Отстойники

Отстойники представляют собой сооружения, в которых сточные воды наполняются и хранятся в течение некоторого времени для удаления взвешенных частиц, присутствующих в воде. Эти частицы могут оседать на дне резервуара и удаляются с помощью скребков. Если взвешенные частицы имеют меньший удельный вес, чем вода, они оседают в верхней части резервуара.

Осаждение является наиболее распространенной физической операцией при очистке сточных вод, особенно при первичной очистке. В некоторой литературе термин «осаждение» также называют седиментацией. Седиментация — это, вкратце, процесс, при котором взвешенные твердые частицы, имеющие более высокую плотность, чем плотность воды, перемещается под действием силы тяжести на дно отстойника в течение разумного периода времени.

Отстойники обычно имеют прямоугольную или круглую форму с радиальным или восходящим потоком воды. Осаждение не ограничивается первичной обработкой; существует также вторичное осаждение, при котором удаляются оседающие твердые частицы в процессах вторичной биологической очистки. Например, регенерация активного ила для вторичной переработки достигается за счет вторичного осаждения. На типичных очистных сооружениях поток сточных вод, выходящий из фильтровальных устройств (и после флотационных бассейнов) или песколовок, затем поступает на вторую секцию первичной очистки сточных вод или в отстойники/бассейны. Здесь шлам (органическая часть сточных вод) оседает из сточных вод и откачивается из резервуаров.

Осаждение использует гравитационную силу для отделения нестабильных и дестабилизированных взвешенных веществ из сточных вод. Он основан на разнице плотностей между объемной жидкостью и твердыми телами. Стабилизированные твердые вещества, такие как коллоиды, можно дестабилизировать с помощью флокулянтов.

ГОСТ 25150-82 Канализация. Термины и определения:

История отстойников

Предварительная обработка сточных вод в отстойниках

Типы отстойников

В зависимости от различных факторов отстойники классифицируют следующим образом.

По методам работы

а. Резервуар типа заполнения

В отстойниках наливно-вытяжного типа вода на входе отстаивается некоторое время. За это время взвешенные частицы оседают на дне резервуара. Через 24 часа вода сливается через выход. Затем осевшие частицы удаляются. Это действие удаления требует 6-12 часов. Так, на одно полное действие отстаивания требуется 30-40 часов в случае отстойника наливно-вытяжного типа.

б. Резервуар проточного типа

В резервуарах проточного типа всегда имеется течение, но с очень малой скоростью. Во время этого потока взвешенные частицы оседают на дне резервуара. Поток может быть как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Горизонтальный отстойник проточного типа  обычно имеет прямоугольную форму. Длина отстойника  вдвое больше ширины. Это сделано с целью движения частицами большего расстояния, чтобы осело как можно большее количество взвешенных частиц. Максимально допустимая скорость в этом случае составляет 0,3 м/с.

Отстойник вертикального проточного типа  имеет круглую форму, и поток происходит в вертикальном направлении. На дне бака предусмотрен бункер для утилизации собранного ила.

а. Круглый резервуар

Круглые отстойники предпочтительнее для отстойников непрерывного вертикального типа. В этом случае приток направляется через центральную трубу резервуара и имеет место радиальное течение. Для сбора шлама предусмотрены механические скребки шлама, и собранный шлам проходит через шламовую трубу, расположенную в нижней части.

Круглые резервуары неэкономичны по сравнению с прямоугольными резервуарами, но обладают высокой эффективностью осветления.

По принципу расхода воды различают два типа круглых отстойников:

• Циркуляционный резервуар с радиальным потоком:

Через центральную входную трубу, расположенную внутри дефлекторной коробки , вода поступает в бак, а дефлекторная коробка отклоняет воду вниз. Затем через отверстия, предусмотренные в нижних сторонах дефлекторной коробки, она выходит наружу, и по окружности бака вода течет радиально из дефлекторной коробки, где по всей периферии предусмотрен выпускной патрубок.

Скребком, который непрерывно перемещается по полу с очень малой скоростью, удаляется осадок, а максимальная скорость сгребающего рычага не превышает 4,5 м/ч.

• Круговой резервуар с окружным потоком:

Через две-три вертикальные щели вода поступает в бак, а для перемещения воды по окружности бака в баке имеется один вращающийся рычаг.

