Аппараты для осаждения примесей из сточных вод.

Работа многочисленных аппаратов, предназначенных для выделения из сточных вод твердых и жидких примесей, основана на гидродинамических закономерностях процесса отстаивания. К таким аппаратам относятся песколовки, первичные и вторичные отстойники, илоуплотнители, нефтеловушки, смоло-жиро-маслоуловители.

Основным параметром, на основании которого рассчитывают размеры отстойной аппаратуры, является скорость осаждения взвешенных твердых или жидких частиц (гидравлическая крупность) w_o. Скорость осаждения зависит от многих факторов: размера частиц d, их формы, плотности ρ_т , плотности ρ_с.в и вязкости μ_с.в сточной воды, скорости движения воды u , от условий обтекания и сопротивления среды и др.

Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов осаждения шарообразных частиц скорость свободного осаждения вычисляют из формулы

Где — число Рейнольдса;

— число Архимеда (ρ _в —плотность чистой воды; μ _в — вязкость чистой воды).

Формула (2.1) применима и для вычисления скорости осаждения частиц неправильной формы, если подставлять в нее эквивалентный диаметр частицы.

Как правило, сточные воды, содержащие твердые примеси, имеют частицы различных форм и размеров. Такие воды представляют собой полидисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Все это усложняет установление действительных закономерностей процесса осаждения.

Свойства сточных вод отличаются от свойств чистой воды. Сточные воды имеют более высокую плотность и большую вязкость. Вязкость и плотность сточной воды, содержащей твердые частицы с объемной концентрацией С₀, можно рассчитать по формулам

где ε — объемная доля жидкой фазы; V _ж — объем жидкой фазы, V _т — объем твердой фазы.

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей как больших, так и мелких частиц. Скорость стесненного осаждения меньше скорости свободного осаждения вследствие возникновения восходящего потока жидкости и большей вязкости среды.

Скорость стесненного осаждения шарообразных частиц одинакового размера

можно рассчитать по формуле Стокса с поправочным коэффициентом R, который учитывает влияние концентрации взвешенных веществ:

Для частиц не шарообразной формы необходимо учитывать коэффициент формы. Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно изменяется во времени. Эта скорость, как правило, определяется экспериментально.

Песколовки.

Песколовки предназначены для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (главным образом песка) крупностью свыше 0,2…0,25 мм при пропускной способности станции очистки сточных вод более 100 м³/сут.

Песколовки рассчитываются на максимальный расход сточных вод и проверяются на минимальный приток. Тип песколовки необходимо выбирать с учетом пропускной способности очистной станции, состава очищаемых производственных сточных вод и местных условий строительства. Число отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, при этом все отделения должны быть рабочими.

В системах очистки наибольшее применение нашли песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением воды, круглой формы с тангенциальным подводом воды и аэрируемые. Конструкцию сооружения выбирают в зависимости от количества сточных вод и концентрации твердых примесей.

Горизонтальные песколовки— это удлиненные прямоугольные в плане сооружения с прямолинейным движением воды (рис. 2.7). Для ориентировочных расчетов принимают глубину песколовки H = 0,25…1 м, соотношение ширины и глубины В/Н =1:2.

Осаждение песка из сточных вод в песколовках с некоторым допущением можно отнести к свободному осаждению частиц в ламинарном режиме, поэтому скорость осаждения w_oможно рассчитать по закону Стокса.

Длину L, ширину В и высоту Н песколовки рассчитывают.

Длину песколовки находят по формуле (в м)

(2.2)

где k — коэффициент, учитывающий влияние турбулентности потока и других факторов на скорость осаждения.

Рис. 2.7. Горизонтальная песколовка с прямолинейным движением воды:

1 — гидроэлеваторы; 2 — щитовые; 3 — скребковые механизмы для удаления песка.

