Расчет горизонтального, вертикального и радиального отстойников

Горизонтальный отстойник (рис. 9.5) представляет собой прямоугольный бассейн, оборудованный водораспределительным и водосборным устройствами, трубопроводами для подвода осветляемой воды, а также устройством для периодического удаления выпавшего осадка. Их применяют на водоочистных станциях хозяйственно-питьевых и промышленных водопроводах, производительность которых составляет более 30000...50000 м3/сутки при удалении из воды коагулированной взвеси. Существенным недостатком горизонтальных отстойников является трудность механизации процесса удаления из них осадков [13].

Расчет горизонтального отстойника заключается в определении его геометрических размеров (длины и ширины) и требуемой степени осветления жидкости:

где #о, I' - глубина, длина отстойника соответственно, м; и0 - расчетная скорость осаждения взвеси в статических условиях, мм/с; w - среднее значение вертикальной составляющей скорости потока мм/с; vc - средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике, мм/с

Формулу (9.7) можно представить в виде:

где а - коэффициент, учитывающий влияние вертикальной составляющей скорости потока, равный

Схемы движения воды в горизонтальных отстойниках разного типа

Рис. 9.5. Схемы движения воды в горизонтальных отстойниках разного типа: а) одноэтажный прямоточный (разрез); б) одноэтажный с поворотом потока (план); в) двухэтажный прямоточный (разрез); г) двухэтажный с поворотом потока (разрез); О - осадок, ИС - иловая смесь, ОС В - очищенные сточные воды

L

Коэффициент к находят в зависимости от соотношения ——:

#0

Ширину отстойника В определяют по формуле

где Q - расход воды, м3/с.

Значения мо, н vc определяют экспериментально или с помощью кривой осаждения [18].

Вертикальный отстойник (рис. 9.6) представляет собой (круглый или квадратный в плане) резервуар, оборудованный трубопроводом для подачи сточной воды, камерой хлопьеобразования, желобами для сбора осветленной воды, а также трубопроводом для периодического выпуска осадка или опорожнения отстойника. Преимуществом вертикальных отстойников является простота удаления из них осадков, которое производится под гидростатическим давлением. Их конструкция позволяет удалять осадок без специальных устройств. Такие отстойники (производительностью до 20000 м3/сутки) применяются для осаждения скоагулиро- ванной взвеси. Однако несмотря на это преимущество, вертикальные отстойники получили распространение главным образом для осветления бытовых сточных вод, а для промышленных предприятий их применяют сравнительно редко. Объясняется это тем, что при одинаковой нагрузке сточной жидкости рабочий эффект вертикальных отстойников ниже горизонтальных, а пропускная способность одного вертикального отстойника сравнительно мала. При значительном количестве производственных сточных вод это приводит к необходимости строить большое количество отстойников, что осложняет их эксплуатацию [18].

Исследования работы вертикальных отстойников показали, что наиболее благоприятные условия отстаивания создаются в тех случаях, когда расчетная скорость движения воды в них равна 0,2...0,3 мм/с.

Гидравлический расчет вертикальных отстойников (рис. 9.6) ведется двумя методами. По первому методу исходными расчетными величинами являются расчетная скорость потока сточной жидкости в отстойнике vp и расчетная продолжительность отстаивания /. Величина vp принимается с учетом наименьшей скорости осаждения щ частиц взвешенных веществ, на задержание которых рассчитывается отстойник - vp « 0,5.. .0,7 мо-

Величина щ принимается в соответствии с требуемым эффектом задержания взвешенных веществ и данными о кинетике их осаждения.

Продолжительность отстаивания ( принимается на основании опытных данных по отстаиванию данной или аналогичной сточной жидкости.

Диаметр центральной трубы d зависит от принятой скорости движения воды в ней (vT).

