Отстойник

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольную емкость, оборудованную водораспределительным и водосборным устройствами, трубопроводами для подвода осветляемой воды, а также устройством для периодического удаления образовавшегося осадка. Горизонтальные отстойники применяют на станциях очистки воды хозяйственно-питьевых и промышленных водопроводов, производительность которых достигает более 30000-50000 м³/сутки при удалении из воды взвешенных вещества, обработанных коагулянтом.

Вертикальный отстойник представляет собой круглый либо квадратный резервуар, оборудованный трубопроводом 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. Отстойники данного типа применяются для осаждения скоагулированной взвеси с производительностью до 20000 м³/сутки.

Вертикальные отстойники получили распространение в основном для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, на очистных сооружениях промышленных предприятиях их используют сравнительно редко вследствие того, что при одинаковой нагрузке сточных вод эффективность вертикальных отстойников, как правило ниже, чем горизонтальных, а также того, что пропускная способность одного вертикального отстойника относительно мала.

Емкостные отстойники и нефтеловушки, используемые для предварительной очистки сточных вод, разделения суспензий и эмульсий являются крупногабаритными и малоэффективны. Время пребывания жидкости при очистке от тонкодисперсных взвесей и эмульгированных нефтепродуктов может достигать нескольких часов, что приводит к неоправданному увеличению площади очистных сооружений.

Эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов в отстойниках, емкостного типа составляет не более 50 %. Низкая эффективность очистки объясняется несовершенством конструкций отстойников, в которых происходит турбулентное перемешивание под влиянием конвекционных и плотностных потоков, возникающих из-за температурных перепадов или неравномерного распределения концентрации загрязняющих веществ в объеме.

Несовершенство горизонтальных отстойников, имеющих значительную глубину, в которых частицы проходят вертикальный путь, равный глубине отстойника, могут быть снижены при использовании тонкослойных отстойников. Уменьшение высоты слоя отстаивания позволяет сократить время пребывания сточных вод, уменьшить перемешивание потока, вызванное конвекционными токами.

Рабочий объем тонкослойного отстойника разделен по высоте наклонными пластинами на ряд зон отстаивания. Отстаивание в тонких слоях потока жидкости протекает быстро, поскольку путь движения осаждающихся частиц в 10-50 раз меньше, чем в емкостных отстойниках. Тонкослойные отстойники являются более компактными и требуют меньшей площади очистных сооружений. Преимущество тонкослойных отстойников также в том, что наличие параллельных пластин в  сечение отстойника позволяет равномерно распределить поступающий поток воды  и сохранить это распределение по всей длине. Следовательно в многоярусных отстойниках коэффициент использования объема гораздо выше.

Тонкослойный  отстойник делится наклонными пластинами на ярусы глубиной 45-110 мм. Наклон пластин в 45-60° к горизонту обеспечивает сползание осадка из ярусов в уплотнитель осадка, а всплывающих нефтепродуктов - на поверхность воды. Устройство ярусов в отстойнике нефтеловушке одновременно с уменьшением его объема обеспечивает стабильность потока жидкости и нивилирует возникновения температурных и плотностных потоков.

Сравнительные испытания очистки сточных вод с исходной концентрацией нефтепродуктов 100 мг/л в емкостном и тонкослойном отстойниках нефтеловушках равного объема  показали, что концентрация на выходе из тонкослойного отстойника достигает 10-15 мг/л, а из нефтеловушки обычной конструкции - 45-50 мг/л. Следовательно, применение тонкослойных отстойников взамен емкостных позволяет повысить эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов с 55 % до 85 %.

Рис.1. Схема отстойника (многоярусного)

В тонкослойных отстойниках и нефтеловушках в зависимости от конструкции возможно осуществить несколько различных схем движения потока жидкости и взвешенных веществ:

• прямоточная, когда  поток жидкости и выделяемых из него частицы имеют одно направление;

• противоточная, когда отделяемые частицы движутся против потока жидкости;

• перекрестноточная, когда отделяемые частицы двигаются поперек движения потока жидкости.

