ПЕСКОЛОВКИ

Песколовки предназначаются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (главным образом песка) и устанавливаются перед отстойниками.

Применение песколовок обусловлено тем, что при совместном выделении в отстойниках минеральных и органических примесей возникают значительные затруднения при удалении осадка из отстойников и дальнейшем его сбраживании в метантенках.

Песколовки следует предусматривать при расходе сточных вод более 100 м3/сутки.

Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали песок и другие тяжелые минеральные частицы, но не выпадал осадок органического происхождения.

По характеру движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные— с круговым или прямолинейным движением воды, вертикальные— с движением воды снизу вверх и песколовки с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды. Последние в зависимости от способа создания винтового движения подразделяются на тангенциальные и аэрируемые.

Осевший на дно песколовки с прямолинейным движением воды песок сдвигается к приямку, расположенному в начале сооружения, скребками, при этом происходит частичная отмывка песка. Из приямка песок удаляют гидроэлеватором или Песковыми насосами.

Песколовки сооружают из сборных железобетонных элементов унифицированных размеров.

Действие горизонтальной песколовки основано на том, что при движении сточной воды (в резервуаре, канале, отстойнике) каждая находящаяся в ней нерастворенная частица перемещается вместе со струей воды и одновременно движется вниз под действием силы тяжести со скоростью, соответствующей крупности и плотности частицы.

Обычно в песколовках задерживается песок с гидравлической крупностью м0, равной 18—24 мм/с (песок крупностью 0,2—0,25 мм), составляющий около 65% всего количества песка, содержащегося в сточных водах.

Чем больше скорость течения воды, тем сильнее турбулентность потока и больше вертикальная составляющая (пульсационной) скорости движения воды и тем более крупные частицы будут выноситься вместе с водой; чем медленнее течение, тем более мелкие и легкие частицы будут выпадать в осадок.

Дополнительно по теме канализация:

Скорость движения воды в песколовках не должна выходить из определенных пределов. Для бытовых вод такими пределами скорости считаются для песколовок с горизонтальным движением 0,3 м/с (при максимальном притоке) и 0,15 м/с (при минимальном притоке). При этих скоростях продолжительность пребывания сточной воды в горизонтальных песколовках принимается равной 30—60 с (при максимальном притоке сточных вод).

Ввиду того что расход сточных вод в течение суток колеблется, для соблюдения этих скоростей течения необходимо устраивать песколовку из нескольких отделений (не менее двух) с таким расчетом, чтобы в часы минимального расхода часть отделений выключалась из работы.

Но даже и при соблюдении указанных выше скоростей осадок в песколовках, как показывает практика, все же содержит более или менее значительное количество легких органических приМесей. Происходит это по следующим причинам.

При скоростях, близких к нижнему пределу (0,15 м/с для горизонтальных песколовок), выпадает много органических примесей. Во избежание этого следует придерживаться по возможности высшего предела скорости (0,3 м/с), применяя для этого устройства, поддерживающие одинаковую скорость течения в песколовке автоматически независимо от расхода сточных вод. Иными словами, при уменьшении расхода против расчетного (соответствующего расчетной скорости) в таком же соотношении должна уменьшаться и площадь живого сечения.

Кроме того, предельная скорость течения 0,3 м/с является средней скоростью, отнесенной ко всему живому сечению. В действительности же в некоторых зонах песколовки наблюдаются повышенные скорости, способствующие выносу песка; в других зонах вода протекает с пониженной против средней скоростью, при которой выпадают вместе с песком органические вещества. Поэтому необходимо принимать меры (главным образом в отношении улучшения конструкций впускных и выпускных устройств), обеспечивающие равномерность течения.

Имеет значение и то, что в бытовых водах органические вещества слипаются с частицами песка и другими тяжелыми частицами и вместе с ними выпадают в осадок. Поэтому необходимо предусмотреть условия, способствующие отделению или отмывке песка от приставших к нему органических частиц.

