Пясъкозадържатели за отпадъчни води

Отпадъчните води съдържат големи твърди частици и пясък, които могат да повлияят върху процеса на пречистване и да доведат до механично износване и повишена необходимост от поддръжка на оборудването. За да се сведат до минимум потенциалните проблеми, тези материали трябва да бъдат обработени поотделно. Чрез процесите на първично пречистване, включващи съоръжения като решетки, пясъкозадържатели и изравнителни басейни, тези компоненти на постъпващия в станциите отпадъчен воден поток могат да бъдат отстранени.

Пясъкозадържатели

Механичните примеси в отпадъчните води включват пясък, сгурия или други твърди материали с по-високо относително тегло от органичните биоразградими твърди компоненти. Към тази категория се причисляват и камъчета, черупки от яйца, семена, метални частици и др. Отстраняването на тези материали предотвратява нежеланото износване на механичното оборудване, образуването на отлагания в тръбопроводите и каналите, натрупването на пясък в анаеробните реактори и басейните за аерация. Пясъкозадържателите обикновено предхождат първичните утаители и се инсталират след решетките в пречиствателните станции за отпадъчни води. При съоръжения с вторично третиране, които не включват първични утаители, пясъкозадържателите трябва да се монтират преди системите за аерация.

Видове

Съществуват няколко вида пясъкозадържатели – аерирани, с вихров или хоризонтален поток, задържащи басейни и хидроциклони. При избора на съоръжение трябва да се отчетат различни фактори, например количеството и характеристиките на механичните примеси, потенциалните отрицателни ефекти върху последващите процеси, изискванията за пространство, ефективността на пречистване, съдържанието на органика и разходите. Избраният тип пясъкозадържателна система за конкретна пречиствателна станция трябва да осигурява оптимален баланс между всички изброени фактори.

В аерираните пясъкозадържатели механичните примеси се отстраняват чрез привеждане на отпадъчните води в спираловиден поток. Въздухът постъпва от едната страна на съоръжението, предизвиквайки спираловидното движение на преминаващия през резервоара воден поток. По-тежките частици се ускоряват и се отклоняват от потока, падайки на дъното.

Пясъкозадържателите с вихров поток се състоят от цилиндричен резервоар, в който потокът отпадъчни води постъпва тангенциално. Пясъкът се утаява под действието на гравитацията на дъното на резервоара, а пречистените води напускат съоръжението от горния му край. Утаеният пясък може да бъде отстранен с помощта на помпа.

Задържащите басейни (или квадратни пясъкозадържатели) представляват утаителни резервоари с постоянно ниво, в които отпадъчните води престояват за кратък период от време.

Съоръженията с хоризонтален поток са най-старият вид пясъкозадържатели, в които пясъкът се отделя чрез поддържане на постоянна скорост на водния поток от 0,3 m/s. Скоростта се контролира посредством преливници. В тези системи по-тежките пясъчни частици се утаяват на дъното на канала, а по-леките органични компоненти остават суспендирани. Пясъкът се отстранява с конвейер с кофи или загребващи механизми. В по-малките пречиствателни станции за отпадъчни води пясъкозадържателите често се почистват ръчно.

Хидроциклонните системи обикновено се използват за сепариране на механичните примеси от органичните компоненти или за отстраняване на пясъка от първичната утайка. Понякога хидроциклоните намират приложение за директно премахване на пясъка и суспендираните твърди частици от отпадъчните води чрез изпомпване при напорна височина между 3,7 и 9 m. По-тежките пясъчни и суспендирани частици се събират по страничните повърхности и дъното на циклона поради генерираните центробежни сили, докато по-леките компоненти се отстраняват от центъра на потока от горния край на съоръжението.

Тъй като се предлага разнообразие от съоръжения, е важно за конкретната станция да бъде избран пясъкозадържател с най-подходящия дизайн. Въпреки че между различните видове оборудване могат да бъдат открити прилики, неподходящо избраният дизайн може да доведе до неефективен процес на пречистване.

Особености при проектиране

По отношение на пясъкозадържателите механичните примеси се дефинират като частици с диаметър над 0,21 mm и относително тегло над 2,65. В миналото оборудването традиционно е проектирано на база 95% ефективност на отстраняване на тези частици. Много от съвременните пясъкозадържатели обаче предлагат възможност за отстраняване на 75% от частиците с диаметър 0,15 mm.

Периодът на престой на отпадъчните води в аерираните пясъкозадържатели обикновено варира между 2 и 5 минути. Ако скоростта на въздушния поток е прекомерно висока, ефективността на отстраняване на пясъка ще намалее, а в случай че скоростта е прекалено ниска, ще се увеличи степента на премахване на органични материали. Правилно регулираната скорост на въздушния поток може да осигури почти 100% ефективност на отстраняване на частиците с желания размер.

Пясъкозадържателите с вихров поток са два вида – с плоско дъно и малък отвор за събиране на пясъка и с наклонено дъно с голям отвор за отвеждане на механичните примеси в бункера. Постъпващият в съоръжението воден поток трябва да е прав и плавен, поради което дължината на входния канал обикновено е 7 пъти по-голяма от ширината му. Идеалната скорост на отпадъчните води варира между 0,6 и 0,9 m/s. По всяко време трябва да се поддържа скорост от минимум 0,15 m/s, тъй като при по-ниски стойности пясъчните частици няма да могат да бъдат увлечени с водата в съоръжението.

Задържащите басейни се проектират така, че да се поддържат минимални стойности на скоростта и турбулентността на потока при време на престой под една минута. Ефективността на пречистване на тези съоръжения зависи от доброто разпределение на потока в утаителния басейн.
Дължината на пясъкозадържателите с хоризонтален поток се определя от скоростта на утаяване на целевите частици и от зависимостта между дълбочината на отпадъчните води и преливниците. При проектирането на тези съоръжения се предвижда толеранс за турбулентност на потока на входа и на изхода, както и за бункера за съхранение на пясъка и оборудването за отстраняването им. Напречното сечение на канала се определя на база дебита на водите и броя канали.

Експлоатация и поддръжка

Събраният пясък трябва да бъде отстранен от пясъкозадържателя, след което да бъде обезводнен, промит и транспортиран към площадка за обезвреждане. Обикновено отстраняването на пясъка се осъществява автоматизирано чрез наклонени винтови или тръбни конвейери, верижни кофови елеватори, двучелюстни грайфери или помпи. Понякога се прилага двустепенно отстраняване на пясъка, при което механичните примеси първо се придвижват хоризонтално през канал до бункер, след което се изгребват.

В аерираните пясъкозадържатели обикновено се използват хоризонтални винтови конвейери, които подават утаения пясък в бункер. Алтернатива на това решение е използването на верижен механизъм, разположен на дъното на съоръжението.

Отстраненият пясък се промива в хидроциклон или класификатор, за да се улеснят последващите процеси и да се премахне органичният материал. След това пясъкът се подава директно в камион или бункер за съхранение, откъдето се транспортира до депо или инсталация за обезвреждане.