11.8. Вторичные отстойники

Вторичные отстойники являются составной частью сооружений биологической очистки, располагаются в технологической схеме непосред­ственно после биоокислителей и служат для отделения активного ила от биологически очищенной воды, выходящей из аэротенков, или для задер­жания биологической пленки, поступающей с водой из биофильтров.

Эффективность работы вторичных отстойников определяет конеч­ный эффект очистки воды от взвешенных веществ.

Для технологических схем биологической очистки сточных вод в аэротенках вторичные отстойники в какой-то степени определяют также объем аэрационных сооружений, зависящий от концентрации возвратного ила и степени его рециркуляции, способности отстойников эффективно разделять высококонцентрированные иловые смеси.

Иловая смесь, поступающая из аэротенков во вторичные отстойни­ки, представляет собой гетерогенную (многофазную) систему, в которой дисперсионной средой служит биологически очищенная сточная вода, а основным компонентом дисперсной фазы являются хлопки активного ила, сформированные в виде сложной трехуровневой клеточной структуры, ок­руженной экзоклеточным веществом биополимерного состава.

Важнейшим "свойством иловой смеси как дисперсной системы яв­ляется ее агрегативная неустойчивость, которая выражается в изменении диаметра хлопков активного ила в пределах 20-300 мкм в зависимости от интенсивности турбулентного перемешивания.

При снижении интенсивности турбулентного перемешивания и последующем отстаивании иловой смеси в результате биофлокуляции происходит агрегирование хлопков активного ила в хлопья размером 1-5 мм, которые осаждаются под воздействием силы тяжести.

Осаждение хлопьев активного ила (при его концентрации в иловой смеси более 0,5-1 г/л) происходит с образованием видимой границы разде­ла фаз между осветляемой водой и илом.

Скорость снижения границы раздела при разделении иловой смеси в лабораторных условиях (по данным А.А. Бондарева) может быть опреде­лена по формуле

v_c =99-е"^4,п</' (11.51)

где /, - иловый индекс активного ила, мл/г; di - доза активного ила в ило­вой смеси, г/л.

Седиментационные свойства иловых смесей оцениваются по кри­вой кинетики снижения границы раздела фаз (кривой Кинша), приведен­ной на рис. 11.32.

и

л
1 \
1 \
1 \	5
1 \
1 2 \
' А
	4 ' —

t

Рис. 11.32. Кривая кинетики снижения границы раздела фаз

Анализ кривой кинетики снижения границы раздела фаз позволяет выделить следующие основные стадии процесса гравитационного разделе­ния иловых смесей: 1 - флокуляция хлопков активного ила с образованием хлопьев и видимой границы раздела фаз; 2 - зонное осаждение хлопьев ак­тивного ила с постоянной скоростью, зависящей от начальной концентра­ции активного ила в иловой смеси и величины илового индекса; 3 - переход­ная стадия от зонного осаждения к уплотнению осевшего ила; 4 - стадия уплотнения осевшего ила за счет сжатия хлопьев активного ила под воз­действием лежащих выше слоев; 5 - стадия осветления надиловой воды, при которой полидисперсные иловые частицы агломерируются под воз­действием собственного скоростного градиента и турбулентной диффузии.

Концентрация активного ила, оставшегося в воде после прохожде­ния границы раздела фаз, может быть определена по формуле

а, = 10~³ • /,. • а,. ■ ехр[б,6 • v⁰'³³ • h_mud • (0,1 • /,. • а,.) °'³³ • G ⁰'³³] (11.52)

где V - кинематическая вязкость иловой смеси, 10"⁶ м²/с; hmud - высота слоя оседающего ила, м; G - градиент скорости, характеризующий интенсив­ность перемешивания иловой смеси и равный

G = 10jN/a)-\i , (11.53)

где ./V - мощность; со - перемешиваемый объем, м³; ц - динамическая вяз­кость, кг/м с.

Конечная концентрация иловых частиц в осветленной воде опреде­ляется по формуле

-0,33 .0,33

0.33

-0,33

,(П.54)

3,4-v

Я

'((Г³³ •/, -йД⁰'²⁵ G

a i = 10 ³ ■ /, ■ д,- • ехр

где H_se, - высота слоя осветляемой воды, м; t_set - продолжительность ос­ветления, ч.