Чтобы взвешенные примеси могли осесть в резервуаре, вода движется с очень низкой скоростью.

б. Прямоугольный резервуар

Отстойники прямоугольной формы как правило широко используются.

Прямоугольные резервуары состоят из большого количества перегородок и имеют прямоугольную форму. Функция перегородки состоит в том, чтобы предотвратить короткое замыкание и уменьшить скорость поступающей воды, чтобы увеличить эффективную длину перемещения частицы.

Этот тип отстойника, как правило, снабжен входом и выходом канального типа, простирающимися по всей ширине, и, подобно бункеру, наклоненному к центру, где предусмотрена шламовая труба. При работе задвижки шлам удаляется через выпускное отверстие под действием гидростатической силы.

в. Нижний бункер бункера

В случае резервуара с воронкообразным дном в верхней части расположен дефлектор, который отклоняет приток, поступающий из центральной трубы, вниз. Шлам собирается на дне и удаляется с помощью шламового насоса.

В зависимости от целей

а. Первичный отстойник

Первичный отстойник представляет собой обычный отстойник, в котором вода некоторое время хранится в состоянии покоя, а ил, скопившийся на дне, и маслянистые вещества, скопившиеся наверху, удаляются. После процесса первичного отстаивания сточные воды сбрасываются в аэробный фильтр, где происходит процесс биологической очистки.

б. Вторичный отстойник

После биологической очистки сточные воды поступают во вторичный отстойник, в котором взвешенные частицы, содержащие микробы, удаляются и отражаются в направлении аэробного фильтра для поддержания высокой концентрации микробов в аэробном фильтре.

Типы осаждения в отстойниках

Осаждение – очень важный процесс первичной обработки; он также используется в биологической очистке,  для удаления твердых частиц избыточного активного ила. Характеристики оседания твердых частиц определяются типами оседающих твердых частиц и их концентрацией.

Седиментация имеет четыре различных типа осаждения:

ТИП 1 – Дискретное осаждение, представляющее собой осаждение разбавленной суспензии твердых частиц, которые не агрегируют.

ТИП 2 – Флокулянтное осаждение, которое представляет собой осаждение частиц, которые агрегируют между собой и/или с добавленными флокулянтами с образованием более крупных частиц и, следовательно, приводят к более быстрому осаждению. В этом режиме происходит операция осаждения при типичной первичной очистке сточных вод.

ТИП 3 – Зонное осаждение, которое происходит, когда твердые частицы слипаются друг с другом, образуя массу, которая оседает в виде осадка с различимой границей раздела с жидкостью над ним.

ТИП 4 – Зона сжатия, которая возникает, когда тонущие частицы скапливаются на дне отстойника/бассейна, образуя сжатую структуру, поддерживающую вес частиц, осевших на дне резервуара/бассейна.

Хотя отстойники при первичной очистке характеризуются осаждением флокулянтов типа II, каждая из этих зон имеет различные характеристики, требующие дальнейшего анализа.

Дискретное осаждение (тип 1)

Осаждение неагрегированных твердых частиц в разбавленной суспензии можно описать скоростью осаждения отдельных частиц. В отстойнике/бассейне осаждение отдельной частицы не зависит от других частиц и зависит только от свойств жидкости и характеристик частицы.  В данном случае движение интересующей частицы подвергается комбинированному воздействию гравитационной силы вниз и объемного потока к выпускному отверстию:

математически: vt = H/t

H — глубина отстойника,

t — время пребывания частицы в жидкости в резервуаре.

Если принять время пребывания жидкости за время пребывания жидкости в резервуаре, то оно будет следующим:

Q/A — скорость перелива жидкости, проходящей через резервуар.

A — площадь поперечного сечения бака,

Q — общий объемный расход через бак.

Конечная скорость частицы равна скорости переполнения бака.

Скорость переполнения резервуара как конечная скорость частицы в резервуаре представляет собой критическую скорость идеальной частицы в идеальном отстойнике при условии, что:

• Количество идеальных дискретных частиц и векторы скорости жидкости распределены равномерно.
• Жидкость течет в резервуаре ламинарно.
• Любая частица, достигающая дна резервуара, эффективно удаляется.

