Радиальные отстойники

Радиальные отстойники рекомендуется применять при производительности очистных сооружений более 20000 м³/сут. Известны две модификации радиальных отстойников: с центральным и периферийным впуском. Наибольшее распространение в промышленности получили радиальные отстойники с центральным впуском, схема которого изображена на рис. 3.

Р и с. 3. Первичный радиальный отстойник:

1 - подводящая труба; 2 - полупрогружной кожух распределительного устройства; 3 - скребки; 4 - приемный бункер плавающих загрязнений; 5 - отводящая труба; 6 - насосная станция сырого осадка; 7 - труба для отвода осадка.

Основной расчетный параметр радиального отстойника – радиус R определяется по уравнению:

, (12)

где R – радиус отстойника, м;

Q_max – максимальный расход сточных вод, м³/ч;

N – число отстойников;

K – коэффициент использования объема;

U₀ – гидравлическая крупность, мм/с;

w - вертикальная составляющая скорости, мм/с;

d_вп – диаметр центральной трубы, м.

Коэффициент использования объема радиального отстойника: с центральным впуском – К = 0,45; с периферийным впуском – К = 0,65 ¸ 0,7.

Диаметр центральной трубы d_вп рассчитывается по уравнению:

, (13)

где w_вп – скорость воды в центральной трубе, м/с.

Рекомендуется принимать w_вп не более 30 мм/с.

Для радиальных отстойников существует определенная связь между диаметром D и глубиной слоя воды Н. Многочисленные исследования показали, что отношение D/Н должно лежать в пределах 6 ¸ 12. При соблюдении указанных отношений D/Н скорость потока в точках, удаленных от центра отстойника на расстояние, равное половине радиуса, т.е. средняя скорость оказывается меньше рекомендуемых пределов.

В табл. 8 приведены основные показатели типовых радиальных отстойников.

Таблица 8. Типовые радиальные отстойники из сборного железобетона

Общая высота отстойника Н_общ складывается из глубины проточной части Н, высоты нейтральной зоны Н_з и возвышения борта отстойника над кромкой сборного кольцевого водослива Н₂. Таким образом,

Н_общ = Н + Н_з + Н₂. (14)

Обычно принимают Н_з = 0,3 м; Н₂ = 0,5 м.

Расчет радиального отстойника производится методом подбора. Вначале следует принять глубину Н, и скорость потока w, затем определить U₀ и D, и действительную скорость потока w_дейст.

Действительная скорость потока рассчитывается по уравнению

. (15)

Если w_дейст и отношение D/Н отличается от рекомендуемых значений, то следует произвести пересчет при новых значениях Н и w.

Пример расчета радиального отстойника

Подобрать стандартные радиальные отстойники для очистки сточных вод, средний расход которых Q = 4000 м³/ч. Коэффициент часовой неравномерности К_н = 1,2. Содержание взвешенных веществ в исходной воде С_н = 360 мг/л, допустимое содержание взвешенных веществ в осветленной воде С_к = 150 мг/л. Температура воды t = 20⁰С.Влажность образующегося осадка х_ос = 70 %, плотность осадка r_ос = 2000 кг/м³. Зависимость продолжительности отстаивания воды в лабораторных условиях (t = 20⁰C, h = 500 мм) от эффективности отстаивания приведена в табл. 9. Коэффициент агломерации примесей сточной воды n = 0,3.

Таблица 9. Зависимость продолжительности отстаивания воды от эффективности

при t = 20⁰С, h = 500 мм, С_н = 360 мг/л

1. Эффективность очистки Э

%.

2. По табл. 9 определяем продолжительность отстаивания t, соответствующую эффективности Э = 70 %.

t = 820 с.

3. Примем скорость движения воды в отстойнике w = 5 мм/с (табл. 3).

4. Вертикальная составляющая скорости w может быть рассчитана по формуле

w = 0,05 w = 0,05 * 5 = 0,25 мм/с.

5. Температурный коэффициент при t = 20⁰С a = 1 (табл. 2).

6. Примем глубину проточной части отстойника Н = 3 м (табл. 3).

7. Гидравлическая крупность U₀

мм/с.

8. Максимальный расход сточных вод Q_max = K_н * Q = 1,2 * 4000 = 4800 м³/ч.

9. Примем число отстойников N = 2.

10. Принимаем скорость воды в центральной трубе w_вп = 25 мм/с.

11. Диаметр центральной трубы

м.

12. Радиус отстойника

м.

Тогда диаметр отстойника D = 28 м.

13. Примем стандартный диаметр отстойника D_ст = 30 м.

14. Отношение D_ст/Н = 30/3 = 10 соответствует рекомендуемому.

15. Действительная средняя скорость потока

м/с.

Это меньше принятой ранее w = 5 мм/с, следовательно, требуется пересчет.

Примем w = 4,7 мм/с; w = 0,05 * 4,7 = 0,235 мм/с; U₀ = 0,985 мм/с; R = 14 м.