Коэффициент k равен

(2.3)

Площадь зеркала воды F (м²), расчетную глубину песколовки H _p (м) и удельную нагрузку по воде q₀ [м³/(м²•с)] при эффективности очистки Э определяют по формулам

(2.4)

Среднюю скорость движения воды в расчетах следует принимать u = 0,3 м/с, диаметр частиц песка 0,2…0,25 мм, продолжительность пребывания воды в песколовке 30 с.

Для поддержания в песколовках постоянной скорости сточной воды на выходе из песколовки устанавливают водослив с широким порогом. Размеры водослива определяют по формулам

где Р — перепад уровней воды между дном песколовки и порогом водослива; h _max, h _min — глубина воды при максимальном max q и минимальном min q расходах и скорости движения воды в песколовке 0,3 м/с; ; b _c — ширина водослива; m — коэффициент расхода водослива, равный 0,35…0,38.

Объем приямков принимают равным не более двух суточных объемов выпадающего песка. Угол наклона стенок приямка 60°.

Песколовки с круговым движением воды являются разновидностью горизонтальных песколовок (рис. 2.8). Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной воды предназначаются для удаления песка из производственных сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию.

Рис. 2.8. Песколовки с круговым движением воды:

1 — подача сточной воды; 2 — удаление пульпы; 3 — отвод воды.

Сточная вода подводится к ним и отводится из них по лоткам. Эти песколовки применяют при расходах воды до 7000 м3/сут. Рассчитывают их по приведенным выше формулам для горизонтальных прямоугольных песколовок (2.2)—(2.4). Длину песколовок принимают по средней линии кругового лотка.

Пример. 2.2.Исходные данные: расход сточных вод Q = 0,6 л/с (2,16 м3/ч). Начальное содержание взвешенных веществ ВВн – 1000 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн - 150 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк - 400 мг/л, ЭВк - 148 мг/л.

1. Площадь сечения песколовки:

P = Q/3600 v n,

где v - средняя скорость движения воды; n - количество параллельно установленных секций песколовки.

Для горизонтальных песколовок рекомендуемая скорость движения воды - 0,1...0,3 м/с. Принимая v = 0,1м/с, площадь живого сечения песколовки составляет

F = 2,16/(3600•0,1.1) = 0,006 м².

2. Ширина проточной части песколовки выбирается конструктивно В =0,18м.

3. Глубина проточной части песколовки:

h₁ = F/B = 0,006/0,18 = 0,033 м.

4. Длина песколовки определяется по формуле

где k - коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок, для горизонтальных песколовок k = 1,7; u₀ – гидравлическая крупность песка, при диаметре улавливаемых частиц песка 0,2 мм – u₀ = 18мм/с.

Продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке должна быть не менее 30 с, поэтому принимаем длину песколовки L = 3 м:

.

Из конструктивных соображений и удобства эксплуатации (выгрузки осадка)

песколовка выполнена в виде трех блоков, соединяющихся желобами для течения сточной воды.

5. Определение объема контейнера песколовки.

Объем осадка, накапливаемого в песколовке

где ρ_ос - плотность выпавшего осадка, кг/м3; φ - влажность выпавшего осадка (φ =0,6); ΔС_вв - разность концентраций взвешенных веществ на входе и выходе из песколовки, кг/м3. Плотность выпавшего осадка

где ρ_вв - плотность осаждающихся взвешенных веществ, кг/м³.

Так как в песколовке осаждается преимущественно песок, то ρ_вв = 2650кг/м³. С учетом этого

ρ_ос = 2650(1 - 0,6) + 1000•0,6 = 1660 кг/м3.

Тогда объем осадка

V = 2,16.600•10^-3/[1660(1 – 0,6)] = 1,95•10^-3 м³/час.

Так как очистная установка работает в одну смену 7 часов в сутки, 5 дней в неделю, то объем образовавшего за месяц осадка составит

V_ос = 1,95•10^-3•7•22 = 0,3 м³/мес.

Объем осадка, выпавшего в одной секции песколовки, составляет

V_l = V_oc/3 = 0,3/3 = 0,1 м³/мес.