Увеличение концентрации осевшего активного ила в процессе его уплотнения (стадии 3 и 4) в общем виде может быть описано уравнением вида

«w =(660//,)• С > (11-55)

где t,„ud - продолжительность уплотнения ила.

Условия илоразделения во вторичных отстойниках, происходящие в проточном режиме их работы, существенно отличаются от седиментации ила в контактных условиях лабораторных установок.

Гидродинамический режим работы вторичных отстойников фор­мируется в результате совокупного воздействия следующих гидродинами­ческих условий:

• режим впуска иловой смеси в сооружение, оцениваемый скоро­стью ее входа и определяющий интенсивность взаимодействия входящего потока с потоками оседающего ила и осветляемой во­ды;

• процесс сбора осветленной воды, определяемый в основном ско­ростью подхода воды к сборному лотку и его удаленностью от уровня осевшего ила;

• режим отсоса осевшего ила, определяемый скоростью входа ила в сосуны илососа, уровнем стояния ила и удаленностью сосунов от сборного лотка.

Количественная характеристика каждого из указанных гидроди­намических факторов, полученных для радиального отстойника, выражена в градиентах скорости (рис. 11.33).

Таким образом, разделение иловой смеси и осветление очищенной воды во вторичных отстойниках происходит в условиях турбулентного движения, которое представляет собой результирующую всех перечислен­ных выше компонентов, продуцирующих вихревое воздействие на поток в этом сооружении. Учет влияния турбулентного режима движения воды во вторичных отстойниках на конечную концентрацию взвешенных веществ производится как через коэффициент объемного использования, характери­зующий конструкцию отстойника, так и основные технологические пара­метры его работы.

G, с'

И нтенсификация процесса гравитационного илоразделения дости­гается за счет низкоградиентного перемешивания иловой смеси с помощью стержневых перемешивающих устройств. По результатам исследований, проведенных МГСУ, наилучшие результаты обеспечиваются при использо­вании стержней полукруглого сечения (d = 50... 100 мм), воздействующих на иловую смесь по всей высоте зоны илоразделения (рис. 11.34). Под воздействием низкоградиентного перемешивания улучшается флокуляция хлопьев активного ила, уплотняется их структура и, как следствие, на 20 -30% повышается концентрация удаляемого возвратного активного ила при снижении конечной концентрации взвешенных веществ в осветленной воде до 8-15 мг/л по сравнению с 15-25 мг/л при гравитационном разделении иловой смеси без перемешивания.

Повышение эффективности процесса гравитационного илоразделе­ния достигается также при использовании взвешенного слоя активного ила, в котором, как в контактной среде, интенсифицируется хлопьеобразование и с последующим доосветлением надъиловой воды в слое высотой Н = 2...3 м возможно снижение концентрации взвешенных веществ в освет­ленной воде до a_s = 5...1 мг/л.

Тонкослойное отстаивание может использоваться как для предва­рительного разделения концентрированных иловых смесей, поступающих непосредственно из аэротенков, так и для осветления надъиловой воды по­сле гравитационного отделения основной массы активного ила. Тонкослой­ное отстаивание осветляемой надъиловой воды наиболее эффективно в со­четании с низкоградиентным перемешиванием отстаиваемой иловой смеси на всех стадиях илоразделения.

С равнительная эффективность различных методов интенсифика­ции работы вторичных отстойников дана в виде зависимости концентрации взвешенных веществ в осветленной воде от максимальных градиентов ско­рости в зоне сборного лотка (рис. 11.35).

Вторичные отстойники бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Для очистных станций пропускной способности до 20000 м³/сут применяются вертикальные вторичные отстойники, для очист­ных станция средней и большой пропускной способности (более 15000 м³/сут) — горизонтальные и радиальные.

Вертикальные вторичные отстойники по своей конструкции подразделяются на следующие:

• круглые в плане с конической иловой частью, по конструкции аналогичные первичным, но с меньшей высотой зоны отстаива­ния;

• квадратные в плане (12x12 м, 14x14 м) с четырехбункерной пира­мидальной иловой частью.

