Отстойники водоснабжения

1.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. 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 био-

логических 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Горизонтальные отстойники

Горизонтальный  отстойник представляет собой прямоугольный  в плане резервуар, разделенный  на несколько отделений (рис.1). Обычно строят два или несколько параллельно работающих отделений отстой-пика, чтобы при чистке или ремонте одного из них не выключать из работы все сооружения.

Рис. 1. Горизонтальный отстойник из сборного железобетона (Гипрокоммунводока-

нал)

/—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, d=200 мм — 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

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. 
 
 
 
 

3.Вертикальные отстойники

Вертикальный  отстойник 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.

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-

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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.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 РФ 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 2 Первичный радиальный отстойник

/ — илоскреб 2 — распределительная чаша 3 — подводящий трубопровод 4 — трубопровод сырого осадка, Ь — жиросборник, б—насосная станция, 7—отводящий трубопровод

Таблица 1

Унифицированные размеры первичных  радиальных отстойников  из сборного железобетона

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 более 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.

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

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

Рис. 3 Радиальный отстойник с периферийной подачей сточной воды, применяемый в США (фирма «Линк-Бельт»)

/—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. 5. 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.

Рис 5 Отстойник с вращающимися водораспределительным и водосборным устройствами

/ — свободно вращающийся  желоб, 2— щелевое днище, 3 — отводной наружный желоб, 4 — шибер; 5 — всдоотводящая труба, 6 — трубопоовод подачи сточной воды, 7 — отвод осадка, 8— продольная переюродка во вращающемся желобе, 9 — струенаправляющие лопатки, 10— водосборный лото*-.. 11 — затопленный водослив, 12 — направляющий козырек

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 на 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  5.Устройство  отстойников.

  1. До начала устройства отстойников  должны быть выполнены следующие  работы:

  ограждена строительная площадка;

  отрыт котлован;

  организован отвод грунтовых и поверхностных  вод;

  устроены  временные автодороги, предусмотренные  ситуационным планом (рис. 1);

  подведена электроэнергия и устроено освещение  строительной площадки и мест производства работ;

  доставлены  на объект автомобильный кран, сварочные  трансформаторы, инвентарь, инструмент и приспособления;

  выполнена ручная подчистка основания под  отстойники непосредственно перед  бетонированием подготовки.

  2.2. Бетон на строительную площадку  доставляют централизованно, автобетоновозами или автосамосвалами, приспособленными для перевозки бетона.

  Арматурные  сетки, каркасы, стеновые панели и другие материалы, необходимые для устройства отстойников, доставляют на объект грузовыми  автомашинами в зону действия монтажного крана с созданием не менее  чем четырехсменного запаса, который должен постоянно поддерживаться.

  Схемы складирования материалов показаны на рис. 2.

  2.3. Бетонную подготовку выполняют  горизонтальными полосами шириной  2,8 м по длине окружности. Ширину  полосы ограничивают маячными  рейками, которые определяют проектные  толщину и уклон подготовки. Для  этого маячные рейки выполняют  в виде кружала. Полосы заполняют  бетонной смесью через одну. Очередность  заполнения полос и схема организации  работ при бетонировании подготовки  даны на рис. 3, 4.

Рис. 1. Ситуационный план:

1, 2, 3, 4 - отстойники

Рис. 2. Схема  складирования конструкций;

1 - стеновые  панели; 2 - подкладки; 3 - балки; 4 - кассета  для складирования балок

Рис. 3. Схема устройства бетонной подготовки:

1 - автомобильный  кран КС-3562А; 2 - опасная зона хвостовой  части крана; 3 - площадка для приема  бетона cо стоянки I; 4 - площадка для приема бетона со стоянки 2; 5 - площадка для приема бетона со стоянки 3; 6 - смонтированные отстойники; I, II, III - очередность заполнения полос

Рис. 4. Схема устройства бетонной подготовки (разрез I-I):

1 - автомобильный  кран КС-3562А; 2 - ось движения крана; 3 - опасная зона хвостовой части  крана; 4 - двухветвевой строп; 5 - бадья для подачи бетона; 6 - маячные рейки; 7 - временная автодорога; I, II, III - очередность заполнения полос

  Бетон на строительную площадку доставляется автобетоновозами или автосамосвалами. К рабочему месту бетонная смесь подается в бадьях автомобильным краном КС-3562А со стрелой длиной 14 м. Она уплотняется виброрейкой СО-132 длиной 3 м.

  Работы  по устройству бетонной подготовки выполняются  в следующей последовательности:

  установка маячных реек;

  укладка бетонной смеси с разравниванием;

  уплотнение  бетонной смеси виброрейкой;

  снятие  маячных реек.

  Бетон, уложенный в жаркую солнечную  погоду, следует немедленно накрыть, а во время дождя защитить от попадания  воды. Случайно размытый слой бетона следует  удалить.

  Устройство  бетонной подготовки должно сопровождаться соответствующими записями в журнале  бетонных работ.

  Битумная  изоляция по бетонной подготовке должна наноситься сверху вниз равномерно по всей изолируемой поверхности в  два слоя: первый - толщиной около 2 мм, второй - 3 мм. Второй слой может наноситься только после отвердения и просушки первого.

  Битум разогревается, подается и наносится  на изолируемую поверхность при  выполнении гидроизоляции с помощью  установки УРБМ-2А.

  До  начала изоляционных работ основание  гидроизоляции выравнивается и  очищается от строительного мусора. Основание считается ровным, если при проверке контрольной трехметровой рейкой просвет под ней не превышает 5 мм на горизонтальной поверхности  в направлении вдоль уклона и 10 мм на вертикальной поверхности в  направлении поперек уклона. Просветы допускаются только плавного очертания  и не более одного на 1 м.