3.2. Песколовки

Песколовки предназначены для выделения из сточных вод минеральных грубодисперсных примесей (песка, окалины, известняка, гипса и т. п.) с гидравлической крупностью не менее 11 мм/с. В системе очистных сооружений песколовки устанавливают перед отстойниками для снижения нагрузки и улучшения режима их работы, а также после смесителей-нейтрализаторов сернокислых стоков для удаления грубодисперсных загрязнений известкового молока и крупных кристаллов гипса.

Наряду с частицами минерального происхождения в песколовках выделяются и органические вещества, гидравлическая крупность которых близка к гидравлической крупности песка.

Песколовки следует предусматривать при расходах сточных вод свыше 100 м³/сут. Количество рабочих песколовок или секций песколовок должно быть не менее двух.

В зависимости от направления и характера движения воды песколовки можно разделить следующим образом:

1) аппараты с прямолинейным движением воды:

– горизонтальные;

– вертикальные;

2) аппараты с круговым движением воды:

– горизонтальные с круговым движением воды;

– тангенциальные;

– аэрируемые.

Горизонтальные и аэрируемые песколовки применяют при расходах более 10000 м³/сут., горизонтальные с круговым движением воды – до 70000 м³/сут., тангенциальные – до 50000 м³/сут. Вертикальные песколовки отличаются неустойчивостью работы, поэтому использование их требует соответствующего обоснования.

Горизонтальные песколовки (рис. 3.4) представляют собой прямоугольные в плане резервуары из железобетона. Отделение взвешенных частиц в таких аппаратах происходит под действием силы тяжести при горизонтальном прямолинейном движении воды.

Длина горизонтальной песколовки, м, определяется по формуле:

,

(3.6)

где k_s – коэффициент, учитывающий влияние турбулентности на скорость осаждения частиц;

Н_р – расчетная глубина песколовки (глубина проточной части), м;

v – скорость движения воды в песколовке, м/с;

u₀ – гидравлическая крупность песка, мм/с.

Расчетные параметры в формуле (3.6) принимаются по табл. 3.1 и 3.2 для различных типов песколовок [1].

Площадь поверхности песколовки, м²:

,

(3.7)

где N – количество параллельно работающих песколовок.

Ширина песколовки, м:

.

(3.8)

Продолжительность пребывания сточных вод в песколовке при максимальном притоке должна составлять не менее 30 с.

Рис. 3.4. Горизонтальная двухсекционная песколовка: / – колодец; 2 – задвижка; 3 – осадок; 4 – гравийный слой; 5 – дренажные трубы (i = 0,0I); 6 и 7 – керамические и чугунные трубы

Таблица 3.1

Диаметр задерживаемых частиц песка, мм	Гидравлическая крупность песка u0, мм/с	Значение ks в зависимости от типа песколовок и отношения ширины B к глубине Hр аэрируемых песколовок
		горизонтальные	аэрируемые
			В:Н=1	В:Н=1.25	В:Н=1.5
0,15	13,2	-	2,62	2,50	2,39
0,20	18,7	1,7	2,43	2,25	2,08
0,25	24,2	1,3	-	-	-

Песок, выпадающий в песколовке, сгребается в расположенный в передней части аппарата песковый приямок, откуда удаляется с помощью гидроэлеваторов, шнековых транспортеров или песковых насосов. Удаление задержанного песка из песколовок может производиться вручную при суточном объеме его до 0.1 м³.

Технические характеристики горизонтальных песколовок указаны в приложении 5.

Песколовки с круговым движением воды (рис. 3.5) имеют кольцевой желоб, при движении по которому из сточных вод выделяются взвешенные вещества. Расчет таких песколовок производится по формулам 3.6÷3.8. Диаметр песколовки по оси проточной части определяется по выражению:

.

(3.9)

Рис. 3.5. Горизонтальная песколовка с круговым движением воды: 1 – подводящий лоток; 2 – отводящий лоток; 3 – трубопровод рабочей жидкости к гидроэлеватору; 4 – деревянный настил; 5 – гидроэлеватор; 6 – пульпопровод; 7 – разделительная перегородка Вид сверху

Таблица 3.2

Песколовка	Гидравлическая крупность песка , мм/с	Скорость движения сточных вод, v, м/с, при притоке		Глубина H, м	Количество задерживаемого песка, л/чел.-сут	Влажность песка, %	Содержание песка в осадке, %
		минимальном	максимальном
Горизонтальная	18,7–24,2	0,15	0,3	0,5–2	0,02	60	55–60
Аэрируемая	13,2–18,7	-	0,08–0,12	0,7–3,5	0,03	–	90–95
Тангенциальная	18,7–24,2	-	-	0,5	0,02	60	70–75

Существенным преимуществом песколовок с круговым движением воды является отсутствие механизмов для перемещения песка в бункер.

Основные характеристики горизонтальных песколовок с круговым движением воды представлены в приложении 6.

Особенностью тангенциальных песколовок (рис. 3.6) малая глубина проточной части и подвод воды, осуществляемый по касательной (тангенциально). Данный способ подачи воды в аппарат вызывает вращательное ее движение, что положительно сказывается на работе песколовки. Во-первых, вращательное движение поддерживает органические примеси во взвешенном состоянии, исключает выпадение их в осадок и последующее загнивание. Во-вторых, дополнительное влияние центробежных сил способствует более эффективному отделению песка из сточных вод.

