Конструкция песколовок должна обеспечивать выделение и удаление из сырой сточной воды гравия, песка и других минеральных частиц, которые забивают каналы и трубы, оказывают абразивное воздействие на внутреннюю поверхность насосов и другого оборудования и создают перегрузки в работе последующих сооружений. Из воды удаляются частицы размером более 200 мкм. Более мелкие частицы извлекаются посредством отстаивания или другими способами.
Теоретическое изучение процесса удаления песка связано с явлением свободного осаждения и включает применения формул, выведенных Стоксом (ламинарный режим), Ньютоном (турбулентный режим) и Алленом (переходный режим). Эти формулы используют для вычисления скорости седиментации частиц сферической формы. При этом необходимо вводить поправки на форму частиц, концентрацию твердой фазы в суспензии, если она превышает ориентировочно 0,5% и характер потока в горизонтальном направлении.
Водопроводные станции
Впуск воды должен быть запроектирован таким образом, чтобы исключить унос песка. Иногда по местным условиям этого сделать нельзя, тогда следует предусмотреть оборудование для удаления песка, если он не удаляется в другом месте в процессе дальнейшей обработки. Если на станции предусмотрена предварительная обработка, достаточно удалить частицы диаметром больше 0,3 мм, что достигается простым удалением песка в каналах, очищаемых гидравлическим напором потока.
Песок может быть также выделен в центробежном поле (в гидроциклоне, смонтированном на напорном трубопроводе насоса). Гидроциклоны обеспечивают отличное удаление частиц песка размером от 100 до 500 мкм, однако потери напора значительны и могут достичь нескольких метров при минимальном значении 0,50 м для наиболее совершенной конструкции, но несмотря на это остается риск износа насоса вследствие абразивного действия песка. Если станция оборудована тонкими решетками (например, с прозорами от 1 до 2 мм), то песок: должен быть удален на предварительной стадии, чтобы исключить возможность повреждения решетки.
Размеры песколовок для конструкции горизонтально-канального типа вычисляют следующим образом. Площадь поверхности определяют как функцию скорости осаждения vc для наименьших по размеру частиц, которые должны быть удалены, и для максимального притока воды:
горизонтальная поверхность = максимальный расход / скорость осаждения vc мельчайшей удаляемой частицы.
Площадь живого сечения есть функция задаваемой горизонтальной скорости. Скорость предусматривается большей, чем критическая скорость осаждения частицы vl, если удаление песка проектируется гидравлическим путем, и меньше vl, если предусматриваются скребковые устройства на дне.
Канализационные очистные станции
В связи с тем, что сточные воды по составу и степени загрязнения сильно различаются, очистка их значительно сложнее, чем при обработке воды на водопроводных станциях. Прежде всего песок желательно отделить от других твердых примесей, находящихся в воде, в особенности от органических, чтобы он не стал источником каких-либо неприятностей. Однако сделать это трудно. В действительности удаляемый песок всегда содержит некоторую долю органических веществ, которые выделяются из воды одновременно с песком. При скорости потока около 0,3 м/с
Органические вещества Должны отделяться ог песка. Лучший результат достигается при последующей отмывке удаляемого песка, в котором содержание органических веществ составляет 30% и менее.
Применяют следующие основные типы конструкции (приводятся в порядке увеличения размеров и эффективности работы) .
Простая песколовка в виде канала, в которой горизонтальная скорость потока пропорциональна расходу, применяется на малых станциях. Песок собирается в продольных лотках на дне, откуда он удаляется обычно каждые 4—5 сут.
Каналы с постоянной скоростью потока около 0,3 м/с. Эти сооружения состоят на одного или предпочтительнее двух каналов, оборудованных на выпуске выравнивающим водосливом (глубина воды пропорциональна ее расходу). Обычно имеется накопительный желоб, очищаемый вручную. Может быть запроектирован также гидравлический транспорт леска в примыкающий бункер, оборудованный механическим устройством для удаления песка. Длительность пребывания воды примерно 1 — 2 мин.
Круглые песколовки с тангенциальным впуском, механической мешалкой или (что еще лучше) с продувкой воздухом, скорость потока в которых в поперечном сечении у дна поддерживается фактически постоянной вне зависимости от расхода воды. Песок остается в центральном приямке и насосом или эрлифтом перекачивается в отделение для гравитационного обезвоживания. Длительность пребывания воды 2—3 мин.
Аэрируемые прямоугольные песколовки, в которых аэрация обеспечивает вращение жидкости, поддерживая постоянную поперечную скорость вдоль дна под прямым углом к направлению основного потока. Поскольку общее продвижение потока значительно медленнее, то колебания расхода воды не приводят к отрицательным последствиям. Аэрация, кроме того, обусловливая циркуляцию воды, создает перемешивание, которое способствует отделению органических примесей от налипших песчинок.
Песок может быть удален автоматически (с применением автоматических выключателей, что такое автоматические выключатели можно почитать по ссылке):
- группой эрлифтов, включаемых периодически (извлекают песок со дна приямка);
- скребком (укрепленным на конце цепи или скреперного моста), движущимся к сборному приямку, с последующим откачиванием насосами;
- непосредственно всасывающим насосом (или эрлифтом), смонтированным на движущемся мостике. Песок обычно отделяется от перекачиваемой эмульсионной жидкости механическим путем, что обеспечивает уменьшение доли органических примесей в песке, собираемом в накопителях. Проектируются на длительность пребывания около 3—5 мин, максимальную гидравлическую нагрузку около 70 м3 воды/м2 площади поверхности в час с максимальной длиной песколовки 30 м. Такие песколовки задерживают около 80% песка с размером частиц от 250 мкм (при максимальном расходе) до 150 мкм (при минимальном расходе).
Песколовки для производственных стоков
Для стоков металлургических или иных промышленных предприятий выделение песка и других неорганических веществ с размером частиц 100—250 мкм и более может быть осуществлено двумя способами:
- либо в песколовке со скребком, круглой в плане, диаметром около 5—15 м (с центральным впуском и периферийным выпуском), или квадратной (с впуском потока вдоль одной стороны и выпуском с другой), с высотой жидкости около 1м и с гидравлической нагрузкой около 15—30 м3 стока на 1 м2 площади поверхности в час. Вращающийся скребок с центральным приводом сдвигает песок в боковой сборный приямок. Выгрузка механическая; достигается с помощью архимедова винта или скребка с возвратно-поступательным ходом;
- либо в гидроциклоне под давлением при скорости на впуске, сниженной до 2—3 м/с для предотвращения абразивного действия. Диаметр циклона от 300 до 700 мм. Производительность до 500 м3/ч. Потери напора около 2—3 м. Выгрузка непрерывная при концентрации неорганических примесей около 10%. Снабжен сифоном, определяющим нижний уровень жидкости, что позволяет получить концентрацию до 20%, если правильно подобран диаметр выходящего патрубка.
