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:
Таблица 1. Скорость оседания частиц песка на различных горизонтальных потоках жидкости
D, мм |
0,05 |
0,10 |
0,20 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
5,0 |
10 |
Vc, см/с |
0,2 |
0,7 |
2,3 |
4,0 |
5,6 |
7,2 |
15 |
27 |
35 |
47 |
74 |
Vc’, см/с |
0 |
0,5 |
1,7 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
11 |
21 |
26 |
33 |
51 |
Vc’’, см/с |
0 |
0 |
1,6 |
3,0 |
4,5 |
6,0 |
13 |
25 |
33 |
45 |
65 |
VI, см/с |
15 |
20 |
27 |
32 |
38 |
42 |
60 |
83 |
100 |
130 |
190 |
Примечание. D — диаметр частицы песка; Vc — скорость седиментации при скорости горизонтального течения жидкости, равной нулю; Vc’— скорость седиментации при скорости горизонтального течения жидкости, равной VI; Vc’’ — 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.
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 в сточных водах меняется в очень широких пределах. Оно, в частности, зависит:
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:
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:
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 Vc задерживаемых частиц наименьшего размера, скорректированную в зависимости от выбранной скорости горизонтального течения.
Песок можно также отделять в циклонах (гидроциклон с нагнетанием от насосов подкачки).
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):
Сооружения двух последних типов хорошо подходят для работы в комбинированном режиме песколовки-жироловки, они же наиболее часто и применяются.
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 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:
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