1. Уплотнение осадка

Уплотнение предназначено для повышения концентрации сухого вещества осадка за счет удаления из него значительной части несвязанной воды. Применяется, как правило, в качестве первой ступени обработки сырых осадков сточных вод и избыточного активного ила, кроме того, для концентрирования сброженных осадка и избыточного активного ила, по отдельности или совместно.

В настоящее время различают гравитационное уплотнение и флотационное уплотнение (сгущение). Первое реализуется в вертикальных и радиальных уплотнителях, конструкция и принцип действия которых аналогичны соответствующим отстойникам, используемым при очистке сточных вод. Второе – во флотационных уплотнителях (сгустителях).

Гравитационные уплотнители наиболее эффективны для обработки тяжелых структурированных легко уплотняемых осадков и активных илов с низким иловым индексом, а флотационные – плохоуплотняемых осадков с высоким содержанием мелких частиц и активных илов с высоким иловым индексом. Окончательный же выбор способа уплотнения следует осуществлять на основе технико-экономических расчетов.

Применение уплотнителей в технологических схемах обработки осадка сточных вод в значительной степени позволяет уменьшить объем сооружений и затраты энергии, необходимые для последующей его обработки, и, следовательно, снизить капитальные и эксплуатационные вложения в комплекс канализационных очистных станций.

1. Вертикальные уплотнители

В зависимости от назначения вертикальные уплотнители (рис. 1) рассчитываются по максимальному часовому притоку сырого осадка, избыточного активного ила или их смеси. При этом, максимальный расход сырого осадка принимается в соответствии с режимом работы сооружений очистки сточных вод, в которых он образуется (песколовок, отстойников, флотаторов и т.д.) В общем случае его можно определить по формуле, м³/ч,

, (1)

где: V_oci– объем осадка, накапливаемого вi– сооружении очистки сточных вод с учетом режима его работы, м³;

t_oci– продолжительность выгрузки осадка, изi– го сооружения

t_oc= 0,5…2,0 ч.

Максимальный часовой расход избыточного активного ила от аэротенков определяется по каждой ступени биологической очистки в отдельности, м³/ч,

, (2)

здесь: P_maxj – максимальное содержание избыточного активного ила для аэротенков в j –й ступени, г/м³;

Q – суточный расход сточных вод, м³/сут;

С_j – концентрация уплотняемого избыточного активного ила, выходящего из отстойников рассматриваемых аэротенков, г/м³.

Максимальное содержание избыточного активного ила, г/м³,

, (3)

при чем: k_mj – коэффициент месячной неравномерности прироста активного ила для аэротенков j –й ступени, k_mj=1,15…1,2;

P_j – прирост активного ила для аэротенков j –й ступени, г/м³.

Прирост активного ила, г/м³,

, (4)

где: P_1j – прирост активного ила для одного из рассматривемых аэротенков, т/ч (принимается из расчета отстойников к этому аэротенку);

q_uuj – расход избыточного активного ила, отводимого из отстойников указанного аэротенка, м³/ч;

N_j – количество рабочих аэротенков в рассматриваемой ступени биологической очистки сточных вод.

В общем случае максимальный часовой приток уплотняемого осадка, м³/ч,

, (5)

при этом: n – число сооружений очистки сточных вод, в которых образуется осадок предусматриваемый к совместной обработке;

i – порядковый номер сооружения;

N – количество ступеней биологической очистки сточных вод с использованием аэротенков;

j – порядковый номер ступени биологической очистки сточных вод.

Усредненная влажность смеси сырых осадков и избыточных активных илов, %,

, (6)

где: W_1i – влажность сырого осадка от i – го сооружения очистки сточных вод, %,

W_1j – влажность избыточного активного ила от аэротенков j – й ступени, %.

Глубина рабочей части уплотнителя, м,

, (7)

здесь: v – скорость движения жидкости в уплотнителе, U0,1 мм/c (обычно, U=0,05…0,07 мм/с);

t – продолжитльность уплотнения осадка, ч (табл. 1 и 2, рис. 1)

Примечание. Глубина рабочей части вертикального уплотнителя должна быть не более 3,8 м. Если это условие не выполняется, следует применить радиальные уплотнители.

Таблица 1

Средние значения продолжительности уплотнения и влажности сырых и уплотненных осадков из сооружений очистки сточных вод

Сооружение	Продолжительность уплотнения, ч	Влажность осадка, %
		Сырого	Уплотненного
Песколовки	5…8	70…80	55…60
Отстойники	6…8	98,0…98,5	96…97
	10…12		95,0…95,5
Флотаторы	6…8	95…98	93…95
	10…12		92…93

Таблица 2

Средние значения продолжительности уплотнения и влажности избыточных и уплотненных активных илов

Характеристика избыточного активного ила	Продолжительность уплотнения, ч	Влажность активного ила, %
		Избыточного	Уплотненного
Активный ил из вторичных отстойников с концентрацией 4,0…6,0 г/л	10…12	98,8…99,0	98
Активный ил из вторичных отстойников с концентрацией 6,0 г/л и более	16	98,5…98,7	98

Эффективность обезвоживания осадка, %,

, (8)

при этом, W₂ – влажность уплотненного осадка, %: для сырых осадков принимается по табл. 1, для избыточных активных илов – по табл. 2, для смеси сырых осадков и избыточных активных илов - W₂ = 95,5…97,0 %.