Тонкослойный отстойник, представленный на рис.1., является прямоточным по извлекаемым нефтепродуктам и противоточным по оседающим взвешенным веществам.

Конструкция тонкослойного отстойника нефтеловушки с противоточным движением выделенной нефти и потока жидкости представлена на рис.2. Это прямоугольная емкость, разделенная перегородкой 9 на две секции. Над перегородкой расположены блоки из параллельных пластин 3. Шарнирное соединение 7 блока с перегородкой позволяет изменять угол наклона блока для подбора оптимального значение, при котором не происходит зашламление ярусов. Сточная вод поступает в первую секцию отстойника нефтеловушки через заглубленный трубопровод 2 с насадками 5. При этом из потока выделяется крупнодисперсная нефть. Мелкодисперсная нефть, на задержание которой рассчитана нефтеловушка, выделяется при прохождении рабочего потока через блок с параллельными пластинами 3. Задержанная в ярусах нефть движется против основного потока, выходит из блока и всплывает в первой секции. Рабочий поток, выйдя из блока, поднимается вверх и, переливаясь через водослив в лоток 6 для приема очищенной воды, отводится из очистного сооружения.

Рис.2. Схема многоярусного отстойника нефтеловушки с противоточным движением воды и выделенной нефти: 1 - гидроэлеватор для удаления осадка; 2 - заглубленный трубопровод для подачи загрязненной жидкости; 3 - параллельные пластины; 4 - скребковый транспортер; 5 - насадки; 6 - лоток для приема очищенной жидкости; 7 - шарнирное соединение; 8 - нефтесборная труба; 9 - перегородка

Рис.3. Схема тонкослойного отстойника нефтеловушки: 1 - патрубок ввода сточной воды; 2, 8, 10 - перегородки; 3 - пластина; 4 - штуцер для выпуска воздуха; 5 - предохранительный клапан; 6 - нефтесборник; 7 - штуцер для выпуска уловленных нефтепродуктов; 9 - штуцер вакуум-клапана; 11 - штуцер для вывода осветленной воды; 12 - труба для смыва осадка; 13 - штуцер для вывода шлама

Представленная выше конструкция отстойника работает как противоточная для задержания нефтепродуктов и как прямоточная для задержания взвешенных веществ. Осадок, выделенный в первой и второй секциях нефтеловушки, скребковым транспортером 4 сгребается в соответствующие приямки, откуда гидроэлеваторами 1 откачивается на очистные сооружения для последующей обработки. Нефтепродукты, накопившиеся на поверхности, извлекаются из нефтеловушки через трубу 8.

Многоярусный тонкослойный отстойник для очистки сточных вод представлен на рис.3. В поперечном сечении отстойник разделен на две последовательно работающие камеры перегородкой. В первой камере при движении воды сверху вниз выделяется основное количество нефтепродуктов и твердых частиц. Во второй камере происходит доочистка воды. В качестве полок применяются листы пластика, установленные под углом 45° к горизонту. Удаление уловленных нефтепродуктов автоматизировано. Осадок из отстойника удаляется периодически путем открытия ручной задвижки.

Конструктивная схема многоярусного отстойника нефтеловушки с перекрестным движением рабочего потока жидкости и выделенного осадка, разработанная и рекомендуемая НИИ «ВОДГЕО», изображена на рис.4. Нефтеловушка изготовлена из железобетонного резервуара 12 прямоугольной формы. Отличительной особенностью является наличие двух зон отстаивания 3 и 5, имеющих самостоятельные приямки 1 для осадка. Сточная вода подается в первую зону грубой очистки 3 точно так же, как и в обычной емкостной нефтеловушке. В этой зоне из воды выделяются крупные капли нефти и песок. Наличие этой зоны позволяет отказаться от применения песколовок на очистных сооружениях.