Длина контейнера принимается равной длине секции песколовки, длина и ширина выбраны из конструктивных соображений (по 1м). Выгрузку осадка рекомендуется осуществлять по мере накопления его в песколовке до высоты 0,75…0,80 м.

Тангенциальные песколовки(рис. 2.9) имеют удельную нагрузку 110…130

м³/(м²•ч), диаметр не более 6 м. Вода подводится по касательной.

Рис. 2.9. Тангенциальная песколовка:

1 — осадочная часть, 2 — подвижный водослив; 3 — телескопическая труба; 4 — рабочая часть; 5 — шнек; 6 — отвод песка: 7 — подающий лоток; 8 — отводящий лоток.

Проточная часть песколовки имеет небольшую глубину. При скорости движения воды в главном лотке 0,6…0,8 м/с в песколовке задерживается примерно 90% песка.

Осажденный песок удаляют шнеком, гидроэлеватором или смывают водой, подаваемой через трубопровод, расположенный в песковом лотке. Площадь сечения песколовки определяют по формуле

Глубину песколовки принимают равной половине диаметра.

Аэрируемые песколовки(рис. 2.10) применяются для выделения содержащихся в сточной воде минеральных частиц гидравлической крупностью 13…18 мм/с.

1— аэрационная зона; 2 — аэратор: 3 — разделительная перегородка;

4 — гидроэлеватор; 5 — подводящий канал; 6 — впускное устройство; 7 — отводящий канал; 8 — перегородка.

Эти сооружения применяют в тех случаях, когда требуется наиболее полное разделение примесей по крупности. Воздух способствует вращению воды в песколовке и тем самым повышению эффекта осаждения.

Расчетная пропускная способность аэрируемой песколовки шириной 4,5 м на три отделения составляет 200…240 тыс. м³/сут сточных вод, на четыре отделения — 240…280 тыс. м3/сут. Подвод сточной воды к песколовкам и отвод ее осуществляются открытыми лотками. Для системы аэрация используется воздух от насосно-воздуходувной станции. Осадок смывается в бункер песколовки гидромеханической системой, включающей продольный лоток и трубопроводы со спрысками; осадок из бункера удаляется с помощью гидроэлеватора.

Приямок для песка рекомендуется выполнять круглым в плане с тангенциальным присоединением к нему песковых лотков. Угол наклона стенок приямка принимают не менее 60°. Осадок, удаляемый из приямка гидроэлеваторами, направляется на напорные гидроциклоны, используемые для отмывки песка от органических примесей. После гидроциклонов получается осадок зольностью 84…96 % и влажностью 21…23 %:

Отстойники.

Отстойник является основным сооружением механической очистки сточных вод, используется для удаления оседающих или всплывающих грубодисперсных веществ.

Различают первичные отстойники, которые устанавливают перед сооружениями биоактивного ила или биотенки. В зависимости от направления движения потока воды отстойники подразделяют на горизонтальные, вертикальные и радиальные. К отстойникам относят и осветлители, в которых одновременно с отстаиванием сточная вода фильтруется через слой взвешенного осадка, а также осветлители-перегниватели и двухъярусные отстойники, где одновременно с осветлением воды происходит уплотнение выпавшего осадка.

Выбор типа и конструкции отстойников зависит от количества и состава производственных сточных вод, поступающих на очистку, характеристик образующегося осадка (уплотняемость, транспортируемость). В каждом конкретном случае выбор типа отстойников должен определяться в результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов. Число отстойников следует принимать не менее двух, но и не более четырех, идя по пути увеличения габаритов отстойников, так как стоимость единицы объема крупногабаритных отстойников меньше, чем малогабаритных.

Для расчета отстойников необходимы следующие данные.

1. Количество сточных вод Q, м³/c, по максимальному притоку.

2. Концентрация взвешенных веществ C₁, мг/л, тяжелых и легких (масла и нефтепродукты) механических примесей.