Площадь зеркала тангенциальной песколовки, м², можно определить по следующим формулам:

	(3.10)
,	(3.11)

где q – нагрузка на зеркало песколовки по воде, принимаемая в пределах от 70 до 140 м³/(м² · ч).

При расчете тангенциальных песколовок следует принимать глубину, равной половине диаметра сооружения, расчетный диаметр песка – 0.2÷0.25 мм.

Рис. 3.6. Тангенциальная песколовка с вихревой водяной воронкой: / – осадочная часть; 2 – подвижный боковой водослив; 3 – телескопическая труба; 4 – рабочая часть; 5 – заглушка; 6 – шнек; 7 – отверстие для сброса отмытых органических веществ; 8 – электродвигатель с редуктором; 9 – штуцер для отвода песка; 10 – подающий лоток; 11 – отводящий лоток

Аэрируемые песколовки (рис. 3.7) выполняются в виде горизонтальных резервуаров, имеющих прямоугольную форму в плане. Вдоль одной из продольных стен сооружения на глубине 0.7 рабочей устанавливают аэраторы из дырчатых труб над лотком для сбора песка. При подаче воздуха в аэраторы движение потока воды в песколовке приобретает вращательно-поступательный характер, причем скорость поступательного движения воды составляет 0.08÷0.12 м/с, а вращательного – 0.25÷0.3 (до 0.5) м/с.

По сравнению с тангенциальными вращательное движение воды в аэрируемых песколовках более интенсивно и может регулироваться путем изменения степени аэрации. Положительным эффектом аэрации является то, что она способствует отмывке песка от органических примесей. При этом увеличивается содержание минеральных частиц в осадке (зольность осадка).

Расчет аэрируемых песколовок проводят по формулам 3.6÷3.8. При расчетных параметрах, не указанных в табл. 3.1, коэффициент k определяется по формуле:

,

(3.12)

где α = В/Н.

При проектировании аэрируемых песколовок расход воздуха на аэрацию принимают равным от 3 до 5 м³/ч на 1 м² площади поверхности песколовки, поперечный уклон дна к песковому лотку – 0.2÷0.4, впуск воды – совпадающий с направлением вращения воды в песколовке, выпуск – затопленный. Основные характеристики типовых аэрируемых песколовок представлены в приложении 7.

Для перемещения выпавшего осадка в бункер (приямок) аэрируемых песколовок обычно применяются скребки цепного или тележечного типа. Скребки сложны по конструкции и ненадежны в эксплуатации, поэтому наиболее предпочтительным является перемещение песка в приямок при помощи системы гидросмыва. Эта система представляет собой смывной трубопровод со специальными насадками (спрысками), расположенный в песковом лотке.

Рис. 3.7. Аэрируемая песколовка с гидромеханическим удалением песка: 1 – воздуховод; 2 – трубопровод для гидросмыва; 3 – смывной трубопровод со спрысками; 4 – аэраторы; 5 – песковый лоток; 6 – песковый бункер; 7 – задвижки; 8 – гидроэлеваторы; 9 – отражательные щиты; 10 – отделение песколовки; 11 – щитовые затворы

Расход производственной воды для смыва песка q_h, м³/с, необходимо определять по формуле:

,

(3.13)

где v – восходящая скорость смывной воды в лотке, принимаемая равной 0.0065 м/с;

b – ширина пескового лотка, равная 0.5 м;

l – длина пескового лотка, равная длине песколовки за вычетом длины пескового приямка, м.

При расчете песколовок количество песка, удаляемого из бытовых сточных вод, принимают равным 0.02 л/(чел. · сут) для горизонтальных и тангенциальных песколовок и 0.03 л/(чел. · сут) для аэрируемых. Влажность песка – 60 %, плотность – 1500 кг/м³. Количество грубодисперсных примесей, выделяемых в песколовках из производственных сточных вод, зависит от вида производства и технологического процесса.

Объем пескового приямка определяют из условия хранения выпавшего осадка не более двух суток (до 9 суток при отсутствии органических примесей в осадке [18]), угол наклона стенок приямка к горизонту – не менее 60º.

Для сушки извлекаемого из сточных вод песка на очистных сооружениях предусматривают площадки с ограждающими валиками высотой 1÷2 м. Нагрузку на площадки следует принимать не более 3 м³/м² в год при условии периодического вывоза подсушенного песка в течение года. Допускается применять накопители со слоем напуска песка до 3 м в год. Удаляемую с песковых площадок воду направляют в начало очистных сооружений.

Для отмывки и обезвоживания песка часто используют бункеры, приспособленные для последующей погрузки песка в мобильный транспорт. Вместимость бункеров должна рассчитываться на 1.5÷5 – суточное хранение песка. Для повышения эффективности отмывки песка следует применять бункеры в сочетании с напорными гидроциклонами диаметром 300 мм и напором пульпы перед гидроциклоном 0.2 МПа. Дренажная вода из песковых бункеров должна возвращаться в канал перед песколовками.

В зависимости от климатических условий бункеры следует размещать в отапливаемом здании или предусматривать их обогрев.