ИЛОВАЯ ПЛОЩАДКА

Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к устройствам для обезвоживания осадков сточных вод в естественных условиях, например, на иловых площадках.
Иловые площадки очень экономичны, просты в эксплуатации и широко применяются для обезвоживания осадков, как в России, так и за рубежом. Действующими нормами проектирования при любом методе механического обезвоживания иловые площадки предусматриваются в качестве резервных сооружений объемом 20-25% от общего годового объема осадков.
Повышение эффективности иловых площадок зависит от комплексного решения целого ряда проблем, среди которых можно назвать следующие:
- увеличение нагрузки на иловые площадки;
- сокращение сроков их оборачиваемости;
- снижение влажности полученного осадка;
- снижение содержания взвешенных веществ в возвратной иловой воде;
- уменьшение выделения неприятных запахов;
- обезвоживание различных по составу и качеству осадков;
- обеспечение круглогодичного процесса обезвоживания.
Из перечисленных проблем очень важными в практическом отношении и с точки зрения сохранения окружающей среды являются снижение влажности получаемого осадка и качество возвратной иловой воды.
Существуют два основных взаимозависимых фактора, влияющих на эти параметры: изменение фильтрационных свойства осадка и изменение фильтрующих характеристик дренажа иловых площадок.
Вопросы улучшения дренажной системы являются предметом многочисленных исследований, которые проводились и проводятся в настоящее время. Предлагаются варианты устройства дренажа в виде колодцев различной конструкции, в виде перфорированных вертикальных ограждающих стен, с помощью донного дренажа, путем установки различных фильтрующих элементов и т.п.
Иловые площадки на естественном основании с поверхностным удалением иловой воды построены и работают на многих станциях аэрации. Они представляют собой спланированные участки земли с ограждающими валиками. Отвод иловой воды производится через колодцы, установленные по периферии площадки [И.С.Туровский; Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание; Москва, ДеЛи принт, 2008, с.222].
Недостатками таких иловых площадок являются возможность загрязнения грунтовых вод иловой водой и низкая их производительность, т.к. подсушка осадка происходит в основном за счет испарения влаги с поверхности.
Известна иловая площадка с естественным основанием, оснащенная гравийными колодцами. Колодцы размещены вдоль иловой карты на стороне, противоположной выпускам осадка, и соединены асбестоцементными трубами. Стенки колодцев снабжены двойной арматурной сеткой и гравием или дробленым щебнем, размещенным между сетками [авт.св-во РФ №789438, кл. CO2F 11/00, опубл. 23.12.80].
Недостатком этой иловой площадки является необходимость периодической очистки наружных стенок колодцев от пленки, образующейся из осадка, и промывки фильтрующего наполнителя стенок. Это очень трудоемкая и дорогостоящая работа, которая на длительный период выводит площадку из технологического цикла, причем в теплое время года, когда идет самое интенсивное обезвоживание.
Известна иловая площадка, содержащая естественное основание с дренажом и выпуски осадка (см. Яковлев С.В., Карелин Я.А. и др. Канализация, М., Стройиздат, 1975, с.292-294, рис.4.60).
На иловых площадках с дренажом обезвоживание осадка сначала осуществляется в результате процесса дренирования, а затем продолжается за счет испарении влаги.
К недостаткам дренажной системы такой иловой площадки относится невозможность отведения иловой воды с различной глубины. При заполнении карт осадок расслаивается, нижний слой уплотняется, увеличивается его удельное сопротивление, скорость фильтрации сначала снижается, а затем фильтрация практически прекращается и площадка работает только на испарение. Подобные иловые площадки не могут дренировать и отводить иловую воду в период весеннего таяния, так как дренаж, перепускные трубы и основание заморожены и находятся в таком состоянии длительное время. Особенно часто это явление наблюдается на очистных сооружениях Сибири и Крайнего Севера, сокращая сроки фильтрации и удлиняя процесс обезвоживания до необходимой влажности на несколько лет.