Любые частицы, имеющие термическую скорость v (средняя скорость среди всех присутствующих частиц) выше, чем vt, удаляются из отстойника/бассейна на 100%. Для тех частиц, у которых средняя конечная скорость меньше vt, доля частиц, удаляемых в баке, равна v/vt.

В действительности дискретное осаждение, скорее всего, связано с осаждением твердых частиц с высокой плотностью и размером, таких как гравий и песок.

Хлопьевидное осаждение (тип 2)

Флокулянтное осаждение используется в первичных отстойниках и в верхних зонах вторичных отстойников.    В случае хлопьевидного осаждения частицы в относительно разбавленной суспензии сливаются или флоккулируют с образованием более крупных частиц или агрегатов во время отстаивания, что увеличивает массу оседающих твердых частиц, а также скорость осаждения (и степень удаления). Во многих ситуациях очистки пищевых сточных вод, за исключением очень разбавленных, взвешенные твердые частицы не могут быть описаны как дискретные частицы с известным удельным весом (количество, которое представляет собой отношение плотности частиц к плотности воды). Как правило, более крупные частицы оседают быстрее и имеют большую склонность к столкновениям с другими более медленно оседающими частицами, что приводит к образованию более крупных частиц в неподвижном водоеме. Однако ветер, гидродинамический сдвиг и гидравлические возмущения способствуют дальнейшим контактам между частицами в резервуаре.

Кроме того, чем больше глубина резервуара, тем выше будет частота столкновений между частицами во время отстаивания. Следовательно, осаждение хлопьев зависит от свойств частиц и жидкости, а также от глубины отстойника/бассейна. Осевшие твердые частицы на дне резервуара обычно быстро удаляются. Поэтому более высокая скорость осаждения в результате агрегации отдельных частиц приводит к более высокой скорости удаления твердых частиц из сточных вод.

Зональное оседание (Тип 3)

Этот термин получил свое название из-за того, что агрегированные частицы концентрированной взвеси (активный ил или флокулированные коллоиды) в бассейне седиментации имеют тенденцию образовывать массивную взвесь с отчетливой границей раздела. Зональное отстаивание в основном используется во вторичных отстойниках. Многие разработчики процессов очистки сточных вод используют испытание периодического осаждения для определения границы раздела.

Зона сжатия (тип 4)

Компрессионное отстаивание характеризуется наибольшей концентрацией взвешенных веществ и происходит в нижнем течении отстойников. Частицы оседают, сжимая массу частиц внизу. Сжатие происходит не только в нижних зонах вторичных отстойников, но и в шламонакопителях.

Преимущества отстойников

1. Это дешевая и простая технология предварительной очистки воды.
2. Имеет низкие эксплуатационные расходы и обрабатывает широкий диапазон потоков.
3. Для осаждения взвешенных веществ использование коагулянтов сокращает время отстаивания.
4. Обладает высокой эффективностью осветления и легко удаляет осадок.
5. Лучше всего подходит для установок с постоянным расходом и качеством сточной воды.

Недостатки отстойника

1. Для защиты от замерзания в холодном климате необходимы укрывные элементы.
2. Механический привод и блок подшипников вала требуют частого обслуживания.

Радиальный отстойник

Вертикальный отстойник

Требования к отстойникам

СП 32.13330.2018.   Свод правил. Канализация. Наружные сети и сооружения.

9.2.4 Сооружения осветления сточных вод

9.2.4.1 Сооружения осветления сточных вод рекомендуется применять на очистных сооружениях производительностью свыше 1000 м /сут. Для этого используются первичные отстойники, механические процеживатели, а для производственных сточных вод и их смеси с бытовыми – масло-, жиро-, нефтеловушки, гидроциклоны, флотаторы и др. При обосновании допускается отказ от стадии осветления бытовых сточных вод. В этом случае прозоры процеживающих решеток должны быть не более 6 мм, время пребывания сточных вод в песколовках – не менее 10 мин, а задержанный в них осадок должен подвергаться отмывке от органических веществ.

