14 Ковальчук Очистка стічних вод

Зона освітлення вертикальних відстійників з низхідно-висхідним рухом рідини поділена на дві рівні за площею дзеркала води частини циліндричною перегородкою, зануреною на 2/3 робочої глибини. Стічні води по лотку або трубопроводу надходять в приймальну камеру, розміщену в центральній частині відстійника, і розподіляються по площі зони освітлення за допомогою периферійного кільцевого лотка із зубчастим водозливом з відбивальним козирком. Завдяки співпаданню напрямків векторів руху потоку води і агломерованої зависі основна маса її випадає в осад ще до надходження потоку освітлюваної води в кільцеву зону відстійника, де під час висхідного руху відбувається додаткове освітлення стічних вод. Освітлені стічні води збираються за допомогою периферійного водозбірного лотка, плаваючі речовини видаляються з центральної частини через приймальну лійку. Коефіцієнт використання об’єму в цих відстійниках підвищується до 0,65, а ефективність освітлення стічних вод досягає 60-65 %.

Конструкцію, подібну до відстійників з низхідно-висхідним рухом рідини, мають вертикальні відстійники з периферійним впуском стічних вод, розроблені НДІ ВОДГЕО. У таких відстійниках стічні води подаються в розподільний периферійний лоток, а з нього надходять в кільцеву зону між стінкою відстійника і струминонаправляючою стінкою. Стічні води рухаються вниз, доходять до відбивального кільця, розміщеного внизу кільцевої зони, після чого надходять у центральну частину відстійника. Освітлені стічні води збираються кільцевим водозбірним лотком із зубчастими водозливами. Коефіцієнт використання об’єму і ефективність освітлення стічних вод в цих відстійниках має такі ж значення, як і для відстійників з низхідно-висхідним рухом рідини.

6.6.Тонкошарові відстійники

Утонкошарових відстійниках відстійна зона поділяється на ряд шарів (ярусів) невеликої глибини hв = 0,025-0,2 м. Процес відстоювання в

них відбувається досить швидко, оскільки шлях руху осаджуваних частинок в десятки разів менший ніж у звичайних відстійниках. Рівномірний розподіл потоку стічних вод, забезпечений на початку споруди, зберігається по всій її довжині, завдяки чому коефіцієнт об’ємного використання зони освітлення в

тонкошарових відстійниках Kset може досягати 0,7-0,8.

Основними елементами тонкошарових відстійників є пластини, що об’єднуються у блоки, які потім певним чином розміщуються в об’ємі споруди. Пластини найчастіше виготовляються із пластмаси, однак вони також можуть бути виготовлені з металевих і азбестоцементних листів, скла чи з тон-

ких полімерних плівок ( δ = 0,15-0,5 мм). За конструкцією тонкошарові бло-

161

Рис. 6.16. Блоки тонкошарових відстійників:

а) - з пласкими пластинами; б) - з гофрованими пластинами; в) - фрагмент розміщення пластин у блоці; г) - з багатокутними трубчастими елементами; д) - з прямокутними трубчастими елементами; 1 - каркас; 2 - пластина; b - відстань між пластинами у блоці

Рис. 6.17. Схема тонкошарового відстійника

ки бувають поличними (пластинчастими), коли яруси утворені пласкими чи гофрованими листами чи полицями, і трубчастими - з тонкошаровими елементами у вигляді труб різного поперечного перетину (круглого, прямокутного, багатокутного) (рис. 6.16). Для забезпечення сповзання осаду з поверхні пластин чи труб вони встановлюються у блоках під кутом α = 45-60о.

У залежності від взаємного напрямку руху води й осаду можливі три схеми роботи тонкошарових відстійників: протиточна - коли рідина і осад

162

рухаються у протилежних напрямках, прямоточна - коли рідина і осад рухаються в одному напрямку і перехресна - коли рідина і осад рухаються у перпендикулярних напрямках. За напрямком руху потоку рідини тонкошарові відстійники бувають з висхідним, з низхідним і комбінованим рухом рідини.

