11040

Шламы, задерживаемые отстойниками или другими сооружениями после физико-хи- мической очистки, выделяются в результате локальной очистки или доочистки промышлен- ных сточных вод с применением реагентной обработки, фильтрования, электролиза, адсорб- ции, ионного обмена, обратного осмоса и других методов

Кек – осадок после механического обезвоживания или подсушенный на иловых пло- щадках.

Осадки, образующиеся в процессе очистки сточных вод (песок из песколовок, осадок первичных отстойников, избыточный активный ил и др.), должны подвергаться обработке с целью обезвоживания, стабилизации, снижения запаха, обеззараживания, улучшения физико- механических свойств, обеспечивающих возможность их экологически безопасной утилиза- ции или размещения (хранения или захоронения) в окружающей среде.

Технологические процессы обработки осадков сточных вод можно разделить на следу- ющие основные стадии: уплотнение (сгущение), стабилизация органической части, кондици- онирование, обезвоживание, термическая обработка, утилизация ценных продуктов или лик- видация осадков. При уплотнении в среднем удаляется 60%, при механическом обезвожива- нии 25%, при термической сушке и сжигании до 15% общего количества иловой воды, содер- жащейся в исходном осадке. При этом масса обрабатываемого осадка сокращается в среднем при уплотнении в 2,5 раза, при обезвоживании в 12,5 раз, при сушке – на 60%, а при сжигании

– в 150 раз.

Уплотнение – это первая стадия переработки массы ОСВ. Уплотнением достигается:

−значительное уменьшение объёма илового осадка;

−увеличение производительности оборудования механического обезвоживания;

−уменьшение времени обработки на следующих этапах и общего объёма работ;

−снижение затрат на транспортировку;

−уменьшение объёма накоплений шлама.

Гравитационный способ. Этим способом уплотняются активный ил, биоплёнка, сня- тая во вторичных отстойниках, сброженные осадки, удаляемые из метатенков. Процесс уплот- нения массы осадков длится (в зависимости от их вида) от 9 до 30 часов. Влажность осадков после уплотнения уменьшается до 95-95.5%.

Недостатки:

−достаточно большая продолжительность;

−высокая влажность получаемых после уплотнения осадков;

−значительный вынос взвешенных веществ из илоуплотнителей.

70

Флотационный способ. Для уплотнения илового осадка используется напорная фло- тация, производящаяся в прямоугольных или круглых флотаторах, оборудованных устрой- ствами, насыщающими иловую смесь воздухом, и скребками, которыми удаляются донный и сфлотированный осадки.

Ил насыщается воздухом, содержащимся в подаваемой под напором воде, и осадок пе- рекачивается в распределительную камеру по трубопроводам. Снижение давления вызывает поднятие мелких пузырьков воздуха и образование осадочной гущи в накопительной ёмкости. Сфлотированный осадок собирается в периферийный лоток при помощи скребка, оттуда по- ступает на дальнейшую переработку, имея влажность 94-95%.

Преимущества:

−позволяет применять компактные сооружения с небольшой поверхностью и малым объемом;

−обеспечивает эффективное уплотнение осадков с коллоидной структурой, что очень важно для всей системы обработки осадка.

Недостатки:

−более высокие по сравнению с гравитационным уплотнением эксплуатационные за-

траты

−невозможность накопления большого количества ила в уплотнителе.

Применяется также центробежное уплотнение осадков в гидроциклонах, центрифугах и сепараторы. Перспективно вибрационное уплотнение путем фильтрования осадка сточных вод через фильтрующие перегородки или с помощью погруженных в осадок вибрационных устройств.

Стабилизация осадков используется для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества, что предотвращает загнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе (сушка на иловых площадках, использование в качестве сельскохозяйствен- ных удобрений и т.п.).

Стабилизация осадка может проводиться с использованием биологических, физико-хи- мических методов, а также их комбинацией. Выбор метода стабилизации определяется рядом условий, также зависит от вида осадков, их количества, возможностей и условий дальнейшего их использования или размещения. В настоящее время большее распространение получили биологические методы стабилизации в аэробных и анаэробных условиях.

