• 5

7.1. ПРОЦЕЖИВАНИЕ И ОТСТАИВАНИЕ

Процеживание. Перед более тонкой очисткой сточные воды процеживают через решетки и сита, которые устанавливают пе­ред отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы.

Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также совмещенны­ми с дробилками (коммииуторы). Наибольшее распространение имеют непо­движные решетки. Решетки изготовляют из металлических стержней и уста­навливают на пути движения сточных вод под углом 60—75°. Стержни мо­гут иметь круглое или прямоугольное сечение. Стержни с круглым сечением имеют меньшее сопротивление, ко быстрей засоряются, поэтому чаще ис­пользуют прямоугольные стержни, закругленные со стороны входа воды в- решетку. Решетки очищают граблями, которые могут быть установлены по- разному (рис. 11-4).

 

Рис. 11-4. Виды (а—в) решеток с граблями для очистки:

J — решетка; S бесконечная цепь; 3 — грабли

Ширина пропоров в решетке равна 16—19 мм. Скорость сточной воды между стержнями принимается равной 0,8—1 м/с.

Потери напора Ар в решетке определяют по формуле

hr=Umt»Pi2g),           (II.8)

| = P(s/6)4/3sina,       (II.9)

где wK — скорость движения воды в канале перед решеткой, м/с; Р — ко­эффициент, учитывающий увеличение потерь напора вследствие засорения решетки (принимают Р-3); | — коэффициент местного сопротивления ре­шетки; g — ускоренно свободного падения, м/с1; a—угол наклона решетки, град; л -толщина стержня, м; Ь — ширина прозоров между стержнями, м; ji          коэффициент (для прямоугольных стержней равен 2,42, для закруглен­ных - 1,83 и для круглых— 1,79),

Снятые с решеток загрязнения направляют на переработку. Для измельчения отходов используют дробилки. Расход энергии на работу механизированных граблей, транспортеров и дробилок составляет около 1 кВт на 1000 м3 сточных вод.

Решетки-дробилки представляют собой агрегат, совмещаю­щий функции решетки и дробилки. Дробилки измельчают отхо­ды, не извлекая их из воды.

Для удаления более мелких взвешенных веществ, а также ценных продуктов, применяют сита, которые могут быть двух 'типов: барабанные или дисковые. Сито барабанного типа пред­ставляет собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5—1 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внеш­нюю или внутреннюю поверхность в зависимости от подвода во­ды снаружи или внутрь. Задерживаемые примеси смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зави­сит от диаметра барабана и его длины, а также от свойств примесей. Сита применяют в текстильной, целлюлозно-бумажной и кожевенной иромышленностях.

Для разделения взвешенных частиц на фракции могут быть использованы фракционаторы, основной частью которых являет­ся вертикальная сетка, разделяющая емкость на две части (рис. 11-5). Диаметр отверстий сетки 60—100 мкм. Сточная вода через сопло поступает внутрь фракционатора и делится на грубую и ■тонкую фракции. При разделении 50—80% взвешенных частиц остается в грубой фракции.

Отстаивание. Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса исполь­зуют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных под через слой взвешенных частиц.

Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и размера. Такие воды представляют собой но- Л1 (дисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а так-

 

rpi/timil фракцшг

Тонки» 'фрикция

I'm1. 11-5. Фракционатор: I корпус; 2 — сопло; 3 — сетка

же физические свойства системы из­меняются. Кроме того, при слиянии различных по химическому составу сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе и ко­агулянты. Эти явления также оказы­вают влияние на форму и размеры частиц. Все это усложняет установле­ние действительных закономерностей процесса оса ж д е н и я.

Свойства сточных вод, естествен­но, отличаются от свойств чистой во­ды. Они имеют более высокую плотность и вязкость. Вязкость и плотность сточных вод, содержащих только взвешенные твер­дые частицы, равна

!к=ц„(1+2,5с„),           (11.10)

pc-p+pTU(l-e).           (11.11)

Объемная доля жидкой фазы вычисляется по соотношению

Здесь р.,- и р.о динамическая вязкость сточной воды и чистой поды, Па-с; t„ - объемная концентрация взвешенных частиц, кг/м3; р и рт» ■—плотность соответственно чистой йоды и твердых частиц, кг/м3; в — объемная доля жидкой фазы; Уж и Ктв объем жидкой и твердой фаз в сточной виде, к*.

