Отстойники: от статических до тонкослойных
Опубликовано: 15 ноября 2007 г.
1175
В системах водоснабжения отстойники используются для предварительного осветления воды с мутностью более 2 г/л. Для эффективного отстаивания необходимо максимально снизить скорость протекания воды через резервуар. Другой важный фактор, влияющий на полноту осаждения, – длительность отстаивания. Как правило, скорость протекания воды составляет от 0,25 до 0,5 м/мин, длительность процедуры – 1,5–2,0 ч. Габаритные размеры отстойников могут значительно различаться – от несколько метров в индивидуальных системах водоснабжения частных коттеджей до десятков и даже сотен метров с производительностью от 30 до 50 тыс. м3/сут на водоочистных станциях.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Отстаивание – широко распространенный способ удаления из воды грубодисперсных механических примесей. В зависимости от плотности вещества, в процессе отстаивания частицы дисперсионной фазы всплывают на поверхность воды или оседают на дно резервуара, образуя осадок. В ряде случаев осаждение сопровождается укрупнением частиц. Этот метод используется в системах водоснабжения и канализации, при очистке сточных вод, в технологических установках биологической очистки стоков. Кроме того, воды из открытых источников подвергаются отстаиванию для того, чтобы предотвратить истирание лопастей гидротурбин и частей насосов крупными (более 0,25 мм) твердыми примесями в системах гидроузлов и ГЭС. В ирригационных системах отстаивание позволяет избежать засорения оросительных каналов илом. Удаление из воды механических примесей в процессе отстаивания происходит в специальных резервуарах или открытых емкостях – отстойниках. Их конструкция и размеры существенно отличаются в зависимости от области применения.
В системах водоснабжения отстойники используются для предварительного осветления воды с мутностью более 2 г/л. Для эффективного отстаивания необходимо максимально снизить скорость протекания воды через резервуар. Другой важный фактор, влияющий на полноту осаждения, – длительность отстаивания. Как правило, скорость протекания воды составляет от 0,25 до 0,5 м/мин, длительность процедуры – 1,5–2,0 ч. Габаритные размеры отстойников могут значительно различаться – от несколько метров в индивидуальных системах водоснабжения частных коттеджей до десятков и даже сотен метров с производительностью от 30 до 50 тыс. м3/сут на водоочистных станциях.
Отстойники подразделяются на статические (или периодического действия) и динамические (или непрерывного действия). В первых отстаивание происходит после наполнения сооружения водой, во вторых удаление примесей производится при её непрерывном течении.
Статические резервуары
Значительную часть статических отстойников составляет оборудование, применяемое для очистки сточных вод от примесей нефти и нефтепродуктов. Загрязнение стоков такими видами примесей обычно происходит на нефтетранспортных и нефтеперерабатывающих предприятиях, автомойках и т.д. Для очистки используют стальные или железобетонные резервуары, работающие не только в режиме отстаивания, но и как емкости-накопители или резервуары буферного типа – для равномерной подачи сточных вод на дальнейшую очистку. В них же происходит и отстаивание.
Статические отстойники имеют довольно простую конструкцию. Они оснащаются устройством измерения уровня и трубопроводами для впуска и выпуска воды. После заполнения резервуара стоками производится отстаивание, затем удаляются всплывшие примеси и производится слив осветленной воды. Для удаления осадка со дна резервуара служит дренаж из перфорированных труб.
Эффективность процесса очистки определяется составом удаляемых примесей. Нефть и ее производные в водной фазе могут находиться в трех состояниях – растворенном, нерастворенном и в виде трудноотделимых фракций. При отстаивании на поверхность воды всплывает около 90 % легко удаляемых нерастворимых примесей и лишь незначительная часть трудно удаляемых фракций. Как правило, этого недостаточно для передачи стоков на следующую ступень обработки. Поэтому для эффективного удаления примесей используют последовательно два и более отстойников буферного типа.