Для стабилизации осадков промышленных сточных вод применяют в основном аэроб- ную стабилизацию – длительное аэрирование осадков в сооружениях типа аэротенков, в ре- зультате чего происходит распад основной части биологически разлагаемых веществ, подвер- женных гниению. Период аэробной стабилизации при температуре 20 составляет 8-11 суток,

71

расход кислорода для стабилизации 1 кг органического вещества ила – 0,7 кг. Сбраживание осадка в метантенках в анаэробных условиях осуществляется в мезофильном (при t=33 ) или термофильном (при t=53 ) режимах, что определяется способом дальнейшей обработки осадка.

Стабилизация осадка в анаэробных условиях — процесс более сложный, требующий применения ряда специальных устройств и оборудования.

Обезвоживание осадков сточных вод предназначено для получения осадка (кека) влаж- ностью 50-80%. До недавнего времени обезвоживание осуществлялось в основном сушкой осадков на иловых площадках. Однако низкая эффективность такого процесса, дефицит зе- мельных участков в промышленных районах и загрязнение воздушной среды обусловили раз- работку и применение более эффективных методов обезвоживания: вакуумфильтрование, цен- трифугирование, фильтрпрессование, термическая сушка.

Вакуум-фильтры - агрегат непрерывного действия для разделения под давлением жид- ких неоднородных систем на твёрдую (кек) и жидкую (фильтрат) фракции. На них можно об- рабатывать практически любые виды осадков. Различают барабанные со сходящим полотном, дисковые и ленточные вакуум-фильтры.

Преимущества:

−возможность обработки осадков без выделения песка и распространения запаха;

−сокращение топливно-энергетических расходов на термосушку;

−отсутствие быстроизнашивающихся узлов.

Недостатки:

−низкая надежность;

−сложность управления;

−невозможность применения органических флокулянтов,

−повышенный расход электроэнергии;

−загрязнение окружающей среды;

−периодические замены фильтровальной ткани,

Фильтры-прессы - это оборудование периодического действия, применяющееся для разделения под давлением суспензий, пульп, шламов и других неоднородных систем на жид- кую (фильтрат) и твердую (кек, осадок) фазы. Такие аппараты используются для работы с ши- роким классом осадков. Фильтр-прессы пригодны для обработки суспензий с повышенной температурой, охлаждение которых не допускается из-за риска выпадения кристаллов, и сус- пензий с небольшой концентрацией твердых частиц. используется для обезвоживания шламо- вого осадка сточных вод, промышленных суспензий, избыточной биомассы активного ила.

Преимущества:

72

−высокойнадежность;

−простота эксплуатации;

−отсутствие быстроизнашивающихся деталей и узлов;

−сокращение расхода электроэнергии;

−отсутствие необходимости выделения крупных включений ипеска изосадков.

Недостатки:

−повышенные габариты по сравнению с центрифугами;

−возможность распространения запаха;

−увеличенные по сравнению с вакуум-фильтрами топливно-энергетические расходы на термосушку;

−необходимость периодической замены фильтровальной ткани.

Такие аппараты применяют в случаях, когда отходы после обезвоживания отправляют на сушку либо сжигание, или же есть необходимость в получении осадка с минимальной влаж- ностью. Рационально применять такое оборудование для обработки отходов промышленного стока с повышенным содержанием минеральных компонентов.

Центрифуга – это устройство, использующее центробежную силу. Представляет со- бой механизм, обеспечивающий вращение объекта приложения центробежной силы.

Осадительная центрифуга состоит из полого барабана, который с одной стороны сужа- ется в виде конуса, образуя коническую камеру. Камера имеет выход для извлечения кека. В полости барабана находится шнековый транспортер.

К барабану подведен патрубок для подачи жидкости, а также имеются сливные па- трубки для отвода осветленной воды.

Очищаемая жидкость через патрубок подается на барабан центрифуги. Барабан и шнек центрифуги вращаются в одном направлении, но с разной скоростью. Частицы загрязнений под действием центробежных сил оседают на стенках барабана и с помощью шнека переме- щаются в коническую камеру, которая периодически освобождается. Осветленные воды, напротив, движутся обратно в круглую часть корпуса и отводятся через сливной патрубок.

Посредством центрифуг производят очистку сточных вод на городских и поселковых очистных сооружениях водоканалов или других предприятий. Кроме этого, установки приме- няют на биологических очистных системах, где требуется выполнение осушения активного ила.