Величина vT оказывает значительное влияние на работу отстойника, поэтому ее следует принимать с учетом общей глубины отстойника и глубины погружения центральной трубы, а также наличия ниже трубы отражательного щита. При глубине (Я > Зм) проточной части отстойника в случаях отсутствия отражательного щита скорость в центральной трубе не должна превышать 28 мм/с; при наличии щита она может быть повышена до 100 мм/с.

С уменьшением величины vT эффект работы отстойников при прочих равных условиях повышается.

Площадь отстойника определяется из уравнения

где Q - расход сточной воды, м3/с.

Высота рабочей части отстойника И зависит от значений vp и /: h = vpt.

Отражательный щит 1 располагают с таким расчетом, чтобы скорость движения воды в щели между кромкой центральной трубы и поверхностью щита не превышала 40 мм/с; обычно высота щели ho составляет 0,25...0,5 м.

Расчетная схема вертикального отстойника

Рис. 9.6. Расчетная схема вертикального отстойника: 1 - отражательный щит, 2 - раструб; 3 - корпус отстойника; 4 - центральная труба; 5 - желоб для отвода осветленной воды

Рис. 9.7. Зависимость диаметра отстойника (г) от расчетной скорости осаждения и0

Для защиты выпавшего осадка от взмучивания предусматривается так называемый буферный слой. Высота его, считая от низа отражательного щита 1, не превышает 0,3 м; при отсутствии щита она может достигать 1 м (в зависимости от характера осадка).

Наклон стенок конусной части отстойников определяется характером выпадающего в отстойнике осадка и способом его удаления; чаще всего он составляет 45 - 60°.

Угол наклона поверхности отражательного щита принимают в соответствии с углом естественного сползания осадка под водой, т.е. таким же, как и угол наклона днища отстойника.

Для отвода осветленной воды обычно служит периферийный желоб; при диаметре отстойника более 6 м целесообразно предусматривать дополнительные сборные желоба (радиальные или кольцевые). Вода в них поступает через водосливную стенку по всей длине желоба или через щели в его стенках. Щели располагаются на половине глубины желоба, высота щелей обычно не превышает 0,05 м. Удаление осадка из отстойников в большинстве случаев производится путем его выдавливания. Необходимое для этого гидростатическое давление зависит от физических свойств осадка и продолжительности периода его пребывания в отстойнике. Для большинства видов производственных сточных вод гидростатическое давление составляет 1...2 м.

Второй метод расчета вертикальных отстойников основан на предположении, что процесс осаждения взвешенных веществ заканчивается в зоне горизонтального движения сточной жидкости от места выхода ее из щели между центральной трубой и отражательным щитом до стенки отстойника. Исходными расчетными величинами являются наименьшая скорость осаждения (мо) частиц, на задержание которых рассчитывается отстойник, и высота потока воды, движущегося от центральной трубы к стенкам отстойника.

Величина но определяется в зависимости от требуемого эффекта задержания взвешенных веществ и данных о кинетике их осаждения.

Высота движущегося слоя воды зависит от многих факторов: высоты щели, начальной скорости потока (при выходе воды из центральной трубы), наклона поверхности отражательного щита, радиуса отстойника и др. Для упрощения расчета предложен график (рис. 9.7), позволяющий определять необходимый радиус отстойника в зависимости от величины мо и начальной скорости входа воды в отстойник vB (12...40 мм/с). Остальные элементы вертикального отстойника по этому методу расчета принимаются на основе опытных данных.

Цилиндрическую часть отстойника рекомендуется принимать высотой Л, равной 2,5^, но не менее 2,75 м. Диаметр центральной трубы d принимают исходя из условия, чтобы скорость воды в ней была 28... 100 мм/с. Диаметр отстойника D не должен превышать 3И.

Отражательный щит располагается на таком расстоянии ho от центральной трубы, чтобы скорость воды в образовавшейся щели vB не превышала указанной выше величины. Высота нейтрального слоя /?2 не превышает 0,3 м.