Вертикальные песколовки в настоящее время применяют редко.

Тангенциальные песколовки имеют круглую форму в плане; подвод воды к ним производится тангенциально (по касательной). В таких песколовках каждая частица испытывает кроме сил тяжести влияние центробежных сил. Это способствует более интенсивному отделению песка от воды и легких органических примесей, которые вследствие вращательного движения поддерживаются во взвешенном состоянии и не выпадают в осадок. Тангенциальные песколовки обеспечивают более полное задержание песка с малым количеством органических загрязнений.

Аэрируемые песколовки являются развитием тангенциальных песколовок и выполняются в виде удлиненных резервуаров. Вращательное движение в них создается путем аэрации сточной воды.

Объем осадка, выпадающего в песколовке, зависит от многих факторов: от системы канализации, протяженности сети, ее уклонов, условий эксплуатации канализации, состава производственных вод, поступающих в канализацию, и пр. По существующим нормативам для городской канализации объем осадка, выпадающего в горизонтальных и тангенциальных песколовках, принимается равным 0,02 л при полной раздельной и 0,04 л при общесплавной системе канализации на одного человека в сутки при влажности осадка в среднем 60% и плотности его 1,5 т/м3.

Для уменьшения влажности осадка, а следовательно, и общего его объема горизонтальные песколовки устраивают иногда с дренажем. При очистке песколовка выключается из работы шиберами; вода, насыщающая песок, спускается в колодец, а песок удаляется. При этом влажность осадка снижается до 30%- Однако опыт эксплуатации песколовок показывает, что дренажные трубы часто засоряются осадком. Песколовки с дренажем применяют при расходе сточных вод не более 2000 м3/сутки. Зольность осадка из песколовок колеблется от 85 до 95%.

Механизированное удаление песка из горизонтальных песколовок обязательно при объеме его более 0,1 м3 в сутки. При механизированном удалении осадка одна песколовка (или одно отделение), независимо от числа рабочих песколовок, должна быть резервной. Осадок удаляют (в зависимости от конструкции и размеров песколовки) нориями, ковшами, гидроэлеваторами, Песковыми насосами и применяют гидромеханическую систему выгрузки песка из песколовок. Объем песка, задержанного в песколовках, замеряется при выгрузке.

Горизонтальные песколовки

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды представляют собой удлиненные прямоугольные в плане резервуары ( 4.18).

На Люберецкой станции аэрации (Москва) на входе воды в песколовку установлены плоские распределительные решетки. Многолетняя эксплуатация этих решеток показывает, что они повышают эффект задержания песка или увеличивают пропускную способность без уменьшения эффекта задержания песка. Распределительные решетки можно рекомендовать для установки в горизонтальных песколовках.

Горизонтальные песколовки рассчитывают исходя из необходимой степени задержания песка определенной крупности.

Минимальный размер задерживаемых частиц песка определяется в зависимости от типа очистных сооружений, устраиваемых за песколовкой. Если на очистной станции имеются отстойники, осадок из которых сбраживается в метантенках или в двухъярусных отстойниках (см. гл. XVIII), то в песколовках должен быть задержан песок диаметром 0,25 или 0,2 мм, при необходимости расчет может производиться на  задержание песка  крупностью  менее 0,2  мм.

Определяемая по формуле (4.49) длина песколовки является рабочей. Для создания равномерных скоростей в песколовке вход в нее выполняют в виде плавного расширения, а выход из нее — в виде плавного сужения.

Для стабилизации скорости потока в песколовке при измерении расхода поступающих в нее сточных вод на отводном канале в песколовках устраиваются водосливы Размеры их можно определить по формулам  

Для нормальной работы песколовок большое значение имеет своевременное удаление отложившегося в них песка. На небольших установках песок можно удалять вручную; при объеме песка более 0,1 м3 в сутки обязательно механизированное его удаление. Ниже приводится несколько примеров конструкций горизонтальных песколовок с механизированным удалением осадка

Весь расход сточных вод проходит через секции песколовки с постоянной скоростью 0,3 м/с. На впускном и выпускном каналах имеются электрифицированные шлюзовые затворы, действующие автоматически в  зависимости от скорости  прохождения  воды.