Горизонтальные
В зависимости от направления основного потока очищаемой воды динамические отстойники подразделяются на горизонтальные, вертикальные, радиальные и тонкослойные. Наиболее распространены конструкции первого типа, применяемые для доочистки воды без химической реагентов. При использовании коагулянтов горизонтальные отстойники эффективны при расходе воды от 15 до 50 тыс. м3/сут. Как правило, в них может быть удалено до 60 % взвешенных примесей.
Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Длина сооружения может достигать 50 м, ширина – в 3–5 раз меньше. Обычно глубина отстойника не превышает 4 м, при этом толщина водного слоя должна составлять 2,0–2,5 м.
Исходная вода поступает в резервуар через ряд отверстий в торцевой стенке, после чего скорость ее течения понижается специальной перегородкой. Очищенная вода выводится с противоположной стороны сооружения. Поскольку б`ольшая часть примесей выпадает в начальной стадии отстаивания, приямки для сбора и удаления осадка располагаются около входа в отстойник. Осадок, не попавший в приямок, счищается со дна специальным устройством. Оно состоит из скребков, перемещаемых по дну с помощью цепей и зубчатых колес. Это устройство также собирает всплывшие на поверхность воды примеси, направляя их к специальному желобу. Для удаления осадков применяются несколько способов – слив по расположенным на дне трубам, выдавливание напором воды по иловым трубам, с помощью плунжерного насоса. К недостаткам горизонтальных отстойников относятся высокая стоимость монтажа, низкая надежность скребкового механизма, а также образование застойных зон, где удаление осадка не происходит.
Вертикальные
Другой распространенный тип динамических отстойников – вертикальные. Они представляют собой цилиндрический резервуар с днищем конической (или пирамидальной) формы. Вертикальные отстойники обычно применяются для удаления взвеси после очистки воды методом коагуляции на водоочистных станциях производительностью около 3 тыс. м3/сут. Также они широко используются на станциях водоочистки для первичного и вторичного отстаивания. Как правило, резервуар устанавливается в котлован глубиной 7–9 и диаметром около 5 м. При меньших размерах он может быть смонтирован на фермах.
Вода поступает по вертикальной трубе в нижнюю часть цилиндра. Распределительный щит, установленный перед выходом из трубы, рассеивает поток в горизонтальной плоскости. Осадок собирается в конической части, а очищенная вода восходящим потоком поднимается вверх и переливается через круговой водослив в сборный лоток. Перед сливом имеется перегородка для удаления всплывших примесей. Скапливающийся в нижней части аппарата осадок удаляется через специальный бункер. В первичных отстойниках предусматриваются скребковые механизмы для сбора осадка со дна. Как правило, вертикальные отстойники позволяют удалить до 40 % взвешенных примесей.
По сравнению с горизонтальными, вертикальные отстойники отличаются большей простотой конструкции и эксплуатации, а также меньшей стоимостью и габаритами. Важное достоинство сооружений данного типа – значительные размеры кольцевого водослива в верхней части отстойника, что позволяет существенно уменьшить скорость течения воды и за счет этого понизить вероятность выноса осадков из резервуара. К недостаткам данного оборудования следует отнести большую глубину установки, усложняющую строительные работы, особенно при высоком уровне залегания грунтовых вод. Также стоит отметить возможное скопление осадка вдали от разгрузочного люка – в нижней части аппарата, что вызывает необходимость разгрузки вручную.
Радиальные
Сходную с вертикальными отстойниками конструкцию имеют радиальные. Эти железобетонные сооружения могут быть до 100 м в диаметре и 5 м глубиной, но обычно их диаметр составляет от 16 до 60 м, глубина – от 0,1 до 0,15 диаметра. Отвод воды производится через круговой водослив в верхней части сооружения. Осевший на дно осадок собирается вращающимися скребками. Скребковый механизм располагается на одной опоре в центре аппарата. Отстойники этого типа применяются для осветления вод высокой мутности, а также для очистки воды в системах промышленного водоснабжения, на очистных сооружениях производительностью более 20 тыс. м3/сут. Они обеспечивают удаление до 50 % взвешенных веществ.