Для задержания всплывающих веществ в вертикальных отстойниках предусмотрены полупогруженные стенки (щитки), располагаемые перед водосливными кромками водоприемных желобов на расстоянии 0,2...0,3м от них.

Пример расчета. Расчетное количество сточных вод Qp = 0,1 м3/с; концентрация взвешенных веществ в неотстоенной воде с = 200 мг/л; в водоем можно выпустить сточные воды с концентрацией по взвешенным веществам сг ~ 40 мг/л; объем осадка равен 0,5% объема сточной жидкости; продолжительность хранения его в отстойнике не более 3 суток. Угол сползания осадка под водой 45°. Определить количество и размеры вертикальных отстойников.

Решение по первому методу. Требуемый рабочий эффект

По данным кинетики осаждения взвешенных веществ такой эффект может быть достигнут при условии задержания отстойником частиц, выпадающих со скоростью мо равной 0,4 мм/с.

Требуемая продолжительность отстаивания по тем же данным составит / = 2 ч.

Примем расчетную скорость протока сточной жидкости в отстойнике vp = 0,75wo = 0,3 мм/с.

Рабочая площадь всех отстойников

Скорость движения сточной жидкости в центральной трубе при ус ловии наличия отражательного щита vT = 100 мм/с; количество отстойни ков п = 8 шт. Тогда диаметр отстойника

Высота рабочей части отстойника h = Dvp= 7200 0,3 ~ 2,2 м. Диаметр центральной трубы

Диаметр d (рис. 9.6) раструба в соответствии с действующими нормами равен 1,35d = 0,54 м; диаметр отражательного щита di = ,35d ~ ~ 0,7 м, скорость движения сточной жидкости в щели vB = 40 мм/с. Тогда высота щели определяется по формуле

Угол наклона поверхности отражательного щита а примем равным углу сползания данного осадка под водой, т.е. 45°. Высота отражательного щита fa = 0,35 м при данных di и угле наклона.

Высоту нейтрального слоя fa примем равной 0,3 м; возвышение бортов отстойника над уровнем воды в нем fa равным 0,25 м. Тогда высота цилиндрической части сооружения

Суточное количество выпадающего осадка

При продолжительности хранения его в течение 3 суток емкость грязевой части каждого отстойника должна быть не менее 17 м3. Наклон стенок конусной части отстойника пример равным а = 45°, тогда ее емкость

Таким образом, весь накапливаемый осадок размещается в конической части отстойника, занимая около 30% ее объема.

Нейтральный слой fa в данном случае можно не предусматривать. Тогда полная строительная высота отстойника

Решение по второму методу. Величину радиуса отстойника, соответствующую принятым значениям скорости осаждения частиц ио и скорости при входе воды в отстойник vB найдем по графику (рис.9.7).

При ио = 0,4 мм/с и vB = 40 мм/с радиус отстойника г = 4м.

Скорость движения сточной жидкости в центральной трубе vT принимаем 100 мм/с, тогда диаметр ее d = 0,4 м.

Высота рабочей части отстойника h = 2,5d, но не менее 2,75 м; принимаем h = 2,75 м.

Высота конической части отстойника при D = 8 м и наклоне ее стенок 45° составит 4 м; емкость ее V~ 70 м3, т.е. больше, чем требуется для размещения осадка.

Размеры отражательного щита примем, как и в первом случае: ^2 = 0,7 м; Ы = 0,35 м; высота бортов отстойника Из = 0,25 м; нейтральный слой не предусматривается.

Полная высота отстойника ИП0пн ~ 7,6 м.

Пропускная способность одного отстойника при принятых диаметре центральной трубы в = 0,4 м и скорости потока в ней vT = 100 мм/с составит

Радиальный отстойник (рис.9.8) применяется для обработки больших (более 20000 м3/сутки) объемов воды. Он представляет собой круглый (в плане) бассейн, оборудованный подводящим и отводящим воду трубопроводами, водораспределительными и водосборными устройствами.

