Утаители

ЕкологияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2007

 

Видове, избор и оразмеряване на утаители

 

Утаителите обикновено са стоманобетонни съоръжения, в който чрез утаяване се отделят по-голямата част от фино суспендираните вещества, предимно от органичен произход. Процесът на утаяване е основен процес при механичното пречистване на отпадните води, при него под действието на гравитационните сили частиците с по-голямо обемно тегло от водата се утаяват на дъното на съоръжението, а по-леките се отделят на повърхността. В зависимост от производителността на пречиствателната станция, нивото на подпочвените води, геоложките условия и приетата технологична схема на пречистване, в практиката се използват различни видове утаители.

Видове утаители

Обикновено, в зависимост от предназначението и мястото им в технологичната схема на пречиствателната инсталация, утаителите се разделят на две основни групи - първични и вторични. Първичните утаители, като част от основните съоръжения за механично пречистване, обикновено се монтират в началото на пречиствателната станция след песъкозадържателите. Вторичните утаители са задължителен елемент, който се монтира след съоръженията за биологично пречистване.

В зависимост от конструктивните си особености и посоката на движение на водата, утаителите най-общо се определят като хоризонтални, вертикални, радиални и тънкослойни.

Хоризонтални утаители

Хоризонталните утаители представляват стоманобетонни резервоари с правоъгълно напречно сечение. Разделят се минимум на две работни секции. Условие при оразмеряването на утаителя е отношението на дължината (L) към широчината им (b) да бъде L:b>4, а широчината b=(2ё5).H, където H е работната дълбочина на утаителя. Дълбочината се определя в зависимост от количеството пречиствана вода, геоложките и хидрогеоложките условия. Обикновено се приема в границите от 1,5 до 4 m. Широчината на отделните секции обикновено се приема за 2, 4, 6 и 9 m в зависимост от габаритните размери на механизмите за почистване на утайките. Разстоянието между полупотопените прегради определя работната дължина на утаителя. Изискването е L = (8ё20).H и обикновено е в границите от 25 до 40 m.

Основни елементи
на хоризонталните утаители

Хоризонталните утаители се състоят от няколко основни части - входна, работна и изходна част и камера за утайки.

Във входната част на утаителя се разполагат разпределителните устройства. При конструирането и оразмеряването й се цели осигуряване на равномерно разпределение на постъпващата вода по цялото напречно сечение на утаителя. За по-добро разпределение на водния поток по дълбочина, към входните устройства се предвижда полупотопена преграда, която се комбинира с полутръба-улей, предназначена за отвеждане на задържаните плаващи материи.

Основна част на всеки утаител е работната му зона, в която се осъществява утаяването и изплуването на неразтворените вещества.

Изходната част обикновено представлява преливник, разположен по цялата широчина на утаителя с цел осигуряване на равномерно изтичане на утаената вода. Пред изходните устройства, както пред входните, се поставя преграда, потопена на не повече от 0,25 m във водата.

Камерата за утайки обикновено е във формата на обърната пресечена пирамида с наклон на стените по-малък или равен на 45 до 60°. Долната основа обикновено е с размери 0.5/0.5 m, а размерът на височината се изчислява. Камерата за утайки се монтира в началото на утаителя, а предназначението й е да събира отложилите се утайки, както в нея, така и по цялото дъно на утаителя. За изваждането на утайките от камерата в практиката се използват различни съоръжения. Често срещано е самотечното им отстраняване, през чугунени тръби, под действието на хидростатичното налягане, което не бива да бъде по-малко от 15 kPa. Използват се й плунжерни помпи, ерлифти и др.

Най-ниската част на утаителя се заема от зоната за утайки. Височината й се определя от наклона на дъното на утаителя спрямо камерата за утайки. Между зоната за утайки и работната част се предвижда неутрален слой с цел предпазване от изнасяне на отложилите се на дъното утайки.

Специфики на хоризонталните утаители

Счита се, че хоризонталните утаители се характеризират с висок пречиствателен ефект. Изграждат се лесно, поради малката си дълбочина. Отличават се с напълно дефиниран хидравличен режим с малък обем на "мъртвите зони". Недостатъците им са свързани предимно с необходимостта от допълнителни механизми за придвижване на утайките към камерата за утайки и необходимостта от използване на голям брой утаители, при големи пречиствателни станции, поради ограничената им широчина.

