10. Отстойники

Осаждение взвешенных частиц происходит под действием силы тяжести. Все современные конструкции отстойников, применяемые для осветления воды, являются проточными, поэтому осаждение взвеси в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. При этом скорости движения воды в отстойниках должны быть малы; от десятых долей мм/с в вертикальных до нескольких мм/с в горизонтальных, тонкослойных и радиальных отстойниках. При таких малых скоростях поток почти полностью теряет свою так называемую «транспортирующую способность», обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Осаждение взвеси в таком потоке с известным приближением подчиняется закону осаждения в неподвижном объеме жидкости. Эти законы хорошо изучены применительно к явлению осаждения зернистой «устойчивой» взвеси, частицы которой в процессе осаждения не агломерируют, не изменяют своей формы и размеров. В значительно меньшей степени изучено явление осаждения «неустойчивой» взвеси, способной агломерироваться, слипаться в процессе осаждения.

Оба явления имеют практическое значение для работы отстойников. Первое – для отстойников, применяемых при осветлении мутных вод в качестве первой ступени технологического процесса очистки воды или для «грубого» осветления воды при водоснабжении промышленных предприятий, второе – для отстойников, в которых происходит осаждение взвеси после ее коагулирования. Такие отстойники применяют на современных водоочистных комплексах перед фильтрами.

В зависимости от направления движения воды различают три основных типа отстойников: горизонтальные, вертикальные и радиальные. В отстойниках по высоте различают зону осаждения и зону накопления и уплотнения осадка.

Горизонтальный отстойник – прямоугольный, вытянутый в сторону движения воды резервуар, в котором осветляемая вода движется в горизонтальном направлении вдоль отстойника. Различают одно- и двухэтажные горизонтальные отстойники. Обычно горизонтальные отстойники выполняют из железобетона, а отстойники, используемые для предварительного осветления воды, могут быть устроены в земле с креплением или без крепления откосов. Горизонтальные отстойники в отечественной практике рекомендуется применять при любом качестве обрабатываемой воды и производительности водоочистного комплекса не менее 30 тыс. м³/cyт.

Горизонтальный отстойник представляет собой бассейн прямоугольной формы длиной L, шириной В, глубиной Н (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Горизонтальный отстойник

Вода, подлежащая осветлению, подходит с одного торца бассейна, проходит вдоль зоны осаждения 1 отстойника и отводится у противоположного торца. Ниже глубины Н в отстойнике расположена зона накопления 2, в которой собирается и уплотняется выпавший осадок, причем ее дно имеет уклон, обратный ходу воды, не менее 0,02.

Размеры отстойника следует определять в соответствии с рекомендациями СНиП. Если ширина отстойника значительна, то он разделяется продольными перегородками шириной не более 6 м. Объем зоны накопления отстойника должен быть рассчитан на прием осадка, выпадающего между его шестками. При значительном содержании взвешенных частиц в осветляемой воде удаление осадка из отстойника должно быть механизировано. С этой целью устанавливаются скребковые транспортеры с насосом или системы дырчатых труб.

Горизонтальные отстойники экономически оправдываются при необходимости осветлять более 10 м³/с воды. Как правило, сооружают не менее двух параллельно работающих горизонтальных отстойников.

В воду перед подачей в отстойник обычно добавляют коагулянт, способствующий укрупнению взвеси. Образующиеся при коагуляции крупные частицы осаждаются во много раз быстрее. В качестве коагулянта чаще всего применяют: сернокислый алюминий, железный купорос, хлорное железо (Al₂SO₄; FeSO₄; FeCl). Глубина зоны осаждения Н = 2,5…3,5 м.

Вертикальный отстойник – обычно круглый в плане и в очень редких случаях квадратный резервуар значительной глубины, в котором обрабатываемая вода движется снизу вверх. Обычно вертикальные отстойники выполняют из железобетона, однако на практике можно встретить сооружения из металла. В отечественном производстве вертикальные отстойники рекомендуется использовать при любом качестве осветляемой воды и при суточной производительности водоочистного комплекса до 5000 м³.