Преимуществом вертикальных вторичных отстойников являются удобство удаления из них осевшего ила под гидростатическим давлением, компактность расположения при их блокировке с аэротенками, простота конструкции ввиду отсутствия движущихся частей, возможность использо­вания взвешенного слоя активного ила.

О,, мг/л

Однако они имеют и ряд недостатков, из которых основным явля­ется большая глубина, что повышает стоимость их строительства, особенно

20

при высоком уровне стояния грунто­вых вод. Недостаточный уклон стенок бункера приводит к залеживанию осевшего активного ила и развитию в нем анаэробных процессов.

10

0

10 20 30 G, с'

Рис. 11.35. Зависимости концен­трации взвешенных веществ в осветленной воде от градиентов скорости во вторичных отстойни­ках:

/ - обычное отстаивание; 2 - отстаи­вание с низкоградиентным переме­шиванием; 3 - низкоградиентное перемешивание с осветлением в тонком слое

Горизонтальные вторичные отстойники выполняются с шириной отделения 6 и 9 м, что позволяет бло­кировать их с типовыми аэротенками, сокращая при этом площадь, зани­маемую очистными сооружениями. Для сгребания осевшего активного ила к иловому приямку в горизон­тальных отстойниках используют скребковые механизмы цепного или тележечного типов. В зарубежной практике используют подвижные илососы, установленные на тележках.

К недостаткам вторичных го­ризонтальных отстойников относятся сложности эксплуатации в них скреб­ковых механизмов, а также большая их материалоемкость по сравнению с отстойными сооружениями круглыми в плане, где меньшая толщина при­меняемых стеновых панелей достигается за счет предварительного напря­жения железобетонных конструкций.

На средних и крупных очистных станциях наибольшее распро­странение получили вторичные радиальные отстойники. ГУП Мосводока-налНИИпроект разработал типовые вторичные радиальные отстойники из сборного железобетона (d = 18, 24, 30, 40 и 50 м). Широкая гамма типораз­меров радиальных отстойников позволяет принимать оптимальное их чис­ло (4-8) на очистных станциях практически любой пропускной способно­сти.

Вторичный радиальный отстойник показан на рис. 11.36. Иловая смесь по подводящему трубопроводу направляется в центральное распре­делительное устройство, представляющее собой вертикальную стальную трубу с коническим раструбом, затопленным ниже горизонта воды в от­стойнике.

А-А

В ыходя из раструба, иловая смесь попадает в пространство, огра­ниченное стенками металлического направляющего цилиндра, который обеспечивает заглубленный выпуск иловой смеси в отстойную зону. Освет­ленная вода собирается через водослив сборного кольцевого лотка, откуда поступает в выпускную камеру. Активный ил, осевший на дно отстойника, удаляется самотеком под гидростатическим давлением через сосуны илосо-са и илопроводу в иловую камеру. В ней установлен щитовой электрифи-

->() — um

цированный затвор с подвижным водосливом, обеспечивающим возмож­ность как ручного, так и автоматического регулирования отбора активного ила из отстойника путем плавного изменения гидростатического напора от О до 1,2 м. Работа затвора автоматизируется в зависимости от уровня стоя­ния активного ила в отстойнике, который фиксируется датчиком уровня ила с фотосопротивлением. Редуктор привода фермы илососа позволяет регулировать угловую скорость вращения илососа в пределах 1-2 об/ч. Для опорожнения отстойника служит трубопровод.

ГУП МосводоканалНИИпроект разработал также проекты модер­низации существующих вторичных радиальных отстойников, где за счет использования низкоградиентного перемешивающего устройства и моди­фицированного илососа достигается снижение концентрации взвешенных веществ в осветленной воде до 8-10 мг/л и повышается концентрация уда­ляемого возвратного ила до 10-12 г/л.

