Утаители за отпадъчни води

Утаяването е основен процес при механичното пречистване на отпадъчни води, при който се отделят по-голямата част от фино суспендираните вещества под действието на гравитационните сили. За целта се използват различни видове утаители в зависимост от производителността на пречиствателната станция, технологичната схема на пречистване, геоложки условия, ниво на подпочвени води и др.

Спрямо предназначението си и мястото в технологичната схема на ПСОВ утаителите обикновено биват първични и вторични. Първичните утаители се монтират в началото на пречиствателната станция след пясъкозадържателите като част от основните съоръжения за механично пречистване, докато вторичните се инсталират след съоръженията за биологично пречистване.

Според конструктивните си особености и посоката на движение на водата утаителите най-общо се разделят на вертикални, радиални, хоризонтални, тръбни и ламелни. За оразмеряване на различните видове утаители се използват методи, съобразени със специфичните особености на всеки отделен вид утаител. Например при оразмеряване на хоризонталните утаители се използват методи, отчитащи необходимото време на утаяване, допустимото повърхностно натоварване или необходимия ефект на утаяване.

При вертикалните утаители също намират приложение няколко метода на оразмеряване. По-точните се базират на седиментационните характеристики на неразтворените във водата вещества. Обикновено оразмеряването се основава на допускането, че възходящата скорост на водния поток и скоростта на утаяване са еднакви. За оразмеряване на радиалните утаители основно се използва методът за оразмеряване по хидравлично натоварване.

Специфики на вертикалните утаители
Вертикалните утаители се изграждат предимно в малки и средни пречиствателни станции с по-ниско ниво на подпочвените води. Конструктивно се изпълняват като кръгли или квадратни стоманобетонни резервоари, с конично или пирамидално дъно. При движението си в тях водата се движи във възходяща посока. Базови елементи на вертикалните утаители са - входна част, цилиндрична част, конична част, чугунена тръба за извеждане на утайките, изходна част и многоъгълна преграда.

Входната част обикновено е тръба, монтирана вертикално в центъра на съоръжението. Срещу леко разширената долна част на тръбата се поставя отражателен щит. Цилиндричната част включва работна зона, неутрална зона и разстояние между разширението на централната тръба и дъното на отражателния щит. Коничната част е предназначена за събиране на утайките. Изходната част представлява околовръстен събирателен улей, служещ за приемане и отвеждане на утаената вода.

Отпадъчната вода с помощта на тръба или канал се довежда до централната вертикална тръба. Отражателен щит, монтиран на края на тръбата, плавно променя посоката на движение на водата и равномерно я разпределя по цялото напречно сечение на работната част. По този начин се предотвратява и извличането на отложилите се утайки.

За подобряване на условията на утаяване за утаители с диаметър над 6 м се препоръчва да се предвидят допълнителни радиално разположени събирателни улеи. По този начин се намалява ръбовото натоварване и не се завличат суспендирани вещества.

При вертикалните утаители процесът на утаяване протича в условия на много бавно движение на водния поток във възходящо направление, т. е. в противоположна на утаяването посока. Движението на водата нагоре продължава до преливането й в околовръстен събирателен улей. При така създадените условия частиците със скорост на утаяване, по-голяма от скоростта на водния поток, се утаяват на дъното.

Частиците със скорост на утаяване, равна на скоростта на водния поток, образуват т.нар. суспензионен слой, тъй като те не се утаяват и теоретично се приема, че се намират в равновесно състояние. Образуваният суспендиран слой подпомага утаяването на частиците в равновесно състояние и на частиците със скорост на утаяване, по-малка от скоростта на водния поток, което се дължи на склонността на веществата към агломериране.

Хоризонтални утаители
Хоризонталните утаители обикновено се използват в големи пречиствателни станции. Представляват правоъгълен бетонен или стоманобетонен резервоар с две отделни зони – за утаяване на суспендираните вещества и за събиране и уплътняване на утайките. Във входната част на утаителя се разполагат разпределителните устройства.

Равномерното разпределение на постъпващата вода по цялото напречно сечение на утаителя, както и осигуряването на условия за намаляване на турбуленцията на потока са фактори, които предопределят ефекта на пречистване. За по-добро разпределение на водния поток по дълбочина към входните устройства се предвижда полупотопена преграда, която се комбинира с полутръба-улей, предназначена за отвеждане на задържаните плаващи материи.