Основным параметром, который используют при расчете от­стойников, является скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность) —

Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов скорость свободного осаждения шарообразных частиц вычисля­ют по формуле

Re„ - Аг/(18+0,6"|/ Аг),         (11.12)

где Run—WoсЙр/Щ) —■• число Рейиольдей; Ar—dap''g(рт• р)/р.02р—число Ар­химеда; d диаметр частицы.

Для шарообразных частиц в формулы подставляют эквива-

8         

лентный диаметр частиц d;>— уУч/я (где 1Л, — объем частицы).

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаж­дение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей как больших, так и малых частиц. Скорость стесненного осаждения меньше скорости осаж­дения свободного, вследствие возникновения восходящего пото­ка жидкости и большей вязкости среды.

Рис. II-6. Кинетика процесса осаждения

Скорость стесненного осаждения шарообразных частиц одинакового размера можно рассчитать при лами- 0 ~ 1 2 з ?,ч парном режиме по формуле Стокса с

поправочным коэффициентом, кото­рый учитывает влияние концентрации взвешенных частиц и ре­ологические свойства системы:

№oc=d2g(pTB—■ р)Л/18цо, /? = вр0/рс.            (II.13)

Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно из­меняется во времени. Вследствие агломерации частиц она мо­жет изменяться в несколько раз по сравнению с теоретической. Способность к агломерации зависит от концентрации, формы, размера и плотности взвешенных частиц, а также от соотноше­ния частиц различного диаметра и вязкости среды.

Коэффициент агломерации характеризуется отношением /Са — = где ^ф — фиктивный диаметр частицы, эквивалентный теоретической скорости ее осаждения. Для полидисперсных си­стем кинетику осаждения устанавливают опытным путем. Она характеризуется кривой, показанной на рис. II-6.

При периодическом процессе осаждения взвешенные частицы в отстойни­ке распределяются неравномерно по высоте слоя сточных вод. Через какой- то промежуток времени после начала отстаивания в верхней части отстой­ника появляется осветленный слой жидкости. Чем ближе к дну отстойника, тем больше концентрация взвешенных частиц в сточной воде, а у самого дна образуется слой осадка. Во времени высота слоя осветленной жидкости и высота слоя осадка возрастают за счет промежуточных слоев. Через опре­деленный промежуток 'времени в отстойнике будут находиться только слой осветленной жидкости и слой осадка. В дальнейшем, если осадок не уда­лить, он будет уплотняться с уменьшением высоты. При непрерывном от­стаивании наблюдаются те же зоны, но высота их не меняется в ходе процесса.

Песколовки. Их применяют для предварительного выде­ления минеральных и органических загрязнений (0,2—0,25 мм) из сточных вод. Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25—1 м. Скорость движения во­ды в них не превышает 0,3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением во­ды в виде круглого резервуара конической формы с периферий­ным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м3/сут. Верти- жальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму,.

 

в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим по­током со скоростью 0,05 м/с.

Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от коли­чества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наи­более часто используют горизонтальные песколовки.

Горизонтальные отстойники. Они представляют- собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одно­временно работающих отделения (рис. II-7, а). Вода движется с одного конца отстойника к другому.

