Вертикальные отстойники, радиальные отстойники, тонкослойные отстойники

5.1 Вертикальные отстойники.

Применяются на ОС, при производительности до 5 тыс. ммутности до 1500 мг/л, и цветности до 120°. Основные параметры и принципы расчётов изложены в СНиП (п.6.69-6.67). эти сооружения позволяют получить качество воды по мутности 8-15 мг/л, по цветности до 20°

Отстойник представляет собой круглый железобетонный резервуар с центральной цилиндрической частью и центральной трубой, представляющий собой водоворотную камеру хлопьеобразования. Вода по трубопроводу 1 через Сопло 2 попадает в камеру,двигаясь по ней сверху вниз, проходя через гаситель энергии 7, попадает в нижнюю часть зоны осветления, плавно двигаясь вверх, освобождается от взвешенных веществ и собирается кольцевыми желобами 4, по трубопроводу 5 отводится для дальнейшей очистки. Выделившийся из воды осадок скапливается в зоне в, которая устраивается с наклонными стенками, угол конусности 70-80°. Для обеспечения плавного сползания к трубе 6,по которой осадок периодически удаляется из отстойника. Выделение из воды взвешенных веществ в данном отстойнике происходит за счёт разницы скорости движения вверх.

Рисунок 14

=0,5-0,6; движения жидкости по сооружениям. Расчёт площади поперечного сечения вертикальных отстойников обозначается , и вычисляется по формуле:

;

коэффициент объёмного использования; зависит от отношения (1:1,5)

Если отношение ,то ;

Если отношение , то ;

м-боковые сборные желоба;

м-радиальные желоба;

После расчёта поперечного сечения определяется их количество, при рабочем количестве меньше 6-1 резервный; назначается диаметр отстойников - типовые(4,6,9) После чего рассчитывается сборная система осветлённой воды, перфорация желобов. Удаление осадка из вертикальных отстойников производится без его выключения по трубопроводу 6., в период между сбросами не менее чем через 6 часов. Объём зоны накопления определяется по формуле 10 СНиП.

5.2 Радиальные отстойники.

Радиальные отстойники используются на станциях водоподготовки для предварительной очистки вод высокой мутности (свыше 1500 мг/л). При очистке воды с добавлением коагулянта и флокулянта при реагентной очистке, качество воды на выходе из отстойника по мутности 250 мг/л, по цветности-20°. При безреагентной очистке мутность понижается на 30-50%, цветность-20°. Радиальный отстойник представляет собой круглый железобетонный резервуар, располагаемый вне очистной станции. В центре - распределительная камера в виде цилиндра или диффузора с перфорированными стенками.

 

Рисунок 15. Радиальный отстойник:

1 - подача исходной воды;

2 - скребок;

3 - кольцевой лоток:

4 - вращающаяся ферма;

5 - водораспределительное устройство;

6 - сборный карман;

7 - отвод осветленной воды;

8 - удаление осадка

При увеличении возрастают горизонтальные составляющие скорости движения частиц. Когда это отношение становится 3,5; то имеются только радиальные составляющие. Движение воды происходит от центральной части к периферии. Основным преимуществом отстойника является его незначительная глубина.

Глубина центральной части отстойника вычисляется:

;

i-0,004; R=5-60м;

Площадь радиального отстойника ведётся по СНиП (п.6.93):

; где:

q - полная производительность очистной станции;

U- гидравлическая крупность.

f- площадь вихревой зоны;

f=;

r - радиус диффузора или цилиндрического входного устройства

После определения площади радиального отстойника, принимается количество отстойников и диаметр отстойника. Система сборных перфорированных желобов рассчитывается как вертикальный отстойник:

Диаметр отверстия-40-50мм;

Скорость в этих отверстиях-1м/с;

Объём зоны накопления осадка СНиП формула 10.

Время между сбросами осадка, если с использованием реагента-12-24 часа; без добавления реагента-4-5 часа.

5.3 Тонкослойные отстойники.

Рисунок 16

Используются как самостоятельные сооружения, так и как блоки,входящие в состав других сооружений. Чаще всего тонкослойные отстойники применяют при реконструкции действующих отстойников с целью интенсификации работы. В данных сооружениях очень маленькая высота отстаивания, что уменьшает удельную нагрузку на площадь отстаивания. Поскольку турбулентность повышает транспортирующую способность отстойника, режим движения воды в отстойнике должен быть ламинарным. Число Re не более 500.Высота отстаивания в тонкослойных отстойниках от 0,15-0,5м, когда в обычных 3-3,5м.

