14 Ковальчук Очистка стічних вод

частині.

При падінні тиску після редукційного клапану до атмосферного відбувається виділення із робочої рідини дрібних бульбашок повітря, що флотують грубодисперсні забруднення, і на поверхні рідини утворюється шар флотаційного шламу. Флотаційний шлам - це пінний продукт, що утримується на поверхні рідини за рахунок високого вмісту в ньому повітря. Флотаційний шлам швидко зневоднюється й ущільнюється. Видалення флотаційного шламу здійснюється самопливом через поперечні лотки, що встановлюються через 3 м по довжині флотаційної камери. Видалення осаду з мулових приямків здійснюється під гідростатичним тиском.

Можливі схеми переобладнання у флотаційні біокоагулятори горизонтальних, вертикальних і радіальних відстійників та рекомендації щодо їх розрахунку наведені у літературі [9]. При переобладнанні первинних відстійників у флотаційні біокоагулятори приймають: тривалість перебування у флотаційній камері суміші очищуваних стічних вод і робочої рідини - 35-40 хв; коефіцієнт рециркуляції (відношення витрат робочої рідини і очищуваних стічних вод) - 0,5-0,7; тиск насичення робочої рідини повітрям - 0,45-0,50 МПа; дозу повітря - 2-3 % від сумарної витрати робочої рідини і очищуваних стічних вод; вологість видаленого шламу - 94-96 %. Винос завислих речовин із флотаційного біокоагулятора не перевищує 200 мг/л (у складі завислих речовин, що виносяться, основна частина - це життєздатний активний мул).

Переобладнання первинних відстійників у флотаційні біокоагулятори дозволяє скоротити тривалість первинного освітлення стічних вод до 30-40 хв, на 30-40 % знизити БПК5 стічних вод, що надходять в аеротенки. Зниження БПК у флотаційних біокоагуляторах відбувається за рахунок видалення із стічних вод частини розчинних і колоїдних органічних забруднень. Одночасно відбувається також зниження концентрацій СПАР, жирів, нафтопродуктів, іонів важких металів і інших забруднень. Отримання флотаційного шламу низької вологості дозволяє виключити з технологічної схеми ущільнювачі надлишкового активного мулу, зменшити об’єми метантенків чи інших споруд для обробки осадів і шламів. Недоліком флотаційної біокоагуляції є великі витрати електроенергії для перекачування робочої рідини під значним тиском.

6.8. Розрахунок первинних відстійників

Розрахунок первинних відстійників полягає у визначенні їх типу, кількості й основних розмірів, а також витрати затримуваного осаду. Розрахунок відстійників може здійснюватись за різними методами. Найбільш точними є методи, які грунтуються на даних про кінетику випадання зависі, однак застосування знаходять також і методи наближеного розрахунку відстійників.

171

Відомі також методи розрахунку відстійників, розроблені різними авторами: горизонтальних - методи С.М.Шифріна і О.І.Жукова, вертикальних - метод С.М.Шифріна, вертикальних з нисхідно-визхідним рухом рідини - метод А.В.Єршова, з обертовими водорозподільними і водозбірними пристроями - метод І.В.Скирдова.

6.8.1. Методи наближених розрахунків відстійників

Методи наближених розрахунків відстійників застосовують при відсутності даних про кінетику випадання зависі. До таких відноситься, зокрема,

метод розрахунку за навантаженням на поверхню дзеркала води відстійника.

Навантаженням на поверхню дзеркала води відстійника назива-

ється кількість м3 стічних вод за годину (добу), що припадає на 1 м2 поверхні дзеркала води відстійника. Загальна площа поверхні дзеркала води відстійників за цим методом визначається за формулою

де Q - розрахункова витрата очищуваних стічних вод, м3/год; q - наванта-

ження на поверхню дзеркала води відстійника, м3/(м2.год).

У вітчизняній практиці значення навантажень на поверхню дзеркала води приймають рівними: 1-3 м3/(м2.год) - для горизонтальних відстійників, 1,5-3,5 м3/(м2.год) - для радіальних відстійників і 1,9-2,5 м3/(м2.год) - для вертикальних відстійників.

