Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени
комплексный научно-исследовательский и конструкторско-
технологический институт водоснабжения,
канализации, гидротехнических сооружений и инженерной
гидрологии
(ВНИИ ВОДГЕО) Госстроя СССР

Справочное пособие к СНиП
Серия основана в 1989 году

Проектирование
сооружений
для обезвоживания
осадков станций очистки
природных вод

Москва Стройиздат 1990

Рекомендовано к изданию секцией водоснабжения Научно-технического совета ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР.

Редактор издательства Л. М. Климова.

Разработано к СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Дана классификация и характеристика технологических сбросов станций водоподготовки и приведены данные для проектирования сооружений по обезвоживанию осадка в естественных условиях. Даны примеры расчета сгустителей, накопителей, площадок замораживания и подсушивания.

Для инженерно-технических работников проектных, строительных организаций и служб эксплуатации водного хозяйства.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее пособие разработано к СНиП 2.04.02-84 разделу «Обработка промывных вод и осадка станций водоподготовки» и прил. 9.

Требования Пособия распространяются на обработку технологических сбросов от станций осветления, обезжелезивания и реагентного умягчения воды и обезвоживание осадка в естественных условиях.

1.2. Проекты водоотведения и обработки осадков надлежит разрабатывать одновременно с проектами водоснабжения объектов.

1.3. При проектировании необходимо рассматривать целесообразность кооперирования систем водоотведения и обработки осадков объектов независимо от их ведомственной принадлежности.

1.4. Необходимо предусматривать повторное использование воды, выделившейся в процессах обработки технологических сбросов и обезвоживания осадка. Допускается повторное использование воды, выделившейся в накопителях.

1.5. Технологические сбросы при обосновании и по согласованию со службой эксплуатации допускается сбрасывать на канализационные очистные сооружения, в золошлакоотвалы ТЭС. При соблюдении требований «Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» Минводхоза, Минздрава и Минрыбхоза СССР (М., 1975) технологические сбросы допускается сбрасывать в водотоки и водоемы.

1.6. Осадок технологических сбросов при обосновании допускается обезвоживать на механическом оборудовании, в том числе совместно с осадком от канализационных очистных сооружений или осадком от технологических процессов на промышленных предприятиях.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СБРОСОВ СТАНЦИЙ ВОДОПОДГОТОВКИ

2.1. Технологические сбросы от сооружений очистки воды без применения коагулянтов: характерные загрязнения представлены крупнодисперсными минеральными и органическими веществами с гидравлической крупностью более 5 мм/с и близкой или равной нулю.

2.2. Технологические сбросы от сооружений очистки воды с применением коагулянта: характерные загрязнения представлены среднедисперсными и мелкодисперсными минеральными и органическими веществами в виде гидроксидов металлов, солей, ила, планктона, коллоидной взвеси.

Сбросы характеризуются следующими усредненными показателями: содержание взвешенных веществ 800 - 8000 мг/л; БПК₅ = 30 - 80 мг/л; ХПК = 50 - 1500 мг/л. Гидравлическая крупность взвеси более 0,35 мм/с. Осадки сбросов имеют серо-коричневый цвет, гелеобразную структуру, плохо обезвоживаются, быстро кольматируют фильтрующие материалы. Удельное сопротивление фильтрованию изменяется от (7 - 20) 10¹⁰ см/г для осадков, полученных обработкой высокомутных вод до (1200 - 1400) 10¹⁰ см/г для осадков, полученных коагулированием маломутных вод высокой цветности.

2.3. Технологические сбросы от промывки фильтров и вода над осадком в отстойниках, сгустителях, площадках обезвоживания, накопителях: характерные загрязнения представлены мелкодисперсной взвесью с преимущественным содержанием продуктов гидролиза коагулянта и среднедисперсной взвесью от частичного выноса фильтрующей загрузки.

В промывной воде фильтров и контактных осветвителей среднее содержание взвешенных веществ составляет 400 - 2000 мг/л; БПК₅ = 3 - 10 мг/л; ХПК = 10 - 25 мг/л. В воде над осадком в сгустителях, накопителях, площадках обезвоживания среднее содержание взвешенных веществ 8 - 50 мг/л; БПК₅ = 3 - 10 мг/л; ХПК = 10 - 20 мг/л. Среднее количество кишечных палочек в 1 л (коли-индекс) воды над осадком после зимнего промораживания от 10 - 100 до 1000, а в летний и осенний периоды от 250 - 2500 до 200000.

3. ОБРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СБРОСОВ СТАНЦИЙ ВОДОПОДГОТОВКИ

3.1. Выбор технологической схемы и состава сооружений по обработке технологических сбросов объекта определяется составом сооружений и способом подготовки воды, климатическими и инженерно-геологическими условиями.

3.2. Промывную воду микрофильтров после хлорирования следует коагулировать повышенной дозой коагулянта и отстаивать с подачей осветленной воды в трубопроводы перед смесителями. Полученный осадок надлежит направлять на дренажные площадки обезвоживания с последующим вывозом осадка не более чем через 1 год.

Примечание. При использовании обезвоженного сэстона в качестве удобрения или кормовой добавки допускается обработка промывной воды микрофильтров без применения коагулянта путем введения хлора не менее чем за 15 - 20 мин до поступления промывной воды на дренажные площадки обезвоживания.

Промывную воду барабанных сеток и фильтров следует направлять в отстойники промывных вод с последующим равномерным перекачиванием осветленной воды в трубопроводы перед смесителями.

Осадок от отстойных сооружений, разбавленный водой, при выпуске надлежит направлять в накопители с отстаиванием или без него.

3.3. На станциях осветления и обезжелезивания воды фильтрованием с применением коагулянта промывную воду фильтров следует направлять в отстойники. Осветленную воду надлежит равномерно перекачивать в трубопроводы перед смесителями.

На станциях осветления воды отстаиванием с последующим фильтрованием и на станциях реагентного умягчения промывную воду фильтров следует равномерно перекачивать в трубопроводы перед смесителями с отстаиванием или без него в зависимости от качества воды.

3.4. Для улавливания песка, выносимого при промывке фильтров и контактных осветлителей, надлежит предусматривать песколовки, рассчитываемые по СНиП 2.04.03-85, пп. 6.26 - 6.35.

3.5. Осадок от всех отстойных сооружений надлежит направлять на обезвоживание и складирование с предварительным сгущением или без него.

3.6. Осветленную воду над осадком в отстойниках перед их опорожнением в отстойниках промывных вод, в сгустителях, в накопителях и площадках обезвоживания надлежит направлять в резервуары промывных вод или подавать в трубопроводы перед смесителями, а также допускается сбрасывать ее в водоток или в водоем с учетом указаний п. 1.4 настоящего пособия.

При отсутствии предварительного хлорирования исходной воды повторно используемую воду надлежит хлорировать дозой от 2 до 4 мг/л.

4. СООРУЖЕНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ ПРОМЫВНЫХ ВОД И ОСАДКА

Резервуары промывных вод

4.1. Резервуары промывных вод надлежит предусматривать на станциях подготовки воды с отстаиванием и последующим фильтрованием для приема периодически поступающей воды от промывки фильтров и ее равномерного перекачивания без отстаивания в трубопроводы перед смесителями. Допускается возможность подачи в эти резервуары других видов технологических сбросов в соответствии с указаниями п. 3.6.

4.2. При разработке конструкции резервуаров промывной воды следует учитывать возможность постепенного накапливания на дне резервуаров осадка, удаляемого при периодической промывке резервуаров в сгустители или на сооружения для обезвоживания осадка.

4.3. Резервуаров промывных вод должно быть не менее двух. Вместимость каждого резервуара следует определять по графику периодического поступления и равномерного откачивания технологических сбросов по п. 3.6, но не менее объема воды от одной промывки фильтра продолжительностью 10 мин.

4.4. Насосы и трубопроводы перекачивания промывной воды должны проверяться на работу фильтров при форсированном режиме.

Отстойники промывных вод

4.5. Отстойники промывных вод надлежит предусматривать при одноступенчатом фильтровании и обезжелезивании для приема периодически поступающих промывных вод, отстаивания и равномерного перекачивания осветленной воды в трубопроводы перед смесителями с учетом указаний п. 4.4. Допускается возможность сброса в отстойники промывных вод воды от промывки барабанных сеток.

Осадок, накопившийся в отстойниках промывных вод, следует направлять в сгустители или на сооружения для обезвоживания осадка.

При технико-экономическом обосновании допускается применять вместо отстойников промывных вод сгустители.

4.6. Длительность рабочего цикла отстойников промывных вод определяется режимом подачи промывных вод, длительностью их отстаивания, длительностью перекачивания осветлившейся воды и уплотненного осадка.

Длительность отстаивания промывных вод надлежит принимать для станций осветления воды и реагентного обезжелезивания - 2 ч, для станций безреагентного осветления и обезжелезивания воды - 4 ч. При введении полиакриламида дозой 0,03 - 0,04 % массы твердого вещества в осадке длительность отстаивания следует снижать до 1 ч.