Глубина отстойников равна #=1,5—4 м, длина 8—12 Н, а ширина коридора 3—6 м. Равномерное распределение сточной воды достигается при помощи поперечного лотка. Горизонталь-

Сточная 5

 

-/-.Очищенная

*•- ЙпЙп

Сточная

 

Промывная

Осветленная Soda

Осадок

Сточная Вода

1          г-

Очищенная

 

 

Очищенная вода

Шпам

Сточная

Очищенная- Joda

 

Рис. II-7. Отстойники:

а — горизонтальный; 1 — входной лоток; 2 — отстойная камера; 3 — выходной лоток; 4 ■ 1 — цилиндрическая часть; 2 — центральная труба; 3 — желоб; 4 ■

приямок;

■6 — вертикальный: коническая часть; а — радиальный: 1 тельная камера; 5 г — трубчатый; (? — с наклонными пластинами: 1

корпус; 2 — желоб; 3 — распределительное устройство; 4 — успокои- скребковый механизм;

- корпус; 2 — пластины; 3 — шламоприемник

иые отстойники рекомендуется применять при расходах сточных вод свыше 15000 м3/с.ут. Эффективность отстаивания достига­ет 60%.

В отстойнике каждая частица движется с потоком воды со скоростью v и нод действием силы тяжести вниз - - zei„c. Таким образом, скорость пере­мешивания каждой частицы будет представлять равнодействующую дпух этих скоростей. В отстойнике успеют осесть только те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника в пределах его длины. Горизонтальную скорость движения поды в отстойнике принимают не более 0,01 м/с. Про должитольность отстаивания I .4 ч

Схема вертикального отстойника одной из конструкций показана на рис. 11-7,6. Отстойник представляет собой цилиндрический (или квадратный в плане)' резервуар с коническим днищем. Сточную воду подводят по цент­ральной трубе. После поступления внутрь отстойника вода движется снизу ши'|1.\ к желобу. Дли лушчти iv расн^ч.имении и предотвращения опри.ю- ванин мути трубу делаю! с раструбом и распределительным щитом. Таким образом, осаждение происходит в восходящем потоке, скорость которого раина 0,5—0,6 м/с. Высота зоны осаждения—4 - 5 м. Каждая частица дви­жется с водой вверх со скоростью у и под действием силы тяжести вниз Поэтому различные частицы будут занимать различное положение и отстой пике. При бу„с>у будут быстро оседать, при гг\к<v уноситься вверх. Эф­фективность осаждения нергнкалмшх отстойников ниже на 10—20%, чем в горизонтальных.

Р а д и а л ь н ы"е отстойник и. Они представляют собой круглые в плане резервуары (рис. II-7,в). Вода в них движется от центра к периферии. При этом минимальная скорость наб­людается у периферии. Такие отстойники применяют при расхо­дах сточных вод свыше 20 ООО м3/сут. Глубина проточной части отстойника 1,5—5 м, а отношение диаметра к глубине от 6 до- 30. Обычно используют отстойники диаметром 16—60 м. Эф­фективность осаждения их составляет 60 % -

Повысить эффективность отстаивания можно путем увеличе­ния скорости осаждения, увеличив размеры частиц коагуляци­ей и флокуляцией или уменьшив вязкость сточной воды путем нагревания. Кроме того, можно увеличить площадь отстаивания и проводить процесс осаждения в тонком слое жидкости, В пос­леднем случае используют трубчатые и пластинчатые отстойни­ки. При малой глубине отстаивания процесс протекает за корот­кое время (4—10 мин), что позволяет уменьшить размеры от­стойников.

Рабочими элементами трубчатых отстойников являются трубки диаметром 25—50 мм и длиной 0,6—1 м. Трубки можно- устанавливать с малым (до 5°) и большим (45—60°) наклоном. Трубчатый отстойник с небольшим наклоном (рис. 11-7, г) ра­ботает периодически.

Сначала проводят отстаивание, затем промывку трубок от осадка. Для успешного проведения процесса необходимо равномерное распределение во­ды по трубкам и ламинарный режим движения. Такие отстойники использу­ют для осветления сточных вод с небольшим содержанием взвешенных ча­стиц при расходах 100 -10 ООО м3/сут. Гидравлическая нагрузка у отстойнн-

Рис. I[-8. Блок осветлителя:

1 — оспетлитсль; 2 -— желоб; /I —- осадкоуплотни- гель

ков 6—10 м3/ч на 1 мг входного сечения трубок. Эффективность очистки 80—8 5%.

