Файл: Учебное пособие Процессы и аппараты защиты окружающей среды.pdf

85
Рис.2.7. Горизонтальная песколовка. 1 – скребковый механизм,
2 – гидроэлеватор, 3 – бункер
Рис.2.8. Горизонтальная песколовка с гидромеханической системой удаления осадка:
1 – проточная часть песколовки; 2 – песковой лоток; 3 – смывной трубопровод; 4 – перегородка; 5 – песковой бункер
Совершенствование этого вида песколовок привело к соз- данию песколовка с круговым движением жидкости. Она представляет собой круглый резервуар конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды (рис.2.9).
Весь улавливаемый осадок скатывается по конусу в нижнюю часть и проваливается через щель в осадочную часть. Для вы- грузки осадка достаточно гидроэлеватора.
Оптимальная скорость движения воды в горизонтальных песколовках, гидравлическая крупность задерживаемого пес- ка.

86
Горизонтальные песколовки применяют при расходах стоков свыше 10 000 м
3
/сут, а горизонтальные песколовки с круговым движением – до 70 000 м
3
/сут.
Рис.2.9. Горизонтальная песколовка с круговым движением жидкости:
1 – кольцевой желоб; 2 – осадочный конус; 3 – подводящий канал;
4 – отводящий канал
Вертикальные песколовки применяются при накоплении большого количества осадка. Они имеют цилиндрическую форму, а подвод воды осуществляется у основания, а отвод – кольцевым лотком.
Скорость восходящего потока жидкости меньше гидрав- лической крупности песчинок улавливаемого песка. Гидрав- лическая крупность песка такая же, как у горизонтальных пес- коловок. Максимальный расход сточных вод для вертикаль- ных песколовок составляет 10 000 м
3
/сут.
Тангенциальные песколовки имеют круглую в плане форму и касательный подвод воды, который обеспечивает винтообразное движение жидкости по касательной к стенкам песколовки (рис.2.10). На периферии вода движется вниз, а в центре – вверх. С одной стороны поток воды поддерживает во взвешенном состоянии органические вещества, с другой не препятствует выпадению песка в осадок.
Максимальный расход сточных вод тангенциальных пес- коловок составляет 75 000 м
3
/сут.

87
Аэрируемые песколовки имеют удлиненную форму в плане и прямоугольное, полигональное или близкое к эллип- тическому поперечное сечение. Вдоль одной из стенок песко- ловки прокладывается аэратор из дырчатых труб на глубине
2/3 от общей глубины. Благодаря этому поток приобретает вращательное движение с перемещением его у днища от одной стенки к другой.
Рис.2.10. Тангенциальная песколовка с вихревой водяной воронкой:
1 –осадочная часть; 2 – подвижный боковой водослив; 3 – телеско- пическая труба; 4 – рабочая часть; 5 – заглушка; 6 – шнек; 7 – отвер- стие для сбора органики; 8 – электропривод; 9 – отводящий лоток;
10 – подающий лоток

88
Суммирование поступательного и вращательного движе- ний приводит к винтовому движению воды вдоль песколовки.
Продольная скорость составляет 0,05-0,10 м/с, вращательная скорость около 0,3 м/с. Аэрируемые песколовки используются при расходах свыше 20 000 м
3
/
сут.
2.2.2.2. ОТСТОЙНИКИ
Радиальные отстойники (рис.2.11) применяют на станци- ях очистки сточных вод пропускной способностью более
20 000 м
3
/сут. Конструкция радиальных отстойников и обору- дование для удаления осадка зависят от назначения отстойни- ка и вида осадка. В этих отстойниках сточная вода подается по центральной трубе, а осветленная вода отводится в круговой периферийный лоток через зубчатые водосливы.
Рис.2.11. Радиальный отстойник
1 – подача сточной воды; 2 – сборный лоток; 3 – отстойная зона; 4 – иловый приямок; 5 – скребковый механизм; 6 – удаление осадка
Радиальные отстойники оборудованы илоскребами, сдви- гающими выпавший осадок к расположенному в центре ило- вому приямку, из которого осадок удаляется насосами или под гидростатическим давлением. Всплывшие вещества отводятся
2 1
3 5
4 6