Применяются конструкции с движением воды от центра к периферии или наоборот. В первом случае имеет место повышение скорости впускаемой воды, что приводит к менее эффективному использованию значительной части сооружения.
Трубчатые и пластинчатые тонкослойные отстойники
Наряду с описанными выше горизонтальными, вертикальными и радиальными конструкциями, к динамическим отстойникам относятся аппараты, в которых движение воды происходит под уклоном. Их появление было вызвано стремлением сократить время отстаивания, которое, согласно законам седиментации, возрастает с увеличением высоты слоя воды, причем основная доля осадка выпадает в начальный период. С учетом этого были разработаны технологии отстаивания с уменьшенной высотой водного слоя и многократным повторением процедуры осаждения. Так возникли тонкослойные отстойники, по своему конструктивному исполнению подразделяющиеся на трубчатые и пластинчатые.
Рабочий элемент трубчатых отстойников – трубки диаметром 2,5–5 см и длиной около 1 м. Длина трубок подбирается в зависимости от степени загрязнения воды и скорости потока, диаметр существенного значения не имеет. Изготавливаются они, как правило, из пластика. Для агрегатов большой производительности используют специальные блоки, состоящие из множества трубок. (Примерная длина такого блока – 3 м, ширина – 0,75 м, высота – 0,5 м.) Комбинация блоков позволяет смонтировать отстойник требующейся производительности.
Трубки в отстойнике могут быть установлены как с небольшим (до 10°), так и с более значительным (до 60°) уклоном. Аппараты с малым уклоном трубок применяют для очистки воды с небольшим количеством механических примесей, при этом эффективность их удаления достигает 85 %. Обычно отстаивание производится в периодическом режиме: осветление воды, пропускание через трубки, промывка отстойника. Если трубки установлены с большим углом наклона, промывка не требуется – сползание осадка происходит параллельно со стеканием осветленной воды.
Сходное устройство имеют отстойники, состоящие из ряда пластин, между которыми протекает вода. В свою очередь, они подразделяются на прямо- и противоточные, а также перекрестные. В первых движение осветленной воды и образованного осадка происходит в одном направлении, во вторых – в противоположных, в третьих – перпендикулярно друг другу. Наибольшее распространение имеют противоточные конструкции.
Общие достоинства тонкослойных отстойников всех типов – увеличение скорости очистки, быстрый монтаж сооружения из готовых блоков, а также экономичность вследствие небольших размеров аппарата и невысоких затрат на строительство. К недостаткам этого оборудования следует отнести необходимость предварительного удаления из воды примесей с большими размерами частиц и загрязнений, плавающих на поверхности. При очистке сточных вод от нефтепродуктов с помощью тонкослойных отстойников сгустки примесей могут быстро привести оборудование в негодность.
Роль отстойников в системах биоочистки
Важную функцию выполняют отстойники при очистке стоков методами биологической обработки. Как правило, в этом случае отстаивание применяется дважды. Перед поступлением сточных вод в биореактор производится первичное отстаивание, так как биоочистка чрезвычайно чувствительна к присутствию механических примесей, особенно песка. Если минеральные частицы вообще не должны попадать в агрегаты биоочистки, то оптимальная концентрация других взвешенных примесей в стоках составляет 100–120 мг/л. Более высокая степень осветления с низкой концентрацией питательных веществ может вызвать недогрузку биореактора и «голодание» активного ила. В то же время недостаточное осветление сточных вод после первичного отстаивания может привести к повышенному содержанию питательных веществ в стоках и вызвать значительный прирост активного ила. При уровнях нагрузки ниже расчетной осадок в первичных отстойниках чрезмерно уплотняется, что затрудняет работу илососов (устройства для удаления осадка) или скребковых механизмов. Напротив, при превышении допустимой нагрузки в осветленной воде остается мутность. В качестве первичных отстойников используются аппараты динамического типа, как правило, горизонтальные или вертикальные.
