Промышленные и хозбытовые стоки с вредными для природы примесями перед отведением в реку или систему канализации подвергаются многоэтапной обработке.

Минеральные твердые загрязнения, присутствующие в сточной жидкости, значительно усложняют ее очищение и утилизацию, поэтому первичные отстойники оснащаются простыми устройствами – песколовками.

Аппараты для механической очистки задерживают мелкий мусор, частицы песка, глины, грунта, боя стекла, из-за которых работа очистных установок может оказаться малоэффективной.

Что это за устройство?

Потоки дождя смывают с крыш и дорог большое количество песка и грязи. Эта взвесь, попадая через приемный колодец в систему канализации, оседая в трубах и резервуарах, способна быстро засорить и вывести из строя сооружения очистки сточных вод.

Удаление песка и ила из очистных установок – дорогостоящее мероприятие.

Поэтому сначала стоки пропускают сквозь решетки для удаления крупных примесей, а затем – через песколовки для отделения песка и других твердых нерастворимых частиц.

Применение песколовок – подготовительный этап для дальнейшей тщательной обработки стоков.

В основе действия устройств – гравитация, используемая для осаждения тяжелых минеральных примесей при замедлении скорости водной струи. Песок тяжелее воды, поэтому при перемещении водного потока песчинки устремляются вниз – под действием силы тяжести со скоростью, пропорциональной крупности и плотности частиц.

Фото 2

Конструкции задерживают минеральные частицы размером > 0,25 мм (гидравлическая крупность 18–24 мм/с). Масса примесей с такими параметрами составляет около 65-70 % от всего объема подобного мусора. Применение песколовок целесообразно при расходе стоков > 100 м3/сут.

Материал корпуса может быть различным, но лучшими показателями обладают емкости из стеклопластика, устойчивые к коррозии, простые в транспортировке и монтаже и выдерживающие значительные нагрузки. Часто песколовки оборудованы механизмами для перемещения осадка в бункер и на участок обезвоживания – гидроэлеваторами и насосами.

Однокамерная песколовка – резервуар с колодцем обслуживания и лестницей. Это самое распространенное устройство, работающее с максимальной эффективностью при концентрации примесей до 2 000 мг/л. Поток СВ поступает в верхнюю часть емкости и сдерживается перегородкой, замедляя течение.

При движении воды песок и другие частицы успевают осесть на дно, а освобожденная от примесей вода выходит из противоположной верхней части.

Накопившийся песок затем механически удаляется во время регламентного обслуживания.

Ливневые производственные или городские стоки содержат, в том числе, нерастворенные фракции нефтепродуктов. В таких случаях применяются двухкамерные аппараты – с резервуаром, разделенным перегородкой с переливным устройством.

В одном блоке осаждается песок, в другом концентрируются всплывающие нефтепродукты. Двухкамерные песколовки оборудуются двумя колодцами обслуживания – для удаления песка и нефтепродуктов. Объем емкости рассчитывается по объему стоков и периоду отстаивания раствора.

Песколовки могут использоваться в сочетании с другими очистными установками или отдельно, как самостоятельное оборудование. Эксплуатация пескоуловителей заключается в постоянном контроле уровня осадка и воды.

Все виды песколовок

Все песколовки объединены одним принципом работы – вне зависимости от типа модели, песок осаждается под действием гравитационных сил. Устройства различаются конструкцией и характером перемещения водного потока в резервуаре.

Можно выделить 3 основные категории пескоотделителей:

  1. Горизонтальные – с круговым или прямолинейным движением потока.
  2. Вертикальные – с перемещением потока снизу вверх.
  3. Устройства с винтовым (поступательно-вращательным) движением струи.

Среди последних, в свою очередь, есть тангенциальные и аэрируемые – в зависимости от способа создания винтового движения. Рассмотрим основные разновидности пескоуловителей.

Щелевые

Самая простейшая горизонтальная песколовка – щелевая. Песок продвигается, в основном, в нижней части коллектора, и при небольшом уменьшении скорости потока более тяжелые частицы проваливаются вниз, в поперечные щели.

Фото 3

Под щелями расположены бункеры для сбора осадка. Эффективность устройств невысока (не > 20 %), поэтому они находят применение там, где расход не превышает 5–100 м3/ч.

Вертикальные

Рабочая емкость представляет собой вертикальный цилиндр. Вода подается у основания резервуара и направляется снизу вверх. Чтобы минеральные примеси выпадали в осадок, скорость восходящего потока должна быть меньше гидравлической крупности частиц улавливаемого песка.

Загрязнения собираются в конусном отсеке устройства, а водные массы отводятся с помощью кольцевого лотка.