89 в поплавковые жиросборники, которые погружаются под воду с помощью рычажного механизма при подходе фермы илоск- реба.
Процесс отстаивания используют и для очистки сточных вод от нефти, масел, смол и др. Очистка от всплывающих примесей аналогична осаждению твердых веществ. Различие состоит в том, что плотность всплывающих частиц меньше, чем плотность воды.
Вертикальные отстойники применяют обычно при низком уровне грунтовых вод и пропускной способности очистных сооружений до 25 000 м
3
/сутки. По конструктивному исполне- нию вертикальные отстойники представляют собой цилиндри- ческие ёмкости с диаметром основания от 3 до 10 м и кониче- ской формой днища для сбора осадка, высотой до 9 метров.
Наиболее распространенным типом отстойника является от- стойник с впуском воды через центральную трубу, снабжен- ную в нижней части раструбом и отражательным щитом
(рис.2.12).
Сточная вода содержит механические примеси различной гидравлической крупности, поэтому при протоке ее в отстой- нике с какой-либо постоянной скоростью частицы этих приме- сей будут занимать самые различные положения. Одни из них при гидравлической крупности (ω
0
) больше скорости движе- ния воды (v) быстро осаждаются на дно отстойника, другие при ω
0
= v находятся во взвешенном состоянии, третьи при
ω
0
< v увлекаются вверх. Последние на своем пути встречают зону воды с массой взвешенных частиц, так называемый взве- шенный слой. Проходя его и сталкиваясь с более крупными частицами, мельчайшие частицы укрупняются, что способст- вует их осаждению.
Вертикальные отстойники имеют преимущества по срав- нению с горизонтальными и радиальными; к числу их отно- сятся удобство удаления осадка и меньшая площадь, занимае- мая сооружением. Однако они имеют и ряд недостатков, из которых можно отметить: а) большую глубину, что повышает стоимость их строительства, особенно при наличии грунтовых

90 вод; б) ограниченную пропускную способность, так как диа- метр их не превышает 9 м.
Рис.2.12. Вертикальный отстойник
1 – отражательный щит; 2 – центральная труба; 3 – 4 труба для вы- пуска осадка; – то же, плавающих веществ; 5 – водосборный лоток;
6 – подводящий лоток; 7 – отводящий лоток
Тонкослойные отстойники применяют для средней и глу- бокой очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефте- продуктов. Процесс осаждения примесей происходит в малом по толщине слое воды внутри тонкослойного модуля с на- клонными элементами. Такая конструкция позволяет быстрее осаждать взвесь, а собранные примеси самотеком сползают по уклону в зону хлопьеобразования и уплотнения осадка.
Конструкция тонкослойного отстойника – круглое или прямоугольное сооружение, разделенное внутри на отдельные слои (ярусы) при помощи наклонных параллельных пластин.

91
Отстаивание воды происходит в каждой секции модуля, а на- клонные пластины служат для удаления собранного осадка.
Большое влияние на эффективность работы тонкослойно- го отстойника оказывает угол наклона пластин. Он должен быть 55-60°. Если угол наклона меньше требуемого, то за- шламляются, ярусы и становится необходимой их периодиче- ская промывка. Если угол наклона выбран с большим запасом, повышается скорость сползания осадка. На границе между сползающим осадком и движущимся потоком воды вследствие сил трения возникают возмущающие потоки, взвешивающие частицы сползающего шлама и вторично загрязняющие поток воды.
Существуют три схемы работы тонкослойных отстойни- ков: противоточная, прямоточная и перекрестная. При проти- воточной схеме осадок движется против движения основного потока; при прямоточной – направления движения этих двух потоков совпадают; при перекрестной схеме осадок движется поперек направления движения основного потока.
Тонкослойный отстойник часто представляет собой обычный отстойник горизонтальный (рис. 2.13), дополненный тонкослойными блоками, благодаря чему увеличивается про- изводительность и повышается эффективность очистки воды.
С этой же целью отстойники радиальные и вертикальные ино- гда дополняют блоками из параллельных пластин, которые можно использовать при реконструкции очистных станций.
Разновидностью тонкослойного отстойника, работающего по противоточной и прямоточной схемам, является трубчатый отстойник, в котором ярусы разделены вертикальными пере- городками на самостоятельные каналы-трубы, что позволяет повысить ламинарность потока воды (рис.2.14).
Использование тонкослойных модулей в отстойниках по- зволяет значительно уменьшить площадь аппаратов.

92
Рис.2.13. Тонкослойный горизонтальный отстойник
1 – подача сточной воды; 2 – выпуск воды; 3 – движение осад- ка; 4 –удаление осадка
Рис.2.14. Тонкослойная нефтеловушка-отстойник
1 2
3 4

93
2.2.3. ФИЛЬТРАЦИЯ И ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ОЧИСТКА
Метод фильтрации применяют для удаления мелкодис- персных примесей, когда отстаивание неэффективно. Разделе- ние проводят при помощи пористых перегородок, пропус- кающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу.
Процесс идет под действием гидростатического столба жидко- сти, повышенного давления перед перегородкой или пони- женного за перегородкой.
По характеру механизма задерживания взвешенных час- тиц различают два вида фильтрования:
1. фильтрование через пленку (осадок) загрязнений, обра- зующихся на поверхности зерен загрузки;
2. фильтрование без образования пленки загрязнений.
В первом случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем образуется слой загрязнений, который является также фильтрующим материалом. Такой процесс характерен для медленных фильтров, которые рабо- тают при малых скоростях фильтрования. Во втором случае фильтрование происходит в толще слоя загрузки, где частицы задерживаются на зернах фильтрующего материала адгезион- ными силами. Такой процесс характерен для скоростных фильтров. Величина сил адгезии зависит от крупности и фор- мы зерен, от шероховатости поверхности и ее химического состава, от скорости потока и температуры жидкости, от свойств примесей.
Для повышения эффекта осветления мутных и малоцвет- ных вод после отстаивания применяют фильтрование воды через так называемые медленные фильтры(со скоростью фильтрования0,1-0,3 м/ч).
Медленный фильтр (рис.2.15) представляет собой резер- вуар, заполненный слоями песка и гравия. Верхний слой высо- той около 1-1,2 мназывается фильтрующим(слой материала в фильтре, задерживающий взвешенные вещества). Он состоит из чистого кварцевого песка с размером частиц от 0,25 до

