8.2 Типы и конструкции отстойников

Для выделения из сточной воды взвесей применяются осветлители. К ним относятся песколовки, отстойники, осветлители со взве­шенным слоем, пруды-отстойники, фильтры, гидроциклоны, центрифуги (рисунки 13 – 33) и др.

8.2.1 Песколовки (рисунок 13) используются для улавливания из сточ­ных вод песка и других тяжелых минеральных взвесей крупностью бо­лее 0,15 – 0,25 мм. Песколовки представляют собой небольшие отстойни­ки, в которых осаждаются тяжелые взвеси за счет изменения направ­ления течения потока или снижения его скорости. Эффективность за­держания песка в обычных песколовках достигает 80%.

По направлению движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости; последние подразделяются на тангенциальные и аэрируемые.

Представляют собой удлиненные в плане сооружения с прямоугольным по­перечным сечением рисунок 14. Важнейшими элементами песколовки являются: входной и выходной каналы; бункер для сбора осадка, располагаемый в начале песколовки. Кроме этого, в песколовке имеются механизм для перемещения осадка в бункер и гидроэлеватор для удаления песка

	1 – подводящий лоток, 2 – шибер, 3 – отстойная камера; 4 – осадочная камера; 5 – отводящий лоток, 6 – дренаж;7 – направляющая перегородка Рисунок 13 – Песколовки: а – горизонтальные; б – вертикальные; в – Горизонтальная песколовка с круговым движением воды:
	Рисунок 14 – Вертикальная песколовка с вращательным движением 1 – подводящий канал; 2 – сборный кольцевой лоток; 3 - ввод воды в ра­бочую зону; 4 – отводной лоток

Разновидностью этого типа песколовок является песколовка с круговым движением жидкости. Она представляет собой круглый резервуар конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Весь улавливаемый осадок проваливается через щель в осадочную часть. Для вы­грузки осадка достаточно гидроэлеватора.

Тангенциальные песколовки

Они имеют круглую в плане форму и касательный подвод воды, который обеспечивает винтообразное движение жидкости по касательной к стенкам песколовки. На периферии вода движется вниз, а в центре - вверх. Область применения тангенциальных песколовок - при расходах сточных вод до 75 000 м³/сут.

Аэрируемые песколовки

Имеют удлиненную форму в плане и прямоугольное, полигональное или близкое к эллиптическому поперечное сечение (рисунок 15).

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 20 000 м³/сут.

Рисунок 15 – Аэрируемая песколовка

1 – дырчатый аэратор; 2 – трубопровод гидросмыва осадка; 3 – осадочная часть;

4 - гидроэлеватор

Песколовки необходимо предусматривать при производительности очистных со­оружении свыше 100 м³/сут. Число песколовок или отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, причем все песколовки или отделения должны быть рабочи­ми. Тип песколовки (горизонтальная, тангенциальная, аэрируемая) необходимо выби­рать с учетом производительности очистных сооружении, схемы очистки сточных вод и обработки их осадков, характеристики взвешенных веществ, компоновочных решений и т. п.

а) для горизонтальных песколовок - продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке не менее 30 с;

б) для аэрируемых песколовок:

• установку аэраторов из дырчатых труб - на глубину 0,7 H_s вдоль одной из продольных стен над лотком для сбора песка;

• интенсивность аэрациии - 3-5 м³/(м² ч);

• поперечный уклон дна к песковому лотку - 0,2-0,4;

• впуск воды - совпадающий с направлением вращения воды в песколовке, выпуск - затопленный;

• отношение ширины к глубине отделения - В:Н = 1:1,5;

в) для тангенциальных песколовок:

• нагрузку - 110 м³/(м²  ч) при максимальном притоке;

• впуск воды - по касательной на всей расчетной глубине;

• глубину - равную половине диаметра;

• диаметр - не более 6 м.

Удаление задержанного песка из песколовок всех типов следует предусматривать:

– вручную - при объеме его до 0,1 м³/сут;

– механическим или гидромеханическим способом с транспортированием песка к приямку и последующим отводом за пределы песколовок гидроэлеваторами, песковыми насосами и другими способами - при объеме его свыше 0,1 м³/сут.

