Ламельный отстойник — ступень механического разделения, на которой взвешенные вещества, плотность которых выше плотности воды, осаждаются на наклонных пластинах и сползают по ним в бункер. Пакет пластин даёт площадь осаждения, кратно превышающую площадь пола под аппаратом, поэтому та же задача решается на существенно меньшем месте, чем в горизонтальном отстойнике.
Принцип
Аппарат представляет собой корпус с коническим бункером внизу и пакетом наклонных пластин в средней части. Сток подводится под пакет, поднимается по каналам между пластинами снизу вверх, осветлённая вода собирается переливными лотками в верхней части, а осевшее вещество движется по пластинам вниз, навстречу потоку, и накапливается в бункере. Подвижных частей внутри корпуса нет: разделение идёт под действием силы тяжести.
Полнота осаждения определяется не временем пребывания, а соотношением двух величин: скорости осаждения частицы — её называют гидравлической крупностью — и гидравлической нагрузки, то есть расхода, делённого на площадь осаждения. Частица удаляется, если успевает дойти до поверхности пластины раньше, чем поток вынесет её из канала. Сама скорость осаждения описывается законом Стокса: она пропорциональна квадрату размера частицы и разности плотностей частицы и воды и обратно пропорциональна вязкости воды.
Пакет пластин увеличивает не длину пути воды, а число поверхностей осаждения. Между соседними пластинами частице остаётся пройти не всю глубину аппарата, а расстояние в единицы сантиметров, и время, за которое она достигает поверхности, сокращается во столько же раз. Суммарная проекционная площадь пакета — сумма горизонтальных проекций всех пластин — в несколько раз превышает площадь пола под аппаратом; конкретное отношение зависит от числа пластин, их размера и угла наклона.
Режим течения в каналах должен оставаться ламинарным: любое перемешивание возвращает осевшую частицу в поток. Отсюда требование равномерного распределения расхода между всеми каналами пакета: если часть каналов перегружена, а часть недогружена, фактическая работающая площадь оказывается меньше расчётной.
Угол наклона пластин выбирается так, чтобы осадок сползал непрерывно, а не накапливался: обычно он составляет 55–60° к горизонту. Осадок скатывается в бункер, где уплотняется, и удаляется откачкой — периодической либо по уровню. Тонкую и коллоидную взвесь перед отстойником укрупняют реагентами: коагулянт снимает заряд коллоидных частиц, флокулянт связывает микрохлопья в структуры, скорость осаждения которых достаточна для расчётного режима.
Принцип
Наклонные пластины работают не тем, что удлиняют путь воды, а тем, что сокращают высоту, которую частице нужно пройти до поверхности осаждения. В горизонтальном отстойнике это метры, в пакете пластин — сантиметры между соседними поверхностями. Отсюда следствие, противоречащее обычному ожиданию: увеличение объёма аппарата само по себе не даёт ничего, а увеличение площади осаждения даёт прямо пропорциональный эффект. Поэтому ламельный отстойник при той же производительности занимает в разы меньше места, чем горизонтальный, и поэтому же подбирать его по времени пребывания бессмысленно.
Осадок обязан непрерывно сползать с пластин вниз, и потому угол наклона и свойства осадка связаны между собой. Липкий, волокнистый или плохо уплотняющийся осадок задерживается между пластинами, часть каналов выключается из работы, и аппарат теряет площадь осаждения, оставаясь при этом формально исправным: расход проходит, движущихся частей нет, отказывать нечему. Обнаруживается это только по росту содержания взвешенных веществ на выходе, поэтому проба после отстойника — не формальность отчётности, а единственный прямой признак состояния пакета.
Один и тот же аппарат зимой удаляет меньше, чем летом, и причина не в оборудовании. Скорость осаждения обратно пропорциональна вязкости воды, а вязкость при 5 °C примерно в 1,7 раза выше, чем при 25 °C. Во столько же раз падает скорость осаждения тех же частиц, и часть взвеси, уходившей в осадок в тёплое время, проходит аппарат насквозь. Подбор по летним пробам на неотапливаемой площадке приводит к превышению нормативов ровно в холодный сезон.
Практика
Основной практический выигрыш — занимаемая площадь. Ламельный отстойник размещается там, где горизонтальный не помещается вовсе: при реконструкции действующих очистных сооружений, в существующем здании, на стеснённой площадке. Это чаще всего и определяет выбор, поскольку сам принцип разделения у обеих конструкций одинаков.
В схеме очистки стоков ступень стоит после реагентной обработки и перед доочисткой или биологической очисткой. Она снимает основную массу взвешенных веществ и связанную с ними часть ХПК; растворённые показатели остаются исходными, и если норматив нарушен по ним, одним отстаиванием задача не решается.
На минеральной взвеси ступень работает без реагентов вовсе — это тот случай, когда эксплуатация обходится дешевле всего: из расходных статей остаются электроэнергия откачки осадка и обращение с самим осадком. На коллоидной и гидроксидной взвеси реагентное хозяйство обязательно, и его содержание становится основной эксплуатационной статьёй.
Достижимое снижение оценивается по сопоставимым пробам на входе и выходе, а не по виду осветлённой воды. На тяжёлой минеральной взвеси при расчётной гидравлической нагрузке оно обычно составляет 70–90 % по взвешенным веществам, на хлопьях после подобранного реагентного режима бывает выше; на тонкой взвеси без коагуляции результат может оказаться близким к нулю при полностью исправном аппарате.
Аппарат собирается из корпуса, пакета пластин, узла сбора осветлённой воды и бункера осадка и поставляется под конкретный расход и присоединение. Мы его не производим: наша часть работы — анализ стока и опыт отстаивания, определение гидравлической крупности и требуемой площади осаждения, подбор типоразмера и обвязки, поставка, пуск и последующий сервис.