В соответствии со Строительными нормами и правилами допускается применять иловые площадки-уплотнители рабочей глубиной до 2 м в виде прямоугольных карт-резервуаров шириной 9-18 м с водонепроницаемыми днищами и стенами. Для выпуска иловой воды, выделяющейся при отстаивании осадка, в продольных стенах устраиваются отверстия, перекрываемые шиберами [И.С.Туровский; Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание; Москва, ДеЛи принт, 2008, с.225].
Как показал опыт эксплуатации таких площадок-уплотнителей, практически невозможно удалять иловую воду путем регулирования открытия шиберов со спуском иловой воды по высоте иловой площадки, т.к. визуально определить расслоение осадка трудно. Поэтому либо имеет место значительный вынос взвешенных веществ с иловой водой, либо иловая вода удаляется лишь с поверхности площадки, а оставшаяся масса осадка медленно подсыхает за счет испарения влаги с поверхности осадка. Такая дренажная система сложна, надежность ее невысока, а затраты на установку и эксплуатацию значительны. Все это, с учетом периодичности работы, снижает эффективность работы иловой площадки, особенно на крупных очистных сооружениях.
В статье Л.Н.Губанова и Т.Е.Винокуровой «Обработка осадков городских сточных вод при учете вертикальной фильтрации с электроосмосом и последующего компостирования» [Проблемы региональной экологии, 2007, 2, с.63-66] описана иловая площадка, в которой также используется боковая фильтрация жидкой фазы осадка. В качестве фильтрующих элементов используются вертикальные сетки, а для интенсификации процесса - электроосмос.
По узкой стороне иловой площадки размещены железобетонные конструкции с вертикальными фильтрующими сетками. В конструкциях устраиваются пазы, в которые параллельно фильтрующим сеткам вставляются и аноды. Для работы предусматривается три ряда сеток, причем сетки первого ряда устанавливаются до заполнения иловой площадки. Как только их дренирующая способность резко снизится, устанавливается второй ряд сеток и убирается первый. То же самое относится и к третьему ряду сеток, который работает до окончания процесса обезвоживания. Сетки работают для отвода воды под действием сил гравитации. Для дальнейшей интенсификации влагоотдачи применяется электроосмос.
Обезвоживание осадка на таких иловых картах можно условно разделить на два этапа:
- удаление свободной влаги фильтрацией через сетки под действием гидростатического напора;
- удаление связанной влаги с интенсификацией электроосмосом.
Недостатком такой системы обезвоживания осадков является сложность монтажа и обслуживания фильтрующих устройств. Требуется постоянный контроль дренирующей способности сеток и своевременная их замена. Это увеличивает трудозатраты и требует участия квалифицированного персонала, т.к. конструкция предусматривает наличие анодов.
Для эффективного применения электроосмоса при обезвоживании на иловой карте необходимо создание определенного (1 м) слоя осадка влажностью 92%. Этого добиваются многократными циклами налива осадка, отстаивания и слива осветленной воды. Конструкция с вертикальными фильтрующими сетками позволяет достичь влажности осадка 92% за 4-5 суток. И только после этого осадок для его обезвоживания подвергается воздействию электрического поля.
3
Необходимость выполнения таких требований ограничивает использование способа в полевых условиях. Он практически неприменим на сооружениях, где объем осадков значителен, более 1000 м/сутки. Кроме того, иловые площадки чаще всего расположены на значительном расстоянии от очистных сооружений, иногда до 5 км, а электроосмос требует оснащения иловых площадок источником электроснабжения, дополнительных энергорозатрат и постоянного контроля процесса.
Прототипом предлагаемой полезной модели, по мнению авторов, является иловая площадка, защищенная патентом РФ на полезную модель №51382 по кл. CO2F 11/00, опубл. 10.02.2006.
Иловая площадка содержит основание и ограждающие стенки с водоотводящими отверстиями, которые перекрываются фильтрующими устройствами, выполненными в виде шиберных устройств с вертикальными прорезями. Прорези имеют в поперечном сечении форму трапеции, меньшее основание которой обращено к иловой площадке.
