Реферат: Очистка сточных вод

Вертикальные песколовки используются в полураздельных системах и на станциях очистки поверхностных вод, поскольку они удобны для накопления большого количества осадка. Максимальный расход сточных вод для вертикальных песколовок составляет 10000 .

Песколовки имеют цилиндрическую форму с подводом воды по касательной с двух сторон, а отводом - кольцевым лотком (рис. 9).

Недостаток этих песколовок заключается в большой продолжительности пребывания воды в сооружении.

Рис. 9 Вертикальная песколовка с вращательным движением

-        подводящий канал; 2 - сборный кольцевой лоток; 3 - ввод воды в рабочую зону; 4 - отводной канал

Расчет песколовок производится, исходя из условия, что скорость восходящего потока жидкости меньше гидравлической крупности песчинок улавливаемого песка. Гидравлическая крупность песка такая же, как у горизонтальных песколовок.

Тангенциальные песколовки имеют круглую в плане форму и касательный подвод воды, который обеспечивает винтообразное движение жидкости по касательной к стенкам песколовки (рис. 10). На периферии вода движется вниз, а в центре - вверх. Область применения тангенциальных песколовок - при расходах до 75000 .

Рис. 10 Тангенциальная песколовка с вихревой водяной воронкой

-        подводящий канал; 2 - отводящий канал; 3 - рабочая часть; 4 - регулируемый водослив; 5 - песок; 6 - шнековый подъемник.

Аэрируемые песколовки имеют удлиненную форму в плане и прямоугольное, полигональное или близкое к эллиптическому поперечное сечение (рис. 11).

Рис. 11 Аэрируемая песколовка

-        дырчатый аэратор; 2 - трубопровод гидросмыва осадка; 3 - осадочная часть; 4 -гидроэлеватор

Вдоль одной из стенок песколовки прокладывается аэратор из дырчатых труб на глубине 2/3 от общей глубины. Благодаря этому поток приобретает вращательное движение с перемещением его у днища от одной стенки к другой. Суммирование поступательного и вращательного движений приводит к винтовому движению воды вдоль песколовки. Продольная скорость составляет 0,05-0,10 м/с, вращательная скорость - 0,3 м/с. Аэрируемые песколовки используются при расходах свыше 20000.

К достоинствам этой песколовки относится устойчивость работы при изменениях расхода и хорошая отмывка песка от органики.

Аэрируемые песколовки одновременно могут использоваться для улавливания всплывающих загрязнений (жиров, нефтепродуктов, и др.). Для этого вдоль всей песколовки полупогружной перегородкой отделяется специальная зона для выделения и накопления всплывающих загрязнений.

В песколовках скорость движения воды должна быть постоянной, независимо от колебаний притока стоков. В противном случае, если скорость будет увеличиваться, будут уноситься частицы с расчетной для осаждения гидравлической крупностью; если же скорость будет падать, то будут осаждаться легкие примеси органической природы. Постоянная скорость поддерживается устройством водосливов с широким порогом, изменением степени аэрации, использованием автоматизированного контроля за уровнем воды в подводящих каналах.

Количество песка, задерживаемое в песколовках, для бытовых сточных вод равно 0,02 л/(сут*чел), влажность песка составляет 60%, объемный вес - 1,5 т/

Откачка накопленного в бункерах песколовок осадка производится песковыми насосами, гидроэлеваторами, шнековыми подъемниками и реже эрлифтами. Откаченный песок (пескопульпа) имеет большую влажность - 98-99%, что вызывает необходимость его обезвоживания.

Для обезвоживания и подсушивания осадка на больших станциях очистки сточных вод предусматривают песковые площадки, представляющие собой карты с ограждающими валиками высотой 1-2 м, оборудованные шахтными водосбросами для отвода отстоявшейся воды (рис. 12). Удаляемая вода направляется в начало сооружений. Размеры площадок принимаются из условия нагрузки на них не более 3. Количество площадок не менее двух.

Рис. 12 Песковая площадка

-        пескопровод от песколовок; 2- разводящий лоток; 3- отвод дренажной воды

Более рациональный метод обработки осадка из песколовок - отмывка, обезвоживание и подсушка песка с последующим использованием его в строительстве. Для этого можно использовать специальные песковые бункеры (рис . 13), приспособленные для последующей погрузки песка в автотранспорт

Рис. 13 Бункеры для обезвоживания и хранения песка

-        подача пескопульпы; 2 - отвод воды; 3 - гидроциклон; 4 - бункер; 5 - задвижка для выгрузки песка

Такие бункера рассчитываются на 1,5 - 5 суточное хранение песка. Для повышения эффективности отмывки песка применяют напорные гидроциклоны диаметром 300 мм. Дренажная вода из бункеров и площадок возвращается в канал перед песколовками.

