2. Процессы и аппараты механической очистки сточных вод

Одним из основных видов загрязнений производственных сточ­ных вод являются нерастворимые (легкие и тяжелые) минеральные и органические примеси. Выделение нерастворимых примесей из воды входит в задачу механической очистки.

Для механической очистки применяются: процеживание, отстаи­вание, фильтрование и центрифугирование. При применении этих методов очистки нет необходимости во введении реагентов.

В зависимости от требований к качеству очищенной воды приме­няют различные сооружения и агрегаты:

для процеживания – решетки (стержневые и ступенчатые), ротационные барабаны и диски, центрифуги и сетки, предназначенные для за­держивания крупных частиц;

для задержания тяжелых примесей минерального происхождения с размером частиц 0,09 – 0,5 мм и более - песколовки;

для выделения взвешенных осаждающихся или всплывающих примесей - отстойники и фильтры с зернистой загрузкой (кварцевый песок, гранитный щебень, дробленый антрацит и керамзит, домен­ные шлаки), с плавающей загрузкой (пенополистирол) или сетчатые фильтры и микрофильтры, а также гидроциклоны, сепараторы и осадительные центрифуги.

Механическая очистка, как правило, является предварительным и, реже, окончательным способом очистки производственных сточных вод.

Практическая работа № 5 Расчет решетки

Цель работы: ознакомиться с процессом процеживание, изучить принципы расчета параметров очистных сооружений и закрепить теоретические знания

Общие сведения

Процесс процеживания сточных вод осуществляется путем их пропускания через решетки с целью извлечения из них крупных примесей, которые могут засорить трубы и каналы. Решетки служат для улавливания из воды крупных загрязне­ний (тряпок, бумаги, кусков дерева и т.д.).

Для освобождения сточных вод от крупных плавающих отбросов применяются стержневые решетки с ручной и механизированной очисткой прутьев, ступенчатые решетки, ротационные барабаны и диски, центрифуги и сетки. Для дробления задержанных круп­ных предметов при этих решетках устанавливаются дробилки.

Скорость потока сточных вод в канале перед решетками должна быть не менее 0,4 м/с (во избежание осаждения и накопления песка или крупных минеральных примесей), а при проходе через решетку не более 1 м/с во избежание уноса отбросов с решетки в поток сточных вод. Количество отбросов, задерживаемых на решетках, зависит от состава очищаемых сточных вод и ширины прозоров между стержнями решетки. При величине прозоров 16 мм отбросов задерживается не более 5 - 15%. При уменьшении ширины прозоров с 16 до 4, 3, 2 мм эффективность изъятия отбросов значительно увеличивается до 10-20 раз.

Применение решеток с прозором менее 10 мм предпочтительно не только из-за более эффективного изъятия крупных плавающих отбросов, но также потому, что мелкие прозоры способствуют образованию на решетке дополнительного фильтрующего слоя из самих отбросов, что с одной стороны, повышает эффект их задержания, а с другой – позволяет плавающим жирам и нефтепродуктам осесть на эту подстилку, тем самым механически изъять (Э = 70÷80 %) их из сточных вод.

Если сточные воды агрессивны, то решетки необходимо выпол­нять из антикоррозионных материалов.

Решетки представляют собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных стержней, поставленных на пути движения сточных вод. Наиболее распро­странены решетки, устанавливаемые под углом 60° и очищаемые граблями, которые движутся перед решеткой (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Наклонная решетка

Если устанавливается одна решетка, то минимальный прозор между стержнями должен быть равен b = 16 мм; уменьшение прозора приво­дит к затруднению протека­ния воды. Такая одиночная решетка задерживает менее 50% всех отбросов, содер­жащихся в воде. Более эф­фективно устанавливать по­следовательно две решетки, из которых вторая имеет размер прозоров между стержнями в два раза меньше, чем первая (например, 20 и 10 мм).

Опыт эксплуатации действующих очистных станций показы­вает, что большое количество загрязнений все-таки проходит через решетку, что ухудшает работу последующих сооружений очистных станций (например, приводит к загрязнению песколо­вок органическими примесями). Органические вещества не оса­ждаются в песколовках и на них налипает песок, который затем выносится в отстойники.

Для того чтобы повысить эффективность работы решеток, их надо правильно спроектировать, т.е. определить конструктивные размеры самих решеток и камер, в которых они устанавливаются. Общая ширина решетки при известном числе прозоров между стержнями решетки n определяется по формуле:

,

где s - толщина стержней; b - ширина прозоров между стержнями (рисунок 2.2);

l - длина стержней.

Рисунок 2.2 - Ширина прозоров между стержнями

Число прозоров n определяется следую­щим образом.

Расход сточных вод через решетку равен произведению площади живого сечения потока на величину его скорости

;

,

где V_p — нормальная составляющая скорости потока (рисунок 2.3);

.

Тогда , откуда

Рисунок 2.3 - Нормальная составляющая скорости потока

Скорость потока v_p принимают не более 1 м/с, так как в противном случае загрязнения будут продавливаться через решетку.

Для учета стеснения потока граб­лями и задерживаемыми на решетке засорениями вводят коэффициент за­сорения k₃, т.е. n^/ = k_3*n. При механи­ческой очистке решетки k₃ = 1,05, а при ручной очистке k₃ = 1,1+1,2.

Уловленные на решетках загрязнения дробятся в дробилках, а затем их либо возвращают в воду перед решетками, либо с уп­лотненными активным илом транспортируют в метатенки для сбраживания. Последнее мероприятие сильно повышает эффек­тивность работы песколовок, отстойников и других очистных сооружений.

Пример: Требуется рассчитать одиночную решетку с механи­ческой очисткой, устанавливаемую в водоем с глубиной Н₁ = 1,2 м. Расход сточных вод 2,5 * 10 ⁶ л/ч.

1) выбираем ширину прозоров между прутьями b>b_min =16 мм при установке одной решетки. Пусть b = 20 мм.

2) скорость потока v_p принимаем равной 0,8 м/с, т.е. меньше v _{p max} = 1 м/с.

3) переводим расход сточных вод через решетку q из литров в час в кубический метр на секунду.

,

тогда

.

4) определяем число прозоров между прутьями решетки по формуле:

Вводим коэффициент k₃ =1,05. Тогда n'= 1,05*36 = 38.

5) толщину стержней принимаем s = b = 20 мм.

6) общая ширина решетки по формуле (20):

.

7) полезная длина стержней решетки

Над решеткой необходимо предусмотреть лоток для сбора за­грязнений, счищаемых механическими граблями. Поэтому стержни решетки должны выступать над поверхностью воды на величину ∆l. Примем ∆l = 0,5 м. Тогда длина стержней бу­дет равна l = l + ∆l = 1,9м.

Исходные данные для расчетов решетки:

• расход сточных вод л/час , где N - порядковый номер студента в группе;

• глубина устанавливаемой решетки H₁ =1+0,03·N, м;

• угол наклона решетки , град.