Усреднители концентраций и расходов сточных вод

 

При выборе способов и технологического оборудования для очистки сточных вод от примесей необходимо учитывать, что заданная эффективность и надежность работы любых устройств обеспечивается только в определенном диапазоне концентраций загрязняющих веществ и расхода сточных вод. Резкие колебания количества примесей и объема стоков затрудняют их очистку, приводят к тому, что требуемая степень очистки не достигается.

Например, поступление бытовых сточных вод на очистные сооружения неравномерно в течение суток и имеет ярко выраженные пики в утренние и вечерние часы. Большинство промышленных предприятий характеризуется постоянством расхода и состава сточных вод, однако некоторые технологические процессы могут вызывать изменения в количестве и составе стоков, связанные с завершением рабочих циклов (сброс технологических растворов гальванических и термообрабатывающих цехов, отвод побочных продуктов реакций в химическом производстве и т. п.).

Резко возрастает количество поверхностных стоков в период интенсивных осадков и таяния снегов. В последнем случае существенно изменяется и их состав.

Для обеспечения нормальной эксплуатации очистных сооружений в подобных случаях необходимо усреднение концентрации примесей или расхода сточных вод, а иногда и обоих показателей одновременно. С этой целью на входе в очистные сооружения устанавливают специальные аппараты – усреднители, выбор и расчет которых определяется характеристиками залповых выбросов.

По характеру движения воды через данные аппараты их подразделяют на контактные (периодического действия) и проточные (непрерывного действия). Усреднители первого типа применяют при небольших расходах сточных вод, второго – при средних и значительных расходах. В практике водоочистки наиболее распространены проточные аппараты, которые выполняются в виде многокоридорных резервуаров или резервуаров с перемешивающими устройствами.

Многокоридорные (многоканальные) усреднители с заданным распределением сточных вод по каналам применяют для выравнивания концентраций залповых сбросов сточных вод с содержанием взвешенных веществ гидравлической крупностью до 5 мм/с при концентрации до 500 мг/л. Усреднители с перемешиванием воды барботажного типа применяют для усреднения состава сточных вод с содержанием взвешенных веществ до 500 мг/л гидравлической крупностью до 10 мм/с при любом режиме их поступления, с механическим перемешиванием – для усреднения состава сточных вод с содержанием взвешенных веществ свыше 500 мг/л при любом режиме их поступления.

Многокоридорные усреднители (рис. 2.1) представляют собой емкости из железобетона прямоугольной или круглой формы в плане, разделенные перегородками на 8÷10 коридоров. Усреднение концентраций в них достигается за счет разделения поступающего в аппарат потока на ряд струй, протекающих по коридорам разной длины. В результате в сборном лотке смешиваются струи воды с различной концентрацией примесей, поступившие в аппарат в различное время. Основные характеристики некоторых усреднителей коридорного типа представлены в приложении 1.

 

б) а)

Рис. 2.1. Многокоридорные усреднители:

а) прямоугольный: 1 – водоподающий канал; 2 – распределительный лоток;

3 – глухая диагональная перегородка; 4 – сборные лотки; 5 – продольные вертикальные

перегородки; 6 – водоотводящий канал;

б) круглый: 1 – водоподающий канал; 2 – распределительный лоток; 3 – глухая радиальная перегородка; 4 – сборный лоток

 

В усреднителях с перемешивающими устройствами выравнивание концентрации примесей в воде достигается за счет ее интенсивного перемешивания, которое может создаваться барботированием воды воздухом, специальными мешалками или циркуляцией воды насосами.

На рис. 2.2 показано устройство усреднителя концентрации и расхода барботажного типа, в котором вода перемешивается сжатым воздухом. Аппарат оборудован сборным устройством, обеспечивающим автоматическое усреднение расхода.

Для обеспечения равномерного распределения жидкости и воздуха вдоль усреднителя рекомендуется принимать длину секции не более 24 м, а ширину – не более 6 м. Глубина слоя воды в сооружении по конструктивным соображениям принимается в пределах от 3 до 6 м.

Воздух подается через перфорированные трубы, уложенные горизонтально на высоте 6÷10 см от дна. Диаметр отверстий 3 мм, шаг перфорации 8÷16 см. Интенсивность барботирования составляет 6 м³/ч на 1 погонный метр для барботеров, расположенных у стен сооружения и 12 м³/ч на 1 м. Для предотвращения выпадения взвешенных веществ в осадок интенсивность барботирования увеличивается в 2 раза.