Работа центрифуг характеризуется такими показателями, как производительность, эф- фективность задержания сухого вещества и влажность обезвоженного осадка (кека). Показа- тели работы центрифуги зависят от геометрических размеров ротора, скорости его вращения, диаметра сливного цилиндра, влажности осадка, плотности и дисперсионного состава его твердой фазы и других факторов.

73

Центрифугирование сегодня находит все большее распространение.

Преимущества:

−простота конструкции и отсутствие сложных электронных схем не требует высокой квалификации обслуживающего персонала;

−экономичность;

−вследствие обработки на центрифуге получаются отходы с низкой влажностью;

−легко настраиваются на обработку осадков различного состава.

Недостатки:

−необходимость извлечения из осадков крупных включений и песка, периодической наплавки или замены шнеков;

−повышенные по сравнению с вакуум-фильтрами топливно-энергетические расходы на термосушку.

Утилизация осадка сточных вод – использование конечного продукта очистки стоков в других отраслях как конечный продукт.

−Использование в качестве кормовых продуктов на основе избыточного активного ила стоков;

−Использование жидких, обезвоженных, сухих осадков в качестве удобрений для сель- скохозяйственных нужд; (Если же применение осадков в сельском хозяйстве недопустимо из- за повышенного содержания в них опасных загрязнений, то единственным способом, позво- ляющим максимально сократить объем осадков, является их сжигание)

−Получение из осадков сточных вод воска, керосина, бензина, смолы, пирокарбоната ме- тодом пиролиза;

−Получение мыла и жиров, как товарных продуктов;

−Получение сырья для производства стройматериалов, в основном зола для производ- ства цементов;

−Получение биогаза и дальнейшее использование его в качестве топлива в установках получения тепловой, электрической и механической энергии.

Осадки сточных вод могут быть применены как выгорающая добавка при производстве строительных материалов − кирпича, керамзита. При производстве бетонов и в дорожном строительстве можно использовать золу от сжигания осадков.

Необходимо отметить, что если осадок сжигается, то нецелесообразно его предвари- тельно сбраживать. Сбраживание приводит к минерализации части органических веществ и снижению теплотворной способности осадка.

74

Таким образом, в мировой практике применяются различные методы очистки сточных вод, причем универсальных, которые бы подошли ко всем отраслям промышленности и сфе- рам жизнедеятельности не существует. На практике, в большинстве случаях необходимо за- действовать несколько методов. В перспективе, с появлением новых материалов будут совер- шенствоваться и методы очистки. Поскольку новейшие технологии в том числе внедряются в сферу охраны окружающей среды и сохранение природных ресурсов.

Список литературы

1.Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Справочник проектиров- щика / под ред. В.Н. Самохина. – М.: Стройиздат, 1981. – 629 с.

2.Справочник по очистке природных и сточных вод / Л.Л. Пааль [и др.]. – М.: Высшая школа,

1994. – 336 с.

3.СП 32.13330.2018. Канализация. Наружные сети и сооружения.

4.Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы/ М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля- Кур-Янсен, Э. Арван. М.: Мир, 2004. — 480 c.

5.Беляева С.Д. Комплексные подходы к решению проблемы обработки и размещения осадков сточных вод// С.Д. Беляева, Л.И. Гюнтер // Водоснабжение и санитарная техника. 2002 - №2. -

С. 33 — 35.

75

УДК 69.001.6

АРОЧНО-ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПЛОТИНЫ.ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Бугрова Е.А.

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: elenapochta03@mail.ru

В статье рассматривается основные особенности конструкции арочно-гравитационных плотин, особенно- сти их возведения, в различных условиях, и уникальные решения для их строительства, применяемые для повышения эффективности или сокращения времени работ. Изучаются и другие типы этих сооружений, повлёкших за собой создание рассматриваемого вида конструкций, с целью изучения и сравнительного анализа сооружений для выявления характерных свойств плотин. Выявляются положительные особенно- сти инженерных и эстетических характеристик рассматриваемых конструктивных систем. Приводятся уникальные особенности рассматриваемых конструкций и причины их возникновения в определенных условиях и рамках, ограничивающих строительство и распространение этих сооружений. В статье с ис- пользованием методик анализа, обобщения и систематизирования теоретических и проектных работ по данной теме, выполнен анализ двух сооружений. Рассмотренные объекты были возведены в различных условиях, что позволяет проследить индивидуальные подходы и решения для каждого сооружения в част- ности. Всё это позволило выявить основные практические задачи, стоящие перед современными архитек- торами, и запросы общества к новым типам плотин. Арочно-гравитационные плотины рассматриваются с точки зрения актуальности применения в наше время и в будущем.

