27. На чем основана работа аппаратов, предназначенных для выделения из сточных вод твердых и жидких примесей. Приведите алгоритм расчета скорости свободного и стесненного осаждения взвешенных твердых или жидких частиц.

Работа многочисленных аппаратов, предназначенных для вы­деления из сточных вод твердых и жидких примесей, основана на гидродинамических закономерностях процесса отстаивания. К таким аппаратам относятся песколовки, первичные и вторич­ные отстойники, илоуплотнители, нефтеловушки, смоложиро-маслоуловители.

Основным параметром, на основании которого рассчитывают размеры отстойной аппаратуры, является скорость осаждения взвешенных твердых или жидких частиц (гидравлическая круп­ность) wq.

Как правило, сточные воды, содержащие твердые примеси, имеют частицы различных форм и размеров. Такие воды пред­ставляют собой полидисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Все это усложняет установление действительных закономернос­тей процесса осаждения.

Свойства сточных вод отличаются от свойств чистой воды (р_в, ц_в). Сточные воды имеют более высокую плотность и большую вязкость. Вязкость и плотность сточной воды, содержащей твер­дые частицы с объемной концентрацией С_о,

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

Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно из­меняется во времени. Эта скорость, как правило, определяется эк­спериментально.

28. Приведите классификацию песколовок. Приведите характеристику горизонтальных тангенциальных и аэрируемых песколовок.

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.

Горизонтальные песколовки

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

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 , 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  

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.

Удаление осадка из песколовок производится каждую смену.

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

Тангенциальные песколовки

Тангенциальные песколовки получили широкое распространение в зарубежной практике. 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.

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.

29. Приведите классификацию отстойников. Приведите характеристику горизонтальных и вертикальных отстойников.

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.

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 и под действием силы тяжести и скорости горизонтального движения воды v вдоль отстойника. 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.

Между проточной и иловой частью отстойника предусматривается нейтральный слой высотой 0,4 м.

Ширина отстойника принимается в зависимости от способа удаления из него осадка, однако с таким расчетом, чтобы число отделений отстойника было не менее двух. Обычно эта ширина не превышает 9 м. Ширину отстойника целесообразно увязывать с шириной аэротенков (б и 9 м), чтобы иметь возможность объединить эти сооружения в секции.

Имеющиеся унифицированные сборные панели высотой 3,6 и 4,8 м для прямоугольных емкостей позволяют подобрать по глубине проточной части два типоразмера горизонтальных отстойников—3,2 и 4,4 м.

Осадок из отстойников удаляется под гидростатическим давлением и с помощью различных механизмов (скребков, насосов, элеваторов и др.).

Основными преимуществами горизонтальных отстойников являются: малая глубина, хороший эффект очистки, возможность использования одного сгребающего устройства для нескольких отделений. К недостаткам их относится необходимость применения большего числа отстойников вследствие ограниченной ширины.

Вертикальные отстойники

Вертикальный отстойник представляет собой круглый в плане резервуар с коническим днищем.

Сточная вода подводится к центральной трубе и спускается по ней вниз. При выходе из нижней части центральной трубы она меняет направление движения и медленно поднимается вверх "к сливному желобу. При этом из сточной воды выпадают грубодисперсные примеси, плотность которых больше плотности сточной воды. Для лучшего распределения воды по всему сечению отстойника и предотвращения взмучивания осадка опускающейся водой центральную трубу делают с раструбом, ниже которого устанавливают отражательный щит.

Каждая частица нерастворенных примесей, поступившая в отстойник, стремится двигаться вместе со слоем воды вверх с той же скоростью V, с какой движется вода; в то же время под действием силы тяжести она стремится вниз со скоростью и0, зависящей от размера и формы частиц, их плотности и вязкости жидкости.

Сточная вода содержит механические примеси различной гидравлической крупности, поэтому при протоке ее в отстойнике с какой-либо постоянной скоростью v частицы этих примесей будут занимать самые различные положения. Одни из них (при u0>v) быстро осаждаются на дно отстойника, другие (с u0 = v) находятся во взвешенном состоянии, третьи (с u0<iv) увлекаются вверх. Последние на своем пути встречают зону воды с массой взвешенных частиц, так называемый взвешенный слой. Проходя его и сталкиваясь с более крупными частицами, мельчайшие частицы укрупняются, что способствует их осаждению.

Уровень воды в отстойнике определяется гребнем переливного (сборного) желоба, в который поступает отстоенная вода. Отсюда она направляется на последующую очистку. Взвешенные вещества, выделившиеся из сточной воды, образуют осадок (примерно 0,8 л/сутки по расчету на одного жителя), скапливающийся в иловой части отстойника, вместимость которой рассчитывают на двухсуточный объем осадка.

Осадок из вертикальных отстойников удаляют под действием гидростатического давления через иловую трубу диаметром 200 мм, выпуск которой расположен на 1,5—2 м ниже уровня воды в отстойнике. Влажность осадка 95%.

Вертикальные отстойники имеют преимущества по сравнению с горизонтальными; к числу их относятся удобство удаления осадка и меньшая площадь, занимаемая сооружением. Однако они имеют и ряд недостатков, из которых можно отметить: а) большую глубину, что повышает стоимость их строительства, особенно при наличии грунтовых вод; б) ограниченную пропускную способность, так как диаметр их не превышает 9 м.