 

 

Рис. 2.2. Усреднитель с перемешивающим устройством

1 – подающие лотки; 2 – впускные отверстия; 3 – резервуар усреднителя; 4 – барботер;

5 – выпускное устройство; 6 – выпускная камера

 

Расстояние между барботерами принимается равным (2÷3) Н, а между барботером и стенкой усреднителя (1÷1.5) Н, где Н – глубина погружения барботера.

Методика расчета усреднителей заключается в определении их объема, который зависит от значения коэффициента усреднения (коэффициента подавления):

 

,

(2.1)

где C_max – максимальная концентрация загрязнений в залповом сбросе;

С_ср – средняя концентрация загрязнений в стоке;

С_доп – допустимая концентрация загрязнений в стоке по условиям работы последующих очистных сооружений.

Объем усреднителей с перемешивающими устройствами (м³) при залповом сбросе определяют по формулам:

– при ky < 5	(2.2)
– при ky ≥ 5,	(2.3)

где Q – расход сточных вод, м³/ч;

t_з – продолжительность залпового сброса, ч.

Объем усреднителей с перемешивающими устройствами при циклических колебаниях концентрации примесей определяют по формулам:

 

– при ky < 5	(2.4)
– при ky ≥ 5,	(2.5)

где t_ц – период цикла колебаний.

Объем многокоридорных усреднителей (м³) при залповых сбросах высококонцентрированных сточных вод рассчитывают по формуле:

 

.

(2.6)

 

Для повышения эффективности смешения и устранения осаждения взвешенных частиц коридорные усреднители также часто снабжают барботажными устройствами, осуществляя при этом дополнительное принудительное перемешивание.

Скорость горизонтального движения воды в усреднителях с перемешивающими устройствами составляет не более 2.5 мм/с [12, 18].

Для выравнивания расходов сточных вод, поступающих на очистные сооружения, применяют специальные регулирующие резервуары – усреднители расхода. Конструкцию таких резервуаров принимают аналогичной конструкции первичных отстойников с устройствами для удаления осадка.

Объем регулирующей емкости V_p (м³)для усреднения расхода определяется из следующих соотношений:

 

	(2.7)
,	(2.8)

где k_p – коэффициент неравномерности расхода после регулирования;

k_max – максимальный коэффициент часовой неравномерности водоотведения;

Q_ср – среднечасовой расход сточных вод, поступающих на очистку;

τ_р – продолжительность усреднения расхода, ч.

Зависимость между γ_р и τ_р можно принимать по таблице 2.1 [1]:

 

Таблица 2.1

γр		0,95	0,9	0,85	0,8	0,75	0,67	0,65
τр		0,24	0,5	0,9	1,5	2,15	3,3	4,4

 

Регулирующие резервуары размещают после решеток и песколовок с подачей в них сточных вод через разделительную камеру, отделяющую расход, превышающий усредненный.

 

 

Смесители

 

В технологии очистки сточных вод широко распространены различные аппараты смешения. Смесительные устройства предназначены для быстрого и равномерного распределения реагентов в обрабатываемой воде, что необходимо для скорейшего протекания реакций и более полного использования реагентов.

Конструкции смесителей весьма разнообразны, однако общим признаком любого из данных аппаратов является создание условий для значительной турбулизации потока жидкости в нем. Для обеспечения необходимой турбулизации скорость движения жидкости в наиболее узком сечении аппарата должна быть не менее 1 м/с.

При проектировании смесителей продолжительность смешения реагентов с водой принимают равной 1÷2 мин. при мокром и не более 3 мин. при сухом дозировании реагентов.

По конструктивным особенностям смесители можно разделить на следующие виды:

1) лотковые: ершовые, дырчатые, перегородчатые и типа «лоток Паршаля»;

2) вертикальные (вихревые);

3) механические.

Лотковые смесители представляют собой открытые каналы (лотки), поперечное сечение которых перекрыто перегородками. При огибании потоком перегородок или при прохождении его через отверстия в перегородках происходит интенсивное перемешивание воды.

Рис. 2.3. Ершовый смеситель: 1 – проточный лоток; 2 – ершовые перегородки

Ершовый смеситель (рис. 2.3) представляет собой железобетонный лоток с ершовыми перегородками. Данные устройства применяются при расходах сточных вод от 12 до 1400 м³/сут. [4].