Такое устройство удаляет иловую воду, как с верхнего уровня иловой площадки, так и из под корки, образующейся на поверхности осадка, а также из нижних слоев осадка. Однако опыт эксплуатации иловых площадок с описанным устройством для удаления иловой воды показал, что исключить из технологического процесса операцию прочистки прорезей невозможно, особенно при изменении уровня осадка в иловой площадке или при значительных механических или волокнистых загрязнениях в осадке, поступающем на обезвоживание. При понижении уровня густой осадок заполняет прорези и засыхает, а при повышении уровня эти прорези необходимо прочищать с помощью приспособления, толщина рабочей части которого меньше ширины прорези.
Чистить прорези в шиберах, размещенных в окнах бетонной стенки площадки, заполненной осадком, очень сложно, а ближе к основанию площадки практически невозможно. Такая операция должна выполняться рабочим, находящимся на стенке площадки. При этом толщина стенок, не позволяет ему очищать инструментом все загрязненные прорези. Все это затрудняет непрерывный отвод иловой воды с площадки, снижая эффективность ее работы.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение условий обслуживания фильтрующего устройства иловой площадки, повышение эффективности работы иловой площадки путем обеспечения процесса непрерывного отвода иловой воды с различных уровней, в том числе из нижних слоев осадка.
Для достижения указанного технического результата в иловой площадке, содержащей основание, ограждающие стенки с водоотводящими отверстиями и установленные с возможностью перекрывания водоотводящих отверстий фильтрующие устройства с вертикальными прорезями, имеющими в поперечном сечении форму трапеции, меньшее основание которой обращено к иловой площадке, фильтрующие устройства выполнены в виде каркасов, установленных на дне иловой площадки и прикрепленных к стене с водоотводящими отверстиями.
Каркас фильтрующего устройства может иметь, например, П-образную форму. Он может быть изготовлен, как из листового материала, так и из полос, имеющих фаски, выполненные на их продольных сторонах. Полосы жестко соединены между собой с образованием вертикальных щелей в форме трапеции, меньшее основание которой обращено к иловой площадке.
Предлагаемые форма выполнения фильтрующего устройства иловой площадки и его установка обеспечивают свободный доступ к прорезям и значительно облегчают процесс их очистки по всей высоте иловой площадки. Очистку можно проводить и во время работы. Ее осуществляют любым известным способом, например, с помощью металлического флажка, закрепленного на шесте. Это значительно упрощает эксплуатацию устройства фильтрации и отвода иловой воды, улучшает условия обслуживания, повышает эффективность работы иловой площадки, т.к. обеспечивается процесс постоянной фильтрации и непрерывного отвода иловой воды с различных уровней, в том числе из нижних слоев осадка.
Кроме того, выполнение фильтрующего устройства в виде каркаса обеспечивает возможность использования его на действующих иловых площадках не только с водоотводящими отверстиями в стене, но и на площадках, внутри которых установлены колодцы, имеющие такие отверстия, например, колодцами типа «Монах». В последнем случае предлагаемое фильтрующее устройство устанавливается с возможностью перекрывания водоотводящего отверстия колодца вместо шандорного затвора.
П-образная форма каркаса фильтрующего устройства является оптимальной с точки зрения изготовления и эксплуатации, но возможна так же и любая другая форма, например, полукруглая.
В зависимости от практических возможностей механических мастерских очистных сооружений каркас может быть выполнен либо из листового материала, либо из полос, жестко соединенных между собой с образованием вертикальных трапециидальных щелей.
На рис.1 изображено фильтрующее устройство, вид из иловой площадки; на фиг.2 - тоже, вид сверху; на фиг.3 - сечение А-А фиг.1; на фиг.4 - схема установки фильтрующего устройства на колодец типа «Монах», вид сверху;
Фильтрующее устройство выполнено в виде каркаса 1, например П-образной формы, установленного на дне 2 иловой площадки и прикрепленного к стене 3 так, что оно перекрывает водоотводящие отверстия 4. Каркас имеет прорези 5, имеющие форму трапеции, меньшее основание которой обращено к иловой площадке.