При очистке секции сначала должна быть выпущена из нее вода и направлена в подводящий канал, после чего удаляют песок. Песколовки устроены с уклоном, что облегчает освобождение их от песка

Приспособления для очистки запроектированы таким образом, что в случае необходимости может быть применена промывка песка, для чего   предусмотрено промывочное устройство.

К горизонтальным могут быть отнесены песколовки с круговым движением воды. На  4.20 показана песколовка этого типа, оборудованная  гидроэлеваторами для   удаления   песка.

Гидроэлеваторы хорошо отмывают песок от органических примесей. Работают они автоматически по графику с помощью командного электропневматического прибора КЭП-12У. Длительность периода работы гидроэлеваторов устанавливают в процессе эксплуатации песколовок. В случае неполадок в работе насосов и задвижек на диспетчерский пункт передаются соответствующие сигналы. Песколовки с круговым движением воды экономичны и надежны в работе. Нагрузка на поверхность песколовок составляет 28—78 м3/ (м2-ч).

Наиболее целесообразно применение этих песколовок с бункером для песка.

По опыту эксплуатации песколовок с круговым движением воды в г. Владимире в них задерживается зимой 21 л и летом 82 л (в среднем 45 л) осадка на 1000 м3 сточных вод. Зольность осадка 81—93%; содержание песка в осадке 76—86%. Песколовки работают при часовом коэффициенте неравномерности около 1,5. Оптимальная эксплуатационная нагрузка на поверхность 47,7 м3/(м2-ч).

Удаление осадка из песколовок производится каждую смену.

Применение бункера позволяет полностью механизировать удаление песка, что значительно облегчает эксплуатацию песколовок.

Тангенциальные песколовки

Тангенциальные песколовки получили широкое распространение в зарубежной практике. Схема одной из них приведена на  4.21. Расчет производится на задержание песка с гидравлической крупностью 18—24 мм/с (песок крупностью 0,2—0,25 мм).

Сточная вода поступает в песколовку по касательной. Особенностью песколовки является малая глубина ее проточной части. Нагрузку на песколовку принимают равной ПО м3/(м2-ч) (при максимальном притоке). Диаметр песколовки принимается не более 6 м.

Удаление задержанного песка производится с помощью шнека.

При скоростях течения в главном лотке 0,6—0,8 м/с задерживается около 90% песка (главным образом крупностью более 0,4 мм). Влажность задерживаемого песка при колебаниях нагрузки от 70 до 140 м3/(м2-ч) составляет 19—20%, зольность—94%, количество песка— от 14,5 до 40% крупностью менее 0,2 мм.

Аэрируемые песколовки

Аэрируемые песколовки выполняются в виде горизонтальных резервуаров. Вдоль одной из стенок на расстоянии 45—60 см от дна по всей длине песколовки устанавливают аэраторы, а под ними устраивают лоток для сбора песка. В поперечном сечении днищу придают уклон /== = 0,2…0,4 к песковому лотку для сползания в него песка. На  4.22 показаны схемы аэрируемых песколовок, применяемых в США.

Расчет аэрируемых песколовок производится из условия обеспечения вращательной скорости по периметру поперечного сечения песколовки ивр=0,25…0,3 м/с, поступательной скорости иПост=0,08…0,12 м/с и продолжительности пребывания воды в песколовке 2—3 мин, которая рассчитывается на задержание песка с гидравлической крупностью и0— = 18 мм/с (песок крупностью 0,2 мм). Сточная вода под действием аэрации движется по спирали, и частицы песка выпадают в придонной области в сторону аэраторов.