Діаметр радіальних і вертикальних відстійників з центральною трубою далі визначають за формулою

де N - кількість відстійників (не менше двох); d - діаметр впускного пристрою радіального відстійника чи центральної труби вертикального відстійника, м.

Розміри у плані горизонтальних відстійників визначають з урахуванням оптимального співвідношення між довжиною і шириною секції L = (8- 12) B .

Наближений розрахунок первинних відстійників може бути здійсне-

ний за розрахунковою тривалістю відстоювання, яка складає t = 1,5-2 год.

У цьому випадку розрахунковий об’єм зони освітлення відстійників складе

172

де Hset - робоча глибина відстійника, м.

Діаметр радіальних і вертикальних відстійників з центральною трубою далі може бути визначений за формулою (6.8), а довжина горизонтальних відстійників - за формулою

де υ - розрахункова швидкість горизонтального руху стічних вод у відстійнику, яка складає 5-10 мм/с [5].

Ширина однієї секції горизонтального відстійника при цьому складе

Розміри первинних відстійників можуть бути наближено визначені і

за найменшою гідравлічною крупністю частинок, що підлягають затри-

манню у відстійнику. Загальна площа поверхні дзеркала води відстійників при цьому визначається за формулою

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

При відсутності даних про кінетику випадання зависі значення uo

приймають рівними: 0,5-1 мм/с - для горизонтальних і радіальних відстійників та не більше 0,7 мм/с - для вертикальних відстійників. Розміри горизонтальних, радіальних і вертикальних відстійників з центральною трубою далі визначають аналогічно до методу розрахунку за навантаженням на поверхню дзеркала води відстійника.

Недоліком розглянутих вище методів наближеного розрахунку є довільний вибір робочої глибини відстійника.

Розміри горизонтальних відстійників можуть бути визначені на ос-

нові елементарної теорії розрахунку горизонтальних відстійників (див.

розділ 5.7). Як і для горизонтальних піскоуловлювачів при визначенні довжини горизонтального відстійника необхідно враховувати зважуючу швидкість

потоку ω o . За проф. О.І.Жуковим довжина горизонтального відстійника визначається за формулою

де υ - швидкість горизонтального руху рідини у відстійнику, мм/с.

Ширину однієї секції горизонтального відстійника при цьому визначають за формулою (6.12).

173

До методів наближеного розрахунку можна віднести також розрахунок відстійників за номограмами [11].

Слід однак відзначити, що у деяких країнах (ФРН, Польща, Чехія) саме методи наближеного розрахунку первинних відстійників використовуються як основні. При цьому нормуються одночасно тривалість відстоювання стічних вод і навантаження на поверхню дзеркала води (табл. 6.6). Об’єм зони освітлення W визначають за формулою (6.9), загальну площу поверхні дзеркала води відстійників F - за формулою (6.7), а їх робочу глибину - за формулою

дується приймати в межах 1,5-2,5 м (на крупних станціях - до 3 м), мінімаль-

ну довжину - 30 м, відношення довжини до глибини L / B - 15-20 і більше. Найменший діаметр радіальних відстійників приймають 20 м, а розрахункову

робочу глибину Hset від 1,8 до 3,2 м. Найбільш раціональним діаметром

радіальних відстійників вважають 30-40 м, хоча на великих станціях застосовуються відстійники діаметром до 63 м (Мюнхен) [8].

При проектуванні горизонтальних відстійників у Польщі їх робочу глибину Hset приймають в межах 1,5-2,5 м, довжину L - не менше 30 м,

відношення довжини до ширини L / B ≥ 4, а довжини до робочої глибини L / Hset ≥ 15 [6]. Діаметр радіальних відстійників рекомендується приймати

в межах 15-50 м, робочу глибину Hset - в межах 1,5-2,5 м, а відношення діаТаблиця 6.6

Основні технологічні параметри первинних відстійників при максимальній витраті очищуваних стічних вод у суху погоду

174

метра до робочої глибини D / Hset > 6 (бажано D / Hset > 15). Для обох типів відстійників сумарну висоту шару осаду і нейтрального шару приймають в межах 0,4-0,8 м.

