Механическая очистка

Механическая очистка предполагает удаление нерастворимых крупных примесей, а также загрязнений, находящихся в коллоидном состоянии, из поверхностных стоков. К сооружениям механической очистки относятся – решетки, сита, песколовки, отстойники, нефтеловушки, фильтры, гидроциклоны, растительные полосы и др.

Решетки применяются для удаления крупных взвешенных частиц и устанавливаются на пути движения сточных вод.

Решетки подразделяются по способу их очистки от осевших на них загрязнений на простейшие, которые очищаются ручным способом, и механические, очистка которых производится с помощью механических приспособлений.

На рис. 4.1. представлена решетка с механизированной очисткой, включающая неподвижную решетку и подвижные грабли для удаления загрязнений. Вся эта конструкция приводится в движение с помощью двигателя через привод с шестеренчатой передачей.

Рис. 4.1. Решетка с механизированной очисткой:

1 – механизированная решетка с граблями; 2 – транспортер

На рис. 4.2. представленна система очистки, которая одновременно задерживает твердые частицы поверхностного стока и перемалывает их.

Рис 4.2. Решетка-дробилка

Принцип дей­ствия такой системы состоит в том, что решетка-дробилка устанавливается в каме­ре с круговым движением сточных вод или на трубопроводе; барабан, приводимый в движение электродвигателем, задерживает твердые вещества, а затем подает их к режущим гребням, перемалывающим твердые частицы, которые затем снова по­ступают в сточные воды.

Для улавливания более мелких взвешенных частиц с размерами 0,5 - 1 мм применяют сита.

Для удаления из сточных вод механических примесей размером более 0,25 мм (песка, окалины) применятся песколовки или песчаные фильтры, принцип действия которых основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости,

Песчаные фильтры устраиваются на поверхности и под землей, при этом обязательным является устройство конструкции для предварительной очистки поверхностных стоков от взвешенных частиц и нефтяных пленок.

Песколовки или песчаные фильтры могут быть горизонтальными, с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальными и с винтовым движением воды (тангенциальные и аэрируемые).

В настоящее время в России и зарубежных странах чаще всего применяются горизонтальные песколовки (рис. 4.3, а), песколовки с прямолинейным и круговым движением воды, а также тангенциальные и аэрируемые песколовки.

Песколовки способны задерживать 65 - 75% всех минеральных загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах. Очистка горизонтальных песчаных фильтров производится с помощью насоса, который откачивает песок с водой из приямка, расположенного в головной части песколовки.

Песколовка, движение воды в которой происходит по кольцевому лотку, представлена на рис. 4.3, б. Принцип действия этой песколовки состоит в том, что выпавший песок, попадая через щели в конусную часть, откачивается оттуда гидроэлеватором.

Рис. 4.3. Схема песколовки:

а – песколовка на МКАД; б – песколовка с круговым движением воды.

В Германии горизонтальный разработан песчаный фильтр с гидромеханической отмывкой песка, рис. 4.4.

Рис. 4.4. Горизонтальная песколовка с гидромеханической отмывкой песка:

1 – промывные трубы; 2 – промывная камера; 3 – трубопровод от насоса; 4 – промывные отверстия; 5 – клапан; 6 – трубы на песковые площадки

Тангенциальные песколовки представляют собой конструкцию, имеющую круглую форму в плане, а подвод сточных вод к ним осуществляется по касательной линии, что вызывает вращательное движение потока. При одновременном поступательном и вращательном движении создается винтовое движение потока, что способствует отмывке от песка органических соединений и исключает их выпадение в осадок.

В Европе и США широко применяются аэрируемые песчаные фильтры или песколовки, рис. 4.5, в которых так же, как и в тангенциальных песколовках, возникает винтовое движение жидкости, а в качестве аэратора применяются перфорированные трубы с отверстиями 3 - 5 мм или фильтрующие пластины.

Рис. 4.5. Аэрируемая песколовка с гидромеханическим удалением песка

1 – воздуховод; 2 – трубопровод для гидросмыва; 3 – смывной трубопровод со спрысками; 4 – аэраторы

На рис. 4.6. представлена песколовка, удачно вписывающаяся в любой природный ландшафт и применяемая на автомобильных дорогах США.

Рис. 4.6. Песколовка, применяемая в США:

1 – канал для перепуска стока; 2 – канал для стока; 3 – сток в испарительный бассейн;

4 – рассеиватели потока; 5 – входное отверстие; 6 – перфорированный коллектор

с решеткой для задержания мусора; 7- фильтрационный бассейн; 8 – песок; 9 – выходное отверстие; 10 – подземный дренаж с применением труб; 11 – каменная наброска

Отстойники или аккумулирующие резервуары, применяются для сбора поверхностных стоков на определенный промежуток времени (не менее суток), в течение которого отдельные загрязняющие вещества выпадают в осадок, рис. 4.7. Степень очистки поверхностных стоков в таких отстойниках низкая, из-за этого их чаще всего применяют для сброса непредвиденных объемов воды во избежание избыточного затопления территории.

Рис. 4.7. Отстойники:

а – пруд-отстойник произвольной формы; б – однокамерный отстойник;

в – многокамерный отстойник.

1 – подводящий коллектор; 2 – вход в первую секцию; 3 – первая секция; 4 – водосброс;

5 – вторая секция; 6 – выход из второй секции; 7 – отводящий коллектор; 8 – вход во вторую секцию; 9 – обгон­ный коллектор; 10 – маслонефтесборники; 11 – участок входа;

12 – мусороулавливающая решетка; 13 – отстойная часть; 14 – фильтры доочистки;

15 – обгонный кол­лектор

По конструктивным особенностям отстойники делятся на горизонтальные (сток движется вдоль отстойника, почти горизонтально), вертикальные (сток движется снизу вверх) и радиальные (сток движется от центра к периферии).

Нефтеловушки предназначены для удаления пленок нефтяных продуктов и смазочных материалов из поверхностных стоков. Скорость движения сточных вод в нефтеловушке составляет 0,005 - 0,01 м/с, при этом всплывает 96 - 98% частиц размером 80 - 100 мкм.

Нефтеловушки, применяемые в основном на строительных площадках, представляют собой механическое устройство, отделяющее нефтяные пленки от воды, которая затем поступает на очистное сооружение.

Существуют также нефтеловушки, представляющие собой комплекс улавливающих бассейнов, располагаемых под землей, которые чаще всего устанавливаются на автозаправочных станциях и территориях парковки автомобилей.

На рис. 4.8. представлена схема типовой нефтеловушки.

Рис. 4.8. Схема типовой нефтеловушки:

1 – сточная вода; 2 – приемная камера; 3 – отстойная зона; 4 – очищенная вода;

5 – вертикальные полупогруженные перегородки; 6 – нефтесборные трубы; 7 – пленка всплывших нефтепродуктов

Грязная вода 1 подается в приемную камеру 2 и, пройдя под перегородкой 5, попадает в отстойную камеру 3, где и происходит процесс разделения воды и нефтепродуктов. Очищенная вода 4 выводится из нефтеловушки, а нефтепродукты 7 образуют пленку на поверхности воды и удаляются специальным устройством.

Подобным образом устроены жироловушки, маслоловушки и смололовушки, использующие принцип разности плотности воды и загрязнений, более легких (например, масло), чем вода.

Для выделения из сточных вод тонкодисперсных твердых и жидких частиц, которые не обладают способностью выпадать в осадок, применяется фильтрование.

В качестве фильтрующих материалов используются металлические сетки, тканевые фильтры (хлопчатобумажные, из стекловолокна), керамические, иногда используются зернистые материалы – песок, гравий, торф, уголь и др., рис. 4.9.

Нетканые материалы, благодаря своей структуре, являются хорошей основой, как для создания фильтрующих элементов, так и для использования в качестве сорбентов, при этом сорбционный способ позволяет предотвратить попадание нефтепродуктов в ливневые стоки с автомобильных дорог, стоянок автомобилей и автозаправочных комплексов. Объемно-пористая структура нетканого фильтра по­зволяет снизить концентрацию взвешенных веществ в сточных водах на три порядка и нефтепродуктов на один порядок по сравнению с исходной.

Рис. 4.9. Двухслойный фильтр:

1 – донный клапан; 2 – антрацитовая крошка; 3 – песок; 4 – подача воды на фильт­рование;

5 – отвод профильтрованной воды; 6 – подача воды на промывку; 7 – пе­реливные желоба.

С использованием нетканых материалов изготавливаются сорбционные ма­ты, сорбирующие салфетки, сорбционно-заградительные бумы, представляющие собой многослойные изделия длиной 1-2,5 м. Эти материалы обеспечивают сбор нефтепродуктов, обладают способностью к многократному использованию и легко поддаются утилизации.

Для очистки сточных вод от взвешенных частиц под действием центробежной силы используются гидроциклоны, рис. 4.10.

Рис. 4.10. Напорный гидроциклон:

1 – крышка; 2 – труба; 3 – отверстие; 4 – сливной патрубок; 5 – внутренний винтовой поток; 6 – внешний винтовой поток; 7 – воздушный столб

Принцип действия гидроциклона состоит в том, что вода с высокой скоростью по касательной подается в гидроциклон, при вращении в котором на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, при этом, чем больше разность плотностей частиц, тем лучше разделение

Растительные полосы представляют собой участки с густой растительностью, которые очищают стоки от взвешенных веществ, органических материалов и примесей металлов.

Построенные надлежащим образом растительные полосы способны удалять более 60% взвешенных частиц. С целью очистки стоков укрепление растительностью чаще всего производится на разделительной полосе, рис. 4.11. и в боковых резервах.

Исследования эффективности действия боковых резервов как локальных очистных сооружений, проведенные в зарубежных странах, показали, что они способны на 30 - 90% снижать содержание твердых частиц и на 5 - 40% содержание фосфора в поверхностных стоках с автомобильных дорог.

Рис. 4.11. Очистка стоков на разделительной полосе:

1 – направление потока; 2 – растительный слой повышенной плотности;

3 – задерживающая дамба из дерева; 4 – каменная наброска; 5 – геотекстиль;

6 – арма­турный стержень

Для предотвращения преждевременного разрушения растительной полосы на разделительной полосе необходимо устраивать укрепление вдоль ее кромки. На рис. 4.12, 4.13 представлен способ очистки стоков на разделительной полосе и рядом с тротуарами с помощью растительности, применяемый в городах.

Рис. 4.12. Система очистки стоков на разделительной полосе с помощью растительности:

1 – фильтрационный материал диаметром 0,5 мм; 2 – геотекстиль;

3 – перфориро­ванная труба; 4 – густая растительность

Рис 4.13. Система очистки стоков у тротуара:

1 – направление стока; 2 – растительность; 3 – краевая полоса, укрепленная цементобетонном; 4 – резервуар для временного размещения стока; 5 – фильтрация стока; 6 – перфорированная труба; 7 – обычная труба для отвода стока

На степень очистки поверхностных стоков непосредственно влияет высота растительного покрова резерва, уклон дна резерва и показатели фильтрации грунтов, слагающих дно резерва. Боковые резервы, укрепленные растительностью, способны вызывать загрязнение грунтовых вод, поэтому в отдельных случаях их применение в качестве очистных сооружений не допускается.

Для повышения очистной способности растительных полос необходимо своевременно убирать мусор, крупные каменные материалы с поверхности разделительных полос и из резервов окашивать растительность, а также засевать новой растительностью поврежденные участки резервов.