14 Ковальчук Очистка стічних вод

мул, що видаляється мулососами з ерліфтами в поперечну трубу, скидається в лоток зворотного мулу, встановлений біля поздовжньої стінки відстійника. Видалення мулу мулососами практично виключає можливість утворення «мертвих зон». Крім того, дно такого відстійника може бути пласким, без влаштування мулових приямків.

Слід відмітити, що у вітчизняній практиці горизонтальні відстійники не набули великого поширення головним чином через відсутність надійних стандартних скребків.

11.2.3. Радіальні відстійники

Радіальні відстійники являють собою круглі в плані резервуари, обладнані трубопроводами для подачі мулової суміші, а також для відведення освітленої води та ущільненого мулу, водорозподільними і водозбірними пристроями, а також скребками або мулососами, призначеними для безперервного видалення із відстійників осілого мулу. Радіальні відстійники застосовують зазвичай на середніх і великих очисних станціях продуктивністю більше 20000 м3/добу.

Таблиця 11.2

Основні параметри типових вторинних радіальних відстійників

Водорозподільні пристрої найчастіше розміщують у центрі відстійника й рідко на його периферії. У залежності від цього рух води у відстійнику може здійснюватись від центру до периферії із зменшуваною швидкістю або у зворотному напрямку із зростаючою швидкістю. При подачі мулової суміші в центрі споруди освітлена вода збирається у периферійний круговий лоток із зубчастим водозливом. У вітчизняній практиці осілій мул зазвичай видаляють за допомогою мулососів, встановлених на радіальній фермі, що обертається.

Розроблені типові вторинні радіальні відстійники діаметрами 18, 24, 30, 40 і 50 м, що дозволяє приймати оптимальне їх число (4-8) на очисних станціях практично будь-якої продуктивності (табл. 11.2).

391

Рис. 11.11. Вторинний радіальний відстійник із збірного залізобетону:

1 - підвідний трубопровід; 2 - люк-лаз; 3 - металевий розподільний кожух; 4 - збірний жолоб; 5 - мулосос; 6 - трубопровід зворотного мулу; 7 - трубопровід спорожнення; 8 - датчики рівня мулу; 9 - електрокабель; 10 - випускна камера; 11 - відвідний трубопровід

392

На рисунку 11.11 зображений радіальний вторинний відстійник діаметром 24 м. По підвідному трубопроводу діаметром 1200 мм мулова суміш надходить у центральний розподільний пристрій, який являє собою вертикальну сталеву трубу з конічним розтрубом, встановленим нижче горизонту води у відстійнику. Виходячи з розтруба, мулова суміш проходить під стінками циліндричного металевого кожуха висотою 1,3 і діаметром 4 м, що забезпечує її заглиблений випуск у відстійну зону. Освітлена вода збирається через водозлив периферійного збірного кільцевого лотка, звідки надходить у випускну камеру. Активний мул, осілий на дно відстійника, через сосуни мулососа й мулопровід під гідростатичним тиском видаляється в мулову камеру. У муловій камері встановлений щитовий електрифікований затвор із рухомим водозливом, що забезпечує можливість як ручного, так і автоматичного регулювання відбору активного мулу із відстійника шляхом плавної зміни гідростатичного тиску від 0 до 1,2 м. Робота затвора автоматизується в залежності від рівня активного мулу у відстійнику. Редуктор приводу ферми дозволяє регулювати швидкість обертання мулососа в межах 1-2 год-1. Для спорожнення відстійника влаштовується спеціальний трубопровід, а дно відстійника влаштовується з похилом 0,005 до периферії.

11.2.4. Тонкошарові муловідокремлювачі

Із закордонної практики відомі приклади успішного застосування тонкошарових муловідокремлювачів замість вторинних відстійників. За звичайних концентрацій активного мулу ці споруди забезпечують необхідний ефект розділення мулової суміші при гідравлічних навантаженнях, збільшених у 1,5-2 рази. Використання тонкошарових муловідокремлювачів може виявитись ефективним і для розділення мулової суміші з аеротенків, які працюють при підвищених концентраціях активного мулу. НДІ ВОДГЕО розроблений метод розділення концентрованих мулових сумішей, перша стадія якого здійснюється в тонкошаровому муловідокремлювачі спеціально запропонованої конструкції, а друга - додаткове освітлення надмулової води, - у освітлювачі, тонкошаровому відстійнику, мікрофільтрі чи у флотаторі [3].