6.8.2. Розрахунок відстійників за СНиП 2.04.03-85 6.8.2.1. Розрахунок горизонтальних, радіальних і вертикальних

відстійників

Як вже вказувалося в розділі 6.2, розрахунок первинних відстійників повинен здійснюватись на основі даних про кінетику випадання зависі із реальних стічних вод. Виходячи із відомої сталості складу і властивостей міських стічних вод у СНиП 2.04.03-85 у табличній формі для чотирьох значень початкових концентрацій завислих речовин (100, 200, 300 і 400 мг/л) наведені залежності ефективності освітлення стічних вод від тривалості їх освітлення

tset у шарі рідини глибиною h1= 0,5 м (табл. 6.7). Для інших значень початкових концентрацій завислих речовин залежність між ефективністю E і тривалістю освітлення tset встановлюється методом інтерполяції. На рис. 6.18

зображені криві залежності коефіцієнта агломерації n від початкових концентрацій завислих речовин для значень ефективності освітлення стічних вод 50, 60 і 70 %, наведені у табл. 2 СНиП 2.04.03-85 (для інших значень ефективності освітлення значення коефіцієнта n також визначаються методом інтерполяції). Таким чином, при неможливості виконання відповідних досліджень на реальних стічних водах СНиП 2.04.03-85 рекомендується використовувати наведені в ньому узагальнені дані, які з достатньою точністю відповідають реальним даним про кінетику випадання зависі з міських стічних вод.

Таблиця 6.7

Тривалість відстоювання міських стічних вод в залежності від ефекту їх освітлення при температурі 20 оС

Метод розрахунку первинних відстійників за СНиП 2.04.03-85 передбачає використання типових споруд з відомими розмірами. Таким чином, він

175

полягає у виборі типу і необхідного числа типових відстійників, які забезпечать необхідний ефект освітлення стічних вод. Як відомо, тип відстійників необхідно вибирати з урахуванням прийнятої технологічної схеми очистки стічних вод і обробки осаду, продуктивності очисних споруд, черговості будівництва, кількості експлуатованих одиниць, конфігурації й рельєфу майданчика, геологічних умов, рівня грунтових вод тощо. Необхідна ефективність зменшення концентрацій завислих речовин при первинному освітленні стічних вод визначається за формулою

де Cпзp - початкова концентрація завислих речовин у стічних водах, мг/л;

Cкзp - концентрація завислих речовин в освітлених стічних водах, що пода-

ються в аеротенки чи на біофільтри (приймається не більшою 150 мг/л).

За табл. 6.7 і рис. 6.18 визначаються тривалість відстоювання в стані спокою tset і коефіцієнт агломерації n стічних вод з початковою концентра-

цією завислих речовин Cпзp , при яких забезпечується необхідна ефективність освітлення E в лабораторних циліндрах у шарі рідини глибиною h1= 0,5 м.

Для приведення отриманих даних до натурних далі визначають розрахункову умовну гідравлічну крупність частинок, затримуваних у відстійни-

Рис. 6.18. Залежність коефіцієнта n від концентрації завислих речовин: 1 - при E = 50 %; 2 - при E = 60 %; 3 - при E = 70 %

176

ку з глибиною проточної частини Hset ,

де Kset - коефіцієнт використання об’єму проточної частини відстійника, що

враховує реальну схему потоків рідини у ньому (табл. 6.8); α - коефіцієнт, що враховує вплив мінімальної середньомісячної температури стічних вод (табл. 6.1); ω - зважуюча швидкість, мм/с.

Для типових відстійників при визначанні Hset слід враховувати на-

явність у них нейтрального шару й шару осаду. Величину зважуючої швидкості ω приймають за табл. 6.9 в залежності від швидкості руху потоку рідини у відстійнику υ . У першому наближенні для горизонтальних і радіальних відстійників приймають ω =5-10 мм/с. Для вертикальних відстійників ω =0.

Продуктивність (пропускну спроможність) одного відстійника чи його секції визначають, виходячи із його відомих геометричних розмірів і необхідної ефективності освітлення стічних вод:

- для горизонтальних відстійників

де L і B - відповідно довжина і ширина секції горизонтального відстійника,

м; D - діаметр радіального чи вертикального відстійника, м; d - діаметр впускного пристрою радіального відстійника чи центральної труби вертикального відстійника, м.