Смесь активного ила с очищаемой водой подается в центр отстойника снизу вверх по трубе 1 и направляющий цилиндр 2. Выпадающий в осадок ил с помощью скребков, установленных на подвижной ферме, или самотеком сдвигается в прямоток отстойника, далее по трубопроводу 4 удаляется насосами. Осветленная вода поступает в круговой сборный лоток 3.

Схема радиального отстойника

Рис. 9.8. Схема радиального отстойника: 1 - подводящая труба активного ила с очищаемой водой; 2 - направляющий цилиндр; 3 - сборный лоток; 4 - труба откачки возвратного ила; ОСВ - очищенная сточная вода; ИЛИ - избыточный активный ил; R - доля рецикла из отстойника в аэротенк; w - доля избыточного активного ила

Скорость восходящего потока иь = Q(l-w)/F, скорость нисходящего потока - ин = Q(R+w)/F (F - площадь сечения отстойника, м2).

Диаметр радиальных отстойников составляет 15...40 м. Отношение диаметра отстойника к глубине его цилиндрической части - от 6:1 до 12:1, глубина проточной части 1,5...5 м. Существенным недостатком радиальных и горизонтальных отстойников, является резко выраженная струй- ность потока в них сточной воды и наличие в связи с этим дополнительных сопротивлений, тормозящих осаждение нерастворимых примесей. Все это снижает эффект работы отстойников.

Площадь радиального отстойника определяется по формуле:

где Q - производительность отстойника, м3/с; ц> - расчетная скорость осаждения взвеси, мм/с; /- площадь центральной зоны, где вследствие высокой турбулентности потока не происходит осаждение взвеси, м2; а - коэффициент, учитывающий влияние вертикальной составляющей скорости потока на эффект осаждения взвеси:

где w* - среднеквадратичное значение вертикальной составляющей скорости потока в среднем сечении отстойника.

В. Клячко и Г. Павлов предложили рассчитывать радиальные отстойники с учетом непрерывного изменения горизонтальной и вертикальной составляющих скорости потока по длине радиуса отстойника.

Горизонтальную составляющую скорости движения воды в любой точке отстойника определяют исходя из равенства:

где х - расстояние от центра отстойника до точки, для которой определяется горизонтальная скорость; Н - глубина отстойника в центре; у - уклон дна отстойника.

Вертикальная скорость осаждения взвеси в радиальном отстойнике:

где н<дг) - средняя величина вертикальной составляющей скорости движения воды в отстойнике, зависящая от значения х:

(А):

Подставив в формулу (9.9) выражение w(x), получим

Решив совместно уравнения (9.8) и (9.10), получим:

Интегрируя последнее выражение в пределах от 0 до /?, получим:

При х = R ордината у равна высоте отстойника у сборного желоба

После соответствующих преобразований расчетное уравнение для радиальных отстойников получает вид:

Зависимость площади центральной зоны отстойника от производительности и скорости осаждения взвеси

Рис. 9.9. Зависимость площади центральной зоны отстойника от производительности и скорости осаждения взвеси

Рис. 9.10. Распределение концентрации активного ила по глубине отстойника: А - фаза осветления (х = 0); В - нейтральная фаза (0<х< ха) С - фаза постоянного состава (х = хЛ); D - фаза уплотнения (х,,-^ хг; С - D - зоны ила); хЛ х, - концентрации ила на выходе отстойника, возвратного (в аэротенк) ила соответственно

й. r f28°e)0,535

или, в упрощенной форме, /с = -

I “о

Поскольку при выводе расчетного уравнения (9.11) не учитывалось наличие в центре отстойника зоны больших скоростей, в которой осаждение взвеси практически не происходит, для получения искомой площади отстойника необходимо к основной площади круга с радиусом R прибавить площадь центральной зоны (/^3), которую можно определить по графику (рис.9.9.):

Существуют и другие типы отстойников (многоярусные, спиральные), которые имеют ограниченное применение на станциях биохимической очистки сточных вод.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >