Тема 6. Первинні відстійники та інші споруди для механічної очистки

1 Вибір типу первинних відстійників.

Вибір типу і конструкції відстійників залежить від кількості і складу виробничих стічних вод, що надходять на очистку, характеристик осаду, що утворюється (ущільнюємість, транспортуємість) і від місцевих умов будівельного майданчика очисних споруд. У кожному конкретному випадку вибір типу відстійників повинний визначатися в результаті техніко-економічного порівняння декількох варіантів. Число відстійників варто приймати не менше двох, але і не більше чотирьох, йдучи по шляху збільшення габаритів відстійників, тому що вартість одиниці об'єму великогабаритних відстійників менше, ніж малогабаритних.

Відстійники застосовують для попереднього очищення стічних вод, якщо по місцевих умовах потрібно їхнє біологічне очищення, або як самостійні споруди, якщо по санітарних умовах цілком достатньо виділити зі стічних вод тільки механічні домішки.

У залежності від призначення відстійники підрозділяються на первинні, котрі встановлюють до споруджень біологічної обробки стічних вод, і вторинні, котрі встановлюють після цих споруджень.

По конструктивних ознаках відстійники підрозділяються на горизонтальні, вертикальні і радіальні. До відстійників умовно можуть бути віднесені й освітлювачі, у яких одночасно з відстоюванням відбувається фільтрація стічних вод через шар зважених речовин.

Тип відстійника (вертикальний, радіальний, з обертовим збірнорозподільчим пристроєм, горизонтальний, двох'ярусний і ін.) необхідно вибирати з врахуванням прийнятої технологічної схеми очищення стічних вод і обробки їхнього осаду, пропускної здатності споруджень, черговості будівництва, кількості експлуатуємих одиниць, конфігурації і рельєфу площадки, геологічних умов, рівня ґрунтових вод і т.п. Доцільно приймати не менш двох первинних і не менш трьох вторинних відстійників за умови, що усі відстійники є робочими. При мінімальному числі відстійників розрахунковий обсяг їх необхідно збільшувати в 1,2—1,3 рази.

2. Характеристика вертикальних, горизонтальних та радіальних первинних відстійників, багатополичних згущувачів.

У горизонтальних відстійниках рідина рухається майже горизонтально — уздовж відстійника, у вертикальних вона рухається знизу нагору, а в радіальних — від центра до периферії. Горизонтальний відстійник (мал. 9.12) являє собою резервуар (звичайно прямокутний у плані), що складається з декількох відділень (дві і більш); вода підводиться в торцеву (передню) частину, проходить уздовж відстійника до протилежного кінця і прояснена зливається у відвідний канал.

Для накопичення осаду, що випав, і періодичного його вивантаження на початку відстійника влаштовують приямки, обсяг яких залежить від конструкцій відстійників і способів видаленні мулу. Найбільш розповсюджений спосіб — видавлювання осаду під гідростатичним напором води, рівним 1,5 м. У деяких випадках осад, що випав, видаляють, відкачуючи його плунжерними насосами. Обсяг осадової частини відстійників приймається рівним дводобовому обсягові осаду, що випадає, (при механізованому видаленні осаду обсяг осадової частини можна приймати рівним 8-годинному обсягові осаду, що випадає,). Щоб осад самопливом зповзав до приямків, днищу відстійника додають ухил не менше 0,01. Горизонтальні відстійники проектують зі скребковими механізмами для згрібання осаду до приямків.

Вертикальні відстійники представляють собою круглі або квадратні в плані резервуари з конусним або пірамідальним днищем.

Вертикальні відстійники зазвичай передбачають на станціях пропускною здатністю до 50000 м3/добу, а частіше -до 20000 м3/добу і при низькому рівні ґрунтових вод.

Стічна рідина підводиться до низу робочої частини відстійника по центральній трубі (мал. 9.14). Після виходу з труби стічна рідина рухається знизу нагору до зливних жолобів, по яких надходить у відвідний лоток. Під час руху стічної рідини по відстійнику з неї випадають зважені речовини, питома вага яких більше питомої ваги води.

Проф. С. М. Шифрин на основі результатів численних дослідів і теоретичних досліджень запропонував новий метод розрахунку вертикальних відстійників. Спостереження за розподілом стічної рідини по відстійнику показали, що рідина, вийшовши з щілини між розтрубом центральної труби і відбивним щитом, рухається радіально до стінок відстійника, а потім піднімається нагору уздовж стінок з відносно великими швидкостями. Зважені речовини випадають на горизонтальному шляху руху рідини від центра відстійника до периферії за рахунок розтікання струменя і зменшення

швидкості руху. Чим дрібніші частки, що повинні бути видалені зі стічної рідини, тим більше повинний бути радіус відстійника, що представляє собою основну розрахункову величину.

