Основные закономерности осветления

Вторичные отстойники располагаются в технологической схеме непосредственно после аэротенков или биофильтров и др.; они предназначены для выделения активного ила из сточной воды. Эффективность осветления во вторичных отстойниках определяет общий эффект очистки воды и эффективность работы всего комплекса очистных сооружений биологической очистки. Кроме того, для технологических схем с аэротенками вторичные отстойники во многом определяют объем аэрационных сооружений, который зависит, помимо прочего, от концентрации возвратного активного ила и степени его рециркуляции.

Основной характеристикой работы отстойников является эффективность осветления (отстаивания), %, определяемая -из выражения:

Г -Г

Э = 100———,

С,

где С) - начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде; С₂ - допустимая конечная концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, принимаемая в соответствии с нормами или технологическими требованиями.

Основным параметром, который используют при расчете отстойников, является скорость осаждения частиц - гидравлическая крупность.

Скорость одиночного осаждения и частиц шарообразной формы в условиях ламинарного режима (Яе < 2) описывается формулой Стокса:

_ ^²(р., ~Рвк 18т|

где б/ - диаметр частицы; р_ч - плотность частицы; р_в - плотность воды; г - динамическая вязкость чистой воды.

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей. Скорость стесненного осаждения меньше скорости одиночного осаждения и для шарообразных частиц одинакового размера может быть рассчитана по формуле Стокса с дополнительными параметрами, которые учитывают влияние концентрации взвешенных частиц и реологические свойства системы:

• 2(Рч <^^{~Рв)Я^}
• 18п_с

где ц_с - динамическая вязкость сточной воды; е - объемная доля жидкой фазы.

Для нешарообразных частиц в эти формулы подставляют эквивалентный диаметр частиц

где У_ч - объем частицы.

Иловая смесь, поступающая из аэротенков во вторичные отстойники, представляет собой многофазную систему, в которой основным компонентом служат хлопки активного ила размером 20...300 мкм, сформированные в виде сложной трехуровневой клеточной структуры, окруженной экзоклеточным веществом биополимерного состава.

Важнейшим свойством иловой смеси является ее агрегативная неустойчивость - изменение диаметра хлопьев ила в зависимости от интенсивности перемешивания. При снижении интенсивности турбулентного перемешивания и последующем отстаивании иловой смеси в результате биофлокуляции происходит агрегирование хлопьев ила диаметром 20...300 мкм в хлопья размером 1... 5 мм.

На практике проектирования и эксплуатации получило распространение использование зависимостей эффекта осветления сточной воды от продолжительности ее отстаивания. Широко применяют эмпирическое уравнение вида

э, = э,_2О(;/120Г",

где Э, - концентрация взвешенных веществ в период времени V, а - эмпирический коэффициент, зависящий от концентрации взвешенных веществ, их способности к агломерации и высоты слоя воды; Э]2о - относительное содержание оседающих веществ к общей массе взвешенных веществ после 120 мин отстаивания в покое.

Для проектирования отстойников экспериментально определяют кривые кинетики осветления реальных стоков на данной станции очистки с помощью отстаивания в лабораторных цилиндрах высотой 0,5 и 1 м (рис. 4.2). Эффект осветления в этом случае рассчитывают по формуле

э,= 100 (С_еп-С_г)/С_е„.

где С_вп - начальное содержание взвешенных веществ; С, - содержание взвешенных веществ в момент времени /.

Для пересчета полученных кинетик на глубину реальных отстойников используют условие седиментационного подобия:

Я

5?/

И

У

У

•>

где Т_$е{ - продолжительность осветления в натуре при глубине Н_зе1 t_se^ - продолжительность осветления в модели при глубине п - показатель степени, отражающий способность взвеси к агломерации (для городских сточных вод п ~ 0,2.. .0,4).

Показатели а и п определяют экспериментально по результатам технологического моделирования.

э, %

Рис. 4.2. Зависимость эффекта осветления от продолжительности

отстаивания, С> С^> С3

Для расчета отстойников используют понятие условной гидравлической крупности «о (*Л)⁼ которую определяют

из соотношения

юооя,,,

⁰ ^{Н_М1Ь_МГ

Кроме того, для учета гидродинамического режима потока осветляемой воды в отстойнике вводят коэффициент использования объема проточной части:

~ ^итю г / ^обЩ>

где УР_о6щ - общий объем зоны отстаивания; РК_прот — объем проточной части, исключающий вихревые зоны на входе и выходе.

Для городских сточных вод в [9, 20] приведены данные о кинетике осаждения, необходимые для расчета отстойников.

Осаждение хлопьев активного ила (при его концен трации в иловой смеси более 0,5...1 г/л) происходит с образованием видимой границы раздела фаз между водой и илом.

При изучении кривой кинетики снижения границы раздела фаз выделяют основные стадии процесса гравитационного разделения иловых смесей, показанные на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Кривая кинетики снижения границы раздела фа}

вода - активный ил:

• 1 - флокуляция хлопьев ила с образованием хлопьев и видимой границы;
• 2 - зонное осаждение хлопьев с постоянной скоростью;
• 3 - переходная стадия от зонного осаждения к уплотнению осевшего ила;
• 4 - уплотнение осевшего ила за счет сжатия под тяжестью лежащих

выше слоев;

5 - осветление надыловой воды, при которой полидисперсные шювые

частицы агломерируются

Процесс илоразделения во вторичных отстойниках определяется гидродинамическим режимом, который зависит от совокупного воздействия следующих факторов:

• • режим впуска иловой смеси в сооружение, оцениваемый скоростью ее входа;
• • процесс сбора осветленной воды, определяемый в основном скоростью подхода воды к сборному лотку;
• • режим отсоса осевшего ила, определяемый скоростью входа ила в сосуны илососа и уровнем стояния ила.

Влияние перечисленных компонентов способствует образованию турбулентного режима движения воды во вторичных отстойниках, учет которого на конечную концентрацию взвешенных веществ производят как через коэффициент объемного использования, так и через основные технологические параметры работы отстойника.

При гравитационном разделении достигается концентрация взвешенных веществ на выходе, равная 15...25 мг/л. Повышение эффективности илоразделения можно достичь с помощью:

• • низкоскоростного перемешивания иловои смеси стержневыми перемешивающими устройствами - в результате концентрация взвешенных веществ снижается до 8.. Л 5 мг/л;
• • использования взвешенного слоя активного ила и последующего доосветления надыловой воды - возможно снижение содержания взвешенных веществ до 5...7 мг/л;
• • тонкослойного отстаивания как для предварительного разделения концентрированных иловых смесей, так и для осветления надыловой воды.