8.2.2 Отстойники предназначены для выделения из сточных вод грубодисперсных органических и неорганических веществ. Взвешенные примеси, плотность которых больше плотности воды, под действием сил тяжести выпадают в осадок. Первичные отстойники располагаются в технологической схеме непосред­ственно после песколовок и предназначены для выделения взвешенных ве­ществ из сточной воды. На практике в основном используются отстойники непрерывного действия, при медленном протекании через которые сточных вод, тяжелые примеси осаждается, а легкие всплыва­ют.

Классификация и виды отстойных сооружений

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 в контактной среде);

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

В отстойниках различают две зоны: верхнюю отстойную, где про­исходит осаждение взвеси, и нижнюю, где накапливается и уплотняется осадок. Отстаиванием можно эффективно выделить из сточных вод взвешенные частицы определенной крупности, а удаление из них частиц менее крупных экономически нецелесообразно из-за чрезмерной продолжительности отстаивания, составляющей несколько суток.

Скорость выпадений в осадок: частицы взвесей зависит не только от размеров зерна, но и от его плотности, формы, состояния поверх­ности и свойств среды. Для характеристики этой скорости используется понятие гидравлической скорости – конечной скорости свободного падения одиночного зерна под действием силы тяжести в безграничной невозмущенной среде. Размерность – мм/с

Тип отстойника (вертикальный, радиальный, с вращающимся сборно-распределительным устройством, горизонтальный, двухъярусный и др.) необходимо выбирать с учетом принятой технологической схемы очистки сточных вод и обработки их осадка, производительности сооружений, очередности строительства, числа эксплуа­тируемых единиц, конфигурации и рельефа площадки, геологических условий, уровня грунтовых вод и т. п. Число отстойников следует принимать: первичных – не менее двух, вторичных – не менее трех при условии, что все отстойники являются рабочими. При минимальном числе их расчетный объем необходимо увеличивать в 1,2–1,3 раза.

Горизонтальный отстойник (рисунок 16,а) представляет собой земляной или бе­тонный бассейн прямоугольной формы в плане. Применяются на очистных сооружениях производительностью 15-100 тыс. м³/сут Сточные воды подаются в торцевую часть отстойника и распределяются по его ширине с по­мощью поперечного лотка с водосливом. На противоположном торце в лоток такой же конструкции собирается очищенная вода и отводится из отстойника. Вода в отстойнике движется горизонтально.

Для более полного использования отстойники большой ширины разделяют продольными перегородками на несколько отделений.

Достоинства горизонтальных отстойников:

• простота конструкции;

• малые затраты на строительство и эксплуатацию.

Недостатки горизонтальных отстойников:

• низкая эффективность очистки шахтных вод от взвесей (не более 50%);

• необ­ходимость оставления больших охранных целиков угля при разработке угольных месторождений;

• высокая землеемкость;

• промерзание в зимнее время (в условиях Сибири);

• перио­дичность удаления осадка;

• остановка отстойника при удалении осадка.

1 – распределительный лоток; 2 – отстойная камера; 3 – направляющие перегородки; 4 – сборный желоб; 5 – приямок дли осадка; 6 – иловая тру­ба; I – подача сточной воды; II – выход очищенной воды; III – удаление осадка Рисунок 16 – Отстойники: а – горизонтальный; б – радиальный; в1 – вертикальный с центральным впуском, в2 –вертикальный с нисходяще-восходящим движением воды

Вертикальные отстойники – более компактные сооружения, чем предыдущие отстойники (рисунок 16,в,г). Конструктивно они представляют собой круг­лые или квадратные в плане резервуары с коническим днищем, в которых вода движется в вертикальном направлении. Вертикальные отстойники при­меняются на очистных сооружени­ях производительностью 2-20 тыс. м³/сут. Вертикаль­ные отстойники бывают с цен­тральным впуском воды, с нисхо­дяще-восходящим движением во­ды, с периферийным впуском воды.