Окончательно принимаем D_ст = 30 м.

16. Общая высота отстойника

Н_общ = Н + Н_з + Н₂ = 3 + 0,5 + 0,3 = 3,8 м.

17. Объем осадка

м³/сут.

18. Продолжительность отстаивания

ч.

Отстойник снабжен скребковым механизмом для сгребания осадка в приямок.

Тонкослойные отстойники

Тонкослойное отстаивание применяется для сокращения объема очистных сооружений при ограниченности выделяемой площади и при необходимости повышения эффективности существующих отстойников. В первом случае тонкослойные отстойники выполняют роль самостоятельных сооружений, во втором существующие отстойники дополняются тонкослойными модулями, располагаемыми в совершенствуемом отстойнике перед водосборным устройством.

Тонкослойные отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными и радиальными. Они состоят из водораспределительной, отстойной и водосборной зон. В тонкослойных отстойниках отстойная зона делится трубчатыми и пластинчатыми элементами на ряд слоев (ярусов) небольшой глубины (25 ¸ 200 мм). Определенное число труб или пластин заданных размеров образуют блок (модуль), из которых конструируется секция отстойника. Трубчатые и пластинчатые элемента в блоке расположены наклонно. Угол наклона элементов к горизонту составляет 45 – 60⁰. По взаимному движению воды и выделяемых примесей различают отстойники с прямоточной, противоточной и перекрестной схемами. Схемы тонкослойных отстойников различных конструкций изображены на рис. 4 – 7.

Основные расчетные зависимости и параметры работы тонкослойных отстойников с различными схемами движения воды и примесей приведены в таблице 4.

При проектировании отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка (рис. 4) расчетными величинами являются длина яруса L_БЛ и производительность q.

Длина яруса L_БЛ в м определяется по формуле

. (16)

Производительность одной секции отстойника q в м³/ч – по уравнению

, (17)

где К – коэффициент использования объема отстойника;

h – высота яруса, м;

w – скорость потока воды, мм/с;

U₀ – гидравлическая крупность, мм/с;

К₁ – коэффициент выноса уловленных частиц;

Н_БЛ – высота блока, м;

В_БЛ – ширина блока, м.

Величина коэффициента использования объема тонкослойного отстойника К принимается по табл. 3 в зависимости от схемы движения воды и осадка. Высота яруса h и скорость потока воды w берутся по табл. 3 (при высоких концентрациях загрязнений рекомендуется принимать большие значения). Коэффициент выноса уловленных частиц К₁ зависит от профиля пластин. При плоских пластинах К₁ = 1,2; при рифленых К₁ = 0.

Р и с. 4. Схема тонкослойного отстойника,

работающего по перекрестной схеме удаления осадка:

1 – водоподводящее устройство; 2 – водораспределительная зона; 3 – вертикальная перегородка; 4 – распределительное устройство; 5 – блок (модуль) с параллельными пластинами; 6 – отстойная (рабочая) зона; 7 – полупогружная стенка; 8 – водосборная зона; 9 – водосборный лоток; 10 – приямок

Р и с. 5. Схема тонкослойного отстойника,

работающего по противоточной схеме удаления тяжелых примесей:

1 – водоподводящая труба; 2 – наклонная перегородка; 3 – блок с параллельными пластинами; 4 – водосборный лоток; 5 – водоотводящая труба; 6 – приямок

Р и с. 6. Схема тонкослойного отстойника,

работающего по противоточной схеме удаления примесей:

1 – водораспределительная зона; 2 – отстойная зона; 3 – водосборная зона; 4 – приямок

Р и с. 7. Схема радиального отстойника,

дополненного тонкослойными блоками:

1 – труба для подвода воды; 2 – центральная водораспределительная труба; 3 – тонкослойный блок; 4 – кольцевой водоотводящий лоток; 5 – приямок

Гидравлическая крупность задерживаемых частиц U₀ в мм/с рассчитывается на основе экспериментальных данных по формуле

, (18)

где a_t - температурный коэффициент, принимаемый по табл. 3;

t - время отстаивания в секундах, необходимое для обеспечения требуемой степени очистки в слое высотой h равной принятой высоте яруса в мм.

Высота блока Н_БЛ и его ширина В_БЛ принимаются из конструктивных соображений с учетом обеспечения ламинарного движения потока воды в межполочном пространстве. Ширина тонкослойного блока назначается по табл. 3, исходя из допустимого прогиба листа, выбранного для тонкослойного (Dd = 3 - 5 мм) при наклоне под углом сползания осадка.

Число секций отстойника N можно рассчитать по формуле

, (19)

где Q - расход сточных вод, м³/ч;

К_N - коэффициент часовой неравномерности.

N - принимается целым числом.

Проверка действительной скорости потока w_дейст осуществляется по уравнению

. (20)

Если w_дейст » равна принятой скорости потока w, то исходные для расчета величины выбраны верно.