Для більш-менш рівномірного розподілу рідини по відстійнику і для запобігання випавшего осаду від розмивання під центральною трубою установлюють відбивний щит. Рівномірному розподілові рідини сприяють збільшення площі жолобів, що відводять, забезпечення визначених співвідношень між глибиною робочої частини відстійника h і його діаметром D. Зокрема, діаметр відстійника не повинний бути більше 3/м. Вертикальні відстійники мають діаметр не більш 9 м.

Осад варто видаляти не рідше 1—2 разів на добу, тому обсяг осадової частини повинний бути розрахований на збереження осаду протягом 2 діб, Осад відаляється самопливом (під гідростатичним напором стовпа води) через мулову трубу, опущену до основи відстійника.

Нижню частину осадової камери роблять конічною або пірамідальною з кутом нахилу стінок до горизонту 50° для створення сприятливих умов сповзання осаду, який випав.

Прояснена вода відводиться по зливному лотку (жолобові), розташованому по периметру відстійника. На відстані 0,3—0,5 м від жолоба встановлюють звичайно напівзаглиблену дошку, що затримує спливаючі речовини. Для відстійників діаметром 6 м і більш збірні жолоби влаштовують не тільки по периферії, але і радіально, що поліпшує умови розподілу води у відстійнику і підвищує ефект його роботи.

Вертикальні відстійники роблять із залізобетону. Ефект освітлення рідини в таких відстійниках практично не перевищує 40 %.

Конструкція вертикального відстійника з нисхідно-висхідним потоком стічної води (мал. 9.16). Тут замість центральної труби є напівзаглиблена перегородка великого діаметра. Впуск води відбувається через зубцюватий водозлив. Відбивний козирок змінює напрямок руху води з вертикального на горизонтальне. Потім потік піднімається нагору, вода переливається в збірний лоток і відводиться трубою. Така конструкція відстійника забезпечує ефективність затримки зважених речовин 60—70%. Відношення спадної і висхідної площ потоку приймається рівним 1:1. Висота напівзаглибної перегородки складає 2/3 висоти проточної частини відстійника.

У вертикальному відстійнику з периферичним впускним пристроєм (мал. 9.17) стічна вода подається в розподільний периферійний лоток, а з нього в кільцеву зону між стінкою відстійника і струмененапрямною стінкою. Унизу кільцевої зони розташовується відбивне кільце. Прояснена вода збирається кільцевим водозбірним лотком із зубцюватими водозливами. Швидкість руху води у водорозподільному лотку 0,4—0,5 мм/с. Питоме навантаження на зубцюватий водозлив 6 л/(с*м).

Радіальні відстійники. Різновидом горизонтального відстійника є радіальний відстійник (мал. 9.18), що представляє собою круглий неглибокий резервуар, вода в якому рухається від центра до периферії. Радіальні відстійники влаштовують з випуском води знизу або зверху; і в тому, і в іншому випадку вода надходить у відстійник по центральній трубі, а осветілена вода зливається в круговий жолоб, звідки вона відводиться по трубах або лотках. Осад, що випав на дно, згрібається до центру шкребками, укріпленими на рухливій фермі, і надходить у приямок, з якого під тиском стовпа води висотою 1,5 м відаляється по трубах або відсмоктується плунжерними насосами.

Радіальні відстійники застосовують головним чином на великих станціях очищення стічних вод. Тривалість відстоювання в залежності від способу наступного біологічного очищення коливається від 0,5 до 1,5 ч. Вологість осаду, що вивантажується, дорівнює 95% при самопливному видаленні і 93 % при видаленні насосами. Звичайно радіальні відстійники компонуються в блоки з чотирьох відстійників.

Проектують і будують також радіальні відстійники з периферійною подачею стічних вод (мал. 9.19), Водорозподільний жолоб, розташований на периферії відстійника, має постійну ширину і перемінну глибину, тому що в дні жолоба впускні отвори різного діаметра розміщені на різній відстані один від одного і тим самим забезпечують постійну поступальну швидкість руху води в жолобі, тому осад в жолобі не випадає. Потік рідини направляється в нижню зону відстійника, а потім у центральну зону і нагору до водовідвідного кільцевого жолоба. Такий рух потоку створює сприятливі умови для випадання зважених речовин. Осад збирається колектором і видаляється за межі відстійника по трубі.

Для збору і видалення грубодисперсних домішок, що спливли передбачають два бункери, один із яких, встановлюють в центральній частині відстійника, а другий — у кільцевій зоні. Прояснена вода видаляється з центрального кільцевого лотка з двостороннім зливом або через щілинні отвори у відцентровій трубі.

Відстійники з периферійним впуском води і при однаковій тривалості відстоювання забезпечують у 1,2—1,3 рази більший ефект очищення, ніж звичайні радіальні відстійники; при однаковому ефекті очищення їхня пропускна здатність збільшується в 1,3 — 1,6 рази в залежності від концентрації вихідної води.

