Решётки и усреднение — первая ступень схемы очистки промышленного стока, и она решает две разные задачи. Решётка механически задерживает крупные включения и волокно, которые вывели бы из строя насосы и механизмы дальнейших ступеней. Усреднитель выравнивает расход и состав во времени, превращая залповый сброс в ровную подачу, на которую и рассчитаны все стоящие за ним сооружения.
Принцип
Решётка устанавливается поперёк потока в подводящем канале или в приёмной камере и задерживает всё, что крупнее прозора — расстояния между стержнями или размера ячейки полотна. Скорость в прозорах при максимальном расчётном расходе держат не выше примерно 0,9 м/с: при большей скорости мягкие включения продавливаются сквозь полотно, при слишком малой растёт требуемое сечение. Скорость в подводящем канале, напротив, держат не ниже примерно 0,4 м/с, иначе песок оседает перед решёткой и канал приходится чистить чаще самого полотна.
По мере накопления отбросов полотно заиливается, сопротивление растёт, а уровень перед решёткой поднимается — этот перепад уровней и служит признаком того, что полотно пора чистить. Ручная решётка очищается граблями по графику, механическая — граблинами или щётками по таймеру либо по перепаду уровней, со сбросом отбросов на транспортёр или в контейнер. Прозор мельче примерно 5 мм при постоянном потоке ручным обслуживанием не поддерживается, поэтому выбор мелкого прозора одновременно означает выбор механической очистки и организованного отвода отбросов.
Прозор выбирается по тому, что стоит за решёткой, а не по правилу «чем мельче, тем лучше». Условно различают грубые решётки с прозором порядка 15–50 мм, средние с прозором 5–15 мм и тонкие сита с ячейкой 0,5–5 мм; границы условны и в разных источниках проводятся по-разному. Погружной насос требует прозора, согласованного с проходным сечением его рабочего колеса; скребковый механизм флотатора и межпластинное пространство ламельного отстойника — заметно более тонкого сита. Каждый шаг в сторону уменьшения прозора увеличивает количество отбросов и требования к их отводу.
Усреднитель — ёмкость, в которую сток поступает так, как его отдаёт производство, а выходит с постоянным расходом. Рабочий объём определяется по суточному графику водоотведения: по часам строится накопленный приход, из него вычитается равномерный отбор, и наибольшая разность и есть требуемая ёмкость. К ней добавляются неснижаемый остаток, покрывающий всасывание насоса и работу мешалки, и запас до аварийного уровня. Для сменного производства с мойкой в конце смены расчёт обычно даёт объём порядка нескольких часов среднего расхода, но подставлять этот ориентир вместо графика нельзя: у двух предприятий с одинаковым суточным объёмом требуемая ёмкость различается в разы.
Перемешивание и подача — части ступени, а не её оснащение. Перемешивание мешалкой или воздухом удерживает взвесь во взвешенном состоянии и смешивает порции, поступившие в разное время; ориентировочная удельная мощность механического перемешивания составляет 4–8 Вт на кубометр объёма при умеренном содержании взвешенных веществ, при аэрации — порядка 0,01–0,015 м³ воздуха на кубометр объёма в минуту. Насос на выходе подаёт расчётный расход независимо от уровня в ёмкости; именно он, а не сама ёмкость, делает усреднение усреднением, поэтому его подача регулируется, а не задаётся включением и выключением по уровню.
Принцип
Усреднитель выравнивает не только расход, но и концентрацию, и реакцию среды, и на реагентах это заметнее, чем на гидравлике. Кислый и щелочной залпы, пришедшие в одну ёмкость с интервалом в несколько часов, частично гасят друг друга: часть работы по нейтрализации выполняется без единого грамма реагента. Без усреднения тот же реагент дозируется по резко меняющейся уставке и с многократным запасом, потому что регулятор всегда отрабатывает с опозданием относительно фронта залпа. Разница видна не в проекте, а в годовом расходе реагента и в устойчивости показателей на выпуске.
Ёмкость без перемешивания — не усреднитель, а отстойник, причём плохой. Тяжёлая фракция ложится на дно и слёживается, лёгкая всплывает коркой, а между ними идёт транзитный поток, выходящий примерно с тем же неравномерным составом, с каким вошёл. Одновременно накопленный на дне осадок при температуре стока 20–30 °C за несколько часов переходит к анаэробному разложению, и на выпуске появляется сероводород — запах, которого в исходном стоке не было вовсе. Такая ёмкость не просто не решает задачу, а создаёт новую.
Ошибка в объёме усреднителя обходится дороже ошибки в любом другом узле схемы, причём в обе стороны. Заниженный объём не гасит залп: пик проходит транзитом, реагентное хозяйство и следующая ступень получают расход и концентрацию выше расчётных, и схема идёт вразнос именно в момент максимальной нагрузки. Завышенный объём при недостаточном перемешивании и без аэрации означает многочасовое пребывание стока с высокой органикой, то есть анаэробное брожение, запах и сероводородную коррозию бетона и металла. Обе ошибки исправляются только строительными работами.
Практика
Ступень не улучшает ни одного показателя в разовой пробе, и при приёмке это регулярно вызывает вопросы. Средняя концентрация на выходе усреднителя близка к средней на входе: меняется не среднее, а размах — исчезают пики, на которые иначе пришлось бы считать всю дальнейшую схему. Оценивать работу усреднителя по одной пробе бессмысленно, нужна серия проб за смену вместе с записью расхода.
Эта ступень определяет размер всей остальной схемы. Дальнейшие сооружения считаются на тот расход, который выдаёт насос усреднителя, а не на пиковый сброс мойки, и при выраженной неравномерности разница между этими двумя величинами бывает кратной. Ёмкость с мешалкой и насосом обычно обходится дешевле, чем флотатор, дозирование и отстойник, подобранные на пик.