3. Требуемая степень очистки, или допустимое содержание взвешенных веществ в осветленной воде С_тр, мг/л, принимаемое в соответствии с санитарными нормами или обусловленное технологическими требованиями (например, при расчете первичных отстойников, располагаемых перед аэротенками, на полную очистку или биофильтрами,

когда С_тр должно быть равным 100…150 мг/л).

Эффективность осаждения взвешенных частиц в отстойниках (эффективность отстаивания) вычисляют по зависимости (в %)

В большинстве случаев эффективность составляет 40…60% при продолжительности отстаивания 1…1,5 ч; эффективность работы осветлителей достигает 70%.

4. Гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемой эффективности очистки Этр, равной 50… 98%.

5. Гидравлическая крупность, определяемая по кривым кинетики отстаивания Э =f(t), которые получены в лаборатории в статических условиях при высоте слоя отстаивания h₁ ≥ 200 мм или h₂ (Δh = h₂ - h₁ ≥ 200 мм). Для приведения полученной величины к слою, равному высоте слоя потока воды в отстойнике, производится перерасчет поформуле

где Н — глубина проточной части в отстойнике, м; K — коэффициент использования объема в отстойнике, равный в первом приближении коэффициенту использования объема отстойника выбранной конструкции; t₁ — продолжительность отстаивания в лабораторном цилиндре при высоте слоя h₁ , в течение которого достигается требуемый эффект осветления; n — коэффициент пропорциональности, зависящий от агломерируемости взвешенных веществ в процессе осаждения, определяемый при h₁ > h₂ по формуле

здесь h₁, h₂ — высота слоев отстаивания в лабораторных условиях, мм; t₁, t₂ — продолжительность отстаивания в соответствующих слоях, при которой достигается требуемый эффект отстаивания, с.

В случае когда температура сточной воды в производственных условиях отличается от температуры сточной воды, при которой определялась кинетика отстаивания, необходимо вводить поправку

где μ_л, μ_п — вязкость води при соответствующих температурах в лабораторных и производственных условиях; u — гидравлическая крупность частиц.

Объем отстойной (проточной) части любого отстойника V_от=QT; поверхность осаждения

.

Для повышения эффективности осаждения в сточную воду вводят коагулянты и флокулянты, способствующие увеличению скорости осаждения взвешенных частиц.

Так как взвешенные частицы в сточной воде в процессе осаждения в большинстве случаев изменяют форму, плотность, размеры и представляют собой агрегативно неустойчивую полидисперсную систему, действительную скорость осаждения частиц в сточных водах определяют экспериментально.

Вертикальные первичные отстойникипредназначены для осветления бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод (а также их смеси), содержащих грубодиспереные примеси.

Вертикальные отстойники применяют на станциях производительностью до 20тыс. м³/сут. Это круглые в плане резервуары диаметром 4…9 м с коническим днищем

Рис. 2.11. Первичный вертикальный отстойник с нисходяще-восходящим потоком:

1 — трубопровод для удаления плавающих веществ; 2 — трубопровод для удаления осадка; 3 — приёмная воронка для отвода плавающих веществ; 4 — периферийный лоток для сбора осветленной воды; 5 — зубчатый водослив;

6 - кольцевая полупогружная перегородка.

Вертикальный отстойник этого типа увеличивает степень задержания взвешенных веществ до 60…70 % или при сохранении степени осветления обычного вертикального отстойника увеличивает пропускную способность примерно в 1,5 раза. Радиус вертикальных отстойников рассчитывают по формуле:

2.5

где k — коэффициент, принимаемый равным 0,35 для отстойников с центральной впускной трубой и 0,65…0,7 для отстойников других конструкций. Радиус отстойников с периферийным впуском воды принимают равным до 5 м.

Ширину кольцевой зоны определяют по формуле

где u ₀ — скорость входа воды в рабочую зону, равная 5…7 мм/с.