Поличні та трубчасті тонкошарові відстійники за ефективністю затримання завислих речовин практично не відрізняються одні від одних. Близькі також технологічні показники відстійників, які працюють за протиточною, прямоточною чи перехресною схемами. Вибір тієї чи іншої конструкції тонкошарових відстійників для конкретних умов здійснюється на основі тех- ніко-економічних розрахунків. Для очистки міських стічних вод найчастіше використовують тонкошарові відстійники, що працюють за протиточною схемою (рис. 6.17).

Тонкошарові елементи проектують таким чином, щоб в них був забезпечений ламінарний рух води, тобто щоб число Рейнольдса не перевищувало 500:

υ F

Re = νχ ≤ 500, звідки

υ ≤ 500ν χ / F, м / с,

де υ - швидкість руху потоку рідини у міжполичному просторі, м/с; F - площа поперечного перетину потоку, м2; ν - кінематична в’язкість води, м2/с; χ - змочений периметр, м.

Цим умовам відповідають значення швидкості руху потоку рідини у міжполичному просторі тонкошарових відстійниківυ , що не перевищують

10 мм/с.

Оскільки відстоювання стічних вод у тонкошарових відстійниках відбувається в ламінарному режимі, то час проходження частинкою зависі

відстані між пластинами по вертикалі hн буде дорівнювати часу проходження потоком рідини тонкошарового блоку з довжиною пластин Lbl , тобто

hн / uo = Lbl / υ ,

звідки довжина пластин блоку повинна складати

Lbl = υ hн / uo , м,

де uo - гідравлічна крупність частинок зависі, що підлягають затриманню, мм/с.

Зазвичай довжину пластин Lbl приймають із коефіцієнтом запасу

Kз = 1,2-1,5.

163

Загальна ширина тонкошарових блоків Bbl приймається конструк-

тивно, виходячи із ширини секції відстійника, розмірів матеріалу листів блоків і умов їх монтажу.

Обов’язковою умовою, яка повинна виконуватись при конструюванні тонкошарових відстійників, повинно бути щільне стикування пластин у блоках, що встановлюються поряд.

Перевагами тонкошарових відстійників є їх компактність (завдяки малій необхідній довжині блоку), високий ефект освітлення (до 70-80 %), можливість ефективного освітлення стічних вод при високих концентраціях завислих речовин, що погано осаджуються.

6.7. Методи інтенсифікації первинного відстоювання стічних вод

При початкових концентраціях завислих речовин у стічних водах 300-400 мг/л і вище, характерних для режимів ощадливого водоспоживання, необхідний ефект первинного відстоювання може досягати 70-80 %. Первинні відстійники відомих конструкцій забезпечують затримання зазвичай 40-55 % завислих речовин, тому їх концентрація в освітлених стічних водах перед надходженням в аеротенки чи на біофільтри може значно перевищувати рекомендовані значення 100-150 мг/л. У такому випадку для забезпечення необхідного ефекту первинного відстоювання стічних вод необхідно інтенсифікувати процес осадження завислих речовин.

За останній час розроблені й досліджені різноманітні методи інтенсифікації процесу первинного відстоювання стічних вод. Найкращі результати дає введення в стічні води перед первинними відстійниками мінеральних коагулянтів (сірчанокислий алюміній, вапно, сірчанокисле чи хлорне залізо й ін.), а також синтетичних флокулянтів, обладнання відстійників тонкошаровими блоками. Однак найбільшого розповсюдження на міських очисних станціях набули методи інтенсифікації первинного відстоювання, пов’язані з аерацією стічних вод і з використанням біофлокулюючих властивостей надлишкового активного мулу та біоплівки.

Найпростішим методом інтенсифікації є попередня аерація (преаерація) стічних вод, яка здійснюється в каналах, що підводять стічні води до первинних відстійників, чи в спеціальних спорудах - преаераторах, розміщених перед відстійниками. Тривалість аерації при цьому складає 10-20 хв, а витрата повітря - біля 0,5 м3 на 1 м3 аерованих стічних вод. При преаерації стічних вод відбувається флокуляція тонкодиспергованих домішок, завдяки чому завись краще осідає в первинних відстійниках. Крім цього, спостерігається деяке зменшення БПК стічних вод, покращується відділення жирів, масел, нафтопродуктів, унеможливлюються анаеробні процеси у відстійниках, покращується наступна біологічна очистка стічних вод в аеротенках чи на

164

біофільтрах. Однак проста аерація (без добавлення активного мулу) збільшує ефект первинного освітлення стічних вод за завислими речовинами і БПКповн лише на 5-8 %.

