2.3. Песколовки

Для удаления из сточных вод песка и других минеральных нерастворенных загрязнений крупностью свыше 0,200 мм при потоке свыше 100 м³/сут применяют песколовки. Наиболее распространены песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением воды, тангенциальные круговые с подводом воды по касательной и аэрируемые (рис. 2.4; 2.5; 2.6; 2.7).

Области их применения: горизонтальные и аэрируемые песколовки используют при потоках до 10 000 м³/сут, горизонтальные с круговым движением воды применяют при потоках до 70 000 м³/сут, тангенциальные – при потоках до 50 000 м³/сут.

Основные показатели горизонтальных аэрируемых песколовок приведены в табл. 2.3, горизонтальных с круговым движением воды – в табл. 2.4.

Таблица 2.3

Основные показатели аэрируемых песколовок

Пропуск-ная способность, тыс. м3/сут	Число отде-лений	Размеры, м			Отно-шение В/h	Расход воздуха на аэрацию, м3/ч, при интенсивности 3 м3/(м2·ч)
		ширина В	глубина h	длина L
70 100 140 200 280	2 3 2 3 4	3 3 4,5 4,5 4,5	2,1 2,1 2,8 2,8 2,8	12 12 18 18 18	1,34 1,34 1,5 1,5 1,5	200 300 460 690 920

Таблица 2.4

Пропускная способность песколовок с круговым движением воды при размерах, мм

Диаметр	Расстояние между центрами песколовок	Ширина			Пропускная способность
		кольцевого желоба	подводящего и отводящего лотков	лотков песколов­ки для впуска и выпуска воды	м3/сут	л/с
4000	6000; 6500	500; 800	300 300 450 600	200 250 300 350	1400-2700 2700-4200 4200-7000 7000-10000	31-56 56-83 83-133 133-183
6000	10000; 11000	1000 1400 1500 1800	600 900 900 1200	600 900 900 900	10000-17000 17000-25000 25000-40000 40000-64000	183-278 278-394 394-590 590-920

При расчете горизонтальных песколовок (рис. 2.4) вначале определяют площадь живого сечения одного отделения

ω = q_mах /(υn) , (2.13)

где q_mах – максимальный расход сточных вод на одно отделение, м³/с; υ – средняя скорость движения воды, м/с; n – число отделений.

Рис. 2.4. Горизонтальная песколовка:

а – продольный разрез; б – поперечный разрез

Затем находят размеры отделения в поперечном сечении. Длину песколовки вычисляют по формуле

L = kh₁υ/u_о , (2.14)

где h₁ – глубина проточной части песколовки, м; k – коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок (табл. 2.5); u_о – гидравлическая крупность песка расчетного диаметра, мм/с.

Таблица 2.5

Значения коэффициента k в формуле (2.14)

Размер частиц песка, мм	Гидравлическая крупность uо, мм/с	Значения k для песколовок
		горизон-тальных	аэрируемых при В/Н
			1	1,25	1,5
0,15 0,2 0,25	13,2 18,7 24,2	- 1,7 1,3	2,62 2,43 -	2,5 2,25 -	2,39 2,08 -

При иных расчетных параметрах коэффициент k можно вычислить по формуле:

, (2.15)

где ω – вертикальная турбулентная составляющая;

ω = 0,05υ . (2.16)

Для горизонтальных песколовок следует принимать: υ = 0,3 м/с; расчетный диаметр частиц песка 0,2-0,25 мм; продолжительность движения сточных вод не менее 30 с. Изменение расхода по суткам и часам суток вызывает изменение скорости движения воды в песколовках, поэтому возникает необходимость в дополнительных устройствах, обеспечивающих поддержание в песколовках постоянной скорости движения воды, равной оптимальному значению: υ = 0,3 м/с. Глубина H = 0,5-2,0 м.

Горизонтальные песколовки с круговым движением воды следует рассчитывать по продолжительности движения воды в них, которую рекомендуется принимать равной 30-50 с. Ширина кругового лотка B ≥ 0,5 м.

Известно много методов поддержания в песколовках постоянной скорости. Наиболее простой из них заключается в устройстве на выходном канале неподтопленного водослива с широким порогом без донного выступа. Размеры водослива вычисляют по формулам

, (2.17)

, (2.18)

где P – перепад между дном песколовки и порогом водослива; b_сж – ширина водослива; h_mах и h_min – глубина воды в песколовке соответственно при максимальном q_mах и минимальном q_min расходах и скорости движения воды 0,3 м/с; k_q = q_mах /q_min ; m – коэффициент расхода водослива, зависящий от условий бокового сжатия и равный 0,35-0,38.

Аэрируемые песколовки (рис. 2.5) рассчитывают также по формулам (2.13), (2.14) и данным табл. 2.5.

Рис. 2.5. Аэрируемая песколовка, оборудованная гидромеханической системой:

а – продольный разрез; б – поперечный разрез: 1 – рабочая зона; 2 – аэратор; 3 – песковый лоток; 4 – смывной трубопровод

Расчетную глубину песколовки h₁ принимают равной половине ее гидравлической глубины, т.е. 0,5Н (рис. 2.6). При расчетных параметрах, не указанных в табл. 2.5, коэффициент k определяется по формуле

, (2.19)

где α = B/H.