Рабочая глубина отстойника равна 8δ; заглубление струенаправляющей стенки 0,7H; ширина отражательного колодца 2δ; скорость воды в лотке 0,4…0,5 мм/с; радиус внутренней стенки кольцевого водосборного лотка с зубчатым водосливом 0,5R; удельная нагрузка на водослив 6 л/(м•с); угол наклона стенок иловой части вертикальных отстойников во всех конструкциях принимают равным не менее 50°. Осадок удаляется под гидростатическим напором.

Пример 2.3.Определить производительность, площадь осаждения и геометрические размеры цилиндрического непрерывно действующего отстойника для осветления G_c = 3 кг/с суспензии сточной воды концентрацией твердой фазы х_с = 4 % и сгущения ее до х_ос = 20 %, если скорость стесненного осаждения частиц w = 1,5•10^-4 м/с, содержание твердой фазы в осветленной воде хо = 0 и плотность осветленной воды ρ_о = 1080кг/м3.

Решение. Уравнение материального баланса для всех потоков в отстойнике G_с = G_ос + G_о.

Уравнение материального баланса отстойника для твердой фазы

G_с •x_с = G_ос•x_ос + G_о•x_о.

Количество осветленной воды равно разности

G_о = G_с – G_ос.

Выразим количество осадка через количество суспензии сточной воды при условии х_о = 0

G_ос = G_с•x_с/x_ос.

Тогда

G_о = G_с(1 - x_с/x_ос) = 3(1 – 4/20) = 2,4 кг/с.

В свою очередь G_о = V_о•ρ_о,

где V_о = w•F – объемный расход осветленной воды, откуда получим площадь отстаивания, т.е. площадь поперечного сечения отстойника

F = V_о/w = (G_о/ρ_о)/ w = 2,4/(1080•1,5•10^-4) = 14,8 м².

Диаметр отстойника равен

D = (4 F/π)1/2 = (4•14,8/3,14)1/2 = 4,35 м.

Горизонтальные отстойникиприменяются в составе станций очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод и предназначены для выделения взвешенных веществ из вод, прошедших решетки и песколовки (рис. 2.12). Их применяют при расходах сточных вод более 15000 м³/сут. Глубина отстойников H достигает 1,5…4 м, отношение длины к глубине 8…12 (до 20). Ширина отстойника зависит от способа удаления осадка и обычно находится в пределах 6…9 м. Применяются также отстойники, оборудованные скребковыми механизмами тележечного или ленточного типа (рис. 6.14), сдвигающими выпавший осадок в приямок. Объем приямка равен двухсуточному (не более) количеству выпавшего осадка. Из приямка осадки удаляют насосами, гидроэлеваторами, грейферами или под гидростатическим давлением

Рис. 2.12. Горизонтальный отстойник:

1 — водоподводящий лоток, 2 — привод скребкового механизма, 3 скребковый механизм, 4 — водоотводящий лоток, 5 — отвод осадка.

Сточные воды поступают в отстойники из распределительного аэрируемого лотка, проходят впускной лоток, и отводятся сборным лотком с двусторонним водосливом.

Осадок сгребается в иловый приямок скребковым механизмом и удаляется плунжерными насосами. Плавающие вещества собираются скребковым механизмом при обратном ходе и удаляются в конце отстойника через поворотную трубу с щелевидными прорезями. Поступившие в сборный колодец плавающие вещества откачиваются для совместной обработки с осадком.

Длину отстойника вычисляют по зависимости

где u — скорость движения воды в, проточной части отстойника, принимают равной 5…10 мм/с, k — коэффициент объемного использования, равный 0,5.

Радиальные отстойникиприменяют при расходах сточных вод более 20 тыс. м³/сут. Эти отстойники по сравнению с горизонтальными имеют некоторые преимущества: простота и надежность эксплуатации, экономичность, возможность строительства сооружений большой производительности. Недостаток — наличие подвижной фермы со скребками.