Отбросы с решётки — самостоятельный отход, а не побочная мелочь. Они влажные, содержат органику, быстро загнивают и требуют закрытого контейнера, места под него, установленной периодичности вывоза и принимающей организации. Планировать это следует одновременно с выбором прозора: чем мельче прозор, тем больше отбросов.
Решётку, ёмкость усреднителя, мешалку и насосы мы не производим. Наша часть работы — снять график водоотведения, рассчитать по нему рабочий объём и подачу, выбрать прозор и тип решётки по составу стока и по требованиям следующей ступени, собрать обвязку и управление, поставить оборудование, запустить его и обслуживать.
Границы
Практика
Примеры типовые: это не отчёты по объектам.
Схема
Самостоятельной эта ступень не бывает: она всегда стоит перед чем-то и настраивается по требованиям того, что идёт следом. Порядок узлов внутри неё тоже не обращается: сначала решётка, потом усреднитель — крупные включения и волокно не должны попадать ни в мешалку, ни в насос подачи.
Если в стоке есть песок и тяжёлая минеральная фракция, между решёткой и усреднителем вводится песколовка. Без неё минеральная часть накапливается на дне ёмкости, уменьшая рабочий объём и требуя внеплановой зачистки; перемешивание полностью во взвешенном состоянии её не удерживает.
Выход усреднителя — базовая точка для всей дальнейшей схемы. Расходомер ставится именно здесь: по нему считаются дозы реагентов и по нему подбираются флотатор, отстойник и биологическая ступень. Расчётный расход этого насоса и есть расход, на который проектируется всё, что стоит дальше.
У решётки предусматривается обводная линия или аварийный канал на случай обслуживания и залипания полотна, а у усреднителя — запас объёма до аварийного уровня и перелив в заранее определённую точку. Оба узла относятся к безопасности площадки, а не к качеству очистки, и именно поэтому их чаще всего и опускают.
Схема
Эксплуатация
Энергия
Удельный расход электроэнергии складывается из перемешивания и подъёма воды насосом и составляет порядка 0,05–0,15 кВт·ч на кубометр стока. Первое слагаемое определяется удельной мощностью перемешивания и временем пребывания: при 4–8 Вт на кубометр объёма и пребывании порядка нескольких часов это несколько сотых киловатт-часа на кубометр. Второе считается по напору: подъём на 5–10 м при коэффициенте полезного действия насосной установки около 0,6 даёт примерно столько же. Аэрируемый усреднитель потребляет заметно больше, поскольку воздуходувка работает непрерывно.
Расходники
Что уходит в сброс
Ступень образует два потока отходов. Отбросы с решётки — влажная масса с высоким содержанием органики; их количество зависит от прозора и характера стока, накапливаются они в закрытом контейнере и передаются специализированной организации, а класс опасности и допустимый способ обращения устанавливаются по составу, а не по типу оборудования. Второй поток — осадок со дна усреднителя: даже при работающем перемешивании часть тяжёлой фракции накапливается, поэтому в проекте предусматриваются опорожнение ёмкости, доступ для зачистки и периодичность этой операции. Растворённые вещества ступень не выводит вовсе и передаёт дальше по схеме без изменения массы.
Подбор
Что учитываем
Чем оборачивается ошибка
Подбор
Вопросы
Запас по производительности не заменяет усреднения, потому что задачи разные. Ступень, подобранная на пиковый расход, работает на нём считаные минуты в сутки, а всё остальное время — при расходе существенно ниже расчётного, что нарушает гидравлический режим и у флотатора, и у отстойника. Кроме того, запас по расходу не выравнивает состав: концентрационный и кислотный пики проходят транзитом независимо от размера сооружения.
Да, иначе это не усреднитель. Без перемешивания тяжёлая фракция ложится на дно, лёгкая всплывает коркой, а транзитный поток проходит между ними, сохраняя неравномерность состава. Накопленный осадок при обычной температуре производственного стока за несколько часов переходит к анаэробному разложению, и на выпуске появляется сероводород. Перемешивание выполняется механической мешалкой или воздухом; второй способ одновременно замедляет загнивание.
Объём считается по суточному графику водоотведения: строится накопленный приход по часам, из него вычитается равномерный отбор, и наибольшая разность даёт требуемую рабочую ёмкость, к которой добавляются неснижаемый остаток и запас до аварийного уровня. Для сменного производства с мойкой в конце смены результат обычно составляет несколько часов среднего расхода, однако этот ориентир проверяется расчётом: при одинаковом суточном объёме требуемая ёмкость у разных предприятий различается в разы.
Функции разные, хотя ёмкость иногда совмещают. Приёмный колодец решает задачу сбора и подъёма стока с отметки самотёчной канализации, и его объём определяется допустимой частотой включений насоса. Усреднитель решает задачу выравнивания расхода и состава, и его объём определяется графиком водоотведения. При совмещении объём считается по второй задаче, а перемешивание и регулируемая подача остаются обязательными.
Запах возникает не от самой ступени, а от режима, при котором сток застаивается без кислорода: тогда образуется сероводород, которого в исходном стоке не было. Мера первого порядка — перемешивание и, при высокой нагрузке по органике или повышенной температуре, аэрация. Дополнительно ёмкость перекрывается, а вытяжка выводится в безопасную точку или на очистку воздуха; для отбросов с решётки предусматривается закрытый контейнер.
Расскажите об объекте — инженер подготовит расчёт схемы, спецификацию и коммерческое предложение в течение рабочего дня.