Вертикални
утаители

Вертикалните утаители се изпълняват като кръгли или квадратни стоманобетонни резервоари. Дъното им е конично или пирамидално. Обикновено диаметърът им е в диапазона от 4 до 9 m, а дълбочината им достига до 9 m. При движението си в тях, водата се движи във възходяща посока. Основни елементи на вертикалните утаители са - входна част, цилиндрична част, конична част, чугунена тръба за изваждане на утайките, изходна част и многоъгълна преграда. Вертикалните утаители се изграждат предимно в малки и средни пречиствателни станции с по-ниско ниво на подпочвените води.

Входната част обикновено е тръба, монтирана вертикално, в центъра на съоръжението. Срещу леко разширената долна част на тръбата се поставя отражателен щит. Цилиндричната част включва работна зона, неутрална зона и разстояние между разширението на централната тръба и дъното на отражателния щит. Коничната част е предназначена за събиране на утайките. Наклонът й обикновено е 45°, а диаметърът на малката основа варира в диапазона 0.4 ё0.5 m. Изходната част представлява околовръстен събирателен улей, служещ за приемане и отвеждане на утаената вода. За подобряване на условията на утаяване за утаители с диаметър над 6 m се препоръчва да се предвидят допълнителни радиално разположени събирателни улеи. По този начин се намалява ръбовото натоварване и не се завличат суспендирани вещества. За задържане на леки примеси като масла, мазнини и други на разстояние 0.3ё0.5 m от събирателния канал, се монтира многоъгълна полупотопена преграда. С цел отстраняване на задържаните от преградата вещества се използват специални устройства, намиращи се извън утаителя.

Принципи на работа

Отпадъчната вода при вертикалните утаители с помощта на тръба или канал се довежда до централната вертикална тръба. Отражателен щит, монтиран на края на тръбата, плавно променя посоката на движение на водата и равномерно я разпределя по цялото напречно сечение на работната част. По този начин се предотвратява и извличането на отложилите се утайки. При вертикалните утаители процесът на утаяване протича в условия на много бавно движение на водния поток във възходящо направление, т.е. в противоположна на утаяването посока. Движението на водата нагоре продължава до преливането й в околовръстен събирателен улей. При така създадените условия частиците, със скорост на утаяване по-голяма от скоростта на водния поток, се утаяват на дъното. Частиците със скорост на утаяване равна на скоростта на водния поток образуват т.нар. суспензионен слой, тъй като те не се утаяват и теоретично се приема, че се намират в равновесно състояние. Образуваният суспендиран слой подпомага утаяването на частиците в равновесно състояние и на частиците със скорост на утаяване по-малка от скоростта на водния поток, което се дължи на склонността на веществата към агломериране.

Предимства и недостатъци на вертикалните утаители

Вертикалните утаители са подходящ елемент от структурата на малки и средни пречиствателни станции поради малкия утаителен ефект, който осигуряват. Обикновено утаителният им ефект не надвишава 40%. Поради по-голямата им дълбочина са по-трудни за изпълнение, а поради по-малкия диаметър се налага изграждане на по-голям брой утаители.

Предимствата на вертикалните утаители са опростената конструкция, лесната експлоатация, възможността за ефективно нетрудоемко почистване на утайките, както и по-малката заемана площ. Със значително по-висок ефект на утаяване се характеризират вертикалните утаители с низходящо-възходящо движение на отпадната вода. При този вид вертикални утаители водният поток не постъпва първо в централна тръба, а в приемна камера, след което попада в разпределителен канал с променливо сечение. През триъгълникови преливници, водата прелива от канала в стоманобетонен цилиндър. Цилиндърът е концентрично разположен и разделя на две равни части хоризонталната площ на утаителя. Така се постига равномерно разпределение на пречистваната вода. Скоростта на водния поток е много ниска, поради което той загубва транспортиращата си способност, което улеснява утаяването на частиците. Утаената вода се отправя бавно нагоре и прелива в събирателния околовръстен улей. При смяна на посоката на движение на водния поток се постига най-интензивно отделяне и утаяване на неразтворените частици.

