Методическое пособие 593

в сточных водах имеются весьма вредные вещества, применяют термические методы, позволяющие уничтожить примеси. Как правило, во многих случаях приходится применять комбинацию указанных методов.

Механическая очистка применяется для выделения из сточной воды нерастворенных минеральных и органических примесей. Назначение механической очистки заключается в подготовке сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки. Механическая очистка на современных очистных станциях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Типы и размеры этих сооружений зависят в основном от состава, свойств и расхода производственных сточных вод, а также от методов их дальнейшей обработки.

Как правило, механическая очистка является предварительным, реже – окончательным этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ из этих вод до величины от 90 до 95 % и снижение органических загрязнений (по показателю БПKпoлн – биохимическая потребность в кислороде полная) дo величины от 20 до 25 %.

Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными способами интенсификации гравитационного отстаивания – преаэрацией, биокоагуляцией, осветлением во взвешенном слое (отстойники-осветлители) или в тонком слое (тонкослойные отстойники), а также с помощью гидроциклонов. Процесс более полного осветления сточных вод осуществляется фильтрованием – пропуском воды через слой различного зернистого материала (кварцевого песка, гранитного щебня, дробленого антрацита и керамзита, горелых пород, чугунолитейного шлака и других материалов) или через сетчатые барабанные фильтры и микрофильтры, через высокопроизводительные напорные фильтры и фильтры с плавающей загрузкой – пенополиуретановой или пенополистирольной. Пре-

30

имущество указанных процессов заключается в возможности применения их без добавления химических реагентов.

Выбор метода очистки сточных вод от взвешенных частиц осуществляется с учетом кинетики процесса. Размеры взвешенных частиц, содержащихся в производственных сточных водах могут колебаться в широких пределах (возможные диаметры частиц составляют от 5 10-9 до 5 10-4 м), для частиц размером до 10 мкм конечная скорость осаждения составляет менее 10-2 см/с. Если частицы достаточно велики (диаметром более величины от 30 до 50 мкм), то в соответствии с законом Стокса они могут легко выделяться отстаиванием (при большой концентрации), или процеживанием, например, через микрофильтры (при малой концентрации). Коллоидальные частицы (диаметром от 0,1 до 1 мкм) могут быть удалены фильтрованием, однако из-за ограниченной емкости фильтрующего слоя более подходящим методом при концентрациях взвешенных частиц более 50 мг/л является ортокинетическая коагуляция с последующим осаждением или осветлением во взвешенном слое.

Повышение технологической эффективности сооружений механической очистки очень важно при создании замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий. Этому требованию удовлетворяют различные новые конструкции многополочных отстойников, сетчатых фильтров, фильтров с новыми видами зернистых и синтетических загрузок, гидроциклонов (напорных, безнапорных, многоярусных). Применение этих сооружений позволит сократить в 3-5 раз капитальные затраты и на величину от 20 до 40 % эксплуатационные расходы, уменьшить в 3-7 раз необходимые площади для строительства по сравнению с применением обычных отстойников.

С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод, как правило, рекомендуется применять не менее двух рабочих единиц основного технологического назначения, – решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров. При выборе максимального числа сооружений предусматривается их сек-

31

ционирование по унифицированным группам, состоящим из единиц с наиболее крупными габаритами. В ряде случаев механическая очистка является единственным и достаточным способом для извлечения из производственных сточных вод механических загрязнений и подготовки их к повторному использованию в системах оборотного водоснабжения.

2.1. Расчет аппаратов для осаждения примесей из сточных вод

Работа многочисленных аппаратов, предназначенных для выделения из сточных вод твердых и жидких примесей, основана на гидродинамических закономерностях процесса отстаивания. К таким аппаратам относятся песколовки, первичные и вторичные отстойники, илоуплотнители, нефтеловушки, смо- ло-, жиро- и маслоуловители.

Основным параметром, на основании которого рассчитывают размеры отстойной аппаратуры, является скорость осаждения взвешенных твердых или жидких частиц (гидравлическая крупность) w0. Скорость осаждения зависит от многих факторов: размера частиц d, их формы, плотности ρт, плотности ρс.в. и вязкости μс.в. сточной воды, скорости движения воды u, от условий обтекания и сопротивления среды и др.

Для ламинарного, переходного и турбулентного режимов осаждения шарообразных частиц скорость свободного осаждения вычисляют из формулы

32

Формула (2.1) применима и для вычисления скорости осаждения частиц неправильной формы, если подставлять в нее эквивалентный диаметр частицы.

Как правило, сточные воды, содержащие твердые примеси, имеют частицы различных форм и размеров. Такие воды представляют собой полидисперсные гетерогенные агрегатив- но-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а также физические свойства системы изменяются. Все это усложняет установление действительных закономерностей процесса осаждения.

Свойства сточных вод отличаются от свойств чистой воды. Сточные воды имеют более высокую плотность и большую вязкость. Вязкость и плотность сточной воды, содержащей твердые частицы с объемной концентрацией С0, можно рассчитать по формулам

где ε – объемная доля жидкой фазы;Vж – объем жидкой фазы, Vт – объем твердой фазы.

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей как больших, так и мелких частиц. Скорость стесненного осаждения меньше скорости свободного осаждения вследствие возникновения восходящего потока жидкости и большей вязкости среды.

Скорость стесненного осаждения шарообразных частиц одинакового размера v0 , м/с можно рассчитать по формуле

Стокса с поправочным коэффициентом R, который учитывает влияние концентрации взвешенных веществ и реологические свойства системы по формуле

33

Для частиц не шарообразной формы необходимо учитывать коэффициент формы. Скорость осаждения полидисперсной системы непрерывно изменяется во времени. Эта скорость, как правило, определяется экспериментально.

2.1.1. Расчет песколовок

Песколовки предназначены для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (главным образом песка) крупностью свыше величины от 0,2 до 0,25 мм при пропуск-

ной способности станции очистки сточных вод более

100 м3/сут.

Песколовки рассчитываются на максимальный расход сточных вод и проверяются на минимальный приток. Тип песколовки необходимо выбирать с учетом пропускной способности очистной станции, состава очищаемых производственных сточных вод и местных условий строительства. Число отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, при этом все отделения должны быть рабочими.

В системах очистки наибольшее применение нашли песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением воды, круглой формы с тангенциальным подводом воды и аэрируемые. Конструкцию сооружения выбирают в зависимости от количества сточных вод и концентрации твердых примесей.

Горизонтальные песколовки – это удлиненные прямо-

угольные в плане сооружения с прямолинейным движением воды (рис. 2.1). Для ориентировочных расчетов принимают глубину песколовки H = 0,25…1 м, соотношение ширины и глубины В/Н = 1:2.

34

Осаждение песка из сточных вод в песколовках с некоторым допущением можно отнести к свободному осаждению частиц в ламинарном режиме, поэтому скорость осаждения можно рассчитать по закону Стокса.

Рис. 2.1. Горизонтальная песколовка с прямолинейным движением воды:

1 – гидроэлеваторы; 2 – щитовые; 3 – скребковые механизмы для удаления песка

Рассчитываемыми параметрами является длина L, ширина В и высота Н песколовки. Длину песколовки L, м находят по формуле

35

где k – коэффициент, учитывающий влияние турбулентности потока и других факторов на скорость осаждения.

Площадь зеркала воды F, м2, расчетную глубину песколовки Hp , м и удельную нагрузку по воде q0 ,м3(м2 с) при эффективности очистки Э определяют по формулам

Среднюю скорость движения воды в расчетах следует принимать u= 0,3 м/с, диаметр частиц песка от 0,2 до 0,25 мм, продолжительность пребывания воды в песколовке 30 с.

Для поддержания в песколовках постоянной скорости сточной воды на выходе из песколовки устанавливают водослив с широким порогом. Размеры водослива определяют по формулам

где Р – перепад уровней воды между дном песколовки и порогом водослива; hmax ,hmin – глубина воды при максимальном qmax и минимальном qmin расходах и скорости движения воды

m – коэффициент расхода водослива, значение которого составляет от 0,35 до 0,38.

36

Объем приямков принимают равным не более двух суточных объемов выпадающего песка. Угол наклона стенок приям-

ка 60°.

Песколовки с круговым движением воды являются разновидностью горизонтальных песколовок (рис. 2.2). Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной воды предназначаются для удаления песка из производственных сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию.

Сточная вода подводится к ним и отводится из них по лоткам. Эти песколовки применяют при расходах воды до 7000 м3/сут. Рассчитывают их по приведенным выше формулам для горизонтальных прямоугольных песколовок. Длину песколовок принимают по средней линии кругового лотка.

Рис. 2.2. Песколовки с круговым движением воды:

1 – подача сточной воды; 2 – удаление пульпы; 3 – отвод воды

37

Пример.

Исходные данные: расход сточных вод Q = 0,6 л/с (2,16 м3/ч). Начальное содержание взвешенных веществ ВВн составляет 1000 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн составляет 150 мг/л; требуемое конечное содержание ВВк составляет 400 мг/л, а ЭВк 148 мг/л.

Площадь сечения песколовки определим по формуле

P = Q/3600vn,

где v – средняя скорость движения воды; n – количество параллельно установленных секций песколовки.

Для горизонтальных песколовок рекомендуемая скорость движения воды составляет от 0,1 до 0,3 м/с. Принимая v = 0,1 м/с, площадь живого сечения песколовки составит

F = 2,16/(3600·0,1·1) = 0,006 м2.

Ширина проточной части песколовки выбирается конструктивно В = 0,18 м. Глубину проточной части песколовки определим по формуле

h = F/B,

1

h = 0,006/0,18 = 0,033 м.

1

Длину песколовки определим по формуле

V

L kh1 u0 ,

где k – коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок, для горизонтальных песколовок k = 1,7; u0 – гидравлическая крупность песка, при диаметре улавливаемых частиц песка 0,2 мм, u0 = 18 мм/с.

38

Продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке должна быть не менее 30 с, поэтому принимаем длину песколовки L = 3 м

L

tпр V ,

3

tпр 0,1 30 с.

Из конструктивных соображений и удобства эксплуатации (выгрузки осадка) песколовка выполнена в виде трех блоков, соединяющихся желобами для течения сточной воды.

Определим объем контейнера песколовки.

Объем осадка, накапливаемого в песколовке, определим по формуле

где ρ – плотность выпавшего осадка, кг/м3; φ – влажность

ос

выпавшего осадка (φ = 0,6); С – разность концентраций

вв

взвешенных веществ на входе и выходе из песколовки, кг/м3. Плотность выпавшего осадка определим по формуле

где ρ – плотность осаждающихся взвешенных веществ, кг/м3.

вв

Так как в песколовке осаждается преимущественно песок, то ρвв = 2650 кг/м3. С учетом этого

ρ = 2650 (1 – 0,6) + 1000·0,6 = 1660 кг/м3.

ос

39