Полезная площадь поперечного сечения уплотнителя, м²,

, (9)

здесь: q_ж – максимальный расход жидкости, отделяемой в процессе уплотнения осадка, м³/ч;

n_у – количество рабочих уплотнителей, n_у = 2…4.

Максимальный расход жидкости, м³/ч,

, (10)

Площадь поперечного сечения центральной впускной трубы, м²,

, (11)

где, v_тр - скорость движения уплотняемого осадка в центральной трубе, v_тр  0,1 м/с.

Общая площадь уплотнителя, м²,

. (12)

Диаметр уплотнителя, м,

. (13)

Примечание.Диаметр вертикального уплотнителя должен быть не более 9 м, а количество рабочих уплотнителей не более 4. Если эти условия не выполняются, следует применить радиальные уплотнители.

Диаметр центральной трубы, м,

. (14)

Диаметр и высота раструба центральной трубы, м,

. (15)

Глубина погружения центральной трубы, м,

. (16)

Диаметр отражательного щита, м,

. (17)

Высота зазора между нижней кромкой раструба центральной трубы и отражательным щитом, м,

, (18)

где, v_з– скорость движения осадка в зазоре,v_з 20 мм/с.

Глубина осадочной части уплотнителя, м,

, (19)

здесь: d₂– диаметр нижнего основания конического днища уплотнителя, м;

 - угол наклона стенок конического днища к горизонту, = 50…60⁰.

Диаметр нижнего основания днища уплотнителя, м,

, (20)

при чем: k₂– безразмерный коэффициент,k₂=1,1…1,25;

d_oc– диаметр трубопровода для удаления уплотненного осадка, м.

Диаметр трубопровода для удаления осадка, м,

, (21)

где: q_oc1– расход уплотненного осадка от одного уплотнителя, м³/ч;

v_oc– скорость движения осадка в трубопроводе,v_ос 0,1 м/с.

Расход уплотненного осадка, м³/ч,

, (22)

здесь: V_ос1– объем уплотненного осадка в одном уплотнителе, м³;

t_oc– продолжительность выгрузки осадка,t_oc= 0,5…2,0 ч.

Объем уплотненного осадка, м³,

, (23)

при чем, t_ил– продолжительность пребывания уплотненного осадка в осадочной части уплотнителя,t_ил = 4…12 ч.

Полная высота уплотнителя, м,

, (24)

где, h₃– высота бортов уплотнителя,h₃ = 0,3 м.

Высота слоя уплотненного осадка в уплотнителе, м,

, (25)

Расстояние от поверхности слоя уплотненного осадка до отражательного щита, м,

, (26)

Примечание.Расстояние от поверхности слоя уплотненного осадка до отражательного щита должно быть не менее 0,3 м. Если это условие не выполняется, следует скорректировать продолжительность пребывания указанного осадка в уплотнителе (t_ил). При недостаточности указанной корректировки допускается увеличить количество рабочих уплотнителей, но в пределах оговоренных выше границ. Если и этого окажется не достаточным, нужно применить радиальные уплотнители.

Диаметр трубопровода подачи уплотняемого осадка в уплотнитель, м,

, (27)

здесь, v_тр– скорость движения осадка в трубопроводе,v_тр = 3 м/с.

Диаметр подводящего коллектора, м,

, (28)

Диаметр трубопровода для отвода отделенной жидкости на очистку, м,

, (29)

где, v_тр– скорость движения жидкости в трубопроводе, при безнапорном движении -v_тр = 0,8…1,0 м/с, при напорном движении -v_тр = 3 м/с.

Диаметр коллектора, подводящего отделенную жидкость к очистным сооружениям (как правило, к первичным отстойникам), м,

, (30)

при этом, v_тр– скорость движения жидкости в коллекторе (обычно, движение жидкости осуществляется в напорном режиме, т.е.v_тр = 3 м/с).

Ширина водосборного лотка, м,

, (31)

здесь, k_л - безразмерный коэффициент,k_л = 1,1…1,25.

Глубина жидкости в водосборном лотке, м,

, (32)

где, v_л – скорость движения жидкости в лотке,v_л = 0,8…1,0 м/с.

Высота водослива, м,

, (33)

при чем, h– высота водослива над уровнем жидкости в водосборном лотке,h= 0,3…0,5 м.

Высота наружного борта водосборного лотка, м,

. (34)

Наружный диаметр водосборного лотка, м,

. (35)

Расход уплотненного осадка, отводимого от уплотнителей на дальнейшую обработку, м³/ч,

. (36)

Диаметр коллектора, отводящего уплотненный осадок на дальнейшую обработку, м,

. (37)