Классификация отстойных сооружений

Первичные отстойники располагаются в технологической схеме очистки сточных вод непосредственно за песколовками и предназначаются для 28 выделения взвешенных веществ из сточной воды, что при достигаемом эффекте осветления 40-60% приводит также к снижению величины БПК в осветленной сточной воде на 20-40% от исходного значения. Во избежание повышенного прироста избыточного активного ила в аэротенках и биопленки в биофильтрах остаточная концентрация взвешенных веществ в осветленной сточной воде после первичных отстойников не должна превышать 100-150 мг/л. В зависимости от исходной начальной концентрации взвешенных веществ в сточной воде, составляющей 200-500 мг/л, это и обусловливает выбор наиболее рациональной технологии первичного осветления и требуемой продолжительности отстаивания

Закономерности процесса первичного осветления сточных вод. Разно- образные условия формирования городских сточных вод, как смеси хозяйст- венно-бытовых и различных видов производственных стоков обусловливают широкий диапазон изменения дисперсности содержащихся в них взвешенных веществ, их адгезионных свойств и, как следствие, способности их к осаждению. Скорость одиночного осаждения и, м/с, частиц шарообразной формы в условиях ламинарного режима их обтекания жидкостью (Rе < 2) описывается известной формулой Стокса:

u = d 2 (ρч - ρв)g / 18η,

d - диаметр частицы,м;

ρч - плотность частицы, кг/м3;

ρв - плотность воды, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2,

η - динамическая вяз- кость воды, Па-с.

Одиночное осаждение частиц возможно лишь в монодисперсной, агрегативно-устойчивой системе, когда частицы имеют одинаковые размеры и при осаждении не меняют своей формы и размеров. Однако взвешенные вещества, содержащиеся в городских сточных водах, имеющие преимущественно органическое происхождение, представляют собой полидисперсную агрегативно-неустойчивую систему с большим диапазоном изменения размеров частиц, обладающих хорошими адгезионными свойствами, что обусловливает их агломерацию при взаимных столкновениях в процессе осаждения, что изменяет форму, размеры, плотность и скорость осаждения частиц полидисперсного состава. Различают агломерацию частиц в условиях перикинетическои (или диффузионной) коагуляции и ортокинетической (или гравитационной) флокуляции. Кинетика процесса перикинетической коагуляции описывается формулой Смолуховского:

nt = n0(1+4πDмолrn0t),

n0 - начальная численная концентрация частиц;

nt - конечная концентрация частиц через период времени t;

r - расстояние между центрами агрегирующихся частиц;

Dмол - коэффициент молекулярной диффузии, характеризующий интенсивность броуновского движения и частоту столкновения частиц между собой.

Перикинетическая коагуляция наблюдается при снижении потенциала частиц в коллоидных системах, в которых размеры агрегирующихся частиц не превышают 0,1 мкм. Однако в сточных водах основную массовую концентрацию взвешенных веществ составляют грубо диспергированные частицы с размером 1 - 1000 мкм, для которых определяющей является гравитационная или ортокинетическая флокуляция, обусловленная столкновением частиц различного диаметра вследствие разности скоростей их осаждения. Частота столкновения частиц полидисперсной взвеси определяется разностью их диаметров d, скоростей осаждения и расстояниями между центрами соседних частиц, что приближенно оценивается формулой:

tст = [α(r1+r2)]/(u1-u2), c

tст - промежуток времени для столкновения двух соседних частиц со скоростями u1 и u2;

r1+r2 - расстояние между центрами соседних частиц; α - коэффициент, учитывающий возможное смещение соседних частиц друг от друга в пространстве.

В практике проектирования и эксплуатации первичных отстойников широкое распространение получило использование зависимостей эффекта осветления сточной воды от продолжительности ее отстаивания. Эффект осветления

Эt = (Сlg – Сt)100 / Сlg. %

Сt - остаточная концентрация взвешенных веществ после отстаивания в течение t часов;

Сlg - начальная концентрация взвешенных веществ;

Для описания кинетики эффективности осветления сточных вод широко используют эмпирическое уравнение вида

Эt = (tset /120)α/t Э120, %

α - эмпирический коэффициент, зависящий от концентрации взвешенных веществ, их способности к агломерации и высоты слоя вод, в котором происходит осаждение;

Э120 - относительное содержание оседающих веществ в сточной воде к общей массе взвешенных веществ;

Э120 = (Сlg - С120) 100/ Сlg

здесь С120- остаточное содержание взвешенных веществ после 120 мин от- стаивания в покое

Кинетику эффективности осветления сточных вод определяют путем технологического моделирования отстаивания воды в покое в лабораторных цилиндрах высотой 0,5 и 1,0 м.

Для городских сточных вод п = 0,2-0,4. Показатели а в формуле (10.21) и п в формуле (10.22) определяются экспериментально по результатам технологического моделирования. При отсутствии экспериментальных данных можно воспользоваться рекомендуемыми СНиПом расчетными параметрами, приведенными в табл. 10.7.