Общая ширина В отстойника определяется по формуле:

, (21)

где b₁ = 0,25 м; b₂ = 0,05 ¸ 0,1 м - размеры, принятые по конструктивным соображениям

Общая высота Н отстойника

Н = Н_БЛ + h₃ + h_м, (22)

где h₃ = 0,2 ¸ 0,3 м, h_м = 0,1 м – размеры отстойника, принятые по конструктивным и технологическим соображениям.

После определения длины яруса L_БЛ отстойника, исходя из возможных размеров материала, применяющегося для параллельных пластин, назначаются длина пластины в ярусе и количество блоков (модулей), расположенных по одной прямой. Обязательным условием, выполняемым при конструировании отстойника, должна быть плотная стыковка соответствующих пластин в рядом устанавливаемых блоках (модулях).

Длина тонкослойного отстойника L в м рассчитывается по формуле

L = L_БЛ + l₁ + l₂ + 2 l₃ + l₄ , (23)

где l₁ - длина зоны распределения потока по ширине отстойника, служащая для выделения крупных примесей; длина зоны рассчитывается на 2 - 3-х минутное пребывание потока

(24)

(здесь t₁ - продолжительность пребывания потока в зоне; К_з = 0,3 - коэффициент использования зоны);

l₂ - ширина распределительного устройства;

l₂ = 0, если распределение осуществляется с помощью дырчатой перегородки;

l₂ = 0,2 м, если применяется пропорциональное распределительное устройство;

l₃ = 0,2 - 0,25 м - расстояние между водораспределительным устройством и блоками параллельных пластин;

l₄ = 0,15 - 0,2 м - расстояние между полупогружной стенкой и водосливом.

В настоящее время применяется большое количество конструктивных разновидностей тонкослойных отстойников, работающих по противоточной схеме. Все они, практически могут быть сведены к двум расчетным схемам, показанным на рис. 5 и 6.

В конструкции отстойника, показанного на рис. 5, расчетными величинами являются длина пластины в блоке (модуле) L_БЛ и производительность секции q.

Длину пластины L_БЛ в м можно определить по формуле

, (25)

где w - скорость потока в ярусе, мм/с;

h - высота яруса, мм;

U₀ - гидравлическая крупность удаляемых частиц, мм/с.

Скорость потока w и высота яруса h задаются по табл. 3. Гидравлическая крупность U₀ рассчитывается по формуле (2), производительность секции q – по формуле

, (26)

где Н_БЛ = n * b_n - высота блока, м;

n – количество ярусов в блоке (назначается из конструктивных соображений);

b_n = h * cos a - расстояние между пластинами, м;

a - угол наклона пластин к горизонту.

Ширина секции отстойника В_БЛ назначается из конструктивных соображений и исходя из размеров пластин, предназначенных для изготовления блоков. Рекомендуемые размеры В_БЛ приведены в табл. 3. Размеры других узлов отстойника (ширина резервуара, его глубина) определяются в зависимости от размеров тонкослойного блока L_БЛ и Н_БЛ, с учетом обеспечения ламинарного режима движения потока и условий равномерного распределения поступающей и отвода очищенной воды.

Например, общая глубина отстойника Н рассчитывается по формуле

Н = h₁ + h₂ + h₃, (27)

где h₁ = h₃ = 0,5 м; h₂ = Н_БЛ * cos a + L_БЛ * sin a.

Длину резервуара отстойника L можно определить как

L = l₁ + l₂ + l₃ , (28)

где l₁ = 0,05 - 0,1 м;

l₂ = L_БЛ * cos a + H_БЛ * sin a.;

l₃ = 0,5 м.

В расчетные параметры тонкослойного отстойника, изображенного на рис. 6 следует принимать длину пластинв блокеL_БЛ и длину расположение тонкослойных блоков L_Б.

Длина пластин в блоке L_БЛ рассчитывается по формуле (18), а L_Б - по формуле

. (29)

Общая длина отстойника L определяется по формуле

, (30)

где = 1 ¸ 1,5 м – длина зоны формирования потока перед распределением между ярусами; здесь же происходит выделение крупных механических примесей;

= L_БЛ * sin (90 - a) = L_БЛ * cos a;

= 0,3 м;

= 0,05 ¸ 0,1 м; - размеры назначаемые по конструктивным

= 0,4 ¸ 0,5 м. соображениям

Общая глубина воды в отстойнике Н определяется как сумма высот различных зон

Н = h_м + h₂ + h₃ + h₄ + h₅, (31)

где h_м ³ 0,1 м; h₂ = L_БЛ * sin a; h₃ = 0,2 ¸ 0,5 м; h₄ = 0,1 ¸ 0,2 м; h₅ = 0,3 м.

Для всех конструкций тонкослойных отстойников определяется расход удаляемого осадка по уравнению (4).