Не менш ефективним способом розділення висококонценрованих мулових сумішей є обладнання звичайних вторинних відстійників тонкошаровими блоками, які забезпечують додаткове освітлення надмулової води. Такі муловідокремлювачі за конструкцією не відрізняються від первинних відстійників із тонкошаровими блоками, що працюють за протиточною, прямоточною чи перехресною схемами. Приклад обладнання вторинного радіального відстійника тонкошаровими блоками наведений на рисунку 11.12.

При проектуванні тонкошарових муловідокремлювачів слід приймати: гідравлічну крупність затримуваного мулу 0,5 мм/с, висоту міжполицево-

393

го простору 0,25-0,3 м, відношення довжини полиць до висоти міжполицевого простору 2-6, кут похилу полиць для забезпечення самопливного видален-

ня мулу - 50-60°.

Рис. 11.12. Радіальний відстійник із тонкошаровими блоками

11.2.5. Муловідокремлювачі із завислим шаром осаду

Ефект розділення мулової суміші в завислому шарі осаду використовується в аеротенках-відстійниках, аеротенках-освітлювачах і аероакселаторах.

Муловідокремлювачі із завислим шаром осаду працюють за тим самим принципом, що і водопровідні освітлювачі. За певних швидкостей вертикального потоку мулової суміші, у ньому формується шар осаду із завислих пластівців активного мулу. Пластівці мулу, які безперервно і хаотично рухаються, знаходяться в стані динамічної рівноваги, зумовленої рівністю середньої швидкості їх осадження та швидкості висхідного потоку, а весь шар осаду в цілому є нерухомим. Слід відмітити, що в умовах стисненого осадження величина пластівців завислого мулу постійно змінюється внаслідок їх злипання й руйнування утворюваних агрегатів під впливом гідродинамічної дії потоку.

Завдяки явищу залежності швидкості стисненого осадження від концентрації мулу в завислому шарі, він існує у досить широкому діапазоні зміни швидкостей висхідного потоку. Із збільшенням швидкості висхідного потоку об’ємна концентрація мулу в завислому шарі буде зменшуватись. При цьому, у відповідності до гідродинамічних законів стисненого осадження, зросте середня швидкість осадження пластівців мулу і між нею, і швидкістю висхідного потоку, встановиться нова динамічна рівновага. При зменшенні швидко-

394

сті висхідного потоку зросте концентрація мулу в завислому шарі, зменшиться середня швидкість осадження пластівців мулу і знову встановиться динамічна рівновага. Верхньою межею швидкості висхідного потоку, після якої наступає розмивання шару осаду й винос частинок мулу з потоком рідини, є швидкість вільного осадження частинок мулу. Мінімальною швидкістю висхідного потоку, при якій розпочинається осадження мулу у вигляді щільної маси, є така швидкість, при якій сили гідродинамічного впливу потоку на частинки мулу менше сили їх тяжіння. Очевидно, що при формуванні шару завислого осаду визначальними є властивості мулової суміші, яка підлягає розділенню.

Об’єм шару завислого осаду постійно збільшується за рахунок надходження нових порцій мулу, тому його надлишок повинен постійно видалятись. Це досягається різними способами, наприклад, шляхом влаштування спеціальних мулових бункерів в аеротенках-відстійниках, звідки він ерліфтами безперервно повертається в зону аерації (див. розділ 10.5.4).

Дослідженнями НДІ ВОДГЕО встановлено, що оптимальна швидкість висхідного потоку в шарі завислого осаду становить 1,2-1,8 мм/с, а його висота - 1,2 м [10]. Для підтримання активного мулу у завислому стані СНиП 2.04.03-85 рекомендується визначати гідравлічне навантаження на муловідо-

кремлювачі qms за значеннями безрозмірного критерією ai Ji (табл. 11.3).

Таблиця 11.3

Залежність гідравлічного навантаження на муловідокремлювачі від безрозмірного критерію ai Ji

11.2.6. Флотаційні муловідокремлювачі

Флотаційні муловідокремлювачі знайшли застосування для розділення концентрованих мулових сумішей ( ai > 3-5 г/л), коли звичайні вторинні

відстійники працюють незадовільно.

Процес розділення мулових сумішей напірною флотацією відбувається у декілька етапів. На першому етапі, внаслідок виділення розчиненого повітря з пересиченого розчину та закріплення його на пластівцях мулу у вигляді бульбашок, відбувається утворення флотокомплексів «частинка мулубульбашка повітря». Далі флотокомплекси спливають із утворенням границі розділу фаз між пінним шаром і освітленою водою. З часом на поверхні утворюється так званий флотаційний шлам, який поступово ущільнюється внаслідок стиснення й видалення води з комірок флотокомплексів.