Ключевые слова: арочно-гравитационные плотины, арочные конструкции, уникальные сооружения распределе- ние усилий, прочность.

ARCH-GRAVITY DAMS.DESIGN FEATURES

Bugrova E.A.

Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, e-mail: elenapochta03@mail.ru

The article discusses the main features of the design of arch-gravity dams, the features of their construction, in various conditions, and unique solutions for their construction, used to increase efficiency or reduce the time of work. Other types of these structures are also being studied, which led to the creation of the type of structures in question, in order to study and compare structures to identify the characteristic properties of dams. The positive features of engineering and aesthetic characteristics of the considered structural systems are revealed. The unique features of the structures under consideration and the reasons for their occurrence in certain conditions and frameworks limiting the construction and distribution of these structures are given. In the article, using the methods of analysis, generalization and systematization of theoretical and design work on this topic, the analysis of two structures is carried out. The considered objects were erected in various conditions, which allows us to trace individual approaches and solutions for each structure in particular. All this allowed us to identify the main practical tasks facing modern architects and society's requests for new types of dams. Arch-gravity dams are considered from the point of view of relevance of application in our time and in the future.

Keywords: arch-gravity dams, arched structures, unique structures, distribution of forces, strength.

Арочно-гравитационные плотины относительно новы в использовании на практике. хотя идея зарождалась давно, они были сложны в расчете и трудоемки в возведении, тем не менее с приходом технико-информационной составляющей их расчет значительно упро- стился. Это ставит нас перед проблемой эффективности и целесообразности применения дан- ного вида плотин.

76

Цель: изучение особенностей применения и возведения арочно-гравитационных пло-

тин.

Методологии исследования: исследование опирается на научно-исследовательские ме- тоды анализа, обобщения и систематизацию теоретических и проектных работ по данной теме.

Плотина — гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток или водоём для подъёма уровня воды. Древнейшее изобретение человека необходимое для сосредоточения напора в месте его расположения и создания водохранилища. Существует множество видов этих сооружений, каждое из которых создано с определенными целями и для однозначных условий местности, климата и рельефа. Рассмотрим один из редчайших разновидностей пло- тин.

Арочно-гравитационная плотина — разновидность выполненных из бетона, железобе- тона или каменной кладки плотин, которая одновременно сочетает в себе черты гравитацион- ных и арочных плотин.

Невозможно говорить об этом уникальном сооружении, не зная о свойствах, условиях возведения и идеи основной конструкции данных плотин.

Одной из самых впечатляющих плотин можно назвать арочные. Она имеет огромный запас прочности, даже при условии напора на относительно тонкую бетонную стенку милли- ардов тонн воды.

Принцип действия этих арочных конструкций сильно разнится с другими типами пло- тин. Если гравитационные и контрфорсные плотины давят на основание, то арочные перено- сят нагрузку на берега. Арочная плотина может быть даже специально отрезана от основания особым швом-разрезом (такой прием иногда применяют для разгрузки напряжений, возника- ющих в некоторых типах гидротехнических сооружений).

При этом, бетон в арочной плотине работает на сжатие, а в такой ситуации его проч- ность резко увеличивается. В результате арочная плотина не нуждается в значительной тол- щине стенки и обычно при высоте в сотню метров этот параметр не превышает всего 2-3 м. Следовательно, одним из преимуществ бетонной арочной плотины является значительная эко- номия бетона, достигающая 80% от количества бетона в гравитационной плотине.

Устойчивость арочных плотин сравнительно велика. В модельных экспериментах они разрушались лишь при нагрузках, в 3-5 раз превышающих расчетные. Известен пример ката- строфы на плотине Вайонт (очень высокой и очень тонкой), когда сошедший в водохранилище оползень вызвал перелив воды через плотину слоем не менее 70 м – плотина устояла и более того, почти не была повреждена.

77

Рисунок 1. Схема плотины ГЭС Сяовань.

