Один отстойник, две нагрузки
В отстойник поступает сразу две вещи: расход, то есть гидравлическая нагрузка, и масса взвешенных веществ, то есть нагрузка по твёрдым частицам. Ступени, которые работают с первым, описываются гидравлической нагрузкой; те, что работают со вторым, — нагрузкой по твёрдым частицам. Отстойник должен быть достаточен для обеих, и это не один и тот же расчёт.
Гидравлическая характеристика отстойника — это его поверхностная нагрузка: расход, проходящий через отстойник, делённый на площадь его зеркала в плане, выраженный в кубических метрах на квадратный метр в сутки или в галлонах в минуту на квадратный фут в другой распространённой системе. Ту же величину называют нагрузкой по переливу, и когда станцию описывают через поверхностную нагрузку в очистке сточных вод, приводят именно её.
Обратить внимание стоит на единицы. Кубические метры на квадратный метр в сутки сокращаются до метров в сутки, то есть до скорости. Поверхностная нагрузка — это вертикальная скорость, с которой вода поднимается через отстойник, и её можно напрямую сравнить со скоростью осаждения частицы. На этом сравнении и держится весь расчёт отстойника.
Почему удаление задаёт площадь, а не глубина
Возьмите отстойник спокойный, без короткого замыкания потока, содержащий частицы одной скорости осаждения. Частица удаляется, если достигает зоны осадка прежде, чем достигает выпуска. Частица, скорость осаждения которой больше нагрузки по переливу, доходит туда с любой начальной глубины, в том числе с поверхности. Частица, которая осаждается медленнее нагрузки по переливу, доходит туда лишь в том случае, если стартует достаточно низко, поэтому удаляется только часть этого класса крупности — в доле, равной отношению её скорости осаждения к нагрузке по переливу.
Отсюда следуют два вывода, и оба при первом знакомстве противоречат интуиции. Первый: удаляемая доля зависит от площади, а не от глубины, — более глубокий отстойник оставляет нагрузку по переливу неизменной и не удаляет этого класса крупности больше. Второй: расчётной величиной для удаления служит нагрузка по переливу, а не время пребывания. Глубину всё равно покупают и оплачивают, но по другим причинам: она даёт время пребывания, чтобы в отстойнике продолжалось хлопьеобразование, накапливает осадок между операциями удаления осадка и удерживает слой осадка в стороне от выпускного водослива.
Реальный отстойник отличается от идеального. Турбулентность на входе, плотностные течения от разницы температур, ветер и хлопьеобразование при столкновении частиц улучшают или портят прогноз, и хорошо спроектированный вход может удалять больше, чем предсказывает идеальный расчёт. Расчётной величиной всё равно остаётся нагрузка по переливу, потому что именно вокруг неё приходится выстраивать геометрию отстойника.
Поверхностная нагрузка в очистке сточных вод — по назначению
Обычно приводимые отправные значения для первичных отстойников лежат порядка 30–50 кубических метров на квадратный метр в сутки, что составляет примерно 0.8–1.2 галлона в минуту на квадратный фут, при среднем расходе. Вторичные отстойники берут меньшие значения — порядка 16–32 кубических метров на квадратный метр в сутки, или примерно 0.4–0.8 галлона в минуту на квадратный фут. Читайте их как отправный метод, а не как спецификацию. Два назначения различаются потому, что различаются твёрдые частицы: первичный осадок плотный и содержит песок, а активный ил — это лёгкие обводнённые хлопья, которые поднимаются с водой, если потребовать от отстойника слишком многого.
Как определить величину, применимую к вашему отстойнику: площадь следует из расхода, который отстойник должен пропустить, и из допускаемой нагрузки, а сам допуск следует из осаждаемости осадка, который станция фактически производит. Станция, чей осадок хорошо садится, может работать при более высокой нагрузке, чем станция с нитевидным осадком, при том же назначении и том же отстойнике. Поэтому величину проверяют на станции, а не переписывают из таблицы.
Где гидравлическая нагрузка — другое число
Эти два термина часто употребляют как синонимы, и на отстойнике они обычно и есть одно число. Гидравлическая нагрузка в очистке сточных вод — более общий термин, а на фильтре она означает совсем другое: расход, пропущенный через единицу площади загрузки, включая воду, расходуемую на обратную промывку, поэтому приводимая для фильтра величина — это суммарная пропускная способность, а не мгновенная скорость осаждения.
Место, где это различие даёт о себе знать на биологической станции, — вторичный отстойник, потому что расход через него не равен расходу станции. Возвратный активный ил отбирается со дна отстойника, перекачивается обратно в аэротенк и снова приходит в отстойник с иловой смесью. Поэтому поверхностную нагрузку вторичного отстойника считают по расходу станции плюс возвратный расход, а величина, рассчитанная по одному расходу станции, с большим отрывом занижает нагрузку на отстойник. Это одна из причин, по которой станция, у которой нагрузка по переливу выглядит на бумаге комфортной, теряет твёрдые частицы в эксплуатации.