94 0,35 мм. Поддерживающие его слои состоят из более крупного песка и гравия.
Высота слоя воды над песком в фильтре около 1 м, С те- чением времени на поверхности фильтра образуется пленка из различных взвешенных веществ. За два-три месяца работы фильтра пленка увеличивается и захватывает около 20 мм толщи песка. На плотной пленке могут задерживаться частицы разных размеров и даже микроорганизмы, содержащиеся в воде. Эту пленку называют биологической. Образование плот- ной пленки снижает скорость фильтрования, поэтому ее время от времени удаляют из фильтра вместе с верхним слоем песка и добавляют туда свежий песок.
Обеззараживание воды наблюдается только в средний период работы фильтра. Вначале круп- ные отверстия пор не задерживают бактерий, а при длительной работе фильтра в нем развивает- ся своя микрофлора, ко- торой заражается вода, очищенная в верхних слоях фильтра.
Метод медленной фильтрации применим к водам с цветностью не выше 35°. Для мутных вод он дает высокий эффект осветле- ния, не требует реагентного хозяйства, обходится малым рас- ходом воды на собственные нужды, прост по устройству, час- то используется в питьевом водоснабжении.
Для различных целей очистки воды и для обезвоживания осадков применяются более высокопроизводительные бара- банные, дисковые и ленточные вакуум-фильтры (рис.2.16) не- прерывного действия. Барабанные вакуум-фильтры использу-
1 2
3 4
5
Рис.2.15. Медленный фильтр
1 – слой воды; 2 – песок; 3 – гравийная подложка; 4 – поддерживающая решет- ка; 5 – отвод очищенной воды

95 ют для разделения суспензий, быстро образующих осадок.
Дисковые фильтры предназначаются для фильтрации суспен- зий с невысокой скоростью осаждения твердой фазы, а также для разделения легкоиспаряющихся, вязких и окисляемых компонентов.
Рис.2.16. Дисковый вакуум-фильтр
Осаждение взвешенных частиц под действиемцентро- бежной силыпроводят в гидроциклонах и центрифугах.
Гидроциклон представляет собой цилиндрическую или коническую камеру (рис.2.17). Загрузочный патрубок врезан в верхнюю часть корпуса тангенциально. Через этот загрузоч- ный патрубок суспензия поступает в циклон. Сгущенная сус- пензия или твердые частички, отделяющиеся в камере цикло- на, выгружаются в нижней части камеры через выгрузочный парубок со сменным соплом. В крышке камеры по централь- ной трубке отводится тонкая фракция или осветленная жид- кость. Классификация зерен твердой фазы или разделение фаз происходит за счет центробежной силы, которая возникает в результате вращения потока в камере.
Эффективность работы гидроциклона зависит от многих факторов. Основными из них являются диаметры корпуса, раз- грузочного, сливного и питающего патрубков, угол наклона

96
Рис.2.17. Гидроциклон
Рис.2.18. Фильтрующая центрифуга с периодической загрузкой и ручной выгрузкой
1 – кожух; 2 – ротор; 3 – веретено, на кото- ром закреплён ротор; 4 – отверстие с крыш- кой, через которое загружают и выгружают центрифугу
4 1
2 3 образующей конической части, размер частиц и концентрация твердой фазы в исходном продукте, давление на входе, раз- ность плотностей твердой и жидкой фаз. Гидроциклоны про- сты по устройству, компактны, отличаются высокой произво- дительностью и небольшой стоимостью. Недостаток – высо- кое гидравлическое сопротивление.
Центрифуги (рис.2.18) представляют собой более слож- ную конструкцию и состоят из привода, ротора, корпуса, ра- бочей (роторной) камеры и систем управления. Привод может быть ручным или электрическим, назначение привода – сооб- щить ротору вращательное движение. Ротор представляет со- бой устройство для размещения судов с центрифугируемым веществом. Принцип работы центрифуги заключается в том, что центробежная сила, возникающая при вращении ротора, смещает находящиеся в растворе частицы в направлении от оси вращения при условии, что плотность частиц превышает плотность раствора. Центрифуги достаточно часто применя- ются для обезвоживания жидких отходов, поступающих от систем очистки сточных вод. Недостатком центрифугирования является его высокая энергоемкость.