В вертикальных отстойниках осветляемая вода движется вертикально – снизу вверх. Вертикальные отстойники применяют при обработке не более 1,0 м³/с воды.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический корпус (рисунок 10.2) с коническим днищем и центральной цилиндрической трубой.

Рис. 10.2. Вертикальный отстойник:

1 – корпус; 2 – центральная труба; 3 – подающая труба; 4 – сборный желоб; 5 – отводная труба; 6 – гаситель; 7 – труба отвода осадка

Отстаивание воды осуществляется следующим образом. Вода по трубе 3 подается в верхнюю часть центральной трубы 2 и, опускаясь по ней вниз, проходит через гаситель 6 в нижнюю часть корпуса отстойника. Далее вода движется со скоростью ω = 0,5...0,6 мм/с вверх по кольцевому сечению между корпусом и центральной трубой и отводится через сборный желоб 4 и отводную трубу 5. Взвешенные частицы во время восходящего движения воды стремятся опуститься со скоростью выпадения частиц u вниз. Все частицы, у которых u > ω будут задерживаться в отстойнике и постепенно оседать в его нижней части, угол конусности которой α = 50−70 обеспечивает сползание осадка к трубе отвода его по трубе 7. По этой трубе (7) осадок периодически удаляется из отстойника без выключения его из работы. Высота цилиндрической части отстойника Н = 4…5 м.

Рекомендуется в вертикальных отстойниках иметь отношение D / H ≤ 1,5. Вертикальные отстойники, как правило, используют коагулированную воду.

Радиальный отстойник – круглый в плане железобетонный резервуар, высота которого невелика по сравнению с его диаметром. Вода в отстойнике движется от центра к периферии в радиальном направлении, по горизонтальному вектору. СНиП рекомендует использовать радиальные отстойники при обработке мутных вод и в системах оборотного водоснабжения.

Радиальные отстойники (рисунок 10.3) имеют радиальное направление воды и представляют собой круглый железобетонный резервуар большого диаметра и небольшой глубины – D / H > 3,5. При увеличении отно­шения D / H возрастают горизонтальные составляющие скорости движения воды, причем значение скорости по мере продвижения воды от центра к периферии снижается.

Рис. 10.3. Радиальный отстойник:

1 – железобетонный резервуар; 2 – центральный распределительный цилиндр; 3 – круговой водосливной желоб; 4 – отводная труба; 5 – скребки; 6 – вращающаяся ферма; 7 – приямок; 8 – грязевая труба

Отстаивание воды осуществляется так: вода подается в центральную часть отстойника внутрь цилиндра 2 (с глухим дном и дырчатыми стенками), погруженного в отстойник на глубину Н, затем она выходит через отверстия в стенках цилиндра и равномерно распределяется по отстойнику к его периферии. Вода поступает в круговой сливной желоб 3 и отводится из желоба по трубам 4. Осадок выпадает на дно отстойника и специальными скребками 5, закрепленными на медленно вращающейся вокруг центра отстойника ферме 6, сгребается в приямок 7, откуда удаляется по грязевой трубе 8.

Радиальные отстойники устраивают диаметром 5…60 м. Глубина отстойника по его периферии h = 1,5…2,5 м. Дно отстойника выполняется с уклоном по направлению к центру.

Отстойники с малой глубиной осаждения. Среди эффективных методов процесса осаждения примесей воды наиболее перспективным является отстаивание в тонком слое. Сущность его заключается в ламинаризации потока воды (Re = 60–80), при которой исключается влияние взве­шенной составляющей. В России и за рубежом разработаны различные конструкции тонкослойных отстойников с использованием пластмасс, стеклопластиков и других материалов, обеспечивающих легкое сползание и удаление осадка с поверхности.

Для выделения взвесей из воды применяют проточные отстойные сооружения – вертикальные, горизонтальные, радиальные и тонкослойные отстойники.

Эффективность работы отстойников зависит от правильно принятых параметров их работы: скорости движения воды, скорости выпадения осадка, времени осаждения взвешенных веществ и равномерности распределения потока воды по сооружению.