Радиални утаители

За средни и големи пречиствателни станции по-подходящо е използването на радиални утаители, които осигуряват сравнително добър пречиствателен ефект. Както личи от наименованието им, радиалните утаители са стоманобетонни съоръжения с кръгло напречно сечение. Диаметърът им обикновено е в границите от 12 до 60 m, дълбочината на работната част от 1,5 до 5 m, като отношението на диаметъра към работната височина е D=(6ё30)H.

Както при останалите утаители, и при радиалните основните им елементи са входно разпределително устройство, работна част, околовръстен улей за утаената вода и камера за утайки. В практиката се използват различни видове радиални утаители, различаващи се по начина на подаване на водата. Използват се утаители с централно подаване на водата отдолу или отгоре, утаители, в които водата се подава в периферията и се отвежда от центъра, и други.

Стандартни радиални утаители

При стандартните радиални утаители водата постъпва в централната част и с постепенно намаляваща скорост се придвижва към периферията. Достигайки до периферията, водата се разпределя чрез използването на специално разпределително устройство, след което попада в работната част на утаителя. След процеса на утаяване, през потопени отвори или преливници с триъгълна или трапецовидна форма, утаената вода постъпва в околовръстно разположения улей.

Отложените на дъното утайки с помощта на механизирани гребла се отвеждат в камерата за утайки. Обикновено обемът на камерата се оразмерява за 2- до 4-часов престой на утайките. За изваждане на утайките от камерата могат да се използват плунжерни или центробежни помпи, монтирани в станция, разположена в непосредствена близост да утаителя. Често се прилага и изваждането им под хидростатичен напор. Обикновено процесът на изваждане на утайките от камерата е автоматизиран.

Радиални утаители с периферно подаване на вода

Друг вид радиални утаители са тези с периферно подаване на вода, основен елемент от конструкцията на които е периферен водоразпределителен улей - с постоянна широчина, но с променлива дълбочина. Водата се подава между стените на утаителя и околовръстната цилиндрична потопена преграда. В долната част на утаителната зона посоката на водния поток се променя във възходящо направление. Утаената вода се извежда през кръгообразен улей. Отвеждането на утайките в камерата се извършва с механизирани гребла. При радиалните утаители с периферно подаване на вода се постига по-добър хидравличен режим на утаяването и се повишава ефектът на задържане на неразтворените вещества. Радиалните утаители с периферно подаване на вода осигуряват от 20 до 30% по-добър пречиствателен ефект в сравнение с обикновените радиални утаители.

Тънкослойни утаители

Представляват ефективни съоръжения, през които водата протича при ламинарен режим и се разпределя равномерно по цялата работна част на съоръжението. Основно, тънкослойните утаители се разделят на тръбни и ламелни в зависимост от използвания материал за изграждане на работната им част.

При тръбните утаители работната зона се изгражда от модули от PVC тръби с диаметър до 150 mm. Размерите на отделните модули обикновено са - височина 1 m, дължина 1,5 m и широчина 2 m. С оглед постигане на по-добро утаяване на неразтворените вещества, модулите се монтират под наклон от 45 до 60°. При монтиране на модулите под по-малък ъгъл е необходимо да се осигури периодичното им промиване.

Работната зона на ламелните утаители се състои от плоскости (ламели), подредени в модули и разделящи утаителя на тънки слоеве. Материалът, който се използва за изработване на ламелите, може да бъде PVC или метал. Според формата си ламелите могат да бъдат гладки, вълнообразни или гофрирани. При ламелните утаители посоките на движение на водата и утайката биха могли да съвпадат, да са противопосочни или кръстосани. В зависимост от избраната схема се определя и най-подходящият наклон на модулите. При еднопосочно движение на двата флуидни потока оптималният наклон е 30-50°, при противопосочно 55-65°, а при кръстосано 45-55°.

Камерата за утайки се разполага в предната част на утаителя. В нея се събират отложилите се по ламелите утайки. Утаената вода се отправя към повърхността, където прелива в събирателни улеи. По-леките материали, изплували върху повърхността, се събират в специален съд и по тръба се отвеждат в приемна шахта.