При расчете аэрируемых песколовок следует принимать: υ = 0,08-0,12 м/с; расчетный диаметр частиц песка 0,15-0,2 мм; B/H = 1-1,5; интенсивность аэрации 3-5 м³/м² в 1 ч; поперечный уклон дна (к песковому лотку) 0,3-0,4. Глубина H = 0,7-3,5 м; содержание песка в осадке 90-95 %; впуск воды – совпадающий с направлением движения воды, выпуск – затопленный.

Установка аэраторов из дырчатых труб производится на глубину 0,7h₁ вдоль одной из продольных стен над лотком для сбора песка.

Р

Рис. 2.6. Песколовка с круговым движением рабочего потока:

1 – резервуар; 2 – цилиндр с усеченным конусом; 3 – днище; 4 – погружная воронка; 5 – кольцевой лоток; 6 – щелевое отверстие; 7 – гидроэлеватор; 8 – порог; 9 – перегородка; 10 – отверстие

асчет тангенциальных песколовок (рис. 2.7) ведется по формуле

F = q_max /(nq_о) , (2.20)

где F – площадь отделения песколовки в плане; q_max – максимальный расход сточных вод; n – число отделений; q_о – нагрузка на песколовку по воде.

Кроме того, можно рассчитывать эти песколовки и по формуле

F = q_mах /(nu_о) . (2.21)

где F – площадь отделения песколовки в плане; q_max – максимальный расход сточных вод; n – число отделений; q_о – нагрузка на песколовку по воде.

Из сравнения формул (2.20) и (2.21) следует, что нагрузка на песколовку q_о по воде численно равна гидравлической крупности песка расчетного диаметра u_о, м/ч.

При расчете тангенциальных песколовок следует принимать: глубину равной половине диаметра сооружения; расчетный диаметр песка 0,2-0,25 мм. С учетом этого нагрузка на сооружение, м³/(м²·ч):

при u_о = 18,7 мм/с:

q_о = 18,7·3600/1000 = 67;

при u_о = 24,2 мм/с:

q_о = 24,2·3600/1000 = 87.

На тангенциальные песколовки более совершенных конструкций допускается нагрузка q_о = 110…130 м³/(м² · ч); D ≤ 6,0 м, впуск по касательной по всей расчетной глубине; глубина равна 0,5D.

Рис. 2.7. Тангенциальная песколовка:

1 – осадочная часть; 2 – подвижный водослив; 3 – телескопическая труба; 4 – рабочая часть; 5 – шнек; 6 – отвод песка; 7 – подающий лоток; 8 – отводящий лоток

Удаление песка желательно гидроэлеватором без предварительного взмучивания. Удаление задержанного песка из песколовок при объеме его до 0,1 м³/сут производится вручную.

Для выгрузки осадка из горизонтальных и аэрируемых песколовок обычно применяют механические скребки цепного и тележечного типа. Конструктивно и проще в эксплуатации скребки на канатной тяге. Осадок сгребается в бункер, как правило, располагаемый в начале сооружения, и затем откачивается гидроэлеватором, насосом или эрлифтом. Скребки сложны по конструкции и ненадежны в эксплуатации, поэтому в последние годы для удаления осадка из песколовок начали принимать гидромеханическую систему, представляющую собой смывной трубопровод со спрысками, расположенный в песковом лотке (рис. 2.5). Восходящая скорость смывающей песок воды в лотке определяется по формуле

υ = 10 (0,7е + 0,17)/μ^0,54 , (2.22)

где d_экв = 100/ – эквивалентный диаметр зерен песка, см; для осадка из песколовок следует принимать d_экв = 0,05 см. Здесь p_i –массовая доля,%, фракций песка со средним диаметром d_к; е = (h – h_о)/h_о – относительное расширение песка при смыве. Здесь h_о и h – высота слоя осадка в лотке до и после подачи промывной воды (расширения); μ – динамическая вязкость, г/(см·с).

Общий расход воды, подаваемой на смыв:

q_l = υbl , (2.23)

где b – ширина пескового лотка; l – длина пескового лотка за вычетом 0,5 м длины для пескового приямка (по СниП 2.04.03-85). По СниП 2.04.03-85 υ = 0,0065 м/с.

Для обеспечения достаточной равномерности распределения воды по длине смывного трубопровода вода в смывной трубопровод должна подаваться под напором:

H_о = 5,6h_о + 5,4 /(2g) , (2.24)

где υ_тр – скорость движения воды в начале смывного трубопровода.

Диаметр выходного отверстия спрысков d_спр рассчитывается по формуле

, (2.25)

где n – число спрысков на смывном трубопроводе; µ_р – коэффициент расхода спрысков, ориентировочно равный 0,82.

При расчете песколовок следует принимать: влажность песка 60 %; плотность песка 1,5 т/м³; содержание песка в осадке 60 %. В аэрируемых песколовках содержание песка в осадке составляет 90-95 %.