Существенное влияние на работу вторичных радиальных отстой­ников большого диаметра (характерных для крупных станций аэрации) ока­зывает равномерность сбора осветленной воды, которая может нарушаться под воздействием ветра. Ветровой нагон воды способен перегрузить на 30­40% одну часть сборного лотка, вызвать соответствующее перераспределе­ние потока иловой смеси и привести к повышенному выносу загрязнений с осветленной водой. Использование зубчатых водосливов не обеспечивает требуемой равномерности сбора воды. Для борьбы с указанным явлением в зарубежной практике используют систему сбора осветленной воды через затопленные дырчатые трубы, которые при равном ветровом нагоне обес­печивают более равномерный сбор воды, чем зубчатые водосливы.

Для обеспечения минимального выноса загрязнений из вторичных отстойников очень важное значение имеет тщательное сгребание и посто­янное удаление выпадающего в осадок активного ила. При залеживании ила на днище, особенно при достаточно глубокой развитости процесса нит­рификации в аэротенках, возможна и практически неизбежна его денитри-фикация, приводящая к всплыванию комков ила и его выносу с потоком осветленной воды. Опыт эксплуатации горизонтальных вторичных отстой­ников на Зеленоградской станции аэрации показал, что при прочих равных условиях, отстойники с цепными илоскребами обеспечивают вынос взве­шенных веществ 8-10 мг/л против 15-20 мг/л в отстойнике с мостовым ило-скребом. Этот эффект объясняется непрерывностью удаления активного ила и меньшим взмучивающим влиянием цепного илоскреба по сравнению с мостовым.

Аналогичным образом на процесс илоразделения воздействует ре­жим впуска иловой смеси, в частности, более высокие скорости ее ввода в радиальные отстойники, чем в горизонтальные, объясняют в 1,5-2 раза меньший конечный вынос взвешенных веществ в горизонтальных отстой­никах по сравнению с радиальными. Очевидно, что для вторичных отстой­ников, особенно радиальных, при расчете гидравлической нагрузки следует учитывать коэффициент рециркуляции активного ила, а сама нагрузка не должна превышать 1,0-1,5 м³/(м²-ч).

Вторичные вертикальные, горизонтальные и радиальные отстойни­ки после аэротенков рассчитывают по гидравлической нагрузке воды на поверхность отстойника q_ssa , м³/(м²ч).

q_ssa = 4,5 • K_set ■ H°J /(0,1 • /,. • а,)⁰'⁵-⁰'⁰¹"', (П.56)

где H_set - глубина слоя осветляемой воды в отстойнике, м; K_set - коэффи­циент использования объема, зависящего от типа отстойника; /, - иловый индекс, определяемый в зависимости от нагрузки на ил в аэротенках, мг/г; a_j - доза активного ила в иловой смеси, поступающей из аэротенков, г/л;

а, - требуемая конечная концентрация иловых частиц в осветленной био­логически очищенной воде.

Определяется площадь вторичных отстойников F_ssa, м² (с учетом коэффициента рециркуляции)

Fssa = О mid ■ Kqeu I Qssa ■ (1 1.57)

Принимается число вторичных отстойников (желательно не менее 4) и определяется их диаметр d, м (для горизонтальных отстойников длина и ширина)

d = ^F_ssa/n-nj . (11.58)

После подбора ближайшего по размеру типового отстойника опре­деляется продолжительность пребывания возвратного ила во вторичном отстойнике t_mud, ч, необходимая для обеспечения требуемой дозы ила, ре-циркулируемого в аэротенки,

tmud — Ii ' @mud

/500. (11.59) Определяется требуемый уровень стояния ила в отстойнике h_mud ,м

hmud =tmud -qssa ' («/—«/) / Я mud ■ (11.60)

Рассчитывается концентрация активного ила в воде, выделяющейся из иловой смеси,

«₅ = 10-³./г_а,-ехр[б,6.г⁰^^^ (11.61) Определяется концентрация взвешенных веществ в осветленной

воде

а, =10-³ ■/,-a,-exp^A-v™ -//,Г (Ю"³ • /, • а,У^М ■ G"⁰'³³J, (11.62)

где G - градиент скорости; G = l c"'- при обычном отстаивании,

G = 2...3с ¹ - при низкоградиентном перемешивании иловой смеси.

307