Главная  Материалы 

 

Песколовки

 

К новым материалам для строительных конструкций обыкновенно подходят крайне осторожно. Их проверка продолжается годами, часто они испытываются в действии в экспериментальных зданиях и сооружениях. А вот доверять им начинают только тогда, когда их прекрасные первоначальные характеристики сохраняются в течение всего срока эксплуатации сооружения.

 

Каждый понимает, что для конструкции первостепенное значение имеет материал, из которого она выполнена. Именно он в основном определяет такие ее качества, как несущая способность, долговечность, стоимость. Кроме того, материал оказывает решающее влияние на конструктивные формы. Стальная балка, например, совсем непохожа на деревянную или железобетонную. Требования, которые в основном предъявляются к материалам для строительных конструкций, приблизительно таковы: высокая прочность; сравнительно небольшая деформируемость; долговечность прочностных характеристик; устойчивость к атмосферным воздействиям; высокая стойкость к динамическим нагрузкам, без усталости; огнестойкость; легкость; простота обработки, отсутствие производства и возможность его организации при минимальных капиталовложениях; ясность физической природы материала, обеспечивающая возможность ее изучения; возможность индустриализации строительного процесса при конструктивных формах, обусловленных применением материала; относительно невысокая стоимость.

 

Как можно видеть, требования эти весьма противоречивы. Сталь, например, при высокой прочности является достаточно дорогим, а во многих странах и дефицитным материалом. Она неогнестойка и поддается атмосферным воздействиям (корродирует). Бетон дешевый и недефицитный материал, но он сравнительно тяжел и подвержен деформациям. Дерево при относительно большой прочности и исключительной легкости весьма чувствительно к атмосферным воздействиям и быстро загорается, не говоря уже о том, что оно в настоящее время крайне дефицитно. Очевидно, что эти три наиболее распространенных строительных материала далеки от совершенства. Правда, за последние десятилетия для нужд самолетостроения и космической техники создан ряд превосходных материалов, соответствующих значительной части предъявляемых к ним требований. Однако абсолютно идеальный материал с универсальными свойствами едва ли когда-нибудь будет создан. Но если даже он и появится, то цена его будет, естественно, огромной. А ведь строительство — массовая отрасль, может быть, даже самая массовая форма технической деятельности человека. Почти вся жизнь человека проходит под крышей — здесь он рождается, растет, работает, спит, развлекается, говорит. Здания и сооружения — это насущная человеческая потребность, которая, по-видимому, будет ощущаться вечно. Ясно, что ни одна страна не может себе позволить применять в массовом строительстве алюминиевые сплавы, специальные хромованадиевые, титановые и никелевые стали, легкую и исключительную прочную керамику, которая используется в космической индустрии.

 

Но рассмотрим вопрос материалов с другой стороны. Машина или предмет широкого потребления рассчитаны на срок эксплуатации от двух до десяти лет. Здания обычно строятся едва ли не на века. Поэтому необходимо, чтобы материал для конструкций сохранял свои свойства неизменными в течение десятков лет. За это время облицовка фасада может быть сменена 5 раз, а покрытия пола — 15 раз, могут разрушиться и снова быть смонтированы перегородки, в конце концов само здание может быть надстроено, но конструкция должна во всех случаях и в любой момент своей жизни сохранять необходимую несущую способность. Амортизация, при которой конструкция подвергается воздействию наиболее губительного фактора — времени (разумеется, речь идет о физических и химических процессах, которые непрерывно происходят в течение многих лет), несравнима с усилиями работы самолетной турбины или вращающегося с огромной скоростью вала. Просто и турбина, и вал изначально рассчитаны на более короткий срок службы и, следовательно, могут быть заменены. Подобные изделия выпускаются небольшими сериями, и применение для их изготовления исключительно дорогостоящих материалов вполне уместно. Строительство же — массовое производство. Строительные материалы должны быть дешевыми, очень дешевыми ... и долговечными; они должны сохранять свои прочностные свойства в течение многих лет, несмотря на все разрушительные воздействия, несколько метафизически обобщенные в слове время .

 

Длинный список требований к материалам для строительных конструкций можно интерпретировать более оптимистично. Практически нет сооружения, для которого необходимо соблюдение всех требований. Поэтому во всяком конкретном случае выбирается подходящий материал — такой, который наиболее полно отвечает данным условиям. Так, например, заводские трубы никогда не выполняются из дерева и почти никогда из стали, поскольку материалом, наиболее устойчивым к температурным и химическим воздействиям, является железобетон. Массовое жилищное строительство базируется на сборных железобетонных элементах конструкций. А вот уникальные многоэтажные здания небоскребы обязаны своим существованием исключительной прочности стали; бетон в этом случае, как материал гораздо более слабый, неконкурентоспособен.