Гидродинамическая характеристика потока осветляемой воды определяется типом и конструкцией отстойного сооружения, скоростями и направлением впуска сточной воды в зону отстаивания нагрузкой сточных вод на поверхность отстойника и нагрузкой собираемой осветленной воды на единицу длины водослива.

Эффективность осветления воды в отстойнике в зависимости от скорости входа в него потока осветляемой воды

Основным условием расчета первичных отстойников является обеспечение задержания в них агломераций взвеси, гидравлическая крупность которых не меньше расчетной условной гидравлической крупности. При расчете отстойников следует учитывать особенности гидродинамического режима движения в них воды, которые зависят от типа применяемого сооружения и определяются в основном условиями входа осветляемой воды в зону осветления, а также условиями сбора осветленной воды и выгрузки образующегося осадка.

В качестве обобщенной характеристики гидродинамического режима потока осветляемой воды применяется коэффициент использования объема проточной части:

Kset = Wпрот/Wобщ = tфакт /tот

Wобщ – общий объем зоны отстаивания;

Wпрот – объем проточной зоны;

tфакт и tот – соответственно расчетная и фактическая продолжительность отстаивания.

Горизонтальные отстойники

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные в плане резервуары, разделенные продольными перегородками на несколько отделений, в которых поток осветляемой воды, распределяемый по ширине сооружения с помощью лотка с впускными отверстиями, движется горизонтально в направлении водослива сборного канала, расположенного с противоположного торца отстойника

Осадок перемещается скребком в расположенные на входе в сооружение иловые приямки, откуда под гидростатическим напором выгружается в самотечный трубопровод с последующим его отводом на перекачивающую насосную станцию.

Достоинствами горизонтальных отстойников являются их относительно высокий коэффициент использования объема и достигаемый эффект осветления воды по взвешенным веществам - 50-60%; возможность их компактного расположения и сочленения с аэротенками

Недостатком горизонтальных отстойников является неудовлетворительная надежность работы используемых в них механизмов для сгребания осадка тележечного или цепного типа, особенно в зимний период. Кроме того, горизонтальные отстойники как прямоугольные сооружения при прочих равных условиях имеют более высокий (на 30-40%) расход железобетона на единицу строительного объема, чем радиальные отстойники. В практике проектирования горизонтальные первичные отстойники используются на очистных сооружениях пропускной способностью 15-100 тыс. м3 /сут.

Вертикальные отстойники

Вертикальные отстойники представляют собой круглые в плане резервуары с коническим днищем, в которых поток осветляемой воды движется в вертикальном направлении. В зависимости от типа впускного устройства вертикальные отстойники подразделяются на следующие: - с центральным впуском воды; - с нисходяще-восходящим движением воды; - с периферийным впуском воды. В вертикальных отстойниках с центральным впуском сточная вода подводится лотком к центральной раструбной трубе, опускаясь по которой вниз, осветляемая вода отражается от конусного отражательного щита и поступает в зону осветления

Первичный вертикальный отстойник из сборного железобетона: 1 - иловая труба для выпуска осадка; 2 - жиропровод для выпуска всплывающих веществ; 3 - центральная впускная труба с отражателем; 4 - сборный лоток осветленной воды; 5 - отводящий лоток; 6 - подводящий лоток

В восходящем потоке осветляемой воды происходит флокуляция частиц взвеси, и образующиеся агломерации взвеси, гидравлическая крупность которых u0 превосходит скорость восходящего вертикального потока vверт, выпадают в осадок. Для городских сточных вод скорость восходящего потока составляет 0,5-0,7 мм/с. Осветленная вода собирается периферичным сборным лотком, высота гребня водослива которого определяет уровень воды в отстойнике. Всплывающие вещества жирового состава собираются в центре отстойника кольцевым лотком, из которого отводятся трубопроводом в самотечную иловую сеть. Выпадающий осадок накапливается в иловой конусной части отстойника, из которой удаляется под гидростатическим напором 1,5-2,0 м через иловую трубу в самотечную иловую сеть. Объем иловой части рассчитывается на двухсуточный объем образующегося осадка. Влажность выгружаемого осадка составляет 95%. 34 Достоинствами вертикальных первичных отстойников являются простота их конструкции и удобство в эксплуатации; недостатками - большая глубина сооружений, что ограничивает их максимальный диаметр - 9 м, а также невысокая эффективность осветления воды, обычно не превышающая 40% по снятию взвешенных веществ.

Более совершенными с технологической точки зрения являются вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим потоком осветляемой воды

Первичный вертикальный отстойник с нисходяще восходящим потоком: 1 - приемная камера; 2 - подающий трубопровод; 3, 4 - трубопровод и воронка соответственно для удаления плавающих веществ; 5 - зубчатый распределительный водослив; 6 - отражательный козырек; 7 - распределительный лоток; 5 - периферийный сборный лоток осветленной воды; 9 - отводящий трубопровод; 10 - кольцевая зона восходящего движения; 11 - кольцевая перегородка; 12 - трубопровод для выпуска осадка

Методы интенсификации работы отстойников и илоуплотнителей