Тонкослойные отстойники делятся на:

1) прямоточные;

2) поперечно-точные;

3) противоточные;

Рисунок 17

Конструкция этого отстойника применяется при обработке вод, содержащих тяжёлые осадки

Рисунок 18

.

Применяется для очистки воды от нефтепродуктов.

Рисунок 19

Направление движения воды не совпадает с движением осадка. Применяются для очистки вод, содержащих легковзмучиваемый осадок.

Места встраивания тонкослойных блоков в другие сооружения:

а) в вертикальный отстойник:

Рисунок 20. Вертикальный отстойник, оборудованный тонкослойными блоками:

1 - отвод отстоенной воды; 2 - подача исходной воды; 3 - камера хлопьеобразования.

4 - наклонные тонкослойные блоки; 5 - зона распределения воды; 6 - зона накопления осадка; 7 - удаление осадка

б) в горизонтальный отстойник:

 

Рисунок 21. Горизонтальный отстойник, оборудованный тонкослойными блоками:

1 - подача исходной воды; 2 - камера хлопьеобразования; 3 - тонкослойные блоки,

4 - сборные желоба; 5 - канал сбора осветленной воды; 6 - отвод осветленной воды,

7 - зона распределения воды; 8 - зона накопления осадка; 9 - удаление осадка

Как отдельное сооружение, схема тонкослойных отстойников следующая:

а) тонкослойные отстойники из труб

Рисунок 22

б) сотовая конструкция

 

Рисунок 22.Конструктивные параметры тонкослойных элементов в блоке:

/- длина тонкослойного элемента;

b_Q - ширина тонкослойного элемента;

Н_о - Высота тонкослойного элемента;

Н - высота тонкослойного сотоблока;

L - длина тонкослойного сотоблока;

В - ширина тонкослойного сотоблока

Длина 1,2-1,5м

Ширина 0,15-0,2м.

Размер встраиваемого блока 1/1,5;

Расчёт тонкослойного отстойника сводится к определению геометрических размеров.

Продолжительность отстаивания зависит от высоты и гидравлической крупности.

Т=;

Н-высота отстойника, равна: Н=; где

 - высота слоя сползающего осадка;

высота зоны отстаивания;

Скорость движения воды по тонкослойному отстойнику зависит от концентрации взвеси в исходной воде:

- при концентрации до 50 мг/л-скорость 1,5 м/с;

- при концентрации от 50 до 500 мг/л-скорость 1,7 м/с;

- при концентрации от 500 до 5000 мг/л-скорость 2 м/с;

- при концентрации более 5000 мг/л-скорость 2,5 м/с;

Удельная нагрузка на тонкослойный отстойник:

g= V;

Зная удельную нагрузку и полную производительность очистной станции найдём количество блоков:

n=;

Объём иловой части тонкослойного отстойника находится по формуле(10) СНиП. Кроме тонкослойных отстойников, в которых движение воды происходит под действием сил тяжести, существуют напорные тонкослойные отстойники.

Рисунок 23

1. исходный трубопровод

2. камера хлопьеобразования

3. напорный тонкослойный отстойник

4. сборный канал

5. отводящий трубопровод.

6. Теория осветлённой воды в слое взвешенного осадка.

6.1 Осветлители - основной принцип работы.

Идея метода осветления воды в слое взвешенного осадка возникла в России в 30-х годах 20 века. в процесс работы над вертикальными отстойниками. Конструкция первых осветлителей похожа на конструкцию вертикальных отстойников с увеличенной центральной трубой.

Рисунок 24

Осветлители применяются при мутности исходной воды от 50 до 1500 мг/л., при обеспечении равномерной подачи исходной воды. Колебание расхода не более 1м. При обеспечении постоянной температуры исходной воды(колебание температуры не более 1° в час. Данное сооружение позволяет получить воду качества с мутностью 8-15 мг/л, цветность до 20° Осветлители оказываются экономичнее отстойника, при суточной производительности до 50000 м, а применяются с расходов 5000 м. Принцип работы осветлителей можно рассмотреть на схеме работы коридорного осветлителя.