Основна част на всеки утаител е работната му зона, в която се осъществява утаяването и изплуването на неразтворените вещества. Изходната част обикновено представлява преливник, разположен по цялата широчина на утаителя с цел осигуряване на равномерно изтичане на утаената вода. Пред изходните устройства, както пред входните, се поставя преграда, потопена на не повече от 0,25 m във водата.

Камерата за утайки обикновено е във формата на обърната пресечена пирамида с наклон на стените по-малък или равен на 45 до 60°. Монтира се в началото на утаителя, а предназначението й е да събира отложилите се утайки както в нея, така и по цялото дъно на утаителя. За изваждането на утайките от камерата в практиката се използват различни съоръжения. Често срещано е самотечното им отстраняване през чугунени тръби под действието на хидростатичното налягане. Използват се и плунжерни помпи, ерлифти и др.

Най-ниската част на утаителя се заема от зоната за утайки. Височината й се определя от наклона на дъното на утаителя спрямо камерата за утайки. Между зоната за утайки и работната част се предвижда неутрален слой с цел предпазване от изнасяне на отложилите се на дъното утайки.

Счита се, че хоризонталните утаители се характеризират с висок пречиствателен ефект. Изграждат се лесно поради малката си дълбочина. Отличават се с напълно дефиниран хидравличен режим с малък обем на “мъртвите зони”. Недостатъците им са свързани предимно с необходимостта от допълнителни механизми за придвижване на утайките към камерата за утайки и необходимостта от използване на голям брой утаители при големи пречиствателни станции поради ограничената им широчина.

Радиални утаители
Радиалните утаители осигуряват сравнително добър пречиствателен ефект и са подходящи за средни и големи пречиствателни станции. Представляват стоманобетонни съоръжения с кръгло напречно сечение с диаметър в границите от 12 до 60 м и дълбочина на работната част от 1,5 до 5 м. Както при останалите утаители, и при радиалните основните им елементи са входно разпределително устройство, работна част, околовръстен улей за утаената вода и камера за утайки.

В практиката се използват различни видове радиални утаители, различаващи се по начина на подаване на водата. Използват се утаители с централно подаване на водата отдолу или отгоре, утаители, в които водата се подава в периферията и се отвежда от центъра, и други. При стандартните радиални утаители водата постъпва в централната част и с постепенно намаляваща скорост се придвижва към периферията.

Достигайки до периферията, водата се разпределя чрез използването на специално разпределително устройство, след което попада в работната част на утаителя. След процеса на утаяване през потопени отвори или преливници с триъгълна или трапецовидна форма утаената вода постъпва в околовръстно разположения улей. Отложените на дъното утайки с помощта на механизирани гребла се отвеждат в камерата за утайки.

Обикновено обемът на камерата се оразмерява за 2- до 4-часов престой на утайките. За изваждане на утайките от камерата могат да се използват плунжерни или центробежни помпи, монтирани в станция, разположена в непосредствена близост до утаителя. Често се прилага и изваждането им под хидростатичен напор. Обикновено процесът на изваждане на утайките от камерата е автоматизиран.

Основен елемент от конструкцията на радиалните утаители с периферно подаване на водата е периферен водоразпределителен улей с постоянна широчина, но с променлива дълбочина. Водата се подава между стените на утаителя и околовръстната цилиндрична потопена преграда. В долната част на утаителната зона посоката на водния поток се променя във възходящо направление. Утаената вода се извежда през кръгообразен улей. Отвеждането на утайките в камерата се извършва с механизирани гребла.

Ламелни утаители
Работната зона на ламелните утаители се състои от плоскости (ламели), подредени в модули и разделящи утаителя на тънки слоеве. Материалът, който се използва за изработване на ламелите, може да бъде PVC или метал. Според формата си ламелите могат да бъдат гладки, вълнообразни или гофрирани. При ламелните утаители посоките на движение на водата и утайката биха могли да съвпадат, да са противопосочни или кръстосани. В зависимост от избраната схема се определя и най-подходящият наклон на модулите. При еднопосочно движение на двата флуидни потока оптималният наклон е 30-50°, при противопосочно 55-65°, а при кръстосано 45-55°.

Камерата за утайки се разполага в предната част на утаителя. В нея се събират отложилите се по ламелите утайки. Утаената вода се отправя към повърхността, където прелива в събирателни улеи. По-леките материали, изплували върху повърхността, се събират в специален съд и по тръба се отвеждат в приемна шахта. Тънкослойните утаители се използват предимно за ускоряване на процеса на утаяване при пречистване на битови и промишлени отпадни води в пречиствателни станции с различна производителност.