесей или расхода сточной воды, а в некоторых случаях и по обоим показателям одновременно. С этой целью на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и расчет которых определяются характеристиками залповых сбросов. Исключение пиковых расходов воды, поступающей на очистку, позволяет более экономично и надежно проводить процесс.

Усреднение проводят в контактных и проточных усреднителях. Контактные усреднители используют при небольших расходах сточной воды, в периодических процессах и для обеспечения высоких степеней выравнивания концентраций. В большинстве случаев применяют проточные усреднители, которые представляют собой многокоридорные (многоходовые) резервуары или емкости, снабженные перемешивающими устройствами. Многокоридорные усреднители могут быть прямоугольные (рис. 2.2) и круглые (рис. 2.3). Усреднение в них достигается смешением струй сточной воды разной концентрации. Усреднение расхода воды достигается также при перекачке ее насосами. В этом случае усреднитель представляет собой простую емкость. Перемешивание жидкости может быть обеспечено и механическими мешалками или барботажем воздуха (рис. 2.4).

Изменение концентрации в сточной воде может произойти в результате ее залпового сброса или вследствие циклических колебаний состава вод.

Объем усреднителя для погашения залпового сброса определяют по формуле

где Q — расход воды, м³/ч; k_п — коэффициент подавления,

; τ_з — продолжительность залпового сброса, ч; С_max, С_ср , С_доп„ — соответственно максимальная, средняя и допустимая концентрации загрязнении, г/м³.

Рис. 2.2. Прямоугольный усреднитель сточных вод: 1 — распределительный лоток; 2 — водоотводный канал 3 — сборные лотки 4 —глухая перегородка, 5 — вертикальная перегородка, 6 — подвод воды.	Рис. 2.3. Круглый усреднитель сточных вод: 1 — распределительным лоток, 2 — пере- городка, 3 — сборный лоток; 4 — подвод воды.

При k _п ≥ 5 объем усреднителя можно рассчитать по формуле

Объем усреднителя для погашения циклических колебаний состава загрязнений находят за время τ_o по формуле

.

Для вычисленного объема усреднителя определяют число секций n и по числу секций уточняют объем усреднителя.

Затем проводится проверочный расчет скорости продольного движения воды uc в секции сечением F (м²). Эта скорость должна быть меньше 2,5 мм/с и определяется по соотношению:

Необходимый объем усреднителя для усреднения расхода определяют по графику притока сточных вод за определенный период (сутки) с учетом требуемой степени усреднения.

Рис. 2.4. Усреднитель с перемешивающим устройством:

1 — выпускная камера, 2 — выпускное устройство; 3 — корпус;

4 —лоток; 5 — барботер.

Объем усреднителя V об для выравнивания концентрации и расхода сточных вод находят как сумму минимального объема воды в усреднителе, обеспечивающего усреднение сточных вод по концентрации min V (м³), и объема для регулирования расхода V_рег (м³).

При минимальном объеме воды в усреднителе концентрация загрязнений

где τ — время, в течение которого вода в усреднителе достигнет объема V_min, ч; q_i — часовой расход воды за период усреднения; С_i — концентрация загрязнений в i-й час усреднения.

При циклическом изменении концентрации сточных вод объем усреднителя равен:

Концентрация загрязнения в каждом часовом расходе воды:

При отсутствии цикличности изменения состава сточных вод период усреднения устанавливают в соответствии с требованиями к выравниванию концентрации. Если при принятом периоде усредненная концентрация загрязнения С_уср больше некоторой допустимой концентрации С_доп, то объем усреднителя необходимо увеличить. Этот объем будет равен

где q_k — часовые расходы воды за пределами принятого периода усреднения τ . Концентрация загрязнения после усреднения равна

где q_k — часовые расходы воды за пределами принятого периода усреднения τ . C_k — концентрация загрязнения воды при k-часовом расходе воды.

Период усреднения устанавливают последовательным приближением концентрации усреднения до условия В усреднителе (см. рис. 2.4) перемешивание жидкости происходит в процессе барботажа воздуха через перфорированные трубы (барботеры). Барботеры укладывают горизонтально вдоль усреднителя на подставках высотой 7…10 см от дна. Расстояние между барботерами б b принимают равным двойной высоте слоя жидкости в усреднителе 2H; пристенные барботеры находятся от стенки на расстоянии H. Максимальное расстояние между барботерами не должно превышать:

где q _возд— удельный расход воздуха для перемешивания воды; принимают равным 4…6 м³/ч на 1 м длины барботера, для пристенных барботеров (отдельный циркуляционный поток) — равным 2…3 м³/ч.

Для перемешивания воды и предотвращения выпадения взвешенных частиц в осадок интенсивность подачи воздуха должна быть такой, чтобы частицы с гидравлической крупностью 0 w не осаждались. Этому условию соответствует соотношение

где U_д — придонная скорость циркуляционного потока; k_взв — коэффициент пропорциональности; k_взв = 10…12.

