Сооружения механической очистки сточных вод (отстаивание)

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Пензенский государственный  университет архитектуры и строительства

 

Институт экономики и  менеджмента

Кафедра «Водоснабжение, водоотведение и гидротехника»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине: «Проектирование природоохранных сооружений»

 

на тему: «Сооружения механической очистки сточных вод (отстаивание)»

 

 

 

 

                                                                                                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013 год

Содержание

Введение…………………………………………………………………….……3

1. Песколовки…………………………………………………………...……5
1. Горизонтальные песколовки………………………………………8
2. Тангенциальные песколовки……………………………..……….11
3. Аэрируемые песколовки………………………………….……….12
2. Отстойники…………………………………………………….………….14
1. Горизонтальные отстойники……………………………..………..18
2. Вертикальные отстойники…………………………….…………..19
3. Радиальные отстойники………………………………..………….23

Заключение………………………………………………………………………26

Библиографический список…………………………………………………….27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Песколовки

 

 

Песколовки предназначаются  для выделения из сточных вод  тяжелых минеральных примесей (главным образом песка) и устанавливаются перед отстойниками.

Применение песколовок обусловлено  тем, что при совместном выделении  в отстойниках минеральных и органических примесей возникают значительные затруднения при удалении осадка из отстойников и дальнейшем его сбраживании в метантенках.

Песколовки следует предусматривать  при расходе сточных вод более 100 м3/сутки.

Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали песок и другие тяжелые минеральные частицы, но не выпадал осадок органического происхождения.

По характеру движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные—  с круговым или прямолинейным движением воды, вертикальные— с движением воды снизу вверх и песколовки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды. Последние в зависимости от способа создания винтового движения подразделяются на тангенциальные и аэрируемые.

Осевший на дно песколовки с прямолинейным движением воды песок сдвигается к приямку, расположенному в начале сооружения, скребками, при этом происходит частичная отмывка песка. Из приямка песок удаляют гидроэлеватором или Песковыми насосами.

Песколовки сооружают  из сборных железобетонных элементов  унифицированных размеров.

Действие горизонтальной песколовки основано на том, что при  движении сточной воды (в резервуаре, канале, отстойнике) каждая находящаяся в ней нерастворенная частица перемещается вместе со струей воды и одновременно движется вниз под действием силы тяжести со скоростью, соответствующей крупности и плотности частицы.

Обычно в песколовках  задерживается песок с гидравлической крупностью м0, равной 18—24 мм/с (песок крупностью 0,2—0,25 мм), составляющий около 65% всего количества песка, содержащегося в сточных водах.

Чем больше скорость течения  воды, тем сильнее турбулентность потока и больше вертикальная составляющая (пульсационной) скорости движения воды и тем более крупные частицы  будут выноситься вместе с водой; чем медленнее течение, тем более  мелкие и легкие частицы будут  выпадать в осадок.

 

Скорость движения воды в  песколовках не должна выходить из определенных пределов. Для бытовых  вод такими пределами скорости считаются  для песколовок с горизонтальным движением 0,3 м/с (при максимальном притоке) и 0,15 м/с (при минимальном притоке). При этих скоростях продолжительность пребывания сточной воды в горизонтальных песколовках принимается равной 30—60 с (при максимальном притоке сточных вод).

Ввиду того что расход сточных  вод в течение суток колеблется, для соблюдения этих скоростей течения  необходимо устраивать песколовку из нескольких отделений (не менее двух) с таким расчетом, чтобы в часы минимального расхода часть отделений выключалась из работы.

Но даже и при соблюдении указанных выше скоростей осадок в песколовках, как показывает практика, все же содержит более или менее значительное количество легких органических приМесей. Происходит это по следующим причинам.

При скоростях, близких к  нижнему пределу (0,15 м/с для горизонтальных песколовок), выпадает много органических примесей. Во избежание этого следует придерживаться по возможности высшего предела скорости (0,3 м/с), применяя для этого устройства, поддерживающие одинаковую скорость течения в песколовке автоматически независимо от расхода сточных вод. Иными словами, при уменьшении расхода против расчетного (соответствующего расчетной скорости) в таком же соотношении должна уменьшаться и площадь живого сечения.

