Отстойники. 
Водоснабжение и водоотведение

Отстаивание — наиболее простой, дешевый и широко применяемый в практике метод выделения из сточных вод взвешенных веществ, а также получения определенного качества осветленной воды. В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяют или в целях предварительной их обработки перед очисткой на других сооружениях, или как единственный способ очистки, если, но местным санитарным условиям требуется выделить из сточных вод только нерастворенные примеси.

В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции их подразделяют на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники, устраиваемые перед сооружениями для биохимической очистки сточных вод; вторичными — устраиваемые для осветления сточных вод, прошедших биохимическую очистку.

Наиболее широко применяемыми типами отстойников являются горизонтальные, радиальные и вертикальные.

Горизонтальный отстойник (рис. 12.4) представляет собой прямоугольный резервуар коридорного типа с иловым приямком, расположенным в начале резервуара. Сточная вода движется прямолинейно и горизонтально. Отстойник оборудован скребковым механизмом, сдвигающим выпавший осадок к приямку. Осадок из приямка удаляется насосами, гидроэлеваторами, грейферами или под гидростатическим давлением.

Горизонтальные отстойники менее чувствительны по сравнению с другими типами отстойников к гидравлическим перегрузкам и изменениям температуры осветляемой жидкости, коэффициент использования объема — 0,5.

Рис. 12.4. Типы горизонтальных отстойников:

а — отстойник фирмы Passavant; б — с цепочным сгребанием осадка; в — с откачкой осадка; г — с дном трапецеидального сечения; д — с многоворонковым дном; 1 — скребковый механизм; 2,4 — подача и отвод воды; 3 — приямки для сбора осадка; 5 — насос; 6 — илосос.

Вертикальные отстойники — это круглые в плане резервуары с коническим днищем или квадратные с днищем в виде пирамидальных приямков, (рис. 12.5). В вертикальных отстойниках сточная жидкость подается в нижнюю часть отстойника, вода движется вертикально вверх, а взвешенные частицы оседают на дно. Для эффективной работы вертикальных отстойников необходимо, чтобы скорость подъема воды была ниже скорости свободного осаждения взвешенных веществ. Вертикальные отстойники могут отличаться конструкцией впускных и выпускных устройств, от чего зависят коэффициент использования объема отстойника и соответственно его производительность. Наиболее распространенный тип впускного устройства — центральная труба с раструбом и отражательным шитом.

Отстойники с вертикальным движением воды получили довольно большое распространение в практике очистки сточных вод благодаря меньшей необходимой площади и большей высоте, которая обеспечивает некоторый запас в общей вертикальной схеме очистных сооружений, а также удобству удаления из них осадка, выпуск которого из конусной части производится по иловой трубе под гидростатическим давлением.

Рис. 12.5. Схема первичного вертикального отстойника:

1 — отражатель; 2 — удаление осадка; 3 — выпуск пены; 4 — центральная подающая труба; 5 — лоток подачи воды в отстойник; 6 — сборник пены; 7 — периферийный сборный кольцевой лоток; 8 — отвод осветленной жидкости; 9 — зона осветления; 10 — корпус отстойника; 11- зона накопления и уплотнения осадка Вертикальные отстойники используют на небольших станциях производительностью до 20 000 м3/сут. Коэффициент объемного использования для них принимается 0,35.

Для бытовых сточных вод скорость движения потока принимают равной 0,7 мм/с. Продолжительность отстаивания зависит от требуемой степени осветления сточных вод и принимается до 1,5 ч.

Площадь f центральной трубы (или общую площадь всех труб, если имеется несколько отстойников) определяют по максимальному секундному расходу сточной жидкости q (в л/с) и скорости в центральной трубе v1 (в мм/с). Величина п, не должна превышать 100 мм/с при наличии отражательного щита.

Высота проточной части отстойника или длина центральной его трубы h1 = vt, но не менее 2,75 м. Общий объем проточной части всех отстойников (в м3).

где Q — средний суточный расход; k — коэффициент неравномерности притока сточной жидкости.

Общая полезная, или рабочая, площадь отстойников F, = W/h1.

Площадь отстойников в плане определяют как сумму полезной их площади F, и площади f, занимаемой центральной трубой (или центральными трубами):

Диаметр вертикального отстойника не должен превышать его рабочую глубину более чем в 3 раза.

Эффект осветления сточной воды в вертикальных отстойниках составляет 50%.

Количество отстойников зависит от принятого конструктивного типа, диаметра одного отстойника и расчетного расхода сточной жидкости.

Иловую часть отстойника делают конической (для круглых отстойников) или пирамидальной (для прямоугольных отстойников) с углом наклона стенок днища или ребер пирамидальной части не менее 45°, чтобы обеспечить сползание осадка. Внизу конуса (или пирамиды) устраивают площадку шириной или диаметром 0,4 м.

В отстойниках диаметром более 7 м, кроме сборных лотков по периферии, делают дополнительные радиальные лотки с тем, чтобы нагрузка осветленной сточной воды на 1 м длины сборного лотка была не более 1,5 л/с.

Радиальный отстойник представляет собой круглый в плане резервуар, сточная вода подается по центральной трубе и движется от центра к периферии (рис. 12.6). Осветленная сточная жидкость отводится через водослив в круговой периферийный лоток. Коэффициент использования объема в радиальных отстойниках 0,45. Осадок из радиального отстойника удаляется насосами из центрально расположенного илового приямка, куда сдвигается с помощью илоскребов. Радиальные отстойники применяются при производительности очистной станции более 20 000 м3/сут.

Особенностью гидравлического режима работы радиальных отстойников является то, что величина скорости движения воды в них изменяется от максимального ее значения в центре отстойников до минимального у периферии.

Радиальные отстойники применяют как в качестве первичных, так и вторичных. Отношение диаметра отстойника к его глубине у периферийного водосборного лотка может быть от 6 до 10.

Рис. 12.6. Радиальный отстойник фирмы Passavan:

1 — ограждающие конструкции; 2 — распределительный стакан; 3,6 — отвод и подача сточной воды; 5 — сборный лоток; 7 — вращающаяся ферма со скребками; 8 — приямок для сброса осадка; 9 — сброс осадка Расчет первичных радиальных отстойников для бытовых сточных вод производится по максимальному часовому притоку Q. Продолжительность отстаивания при этом равна 1,5 ч. Расчет радиальных отстойников может производиться по нагрузке q сточной жидкости на 1 м² зеркала воды в отстойнике. Для бытовых сточных вод расчетная нагрузка колеблется в пределах от 2 до 3,5 м3/м2/ч.

Площадь отстойникав плане F = Q/q, откуда диаметр отстойника (в м)

Нередко за исходную расчетную величину принимают наименьшую скорость осаждения u0 частиц взвешенных веществ в воде, на задержание которых рассчитывается отстойник. В этом случае F = Q/u0, откуда

Для сбора осадка в центре отстойника устраивают приямок. Объем его определяют по количеству осадка, выпавшего в течение 4 ч.

Минимальное количество отстойников принимается не менее двух.

Существуют радиальные отстойники с периферийным впуском, обеспечивающим поступление сточной воды в зону отстаивания с начальными малыми скоростями. Осветленная вода отводится при этом через центральный кольцевой лоток.

Одной из эффективных конструкций отстойника является отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством. Подача и отвод воды в этом отстойнике осуществляются с помощью вращающегося спаренного радиального лотка, прикрепленного к ферме илоскреба. Сточная вода выходит из подающего лотка, как из сегнерова колеса, и находится в покое до совершения лотком полного оборота и поступления в сборный лоток. Таким образом, отстаивание сточной воды происходит в условиях, близких к статическим, рационально используется объем, в связи с чем производительность отстойника может быть увеличена на 30…40%, а коэффициент объемного использования может быть принят 0,85.

Повысить эффективность первичного отстаивания можно предварительной биокоагуляцией или реагентной обработкой.

При предварительной биокоагуляции активный ил из аэротенков добавляется в специальные камеры или зоны отстойников (первый участок горизонтального, центральная труба в вертикальных и радиальных), предусматриваются аэрируемые отсеки (преаэрация), где происходит смешивание воды и ила и сорбция взвеси на активном иле. При оптимальных параметрах отстаивания это позволяет повысить эффективность удаления взвешенных веществ до 70%, а БПК до 30…40%.

При реагентном отстаивании смешивание сточной воды с реагентом и собственно коагулирование происходят в отдельной камере со специфическим режимом перемешивания и определенной продолжительностью хлопьеобразования. Дозы коагулянтов (сернокислого алюминия или хлорного железа) зависят от содержания загрязнений в исходной воде и обычно составляют 150…250 мг/л. Продолжительность смешивания достигает 1…2 мин, продолжительность хлопьеобразования — 25…40 мин. При добавлении коагулянта могут исчерпываться щелочной потенциал сточной воды и ухудшаться условия коагулирования взвеси. Для оптимизации условий процесса добавляют щелочь (раствор извести или соды). При максимальных дозах коагулянтов доза извести достигает 100 мг/л (по СаО). Осаждение происходит в тех же режимах, что при обычном отстаивании, однако при этом удаляются бо? льшая часть органических загрязнений (до 75%), нефтепродукты и жиры (до 90%), снижается содержание фосфора (до 90%) и тяжелых металлов.