Для поддержания величины ивр необходимо подавать воздух в объеме 3—5 м3 на I м2 площади поверхности песколовки в 1 ч. Вращательная скорость поддерживается постоянной вне зависимости от колебания притока сточных вод. Уменьшение поступательных   скоростей   течения при одном и том же времени пребывания жидкости в сооружении позволяет уменьшить длину песколовок и упрощает выгрузку осадка.

Постоянные скорости движения в аэрируемых песколовках обеспечивают непрерывное поддержание во взвешенном состоянии органических загрязнений и исключают выпадение последних в осадок. Кроме того, при аэрации и трении песчинок друг о друга песок отмывается от обволакивающих его органических загрязнений. Все это способствует получению в песколовках практически свободного от органических примесей осадка. Осадок из аэрируемых песколовок содержит до 90—95% песка и при длительном хранении не загнивает. Процесс отмывки песка улучшает и его осаждение.

Аэрируемая песколовка с гидромеханической системой удаления песка, состоящей из пескового лотка и смывного трубопровода со спрысками, показана на  4.23.

Аэраторы песколовок могут выполняться из пластмассовых труб с отверстиями диаметром d=3,l…5 мм и устанавливаются на глубине (0,7…0,75) Я. Для удобства осмотра, очистки и ремонта аэраторы должны легко подниматься на поверхность.

Для приема осадка в верхней части пескового лотка имеется щель, которая закрывается клапанами при смыве осадка за счет повышения давления в лотке. Смывной трубопровод диаметром 159 мм укладывают по середине днища пескового лотка. С двух сторон нижней половины трубы через 0,4 м друг от друга приварены спрыски диаметром 10 мм, направленные в сторону выгрузки осадка. Осадок удаляют без выключения песколовки из работы.

Основными расчетными гидравлическими параметрами являются расход и напор воды, подаваемой на смыв осадка в лотке.

Проведенные в МИСИ им. В. В. Куйбышева исследования позволили установить, что транспортирование осадка гидромеханической системой начинается лишь в том случае, когда под действием вертикального фильтрационного потока промывной воды, выходящей из спрысков, происходит расширение и переход осадка из плотного неподвижного состояния в псевдоожиженное.

Задержанный песок гидроэлеваторами подается на отмывку в гидроциклоны, устанавливаемые над открыто расположенными Песковыми бункерами. Отделенная от песка вода из гидроциклона сбрасывается перед песколовками. Обработка осадка в гидроциклоне обеспечивает получение песка, практически свободного от органических примесей.

Бункера, площадки и аппараты для обезвоживания песка

 Поскольку песок из песколовок транспортируется по трубопроводам с большим объемом воды, необходимо его обезвоживать. Для этого устраивают бункера, песковые площадки или накопители песка, обычно располагаемые вблизи песколовок, и применяют гидроциклоны, в которых при промывке песка происходит и его обезвоживание.

На станциях пропускной способностью до 75 тыс. м3/сутки для обезвоживания песка рекомендуются песковые бункера ( 4.25), приспособленные для погрузки песка в автотранспорт. Бункера рассчитывают на 1,5—9-суточное хранение песка; их располагают как вне здания, так и в здании в зависимости от климатических условий. Для промывки песка применяют напорные гидроциклоны диаметром 300 мм с напором пульпы перед гидроциклонами 20 м. Во избежание смерзания песка при расположении бункеров вне здания предусматривается обогрев бункеров горячей водой.

Песковые площадки устраивают с ограждающими валиками высотой 1—2 м. Размеры площадок принимают из условия нагрузки на них до 3 м3/м2 в год (с периодической выгрузкой подсушенного песка. Высота слоя напуска песка в накопителе составляет до 3 м/год).

Воду с площадок и из накопителей удаляют через камеры с водосливами с переменной отметкой порога и перекачивают в канал перед песколовками или направляют в резервуар местной насосной станции с последующей перекачкой на очистные сооружения.

Для обезвоживания песка могут применяться также напорные гидроциклоны и обезвоживающие горизонтальные шнековые центрифуги типа НОГШ.

Улучшение качества песка достигается применением классификаторов.