Известны радиальные отстойники трех конструктивных модификаций — с центральным впуском, с периферийным впуском и с вращающимися сборнораспределительными устройствами. Наибольшее распространение получили отстойники с центральным впуском жидкости (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Радиальный отстойник:

1 — труба для подачи воды; 2 — скребки; 3 — распределительная чаша; 4 — водослив; 5 — отвод осадка.

Первичные радиальные отстойники оборудованы илоскребами, сдвигающими выпавший осадок к приямку, расположенному в центре. Из приямка осадок удаляется насосом или под действием гидравлического давления. Вторичные радиальные отстойники оборудованы вращающимися илососами, которые удаляют активный ил непосредственно из слоя осадка без сгребания его в приямок. Частота вращения илоскребов и илососов 0,8…3 ч^-1. Радиус радиальных отстойников рассчитывают по формуле (2.5), где k — коэффициент, принимаемый равным 0,45.

Диаметр отстойников принимают равным не менее 18 м; отношение диаметра к глубине проточной части 6…30; глубина проточной части от 15 до 5 м; высота нейтрального слоя 0,3 м. Удельная нагрузка на водослив не более 10 л/ (м.с).

В отстойниках с периферийным впуском воды достигается в 1,2…1,3 раза большая эффективность очистки и в 1,3…1,6 раза большая производительность, чем в обычных радиальных отстойниках, при той же продолжительности отстаивания. Вода входит в рабочую зону отстойника через кольцевое пространство, образуемое нижней кромкой перегородки и днищем. При движении воды от периферии к центру из нее выпадают оседающие вещества. Осветленная вода отводится через выпускные устройства.

Расчетная продолжительность пребывания воды в отстойнике принимается равной не менее 1 ч.

Отстойники с вращающимися сборно-распределительными устройствами (рис. 2.14) используют для очистки бытовых и производственных вод, содержащих до 500мг/л взвешенных частиц. Отстаивание воды в отстойнике происходит практически в статических условиях, хотя пропускная способность их приблизительно на 40% выше, чем обычных радиальных отстойников.

Рис. 2.14. Радиальный отстойник с вращающимся сборно распределительным устройством:

1 — трубопровод для подачи сточной воды; 2 — центральная чаша; 3 — сборно-распределительное устройство; 4 — скребки; 5 — трубопровод для отвода очищенной воды

Отстойник имеет вращающийся желоб шириной 0,5…1,5 м, разделенный перегородкой на две части. Сточная вода поступает в одну часть желоба из центрально расположенной водоподающей трубы и через вертикальные щели сливается в отстойник.

Очищенная вода поступает в другую часть желоба через сливной борт и отводится из отстойника.

Осадок сгребается скребками, укрепленными на ферме вращающегося устройства. Глубину отстаивания принимают равной 0,8…1,2 м, высота нейтрального слоя воды

0,7 м, высота слоя осадка до 0,3 м. Отстойники могут быть диаметром 18, 24 и 30 м.

Эффективность осветления принимается равной 65%. Радиус отстойника определяют по формуле (2.5), принимая коэффициент k равным 0,85.

Продолжительность отстаивания определяют по соотношению

где h₀ — высота активной зоны отстаивания, составляющая примерно 0,85 глубины погружения вращающегося желоба.

Объем зоны отстаивания Полная глубина отстойника равна сумме:

H = h + h _з + h _и,

где q — приток сточной воды; h — глубина погружения вращающегося желоба; h_з =0,5м — высота защитной (нейтральной) зоны, предупреждающей взмучивание выпавшего осадка при вращении водораспределительного желоба; h_u= 0,5 м — высота иловой части отстойника.

Ширину водораспределительного лотка на расстоянии l от центра отстойника находят из соотношения

b = n R² − l² ,

где n — отношение ширины водораспределительного желоба в его начале к радиусу отстойника (n = 0,1…0,12).