Остаточная взвесь биомассы и активного ила, выносимая потоком из биореактора, может вызвать вторичное загрязнение стоков. Поэтому крупные хлопья биомассы удаляются вторичным отстаиванием в течение 1,5–2 ч. Собранные осадки биомассы удаляются из отстойников и отправляются на дальнейшую переработку. Обычно для вторичного отстаивания применяются радиальные отстойники, снабженные илососами. В ряде случаев используют двухъярусные отстойники, в которых процессы сбора осадков и их сбраживание протекают в отдельных резервуарах, совмещенных в одном аппарате.
В системах водоснабжения отстойники используются для предварительного осветления воды с мутностью более 2 г/л. Для эффективного отстаивания необходимо максимально снизить скорость протекания воды через резервуар. Другой важный фактор, влияющий на полноту осаждения, – длительность отстаивания. Как правило, скорость протекания воды составляет от 0,25 до 0,5 м/мин, длительность процедуры – 1,5–2,0 ч. Габаритные размеры отстойников могут значительно различаться – от несколько метров в индивидуальных системах водоснабжения частных коттеджей до десятков и даже сотен метров с производительностью от 30 до 50 тыс. м3/сут на водоочистных станциях.
Отстойники подразделяются на статические (или периодического действия) и динамические (или непрерывного действия). В первых отстаивание происходит после наполнения сооружения водой, во вторых удаление примесей производится при её непрерывном течении.
Статические резервуары
Значительную часть статических отстойников составляет оборудование, применяемое для очистки сточных вод от примесей нефти и нефтепродуктов. Загрязнение стоков такими видами примесей обычно происходит на нефтетранспортных и нефтеперерабатывающих предприятиях, автомойках и т.д. Для очистки используют стальные или железобетонные резервуары, работающие не только в режиме отстаивания, но и как емкости-накопители или резервуары буферного типа – для равномерной подачи сточных вод на дальнейшую очистку. В них же происходит и отстаивание.
Статические отстойники имеют довольно простую конструкцию. Они оснащаются устройством измерения уровня и трубопроводами для впуска и выпуска воды. После заполнения резервуара стоками производится отстаивание, затем удаляются всплывшие примеси и производится слив осветленной воды. Для удаления осадка со дна резервуара служит дренаж из перфорированных труб.
Эффективность процесса очистки определяется составом удаляемых примесей. Нефть и ее производные в водной фазе могут находиться в трех состояниях – растворенном, нерастворенном и в виде трудноотделимых фракций. При отстаивании на поверхность воды всплывает около 90 % легко удаляемых нерастворимых примесей и лишь незначительная часть трудно удаляемых фракций. Как правило, этого недостаточно для передачи стоков на следующую ступень обработки. Поэтому для эффективного удаления примесей используют последовательно два и более отстойников буферного типа.
Горизонтальные
В зависимости от направления основного потока очищаемой воды динамические отстойники подразделяются на горизонтальные, вертикальные, радиальные и тонкослойные. Наиболее распространены конструкции первого типа, применяемые для доочистки воды без химической реагентов. При использовании коагулянтов горизонтальные отстойники эффективны при расходе воды от 15 до 50 тыс. м3/сут. Как правило, в них может быть удалено до 60 % взвешенных примесей.
Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Длина сооружения может достигать 50 м, ширина – в 3–5 раз меньше. Обычно глубина отстойника не превышает 4 м, при этом толщина водного слоя должна составлять 2,0–2,5 м.