Розрахункове число відстійників чи їх секцій визначається за форму-

фактичне число відстійників N ф приймається рівним N p (якщо це ціле число) чи наступному більшому цілому числу після N p . Якщо прийнято міні-

мальне число відстійників ( N ф = 2), то максимальну розрахункову витрату очищуваних стічних вод слід збільшити в 1,2-1,3 рази [5], тобто потрібний

177

об’єм відстійника збільшиться в 1,2-1,3 рази для зменшення перевантаження одного відстійника при виключенні іншого для ремонту.

Після завершення наведених вище розрахунків слід визначити фактичне значення швидкості руху потоку рідини - у горизонтальному відстійнику

178

Якщо фактичне значення швидкості руху потоку рідини значно відрізняється від прийнятого раніше при визначенні uop , то здійснюється пере-

рахунок відстійників з урахуванням отриманого значення υ ф .

У більшості випадків фактичне число відстійників N ф перевищує їх

розрахункове число N p , а це значить, що фактична тривалість освітлення стічних вод буде більшою від розрахункової, внаслідок чого зросте ефективність освітлення стічних вод. Для визначення фактичної концентрації завислих речовин в освітлених стічних водах спочатку визначають фактичну продуктивність одного відстійника

далі за формулами (6.19), (6.20) чи (6.21) - фактичну умовну гідравлічну крупність uoф частинок, затримуваних у відстійнику, а потім за формулою (6.18)

-фактичну тривалість відстоювання у стані спокою tsetф . Далі за таблицею 6.7 методом інтерполяції визначається фактична ефективність освітлення стічних

вод Eф . Таким чином, фактична концентрація завислих речовин в освітлених стічних водах, складатиме

Кількість осаду, що затримується у первинних відстійниках, визначається з врахуванням фактичного ефекту освітлення стічних вод. Маса сухої речовини осаду складає

де K = 1,1-1,2 - коефіцієнт, що враховує збільшення об’єму осаду за рахунок крупних фракцій зависі, які не уловлюються при відбиранні проб для аналізу;

Qдоб - добова витрата очищуваних стічних вод, м3/добу.

Добовий об’єм осаду, що затримується у первинних відстійниках, визначають за формулою

Вологість сирого осаду складає біля 93 % при застосуванні для його перекачування плунжерних насосів і 95 % - при застосуванні відцентрових насосів. Густину сирого осаду міських стічних вод при його вологості до 80 % можна приймати рівною 1 т/м3.

179

6.8.2.2.Розрахунок відстійників з обертовими водорозподільчими

іводозбірними пристроями

Розрахунок відстійників з обертовими водорозподільчими і водозбірними пристроями полягає у визначенні тривалості відстоювання, а з тим і швидкості обертання жолобу

тання об’єму зони відстоювання; uop - швидкість осадження завислих частинок, на затримання яких розраховується відстійник, мм/с.

Робоча глибина зони відстоювання приймається рівною Hset = 0,8- 1,2 м, коефіцієнт використання об’єму зони відстоювання Kset = 0,85 (табл.6.8). Оскільки відстоювання здійснюється у стані спокою то при визна-

За час Tset жолоб повинен здійснити один оберт. У такому випадку продуктивність відстійника (кількість зібраної освітленої води) буде складати

Швидкість обертання жолоба відстійника повинна складати 1 / Tset обертів за годину. При визначенні глибини відстійника враховують висоту нейтрального шару Hн = 0,5-0,6 і висоту мулової частини Ho =0,3-0,4 м.

Форма перегородки, що розділяє водорозподільний і водозбірний лотки, кількість струминонаправляючих лопаток і висота водозбірного водозливу розраховуються за спеціальним рекомендаціями [13].

6.8.2.3. Розрахунок тонкошарових відстійників

Перед початком розрахунку тонкошарових відстійників, що працюють за протиточною схемою (див. рис. 6.17), приймають: висоту ярусу по

вертикалі hв , кут похилу пластин до горизонтуα , швидкість руху потоку у міжполичному просторі υ , кількість секцій N ф і будівельну ширину однієї

180