 

Хотя практически нет сооружения, для которого было бы необходимым соблюдение всего комплекса требований к материалам, первые три требования из числа перечисленных выше являются обязательными. Они — закон.

 

Требование высокой прочности легко объяснимо: именно прочность материала определяет несущую способность конструкции, само ее существование. Однако прочность должна обеспечиваться ценой малых деформаций. Резина может выдержать большую нагрузку, только растягиваясь до предела; при малом относительном удлинении она не отличается прочностью. Если бы резина была конструктивным элементом, чтобы использовать ее прочностные возможности, ее надо было бы как можно сильнее растянуть. Но ясно, что человечество не нуждается в конструкциях, которые могут воспринимать необходимые нагрузки только ценой невообразимых деформаций и перемещений. Нетрудно представить себе мост, балки которого прогибаются до самой воды. По нему в конечном счете не сможет проехать ни одно транспортное средство. Или, например, здания: если на воздействие ветра они реагируют так же, как и ствол дерева, оконные стекла перебьются, облицовка фасада разрушится, покрытия пола потрескаются, а все трубы и коммуникации разорвутся, не говоря уже о том, что крайне неприятно жить в доме, который качается, как лодка в открытом море.

 

Что касается третьего требования, то оно, в сущности, является очень мудрым. Ведь две основные характеристики прочность и деформируемость — с течением времени изменяются, и часто весьма значительно. В качестве примера (положительного!) можно взять бетон, который при благоприятных условиях в течение всей своей жизни накапливает прочность, т.е. становится не слабее, а прочнее. Но значительно больше можно привести отрицательных примеров. Как правило, сопротивление и деформация с течением времени изменяются в нежелательном направлении. Под действием нагрузок и времени материалы в большей или меньшей степени изменяют свое поведение, характеристики, и понимание этих сложных процессов является хотя и трудным, но необходимым условием. Желательно, чтобы еще в конструкторском бюро можно было предсказать состояние конструкции по истечении продолжительного времени. Только в этом случае можно гарантировать долговечность конструкции с необходимой степенью надежности.

 

По направлению движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости; последние на тангенциальные и аэрируемые.

 

В сточных водах содержится значительное количество нераство-ренных минеральных примесей (песка, шлака, боя стекла и др.). При совместном выделении минеральных и органических примесей в отстойниках затрудняется удаление осадка и уменьшается его текучесть. При этом могут происходить разделение осадка на тяжелую (песок с большой плотностью) и легкую (органическую с небольшим удельным весом) части и накопление песка в отстойниках. Для удаления такого осадка требуются усиленные скребки. Осадок, содержащий песок, плохо транспортируется по трубопроводам, особенно самотечным. Песок накапливается и в метантенках, выводя из работы полезные объемы, предназначенные для сбраживания органических осадков. Производительность метантенков снижается, а выгрузка песка из них сопряжена с большими трудностями. Возможны затруднения в работе и последующих сооружений в случае попадания в них песка. Поэтому в составе очистных сооружений за решетками проектируются специальные сооружения, называемые песколовками. Они предназначены для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных примесей (песка, шлака, боя стекла и др.). Выделение песка в них происходит под действием силы тяжести.

 

1 цепной скребковый механизм; 2 гидроэлеватор

 

Горизонтальные песколовки представляют собой удлиненные в плане сооружения с прямоугольным поперечным сечением ( 10. . Другими важнейшими элементами песколовок являются: входная часть песколовки, представляющая собой канал, ширина которого равна ширине самой песколовки; выходная часть, представляющая собой канал, ширина которого сужена от ширины песколовки до ширины отводящего канала; бункер для сбора осадка, обычно располагаемый в начале песколовки под днищем. Возможно устройство бункера и над песколовкой.

 

Осадок в бункеры может перемещаться с помощью гидромеханических систем. Они представляют собой уложенные по днищу в лотках смывные трубопроводы со спрысками, сориентированными в сторону бункеров для сбора осадка. В этом случае бункеры выполняются в виде круглых тангенциальных песколовок. Схема песколовки с гидромеханической системой представлена на 1 При подаче воды в гидромеханическую систему и истечении воды из спрысков осадок у днища разжижается (псевдоожижается), а затем смывается в сторону бункера. Взмучивание осадка не происходит, напротив, идет подсос к днищу верхних слоев осадка и последующий смыв их в бункер.

