2. Устройства накопления и подготовки воды к очистке

2.1. Усреднители концентраций и расходов сточных вод

При выборе способов и технологического оборудования для очистки сточных вод от примесей необходимо учитывать, что заданная эффективность и надежность работы любых устройств обеспечивается только в определенном диапазоне концентраций загрязняющих веществ и расхода сточных вод. Резкие колебания количества примесей и объема стоков затрудняют их очистку, приводят к тому, что требуемая степень очистки не достигается.

Например, поступление бытовых сточных вод на очистные сооружения неравномерно в течение суток и имеет ярко выраженные пики в утренние и вечерние часы. Большинство промышленных предприятий характеризуется постоянством расхода и состава сточных вод, однако некоторые технологические процессы могут вызывать изменения в количестве и составе стоков, связанные с завершением рабочих циклов (сброс технологических растворов гальванических и термообрабатывающих цехов, отвод побочных продуктов реакций в химическом производстве и т. п.).

Резко возрастает количество поверхностных стоков в период интенсивных осадков и таяния снегов. В последнем случае существенно изменяется и их состав.

Для обеспечения нормальной эксплуатации очистных сооружений в подобных случаях необходимо усреднение концентрации примесей или расхода сточных вод, а иногда и обоих показателей одновременно. С этой целью на входе в очистные сооружения устанавливают специальные аппараты – усреднители, выбор и расчет которых определяется характеристиками залповых выбросов.

По характеру движения воды через данные аппараты их подразделяют на контактные (периодического действия) и проточные (непрерывного действия). Усреднители первого типа применяют при небольших расходах сточных вод, второго – при средних и значительных расходах. В практике водоочистки наиболее распространены проточные аппараты, которые выполняются в виде многокоридорных резервуаров или резервуаров с перемешивающими устройствами.

Многокоридорные (многоканальные) усреднители с заданным распределением сточных вод по каналам применяют для выравнивания концентраций залповых сбросов сточных вод с содержанием взвешенных веществ гидравлической крупностью до 5 мм/с при концентрации до 500 мг/л. Усреднители с перемешиванием воды барботажного типа применяют для усреднения состава сточных вод с содержанием взвешенных веществ до 500 мг/л гидравлической крупностью до 10 мм/с при любом режиме их поступления, с механическим перемешиванием – для усреднения состава сточных вод с содержанием взвешенных веществ свыше 500 мг/л при любом режиме их поступления.

Многокоридорные усреднители (рис. 2.1) представляют собой емкости из железобетона прямоугольной или круглой формы в плане, разделенные перегородками на 8÷10 коридоров. Усреднение концентраций в них достигается за счет разделения поступающего в аппарат потока на ряд струй, протекающих по коридорам разной длины. В результате в сборном лотке смешиваются струи воды с различной концентрацией примесей, поступившие в аппарат в различное время. Основные характеристики некоторых усреднителей коридорного типа представлены в приложении 1.

а) б)

Рис. 2.1. Многокоридорные усреднители:

а) прямоугольный: 1 – водоподающий канал; 2 – распределительный лоток;

3 – глухая диагональная перегородка; 4 – сборные лотки; 5 – продольные вертикальные

перегородки; 6 – водоотводящий канал;

б) круглый: 1 – водоподающий канал; 2 – распределительный лоток; 3 – глухая радиальная перегородка; 4 – сборный лоток

В усреднителях с перемешивающими устройствами выравнивание концентрации примесей в воде достигается за счет ее интенсивного перемешивания, которое может создаваться барботированием воды воздухом, специальными мешалками или циркуляцией воды насосами.

На рис. 2.2 показано устройство усреднителя концентрации и расхода барботажного типа, в котором вода перемешивается сжатым воздухом. Аппарат оборудован сборным устройством, обеспечивающим автоматическое усреднение расхода.

Для обеспечения равномерного распределения жидкости и воздуха вдоль усреднителя рекомендуется принимать длину секции не более 24 м, а ширину – не более 6 м. Глубина слоя воды в сооружении по конструктивным соображениям принимается в пределах от 3 до 6 м.

Воздух подается через перфорированные трубы, уложенные горизонтально на высоте 6÷10 см от дна. Диаметр отверстий 3 мм, шаг перфорации 8÷16 см. Интенсивность барботирования составляет 6 м³/ч на 1 погонный метр для барботеров, расположенных у стен сооружения и 12 м³/ч на 1 м. Для предотвращения выпадения взвешенных веществ в осадок интенсивность барботирования увеличивается в 2 раза.

Рис. 2.2. Усреднитель с перемешивающим устройством

1 – подающие лотки; 2 – впускные отверстия; 3 – резервуар усреднителя; 4 – барботер;

5 – выпускное устройство; 6 – выпускная камера

Расстояние между барботерами принимается равным (2÷3)Н, а между барботером и стенкой усреднителя (1÷1.5)Н, где Н – глубина погружения барботера.

Методика расчета усреднителей заключается в определении их объема, который зависит от значения коэффициента усреднения (коэффициента подавления):

,

(2.1)

где C_max – максимальная концентрация загрязнений в залповом сбросе;

С_ср – средняя концентрация загрязнений в стоке;

С_доп – допустимая концентрация загрязнений в стоке по условиям работы последующих очистных сооружений.

Объем усреднителей с перемешивающими устройствами (м³) при залповом сбросе определяют по формулам:

– при ky < 5	(2.2)
– при ky ≥ 5,	(2.3)

где Q – расход сточных вод, м³/ч;

t_з – продолжительность залпового сброса, ч.

Объем усреднителей с перемешивающими устройствами при циклических колебаниях концентрации примесей определяют по формулам:

– при ky < 5	(2.4)
– при ky ≥ 5,	(2.5)

где t_ц – период цикла колебаний.

Объем многокоридорных усреднителей (м³) при залповых сбросах высококонцентрированных сточных вод рассчитывают по формуле:

.

(2.6)

Для повышения эффективности смешения и устранения осаждения взвешенных частиц коридорные усреднители также часто снабжают барботажными устройствами, осуществляя при этом дополнительное принудительное перемешивание.

Скорость горизонтального движения воды в усреднителях с перемешивающими устройствами составляет не более 2.5 мм/с [12, 18].

Для выравнивания расходов сточных вод, поступающих на очистные сооружения, применяют специальные регулирующие резервуары – усреднители расхода. Конструкцию таких резервуаров принимают аналогичной конструкции первичных отстойников с устройствами для удаления осадка.

Объем регулирующей емкости V_p (м³) для усреднения расхода определяется из следующих соотношений:

	(2.7)
,	(2.8)

где k_p – коэффициент неравномерности расхода после регулирования;

k_max – максимальный коэффициент часовой неравномерности водоотведения;

Q_ср – среднечасовой расход сточных вод, поступающих на очистку;

τ_р – продолжительность усреднения расхода, ч.

Зависимость между γ_р и τ_р можно принимать по таблице 2.1 [1]:

Таблица 2.1

γр	1	0,95	0,9	0,85	0,8	0,75	0,67	0,65
τр	0	0,24	0,5	0,9	1,5	2,15	3,3	4,4

Регулирующие резервуары размещают после решеток и песколовок с подачей в них сточных вод через разделительную камеру, отделяющую расход, превышающий усредненный.