Границы
Практика
Примеры типовые: это не отчёты по объектам.
Технологии Solvia
Схема
Ламельный отстойник почти никогда не работает один. Перед ним нужны решётки или сито и песколовка: крупные включения попадают в каналы пакета и застревают между пластинами, а абразивный песок изнашивает их. Усреднитель выравнивает расход, а вместе с ним и гидравлическую нагрузку, от которой прямо зависит полнота осаждения.
Если взвесь тонкая, коллоидная или гидроксидная, перед отстойником ставят узел дозирования и камеру флокуляции. Важен не только сам факт дозирования, но и участок между камерой и аппаратом: сформированные хлопья разрушаются насосом, резким сужением и длинным напорным трубопроводом, и до пластин доходит взвесь, которая уже не осаждается. Поэтому камеру флокуляции размещают вплотную и подводят сток самотёком, если это позволяют гидравлические отметки.
После отстойника схема разделяется. Осветлённая вода идёт на биологическую очистку, на доочистку фильтрацией либо на сброс — в зависимости от того, какие показатели остались нарушенными. Осадок из бункера идёт на обезвоживание: перевозить его при высокой влажности экономически неоправданно, а объём определяется массой выведенной взвеси, а не типоразмером аппарата.
Гидравлические отметки задаются на стадии схемы, а не при монтаже. Аппарат работает самотёком, если разность отметок подвода и отвода перекрывает потери напора в пакете и лотках; иначе в схему добавляется насос, а вместе с ним и разрушение хлопьев.
Схема
Эксплуатация
Энергия
Собственного энергопотребления у ступени практически нет: разделение идёт под действием силы тяжести, и при достаточной разности гидравлических отметок сток проходит аппарат самотёком. Электроэнергию потребляет обвязка — насос подачи, если самотёк невозможен, насос откачки осадка, мешалка камеры флокуляции и узел дозирования. При самотёчной подаче и периодической откачке осадка суммарный удельный расход остаётся в пределах сотых долей киловатт-часа на кубометр стока, то есть заметно ниже, чем у напорной флотации той же производительности. Если сток приходится подавать насосом, определяющей статьёй становится не сама ступень, а требуемый напор.
Расходники
Что уходит в сброс
Из воды выводится осадок — вся масса задержанной взвеси вместе с реагентными хлопьями, если реагенты применялись. Его количество считается по массе удалённых взвешенных веществ, а не по типоразмеру аппарата: при концентрации 500 мг/л и расходе 10 м³/ч из воды выводится порядка 5 кг сухого вещества в час. Влажность откачиваемого осадка зависит от его природы и периодичности откачки: минеральный уплотняется в бункере заметно лучше гидроксидного, который удерживает воду и практически всегда требует обезвоживания на шнековом или ленточном оборудовании. Класс опасности и допустимый способ обращения устанавливаются по составу осадка, а не по типу оборудования.
Подбор
Что учитываем
Чем оборачивается ошибка
Подбор
Вопросы
Принцип разделения одинаков: обе конструкции осаждают то, что тяжелее воды. Различие в том, где расположена поверхность осаждения. В горизонтальном отстойнике она одна — дно, и её площадь равна площади сооружения. В ламельном таких поверхностей столько, сколько установлено пластин. Поэтому при равной производительности ламельный занимает в разы меньше места, и именно это, а не качество осветления, обычно определяет выбор.
Зависит от природы взвеси. Минеральная взвесь — песок, частицы механической обработки — осаждается без реагентов, и схема получается наиболее простой в эксплуатации. Тонкая и коллоидная взвесь имеет скорость осаждения, близкую к нулю, и без коагулянта и флокулянта проходит аппарат независимо от его размера. Гидроксиды металлов образуются реагентами по определению, поэтому там реагентное хозяйство есть в любом случае. Что именно требуется конкретному стоку, показывает опыт отстаивания, а не отрасль производства.
Отстойник осаждает то, что тяжелее воды: минеральную взвесь, песок, хлопья гидроксидов после реагентной обработки. Флотатор поднимает то, что легче воды или что удаётся сделать легче, прицепив к частице пузырёк воздуха: жиры, масла, нефтепродукты, лёгкую органику, избыточный активный ил. Общая у них только реагентная подготовка перед аппаратом. При смешанном составе стока ступени применяют последовательно, а не выбирают между ними.
Ламельный отстойник — проектное оборудование. Площадь осаждения, число и материал пластин, объём бункера, состав узлов дозирования и откачки осадка определяются расчётом по конкретному стоку, а не одним лишь расходом: два аппарата на 10 м³/ч могут различаться и площадью пакета, и обвязкой. Поэтому в каталоге у моделей стоит «по расчёту», а стоимость называется после того, как стали известны состав стока и требования на выходе.
Работающая площадь осаждения уменьшается, и взвешенные вещества начинают проходить на выход. Аппарат при этом остаётся формально исправным, и признак один — рост мутности и содержания взвешенных веществ в осветлённой воде. Меры зависят от причины: изменение периодичности откачки осадка, корректировка реагентного режима, а при устойчивом залипании — извлечение секций пакета и промывка. Осадки, склонные к залипанию, лучше выявлять до заказа, при опыте отстаивания.
Запас по площади осаждения действует прямо: он снижает гидравлическую нагрузку и увеличивает долю удаляемой взвеси, а нижней границы по расходу, как у напорной флотации, здесь практически нет. Но запас не заменяет реагентной подготовки: частицы, скорость осаждения которых близка к нулю, не удаляются ни при какой площади.
Расскажите об объекте — инженер подготовит расчёт схемы, спецификацию и коммерческое предложение в течение рабочего дня.