9.2.4.2 Тип первичного отстойника (вертикальный, радиальный, горизонтальный, двухъярусный, тонкослойный и др.) следует выбирать с учетом принятой технологической схемы очистки сточных вод, производительности станции, компоновки сооружений, числа эксплуатируемых единиц, конфигурации и рельефа площадки, геологических условий, уровня грунтовых вод и т.п.

9.2.4.3 Число отстойников рекомендуется принимать исходя из условия надежности их действия при ремонте одного из них, но не менее двух. При минимальном числе эксплуатируемых единиц (секций) отстойников их расчетный объем необходимо увеличивать так, чтобы перегрузка одного отстойника (секции) при расчетном расходе не превышала 25%.

9.2.4.4 Расчет отстойников следует производить на основе кинетики осаждения взвешенных веществ с учетом требуемого эффекта осветления и коэффициента использования объема сооружения. В отсутствие эксплуатационных или экспериментальных данных величину в осветленной бытовой сточной воде допускается вычислять исходя из количества на одного жителя по формуле:

9.2.4.5 Основные конструктивные параметры отстойников следует принимать:

– впуск исходной и сбор осветленной воды равномерно по периметру впускного и сборного устройств;

– высоту нейтрального слоя – на 0,3 м выше днища на выходе (для первичных отстойников),

– 50°-55° – угол наклона конического днища вертикальных отстойников и стенок осадочных приямков горизонтальных и радиальных отстойников.

9.2.4.6 Перемещение выпавшего осадка к приямкам следует предусматривать механическим способом или созданием соответствующего наклона днища.

9.2.4.7 Удаление осадка из приямка отстойника необходимо предусматривать самотеком, под гидростатическим давлением или насосами, предназначенными для перекачки осадков. При обосновании допускается применять удаление осадка гидроэлеваторами, эрлифтами, а при высокой плотности образующегося осадка производственных сточных вод – грейферами и т.д. Гидростатическое давление при удалении осадка из первичных отстойников следует принимать не менее 15 кПа (1,5 м вод.ст.). Диаметр труб для удаления осадка следует принимать не менее 200 мм.

9.2.4.8 Влажность осадка бытовых сточных вод необходимо принимать равной 95%-96% для всех типов первичных отстойников при самотечном удалении (под гидростатическим давлением) и 94%-95% при удалении насосами. При сбросе осадка станций водоподготовки в систему водоотведения содержание сухого вещества в осадке следует принимать на 15%-30% ниже расчетного, в зависимости от доли этого осадка, параметров воды, очищаемой на станции водоподготовки (максимальное значение – для высокоцветной обрабатываемой воды) и применяемых реагентов. Влажность осадка производственных сточных вод допускается принимать по экспериментальным данным.

9.2.4.9 Удаление осадка из отстойников допускается непрерывное или периодическое. Интервал времени при периодическом удалении следует устанавливать исходя из объема образующегося осадка и вместимости зоны его накопления, но не более двух суток. При механизированном удалении осадка вместимость зоны накопления его в первичных отстойниках следует принимать по количеству выпавшего осадка за период не более 8 ч.

9.2.4.10 В целях улучшения биологического удаления фосфора допускается осуществлять в отстойниках частичную ацидофикацию. В этом случае следует предусматривать соответствующие мероприятия, включая увеличенное время пребывания осадка, его рециркуляцию или взмучивание. Для проведения ацидофикации допускается использовать отдельные сооружения.

9.2.4.11 Для удержания всплывших веществ перед водосбросным устройством следует предусматривать полупогружные (не менее 0,3 м) перегородки и устройства удаления накопленных на поверхности веществ. Высоту борта отстойника над поверхностью воды следует принимать 0,3 м.

9.2.4.12 Кромку водослива на водоприемных (сборных) лотках необходимо предусматривать регулируемой по высоте.

“МДК 3-02.2001. Правила технической эксплуатации систем и сооружений коммунального водоснабжения и канализации” (утв. Приказом Госстроя РФ от 30.12.1999 N 168)

Первичные отстойники

3.4.9. Первичные отстойники должны обеспечить требуемый эффект осветления сточных вод и уплотнения осадка в соответствии с проектом.