395

Рис. 11.13. Кінетика флотаційного освітлення мулової суміші при aiJi = 0,481 [3]:

1 - питома витрата повітря 3 л/кг; 2 - питома витрата повітря 1,33 л/кг; 3 - гравітаційне розділення; hосв - висота шару освітленої води; H - початкова висота шару мулу

Рис. 11.14. Залежність концентрації мулу в пінному шарі від мулового індексу й тривалості ущільнення Т [3]:

1 - Т=15 хв; 2 - Т=30 хв; 3 - Т=60 хв; 4 - Т=120 хв; 5 - Т=180 хв

У порівнянні з гравітаційним, флотаційне розділення мулових сумішей відбувається значно швидше і забезпечує більш високий ступінь ущільнення мулу (рис. 11.13 і 11.14).

Дослідженнями, виконаними в НДІ ВОДГЕО, Академії комунального господарства (м. Москва) й інших організаціях, встановлено, що процес флотаційного муловідокремлення доцільно застосовувати при концентраціях мулової суміші до 10 г/л. Основними параметрами, які визначають ефективність розділення мулової суміші, є питома витрата повітря на одиницю маси сухої речовини активного мулу, гідравлічне навантаження на поверхню флотаційного міловідокремлювача та тривалість флотації. У таблиці 11.4 наведені оптимальні значення питомої витрати повітря та тривалості флотації, при яких забезпечується заданий винос мулу з флотаційних муловідокремлювачів. Оптимальні значення гідравлічного навантаження на поверхню флотаційного муловідокремлювача складають 5-8 м3/(м2.год). Збільшення питомої витрати повітря та тривалості ущільнення зумовлює збільшення концентрації флото-

396

ваного мулу. Такий же результат спостерігається і при зменшенні значення мулового індексу для активного мулу, що підлягає розділенню.

Таблиця 11.4

Залежність значень питомої витрати повітря та тривалості флотації від виносу мулу з флотаційних муловідокремлювачів [11]

Для здійснення процесу флотаційного розділення мулової суміші можуть використовуватись флотокамери горизонтального або вертикального типу.

На рисунку 11.15 наведена технологічна схема аеротенків із флотаційним розділенням мулової суміші у флотокамері вертикального типу. Мулова суміш самопливом надходить у зону флотації, куди також подається насичена повітрям робоча рідина - очищена стічна вода. Насичення робочої рідини повітрям під тиском 0,4-0,9 МПа на протязі 2-5 хв здійснюється в напірному баку. Робоча рідина подається в напірний бак за допомогою флотаційного насоса, на перемичці між напірним і всмоктуючим патрубками якого встановлений водоповітряний ежектор для підсмоктування повітря. Знаючи кількість повітря, що розчиняється в робочій рідині при прийнятому тиску, концентрацію мулу в муловій суміші та питому витрату повітря, можна визначити витрату робочої рідини. Зазвичай коефіцієнт рециркуляції робочої рідини складає 300-600 %.

Флотований активний мул за допомогою скребка скидається в радіальний лоток, видаляється з муловідокремлювача та повертається в аеротенк, наприклад, за допомогою ерліфтів. Концентрація флотованого мулу складає 30-40 г/л. Ступінь рециркуляції мулу та його концентрацію в аеротенку можна визначити за даними, наведеними в таблиці 11.5. При цьому питома швидкість окислення забруднень визначається в залежності від БПКповн очищуваних стічних вод і концентрації мулу в аеротенку [10].

Як слідує з таблиці 11.5, застосування флотаційного розділення мулових сумішей дозволяє підтримувати в аеротенках більш високі дози мулу (до 8 г/л) і тим самим значно збільшити їх окислювальну потужність. Крім цього, перевагами флотаційних муловідокремлювачів є менша, у порівнянні з відстійниками, тривалість процесу, постійне підтримання активного мулу в аеробних умовах, можливість відмови від ущільнення надлишкового активного мулу, малі витрати зворотного активного мулу, що дозволяє знизити витрату енергії на його перекачування.

397

Рис. 11.15. Технологічна схема аеротенків із флотаційним розділенням мулової суміші:

1 - очищувані стічні води; 2 - аеротенк; 3 - зворотний (флотований) активний мул; 4 - мулова суміш; 5 - флотаційний муловідокремлювач; 6 - радіальний скребок; 7 - радіальний мулозбірний лоток; 8 - проміжний резервуар очищених стічних вод; 9 - очищені стічні води; 10 - рециркуляційна робоча рідина; 11 - водоповітряний ежектор; 12 - повітря; 13 - флотаційний насос; 14 - напірний бак; 15 - редукційний клапан

Таблиця 11.5

Залежність ступеня рециркуляції та дози мулу від БПКповн стічних вод при їх очистці в аеротенках з флотаційним муловідокремлювачами [10]

Головним недоліком процесу флотаційного розділення мулової суміші є велика витрата електроенергії флотаційними насосами. Часто робота флотаційних муловідокремлювачів супроводжується підвищеним виносом активного мулу. Крім того, у зимовий період флотований мул може замерзати, тому муловідокремлювачі рекомендується розміщувати у приміщеннях.