Кроме того, предельная скорость течения 0,3 м/с является средней скоростью, отнесенной ко всему живому сечению. В действительности же в некоторых зонах песколовки наблюдаются повышенные скорости, способствующие выносу песка; в других зонах вода протекает с пониженной против средней скоростью, при которой выпадают вместе с песком органические вещества. Поэтому необходимо принимать меры (главным образом в отношении улучшения конструкций впускных и выпускных устройств), обеспечивающие равномерность течения.

Имеет значение и то, что  в бытовых водах органические вещества слипаются с частицами  песка и другими тяжелыми частицами  и вместе с ними выпадают в осадок. Поэтому необходимо предусмотреть  условия, способствующие отделению или отмывке песка от приставших к нему органических частиц.

Вертикальные песколовки в настоящее время применяют  редко.

Тангенциальные песколовки имеют круглую форму в плане; подвод воды к ним производится тангенциально (по касательной). В таких песколовках  каждая частица испытывает кроме сил тяжести влияние центробежных сил. Это способствует более интенсивному отделению песка от воды и легких органических примесей, которые вследствие вращательного движения поддерживаются во взвешенном состоянии и не выпадают в осадок. Тангенциальные песколовки обеспечивают более полное задержание песка с малым количеством органических загрязнений.

Аэрируемые песколовки являются развитием тангенциальных песколовок и выполняются в виде удлиненных резервуаров. Вращательное движение в них создается путем аэрации сточной воды.

Объем осадка, выпадающего  в песколовке, зависит от многих факторов: от системы канализации, протяженности сети, ее уклонов, условий эксплуатации канализации, состава производственных вод, поступающих в канализацию, и пр. По существующим нормативам для городской канализации объем осадка, выпадающего в горизонтальных и тангенциальных песколовках, принимается равным 0,02 л при полной раздельной и 0,04 л при общесплавной системе канализации на одного человека в сутки при влажности осадка в среднем 60% и плотности его 1,5 т/м3.

Для уменьшения влажности  осадка, а следовательно, и общего его объема горизонтальные песколовки устраивают иногда с дренажем. При очистке песколовка выключается из работы шиберами; вода, насыщающая песок, спускается в колодец, а песок удаляется. При этом влажность осадка снижается до 30%- Однако опыт эксплуатации песколовок показывает, что дренажные трубы часто засоряются осадком. Песколовки с дренажем применяют при расходе сточных вод не более 2000 м3/сутки. Зольность осадка из песколовок колеблется от 85 до 95%.

Механизированное удаление песка из горизонтальных песколовок обязательно при объеме его более 0,1 м3 в сутки. При механизированном удалении осадка одна песколовка (или  одно отделение), независимо от числа  рабочих песколовок, должна быть резервной. Осадок удаляют (в зависимости от конструкции и размеров песколовки) нориями, ковшами, гидроэлеваторами, Песковыми насосами и применяют гидромеханическую систему выгрузки песка из песколовок. Объем песка, задержанного в песколовках, замеряется при выгрузке.

 

 

 

 

 

 

1. Горизонтальные песколовки

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды представляют собой удлиненные прямоугольные в плане резервуары.

На Люберецкой станции аэрации (Москва) на входе воды в песколовку установлены плоские распределительные решетки. Многолетняя эксплуатация этих решеток показывает, что они повышают эффект задержания песка или увеличивают пропускную способность без уменьшения эффекта задержания песка. Распределительные решетки можно рекомендовать для установки в горизонтальных песколовках.

Горизонтальные песколовки рассчитывают исходя из необходимой  степени задержания песка определенной крупности.

Минимальный размер задерживаемых  частиц песка определяется в зависимости от типа очистных сооружений, устраиваемых за песколовкой. Если на очистной станции имеются отстойники, осадок из которых сбраживается в метантенках или в двухъярусных отстойниках (см. гл. XVIII), то в песколовках должен быть задержан песок диаметром 0,25 или 0,2 мм, при необходимости расчет может производиться на  задержание песка  крупностью  менее 0,2  мм.

Для создания равномерных  скоростей в песколовке вход в  нее выполняют в виде плавного расширения, а выход из нее — в виде плавного сужения.