Эффективность работы отстойников может быть еще более увеличена при оборудовании их камерами флокуляции, выполняющими также функции преаэраторов. Камеры флокуляции рассчитываются на продолжительность пребывания воды, равную 10мин. Они оборудуются пневматическими аэраторами при интенсивности подачи воздуха 2…3 м3/(м²•ч). В них предусматривается подача 50...100% избыточного активного ила после вторичных отстойников. Сточная вода и избыточный активный ил поступают

в камеру флокуляции, расположенную в центральной части отстойника. Смесь из камеры флокуляции поступает в водораспределительное устройство. Применение камер флокуляции позволит увеличить эффективность очистки воды в первичных отстойниках по ВПК на 20…30%, что соответственно сократит объем аэротенков и эксплуатационные затраты на биологическую очистку.

Тонкослойные отстойники. Для увеличения эффективности отстаивания используют тонкослойные отстойники (рис. 2.15). Они могут быть вертикальными, радиальными или горизонтальными; состоят из водораспределительной, водосборной и отстойной зон. В таких отстойниках отстойная зона делится трубчатыми или пластинчатыми элементами на ряд слоев небольшой глубины (до 150 мм). При малой глубине отстаивание протекает быстро, что позволяет уменьшить размеры отстойников.

Рис. 2.15. Тонкослойный отстойник:

1 — труба для удаления осадка; 2 — труба для выпуска воздуха; 3, 7 — отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 4 — трубопровод подогрева;

5 — отверстия в по перечных сборных желобах; 6 — сварной лоток;

8 — многослойная загрузка; 9 — корпус; 10 — кирпичная кладка;

11 — подвод воды в секцию; 12 — гравийная камера хлопьеобразования

Тонкослойные отстойники классифицируются по следующим признакам:

- по конструкции наклонных блоков - на трубчатые и полочные;

- по режиму работы — периодического (циклического) и непрерывного действия;

- по взаимному движению осветленной воды и вытесняемого осадка — с прямоточным, противоточным и смешанным (комбинированным) движением.

Поперечное сечение трубчатых секций может быть прямоугольным, квадратным, шестиугольным или круглым. Полочные секции монтируются из плоских или гофрированных листов и имеют прямоугольное сечение. Элементы отстойника выполняют из стали, алюминия и пластмассы (полипропилена, полиэтилена, стеклопластиков). Наклон блоков в отстойниках периодического (циклического) действия небольшой. Накопившийся осадок удаляется промывкой обратным током осветленной воды.

Наклон элементов в отстойниках непрерывного действия составляет 45…60°. Эффективность трубчатых и полочных отстойников практически одинакова.

Расчет тонкослойных отстойников сводится к определению его геометрических размеров — длины, ширины и высоты канала— при заданных расходе сточной воды Q (м³/с), концентрации взвешенных частиц в воде до и после очистки и физико-химических параметрах примесей. Расчетные параметры тонкослойных отстойников периодического действия следующие:

1) расстояние между пластинами в полочных секциях или на свету в трубчатых секциях H ₀= 50…150 мм;

2) скорость движения сточной воды в секциях u (в мм/с)

,

где R — гидравлический радиус;

3) угол продольного наклона секций α равен

4) рабочая длина отстойной секции (в мм) вычисляется по формуле

5) длина зоны осаждения (в мм)

6) число отстойных секций равно

где C₁, C₂— концентрации взвешенных частиц до и после осаждения, мг/л; Р — влажность осадка перед выпуском из отстойника, %,

F_п — площадь поперечного сечения тонкослойного пространства, м²;

7) продолжительность отстаивания 0 τ (в с).

Для каналов прямоугольного сечения ячейки отстойника критическое число Рейнольдса равно

откуда скорость потока воды

, (2.6)

где ν_св — коэффициент кинематической вязкости сточной воды, м²/с.

Устойчивость потока описывается числом Фруда:

, (2.7)

откуда скорость потока составит: u _max = 0,1√ R.

Из совместного решения уравнений (2.6) и (2.7) находят максимальную скорость потока и гидравлический радиус для ячейки отстойника u_{ma x} ≤ 0,412 см/с; R ≤ 16,9см.