Фото 4

Вертикальные песколовки обладают внушительными габаритами, способны накопить большие объемы осадка, поэтому их применяют на больших станциях очистки поверхностных вод. В автономных системах громоздкие устройства использовать неудобно.

Горизонтальные

Поток СВ в горизонтальных песколовках перемещается параллельно земной поверхности. Конструкции с круговым движением потока – наиболее распространенные устройства для отделения песка из сточных вод. По сравнению с похожими моделями с поступательной подачей воды и аналогичной производительностью, они более экономичны.

Горизонтальные уловители песка с прямолинейной струей целесообразно использовать при объемах сброса < 10 000 м3/сут, аппараты с круговым движением наиболее эффективны для очистки сбросов до 70 000 м3/сут.

В поперечном сечении аппарата с круговым течением воды проточная часть в верхней половине прямоугольная, а в нижней – треугольная, с щелью внизу. Такая конструкция позволяет транспортировать осадок через щель в осадочный конус песколовки.

Песок перемещается к бункеру специальными приспособлениями – щетками. В это время происходит частичное удаление органики. Для выгрузки осадка устанавливается гидроэлеватор.

Тангенциальные

Если СВ характеризуются устойчивой высокой концентрацией взвешенных веществ, наиболее эффективен тангенциальный пескоотделитель. Принцип работы основан на центробежной силе, действующей на примеси во вращающемся винтовым образом потоке жидкости.

Вода направляется в вертикальный резервуар по касательной – под острым углом к стенке корпуса. Скорость струи достаточно низкая, чтобы минеральные загрязнения успели осесть на дно песколовки. Ил и песчаная взвесь удаляются насосами – осадок взмучивается компрессором, затем насыщенная песком взвесь выкачивается наружу.

Фото 5

Тангенциальные песколовки отличаются от других моделей круглой формой, часто имеют форму цилиндра. Применяются при объемах СВ до 50 000 м3/сут.

Аэрируемые

Аэрируемые пескоуловители имеют более сложную конструкцию – оснащены постоянно действующими аэраторами, гидромеханической системой смыва осадка в бункер, гидроэлеваторами, песковым блоком, задвижками и затворами. Отличаются удлиненной конструкцией, напоминающей параллелепипед, и близким к эллиптическому поперечным сечением.

Днище песколовки имеет уклон в сторону лотка. Вдоль одной из стенок установлен аэратор – труба с небольшими отверстиями, через которые подается воздух. Аэратор монтируется в 0,5 м от дна.

Поток СВ подвергается постоянной аэрации, в результате чего потоку задается вращательное движение. Концентрация осадка происходит в лотке, расположенном вдоль продольной стенки конструкции.

Аэрируемые песколовки наиболее эффективны при объеме стоков до 10 000 м3/сут., осаждая до 90 % минеральных примесей.

Оборудование может работать без остановки на техническое обслуживание, с непрерывным извлечением осадка, используется на крупных очистных сооружениях. Установки применимы не только для очистки стоков, но и для получения песка в промышленных масштабах. В этом случае комплекс оборудуется приспособлениями для фракционного разделения песка, его промывки, хранения, погрузки и транспортировки.

Аэрируемые песколовки также применяются для извлечения всплывающих примесей – пленок жиров, масел, нефтепродуктов. Для удаления подобных загрязнений установка оснащается специальным отделением с периодически погружаемым бункером и отводящим трубопроводом.

Песколовки с аэрацией могут использоваться в качестве преаэраторов для подготовки к обработке сильнозагрязненных стоков при концентрации взвешенных веществ > 300 мг/л. Преаэраторы увеличивают эффективность задержания примесей в отстойниках на 10–15 %.

Принцип работы

Песколовка работает как отстойник – под воздействием силы тяжести частицы с удельным весом большим, чем у воды, двигаясь вместе с потоком в резервуаре, оседают на дно. Чем больше скорость течения потока, тем сильнее его турбулентность, и тем более крупные примеси выносятся вместе с водой. Чем медленнее течение, тем более мелкие и легкие включения выпадают в осадок.

Фото 7

Песколовки рассчитываются на такую скорость, при которой выпадают самые тяжелые минеральные загрязнения. При этом органическая «мелочь» не должна успеть осесть. Скорость воды в горизонтальном устройстве должна быть не > 0,3 и не < 0,1 м/сек.

При первом значении скорости взвешенные частицы не успеют задержаться в песколовке, а при втором начнется осаждение нежелательных органических примесей. Одновременное извлечение минеральных загрязнений и органики затрудняет удаление осадка из отстойников и его дальнейшее сбраживание в метантенках.

Объем СВ не может быть постоянным, поэтому скорость течения может уменьшаться. В этом случае частицы органики успеют выпасть в осадок вместе с минеральными примесями. Чтобы предупредить осаждение органических включений, песколовки конструируют из нескольких рабочих блоков с автоматической регулировкой скорости водного потока (путем закрывания и открывания).