 

1 Схема горизонтальной песколовки (продольный разрез):

 

1 Схема горизонтальной песколовки с гидромеханической системой удаления осадка:

 

Песколовки имеют следующее оборудование: механизм для перемещения осадка в бункер, гидроэлеваторы и насосы для удаления осадка из песколовки и транспорта его к месту обезвоживания или другой обработки. Механизмы применяются двух типов: цепные или тележечные. Цепные механизмы состоят из двух бесконечных цепей, расположенных по краям песколовки, с закрепленными на них скребками. У днища скребки перемещаются в сторону бункера (против направления течения воды), перемещая при этом осадок. Цепи и скребки над песколовкой перемещаются в ее конец (по течению воды). Механизмы тележечного типа состоят из тележки, перемещаемой над песколовкой по двум рельсам или монорельсу вперед и назад, на которой подвешивается скребок. При возвратном движении скребок поднимается. Механизмы для перемещения осадка сложны и ненадежны, так как эксплуатируются над водой во влажной среде. Некоторые их конструкции имеют подвижные элементы под водой.

 

Стремление к упрощению выгрузки осадка из песколовок привело к созданию горизонтальной песколовки с круговым движением воды ( 10. . Проточная часть песколовки в поперечном сечении имеет в верхней части прямоугольную форму, а в основании — треугольную со щелью внизу. Весь улавливаемый осадок проваливается через щель в осадочную часть, имеющую коническую форму. Для выгрузки осадка достаточно установки гидроэлеватора.

 

1 Горизонтальная песколовка с круговым движением воды:

 

1 проточная часть песколовки; 2 песковой лоток; 3 смывной трубопровод; 4 перегородка; 5 песковой бункер

 

1 подводящий канал; 2 сборный кольцевой лоток; 3 ввод воды в рабочуюзону; 4 отводной канал

 

1 гидроэлеватор; 2 трубопровод для отвода всплывающих примесей; 3 желоб; 4 затворы; 5 подводящий лоток; 6 пульпопровод; 7 трубопровод рабочей жидкости; 8 камера переключения; 9 устройство для сбора всплывающих примесей; 10 отводящий лоток; 11 полупогружные щиты

 

Тангенциальные песколовки имеют круглую форму в плане и касательный подвод воды к ним и обеспечивают в песколовках вращательное движение (на периферии вода движется вниз, а в центре — вверх). Оно способствует поддержанию в потоке органических примесей. При этом скорость вращательного движения невелика и не препятствует выпадению песка в осадок.

 

10.1 Вертикальная песколовка с вращательным движением сточной воды:

 

Вертикальные песколовки успешно эксплуатируют на ряде очистных станций. На КСА построены вертикальные песколовки с вращательным движением жидкости ( 10.1 . Они имеют цилиндрическую форму, а подвод воды — по касательной с двух сторон в основании. Конусная часть служит для сбора выпавшего осадка. Сбор и отвод воды осуществляют кольцевым лотком. При вертикальном движении воды вверх песок осаждается вниз. Следовательно, скорость восходящего потока жидкости должна быть меньше гидравлической крупности песчинок улавливаемого песка, т.е. v Вертикальные песколовки удобны для накопления больших объемов осадка. Их целесообразно применять в полураздельных системах и на станциях очистки поверхностных вод.

 

1 осадочная часть; 2 подвижный боковой водослив; 3 телескопическая труба; 4 рабочая часть; 5 заглушка; 6 шнек; 7 отверстие для сбора органики; 8 электропривод; 9 отводящий лоток; 10 подающий лоток

 

На 10.11 представлена тангенциальная песколовка с вихревой водяной воронкой. В ней интенсифицируется вращательное движение жидкости, что способствует улавливанию песка с минимальным содержанием органических включений.

 

10.1 Тангенциальная песколовка с вихревой водяной воронкой:

 

а, 6 продольный и поперечный разрез соответственно; 1 трубопровод подачи промывной воды; 2 песковой лоток; 3 спрыски; 4 аэратор; 5 воздуховод; 6 гидроэлеватор

 

Аэрируемые песколовки имеют удлиненную форму в плане и прямоугольное, полигональное или близкое к эллиптическому поперечное сечение. На 10.12 представлена аэрируемая песколовка с трапецеидальным поперечным сечением. Важнейшие элементы песколовок: входная и выходная части, бункер для сброса осадка и песковой лоток. Последний расположен вдоль одной из продольных стенок сооружения. Днище песколовки в поперечном сечении имеет уклон в сторону лотка. Вдоль одной из стенок на глубине 2/3 от общей гидравлической глубины расположен аэратор, выполненный из дырчатых труб. Песколовка оборудована гидромеханической системой удаления (смыва) осадка в бункер, которая представляет собой смывной трубопровод со спрысками, уложенный по днищу песково-го лотка. Для удаления осадка можно применять и скребковые механизмы.