Область применения различных типов песколовок приведена в рис. 14;

Отстаивание является самым простым, наименее трудоемким и дешевым методом выделения из сточной трубы грубодиспергированных примесей, плотность которых отличается от плотности воды. Под действием силы тяжести загрязнения оседают на дно или всплывают на поверхность.

Отстойные сооружения, используемые на очистных сооружениях канализации классифицируются:

по характеру работы: подразделяются на периодического действия (контактные) и непрерывного действия (проточные);

по технологической роли: делятся на первичные отстойники (для осветления сточной воды), вторичные отстойники (для отстаивания воды, прошедшей биологическую очистку) и третичные отстойники (для доочистки), илоуплотнители, осадкоуплотнители;

по направлению движения потока воды: бывают вертикальные, горизонтальные, радиальные (разновидности: с центральным, периферийным и с радиальным подвижным впуском воды) и наклонные тонкослойные (в зависимости от схемы движения воды и осадка бывают прямоточными, противоточными и перекрестными);

по способу обеспечения флокуляции взвешенных веществ: активная флокуляция (достигается путем аэрации, механического перемешивания или реагентной обработкой) и пассивная флокуляция (разновидности: в свободном объеме или контактной среде);

по способу выгрузки осадка: сооружения со скребковыми механизмами, илососами и гидросмывом.

Первичные отстойники располагаются в технологической схеме непосредственно после песколовок и предназначены для выделения взвешенных веществ из сточной воды. Основной характеристикой работы первичных отстойников является эффективность осветления (отстаивания), которая определяется из выражения:

Э=100* (С1-С2)/С1, %

где С1-начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде; С2-допустимая концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, принимаемая в соответствии с нормами или технологическими требованиями.

В большинстве случаев эффект осветления составляет 40-60%, что приводит к снижению БПК в осветленной сточной воде на 20-40%. Для станций полной биологической очистки концентрация взвешенных веществ в воде после первичных отстойников не должна превышать 150 мг/л во избежание повышенного прироста активного ила или биопленки.

Отстаивание представляет собой разделение суспензий и эмульсий в поле гравитационных сил. Взвеси сточных вод, как правило, полидисперсны, поэтому скорости отстаивания частиц различны и изменяются в процессе отстаивания вследствие агрегации частиц. Отстаивание таких полидисперсных суспензий протекает в несколько стадий, которые можно наблюдать, если тщательно перемешать сточную воду и поместить ее в стеклянный цилиндр (рис. 1).

Рис.1 Кинематика расслаивания полидисперсных суспензий

очистка сточный вода механический

Вначале твердые частицы равномерно распределены в жидкости, но через короткий промежуток времени они начинают осаждаться, причем на дне сосуда оседает слой наиболее крупных твердых частиц - зона IV. Над осадком образуется слой сгущенной суспензии, в которой твердые частицы располагаются настолько тесно, что дальнейшее уплотнение слоя возможно только путем вытеснения жидкости из промежутков между частицами - зона стесненного осаждения III. Выше этой зоны расположена зона II - зона свободного осаждения, в которой частицы осаждаются свободно под действием силы тяжести. По мере отстаивания зоны I и IV возрастают, при этом происходит уплотнение осадка в зоне III. Отстаивание заканчивается, когда область II исчезает и завершается уплотнение сгущенной суспензии, что соответствует полному разделению ее на осадок и осветленную жидкость. Необходимо отметить, что в процессе непрерывного отстаивания в аппарате образуются те же зоны, но в отличие от периодического процесса эти области не изменяются по высоте.

Кинетика осаждения взвеси выражается обычно в виде графика зависимости эффекта осаждения (%) от продолжительности отстаивания сточной воды (рис. 2).

Рис. 2 График кинетической зависимости эффективности осаждения от времени.

Рассмотрение кинетики процесса отстаивания позволяет сделать следующие выводы:

скорость отстаивания непостоянна и уменьшается с течением времени;

лимитирующей стадией процесса является стадия стесненного осаждения (скорость уменьшения зоны III). Если при свободном осаждении частиц скорость седиментации зависит от вязкости воды и индивидуальных свойств каждой частицы, то в случае стесненного осаждения, скорость которого меньше скорости свободного осаждения, скорость седиментации зависит также от объемной концентрации взвеси.

Наиболее надежным установлением достоверной скорости осаждения взвешенных частиц является экспериментальное определение в лабораторных условиях, как это обычно и делается на практике. Однако нужно иметь в виду, что время, требуемое для осаждения взвешенных веществ, изменяется не прямо пропорционально отношению H/h (Н - высота отстойника, h - высота сосуда, в котором проводятся лабораторные опыты).