Дырчатый смеситель (рис. 2.4) представляет собой железобетонный лоток с тремя вертикальными перегородками, установленными перпендикулярно к направлению движения воды. В перегородках имеются отверстия, расположенные в несколько рядов. Суммарная площадь отверстий в каждой перегородке не должна превышать 30 % ее рабочей площади. Расстояние между центрами отверстий по вертикали и горизонтали составляет от 1.5 до 2.5 их диаметров. С целью исключения возможности насыщения воды пузырьками воздуха предусматривают затопление верхних радов отверстий на глубину h = 0.10÷0.15 м. Скорость движения воды в отверстиях принимается не менее 1 м/с.

При расчете дырчатых смесителей количество вертикальных перегородок обычно принимают равным трем, расстояние между ними – не менее ширины лотка, диаметр отверстий – от 20 до 100 мм [9].

Число отверстий в перегородке определяют по формуле:

 

,

(2.9)

где Q_p – расчетный расход сточных вод, м³/с;

v_o – скорость движения воды в отверстиях, м/с;

d – диаметр отверстий, м.

Потеря напора при прохождении воды через перегородки определяется по формуле:

 

,

(2.10)

где μ – коэффициент расхода, зависящий от отношения диаметра отверстия к толщине перегородки δ и принимаемый в пределах от 0.65 при d/δ = 2 до 0.75 при d/δ = 1.

 

 

Задаваясь глубиной потока воды в конце смесителя (обычно 0.4÷0.5 м), определяют уровни воды в начале смесителя и между перегородками.

Перегородчатый смеситель с разделением потока по ширине (рис. 2.5) имеет три перегородки. В первой и третьей проходы располагаются в центре, в средней – два боковых прохода у стенок лотка. Для предупреждения засасывания воздуха в воду верхние кромки проходов должны быть затоплены на глубину 0.10÷0.15 м.

Вертикальный (вихревой) смеситель (рис. 2.6) представляет собой круглый или квадратный в плане резервуар с конической или пирамидальной нижней частью. Центральный угол между наклонными стенками составляет 30÷40º. Перемешивание в аппаратах такого типа происходит в конической части в результате разницы скоростей движения воды у стенок и вдоль оси смесителя. Интенсификации процесса способствует то, что скорости восходящего потока воды в конической части непрерывно меняются вследствие изменения площади проходного сечения. Для лучшего смешения воды с реагентами в конической части вертикального смесителя часто устанавливают дополнительные тарелки с отверстиями.

 

Рис. 2.5. Перегородчатый смеситель: 1 – подача реагента; 2 – подача воды; 3 – перелив; 4 – перегородки

 

Рис. 2.6. Смеситель типа «лоток Паршаля»: 1 – подача реагента; 2 – лоток.

 

При расходах сточных вод свыше 1400 и до 280000 м³/сут. применяют смесители типа «лоток Паршаля» (рис. 2.6). Этот смеситель состоит из подводящего раструба, горловины и отводящего раструба. Боковые стенки горловины строго вертикальны, а дно имеет уклон в сторону движения воды. В результате сужения сечения и резкого изменения уклона дна в отводящем раструбе образуется падающий поток, в котором происходит интенсивное перемешивание воды с реагентами. Основные размеры и потери напора в смесителях этого типа приведены в приложении 2.

Вихревые смесители (рис. 2.7) проектируются на время пребывания воды в них в течение 1.5÷2 мин. Площадь сечения смесителя рассчитывают, принимая скорость восходящего потока воды на уровне сборного устройства равной 25 мм/с. Систему сборных труб или лотков рассчитывают по скорости движения воды в них 0.6 м/с. Скорость выхода воды из подводящего трубопровода в нижнюю часть смесителя принимают в пределах 1÷1.2 м/с.

Механические смесители применяют в тех случаях, когда по условиям высотного расположения и компоновки отдельных сооружений станции водоочистки нельзя обеспечить перепад уровней воды, требуемый для смесителей гидравлического (лоткового) типа. На рис. 2.8 показано устройство механического смесителя пропеллерного типа.

Объем камеры V_c, м³, изображенного на рис 2.8 смесителя принимается равным объему воды, поступающей на очистку в течение 1÷2 мин. При этом количество прокачиваемой пропеллером воды Q_n, м³/с,определяют по формуле:

 

,

(2.12)

где z – число оборотов воды в смесителе за 1 мин (принимают обычно равным 5÷10).

Диаметр центральной трубы смесителя d, м, находят, принимая скорость движения воды в ней v = 1.5÷2.0 м/с:

.

(2.13)

 

Иногда смешение реагентов с водой осуществляют непосредственно в трубопроводе. При этом длина участка трубы, на котором происходит смешение, должна быть не менее 50 ее диаметров.

Для подачи реагентов в трубопроводы используют трубки Вентури, эжекторы, дроссельные шайбы и другие устройства.