Освітлювач з природною аерацією на базі вертикального відстій-

ника із вбудованою камерою флокуляції (рис. 6.18), запропонований проф. С.М.Шифріним, являє собою споруду, в якій аерація відбувається за рахунок підсмоктування атмосферного повітря струминою стічних вод, що падає в центральну трубу з підвідного лотка. Для того, щоб бульбашки атмосферного повітря захоплювались потоком стічних вод і транспортувались разом з ним вниз до виходу в камеру флокуляції, різниця відміток рівнів води в підвідному лотку та в освітлювачі повинна складати 0,6 м, а швидкість руху стічних

вод у центральній трубі - 0,5-0,7 м/с. У камері флокуляції пухирці повітря спливають і аерують стічну воду, що сприяє флокуляції зависі. Тривалість перебування стічних вод в камері флокуляції складає 20 хв, глибина камери приймається рівною 4-5 м. Надлишковий активний мул у стічні води перед освітлювачем не вводять.

165

видаляються у муловий колодязь із кільцевого лотка, розміщеного зовні камери флокуляції.

Згідно СНиП 2.04.03 -85 освітлювачі з природною аерацією забезпечують зниження концентрацій завислих речовин - до 70 %, а БПКповн - до 15 %. Розроблені типові проекти освітлювачів діаметром 6 (ТП 902-2-152) і 9 м (ТП 902-2-153).

Більш ефективною, ніж два розглянуті вище способи інтенсифікації,

є попередня аерація стічних вод разом із надлишковим активним мулом,

який має хороші сорбційні властивості і здатність до біологічної флокуляції. При контакті з неосвітленими стічними водами екзогенні кліткові біополімери забезпечують утворення місткових зв’язків як між собою, так і з іншими частинками мінерального чи органічного походження. Одночасно з біофлокуляцією грубодисперсних домішок на пластівцях активного мулу сорбуються колоїдні і розчинні домішки стічних вод - органічні речовини, іони важких металів, поверхнево-активні речовини, що призводить до певного зниження БПК, покращання якості стічних вод перед первинними відстійниками.

Звичайно у преаератори подають так званий регенерований активний мул (див. розділ 9), біофлокуляційні властивості якого найкращі. При відсутності регенераторів передбачають можливість регенерації активного мулу шляхом його аерації безпосередньо в преаераторах, для чого під регенератори виділяється до 25-30 % від їх загального об’єму. На рис. 6.19 наведена схема двосекційного преаератора коридорного типу, в якому під регенератор виділена третина від його загального об’єму. Розроблені типові проекти блоків

Рис. 6.19. Схема преаератора:

1 - регенератор активного мулу; 2 - преаератор

166

Таблиця 6.5

Параметри типових блоків преаераторів - первинних горизонтальних відстійників

Останнім часом при подачі в преаератори всього надлишкового активного мулу суміш його з осадом первинних відстійників перед стабілізацію додатково ущільнюється.

При розрахунку преаераторів тривалість аерації суміші стічних вод і надлишкового активного мулу приймають рівною 20 хв, питому витрату повітря на аерацію - 0,5 м3 на 1 м3 стічних вод, а інтенсивність аерації - в межах 4- 7 м3/(м2.год). Преаерація з добавленням надлишкового активного мулу згідно СНиП 2.04.03-85 забезпечує збільшення ефективності затримання завислих речовин на 20-25 %, ефект зменшення БПКповн при цьому складає також 20-25 %. За даними проф. С.В.Яковлєва після преаерації з добавленням надлишкового активного мулу ефект освітлення стічних вод у відстійниках зростає ли-

ше до 65 %, а БПКповн зменшується тільки на 15 %.

Попередня аерація стічних вод у каналах чи окремих спорудах має один суттєвий недолік - укрупнені під час преаерації частинки зависі руйнуються під час руху стічних вод до відстійника. Тому доцільним є конструктивне поєднання процесів преаерації та відстоювання в одній споруді, яку називають біофлокулятором.