11.3. Розрахунок вторинних відстійників 11.3.1. Розрахунок вторинних відстійників за СНиП 2.04.03-85

Розрахунок вторинних відстійників усіх типів, що встановлюються після біофільтрів, здійснюється за гідравлічним навантаженням на поверхню

398

де uo - гідравлічна крупність біоплівки, мм/с; Kset - коефіцієнт використання

об’єму вторинного відстійника.

Для біофільтрів на повну біологічну очистку стічних вод гідравлічна крупність біоплівки uo становить 1,4 мм/с. Значення коефіцієнта викорис-

тання об’єму вторинного відстійника приймаються такими само, як і для відповідних типів первинних відстійників, і складають: 0,5 - для горизонтальних, 0,45 - для радіальних і 0,35 - для вертикальних відстійників з центральною трубою.

Площа поверхні вторинних відстійників, що встановлюються після біофільтрів, визначається з урахуванням рециркуляційної витрати

де Q - розрахункова витрата очищуваних стічних вод, м3/год; n - коефіцієнт

рециркуляції, частка одиниці.

Вологість осаду, що видаляється з вторинних відстійників, що встановлюються після біофільтрів, приймається рівною 96 %, вивантаження осаду повинно здійснюватись щодоби.

Вторинні відстійники після аеротенків усіх типів розраховуються за гідравлічним навантаженням на поверхню відстійників qssa , яке визначається за формулою (11.1). Значення коефіцієнта використання об’єму зони відстоювання Kset при цьому становить 0,4 - для радіальних, 0,45 - для горизонтальних і 0,35 - для вертикальних відстійників. Для вертикальних відстійників із периферійним впуском мулової суміші Kset становить 0,5. Глибина зони освітлення Hset для горизонтальних і радіальних вторинних відстійни-

ків приймається з урахуванням нейтрального шару глибиною 0,3 м і шару осаду глибиною 0,3-0,5 м.

Розрахункова площа вторинних відстійників після аеротенків визначається без врахування коефіцієнта рециркуляції

За отриманим значенням площі вторинних відстійників приймається їх кількість, визначається діаметр (для горизонтальних відстійників - довжина і ширина) і підбираються найближчі за розміром типові відстійники. Мінімальна кількість вторинних відстійників становить 3 і у цьому випадку їх розрахунковий об’єм слід збільшувати в 1,2-1,3 рази.

Після підбору відстійників перевіряється навантаження на 1 м збірного водозливу, яке не повинно перевищувати 8-10 л/с.

399

Згідно СНиП 2.04.03-85 мінімальне значення коефіцієнта рециркуляції активного мулу приймається в залежності від способу його видалення із вторинних відстійників і складає 0,3 - для відстійників із мулососами, 0,6 - для відстійників із мулоскребами і 0,6 - при видаленні мулу під гідростатичним тиском.

При вивантаженні осаду під гідростатичним тиском необхідний напір не повинен бути меншим 1,2 м - для вторинних відстійників після біофільтрів і 0,9 м - для вторинних відстійників після аеротенків. Максимальна тривалість перебування біоплівки в мулових приямках вторинних відстійників становить 2 доби, а активного мулу - 2 години.

11.3.2. Розрахунок вторинних відстійників за методом гранично допустимих навантажень

У закордонній практиці розрахунок вторинних відстійників здійснюється за методом гранично допустимих навантажень. При цьому гідравлічне навантаження q чи навантаження на поверхню вторинних відстійників за

завислими речовинами qss не повинні перевищувати деяких граничних зна-

поверхні вторинних відстійників, м2; ai - концентрація активного мулу в ае-

ротенку, г/л.

Звідси можна визначити мінімальну площу поверхні вторинних відстійників

У Чехії розрахунок вторинних відстійників здійснюється за нормами CSN 75 6401 [4], наведеними в таблиці 11.6. При цьому максимальне навантаження на поверхню вторинних відстійників за завислими речовинами приймається рівним 5-6 кг/(м2.год), муловий індекс не повинен перевищувати 180 см3/г , а ступінь рециркуляції - 150 %. Найменша глибина проточної частини

400