В трубчатых отстойниках с больиим наклоном вода проходит снизу вверх, а осадок непрерывно сползает по дну трубок в шламовое пространство. Непрерывное удаление осадка исключает необходимость промывки трубок. Отстойники этого типа могут быть изготовлены из пластмассовых блоков, которые устанавливают в корпусах обычных отстойников. Гидравлическая па- грузка отстойников с большим наклоном труб от 2,4 до 7,2 м3/ч на 1 м" входного сечения труб.

Пластинчатые отстойники. Они имеют в корпусе ряд параллельно установленных наклонных пластин (рис. 11-7, д). Вода движется между гластинами, а осадок сползает вниз, в шламоприемиик. Могут быть прямоточные отстойники, в которых направление движения воды и осадка совпадают;, иротивоточныс — вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно дви­жению осадка. Наиболее распространены противоточные от­стойники.

Осветлители. Их применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, з частности, осветлители со взвешен­ным слоем осадка, через который пропускают воду, предвари­тельно обработанную коагулянтом.

Принципиальная схема осветлителе показана на рис. 11-8. Воду с коагу­лянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекае­мые им частицы взвеси поднимаются восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего пото­ка - сечение 7—/. Выше этого ссчеиия образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная вода. При этом наблюдается про­цесс прилипания частиц взвеси к хлопьям коагулянта. Осадок удаляется в осадкоушштпнтоль, а осветленная вода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.

Образование и уплотнение осадка в осадкоуплотиителс происходит в условиях непрерывного поступления взвеси. При этом протекают следующие процессы: 1) стесненное осаждение частиц, образование сплошной прост­ранственной структуры из этих частиц с постепенным уменьшением ее объ­ема в результате сжатия пустот между частицами; 2) уплотнение хлопьевид­ных частиц осадка, сопровождающееся удалением воды, заключенной в ячей­ках хлопьев; 3) сжатие хлопьев. Третий процесс протекает медленнее двух других и поэтому лимитирует процесс уплотнения осадка в целом.

Закономерности стесненного осаждения для хлопьевидных и нехлопьевидных частиц весьма близки между собой. В пре­делах объемных концентраций взвеси от 0 до 0,2 для прибли-

 

Очищенная Вова,

 

 

 

jСточная \-\^0садвк "*~8оВа

 

ж

Рис. 11-9. Зависимость потери напора от ско­рости восходящего потока воды в осветли­теле

v

женных расчетов скорости осаждения можно принять формулу

Отношение скорости стесненного осаждения к скорости свободного осаждения частиц равно

где |0 и — коэффициенты сопротивления частицы соответственно при сво­бодном и стесненном осаждении.

Зависимость гидравлического сопротивления слоя от скоро­сти стесненного осаждения показана на рис. II-9, Участок 1 характеризует потери напора в неподвижном слое, а участок II — во взвешенном слое. Работу осветлителей при очистке сточных вод с малым содержанием взвешенных частиц можно интенсифицировать повышением концентрации твердой фазы (например, добавлением глины) или рециркуляцией осадка осветлителя. Второй путь более экономичен.

Конструкции осветлителей весьма разнообразны и отлича­ются по следующим признакам: 1) по форме рабочей камеры; 2) по наличию или отсутствию дырчатого днища под слоем взвешенного осадка; 3) по способу удаления избыточного осад­ка; 4) по конструкции и месту расположения осадкоуплотни- телей.

Для интенсификации процесса первичного отстаивания труд- нооседающих веществ на станциях биологической очистки при­меняют отстойники-осветлители с естественной аэрацией, кото­рые представляют собой вертикальные отстойники с внутренней камерой флокуляции.

Сточная вода через центральную трубу поступает в камеру флокуляции, где происходит частичное окисление органических веществ аэрируемым воз­духом, хлопьеобразование и сорбция загрязнений. Затем сточная вода по­ступает в отстойную зону. При прохождении через слой взвешенного осадка из нее удаляют мелкодисперсные взвешенные частицы. Объем камеры флоку­ляции обеспечивает 20-минутное пребывание в ней воды. Степень очистки- от взвешенных частиц достигает 70%.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я