книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

отстаивания 4 ч — диаметром до 0,01 мм\ для осажде­ ния частиц диаметром до 6 мкм продолжительность отстаивания составит несколько суток.

Для интенсификации осаждения высокодисперсных взвесей и удаления из сточных вод коллоидных загрязне­ ний применяются различные коагулянты (сульфат алю­ миния и двухвалентного железа, а также сульфат или хлорид трехвалентного железа). Интенсификация осаж­ дения взвесей, особенно при концентрации их несколько десятков грамм в метре кубическом, в большинстве слу­ чаев достигается введением в воду флокулянтов — водо­ растворимых полимеров цепеобразного строения с поляр­ ными концевыми функциональными группами. Среди таких флокулянтов наиболее распространен в СССР

полиакриламид. В последнее время начинает применять­ ся активированная кремниевая кислота, получаемая в местах потребления хлорированием растворов силиката натрия либо подкислением их определенным количест­ вом минеральных кислот, а также катионные коагу­ лянты типа ВА-2. Введение в сточную воду коагулянтов требует последующего доведения pH до величины, обес­ печивающей полноту гидролиза соли и выпадения гид­ рата окиси. Для алюминиевого коагулянта и сульфата трехвалентного железа величина pH = 6 ч - 7, для суль­ фата двухвалентного железа — pH = 8,5ч-9.

Хлопья гидратов окислов алюминия и железа обла­ дают развитой поверхностью и в силу этого высокой спо­ собностью к адгезии частиц. В результате их осаждение сопровождается непрерывным увеличением размера агре­ гатов и соответствующим возрастанием скорости осаж­ дения.

По мере повышения концентрации осаждающихся хлопьев и облегчения их взаимного контакта наблюдает­ ся сжатие всего слоя хлопьев. При этом к хлопьям при­ липают или механически захватываются сетчатой массой осаждающегося слоя и высокодисперсные частицы взве­

30

си. Скорость осаждения агрегатов хлопьев значительно выше скорости осаждения отдельных частиц и растет с глубиной осаждения, так как степень агрегации частиц при этом повышается. Лишь после того как в процессе осаждения образуется сплошной сжатый слой, скорость осветления воды (увеличение столба осветленной жид­ кости над слоем) начинает уменьшаться.

При использовании коагулянтов скорость осаждения высокодисперсных взвесей достигает 0,35—0,70 мм/сек. Применение флокулянтов в дозе 1—5 мг/л одновременно с коагулянтами повышает скорость осаждения взвеси на

20—30%.

Действие флокулянтов основано на том, что концы цепеобразиых полимерных макромолекул сорбируются взвешенными частицами или хлопьями гидратов окислов и связывают их в рыхлые крупные сетчатые трехмерные агрегаты, осаждающиеся со значительно большей ско­ ростью, чем отдельные частицы взвеси.

Осаждение частиц диаметром менее 0,1 мм при Re < < 2 определяется в основном вязкостью жидкости, в ко­ торой оседают частицы. Для вычисления скорости осаж­ дения частиц шарообразной формы в этих условиях обычно пользуются формулой Стокса

(3)

где ио — скорость оседания частиц; g — ускорение силы тяжести; d — диаметр шарообразной частицы; рч и рв— соответственно плотность частицы и жидкости (т. е. сточ­ ной воды); Цв — коэффициент динамической вязкости жидкости.

При значениях 2 < Re < 500 (здесь число Рейнольд-

скорость осаждения частиц оказы-

■в

вают влияние как силы вязкости жидкости, так и

31

инерционные силы. Величина скорости в этих случаях может быть вычислена по формуле

18 5

где сш — —jj- — коэффициент сопротивления шарооб­

разной частицы.

