4. Отстаивание воды. Конструкции и принцип работы сооружений

Осаждение взвешенных частиц происходит под действием силы тяжести. Современные конструкции отстойников, применяемые для осветления воды, являются проточными, так как осаждение взвеси в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. Скорости движения воды в отстойниках должны быть малы: они измеряются десятыми долями мм/с в вертикальных и несколькими мм/с – в горизонтальных, тонкослойных и радиальных отстойниках. При таких малых скоростях поток почти полностью теряет свою так называемую транспортирующую способность, обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Осаждение взвеси в потоке, движущемся с весьма малой скоростью, происходит практически по законам осаждения в неподвижном объеме жидкости и характеризуется их гидравлической крупностью - скорость осаждения частицы (гидравлическая крупность), которая определяется по формуле Стокса:

,

где: - плотность частицы; - плотность жидкости; - ускорение свободного падения.

Этот закон (при Re = <10) определяет силу сопротивления, которую испытывает частица при своем падении в жидкости, и которая изменяется пропорционально скорости, т. е. по линейному закону. Закон справедлив для частиц очень малого размера, осаждающихся с малой скоростью (ламинарный режим).

Как показала практика применение отстойных сооружений перед отстаиванием, необходимо время для образования и созревание хлопка коагулянта с тем, чтобы в отстойниках проходил только процесс отстаивания. Очень часто для этого используется отдельные сооружения, которые получили название камеры хлопьеобразования (КХО).

Камеры хлопьеобразования служат для плавного перемешивания обрабатываемой воды (в свободном ее объеме) с растворами вводимых реагентов и, прежде всего коагулянта. При этом кристаллизация и укрупнение хлопьев коагулянта происходит постепенно в течение некоторого времени, обычно не более 6…30 минут.

По принципу действия камеры хлопьеобразования подразделяют на гидравлические и механические (флокуляторы). Для водоочистных станций большой производительности обычно используются камеры хлопьеобразования гидравлического типа: вертикальные (вихревые), зашламленные (камеры хлопьеобразования со взвешенным осадком), водоворотные, перегородчатые (поворотные) с горизонтальным или вертикальным движением воды, а также камерам с рециркуляцией осадка.

2 раза.

Рис. 1. Схема перегородчатой камеры хлопьеобразования с горизонтальной циркуляцией воды

1 – отверстие в стенке для выпуска осадка; 2 – подвод воды; 3 – обводной канал; 4 – промежуточный выпуск; 5 – выпуск воды; 6 – выпуск осадка

Рис. 2. Вертикальная камера хлопьеобразования

1 – подвод исходной воды; 2 – отвод воды после камеры хлопьеобразования; 3 – кольцевой желоб

В практике водоподготовки для предварительного осветления воды перед поступлением ее на скорые фильтры применяют горизонтальные, вертикальные, радиальные и тонкослойные отстойники.

Радиальный отстойник – круглый в плане железобетонный резервуар, высота которого невелика по сравнению с его диаметром. Вода в отстойнике движется от центра к периферии в радиальном направлении, близком к горизонтальному. Радиальные отстойники из-за неудовлетворительной гидродинамической структуры потока, содержащей мелкодисперсные примеси, в практике водоподготовке населенных мест не нашли применения. Их рекомендуется использовать при обработке высокомутных вод и в системах оборотного водоснабжения [1,3,4].

Вертикальные отстойники рекомендуется использовать при мутности до 1500 мг/л и цветности до обрабатываемой воды и при производительности водоочистного комплекса до 5000 м³/сут, хотя нормативными документами их производительность не ограничена.

Вертикальный отстойник проектируется со встроенной камерой хлопьеобразования водоворотного типа в центральной трубе и с конусным днищем для накопления и уплотнения осадка. Угол между наклонными стенками, образующими днище, следует принимать .

В вертикальном отстойнике при наличии конусообразного днища и отражательного щита выпуск накопившегося и уплотненного осадка может производиться во время работы отстойника.

При числе рабочих отстойников менее шести необходимо предусматривать один резервный.

Высота зоны осаждения вертикального отстойника, которая практически совпадает с его вертикальной частью, составляет 4…5 м, а отношение диаметра к высоте: 1,0…1,5.

Период работы отстойника между сбросами осадка должен быть не менее 6 ч.

Горизонтальные отстойники в отечественной практике рекомендуется применять при мутности до 1500 мг/л и цветности до обрабатываемой воды и при пропускной способности водоочистного комплекса свыше 30 000 м³/сут. В условиях с продолжительными периодами устойчивых минусовых температур устраивают в здании. Обычно со стороны входа воды отстойники совмещают с камерами хлопьеобразования зашламленного или вихревого типа. В южных районах с теплым климатом отстойники устраивают открытыми.