 

Аэрируемые песколовки одновременно могут использоваться для Улавливания всплывающих загрязнений (жиров, нефтепродуктов и др.).

 

10.12 Аэрируемая песколовка с гидромеханической системой удаления осадка:

 

Особенность аэрируемых песколовок заключается в том, что поток очищаемой воды непрерывно аэрируется. Благодаря расположению аэратора вдоль одной из стенок сооружения и над Песковым лотком поток приобретает вращательное движение с перемещением его у днища от одной стенки к другой и к песковому лотку. Вращательное движение обеспечивает и концентрацию осадка в песковом лотке, расположенном с одной стороны сооружения. При интенсивности аэрации 3-5 м3/(м2ч) скорость движения воды на периферии потока равна около 0,3 м/с. Продольная скорость движения воды принимается равной 0,02-0,10 м/с. Суммирование поступательного и вращательного движений приводит к винтовому движению. Максимальная скорость его на периферии потока равна сумме двух векторов скоростей поступательного и вращательного движений и лишь незначительно превышает скорость вращательного движения 0,3 м/с, так как она значительно больше поступательной. Даже значительное изменение расхода и поступательной скорости приводит к весьма незначительному изменению максимальной скорости винтового движения, так как вращательная скорость практически не изменяется, значительно и всегда превышает скорость поступательного движения. Таким образом, в аэрируемых песколовках скорость движения воды остается практически постоянной при значительных изменениях расхода. Это в свою очередь обеспечивает поддержание в потоке во взвешенном состоянии органических включений.

 

1 зона улавливания песка; 2 щелевидная перегородка; 3 зона улавливания жира и нефтепродуктов; 4 подача воздуха; 5 откачка песка насосом из пескового лотка; б лоток отвода песковой пульпы; 7 трубопровод отвода жира

 

При этом целесообразно вдоль всей песколовки пристраивать специальное отделение для выделения и накопления на поверхности воды всплывающих загрязнений ( 10.1 . Оно отделяется от пескоулавливающего отделения полупогруженной решетчатой перегородкой. В этом отделении из практически спокойного потока эффективно отделяются всплывающие загрязнения, а всплывшие не удаляются на последующие сооружения. Для их удаления отделение оборудуется периодически затопляемым бункером и отводящим трубопроводом. Аэрируемые песколовки можно использовать и как преаэраторы.

 

По многолетним результатам эксплуатации считается, что для нормальной работы сооружений содержание песка в осадке первичных отстойников не должно превышать 3-6%, хотя фактическое содержание по данным эксплуатации в 1,5-2 раза больше. Последнее обстоятельство может быть объяснено, с одной стороны, неудовлетворительной работой песколовок, с другой изменившимся качественным составом песка и его количеством. Общее количество песка определялось как сумма масс песка, задержанных песколовками и отстойниками. При таком подходе оказалось возможным одновременно оценить эффективность работы различных типов песколовок, имеющихся на московских станциях (на примере КСА) по относительной величине количества задержанного песка к количеству поступившего на сооружение, а не по объему задержанного песка, как это делается в практике технологического контроля работы песколовок. Поскольку для оценки работы песколовок важно содержание минеральной части в осадке песколовок, при анализе учитывался и этот показатель. Обобщенные данные анализа представлены в табл. 10.4.

 

10.1 Поперечный разрез аэрируемой песколовки с насосом для удаления осадка из пескового лотка:

 

Представление о работе песколовок также дает табл. 10.5, в которой представлены данные о содержании и фракционном составе песка в осадке первичных отстойников, т.е. песка, не задержанного песколовками.

 

Однако, несмотря на значительное разнообразие типов и применяемых конструкций песколовок, проблема полного выделения песка из сточных вод далека от приемлемого разрешения. Во многом это объясняется неудовлетворительной работой решеток и проскоком песка на крупных органических примесях через песколовки, которые традиционно рассчитывались и на задержание песка крупностью 0,2-0,25 мм и на предотвращение выпадения в них органики (оптимальной считалась скорость горизонтального движения сточной воды около 0,3 м/с и время пребывания 30-60 сек). Результатом подобного технологического решения являлось неизбежное выпадение песка с органическими примесями в первичных отстойниках.