Скорость осаждения частиц неправильной формы меньше, чем шарообразных. Это объясняется в первую очередь тем, что сопротивление жидкости движению час­ тицы растет при увеличении поверхности частицы (при одинаковых объеме и плотности), а поверхность частицы шарообразной формы всегда меньше поверхности части­ цы неправильной формы. Влияние формы частиц на ско­ рость их осаждения учитывается коэффициентом X, рав­ ным отношению скорости осаждения шарообразной час­ тицы к скорости осаждения частицы неправильной фор­ мы при одинаковых объеме и плотности частиц. Этот коэффициент больше единицы, и величина его обычно находится в пределах от 1 до 3.

Разумеется, что эти формулы нельзя применять для вычисления скорости осаждения агрегирующихся хлопь­ ев, у которых d непрерывно растет с увеличением глуби­ ны оседания и концентрации суспензии, если не известна зависимость величин d и рч от времени осаждения час­ тиц. Но они могут быть использованы для приближенной оценки изменения скорости с увеличением степени агре­ гации частиц под влиянием дозирования в воду коагулян­ тов или флокулянтов.

Исходными данными для проектирования отстойни­ ков служат кривые осаждаемости взвеси, отражающие полученные опытным путем зависимости между време­ нем отстаивания и количеством выпавших за это время взвешенных веществ. Цилиндр, с помощью которого сни­ мается кривая осаждаемости взвеси, следует принимать

32

с вращающимся распределительным устройством — 0,9; а — коэффициент, равный отношению вязкости воды при температуре t к вязкости при 20° С и принимаемый по табл. 7; w — вертикальная составляющая скорости дви­ жения воды в отстойнике, мм/сек, принимаемая в зави­ симости от средней скорости движения воды в нем по табл. 8, Н — расчетная глубина отстойника, м.

Таблица 7

Формула (5) применима при условии, что взвесь в цилиндре осаждалась при температуре 20° С; если же этот процесс проходил при иной температуре, в формулу

34

I

следует ввести дополнительную поправку, равную —

(табл. 7).

Как сказано выше, величины и0 ѵіп определяются экс­ периментально по кривым осаждаемости взвеси. Если же этих данных нет, то для ориентировочных расчетов мож­ но воспользоваться табл. 9 (см. сноску на стр. 33).

П р и м е ч а н и е . Для промежуточных значений концентрации взвесей н эффекта отстаивания продолжительность отстаивания определяется интерпо­ ляцией.

При вычислении величины и значение w в первом приближении можно определить, принимая среднюю ско­ рость движения воды в горизонтальных и радиальных отстойниках ѵ = 5 -ѵ- 10 мм/сек, в отстойниках с вращаю­ щимся распределительным устройством и вертикальных

V = 0. Средняя скорость движения воды ѵ в горизон­ тальных и радиальных (в сечении на половине радиуса) отстойниках определяется соответственно по формулам

где Q — расход сточной воды, м3/ч-у В = 2 -4 - 5 # — ши­ рина горизонтального отстойника, м\ R — радиус ради­ ального отстойника, м, Н — расчетная глубина отстой­ ника, м.

Длина горизонтальных отстойников L определяется по формуле

а радиус вертикальных, радиальных и с вращающимся распределительным устройством — по формуле

* - / з З г - <9>

Расчет отстойников может быть выполнен в следую­ щей последовательности: задаваясь величинами ѵ и /г, определяют L и В (по данным Q, k, а, тл, h, п). Затем вычисляют L, В и в , Если вычисленное значение ѵ зна­ чительно отличается от ранее принятого, расчет следует повторить с учетом полученного значения ѵ.

Количество удаляемого из отстойников осадка опре­ деляется в соответствии с эффектом отстаивания сточ­ ных вод. Объем иловой камеры принимается равным объему выпавшего осадка за период не более 2 суток, для вторичных отстойников после аэротенков этот период принимается не более 2 ч. Влажность осадка промыш­ ленных сточных вод колеблется в довольно широких пре­ делах— от 98—99% для заводов искусственного волок­ на до 90% и менее для шламов сточных вод газоочисток. Влажность осадка городских сточных вод при удалении его под гидростатическим напором может приниматься

36

равной 95%. Осадок из отстойников удаляется плун­ жерными насосами или под гидростатическим напором, величина которого составляет не менее 1,5—2 м. Для вторичных отстойников после биофильтров величина на­ пора может быть уменьшена до 1,2 м, а после аэротен­ ков — до 0,9 м. Диаметр иловой трубы принимается не менее 200 м. Высота борта отстойника над уровнем воды составляет обычно 0,3 м. Для всех типов отстойников скорость подхода воды к переливной кромке сборного водослива должна быть меньше скорости подсоса осадка. Для этого при отстаивании сточных вод, обработан­ ных коагулянтом, желательно, чтобы удельная на­ грузка на 1 м длины сборного водослива не превышала

10—12 м3/ч.

Вертикальные отстойники применяются при расходе сточной воды не более 50 тыс. м3 в сутки. Эти отстойни­ ки выполняются цилиндрическими с коническим днищем, но могут сооружаться также призматические отстойники с пирамидальным днищем, квадратные в плане. Конст­ руктивные размеры отстойников (рис. 8) принимаются следующие: диаметр цилиндрических или сторона квад­ рата призматических отстойников — 4-5-9 м\ высота отстойной части — 2,7 -5-3,8 м, а для вторичных отстой­ ников— не менее 1,5 м; высота центральной трубы равна высоте отстойной части; диаметр центральной трубы — из условия движения в ней сточной воды со скоростью не более 30 мм/сек; наклон стенок днища к го­ ризонту не менее 50°. Для более равномерного распреде­ ления отстаиваемой воды по площади отстойника в ниж­ ней части центральной трубы устраивается, раструб и отражательный щит. Диаметр и высота раструба прини­ маются равными 1,35 диаметра центральной трубы, диа­ метр отражательного щита — 1,3 диаметра раструба, угол наклона поверхности отражательного щита к гори­ зонту— 17°, расстояние между низом отражательного щита и слоем осадка — 0,3 м. Скорость отстаиваемой

37

воды в щели между кромкой раструба и отражательным щитом должна быть не более 20 мм/сек, а для вторичных отстойников — не более 15 мм!сек. Осветленная вода собирается перифе­ рийными и радиальными желобами, плавающие ве­ щества удаляются при помощи плавающей доски и отводящего лотка.

38

Средняя скорость ѵ восходящего потока воды в от­ стойниках обычно не превышает 0,4—0,5 мм/сек\ при требуемом эффекте отстаивания 40—50% величина ѵ может составить 0,7 мм/сек; при отстаивании сточ­ ных вод, содержащих легкие хлопья гидроокисей цвет­ ных металлов, величину ѵ приходится уменьшать до

0,2 мм/сек.

Институтом городского хозяйства МКХ УССР (Киев) предложен вертикальный отстойник с нисходяще-восхо­ дящим потоком (рис. 9) [1, 19], отличающийся от обыч­ ного вертикального отстойника впускным устройством, которое выполнено в виде зубчатого водослива с затоп­

заменена полупогружной перегородкой, разделяющей площадь зеркала воды отстойника на две части в отно­ шении 1:1. Подводящий лоток с зубчатым водосливом выполняется с наклонным днищем, уменьшающим живое сечение потока по ходу движения воды, и размещается с внутренней стороны полупогружной перегородки. В центре отстойника расположена воронка для сбора всплывающих веществ. Осветленная вода собирается в периферийном лотке, примыкающем к ограждающей конструкции отстойника. Взвешенные вещества удаляют­ ся в основном при изменении направления потока под полупогружной перегородкой. Всплывающие вещества практически не выносятся из отстойника, так как они отделяются в пределах нисходящего потока, ограничен­ ного полупогружной перегородкой, и легко удаляются через воронку при повышении уровня воды в отстойнике. При одинаковом эффекте задержания взвеси производи­ тельность отстойников с нисходяще-восходящим потоком выше производительности обычных вертикальных отстой­

ников.

Горизонтальные отстойники рекомендуется приме­ нять при расходе сточной воды более 15 тыс. ж3 в сутки,

39