Исходная вода поступает в резервуар через ряд отверстий в торцевой стенке, после чего скорость ее течения понижается специальной перегородкой. Очищенная вода выводится с противоположной стороны сооружения. Поскольку б`ольшая часть примесей выпадает в начальной стадии отстаивания, приямки для сбора и удаления осадка располагаются около входа в отстойник. Осадок, не попавший в приямок, счищается со дна специальным устройством. Оно состоит из скребков, перемещаемых по дну с помощью цепей и зубчатых колес. Это устройство также собирает всплывшие на поверхность воды примеси, направляя их к специальному желобу. Для удаления осадков применяются несколько способов – слив по расположенным на дне трубам, выдавливание напором воды по иловым трубам, с помощью плунжерного насоса. К недостаткам горизонтальных отстойников относятся высокая стоимость монтажа, низкая надежность скребкового механизма, а также образование застойных зон, где удаление осадка не происходит.
Вертикальные
Другой распространенный тип динамических отстойников – вертикальные. Они представляют собой цилиндрический резервуар с днищем конической (или пирамидальной) формы. Вертикальные отстойники обычно применяются для удаления взвеси после очистки воды методом коагуляции на водоочистных станциях производительностью около 3 тыс. м3/сут. Также они широко используются на станциях водоочистки для первичного и вторичного отстаивания. Как правило, резервуар устанавливается в котлован глубиной 7–9 и диаметром около 5 м. При меньших размерах он может быть смонтирован на фермах.
Вода поступает по вертикальной трубе в нижнюю часть цилиндра. Распределительный щит, установленный перед выходом из трубы, рассеивает поток в горизонтальной плоскости. Осадок собирается в конической части, а очищенная вода восходящим потоком поднимается вверх и переливается через круговой водослив в сборный лоток. Перед сливом имеется перегородка для удаления всплывших примесей. Скапливающийся в нижней части аппарата осадок удаляется через специальный бункер. В первичных отстойниках предусматриваются скребковые механизмы для сбора осадка со дна. Как правило, вертикальные отстойники позволяют удалить до 40 % взвешенных примесей.
По сравнению с горизонтальными, вертикальные отстойники отличаются большей простотой конструкции и эксплуатации, а также меньшей стоимостью и габаритами. Важное достоинство сооружений данного типа – значительные размеры кольцевого водослива в верхней части отстойника, что позволяет существенно уменьшить скорость течения воды и за счет этого понизить вероятность выноса осадков из резервуара. К недостаткам данного оборудования следует отнести большую глубину установки, усложняющую строительные работы, особенно при высоком уровне залегания грунтовых вод. Также стоит отметить возможное скопление осадка вдали от разгрузочного люка – в нижней части аппарата, что вызывает необходимость разгрузки вручную.
Радиальные
Сходную с вертикальными отстойниками конструкцию имеют радиальные. Эти железобетонные сооружения могут быть до 100 м в диаметре и 5 м глубиной, но обычно их диаметр составляет от 16 до 60 м, глубина – от 0,1 до 0,15 диаметра. Отвод воды производится через круговой водослив в верхней части сооружения. Осевший на дно осадок собирается вращающимися скребками. Скребковый механизм располагается на одной опоре в центре аппарата. Отстойники этого типа применяются для осветления вод высокой мутности, а также для очистки воды в системах промышленного водоснабжения, на очистных сооружениях производительностью более 20 тыс. м3/сут. Они обеспечивают удаление до 50 % взвешенных веществ.
Применяются конструкции с движением воды от центра к периферии или наоборот. В первом случае имеет место повышение скорости впускаемой воды, что приводит к менее эффективному использованию значительной части сооружения.
Трубчатые и пластинчатые тонкослойные отстойники
Наряду с описанными выше горизонтальными, вертикальными и радиальными конструкциями, к динамическим отстойникам относятся аппараты, в которых движение воды происходит под уклоном. Их появление было вызвано стремлением сократить время отстаивания, которое, согласно законам седиментации, возрастает с увеличением высоты слоя воды, причем основная доля осадка выпадает в начальный период. С учетом этого были разработаны технологии отстаивания с уменьшенной высотой водного слоя и многократным повторением процедуры осаждения. Так возникли тонкослойные отстойники, по своему конструктивному исполнению подразделяющиеся на трубчатые и пластинчатые.