Среднюю скорость потока рекомендуется принимать в зависимости от концентрации взвеси. При концентрации взвеси 50, 50…500, 500…5000 и >5000 мг/л средняя скорость потока соответственно равна 0,015; 0,017; 0,02 и 0,025 м/с.

Геометрические размеры ячейки (без учета толщины сползающего осадка) находят по формуле

Задаваясь соотношением В/Н, находят общую высоту ячейки с учетом толщины слоя сползающего осадка H₀= H + h . Удельная нагрузка на ячейку определяется по формуле

Число ячеек

При торцовом впуске сточной воды длина зоны отстаивания равна

L = u _max τ,

а при боковом

Продолжительность отстаивания

Гидравлическую крупность частиц диаметром до 120 мкм находят по формуле Стокса с учетом поправок на изменение плотности ρ`_т и дисперсности d частиц:

объем зоны осаждения:

где ρ`_т — плотность агрегата (частицы с присоединенным слоем воды);

d₁= d + 2•0,15 — диаметр агрегата, мкм; τ_o — продолжительность отстаивания; С_ос —концентрация осадка; k`₀ — коэффициент стесненности.

Отстойники-осветлителиприменяют при повышенном содержании в сточных водах труднооседающих веществ. В результате совмещения процессов осаждения, хлопьеобразования и фильтрации сточной воды через слой взвешенного осадка эффектцвность очистки достигает 70%.

Имеются конструкции осветлителей как с предварительной коагуляцией и агрегацией вод, так и без них, с совмещением этих процессов в одном аппарате. Широко применяют осветлитель с естественной аэрацией (рис. 2.16). Внутри отстойника имеется камера флокуляции, в которую через центральную трубу поступает сточная вода. В камере флокуляции происходит эжекция воздуха, частичное окисление органических веществ, хлопьеобразование и сорбция загрязнений. 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, а далее в отводящий. Выпавший осадок удалялся под действием гидростатического напора

Рис. 2.16. Отстойник-осветлитель:

1 — камера флокуляции; 2 — отстойная зона; 3 — периферийный лоток для сбора осветленной воды; 4 — центральная труба; 5 — лоток для отвода плавающих веществ; 6— трубопровод для выпуска осадка

В результате эффективность очистки сточных вод в сооружении достигает 75%. Пропускная способность осветлителя диаметром 6 м при продолжительности пребывания в нем сточной воды 1,5 ч — 85 м3/ч, а осветлителя диаметром 9м — 193 м3/ч. Осветлители компонуются в блок из двух и четырех сооружений. При проектировании число осветлителей принимают равным не менее двух. Разность уровней воды в подающем лотке и осветлителе (для обеспечения аэрации) составляет 0,6 м. Объем камеры флокуляции должен обеспечить 20-минутное пребывание в ней воды. Глубина камеры 4…5 м. Скорость движения воды в центральной трубе 0,5…0,7 м/с, длина трубы 2…3 м. Степень очистки сточных вод в осветлителях с естественной аэрацией характеризуется следующими показателями: снижением содержания взвешенных веществ с 1200

(в том числе 20 % минеральных) до 300 мг/л (в том числе 25% минеральных), уменьшением жиров с 200 до 90 мг/л.

Производственные сточные воды, содержащие примеси с плотностью меньше плотности воды (всплывающие примеси) — нефть, смолы, масло, жиры и другие им подобные — очищают также отстаиванием в нефтеловушках, смоло- и маслоуловителях.

Нефтеловушкиприменяются для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефть и нефтепродукты при концентрации более 100 мг/л. Эти сооружения представляют собой прямоугольные вытянутые в длину резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей (рис. 2.17). Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, а содержащиеся в сточной воде минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки. Выделение всплывающих примесей из сточной воды по существу аналогично осаждению твердых взвешенных частиц; отличие лишь в том, что плотность частицы в этом сл