В отстойниках с центральным впуском (рисунок 4.3) сточная вода опускается вниз по центральной раструбной трубе, отражается от конусного отражательного щита и поступает в зону осветления. Происходит флокуляция частиц, причем те из них, гидравлическая крупность которых щ превосходит скорость восходящего вертикального потока v_eepm, выпадают в осадок. Для городских сточных вод скорость восходящего потока составляет 0,5-0,7 мм/с. Осветленная вода соби­рается периферийным сборным лотком, всплывающие жировые вещества соби­раются кольцевым лотком. Эффект осветления в таких отстойниках невысок и составляет не больше 40%.

Более совершенными являются вертикальные отстойники с нисхо­дяще-восходящим движением воды. Сточная вода поступает в центральную часть отстойника и че­рез зубчатый водослив распределя­ется по площади зоны осветления, где происходит нисходящее движе­ние потока воды. Основная масса взвешенных веществ успевает вы­пасть до поступления воды в коль­цевую зону, где происходит доосветление воды и сбор ее перифе­рийным лотком. Эффект осветления в таких отстойниках составляет 60–65%.

Достоинствами вертикальных отстойников является простота конструкции и удобство в эксплуатации, недостатком - большая глубина сооружений.

Радиальные отстойники (рисунок 16,б;17) конструктивно выполняются в виде круг­лых железобетонных резервуаров диаметром от 5 до 100 м и более. Они ис­пользуются на очистных станциях производительностью свыше 20 тыс. м³/сут Вода в них движется в радиальном направлении – от центра к периферии, где собирается и отводится по кольцевому лотку. Дно отстойника устраивают с уклоном 0,05 от периферии к центру. Осадок вдвигается медленно вращавшейся металлической фермой со скребками к центру отстойника в приямок, откуда удаляется шламовыми насосами в специальные шламохранилища. В радиальных отстойниках выделяется до 60 – 70% взвесей.

1 – центральная распределительная труба; 2 – круговой желоб; 3 – труба; 4 – скребки; 5 – движущаяся ферма; 6 – приямок; 7 – иловая труба

Рисунок 17 – Радиальный отстойник

Достоинства радиальных отстойников по сравнений с горизон­тальными:

• сооружение компактно;

• требует для размещения меньшие размеры земельных участков;

• меньшие размеры охранных целиков;

• неп­рерывное без остановки отстойника механизированное удаление осадка.

Недостатки:

• большие затраты на строительство и эксплуатацию отстойника.

Пруды-отстойники – эти водоемы, сооружаемые путем выгоражива­ния части лога или оврага земляной дамбой. Площадь прудов-отстой­ников достигает нескольких гектаров.

В некоторых случаях дамба сооружается из фильтрующего матери­ала: горельника, супеси, галечника (рисунок 18). Очищенная вода уда­ляется из осветлителя за счет фильтрации.

Сточная вода в прудах-отстойниках находится в течение дли­тельного периода времени, поэтому взвеси выпадают в осадок доста­точно эффективно. Кроме того, в прудах-отстойниках довольно актив­но протекают процессы самоочищения, подобные тем, которые наблюда­ются в естественных водоемах. Поэтому данные осветлители отлича­ются от отстойников высокой эффективностью очистки не только от взвешенных частиц, но и от органических и минеральных веществ.

Осадок накапливается на дне прудов-отстойников в течение несколь­ких лет. Во многих случаях осадок может представлять собой ценное сырье: уголь, рудный шлак, песок и пр. Поэтому по мере уплотнения осадка пруд-отстойник выключают из работы и осадок выгружают драг­лайнами или скреперами и отправляют потребителям.

Пруды-отстойники устраивают на гидрошахтах, а также на уголь­ных и рудных шахтах, расположенных в малонаселенных местах.

1 – отвод очищенной воды; 2 – дамба; 3 – сборник очищенной воды; 4 – фильтрующий мас­сив; 5 – водоприемник; 6 – подвод загрязненной воды

Рисунок 18 – Пруд-отстойник с фильтрующей дамбой

Рисунок 19 – Схема двухсекционного пруда-отстойника

1 – коллектор дождевой канализации; 2 – распределительная камера; 3 – подводящий трубопровод; 4 – отсек для задержания маслонефтепродуктов; 5 – секция отстойника; 6 – мусороулавливающая решетка; 7 – полупогружные щиты; 8 – приемник маслонефтепродуктов; 9 – емкость для отстаивания маслонефтепродуктов; 10 – водозаборный колодец; 11 – камера сброса очищенной воды; 12 – подъездная дорога; 13 – разделительная дамба

Осветлители со взвешенным осадком. Процессы осветления проте­кают более эффективно при пропуске сточной воды, смешанной с коагулянтом, через слой ранее образованного осадка, находящегося во взвешенном состоянии. Этому способствует сильно развитая поверх­ность образующих ее частиц, более равномерное распределение пото­ков обрабатываемой воды по сечению осветлителя, гашение турбулент­ного потока и пр.