 

В песколовках стенки Песковых бункеров выполняют под углом 60° к горизонту для обеспечения сползания осадка при его откачке, которая осуществляется гидроэлеваторами (КПД = 0,15-0, или Песковыми насосами (КПД = 0, .

 

Из таблицы следует, что содержание песка в сточной воде изменяется от 11,5 до 56,3 г/м Эта величина существенно больше того, что было зафиксировано на Кожуховской С А в 40-х годах 2-42 г/м Следует отметить большое содержание в песке (Очевидно, что при расчете песколовок на задержание песка крупностью 0,05-0,1 мм, в них неизбежно также задержание легкоосадимой органики, имеющей аналогичную гидравлическую крупность. Поэтому выгружаемый из песколовок осадок следует дополнительно обрабатывать для разделения его минеральной и органической составляющих.

 

Перспективным методом перемещения осадка к бункерам является применение гидромеханических систем. Они состоят из нескольких (в горизонтальных песколовках) или одного (в аэрируемых песколовках) смывных трубопроводов, оборудованных спрысками, сориентированными в сторону бункера.

 

Полученные эксплутационные данные показывают наименьшую эффективность работы аэрируемых песколовок. Это следует как из данных по содержанию песка в осадке, так и по содержанию песка фракций 0,09-0,25 мм, и может быть объяснено несовершенством конструкции данных песколовок и неадекватностью режима их работы конкретным условиям осаждения песка.

 

Откачка осадка из бункеров производится гидроэлеваторами, насосами и реже эрлифтами. Предварительно осадок в бункерах взмучивается. Для этого в них прокладываются трубопроводы, оборудованные соплами, направленными в основание бункеров. По ним подается вода на взмучивание. Выгрузка осадка производится не реже 1 раз в сут. Обычно выгрузка производится 1 раз в смену (через 7-8 ч).

 

Сложность эксплуатации горизонтальных и аэрируемых песколовок заключается в необходимости выгрузки осадка из сооружений не реже 1 раза за 8-12 ч. Бункеры для накопления осадка обычно располагаются в начале сооружений, где выпадает его наибольшее количество. Для перемещения осадка к бункеру со всей длины сооружения могут применяться скребковые механизмы. Осадок, состоящий в основном из песка, уплотняется на днищах сооружений. Для его перемещения требуются большие усилия. Скребковые механизмы, удовлетворяющие этим требованиям, должны работать под водой и надежность их невелика.

 

Система смыва работает следующим образом. Вода, излившаяся из спрысков в толщу осадка, начинает фильтроваться по пути наименьшего сопротивления — вверх. При определенной скорости осадок расширяется и становится весьма подвижным. На уровне спрысков (у днища) он легко смывается, на смену ему спускаются верхние слои. Таким образом, осадок не взрыхляется, а наоборот, подсасывается сверху и смывается в сторону бункера.

 

1 песколовка; 2 гидроэлеватор; 3 пескопромыватель; 4 возврат воды; 5 промывная вода; 6 воздух; 7 осадок в барабанный сепаратор; 8 барабанный сепаратор; 9 промывная вода; 10 органика из сепаратора; 11 бункер для органики; 12 песок; 13 фильтрат; 14 пропарочная камера для дезинфекции; 15 ленточный вакуум-фильтр; 16 обезвоженный песок

 

В песколовках возможна откачка осадка непосредственно из пескового лотка Песковым насосом, установленным на подвижной платформе ( 10.1 .

 

Возможно для отмывки и обезвоживания песка применять специальные бункеры, приспособленные для последующей погрузки песка в автотранспорт. Такие бункеры могут выполняться по типу тангенциальных песколовок. На практике чаще используют песковые площадки.

 

10.1 Схема узла по обработке осадка из песколовок:

 

Выгружаемый из песколовок осадок, содержащий значительное количество органики, является опасным с санитарной точки зрения и требует специальной обработки. В частности, при отмывке на гидроциклонах с углом конусности 30-40°, содержание песка в осадке повышается до 95-97%. Новая технологическая схема обработки осадка, разработанная на кафедре водоотведения МГСУ, включает промывку осадка восходящим потоком воды и последующее разделение песка и органических включений на барабанном сетчатом сепараторе с одновременной промывкой осадка водой ( 10.1 . На Люберецкой станции аэрации обработка осадка на гидроциклонах дополняется его промывкой на шнековых классификаторах.

 



Песколовки. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. "шлягер" каркаса. Систематизация факторов. Системы водоотведения на подтапливаемых территориях. Склады арматурной стали. Скользящая опалубка.

 

Главная  Материалы 



0.0027