4.7. Вместимость отстойника промывных вод следует принимать на 20 % более объема воды от одной промывки фильтра с учетом дополнительного объема зоны накопления осадка.

4.8. При определении объема зоны накопления осадка в отстойнике промывных вод общую длительность накопления осадка (интервал между выпусками осадка из отстойника промывных вод при многократном периодическом наполнении отстойника) надлежит принимать не менее 8 - 12 ч. Расчетную влажность осадка в отстойнике следует принимать 99 % для станций осветления воды и реагентного обезжелезивания и 96,5 % для станций безреагентного обезжелезивания.

Сгустители

4.9. Сгустители с медленным механическим перемешиванием надлежит применять для ускорения уплотнения осадка из горизонтальных и вертикальных отстойников, осветлителей, реагентного хозяйства и осадка отстойников промывных вод на станциях водоподготовки с применением коагулянта при среднегодовой мутности исходной воды до 300 мг/л.

4.10. Сгустители следует выполнять радиальными с вертикально-лопастными мешалками на вращающейся раме или прямоугольными с вертикально-лопастными мешалками на продольно перемещающихся рамах.

4.11. Основные конструктивные параметры радиальных сгустителей:

рекомендуемый ряд диаметров, м                           9, 12, 15, 18

уклон дна к центральному приямку, град               от 8 до 10

средняя рабочая глубина, м                                      не менее 3

рама со скребками и вертикальными лопастями при диаметре сгустителя, м:

15 и менее                                                                   двухконцевая

18 и более                                                                    четырехконцевая

сечение лопастей                                                       прямоугольный треугольник с соотношением катетов 1 : 1,4 или круглое

отношение общего поперечного

сечения всех лопастей на конце

рамы к площади поперечного сечения

перемешиваемого ими объема осадка                     от 0,25 до 0,3

крепление лопастей                                                  меньшим катетом сечения лопасти к раме с обращением гипотенузы к оси вращения рамы

шаг лопастей                                                              переменный от 3в у оси вращения и на конце рамы, до 5в в середине рамы, где в - ширина лопасти

ввод осадка                                                                 на 1 - 1,5 м выше дна в центре сгустителя

отвод сгущенного осадка                                          из центрального приямка

отвод осветленной воды                                           поплавковыми водозаборниками

4.12. Основные конструктивные параметры прямоугольных сгустителей:

длина, м                                                                      15

ширина, м                                                                   6

глубина, м                                                                   4,5

число рам с вертикальными лопастями

на цепном конвейере                                                от 4 до 5

сечение лопастей                                                       в виде треугольника или уголка

шаг лопастей                                                              равный 3в

число скребков на спаренных рамах                       от 8 до 10

ввод осадка                                                                 двумя продольными перфорированными трубами над цепным конвейером

отвод сгущенного осадка                                          из приямка

отвод осветленной воды                                           поплавковыми водозаборниками

4.13. Режим работы сгустителей - периодический. Длительность цикла сгущения определяется длительностью следующих операций, мин:

наполнение сгустителя                                             от 10 до 30

перемешивание                                                          определяется по данным эксплуатации аналоговых сгустителей или при их отсутствии (табл. 1)

перекачивание осветленной воды в головные

сооружения станций водоподготовки                     от 30 до 40

перекачивание сгущенного осадка на

обезвоживание                                                           от 30 до 40

Сгущенный осадок следует последовательно накапливать в сгустителе и перекачивать через несколько циклов сгущения.

Допускается работа сгустителей в режиме непрерывной подачи осадка и непрерывного отвода воды.

4.14. Вместимость сгустителя W_сг, м³, следует определять по формуле

W_сг = 1,3 k_pW_oc,                                                                 (1)

где k_p - коэффициент разбавления осадка при выпуске из сооружений подготовки воды, принимаемый равным: 1,2 - при механическом удалении осадка; 1,5 - при гидравлическом удалении осадка; 2 - 3 - при напорном смыве осадка; W_oc - вместимость зоны накопления осадка сооружений водоподготовки, м³.

Таблица 1

Примечания: 1. При введении полиакриламида дозой 0,03 - 0,09 % массы твердого вещества в осадке длительность цикла сгущения следует уменьшать в два раза.

2. Среднее содержание взвешенных веществ С следует определять по формуле (11) СНиП 2.04.02-84.

4.15. Число сгустителей необходимо определять из условий периодического приема в соответствии с режимом выпуска осадка из сооружений и обеспечения требуемой длительности цикла сгущения.