Удельный расход воздуха при одном циркуляционном потоке

где H _min— глубина воды над барботером при минимальном заполнении усреднителя; n— число барботеров, l_б — длина барботера.

Усреднитель представляет собой выпуклую камеру специальной конструкции.

Площадь сечения выпускного отверстия отводного патрубка определяется по соотношению

где Qyc — усредненный расход жидкости, м3/с; μ — коэффициент расхода, равный

0,6…0,82; h0 — напор над отводным патрубком, м.

Решетки.

Очистка сточных вод от твердых частиц в зависимости от их свойств, концентрации и фракционного состава осуществляется методами процеживания, отстаивания, отделения твердых частиц в поле действия центробежных сил и фильтрования.

Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод — предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процеживание сточных вод осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители.

Решетки применяют для улавливания из сточных вод крупных, нерастворенных, плавающих загрязнений. Попадание таких отходов в последующие очистные сооружения может привести к засорению труб и каналов, поломке движущихся частей оборудования, т.е. к нарушению нормальной работы. Решетки изготовляют из круглых и прямоугольных стержней. Зазоры между ними равны 16…19 мм.

Решетки устанавливают на очистных станциях при поступлении на них сточных вод самотеком. Не применять решетки на очистных станциях допускается в случае подачи сточных вод насосами с установленными перед ними решетками с зазорами 16 мм или менее.

Решетки подразделяют на:

- подвижные и неподвижные;

- с механической или ручной очисткой;

- устанавливаемые вертикально или наклонно (как при самотечном, так и при напорном поступлении сточных вод).

Расчёт решеток производится на максимальный приток сточных вод (м3/с или м3/ч) или на пропускную способность очистной станции (м3/сут). Исходными данными для расчета решеток являются максимальный расход сточных вод (Q_max) и скорость движения жидкости в зазорах решеток, которую принимают равной u = 0,8…1 м/с. Исходя из этих же данных, определяют суммарную площадь живого сечения решеток F_c и, задаваясь числом решеток n, — площадь одной решетки:

Потери напора в решетках составляют

где β — коэффициент, равный 2,42 — для прямоугольных, и 1,72 для круглых стержней; s — толщина стержней решетки, мм; b — ширина зазоров решетки, мм; α — угол наклона решетки к горизонту; g — ускорение свободного падения, м/с2, Р — коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора вследствие засорения решетки; принимают Р = 3.

Пример. 2.1.Требуется рассчитать одиночную решетку с механической очисткой, устанавливаемую в водоем с глубиной Н₁ = 1, 2 м. Расход сточных вод 2,5•10³ м³/ч.

Решение. Выбираем ширину прозоров между прутьями b > b_min = 16 мм при установке одной решетки. Пусть b = 20 мм. Скорость потока воды v принимаем равной 0,8 м/с, т.е. меньше v_max = 1 м/с. Определяем число прозоров между прутьями решетки по формуле

Вводим коэффициент засорения решетки k_з = 1,05. Тогда n′ = 1,05•36 = 38.

Толщину стержней принимаем s = b = 20 мм.

Общая ширина решетки определяется по формуле

B = s(n - 1) + b n = 20•10^-3(38 – 1) + 20•10^-3•38 = 1,5 м.

Полезная длина стержней решетки составит

Над решеткой необходимо предусмотреть лоток для сбора загрязнений, счищаемых механическими граблями. Поэтому стержни решетки должны выступать над поверхностью воды на величину Δl. Примем Δl = 0,5 м. Тогда длина стержней будет равна

L = l + Δl = 1,4 + 0,5 = 1,9 м.

Для задержания и измельчения загрязнений непосредственно в потоке сточной воды без извлечения их на поверхность применяют решетки-дробилки (типа РД). Схема решетки-дробилки показана на рис. 2.6.

Решетка-дробилка состоит из щелевого барабана с трепальными гребнями и приводного механизма. Принцип действия такой решетки-дробилки заключается в следующем (рис. 2.6.). Сточная вода поступает на вращающийся барабан с щелевыми отверстиями. Мелкие фракции отходов вместе с потоком сточной воды проходят через щелевые отверстия внутрь барабана и далее вниз на выход из решетки-дробилки. Крупные фракции отходов задерживаются на перемычках между щелевыми отверстиями барабана (которые составляют как бы круглую решетку) и транспортируются при вращении барабана к трепальным гребням.

Рис. 2.6. Схема решетки-дробилки типа РД:

1 – барабан; 2 – трепальный гребень; 3 – электродвигатель; 4 – режущая пластина; 5 резец

Измельчение отходов, осуществляемое при взаимодействии поочередно подходящих резцов, которые закрепляются на барабане с режущими кромками трепальных гребней, установленных неподвижно, происходит по принципу работы гильотинных ножниц, а измельчение, осуществляемое при взаимодействии режущих пластин с трепальными гребнями, по принципу работы параллельных ножниц. Измельченные отходы подхватываются водой и проходят сквозь щелевые отверстия внутрь барабана в общем потоке. Такая конструкция является компактной, а процесс можно полностью автоматизировать.