Если отстаивание воды происходит в динамических условиях при непрерывном разделении твердой и жидкой фаз и непрерывном движении воды в отстойнике, то проектирование сооружения не может быть основано только на восходящей скорости потока. Необходимо учитывать такие параметры, как отношение высоты к диаметру, числа Рейнольдса и Фруда, согласованные для различных точек отстойника, чтобы гарантировать наименьшую турбулентность и однородность потока и гашение энергии, поступающей и распределяемой по отстойнику воды. Распределение воды должно быть равномерным, без турбулентных потоков и нарушения процесса отстаивания, с обеспечением однородности потока в этой зоне. Особое внимание следует уделять системам сбора осветленной воды, обеспечивающим однородность потока во всем сооружении.
Не меньшее значение при проектировании отстойников имеют и такие характеристики, как объем и концентрация образующегося осадка, а также способ его удаления.
Следовательно, отстойник нельзя рассматривать как простой бункер, потому что это сооружение представляет собой сложный комплекс различного оборудования, эффективность работы которого определяется его гидравлическими характеристиками, которые поэтому должны быть очень тщательно подобраны.
Стало привычным использовать термин «статические» для отстойников, в которых не предусмотрены ни рециркуляция ила, ни слой взвешенного осадка, хотя отстаивание в них представляет собой динамический процесс. В зависимости от количества взвешенных веществ, объема удаляемого осадка и наклона стенок днища сооружения сбор осадка осуществляется с помощью системы скребков или без них.
Статические отстойники без скребковых систем
Применяют обычные вертикальные отстойники с конусообразным днищем, горизонтальные и тонкослойные статические.
Обычные вертикальные отстойники с конусообразным днищем используют при небольших расходах воды (около 20 м3/ч) сия химической очистки воды, а также для очистки сточных вод, поступающих от населенных пунктов с числом жителей не превышающим 1000—2000. Такие отстойники могут быть использованы в больших установках, но при условии, что количество осадка незначительно и его плотность высокая. Перед отстаиванием вода должна быть обработана во флокуляторе и, если необходимо, в .
Наклон стенок конической части сооружения должен быть от 45 до 60° в зависимости от вида очищаемой воды и используемого способа очистки. Средняя восходящая скорость потока принимается от 0,5 до 1 м/ч для осветления питьевой воды и от 1 до 2 м/ч для первичного отстаивания бытовой сточной воды.
Горизонтальные отстойники раньше применялись для питьевого водоснабжения. Площадь поверхности отстаивания, выраженная в квадратных метрах, должна быть рассчитана, исходя из величины гидравлической нагрузки, соответствующей часовому или двухчасовому расходу обрабатываемой воды. Эти сооружения, следовательно, имеют большую площадь поверхности и неэкономичны в строительстве. Кроме того, отстойник необходимо периодически опорожнять, чтобы удалить осевший осадок. Его применяют только при небольшом количестве осадка. Перед контактным статистическим отстойником обычно располагают смесительную камеру для быстрой диффузии реагентов в воде и флокулятор с устройством для медленного перемешивания, способствующего хлопьеобразованию.
Статические тонкослойные отстойники. Существуют многочисленные типы статических отстойников, которые оборудованы полочными или трубчатыми блоками. Отстойник «Седи-пак» объединяет в одном сооружении зону смешения воды и реагентов, добавляемых для очистки, флокулятор с установленными в нем полками с дефлекторами, применяемыми в отстойнике «Суперпульсатор» и зону отстаивания с полочными блоками. Осадок под действием силы тяжести опускается вниз и накапливается в воронке на дне отстойника.
Статические отстойники, оборудованные скребковым механизмом
Статические отстойники, оборудованные скребковым механизмом обычно используют для грубой обработки поступающей воды, ее первичной очистки и осветления и химической очистки сточных вод. Они служат также для очистки шахтных вод, вод от промывки угля и вообще всех вод, содержащих тяжелые вещества, выпадающие в осадок самопроизвольно.
Очень важно удалить осадок, как только он образовался. При использовании скребкового механизма осадок уплотняется, уменьшается в объеме и при этом сводятся к минимуму потери воды, удаляемой с ним. Осадок собирается скребками в один или несколько специальных приямков, откуда его удаляют.
Скорость движения скребковых механизмов, служащих для сбора осадка в приямок зависит от процентного содержания оседающих веществ в обрабатываемой воде и плотности осадка, образующегося в процессе отстаивания. Скорость возвратно-поступательного движения скребкового механизма в прямоугольных отстойниках принимается 1 см/с при очистке воды для питьевого водоснабжения и от 2 до 5 см/с при обработке сточных вод.
Многочисленные виды отстойников оборудованы скребковыми механизмами.
В круглых отстойниках скребковый механизм прикреплен к ферме, вращающейся вокруг центральной оси отстойника. Он может состоять из одиночного скребка или из нескольких скребков, смонтированных в виде жалюзи.
В зависимости от способа очистки и требуемого качества очищенной воды целесообразно применять систему удаления всплывающих веществ с поверхности воды. Такие системы широко используют при очистке сточных вод.
Скребковые механизмы могут быть радиальные или диаметральные. В последнем случае донные скребки удваивают. Их подвешивают к вращающейся ферме, приводимой в движение приводом, расположенным или в центре отстойника, или на периферии сооружения.
Наиболее часто используют конструкцию радиального мостика с периферическим приводом. Электродвигатель через редуктор, установленный на мостике, приводит в движение ведущий каток, движущийся по борту отстойника. Поверхностные скребки жестко прикреплены к вращающемуся мостику, а илоскребы, расположенные у дна отстойника, прикреплены к нему на шарнирах.
Если система оборудована центральным приводом, то ферма состоит из двух радиальных консолей, подвешенных к зубчатому колесу, приводимому в движение от неподвижно укрепленного редуктора.
Поверхностные скребки и илоскребы изготовлены как одно целое с вращающейся конструкцией. Центральный привод может быть неподвижно закреплен на мостике или расположен на центральной бетонной колонне, опирающейся на дно отстойника. Уклон дна отстойника может быть от 4 до 10%. Осадок скребками собирается в приямок, расположенный в центре отстойника, откуда удаляется автоматически.
В центре круглого отстойника может быть установлен флокулятор с системой для медленного перемешивания.
Вода после флокуляции проходит через очень широкие отверстия без водослива (во избежание чрезмерной турбулентности) в периферийную зону отстаивания, где выпадают в осадок взвешенные вещества и флокулированные частицы.
Круглые отстойники, оборудованные скребковым механизмом, обычно имеют глубину воды у периферии сооружения от 2 до 3,5 м.
Прямоугольные отстойники имеют преимущество перед круглыми: они могут быть компактно совмещены с другими сооружениями, но обычно стоят дороже. Отношение длины к ширине допускается от 3 до 6. Глубина отстойника принята от 2,5 до 4 м. Уклон днища составляет 1 %.
Скребковый механизм приводится в движение с помощью моста, перемещающегося от одного конца сооружения в другой и обратно, или с помощью цепного механизма, располагаемого под водой.
Иловые приямки устраивают ниже впуска воды в сооружение, а плавающие вещества с поверхности собирают перед выпуском осветленной воды. Илоскреб движется против движения воды в отстойнике, а поверхностный скребок — в противоположном направлении. Возвратно-поступательное движение скребков и мостика в отстойнике полностью автоматизировано.
Для одновременного сбора осадка в нескольких отстойниках можно использовать один мостик, Допускается принимать пролет мостика более 25 м.
Если в поступающей на очистку воде содержится небольшое количество взвешенных веществ, то один мостик может быть использован для нескольких сооружений. Причем он будет периодически перемещаться от одного отстойника к другому.
Статические отстойники с илососами
Статические отстойники с илососами используют в основном при биологической очистке сточных вод, когда необходимо ограничить время пребывания активного ила во вторичном отстойнике во избежание его разложения.
С увеличением диаметра сооружения число точек отбора ила из круглого отстойника может быть увеличено путем использования илососов.
Увеличение скорости вращения илоскребов в круглом отстойнике с целью более эффективного сбора ила к центру сооружения невозможно без возникновения нежелательной турбулентности. Илососы можно применять как в круглых, так и в прямоугольных отстойниках.
В круглых отстойниках диаметром менее 40 м обычно используют радиальную конструкцию с периферийным приводом, в которой горизонтально закреплена илоприемная труба. Ряд труб, опускающихся к дну отстойника, соединены с илоприем-ной трубой.
Если диаметр отстойника больше 40 м, то илососы устанавливают не только по радиусу, но и по всему диаметру сооружения. Довольно часто они приводятся в движение с помощью привода, смонтированного в центре сооружения.
Всасывающий эффект илососов обеспечивается либо гидростатическим давлением, если уровень выпускных труб ниже уровня поверхности воды в сооружении, либо действием эрлифта.
Регулируя расход воздуха, можно контролировать расход ила отдельно в каждом сосуне.
Удаление ила из илоприемной трубы, которая вращается с помощью периферийного привода вместе с мостиком, происходит в центре отстойника с помощью сифона.
В прямоугольном отстойнике ил засасывается в илоприемную трубу, которая совершает возвратно-поступательное движение по сооружению в направлении, перпендикулярном движению воды. Удаляется ил из илоприемной трубы с помощью сифона или насосов. Особое внимание при проектировании отстойника должно быть уделено конструкции впуска, которая должна обеспечить распределение воды, исключить турбулентность в зоне отстаивания и предотвратить образование «мертвых» зон, где осадок может накапливаться.