После извлечения крупнодисперсных загрязнений, поток воды поступает в вертикальный канал пропорционального водораспределительного устройства, служащего для распределения воды по сечению второй зоны. Водораспределительное устройство 4 расположено между первым и вторым приямками. Распределенный по сечению второй зоны поток жидкости поступает в пространство, разделенное параллельными пластинами на ярусы 6. Пластины объединены в блоки 7. Расстояние между блоками и распределительным устройством должно обеспечивать проход скребка.

При движении рабочего потока в ярусах выделяются мелкодисперсная нефть и взвешенные вещества. Капли нефти всплывают к верхним пластинам яруса, укрупняются и движутся вверх по образующей яруса к периферии, а затем поднимаются на поверхность воды.

Рис.4. Многоярусный отстойник нефтеловушка с перекрестным движением рабочего потока жидкости
и выделенного осадка и нефти: 1 - приямок для осадка; 2 - впускное устройство; 3 - зона грубой очистки; 4 - распределительное устройство; 5 - зона тонкой очистки; 6 - ярусы; 7 - блок пластин; 8 - полупогруженная перегородка; 9 - водослив; 10 - водоприемный лоток; 11 - зазоры, перегораживаемые щитками; 12 - корпус; 13 - скребок; 14 - лоток

Осадок, выделяющийся в ярусе, по наклонным пластинам сползает к осевой части нефтеловушки. В пространстве между блоками осадок, свалившийся с пластин, оседает в лотке 14, из которого скребковым транспортером 13 перемещается в приямок. Так как выделенный осадок концентрируется практически по оси нефтеловушки, для сбора осадка предусматривают лоток трапецеидальной формы, что значительно упрощает конструкцию скребка и облегчает работу приводного механизма. Осадок, накопившийся в приямках, удаляется гидроэлеватором.

Задержанную в нефтеловушке нефть, как в первой, так и во второй зонах, удаляют через поворотные нефтеприемные трубы. Поток очищенной воды после полочных блоков проходит под полупогруженной перегородкой 8 и переливается через водослив 9 в водоотводящий лоток 10, из которого отводится за пределы очистных сооружений.

При монтаже блоков в объеме нефтеловушки, работающей по перекрестной схеме, пластины соответствующих ярусов в соседних по длине блоках должны строго стыковаться между собой. Рекомендуется даже предусматривать выпуск пластин из каркаса блока. В этом случае пластины в соседних по длине блоках укладываются внахлест. Во всех конструкциях тонкослойных отстойников нефтеловушек пространства между рядом стоящими блоками в центральной части, а также между блоками и боковыми стенками перегораживают легкими съемными щитками, чтобы предотвратить попадание туда рабочего потока и гарантировать его движение только в ярусах.

Перекрестная схема отличается от противоточной более простой конструкцией распределительных устройств и лучшим гидравлическим режимом в межполочном пространстве. Однако при использовании перекрестной схемы для создания жесткости параллельных пластин, объединенных в блоки, требуется увеличивать толщину пластин, что приводит к возрастанию капитальных затрат, а устройство на пластинах гофр или ребер жесткости означает потери полезной высоты отстаивания. При противоточной схеме пространство между параллельными пластинами можно секционировать перегородками, которые увеличивают жесткость блока, и это позволяет изготавливать пластины из тонких листов (толщиной 0,2-0,45 мм). В таких блоках исходный поток делится на отдельные потоки, движущиеся в самостоятельных каналах. Такие отстойники за рубежом получили название трубчатых. Их преимущество заключается в том, что при одинаковых гидравлических нагрузках движение потока в них является более ламинарным, чем при перекрестноточной схеме, поэтому обеспечивается большая эффективность разделения.

При содержании в воде тяжелых нефтепродуктов ярусы тонкослойного отстойника любой конструкции могут постепенно забиваться шламом. Проектированию многоярусных нефтеловушек должны предшествовать экспериментальный выбор материала пластин и определение угла их наклона.