Наиболее распространенными являются трехсекционные осветлите­ли коридорного типа с вертикальным осадкоуплотнителем (рисунок 20). Исходная вода подводится в рабочие камеры осветлителя снизу, рав­номерно распределяется по их площади, проходит через взвешенный слой осадка, осветляется и по лоткам в верхней части рабочих камер отводится из осветлителя. Работают осветлители с предварительной коагуляцией. Перед поступлением в осветлитель из воды должен быть удален воздух.

1 – рабочие камеры; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – осадкоприемные окна; 4 – дырчатые трубы для подачи воды; 5 – трубы для удаления осадка; 6 – трубы для отвода осветленной воды; 7– задвижка; 8 – лотки; 9 – канал

Рисунок 20 – осветлитель коридорного типа со взвешенным слоем осадка

Расчет отстойников, кроме вторичных после биологической очистки, надлежит про­изводить по кинетике выпадения взвешенных веществ с учетом необходимого эффекта осветления.

Основные расчетные параметры отстойников надлежит определять по таблице 6 [3].

Таблица 6

Отстойник	Коэффициент использования объема Кset	Рабочая глубина части Hset, м	Ширина Bset, м	Скорость рабочего потока vw, мм/с	Уклон днища к иловому приямку
Горизонтальный	0,5	1,5-4	2Hset - 5Hset	5-10	0,005-0,05
Радиальный	0,45	1,5-5	-	5-10	0,005-0,05
Вертикальный	0,35	2,7-3,8	-	-	-
С вращающимся сборно-распределительным устройством	0,85	0,8-1,2	-	-	0,05
С нисходяще-восходящим потоком	0,65	2,7-3,8	-	2uo - 3uo	-
С тонкослойными блоками:	0,5-0,7	0,025-0,2	2-6	-	-
противоточная (прямоточная) схема работы
перекрестная схема работы	0,8	0,025-0,2	1,5	-	0,005

Примечания: 1. Коэффициент К_set определяет гидравлическую эффективность отстойника и зависит от конструкции водораспределительных и водосборных устройств; указывается организацией-разработчиком.

2. Величину турбулентной составляющей v_tb, мм/с, в зависимости от скорости рабочего потока v_w, мм/с, надлежит определять по таблице 32.

Таблица 32

vw, мм/с	5	10	15
vtb, мм/с	0	0,05	0,1

Основные конструктивные параметры следует принимать:

а) для горизонтальных и радиальных отстойников:

• впуск исходной воды и сбор осветленной - равномерными по ширине (периметру) впускного и сборного устройств отстойника;

• высоту нейтрального слоя для первичных отстойников - на 0,3 м выше днища (на выходе из отстойника), для вторичных - 0,3 м и глубину слоя ила 0,3-0,5 м;

• угол наклона стенок илового приямка - 50-55°;

б) для вертикальных отстойников:

• длину центральной трубы - равной глубине зоны отстаивания;

• скорость движения рабочего потока в центральной трубе - не более 30 мм/с;

• диаметр раструба - 1,35 диаметра трубы;

• диаметр отражательного щита - 1,3 диаметра раструба;

• угол конусности отражательного щита - 146;

• скорость рабочего потока между раструбом и отражательным щитом - не более 20 мм/с для первичных отстойников и не более 15 мм/с для вторичных;

• высоту нейтрального слоя между низом отражательного щита и уровнем осадка - 0,3 м;

• угол наклона конического днища - 50-60;

в) для отстойников с нисходяще-восходящим потоком:

• площадь зоны нисходящего потока - равной площади зоны восходящего;

• высоту перегородки, разделяющей зоны, - равной 2/3 H_set;

• уровень верхней кромки перегородки - выше уровня воды на 0,3 м, но не выше стенки отстойника;

• распределительный лоток переменного сечения - внутри разделительной перегородки. Начальное сечение лотка следует рассчитывать на пропуск расчетного расхода со скоростью не менее 0,5 м/с, в конечном сечении скорость - не менее 0,1 м/с.

