Очистка исходной воды от песка

Cкачать статью

Уважаемые коллеги!

Сегодняшний выпуск рассылки НПЦ ПромВодвочистка посвящен актуальной для очень многих сфер производства теме: очистка закачиваемой воды от песка. Несложную на первый взгляд тему мы кое-как уместили в 8 страниц полноценной статьи. Приятного чтения!

Цель удаления песка состоит в извлечении из исходной воды гравия, песка, а так­же волокон и более или менее мелких минеральных частиц с тем, чтобы предотвра­тить формирование отложений в каналах и трубопроводах и защитить насосы и дру­гое оборудование от абразивного воздействия.

Для определения степени задерживания подобных загрязнений песколовкой конкретной геометрии можно исходить изданных, приведенных в табл. 1 (рассчита­ны для свободной седиментации частиц песка, имеющего плотность 2,65 кг/дм³). На практике при проектировании песколовок возникают две основные проблемы:

• песок приносится водой главным образом в периоды пиковых расходов (в ре­зультате самоочистки сточных коллекторов), когда скорость горизонтального по­тока воды наиболее высока и, следовательно, увеличивается количество песка, переходящего в суспензию;
• при обработке сточных вод цель операции заключается в извлечении из воды максимального количества минеральных загрязнений с минимальным содержанием органических веществ (ОВ), создающих целый ряд неудобств при хранении и вывозе задержанных отходов.

Таблица 1. Скорость оседания частиц песка на различных горизонтальных потоках жидкости

Примечание. D — диаметр частицы песка; V_c — скорость седиментации при скорости горизонтального течения жидкости, равной нулю; V_c’— скорость седиментации при скорости горизонтального течения жидкости, равной VI; V_c’’ — скорость седиментации при скоррсти горизонтального течения жидкости, равной 0,30 м/с; VI — критическая скорость уноса осевшей частицы горизонтальным потоком.

Для отделения органических веществ от минеральных следует обеспечить долж­ный уровень турбулентности, откуда следует необходимость организации попереч­ного перемешивания, для чего обычно применяют сжатый воздух.

Условия применения

При удалении песка обычно имеют дело с частицами размером не менее 200 или 300 мкм; более мелкие частицы, как правило, удаляются на стадиях грязеотделения или отстаивания.

С теоретической точки зрения процесс удаления песка аналогичен процессу от­стаивания зернистых частиц.

Количество песка

Количество песка в сточных водах меняется в очень широких пределах. Оно, в част­ности, зависит:

• от геологических характеристик региона;
• от состояния и протяженности канализационной сети;
• от типа сети (раздельная, общесплавная, смешанная), а также от ее техниче­ского обслуживания;
• от частоты дождливых периодов.

Количество извлекаемого песка обычно не превышает 15 л в год на одного жи­теля.

Необходимо подчеркнуть трудности, возникающие при оценке количества песка, поступающего на очистные сооружения, или при определении эффективности (по­рога задерживания) песколовки:

• основная из них заключается в отборе проб. Действительно, для сохранения суспензии, образованной частицами песка размерами свыше 0,3-0,4 мм, требу­ется создание значительной турбулентности;
• понятие «песок» используют для обозначения всех зернистых частиц в мате­риалах, задержанных комплектом сит и полученных после прокаливания пробы, вследствие чего в них входит не только собственно песок, но также частицы дру­гих минеральных веществ, часто обладающих большей или меньшей пористос­тью (осколки стекла, бетона, фарфора, фаянса и т. д.). Вследствие этого при определении эффективности удаления песка следует уточнять, что речь идет только о материалах, имеющих плотность, например, более 2,5 кг/дм³, и, следо­вательно, предусматривать классификацию задержанных частиц путем их отста­ивания в плотной среде (напомним, в табл. 1, используемой для расчета песколо­вок, плотность принята равной 2,65).

Обработка песка

Песок обычно подвергают обработке в целях снижения содержания в нем ОВ, по­этому задержанные отходы на выходе песколовки направляют на специальную об­работку с использованием следующего оборудования:

• гидроциклон;
• классификатор;
• устройство для промывки песка.

Область применения

Удаление песка из поверхностных вод

Водозабор должен быть спроектирован таким образом, чтобы максимально уменьшить количество песка, увлекаемого забираемой водой. Если же местные условия этого не позволяют, следует установить песколовку, что выгоднее, чем из­влекать песок на других сооружениях; если сооружения обработки включают ста­дию процеживания (например, сито с отверстием 1-2 мм), удаление песка необхо­димо производить до процеживания, чтобы предотвратить повреждение сита. Песколовка обычно имеет вид крупного канала (коридора) прямоугольной формы. Поперечное сечение песколовки устанавливают в зависимости от желаемой ско­рости горизонтального течения: если предполагается осуществлять гидравличе­ский отвод песка, то эта скорость должна несколько превосходить критическую ско­рость уноса VI осевших частиц горизонтальным потоком (см. табл. 1), если же уда­ление будет производиться с помощью донных скребков, то она должна быть ниже критической.