В то же время, рассматриваемые конструкции предъявляют особые требования к бере- гам – к ширине долины, ее форме и качеству пород. В широких долинах строительство ароч- ных плотин неэффективно. Существует специальный коэффициент, отражающий отношение длины арочной плотины по гребню к ее высоте (L/H). Наиболее эффективно строительство арочных плотин в случае, если этот коэффициент не превышает 3,5, хотя известны случаи строительства арочных плотин и в относительно широких створах – так, для Саяно-Шушен-

ской ГЭС L/H=4,56.

Арочные плотины могут быть также глухими и водосбросными. По конструкции водо- сбросы проектируются как поверхностные с переливом воды по всему гребню плотины или через водосбросные отверстия, так и глубинные. Сопряжение бьефов осуществляется по типу падающей струи. Недостатками арочных плотин являются сложность возведения криволиней- ных профилей и меньшая надежность, особенно в суровых климатических зонах. [1]

Арочные плотины стараются не применять в ассиметричных долинах, при таких усло- виях геометрия арки не может эффективно работать. При необходимости, прибегают даже к строительству специальных врезок и подпорных стенок. Но так же стоит учитывать породы, в которые упирается арочная плотина, если их прочность недостаточна сооружение может по- терять значительную величину устойчивости. Следовательно из этого, самое частое место применения арочных плотин – горное ущелье, где ширина не превышает установленных норм, а породы достаточно прочны.

По этой причине возведение арочных плотин не всегда рационально. В зависимости от конкретных условий, более эффективным может оказаться строительство более толстой или даже арочно-гравитационной плотины, устойчивость которой обеспечивается как упором в берега, так и собственным весом.

Тем не менее, подобной конструкцией зачастую обладают гравитационные плотины.

78

Хоть за последние годы доля бетонных гравитационных плотин в мировом плотино- строении и уменьшилась с 40 до 10%, они всё же применяются при особых условиях, не под- ходящих для других типов плотин. Гравитационная плотина по форме поперечного профиля является близкой к треугольной; она расширена к основанию и обжата к гребню. Основные размеры профиля плотины определяются из общих условий устойчивости на сдвиг по по- дошве сооружения и на опрокидывание вокруг низовой грани. Вторым важным условием, определяющим устойчивость гравитационной плотины, является требование, чтобы давление, создаваемое сооружением на грунты основания, не превышало допустимых пределов и было только сжимающим. Развитие растягивающих напряжений между сооружением и основанием даже на небольшой части площади основания является недопустимым.

В целях повышения устойчивости плотины на сдвиг, особенно при опирании ее на ос- нование, сложенное скальными породами, часто применяют устройство наклонного сопряже- ния с основанием, заглубление верхового края фундамента и устройства зуба или двух зубьев. Массивные гравитационные плотины на скальном основании строят глухими или водослив- ными, обычно прямолинейными в плане. [2]

Известно, что в большинстве случаев устойчивость бетонной гравитационной плотины обеспечивается при условии, если суммарное действие двух внешних сил гидростатического давления на верховую грань плотины со стороны водохранилища и противодавления на ее подошву фильтрационного потока в основании оказывается меньше суммарного противодей- ствия гравитационного прижатия плотины к основанию, сил трения и сцепления в плоскости контакта бетон – скала и в ряде случаев частичного опирания плотины на береговые массивы (в варианте с арочно-гравитационной плотиной).

Рассмотрев арочные и гравитационные плотины мы можем выделить основные особен- ности и отличия от них арочно-гравитационной плотины.

Во многом она повторяет конструктивные свойства обоих видов сооружения, но неко- торые их недостатки покрываются необычным сочетанием арочной геометрии и плавным рас- пределением усилий. Тем не менее это дает не только повышение прочностных характеристик плотины, но и накладывает определённые ограничения по местности и способам возведения.

При этом обеспечивается устойчивости гидротехнических сооружений данного вида с помощью непосредственно веса конструкции и её геометрии арки. Распределяющаяся по не- сущим стенам нагрузка позволяет плотинам такого типа обладать большей надёжностью по сравнению с арочными плотинами. Именно поэтому арочно-гравитационные плотины возво- дят в местах с каньонообразным рельефом, где в качестве несущих стен служат окружающие скалы.

79