КАНАЛИЗАЦИЯ

ОТСТОЙНИКИ

Классификация отстойников

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.

Процесс отстаивания сточной воды

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[13]/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)

Сі

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.

Горизонтальные отстойники

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=700 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.

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/U0 (здесь и0 — по табл. 4.17).

В табл> 4.18 даны размеры типовых горизонтальных первичных от­стойников.

Таблица 4.18

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.

Вертикальные отстойники

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 U0 = V) находятся во взвешенном состоянии, третьи (с u0<iv) увлекаются вверх. Последние на своем пути встреча­ют зону воды с массой взвешенных частиц, так называемый взвешен­ный слой. Проходя его и сталкиваясь с более крупными частицами, мельчайшие частицы укрупняются, что способствует их осаждению.

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, 4Водосборный 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:

F = Q/Vi.

(4.60)

1 — отражательный щит;

2 — раструб; 3 — централь­

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
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.

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).

Рекомендуемые проф. С. М. Шифриным соотношения размеров раструба центральной трубы и отражательного щита, а также взаим­ное их размещение, показаны на рис. 4.32.

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-

243

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.

Радиальные отстойники

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.

Рис 4 34 Первичный радиальный отстойник

1 — илоскреб 2 — распределительная чаша 3 — подводящий трубопровод 4 — трубопровод сырого осадка, 5 — жиросборник, 6— насосная станция, 7—отводящий трубопровод

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

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.

На рис. 4.36 показан радиальный отстойник зарубежной конструк­ции (США) с периферийной подачей сточной воды, отличающийся ме­ханическим оборудованием для удаления осадка и выпуском осветлен­ной воды.

Рис. 4.36. Радиальный отстойник с пери­ферийной подачей сточной воды, применя­емый в США (фирма «Линк-Бельт»)

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 h0 и скорости осаждения и0 частиц, на задержание ко­торых рассчитывается отстойник, т. е. t=H0Ju0. Глубина h0 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

H0 = 1,24 (QIR2)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.

Осветлители

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.

2. Высоту полочного пространства Я рекомендуется принимать 1 — 2 м. При этом его ширина составит:

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.

Обобщенный метод расчета первичных отстойников

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

L = -— (4.74)

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,

Мм/с;

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

Ю00/СЯ

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

Продолжительность отстаивания взвешенных веществ, с, в цилиндре глубиной 500 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:

3,6НВ '

Где В — ширина отстойника, м; принимается в пределах 2—5 Я; для радиальных отстойников (в сечении на половине радиуса)

Q

V =

3,6 NRH

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.

Применение для расчета отстойников коэффициентов объемного использования и полезного действия

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/і2 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

-0,3. ^

Ц=е »*к<>-*' . (4.81)

Для производственных сточных вод

^Н Pi

-0,3

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.

Далее определяют эффект осветления сточных вод в отстойнике

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.

4

По принятым значениям LjH и глубине отстойной зоны Я, при кото­рых определялись значения коэффициентов объемного использования и полезного действия отстойников, находим длину отстойной зоны и объем сооружения, за исключением объема, расположенного в пределах распределительного кожуха или между передней торцовой стенкой и по­лупогружной доской, где практически не происходит осаждения взве­шенных веществ:

Для радиальных отстойников

Wx = NHR2 (4.84)

259

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 = Qo6ui/Q1, (4.87)

Где Фобш—расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, м3/ч.