На результаты отстаивания взвесей сильное влияние оказывают: равномерность распределения и сбора воды в отстойниках; перепад температур, обусловленный колебаниями температуры воды в источнике водоснабжения; сужение сечения отстойников накопившимся осадком; наличие завихрений и водоворотов вокруг выступов и колонн.

Для осветления сточных вод широко применяют отстойники периодического и непрерывного действия. Отстойники периодического действия используют обычно при небольших расходах или периодическом поступлении сточных вод. Эти отстойники представляют собой металлические или железобетонные резервуары с коническим днищем. Размеры отстойника периодического действия определяются расходом сточных вод и кинетикой осаждения взвешенных частиц.

Отстойники непрерывного действия (вертикальные, горизонтальные, радиальные) применяют при больших расходах сточных вод. Такое подразделение связано не столько с геометрией конструкций отстойников, сколько с гидравлическим режимом их работы. Характер гидравлических режимов оказывает первостепенное влияние на процесс непрерывного отстаивания. Принципиальные схемы аппаратов разного типа отстойников приведены на (рис. 15).

а - отстаивание в вертикальных отстойниках с восходящим потоком воды; б - отстаивание в горизонтальных отстойниках с горизонтальным движением потока воды; в - радиальный отстойник с центральным вводом воды; г - радиальный отстойник с периферийным вводом воды; д - круговое горизонтальное движение воды; е - круговое горизонтальное движение потока воды.

Из рассмотрения гидродинамических режимов, приведенных на рисунке, следует, что наиболее благоприятные условия для отстаивания создаются в аппаратах с горизонтальным движением потока воды. Вполне очевидно, что вертикальная составляющая в этом случае значительно меньше, чем та же составляющая в конструкциях с восходящим потоком воды. Вследствие этого эффективность осветления воды в вертикальном отстойнике обычно на 15-20% ниже, чем в горизонтальном или радиальном.

До недавнего времени вертикальные отстойники относились к числу наиболее распространенных сооружений. Сейчас они применяются, в основном, при очистке бытовых сточных вод, содержащих частицы больших размеров и с высоким удельным весом. Расчетная продолжительность отстаивания в них 1-2 часа; скорость потока воды (нагрузка на аппарат) не более 0,7 мм/с. Расчетную скорость потока принимают, исходя из наименьшей скорости осаждения частиц, на задержание которых рассчитывается отстойник; величина ее не должна превышать 0,5-0,75 скорости осаждения частиц.

Основной характеристикой степени гидравлического совершенства отстойника принято считать коэффициент его объемного использования (), равный отношению среднего фактического времени пребывания воды в отстойнике к расчетному.  для вертикальных отстойников - 0,41; для горизонтальных и радиальных он становится равным 0,7-0,8.

Еще большее увеличение  (0,85-0,90) может быть достигнуто улучшением гидравлических условий отстаивания: устройство продольных и поперечных (дырчатых) перегородок, отжимных щитов, водосливов, своевременным удалением осадка, рассредоточенным отбором отстоянной воды и другими инженерно-техническими мероприятиями (рис. 16).

Необходимо указать, что в практике очистки производственных сточных вод довольно часто отстаивание используют для одновременного осветления сточных вод как от грубодисперсных примесей, так и от коллоидно-растворенных веществ, предварительно скоагулированных.

Рис. 16 Устройства для улучшения отстаивания

а - распределительное устройство на входе в отстойник (продольные перегородки). Позволяет снизить турбулентные пульсации на входе, вызывающие увеличение вертикальной составляющей w; б - водослив с затопленными отверстиями (уменьшает турбулентные пульсации на выходе отстойника); в- горизонтальный отстойник с вертикальными перегородками (дырчатыми). Позволяет осуществить рассредоточенный отбор осветленной воды. Отстойник снабжен скребковым устройством для осадка

Скоагулированные частицы трудно отделяются отстаиванием вследствие малого удельного веса, аморфности, малой механической прочности хлопьев. Для определения таких частиц потребовались новые конструкции отстойников.

Важным шагом в усовершенствовании процесса отделения скоагулированной взвеси явилось внедрение тонкослойного отстаивания в наклонных каналах и трубах. Такое отстаивание наиболее эффективно при выделении скоагулированных частиц из слабоконцентрированных промышленных сточных вод.

Дело в том, что с уменьшением концентрации взвесей теряют свою определенность границы между зонами отстаивания II и III, а зона стесненного осаждения III (рис. 1) уменьшается по высоте.

Вместе с тем при уменьшении диаметра частиц и их удельного веса скорость стесненного осаждения становится практически равной скорости свободного осаждения. Таким образом, выделение тонких частиц с малым удельным весом определяется скоростью их свободного осаждения. Интенсифицировать этот процесс, как это и удается в тонкослойных отстойниках, можно уменьшением высоты слоя свободного осаждения.