В случае изготовления фильтрующего устройства из листового материала, прорези 5 выполняются фрезерованием с последующим снятием фаски или плазменным резаком. Ширина прорези должна быть не более 2 мм. Количество прорезей не лимитируется, чем их больше, тем лучше, но при этом должна сохраняться прочность каркаса.
При отсутствии возможностей для изготовления каркаса фильтрующего устройства из листового материала возможен другой вариант - изготовление его из отдельных полос 6, на каждой из которых заранее выполнены фаски 7. В этом случае прорези трапециидального сечения образуются путем прикрепления пластин 6 с помощью сварки к уголкам 8 (45×45 или 50×50 мм) с образованием вертикальных щелей 9 шириной не более 2 мм. Уголки свариваются между собой по торцам, образуя жесткую конструкцию. Каркас фильтрующего устройства может быть выполнен из металла, например, стали.
В случае использования на иловых площадках с колодцами типа «Монах», каркас 1 также устанавливается на дне иловой площадки 2 и крепится к наружной стенке 10 колодца, перекрывая водоотводящее отверстие 11 колодца вместо шандорного затвора.
Фильтрующее устройство работает следующим образом.
В основе работы устройства лежит процесс механического процеживания, так называемое поверхностное фильтрование, при котором отделяются все примеси, превышающие размеры прорезей фильтрующей поверхности. При наполнении площадки на разных уровнях осадка образуются прослойки иловой воды, которая через прорези 5 и водоотводящие отверстия 4 поступает в сборный коллектор (на чертеже не показан).
При засорении прорезей (щелей) чистку их осуществляют с внутренней стороны каркаса любым известным способом, например, металлическим флажком, закрепленным на шесте. Такое приспособление легко изготовить в условиях любой механической мастерской.
При использовании предлагаемого фильтрующего устройства в иловой площадке с колодцем типа «Монах» (с шандорным затвором) иловая вода фильтруется через прорези, непрерывно самотеком поступает в колодец 10 через водоотводящее отверстие 11 с различных уровней заполненной площадки, в том числе и из нижних слоев осадка, и непрерывно отводится из него с помощью трубопровода, соединенного с дренажной системой насосной станции. Процесс удаления иловой воды происходит непрерывно по всей высоте осадка независимо от уровня заполнения площадки.
Фильтрующее устройство эффективно работает в режиме круглогодичного обезвоживания осадков сточных вод на иловых площадках как при непрерывной круглосуточной подаче осадка на площадку на очистных сооружениях городов с населением более 1 млн. человек, так и в условиях периодического напуска осадка на очистных сооружениях небольших городов.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность работы иловой площадки путем обеспечения процесса фильтрации и непрерывного отвода иловой воды с различных уровней, в том числе и из нижних слоев осадка. Предлагаемое фильтрующее устройство иловой площадки просто в изготовлении и монтаже, надежно и удобно в эксплуатации, заменяет любые фильтры и обеспечивает непрерывность процесса обезвоживания осадка и использование в течение нескольких лет.
Устройство эффективно при работе с различными видами осадков любой влажности: сброженный или несброженный осадок сточных вод, избыточный активный ил, их смеси в любых соотношениях и при любом количестве песка.
Наибольший эффект может быть получен при работе с осадками, в которые перед подачей на площадку вводится флокулянт. В этом случае уже в напорном илопроводе происходит интенсивное разделение осадка на иловую воду и твердую составляющую, и очень важно с самого начала обеспечить непрерывный отвод иловой воды с нижнего уровня площадки и далее по всей высоте осадка. На этапе подсушивания иловой площадки, заполненной обезвоженным осадком, предлагаемое фильтрующее устройство продолжает обеспечивать отведение дренажной воды, а также дождевой и паводковой воды, поступающей в иловую площадку.
Предлагаемое устройство изготовлено и эффективно работает на иловых площадках г.Железногорск и г.Сосновоборск.