Рис. 3. Вертикальный отстойник со встроенной камерой хлопьеобразования водоворотного типа

1 – подача исходной воды; 2 – камера хлопьеобразования водоворотного типа; 3 – кольцевой водосборный желоб; 4 – радиальный водосборный желоб; 5 – отвод осветленной воды; 6 – гаситель; 7 – удаление осадка; 8 – зона осветления воды; 9 – зона накопления и уплотнения осадка

Рис. 4. Схема работы горизонтального отстойника

1 – подача исходной воды; 2 – отвод очищенной воды; 3 – распределительный лоток; 4 – сборный лоток; 5 – дырчатые перегородки; 6 – дырчатые трубы для сбора осадка; 7 – зона осаждения взвеси; 8 – зона накопления осадка; 9 – отвод осадка

Горизонтальный отстойник (рис. 4) – прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, в котором осветляемая вода вдоль отстойника движется в горизонтальном направлении.

Различают одно- и двухэтажные горизонтальные отстойники. Отстойники, используемые для предварительного осветления воды, могут быть устроены в земле с креплением или без крепления откосов.

Отстойник разделяют в продольном направлении перегородками на самостоятельно действующие секции шириной 3…6 м (в зависимости от шага колонн, поддерживающих перекрытие). При количестве секций менее шести необходимо предусматривать одну резервную. Длину секции отстойника принимают в 8…10 раз больше принятой ширине, но не более 60 м. Для равномерности распределения воды в поперечном сечении около стен отстойника устраивают вертикальные дырчатые перегородки, принимая диаметр отверстий 80…100 мм и располагая их рядами по ширине и высоте в шахматном порядке.

Дно отстойника имеет продольный уклон не менее 0,005 в направлении, обратном движению воды. В поперечном направлении оно может быть плоским или призматическим с углом наклона граней .

Для удаления осадка без отключения отстойника из работы [Журба, Сомов, Николадзе] предусматривают гидравлические системы в виде перфорированных труб, которые обеспечивают его удаление в течение 20…30 мин под действием гидростатического давления.

Горизонтальные отстойники с рассредоточенным по площади сбором осветленной воды оснащены системой горизонтально расположенных желобов с затопленными отверстиями или треугольными водосливами, либо перфорированных труб, расположенными на участке 2/3 длины отстойника, считая от задней торцевой стенки. Децентрализованный сбор осветленной воды, способствует увеличению коэффициента объемного использования сооружения. Расстояние в осях между водосборными трубами или желобами назначают до 3 м.

Тонкослойные элементы или блоки могут выполняться из мягких или полужестких полимерных пленок, соединенных в сотовую конструкцию, или из жестких листовых материалов в виде отдельных полок. Размеры в плане отдельных блоков для удобства их монтажа и эксплуатации следует принимать в пределах 1х1…1,5х1,5 м с учетом фактических размеров сооружения. Высоту поперечного сечения тонкослойного ячеистого элемента рекомендуется принимать в пределах 0,03…0,05 м. Ячейки могут быть приняты любой формы, исключающей накопление в них осадка. Угол наклона элементов необходимо принимать в пределах 50… (меньшее значение для более мутных вод, большие - для маломутных).

Рис. 5.8. Схемы тонкослойных отстойников

а – противоточная; б – прямоточная; в – перекрестная; 1 – подача исходной воды; 2 – отвод осветленной воды; 3 – тонкослойные модули; 4 – трубопровод удаления осадка; 5 – отвод нефтепродуктов в взвеси с  < 1 т/м³.

Длину тонкослойных элементов определяют специальным расчетом в пределах 0,6…1,5 м. Установку отдельных блоков следует осуществлять с помощью специальных несущих конструкций, расположенных под или над ними, а также путем их крепления к элементам сборной системы (желобам, лоткам, трубам) и промежуточным стенкам сооружения. При этом могут быть использованы стальные или полимерные трубы, арматурная проволока, профилированные конструкции. При монтаже блоков необходимо обеспечить герметичность мест их примыкания к внутренним стенкам сооружения, например с помощью резиновых прокладок.

Сбор осветленной воды из тонкослойных сооружений следует осуществлять желобами с затопленными отверстиями или открытыми водосливами, например, треугольного профиля, расположенными на расстоянии не более 2…3 м друг от друга.