Для стабилизации скорости потока в песколовке при измерении  расхода поступающих в нее сточных вод на отводном канале в песколовках устраиваются водосливы Размеры их можно определить по формулам  

Для нормальной работы песколовок большое значение имеет своевременное  удаление отложившегося в них  песка. На небольших установках песок  можно удалять вручную; при объеме песка более 0,1 м3 в сутки обязательно  механизированное его удаление. Ниже приводится несколько примеров конструкций горизонтальных песколовок с механизированным удалением осадка

Весь расход сточных вод  проходит через секции песколовки с  постоянной скоростью 0,3 м/с. На впускном и выпускном каналах имеются электрифицированные шлюзовые затворы, действующие автоматически в  зависимости от скорости  прохождения  воды.

При очистке секции сначала  должна быть выпущена из нее вода и  направлена в подводящий канал, после  чего удаляют песок. Песколовки устроены с уклоном, что облегчает освобождение их от песка

Приспособления для очистки  запроектированы таким образом, что в случае необходимости может быть применена промывка песка, для чего   предусмотрено промывочное устройство.

 

 

 

 

 

 

 

 

К горизонтальным могут быть отнесены песколовки с круговым движением воды.

Гидроэлеваторы хорошо отмывают песок от органических примесей. Работают они автоматически по графику  с помощью командного электропневматического прибора КЭП-12У. Длительность периода  работы гидроэлеваторов устанавливают в процессе эксплуатации песколовок. В случае неполадок в работе насосов и задвижек на диспетчерский пункт передаются соответствующие сигналы. Песколовки с круговым движением воды экономичны и надежны в работе. Нагрузка на поверхность песколовок составляет 28—78 м3/ (м2-ч).

Наиболее целесообразно  применение этих песколовок с бункером для песка.

По опыту эксплуатации песколовок с круговым движением  воды в г. Владимире в них задерживается зимой 21 л и летом 82 л (в среднем 45 л) осадка на 1000 м3 сточных вод. Зольность осадка 81—93%; содержание песка в осадке 76—86%. Песколовки работают при часовом коэффициенте неравномерности около 1,5. Оптимальная эксплуатационная нагрузка на поверхность 47,7 м3/(м2-ч).

Удаление осадка из песколовок производится каждую смену.

Применение бункера позволяет  полностью механизировать удаление песка, что значительно облегчает  эксплуатацию песколовок.

 

 

 

1.2. Тангенциальные песколовки

Тангенциальные песколовки получили широкое распространение  в зарубежной практике. Схема одной  из них приведена на  4.21. Расчет производится на задержание песка с гидравлической крупностью 18—24 мм/с (песок крупностью 0,2—0,25 мм).

Сточная вода поступает в  песколовку по касательной. Особенностью песколовки является малая глубина ее проточной части. Нагрузку на песколовку принимают равной ПО м3/(м2-ч) (при максимальном притоке). Диаметр песколовки принимается не более 6 м.

Удаление задержанного песка  производится с помощью шнека.

При скоростях течения  в главном лотке 0,6—0,8 м/с задерживается около 90% песка (главным образом крупностью более 0,4 мм). Влажность задерживаемого песка при колебаниях нагрузки от 70 до 140 м3/(м2-ч) составляет 19—20%, зольность—94%, количество песка— от 14,5 до 40% крупностью менее 0,2 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Аэрируемые песколовки

Аэрируемые песколовки выполняются  в виде горизонтальных резервуаров. Вдоль одной из стенок на расстоянии 45—60 см от дна по всей длине песколовки устанавливают аэраторы, а под ними устраивают лоток для сбора песка. В поперечном сечении днищу придают уклон /== = 0,2...0,4 к песковому лотку для сползания в него песка. На  4.22 показаны схемы аэрируемых песколовок, применяемых в США.

Расчет аэрируемых песколовок производится из условия обеспечения  вращательной скорости по периметру поперечного сечения песколовки ивр=0,25...0,3 м/с, поступательной скорости иПост=0,08...0,12 м/с и продолжительности пребывания воды в песколовке 2—3 мин, которая рассчитывается на задержание песка с гидравлической крупностью и0— = 18 мм/с (песок крупностью 0,2 мм). Сточная вода под действием аэрации движется по спирали, и частицы песка выпадают в придонной области в сторону аэраторов.

Для поддержания величины ивр необходимо подавать воздух в объеме 3—5 м3 на I м2 площади поверхности песколовки в 1 ч. Вращательная скорость поддерживается постоянной вне зависимости от колебания притока сточных вод. Уменьшение поступательных   скоростей   течения при одном и том же времени пребывания жидкости в сооружении позволяет уменьшить длину песколовок и упрощает выгрузку осадка.

Постоянные скорости движения в аэрируемых песколовках обеспечивают непрерывное поддержание во взвешенном состоянии органических загрязнений и исключают выпадение последних в осадок. Кроме того, при аэрации и трении песчинок друг о друга песок отмывается от обволакивающих его органических загрязнений. Все это способствует получению в песколовках практически свободного от органических примесей осадка. Осадок из аэрируемых песколовок содержит до 90—95% песка и при длительном хранении не загнивает. Процесс отмывки песка улучшает и его осаждение.

Аэрируемая песколовка с  гидромеханической системой удаления песка, состоящей из пескового лотка и смывного трубопровода со спрысками, показана на  4.23.

Аэраторы песколовок могут  выполняться из пластмассовых труб с отверстиями диаметром d=3,l...5 мм и устанавливаются на глубине (0,7...0,75) Я. Для удобства осмотра, очистки и ремонта аэраторы должны легко подниматься на поверхность.

Для приема осадка в верхней  части пескового лотка имеется щель, которая закрывается клапанами при смыве осадка за счет повышения давления в лотке. Смывной трубопровод диаметром 159 мм укладывают по середине днища пескового лотка. С двух сторон нижней половины трубы через 0,4 м друг от друга приварены спрыски диаметром 10 мм, направленные в сторону выгрузки осадка. Осадок удаляют без выключения песколовки из работы.

Основными расчетными гидравлическими  параметрами являются расход и напор воды, подаваемой на смыв осадка в лотке.

Проведенные в МИСИ им. В. В. Куйбышева исследования позволили  установить, что транспортирование осадка гидромеханической системой начинается лишь в том случае, когда под действием вертикального фильтрационного потока промывной воды, выходящей из спрысков, происходит расширение и переход осадка из плотного неподвижного состояния в псевдоожиженное.

Задержанный песок гидроэлеваторами подается на отмывку в гидроциклоны, устанавливаемые над открыто расположенными Песковыми бункерами. Отделенная от песка вода из гидроциклона сбрасывается перед песколовками. Обработка осадка в гидроциклоне обеспечивает получение песка, практически свободного от органических примесей.

 

 

2. 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. 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

Основным уравнением скорости осаждения (гидравлической крупности) взвешенных частиц в воде является формула Стокса

Формула Стокса верна при некоторых допущениях. Во-первых, частицы должны иметь форму шара. Поскольку взвешенные частицы далеки от шарообразной формы, вводится понятие «эквивалентный диаметр», который равен диаметру шарообразной частицы, имеющей одинаковую с данной частицей гидравлическую крупность.

Во-вторых, процесс осаждения  должен происходить в монодисперсной агрегативно-устойчивой системе, когда частицы имеют одинаковые размеры и при осаждении не меняют своей формы и размеров.

При отстаивании сточных  вод процесс происходит в полидисперсной агрегативно-неустойчивой системе с большим диапазоном размеров частиц, которые в процессе осаждения агломерируются, изменяют свою форму, плотность и размеры; вследствие этого изменяется и скорость их осаждения. Поэтому кинетику процесса осаждения или всплывания гру-бодисперсных примесей сточных вод устанавливают опытным путем в лабораторных условиях для сточных вод определенного состава.

Характеристику осаждения  взвешенных частиц выражают в виде графиков функциональной зависимости: эффекта отстаивания от продолжительности отстаивания или же эффекта отстаивания от гидравлической крупности частиц.

Эффект осаждения зависит  от высоты слоя воды, в котором происходит отстаивание.

Глубина отстаивания Н  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.

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 м3/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 Си 2) допустимая конечная концентрация С2 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.

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.

 

 

 

 

 

 

1. Горизонтальные отстойники

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

Скорость перемещения  взвешенной частицы в отстойнике представляет собой равнодействующую вертикальной скорости осаждения частицы и0 пбд действием силы тяжести и скорости горизонтального движения воды v вдоль отстойника ( 4.28). Траектория движения частицы направлена здесь по равнодействующей этих двух скоростей. При заданных величинах Н, 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 ^«о, которая является наименьшей для данного отстойника. Ее называют охватываемой скоростью, т. е. гидравлической крупностью тех наиболе мелких взвешенных веществ, которые задерживаются отстойником указанной длины. Более мелкие частицы, скорость падения которых меньше и0, будут выноситься с водой.

Высота борта отстойника над поверхностью воды обычно не превышает 0,4 м.