Горизонтальную площадь рассчитывают делением максимального пропускаемо­го расхода на скорость седиментации V_c задерживаемых частиц наименьшего раз­мера, скорректированную в зависимости от выбранной скорости горизонтального течения.

Песок можно также отделять в циклонах (гидроциклон с нагнетанием от насосов подкачки).

Удаление песка из городских сточных вод

В самотечных общесплавных сетях канализации для защиты оборудования реко­мендуется устройство специальных ям, в которых задерживается крупный песок, камни, куски стекла и металлические предметы.

В собственно песколовке доля ОВ, оседающих одновременно с песком, может быть минимизирована, если вблизи дна сооружения поддерживается скорость по­рядка 0,3 м/с (так называемая скорость смыва). В действительности же процентное соотношение органических и минеральных веществ при этой скорости еще доста­точно высоко: около 50 %.

Улучшить разделение можно либо путем промывки извлеченного песка (содержа­ние ОВ в промытом песке снижается до уровня менее 30 %), либо в специализиро­ванных реакторах, после которых это содержание составляет менее 5 и даже 3 %.

Природа задерживаемых загрязнений обусловливает необходимость примене­ния специализированного оборудования, ограничивающего опасность абразивно­го воздействия и забивания (вихревой насос — аппарат эмульгирования воздухом).

На практике применяется следующее оборудование (в порядке возрастания зна­чения и эффективности):

• песколовка с простым каналом, в которой скорость течения меняется с расхо­дом. Область применения этих сооружений ограничивается небольшими просты­ми очистными сооружениями. Песок извлекают вручную из продольного лотка, имеющего накопительную емкость на 4-5 сут;
• песколовка с усовершенствованным каналом (выходной водослив, работаю­щий по линейной зависимости: высота воды на водосливе пропорциональна рас­ходу) позволяет поддерживать постоянную скорость истечения около 0,3 м/с. Время пребывания составляет от 1,5 до 2 мин;
• радиальная песколовка с механическим извлечением песка и гидравлическим удалением плавающих и вспененных материалов. Время пребыва­ния около 2-3 мин;
• прямоугольная аэрируемая песколовка с механическим извлечением песка и гидравлическим удалением плавающих и вспененных материалов. Время пребывания около 2-5 мин.

Сооружения двух последних типов хорошо подходят для работы в комбинированном режиме песколовки-жироловки, они же наиболее часто и применяются.

Удаление песка из промышленных сточных вод

При очистке ПСВ необходимость удаления песка возникает значительно реже; исключением являются очистные сооружения, принимающие значительные объе­мы ливневых вод. В некоторых случаях (особенно при обработке стоков предприя­тий агропромышленного комплекса) можно использовать аэрируемые песколовки, применяемые для обработки ГСВ.

При обработке некоторых сточных вод предприятий металлургической и метал­лообрабатывающей промышленности основная цель стадии удаления песка состо­ит в извлечении очень тяжелых частиц оксида железа и гранулированного шлака или окалины, кажущаяся плотность которых может варьировать от 2,5 до 4 по отно­шению к плотности воды. Эти частицы, исходное содержание которых может со­ставлять от 0,2 г/л до нескольких граммов на литр, обладают абразивными свой­ствами и склонны к быстрому оседанию, что требует оснащения песколовок специ­альным оборудованием для их извлечения.

Предварительная обработка осадка

Предварительная обработка осадка главным образом предусматривается для защиты оборудования, чувствительного к присутствию различного вида волокон, а также (в более редких случаях) различных твердых материалов (камней, песка, час­тиц металла и т. п.).

Большинство аппаратов, предназначаемых для обработки осадка (например, ме- тантенки, ленточные фильтры и т. п.), имеют особую прочность и допускают попа­дание в них довольно крупных предметов, однако некоторые из них гораздо более чувствительны к присутствию таких отходов (центрифуги, оборудование для терми­ческой обработки и т. п.).

Для предварительной обработки осадков применяют следующие процессы:

• тонкое сороудаление на свободном потоке воды (без давления);
• процеживание с помощью шнекового пресса (типа «Strainpress»);
• измельчение, которое в этом случае входит в технологическую линию (редко используется);
• обработка в циклонах.

В результате перечисленных процессов также образуются отходы, которые сход­ны с осадком на сетке или решетке, формирующимся при сороудалении.

При написании статьи использовались материалы пособия: «Технический справочник по обработке воды», том 2, СпБ: Новый журнал