Рабочий элемент трубчатых отстойников – трубки диаметром 2,5–5 см и длиной около 1 м. Длина трубок подбирается в зависимости от степени загрязнения воды и скорости потока, диаметр существенного значения не имеет. Изготавливаются они, как правило, из пластика. Для агрегатов большой производительности используют специальные блоки, состоящие из множества трубок. (Примерная длина такого блока – 3 м, ширина – 0,75 м, высота – 0,5 м.) Комбинация блоков позволяет смонтировать отстойник требующейся производительности.
Трубки в отстойнике могут быть установлены как с небольшим (до 10°), так и с более значительным (до 60°) уклоном. Аппараты с малым уклоном трубок применяют для очистки воды с небольшим количеством механических примесей, при этом эффективность их удаления достигает 85 %. Обычно отстаивание производится в периодическом режиме: осветление воды, пропускание через трубки, промывка отстойника. Если трубки установлены с большим углом наклона, промывка не требуется – сползание осадка происходит параллельно со стеканием осветленной воды.
Сходное устройство имеют отстойники, состоящие из ряда пластин, между которыми протекает вода. В свою очередь, они подразделяются на прямо- и противоточные, а также перекрестные. В первых движение осветленной воды и образованного осадка происходит в одном направлении, во вторых – в противоположных, в третьих – перпендикулярно друг другу. Наибольшее распространение имеют противоточные конструкции.
Общие достоинства тонкослойных отстойников всех типов – увеличение скорости очистки, быстрый монтаж сооружения из готовых блоков, а также экономичность вследствие небольших размеров аппарата и невысоких затрат на строительство. К недостаткам этого оборудования следует отнести необходимость предварительного удаления из воды примесей с большими размерами частиц и загрязнений, плавающих на поверхности. При очистке сточных вод от нефтепродуктов с помощью тонкослойных отстойников сгустки примесей могут быстро привести оборудование в негодность.
Роль отстойников в системах биоочистки
Важную функцию выполняют отстойники при очистке стоков методами биологической обработки. Как правило, в этом случае отстаивание применяется дважды. Перед поступлением сточных вод в биореактор производится первичное отстаивание, так как биоочистка чрезвычайно чувствительна к присутствию механических примесей, особенно песка. Если минеральные частицы вообще не должны попадать в агрегаты биоочистки, то оптимальная концентрация других взвешенных примесей в стоках составляет 100–120 мг/л. Более высокая степень осветления с низкой концентрацией питательных веществ может вызвать недогрузку биореактора и «голодание» активного ила. В то же время недостаточное осветление сточных вод после первичного отстаивания может привести к повышенному содержанию питательных веществ в стоках и вызвать значительный прирост активного ила. При уровнях нагрузки ниже расчетной осадок в первичных отстойниках чрезмерно уплотняется, что затрудняет работу илососов (устройства для удаления осадка) или скребковых механизмов. Напротив, при превышении допустимой нагрузки в осветленной воде остается мутность. В качестве первичных отстойников используются аппараты динамического типа, как правило, горизонтальные или вертикальные.
Остаточная взвесь биомассы и активного ила, выносимая потоком из биореактора, может вызвать вторичное загрязнение стоков. Поэтому крупные хлопья биомассы удаляются вторичным отстаиванием в течение 1,5–2 ч. Собранные осадки биомассы удаляются из отстойников и отправляются на дальнейшую переработку. Обычно для вторичного отстаивания применяются радиальные отстойники, снабженные илососами. В ряде случаев используют двухъярусные отстойники, в которых процессы сбора осадков и их сбраживание протекают в отдельных резервуарах, совмещенных в одном аппарате.
Поделиться: