14 Ковальчук Очистка стічних вод
.pdf
розрахунками. Звичайно витрата промивної води на один пісковий лоток складає 0,03-0,1 м3/с при напорі 4-6 м і тривалості змиву осаду 1-3 хв.
Рис. 5.11. Схема горизонтального піскоуловлювача з гідромеханічним видаленням осаду
Об’єм піскових приямків піскоуловлювачів розраховують на накопичення не більш ніж дводобового об’єму осаду. При застосуванні гідрозмиву приямки мають форму зрізаного конусу, а при застосуванні скребків - зрізаної піраміди з кутом похилу стінок приямка до горизонту не менше 60о.
Кількість піску, що затримується у піскоуловлювачах, визначають, виходячи з його питомої кількості в розрахунку на одного жителя (табл. 5.5). Вологість піску приймають 60 %, об’ємну вагу - 1,5 т/м3.
Із піскових приямків піскоуловлювачів осад видаляють за допомогою гідроелеваторів, ерліфтів, шнекових чи піскових насосів, багатоковшових екскаваторів.
Найчастіше осад відкачують гідроелеваторами, які виготовляються як нестандартизоване обладнання за кресленнями проектних організацій. Робоча рідина, в якості якої використовується освітлена чи очищена стічна вода, під тиском з великою швидкістю виходить із сопла, що створює розрідження і забезпечує підсмоктування осаду (рис. 5.13). У камері змішування,
121
куди надходить утворена суміш, відбувається перетворення кінетичної енергії потоку в енергію тиску. У дифузорі внаслідок зменшення швидкості потоку відбувається подальше підвищення тиску, що дозволяє транспортувати піщану пульпу до місця призначення. Тиск робочої рідини перед гідроелеватором повинен складати 0,2-0,4 МПа. На 1 м3 осаду, що видаляється із піскоуловлювачів, подається приблизно 20 м3 робочої рідини.
Рис. 5.12. Система гідромеханічного видалення осаду
Перед включенням гідроелеваторів у роботу осад в приямках заздалегідь скаламучується. Для цього в них прокладаються трубопроводи, обладнані соплами, направленими в основу приямків, по яких подається робоча рідина. Вивантаження осаду здійснюється не рідше одного разу в дві доби. Звичайно вивантаження осаду здійснюють один раз у зміну (через 7-8 год).
Зневоднення і підсушування осаду піскоуловлювачів здійснюється на піскових майданчиках чи у піскових бункерах. Далі осад транспортується в місця складування, розміщення яких погоджується з органами державного санітарного нагляду.
Піскові майданчики являють собою дреновані ділянки, огороджені валиками висотою 1-2 м (рис. 5.14). Вони розташовуються по можливості ближче до піскоуловлювачів. Для заїзду автотранспорту в них влаштовуються пандуси з ухилом 0,12-0,2. Розмір майданчиків визначається за навантаженням по осаду, яке приймається рівним 3 м3/(м2.рік). Число піскових майдан-
122
Рис. 5.13. Гідроелеватор для видалення піску із піскового приямка:
1 - напірний трубопровід робочої рідини; 2 - засувка; 3 - патрубок для прочистки звуженої частини гідроелеватора; 4 - пульпопровід; 5 - дифузор; 6 - пісковий приямок; 7 - змішувальна камера; 8 - сопло; 9 - підвідний патрубок
чиків повинно бути не менше двох. Передбачається, що осад періодично видаляється з піскових майданчиків протягом року. Дренажна вода з піскових майданчиків перекачується насосами в «голову» очисних споруд.
Для зневоднення осаду піскоуловлювачів можливе також влаштування накопичувачів із шаром напуску осаду до 3 м. Відстояну поверхневу воду випускають через спеціальні колодязі, обладнані водозливами з рухомою стінкою, - так звані «монахи».
123
Рис. 5.14. Пісковий майданчик
Піскові майданчики і накопичувачі є джерелом забруднення повітря й грунтових вод на території очисної станції, тому їх застосування в нинішній час обмежене. Сучасні способи обробки осаду піскоуловлювачів повинні передбачати відмивання, зневоднення і підсушування піску з наступним використанням його для планування місцевості або в будівництві.
Хороші результати дає відмивання піску у гідроциклонах. Для цього застосовують спеціальні гідроциклони із збільшеним отвором для введення гідросуміші і кутом конусності апарату 30-40о. При цьому вміст піску в осаді горизонтальних піскоуловлювачів може бути доведений до 95-97%.
Для відмивання та зневоднення піску на очисних станціях продуктивністю до 75000 м3/добу рекомендується застосовувати спеціальні циліндроконічні піскові бункери діаметром 1,5-2 м, пристосовані для наступного вивантаження піску в автотранспорт. Такі бункери виконуються по типу тангенційних піскоуловлювачів. Доцільним є застосування бункерів в поєднанні з напірними гідроциклонами діаметром 300 мм (напір пульпи перед гідроциклоном повинен складати 0,2 МПа) (рис. 5.15).
124
Рис. 5.16. Система для видалення води із піскового бункера:
1 - підвідна труба; 2 - відвідна труба; 3 - водозбірний лоток; 4 - рухомий стояк; 5 - шибер; 6 - електропривід; 7 - металеве кільце; 8 - сальник
Рис. 5.15. Піскові бункери:
1 - підвід води в систему опалення; 2 - відвід води з системи опалення; 3 - затвор з електроприводом; 4 - теплоізоляція; 5 - бункер; 6 - гідроциклон; 7 -під- від пульпи до гідроциклонів; 8 - відвід води від гідроциклонів; 9 - відвід дренажних вод
Для цілорічної експлуатації піскові бункери влаштовують в опалюваних приміщеннях з розрахунковою внутрішньою температурою 5 оС чи передбачають їх обігрівання за допомогою змійовиків. Місткість бункерів розраховується на 1,5-5-добове зберігання піску. Число піскових бункерів повинно бути не менше двох.
При експлуатації піскових бункерів найбільші труднощі виникають при видаленні відстояної води і вивантаженні піску в автотранспорт. Як показала практика, серед відомих пристроїв для вида-
125
лення відстояної води (дренажу) найбільш оптимальним є так званий «рухомий стояк» - вертикальна металева труба з овальним отвором, що переміщається вниз і вверх за допомогою електроприводу (рис. 5.16). Застосування цього пристрою дозволяє зменшити вологість піску до 60 %. Для покращання переміщення піску при вивантаженні кут похилу нижньої частини бункера повинен складати 60о, а діаметр люка для вивантаження - не менше 0,6 м [6]. Дренажна вода з піскових бункерів повинна повертатися в канал перед піскоуловлювачами.
Нова технологічна схема обробки осаду піскоуловлювачів розроблена на кафедрі водовідведення Московського державного будівельного університету [7]. Вона включає промивку осаду висхідним потоком води з наступним розділенням піску і органічних включень на барабанному сітчастому сепараторі з одночасним промиванням осаду водою (рис. 5.17).
Рис. 5.17. Схема обробки осаду піскоуловлювачів:
1 - піскоуловлювач; 2 - гідроелеватор; 3 - піскопромивач; 4 - повернення води; 5, 9 - промивна вода; 6 - повітря; 7 - осад у барабанний сепаратор; 8 - барабанний сепаратор сітчастий; 10 - органічний шлам із сепаратора; 11 - бункер для шламу; 12 - пісок; 13 - фільтрат; 14 - пропарочна камера для дезинфекції; 15 - стрічковий вакуум-фільтр; 16 - зневоднений пісок
5.7. Розрахунок піскоуловлювачів
Розрахунок горизонтальних піскоуловлювачів за спрощеним ме-
тодом здійснюється за тривалістю перебування в них стічних вод (не менше 30 с). Довжина піскоуловлювача при цьому визначається за формулою
L = υ max t, м, |
(5.1) |
де υ max = 0,3 м/с - швидкість руху стічних вод у піскоуловлювачі при їх максимальній витраті.
126
Загальна площа поперечного перетину піскоуловлювача складає
F = |
Q / υ max , м2 , |
(5.2) |
а ширина відділення піскоуловлювача - |
|
|
B = |
F / hp N , м, |
(5.3) |
де Q - розрахункова витрата стічних вод, м3/с; hp - робоча глибина піскоуло-
влювача, м; N - кількість відділень піскоуловлювача (не менше двох, причому всі робочі).
Ширину відділень горизонтальних піскоуловлювачів звичайно приймають в межах від 0,5 м до 2 м. Часто ширину відділень приймають в залежності від розмірів стандартних скребків. На крупних станціях піскоуловлювачі із скребками мають ширину 4-6 м.
Отримані розміри піскоуловлювача перевіряють на пропуск мінімальної витрати стічних вод, при якій швидкість потоку не повинна бути мен-
шою 0,15 м/с.
Далі необхідно розрахувати висоту шару осаду, який затримується у піскоуловлювачі hoc . Для цього спочатку визначають загальний об’єм Woc затримуваного осаду
|
N зp p |
T |
|
|
Woc = |
зв |
|
, м3 , |
(5.4) |
1000 |
|
|||
|
|
|
|
|
де Nзвзp - зведене число жителів за завислими речовинами; |
p - кількість оса- |
|||
ду, що затримується у піскоуловлювачах в розрахунку на одного жителя, л/добу (табл. 5.5); T - число діб між чистками піскоуловлювача (звичайно приймається 0,33-2 доби).
Звідси
hoc |
= |
|
Woc |
|
, м. |
(5.5) |
|
L B N |
|||||
Загальна (будівельна) глибина піскоуловлювача визначається за фор- |
||||||
мулою |
h + |
h+ |
|
|
|
|
H = |
h , м, |
(5.6) |
||||
|
б |
p |
oc |
|
||
де hб - висота бортів над рівнем води у піскоуловлювачі (приймається 0,2-
0,4), м.
Розрахунок горизонтальних піскоуловлювачів за методом А.А.Карпінського дозволяє визначити їх розміри в залежності від мінімальної гідравлічної крупності піску, що підлягає затриманню.
Метод базується на елементарній теорії розрахунку горизонтальних відстійників (піскоуловлювач розглядається як горизонтальний відстійник), в
127
основу якої покладені дві передумови: 1) швидкість руху води у всіх точках будь-якого поперечного перетину відстійника однакова; 2) швидкість осадження частинок рівномірна впродовж всього часу їх осадження. При цих передумовах швидкість переміщення частинки у відстійнику є рівнодіючою вертикальної швидкості осадження частинки u і швидкості горизонтального руху води вздовж відстійника υ . Траєкторія руху частинки буде направле-
ною по цій рівнодіючій і являти собою пряму лінію (рис. 5.18). |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
У відстійнику із зада- |
||
|
|
|
|
|
|
ною довжиною L та глиби- |
||||
|
|
|
|
|
|
ною H можливість затри- |
||||
|
|
|
|
|
|
мання частинки буде залежати |
||||
|
|
|
|
|
|
від |
співвідношення швидко- |
|||
|
|
|
|
|
|
стей |
υ |
і u : будуть затриму- |
||
|
|
|
|
|
|
ватись всі частинки, траєкто- |
||||
|
|
|
|
|
|
рія руху яких буде перетинати |
||||
|
|
|
|
|
|
дно довжиною |
L , тобто бу- |
|||
|
|
|
|
|
|
дуть |
|
затримані |
частинки із |
|
Рис. 5.18. Розрахункова схема горизонтального |
гідравлічною крупністю uo і |
|||||||||
більше. Із подібності трикут- |
||||||||||
піскоуловлювача |
|
|||||||||
|
ників AБB і ADС слідує |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
uo |
= |
H |
, звідки L = |
υ H . |
|
|
(5.7) |
||
|
|
|
|
|
||||||
|
υ |
L |
uo |
|
|
|
|
|||
Таким чином, найменша довжина відстійника чи піскоуловлювача, при якій забезпечується затримання частинок з гідравлічною крупністю uo і
більше, при заданій розрахунковій глибині Hs і швидкості руху рідини υ s , складає
Ls = |
1000 Hs υ s |
, м, |
(5.8) |
|
|||
|
uo |
|
|
де 1000 - коефіцієнт переводу розмірності uo з мм/с в м/с.
Формула (5.8) справедлива для ламінарного режиму руху рідини. Але
уреальних відстійниках взагалі, а в піскоуловлювачах зокрема, має місце турбулентний режим. Це призводить до того, що осадження частинок уповільнюється внаслідок наявності у потоці так званих «зважуючих швидкостей» чи вертикальних складових пульсації турбулентного потоку, направлених вгору - в сторону, протилежну напрямку осадження частинки. Зрозуміло, що
увипадку турбулентного режиму можна говорити лише про якусь середню швидкість осадження частинки.
128
А.А.Карпінським запропоновано враховувати зважуючу |
швидкість |
|
ω o при визначенні середньої швидкості осадження частинки |
(5.9) |
|
u = u2− |
ω 2 , мм / с, |
|
o |
o |
|
де u - середня швидкість осадження частинок піску гідравлічною крупністю uo , що мають бути затримані у піскоуловлювачі, мм/с.
За А.А.Карпінським
ω o = 0,05υ max , мм / с, |
(5.10) |
де υ max - максимальна швидкість руху води у піскоуловлювачі, мм/с.
Розрахунок горизонтальних піскоуловлювачів за СНиП 2.04.0385 грунтується на методі А.А.Карпінського, однак формула для визначення довжини горизонтального піскоуловлювача у СНиП 2.04.03-85 наведена у дещо іншому вигляді
Ls = |
1000 |
Ks Hs υ s |
, м, |
(5.11) |
|
|
|
uo |
|||
|
|
|
|
|
|
де Ks - коефіцієнт, що враховує зважуючу швидкість і приймається у залежності від гідравлічної крупності затримуваного піску (табл. 5.9).
|
Значення коефіцієнта Ks |
|
|
Таблиця 5.9 |
||||||||
|
у формулі (5.11) |
|
||||||||||
Діаметр |
Гідравлічна |
|
|
Значення Ks для піскоуловлювачів |
||||||||
частинок |
крупність |
|
горизонтальних |
|
|
|
аерованих при B / H |
|||||
піску, мм |
uo , мм/с |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1,25 |
|
1,5 |
0,15 |
13,2 |
|
|
- |
|
|
|
2,62 |
|
2,5 |
|
2,39 |
0,2 |
18,7 |
|
|
1,7 |
|
|
|
2,43 |
|
2,25 |
|
2,08 |
0,25 |
24,2 |
|
|
1,3 |
|
|
|
- |
|
- |
|
- |
Для інших розрахункових параметрів значення коефіцієнта |
Ks мож- |
|||||||||||
на визначити за формулою |
|
uo |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ks |
= |
|
. |
|
|
|
|
|
(5.12) |
||
|
u2 − ω |
2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
o |
o |
|
|
|
|
|
|
|
Розміри непідтопленого водозливу з широким порогом, який влаштовується на вихідному каналі для підтримання у горизонтальному піскоуловлювачі постійної швидкості (див. рис 5.11), визначаються за формулами
129
|
|
h |
|
− |
k 2/3 |
h |
min |
|
|
||
P = |
|
max |
|
q |
|
|
, м; |
(5.13) |
|||
|
|
|
kq2/3 − |
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
bст = |
|
|
|
|
Qmax |
|
|
)3/2 , м, |
(5.14) |
||
m |
2g (P + |
h |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
||
де P - перепад між дном піскоуловлювача і порогом водозливу, м; bст - ширина водозливу, м; hmax і hmin - глибина води у піскоуловлювачі при максимальній Qmax і мінімальній Qmin витраті і швидкості руху води 0,3 м/с; kq = Qmax - коефіцієнт витрати водозливу, який залежить
від умов бокового стиснення і дорівнює 0,35-0,38.
Розрахунок горизонтальних піскоуловлювачів з коловим рухом рідини здійснюється аналогічно до розрахунку звичайних горизонтальних піскоуловлювачів. При цьому розрахункова довжина піскоуловлювача дорівнює довжині кола, проведеного по середині відстійного жолоба.
Розрахунок тангенційних піскоуловлювачів здійснюється за гід-
равлічним навантаженням на поверхню піскоуловлювача в плані.
Потрібна площа піскоуловлювачів в плані визначається за формулою
F = Q / qo , м2 , |
(5.15) |
де Q - розрахункова витрата стічних вод, м3/год; |
qo - розрахункове гідравлі- |
чне навантаження, м3/(м2.год).
Розрахункове гідравлічне навантаження на поверхню тангенційних піскоуловлювачів в плані рекомендується приймати в межах 90-130 м3/(м2.год) (на малих очисних станціях - 60-80 м3/(м2.год)) [5]. За СНиП 2.04.03-85 розрахунок тангенційних піскоуловлювачів рекомендується здійснювати за гідравлічним навантаженням 110 м3/(м2.год).
Діаметр піскоуловлювача повинен складати
D = F / 0,785 N , м, |
(5.16) |
де N - кількість піскоуловлювачів (не менше двох).
Діаметр тангенційних піскоуловлювачів не повинен перевищувати 6 м, а робоча глибина приймається не більшою величини радіусу.
Розрахунок аерованих піскоуловлювачів здійснюється також за формулами (5.2) і (5.8), але швидкість поступального руху стічних вод при їх
максимальній витраті υ max приймається рівною 0,08-0,12 м/с, а розрахункова глибина Hs приймається рівною половині гідравлічної глибини. Коефіцієнт Ks приймається в залежності від відношення ширини піскоуловлювача Bs
130