Характеристики на тънкослойни утаители

Тънкослойните утаители са със значително по-висока ефективност в сравнение с вече изброените видове утаители. Характеризират се с много по-добри условия за уплътняване на задържаните утайки и много по-висок ефект на утаяване. Друго предимство на тънкослойните утаители е значително по-малката им площ.

Недостатъците им са свързани с високата себестойност на ламелите и задържането на активни утайки върху ламелите, което нарушава нормалната им работа при използването им в ролята на вторични утаители. Тънкослойните утаители се използват предимно за ускоряване на процеса на утаяване, при пречистване на битови и промишлени отпадни води в пречиствателни станции с различна производителност.

Избор на утаител

При избора на подходящ вид утаител е препоръчително да се отчете комплекс от фактори, включително производителност на пречиствателната станция за отпадъчни води, технологична схема на пречистване, геоложки условия, ниво на подпочвени води и др.

Условия за постигане на добър утаителен ефект са създаването на оптимални хидравлични условия на входните устройства, работната част и изходните устройства, както и своевременно отделяне на утайките и изплувалите на повърхността леки примеси. За подобряване ефекта на утаяване, когато концентрацията на неутаената вода е над 300 g/m3, е удачно към водата да се добавят химични реагенти - коагуланти или на активна утайка, която има качества на сорбент и биокоагулант. Също така е подходящо да се приложи предварително аериране на водата, при което част от лесно окисляемите органични вещества се окисляват, подпомагащо образуването на флокули, които се утаяват. В първичните утаители аерацията се осъществява посредством предаератори, които могат да бъдат вградени или пристроени към утаителя, както и изградени като самостоятелни съоръжения.

Други съоръжения за утаяване

Разгледаните видове утаители са най-разпространени в практиката. Освен тях, към групата на утаителите се отнасят избистрителите и комбинираните съоръжения - септични ями и двуетажни утаители.

В избистрителите, вследствие на естествената аерация на отпадъчната вода, суспендираните вещества образуват флокули, които се утаяват. Подходящи са за малки и средни пречиствателни станции, като обикновено се изграждат в блок от 2 до 4 броя избистрители.

Двуетажните утаители представляват кръгли или правоъгълни стоманобетонни съоръжения, с конично или пирамидално дъно. Разделени са основно на две функционални части - долна и горна. Долната част включва изгнивателната камера, предназначена за изгниване на утайките. Горната част се състои от един до три улея, които работят като хоризонтални утаители. По аналогия с двуетажните утаители, при септичните ями органичните вещества се разграждат, намалява се обемът им и се подобряват санитарните показатели на утайките.

Оразмеряване
на утаители

За оразмеряване на различните видове утаители се използват различни методи, съобразени със специфичните особености на всеки отделен вид утаител. Например, при оразмеряване на хоризонталните утаители се използват методи, отчитащи необходимото време на утаяване, допустимото повърхностно натоварване или необходимия ефект на утаяване. При вертикалните утаители също намират приложение няколко метода на оразмеряване. По-точните се базират на седиментационните характеристики на неразтворените във водата вещества. Обикновено оразмеряването се основава на допускането, че възходящата скорост на водния поток и скоростта на утаяване са еднакви. За оразмеряване на радиалните утаители обикновено се използва методът за оразмеряване по хидравлично натоварване.

Нормативни изисквания към оразмеряването

В действащите в момента в страната норми за проектиране на канализационни системи, оразмеряването на всички видове първични утаители препоръчително се извършва според основаващия се на експериментални изследвания на кинетиката на утаяване на разтворените вещества обобщен метод. В Наредба 2/2005 на МРРБ за проектиране, изграждане и експлоатация на водоснабдтелни системи се посочва, че утаителите и избистрителите се оразмеряват хидравлично в зависимост от специфичните им характеристики и резултатите от технологичните изследвания. В нормативната база, също така, е залегнало, че утаителите за реагентно пречистване на водата следва да се проектират с вградени камери за реакция. Според документа, видът на утаителя се определя на базата на технико-икономическа обосновка. Утаителят се оразмерява с опитно определени стойности на скоростта на утаяване при предварително зададени престой на водата и дълбочина на утаителната част. Изискване към мътността на утаената вода е да не превишава стойности, по-големи от 8-12 mg/dm3.




Top