Біофлокулятор - це первинний відстійник (вертикальний чи радіальний) із вбудованою камерою біофлокуляції. Біофлокулятори влаштовуються на очисних станціях як з аеротенками, так і з біофільтрами. В біофлокулятор подається 50 % надлишкового активного мулу чи 100 % надлишкової біоплівки, яка попередньо регенерується протягом 24 годин у резервуарі, влаштованому по типу аеротенка.

У споруді вертикального типу (рис. 6.21) камера біофлокуляції утворена навкруги центральної труби двома кільцевими перегородками. При подачі повітря у фільтросний аератор виникає ерліфтний ефект, завдяки якому стічні води разом з надлишковим активним мулом чи біоплівкою піднімаються у верхню частину камери, а потім опускаються вниз у кільцевому просторі між перегородками і попадають у зону відстоювання. Тривалість аерації стічних вод в камері біофлокуляції складає 20 хв, а питома витрата повітря на аерацію - 0,5 м3 на 1 м3 стічних вод. Гідравлічне навантаження на зону відстоювання біофлокуляторів не повинно перевищувати 3 м3/(м2.год). Ефективність затримання завислих речовин у біофлокуляторах, що працюють з актив-

168

ним мулом, досягає 75 %, БПКповн при цьому знижується на 35 %. При використанні біологічної плівки ефективність затримання завислих речовин скла-

дає 60-70 %, а зниження БПКповн - 50-55 %.

сивності аерації 2-3 м3/(м2.год) ефективність роботи відстійника збільшується

за завислими речовинами на 40-50 %, а за БПКповн зростає з 15-20 до 30-40 %. У Московському державному будівельному університеті запропоновано до-

датково обладнувати зону відстоювання розглядуваного біофлокулятора низькоградієнтними мішалками, а на виході з неї, перед кільцевим периферій-

Рис. 6.22. Радіальний відстійник із вбудованою камерою біофлокуляції:

I - зона преаерації; II - відстійна зона; 1 - розподільний пристрій; 2 - збірний лоток; 3 - аератори

169

ним водозбірним лотком, влаштовувати тонкошарові блоки, що працюють за перехресною схемою. В такому випадку при оптимальній дозі надлишкового активного мулу 160-200 мг/л, яка відповідає його приросту, ефективність освітлення стічних вод за завислими речовинами складає 75-80 %, а за БПКповн - досягає 50-70 %. Вологість суміші осаду і надлишкового мулу, що вивантажуються із відстійника, складає при цьому 96,0-96,5 %.

Процес освітлення стічних вод можна інтенсифікувати також шляхом переобладнання первинних відстійників у так звані флотаційні біокоагулятори. Спосіб флотаційного освітлення стічних вод у поєднанні з біокоагуляцією активним мулом чи біоплівкою, які мають хорошу здатність до флотації, розроблений в Українському інституті інженерів водного господарства (нині - Український державний університет водного господарства та природокористування) під керівництвом проф. О.П.Сіньова і називається флотаційною біокоагуляцією.

На рис. 6.23 наведена схема переобладнання горизонтального відстійника у флотаційний біокоагулятор. Для видалення найбільш крупних і важких грубодисперсних домішок частина об’єму переобладнаного відстійника, яка розміщена над муловими приямками, відводиться для короткотривалого (10-15 хв) відстоювання стічних вод, інша частина використовується в якості флотаційної камери. Надлишковий активний мул (100 %) подається в канал неочищених стічних вод перед флотаційним біокоагулятором. Робоча рідина (освітлена стічна вода) насичується повітрям, яке засмоктується з ат-

мосфери ежектором, що встановлюється на перемичці між напірною й всмоктувальною лініями насоса. Для забезпечення необхідної тривалості (3 хв) контакту води і повітря для його повного розчинення у робочій рідині на напірній лінії влаштовується спеціальний напірний бак і встановлюється редукційний клапан для підтримання необхідного тиску у напірному баку. Насичена повітрям робоча рідина вводиться у флотаційну камеру через дірчасту трубу, розміщену на початку камери у її придонній

170