Оригінальна конструкція радіального відстійника з обертовими водорозподільними і водозбірними пристроями, запропонована проф, И. В. Скирдовим (мал. 9.20). Конструкція відстійника така, що основна маса води в ньому знаходиться в потоці і тому забезпечується швидке осадження зважених речовин. Розподіл і збір проясненої води виробляється за допомогою обертового жолоба, розділеного подовжньою перегородкою. Розподільний лоток має струмененапрямні лопатки і щілинне днище, через щілини якого падають важкі частки.

Стінки і днище водозбірного лотка з затопленим водозливом водонепроникні. Вода з лотка видаляється за допомогою сифона у відвідний жолоб. У водозбірному лотку біля днища знаходиться направляючий козирок. Пропускна здатність відстійника такої конструкції в 1,5 рази більше, ніж типового радіального відстійника при однаковому ефекті освітлення. Глибина зони відстоювання 0,8—1,2 м, висота нейтрального шару 0,7 м.

Тонкошарові відстійники мають водорозподільні, відстійну і водозбірну зони, а також осадову зону. Відстійна зона розділена полками (або трубами) і відстоювання відбувається в просторі між полками висотою до 15 див. Відомий ряд конструкцій тонкошарових відстійників. У тонкошаровому відстійнику можливі наступні схеми руху води й осаду, що випав:

1) перехресна — коли осад рухається перпендикулярно напрямкові руху потоку;

2) противоточная — коли осад віддаляється в напрямку, протилежному рухові потоку;

3) прямоточна — коли напрямку руху потоку й осаду збігаються.

Найбільш ефективні тонкошарові відстійники з противоточной схемою руху фаз — води й осаду. Осад сповзає в иловый приямок, з якого періодично віддаляється. Речовини, що спливли, збираються в пазусі між секціями і віддаляються лотком. Тонкошарові відстійники звичайно застосовують для освітлення стічних вод, що містять зважені речовини однорідного складу у відносно невеликих концентраціях. Іноді їх використовують в якості другого ступіню механічного очищення.

По конструкції тонкошарові відстійники бувають вертикальні, горизонтальн і радіальні. Вони мають водорозподільну і водозбірну зони і зону полочних або трубчастих елементів. Швидкість руху потоку в полочних елементах 5—10 мм/с, а в трубчастих— до 20 мм/с. Висота тонкошарового простору І—2 м. Тонкошарові блоки, виконані з пластмаси, сталі або алюмінію, мають нахил 45—60°.

У тонкошаровому трубчастому відстійнику противоточного типу (мал. 9.21) стічна вода по розподільних трубопроводах подається в клинчасті щілини. Потім вода освітлюється в трубчастих блоках і збирається водозбірними щілинами. Осад, що випав, сповзає в мулові приямки, відкіля відаляється під дією гідростатичного напору. Речовини, що плавають, відаляються за допомогою поворотних труб.

Первинні відстійники можуть забезпечити ефект освітлення рідини не більше ніж на 60 % при сприятливих умовах їхньої роботи. Частіше досягається ефект освітлення 35—50%. Ефективність відстоювання може бути підвищена в результаті застосування попередньої аерації, коли стічну рідину перед відстійниками попередньо продувають повітрям протягом 10— 20 хв. Попередню аерацію здійснюють з добавкою активного мулу або без неї. Якщо одночасно з аерацією додають надлишковий активний мул або біоплівку з вторинних відстійників, то цей процес називається біокоагуляцією.

Попередню аерацію можна здійснювати в спеціальних резервуарах — преаераторах або підвідних каналах перед первинними відстійниками, а також у преаераторах, сполучених з первинними відстійниками. Конструктивно преаератори виготовляють у виді окремих, вбудованих або прибудованих до первинних відстійників споруд. Попередня аерація незначно збільшує ефект освітлення у відстійниках, однак вона добре підготовляє рідину до наступного біологічного очищення. При наявності -преаераторів рекомендується проводити регенерацію активного мулу. Обсяг відділення для регенерації приймається рівним 25—30 % загального обсягу преаераторів. Ефективність затримки зважених речовин у преаераторах разом з наступним відстоюванням складає 65 %, а розрахункову БПК20 проясненої води варто приймати з коефіцієнтом 0,85. Блок преаератор — первинний горизонтальний відстійник — показаний на мал. 9.23.

Біокоагулятори проектують у виді вертикальних відстійників з камерою біокоагуляції в центрі. Принцип роботи біокоагулятора полягає в наступному. Стічна рідина через вертикальну трубу 1 (мал. 9.24) надходить у камеру біокоагуляції, де поміщені фільтроси, через які повітря надходить у зону аерації. У камеру додають активний мул з аеротенків. Активний мул, переміщаючись зі стічною рідиною, захоплюється повітрям у верхню частину камери і через улаштовані в ній кишені 4 спускається вниз у зону відстоювання відстійника 5. Вода, пройшовши зважений шар у зоні відстоювання, освітлюється і через жолоби віддаляється з відстійників. Перебування стічної рідини протягом 20 хв у центральній камері біокоагулятора є достатнім для того, щоб завершився процес коагуляції основних забруднень, що у зоні відстоювання випадають в осад.