4.16. Подачу осадка к сгустителям, как правило, следует предусматривать самотеком. Гидравлический расчет трубопроводов рекомендуется производить с учетом свойств транспортируемого осадка. При отсутствии данных гидравлический расчет следует выполнять по условиям транспортирования воды, принимая скорость движения осадка 1,2 ÷ 1,5 м/с. Подача сгущенного осадка на малые расстояния допускается центробежными насосами, на значительные расстояния - поршневыми насосами, на установки механического обезвоживания - монжусами или поршневыми насосами.

Предельные значения влажности осадков, транспортируемых по напорным трубопроводам, составляют: для осадков маломутных цветных вод - 94 - 95 % (сохранение свойства текучести до влажности 92 %); для осадков станций реагентного умягчения воды - 78 - 82 % (сохранение свойства текучести до влажности 75 %).

5. СООРУЖЕНИЯ ПО ОБЕЗВОЖИВАНИЮ ОСАДКА

Накопители

5.1. Накопители следует предусматривать для обезвоживания и складирования осадка при многолетнем его уплотнении с удалением выделившейся осветленной воды. В качестве накопителей надлежит использовать овраги, отработанные карьеры или обвалованные грунтом спланированные площадки на естественном основании глубиной не менее 2 м. Расчетный период подачи осадка в накопитель следует принимать не менее пяти лет.

5.2. Предпочтительно устройство накопителей на хорошо фильтрующих грунтах со сбором и удалением частично профильтрованной воды. При наличии в осадке токсичных веществ в накопителях следует предусматривать устройство противофильтрационного экрана.

Очистку накопителя от осадка, как правило, не предусматривают. Очистка накопителя с последующим вывозом осадка или обвалованием накопителя осадком допускается при устройстве накопителя на хорошо фильтрующих грунтах и уровне грунтовых вод относительно дна накопителя не менее 1,5 м через 3 - 10 лет после завершения срока эксплуатации накопителя.

5.3. Секций накопителей должно быть не менее двух. Это позволяет ускорить процесс уплотнения осадка за счет изменения водоотдающей способности части осадка при его частичном сезонном замораживании и подсушивании. Секции накопителя работают попеременно по годам, при этом подачу осадка следует предусматривать в одну секцию по годам, при этом подачу осадка следует предусматривать в одну секцию в течение года с непрерывным удалением осветленной воды. В остальных секциях будет происходить обезвоживание и уплотнение ранее поданного осадка с замораживанием в зимний период и подсушиванием в летний период с удалением воды, выделившейся при уплотнении осадка.

5.4. Общую вместимость накопителя W_нак, м³, следует определять по формуле

W_нак = 10^-4 Q T_n C [1 / (100 - P₁) ρ₁ + 1 / (100 - P₂) ρ₂ + ...                      

... + 1 / (100 - P_n-1) ρ_n-1 + 1 /(100 - P_n) ρ_n]                                (2)

где Q - расчетный расход воды на станции водоподготовки, м³/сут; С - среднегодовая концентрация взвешенных веществ в исходной воде, г/м³, определяемая по формуле (11) СНиП 2.04.02-84. Для n года С - среднее значение для характерных периодов года; Т_n - длительность подачи осадка в году, сут; Р₁, Р₂, ... , Р_n-1, и ρ₁, ρ₂, ... , ρ_n-1 - соответственно средние значения влажности и плотности осадка первого, второго ... (n - 1) года эксплуатации, принимаемые по табл. 2, а Р_n и ρ_n по табл. 3 для средней длительности уплотнения осадка Т_у в расчетном году или в характерный период года. Например, для Т_n = 10 лет, Т_y первого года подачи осадка в накопитель равно 9,5 годам, ... десятого года - 0,5 годам.

5.5. Накопитель, как правило, следует рассчитывать на постоянный сброс осветленной воды, в том числе в зимний период под слоем льда. В этом случае С n-го года, Р_n и ρ_n в формуле (2) являются среднегодовыми показателями.

При отсутствии сброса осветленной воды из накопителя в зимний период возрастает роль сгустителей осадка, обеспечивающих уменьшение расчетной вместимости накопителя за счет уменьшения объема осадка, подаваемого в накопитель в зимний период.

5.6. Накопители надлежит оборудовать устройствами для подачи осадка и отвода выделившейся при уплотнении осадка воды. Устройства для подачи осадка и отвода воды следует располагать на противоположных сторонах накопителя. Расстояние между устройствами для подачи осадка, а также между устройствами для отвода воды надлежит принимать не более 60 м. Конструкция устройств для отвода воды должна обеспечивать ее отвод с любого уровня по глубине накопителя.

Таблица 2

Таблица 3