В вертикальных аппаратах вода движется снизу вверх, а песок, увлекаемый силой гравитации, падает в обратном направлении, наиболее эффективные границы скорости струи – 0,02–0,05 м/сек.

Качество осаждения примесей зависит от состава песка, формы песчинок, особенностей перемещения водной струи в различных частях песколовки (обычно поток движется неравномерно).

Обычно входной патрубок в устройстве делают широким, соразмерным параметрам рабочего резервуара, а выходной патрубок – узким, соответствующим диаметру трубы. Чтобы изменение движения струи при входе и выходе было плавным, вход в емкость постепенно расширяется, а выход – постепенно сужается.

Расчет

Расчет песколовки для очистки сточных вод заключается в определении оптимальных габаритов (длины, ширины и высоты) рабочего и осадочного блоков. Пескоуловители для очистки СВ различаются не только размерами, но и производительностью.

Чтобы понять, какая песколовка наиболее эффективно справится с механической очисткой загрязненного механическими включениями стока в конкретных условиях, проводится расчет по следующим данным:

  • объем сбрасываемых СВ;
  • концентрация загрязнений;
  • скорость движения водного потока;
  • суточная масса образующегося осадка;
  • условия для монтажа.

Рассмотрим расчет габаритов горизонтальной установки из двух блоков — основного и осадочного. Движение воды прямолинейное.

Исходные данные:

  • объем стоков – 130 000м3 или qmax = 1,50 м3/с (130 000 / 24 / 3 600);
  • скорость потока – 0,15–0,30 м/с;
  • гидравлическая крупность осаждаемых частиц– 18–24 мм/с;
  • число жителей– 415 300 чел.

Решение:

  1. Выбираем 3 отделения, исходя из расчета 50 000 м3/сут.
  2. Определяем площадь сечения одного отделения по формуле=q_max /vn, где v – средняя скорость потока, м/с, n – количество отделений, = 1,50/(0,25 3) = 2,0 м^2.
  3. Находим длину: L =1000 K х Hv/u, где K – коэффициент, H – глубина проточной части (для типовых моделей 0,5 –2,0м), для примера– 1,0 м, u – гидравлическая крупность песка, мм/с, L = (1000 х 1,3 х 1 х 0,25) /24,2 = 13,43 м.
  4. Определяем ширину одного отделения, м: B = / H, B = 2,0 / 1 = 2,0 м.
  5. Скорость стока при разных значениях: _max = q_max / (BH n), _max = 1,50 / (2 х 1 х3) = 0,25м/с.
  6. Время нахождения в рабочем блоке: T = L / _max, T = 13,43 / 0,25 = 53,72 с.
  7. Расчет массы осадка за сутки м3/сут: W_сут = (Nq_2) / 1000, где N – планируемое число жителей, q_2 – удельная масса песка, W_сут = (415 300 х 0,02) / 1 000 = 8,31 м^3/сут.
  8. Определяем объем одного контейнера: W_о = (W_сут T) / n, где T – период между выгрузками песка и других загрязнений, W_о = (8,31 х 1) / 3 = 2,77 м^3.
  9. Определяем глубину контейнера: H = W_о / B^2, H = 2,77 / 2^2 = 0,69м.
  10. Рассчитываем высоту донного слоя песка: h_ос = (W_сут k) / BnL, где: k – коэффициент распределения песка по дну, равный 3, h_ос = (8,31 х 3) / (2 х 3 х 13,43) = 0,31 м.
  11. Расчет полной высоты: H_стр = H+h_ос+0,5. H_стр = 1+0,31+0,5 = 1,81 м.
  12. Получаем параметры песколовки (ширина х высота х длина, м): B хH хL = 2 х 1,81 х 13,43 м.

При расчете песколовки важно учитывать, что объем и внутренняя полость при заполнении водным раствором и неравномерном осаждении примесей не могут иметь постоянные параметры. Трансформирующийся рельеф дна способен создавать и локальные водовороты, и участки со стоячей жидкостью.

Видео по теме

Предлагаем посмотреть видео с описанием работы песколовки для очистки сточных вод:

Заключение

В сточных водах содержатся высокие концентрации твердых нерастворимых примесей. Чтобы сооружения очистки и водоотведения не повреждались из-за мелкого мусора, шлака и песка, а природные водоемы получали очищенную до нормативных значений воду, используются песколовки.

При проектировании устройства рассчитывают оптимальные габариты, опираясь на показатели загрязненности и объем стоков. Эти же показатели влияют и на выбор конструкции по способу перемещения водного потока внутри резервуара.