3.4.10. При эксплуатации первичных отстойников персонал обязан:

а) обеспечивать равномерное распределение поступающей сточной воды между отстойниками;

б) очищать лотки и каналы, подводящие воду к отстойникам, от отложения тяжелого осадка и отбросов;

в) удалять с кромок водосливов сборных лотков задержавшиеся на них загрязнения;

г) своевременно удалять с поверхности отстойников плавающие вещества;

д) контролировать эффект осветления жидкости и предупреждать вынос осадка;

е) содержать в исправном состоянии и чистоте задвижки, илоскребы, шиберы и прочее оборудование и прилегающую территорию;

ж) обеспечивать удаление осадка не реже двух раз в сутки – из вертикальных и горизонтальных отстойников, не оборудованных скребковыми механизмами; не реже одного раза в смену – из радиальных и горизонтальных отстойников, оборудованных скребковыми механизмами;

з) вести визуальный контроль за влажностью выгружаемого осадка, не допуская чрезмерного его разжижения.

3.4.11. Выпуск осадка из отстойников производят без прекращения подачи сточной воды.

При выпуске осадка из вертикальных и горизонтальных отстойников задвижку на илопроводе открывают постепенно, во избежание прорыва воды. В случае прорыва воды следует немедленно закрыть задвижку и прекратить выпуск осадка.

При выпуске осадка из радиальных отстойников скребковый механизм включают за 1 час до начала выпуска осадка и выключают через 0,5 часа после закрытия задвижки на иловой трубе.

3.4.12. Опорожнение отстойников для осмотра, чистки и ремонта должно производиться не реже одного раза в 2 года для оборудованных механическими скребками и не реже одного раза в 3 года для не оборудованных механическими скребками. Ввод сооружений после профилактического или капитального ремонта производить строго по акту.

Двухъярусные отстойники

3.4.13. При эксплуатации двухъярусных отстойников персонал обязан:

а) обеспечивать равномерное распределение подаваемой сточной воды в отстойники;

б) контролировать высоту слоя осадка в иловой камере и не допускать ее переполнения и поступления из нее осадка в отстойные желоба;

в) производить выпуск осадка через каждые 15 сут. с последующей промывкой илопроводов;

г) не допускать образования на поверхностях отстойников плотной корки из взвешенных веществ или вспенивания сбраживаемого осадка.

3.4.14. При спаренных отстойниках для равномерного распределения осадка в иловых камерах периодически через каждые 10 – 15 сут. переключают установленные в лотках шиберы для перепуска воды с одной стороны сооружений на другую.

3.4.15. Первый выпуск осадка из отстойника производят через 5 – 6 месяцев после его пуска в эксплуатацию, причем расстояние между уровнем осадка в иловой камере и щелью осадочного желоба должно быть не менее 1 м.

3.4.16. Выпуск осадка производить медленно, контролируя его зрелость. Зрелый осадок имеет влажность 85 – 90% и характеризуется щелочной реакцией (pH 7,2 – 7,6), исчезновением запаха сероводорода, темно-серым цветом и зернистой структурой.

3.4.17. При эксплуатации отстойников ежедневно очищают распределительные лотки и переливные кромки от задержавшихся на них осадка, тряпок и других предметов, удаляют плавающие вещества, а также прочищают щели отстойных желобов.

3.4.18. Перед наступлением зимы из отстойника выпускают большую часть осадка. В иловой камере должно остаться не менее 15 – 20% объема хорошо сброженного осадка.

3.4.19. На зиму двухъярусные отстойники утепляют, накрывая их деревянными щитами. Незакрытыми оставляют только лотки (для возможности их очистки).

3.4.20. Для очистки от слежавшегося осадка и ремонта двухъярусный отстойник опорожняют не реже одного раза в 3 – 4 года.

Вторичные отстойники

3.5.13. При эксплуатации вторичных отстойников помимо работ, перечисленных в п. п. 3.4.9 – 3.4.11, персонал обязан:

а) обеспечивать заданный режим отстаивания;

б) обеспечивать заданный режим выпуска избыточного активного ила;

в) не допускать образования залежей и уплотнения активного ила в отстойниках;

г) своевременно удалять с поверхности отстойников плавающую пленку или пену.

3.5.14. Опорожнение вторичных отстойников для осмотра, чистки и ремонта сооружений и оборудования должно производиться в соответствии с п. 3.4.11 настоящих ПТЭ.