Для равномерного распределения воды кромку водослива распределительного лотка следует выполнять в виде треугольных водосливов через 0,5 м;

г) для отстойников с тонкослойными блоками - угол наклона пластин от 45 до 60°.

Для повышения степени очистки или для обеспечения возможности увели­чения производительности эксплуатируемых станций существующие отстойники (горизонтальные, радиальные, вертикальные) могут быть дополнены блоками из тонко­слойных элементов. В этом случае блоки необходимо располагать на выходе воды из отстойника перед водосборным лотком.

Тонкослойное отстаивание применяется в случае необходимости сокращения объема очистных сооружений при ограниченности выделяемой площади и при необходимости повышения эффективности существующих oтстойников дополняя их тонкослойными блоками. В первом случае тонкослойные отстойники выполняют роль самостоятельных сооружений, во втором - существующие отстойники дополняются тонкослойными модулями, располагаемыми в совершенствуемом отстойнике, перед водосборным устройством. Работающих по перекрестной и противоточной схеме удаления осадка

Рисунок 21 – Схема отстойника, оборудованного тонкослойными блоками, работающего по противоточной схеме удаления примесей.

а - тяжелых примесей; б - легких примесей (масла, нефтепродукты и т. п.)

Двухъярусные отстойники надлежит предусматривать одинарные или спаренные. В спаренных отстойниках следует обеспечивать возможность изменения направления движения сточных вод в осадочных желобах.

При этом следует принимать:

• свободную поверхность водного зеркала для всплывания осадка - не менее 20 % площади отстойника в плане;

• расстояние между стенками соседних осадочных желобов - не менее 0,5 м;

• наклон стенок осадочного желоба к горизонту - не менее 50; стенки должны перекрывать одна другую не менее чем на 0,15 м;

• глубину осадочного желоба - 1,2-2,5 м, ширину щели осадочного желоба - 0,15 м;

• высоту нейтрального слоя от щели желоба до уровня осадка в септической камере - 0,5 м;

• уклон конического днища септической камеры - не менее 30;

• влажность удаляемого осадка - 90 %;

• распад беззольного вещества осадка - 40 %;

• эффективность задержания взвешенных веществ - 40-50 %.

При среднегодовой температуре воздуха до 3,5 С двухъярусные отстойники с пропускной способностью до 500 м³/сут должны быть размещены в отапливаемых помещениях, при среднегодовой температуре воздуха от 3,5 до 6 С и пропускной способности до 100 м³/сут - в неотапливаемых помещениях.

Осветлители-перегниватели следует про­ектировать в виде комбинированного сооружения, состоящего из осветлителя с естест­венной аэрацией, концентрически располагаемого внутри перегнивателя. Осветлители следует проектировать в виде вертикальных отстойников с внутренней камерой флокуляции, с естественной аэрацией за счет разности уровней воды в распределительной ча­ше и осветлителе.

При проектировании осветлителей необходимо принимать:

• диаметр осветлителя - не более 9 м;

• разность уровней воды в распределительной чаше и осветлителе - 0,6 м без учета потерь напора в коммуникациях;

• вместимость камеры флокуляции - на пребывание в ней сточных вод не более 20 мин;

• глубину камеры флокуляции - 4-5 м;

• скорость движения воды в зоне отстаивания - 0,8-1,5 мм/с, в центральной трубе - 0,5-0,7 м/с;

• диаметр нижнего сечения камеры флокуляции - исходя из средней скорости 8-10 мм/с;

• расстояние между нижним краем камеры флокуляции и поверхностью осадка в иловой части - не менее 0,6 м;

• уклон днища осветлителя - не менее 50;

• снижение концентрации загрязняющих веществ по взвешенным веществам - до 70 % и по БПК_полн - до 15 %.

Септики надлежит применять для механической очистки сточных вод, поступающих на поля подземной фильтрации, в песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи и фильтрующие колодцы.