В этом же семействе есть третья нагрузка, и именно она подводит отстойник с достаточной площадью и недостаточной длиной борта: нагрузка на водослив отстойника — расход на единицу длины выпускного водослива, в кубических метрах на метр в сутки. Вода, ускоряясь к короткому водосливу, уносит твёрдые частицы к выпуску вместе с собой, поэтому отстойник может укладываться в свою поверхностную нагрузку и всё равно давать плохую очищенную воду.
Пиковый расход — где величину проверяют
Отстойник рассчитывают на расход, который он должен пропустить в худший момент, а не на его среднегодовое значение. Таблица коэффициента неравномерности превращает расход населённого пункта в сухую погоду в пиковый коэффициент, и площадь должна быть достаточной при этом пике. Важно и поведение между крайностями: суточный пик длительностью несколько часов — это другое назначение, чем пик в дождливую погоду, держащийся целые сутки, и станция, которая прекрасно отстаивает при среднем расходе, может потерять свой слой осадка при любом из них.
Твёрдые частицы приходят вместе с расходом, а не независимо от него, поэтому пик приходится проверять дважды. Пик расхода при неизменной концентрации твёрдых частиц повышает гидравлическую нагрузку на отстойник; пик расхода, несущий к тому же пик твёрдых частиц, повышает обе, и именно их сочетание определяет площадь. Там, где два пика совпадают, отстойник рассчитывают по той из двух нагрузок, которая связывает первой.
Другие пределы: нагрузка по твёрдым частицам вторичного отстойника
Нагрузка по твёрдым частицам вторичного отстойника обычно и есть связывающее ограничение. Это масса взвешенных веществ, подаваемая на единицу площади за единицу времени, в килограммах на квадратный метр в час, и с ней справляется система возвратного ила не меньше, чем сам отстойник. Отстойник, рассчитанный на удовлетворение своей нагрузки по переливу, может всё равно оказаться слишком мал, чтобы нести твёрдые частицы, а применимое значение определяют по характеристикам осаждения осадка, который выращивает станция, а не по таблице.
Два ограничения взаимодействуют через осадок. Станция, которая повышает концентрацию иловой смеси, чтобы обработать больше нагрузки в том же объёме аэрации, отправляет в отстойник больше твёрдых частиц, что повышает нагрузку по твёрдым частицам и высоту слоя осадка и может вынудить снизить нагрузку по переливу для компенсации. Иначе говоря: концентрация, которую станция может нести, ограничена отстойником, а отстойник ограничен площадью, зафиксированной при его постройке.
Типичные ошибки
- Считать поверхностную нагрузку вторичного отстойника по одному расходу станции, оставляя возвратный расход ила за рамками.
- Покупать глубину вместо площади, когда отстойнику не хватает удаления, хотя глубина вовсе не меняет нагрузку по переливу.
- Считать по среднему расходу и проверять пик потом, вместо того чтобы считать по пику и подтверждать среднее.
- Укладываться в поверхностную нагрузку и игнорировать нагрузку по твёрдым частицам — ограничение, которое обычно и решает судьбу вторичного отстойника.
- Оставлять длину водослива вне расчёта, из-за чего отстойник с достаточной площадью несёт твёрдые частицы через короткий водослив.
- Приводить нагрузку, не указывая, по какому расходу она рассчитана, из-за чего величину нельзя использовать для сравнения.
- Считать нагрузку свойством отстойника, а не осадка, который станция в нём производит.
Самопроверка перед фиксацией площади
- Указан ли расчётный расход как средний, пиковый и пиковый с рециркуляцией, а не одной величиной?
- Рассчитана ли поверхностная нагрузка вторичного отстойника по расходу станции плюс возвратный расход?
- Проверена ли также нагрузка по твёрдым частицам — по концентрации иловой смеси и коэффициенту возврата, при котором будет работать станция?
- Известна ли длина водослива и укладывается ли нагрузка на водослив в то, что допускает назначение?
- Известна ли осаждаемость осадка, который будет производить станция, или нагрузка принята для осадка, который так хорошо не сядет?
- Приведена ли величина вместе с расходом, по которому она рассчитана, чтобы следующий, кто ею воспользуется, мог сравнить её со своей?
- Проверен ли отстойник на пиковый час в дождливую погоду, а также на пиковый час суток в сухую погоду?
- Там, где параллельно работают два отстойника, подтверждено ли распределение расхода между ними, поскольку неравномерное распределение нагружает один отстойник выше той величины, на которую рассчитывали пару?
От нагрузки по переливу к резервуару
Нагрузка по переливу фиксирует площадь отстойника; глубина, сбор осадка и водослив затем следуют из назначения и из осадка. Как только площадь зафиксирована, таблица «объём резервуара и время пребывания» превращает требуемое процессу время пребывания в объём резервуара, а это уже другой расчёт на том же отстойнике. Страницы оборудования для отстаивания и осветления охватывают формы отстойников, которые строят вокруг этой площади, — от тонкослойных пластинчатых и трубчатых отстойников, добавляющих площадь осаждения на малой площадке, до скребков, сгоняющих осадок к точке отбора. Какую площадь, глубину и нагрузку по твёрдым частицам даёт блочная установка при вашем расходе, подтверждают с заводом по вашему расчётному расходу и вашей нагрузке по взвешенным веществам, а не принимают по таблице.