 

Рисунок 25.Схема коридорного осветлителя:

Л - рабочие коридоры;

В - осадкоуплотнитель;

1 - перфорированные водораспреде-иительные трубы;

2 - слой взвешенного осадка;

3 - зона осветления воды;

4 - сбор­ные желоба;

5 - отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 6 – осадкоприемные окна;

7 - защитные козырьки;

8 - слой уплотненного осадка;

9 - сброс осадка;

10 - сборный канал;

11 - отвод воды на фильтры;

12 - задвижка, регулирующая отсос избытка осадка;

13 - опорожнение рабочих коридоров

Осветлители применяются только при предварительной обработке воды коагулянтом и флокулянтом.

Обязательные условия существования взвешенного слоя:

1) должен быть постоянный восходящий поток в сооружении.

2) не должны быть факторы, влияющие на структуру взвешенного слоя

4) постоянство расхода.

5) постоянство температуры.

Принцип работы:

После смешения реагента с водой, вода по трубопроводу 1 подаётся в зону осветлителя 2 в его нижнюю часть, равномерно распределяясь по площади осветлителя, движется снизу вверх, проходит через слой взвешенного осадка 4, т.е массу взвешенных веществ, находящихся в покое в восходящем потоке жидкости. Взвешенные вещества находятся в непрерывном хаотичном движении, но в целом слой остайтся неподвижным, так как скорость восходящего потока равна скорости осаждения хлопьев. Средняя скорость осаждения хлопьев в осветлителях меньше гидравлической крупности. Это характерно для стеснённого осаждения. При движении воды через слой взвешенного осадка, величина взвешенного слоя постоянно увеличивается. Для отвода излишек взвешенного слоя происходит с помощью окон 5, которые отводят лишний осадок в уплотнитель 3,где он уплотняется и сбрасывается по трубопроводу 11 для дальнейшей обработки. Осветлённая вода отводится желобами 8 и трубопроводами 10 для дальнейшей обработки на фильтр.

6.2 Стеснённое осаждение.

Существует два вида осаждения частиц:

1) осаждение в осаждённом объёме, когда осаждение одной частицы не препятствует осаждению других.

2) стеснённое осаждение, когда осаждению мешает осаждение других частиц.

Если частица оседает в свободном объёме, то скорость осаждения равна гидравлической крупности.

Если частица оседает в концентрированной массе частиц, то скорость стеснённого осаждения всегда меньше гидравлической крупности.

Рисунок 26

Скорость осаждения зависит от концентрации взвешенного слоя:

- при концентрации 10%-скорость осаждения в 2 раза меньше гидравлической крупности

- при концентрации 25%-скорость осаждения в 6 раз меньше гидравлической крупности.

Взвешенный в восходящем потоке слой, находится в состоянии стеснённого осаждения. Взвешенный слой размывается, когда скорость восходящего потока становится больше гидравлической крупности.

Общее условие состояния взвешенного слоя:

; где -минимальная скорость, из взвешенного слоя начинается выпадение осадка.

Если скорость потока приближена к гидравлической крупности, из слоя начинается вымывание взвешенных веществ, выносятся в осветлённую воду. В общем виде движение воды через взвешенный слой можно сравнить с движением воды через пористую структуру.

6.3 Основные закономерности осветления воды в слое взвешенного осадка.

Основной закономерностью работы осветлителей является отношение скорости восхождения потока к гидравлической крупности.

; ;

К-коэффициент (2,75)

С-концентрация хлопьев в слое взвешенного осадка (кг/м);

плотность хлопьев,(кг/м)

Критерии подобия для различных скоростей придумали размерный комплекс, который выражается:

;

Если этот критерий рассматривать относительно изменения концентрации взвеси по толщине слоя ;

Рисунок 27

Для равных значений будут иметься одинаковые значения концентрации. можно использовать для моделирования осветлителей.

;

6.4 Технологическое моделирование процесса осветления в слое взвешенного осадка.

Рисунок 28. Лабораторная установка по моделированию:

По определяется скорость восходящего потока, толщина слоя, плотность слоя и т.д. После определения этих параметров модельно, приходят к определению натурных осветлителей. Подбираются типовые по , величине взвешенного слоя, плотности.