Очистные сооружения сточных вод. Иловые площадки очистных сооружений Иловые площадки очистных сооружений схема

Иловые площадки очистных сооружений необходимы для обезвоживания осадка сточных вод.

Основание этих площадок может быть, как с естественным основанием (с дренажем и без дренажа), а также с поверхностным отводом вод. Иловые площадки представляют собой спланированные участки земли (карты), которые окружаются со всех сторон земляными валиками.

Осадок из отстойников или метантенков, влажность которого составляет от 90 до 99,5%, с определенной периодичностью наливается на участки и высушивается до 75-80%. Незначительная часть осадка просачивается в грунт, но больший ее процент испаряется. Для иловых площадок с естественным основанием не создается дренаж, если они устанавливаются на почве с хорошей фильтрационной способностью. А для плотного, слабопроницаемого грунта создается трубчатый дренаж, уложенный в канавы со щебнем и гравием.

Очистные сооружения небольших размеров имеют ширину карт 10 м, а на больших она увеличивается до 35-40 м. Карты разделены между собой оградительными валиками, с высотой 0,3 м свыше рабочего уровня. Осадок распределяется по картам с помощью труб. Иловые площадки своевременно освобождаются от осадка. На крупных очистных сооружениях осадок удаляется с помощью бульдозеров и скреперов. Для очистных сооружений с пропускной способностью более 10 000 м3/сутки устраиваются иловые площадки с отстаиванием и поверхностным отводом иловой воды. По мере накопления верхний слой иловой воды перекачивается в первичные отстойники. Последующее обезвоживание осадка происходит за счет испарения влаги с поверхности.

Площадь иловых площадок зависит от объема осадка, типа грунта, на котором они будут организованы, климатических условий и консистенции осадка. Естественная сушка может быть ускорена за счет ворошения осадка. Во время этого процесса удаляется растительный слой и разрушается поверхностная корка, что ускоряет подсушивание осадка в теплое сухое время года и способствует более глубокому промораживанию в зимнее. Площадки естественного природного цикла зависят от климатических условий, что имеет значение при создании проекта и последующей эксплуатации таких площадок.

ГК «Полека» занимается проектированием, установкой и последующим обслуживанием очистных сооружений, в том числе и обслуживанием иловых площадок. Мы предлагаем своим клиентам услуги «под ключ» и предоставляем гарантии качества оборудования со сроком службы до 50 лет. Использование современных и проверенных временем технологий позволяет создавать надежные и простые в эксплуатации очистные сооружения.

→ Очистка сточных вод

Иловые площадки и иловые пруды

Иловые площадки являются одними из первых сооружений обработки осадка сточных вод. Иловые площадки предназначены для естественного обезвоживания осадков, образующихся на станциях биологической очистки сточной воды. Однако даже в эпоху интенсивного внедрения сооружений механического обезвоживания осадка, иловые площадки являются самым распространенным в России методом обезвоживания осадка. В настоящее время на иловых площадках обрабатывается 90% всего осадка, образующегося в России. Привлекательность этих сооружений объясняется простотой инженерного обеспечения и легкостью эксплуатации по сравнению с фильтр-прессами, вакуум-фильтрами, сушильными установками.

Иловые площадки в большей степени, чем другие сооружения и системы очистки сточных вод и обработки осадка, зависят от климатических, природных факторов.

Рис. 16.1. Песковая площадка:
1 – пескопровод диаметром 200 мм от песколовок; 2 – разводящий лоток сечением 200×200 мм (i = 0,01); 3 – трубопровод диаметром 200 мм для отвода дренажной воды

В зависимости от степени использования природных процессов площадки можно разделить на две основные категории: естественного обезвоживания и сушки и интенсивного обезвоживания и сушки.

К первой категории относятся площадки, в которых используются природные процессы испарения и декантации без существенного изменения по сравнению с теми же процессами, происходящими в естественной среде. Как правило, это площадки на естественном основании с поверхностным отводом воды и площадки-уплотнители.

Ко второй категории относятся площадки, в которых определенные факторы природного цикла видоизменены и интенсифицированы. Как правило, это площадки с искусственным дренажом, подогревом, созданием вакуума в дренажной системе, искусственным водонепроницаемым покрытием. Применение того или иного вида площадок зависит от местных условий: специфики климата, наличия дополнительных источников энергии, свободных площадей.

Площадки естественного обезвоживания и сушки. На площадках естественного природного цикла осадок обезвоживается в процессе уплотнения и последующего отвода иловой воды, а также сушки.

Иловые площадки состоят из карт, окруженных со всех сторон валиками (рис. 16.2). Размеры карт и число выпусков определяют, исходя из влажности осадка, дальности его разлива и способа уборки после подсыхания.

Рис. 16.2. Иловые площадки на естественном основании с дренажом:
1 – кювет оградительной канавы; 2 – дорога; 3 – сливной лоток; 4 – щит под сливным лотком; 5- разводящий лоток; 6 – дренажный колодец; 7 – сборная дренажная труба; 8 – дренажный слой; 9 – дренажные трубы; 10 – съезд на карту; 11 – дренажная канава; 12 – шиберы; К1- К5 – колодцы

Иловые площадки на естественном основании проектируются на хорошо фильтрующих грунтах при залегании грунтовых вод на глубине не менее 1,5 м от поверхности карт и только тогда, когда допускается фильтрация иловой воды в грунт. Если глубина залегания грунтовых вод меньше 1,5 м, то необходимо понижение их уровня.

Дальность разлива осадка с влажностью около 97% может составлять 75-100 м. При этом целесообразно строить площадки размером 100×100 м. Дальность разлива осадка с влажностью 93-95% может составлять 20-25 м, в этом случае ширина карт будет ограничена 40-50 м при двустороннем напуске. Узкие площадки предпочтительнее при планировке на территории, имеющей хорошо выраженный уклон.

Подсушенный осадок сгребается бульдозерами или скреперами и отвозится автомашинами. Влажность подсушенного осадка 75%.

На иловых площадках устраиваются дороги с пандусами для съезда на карты автотранспорта и средств механизации.

При плотных и водонепроницаемых грунтах устраиваются иловые площадки на естественном основании с трубчатым дренажом, укладываемом в дренажные канавы. Искусственное дренирующее основание иловых площадок должно составлять не менее 10% их площади.

Следует принимать: рабочую глубину карт - 0,7-1 м; высоту оградительных валиков - на 0,3 м выше рабочего уровня осадка на карте; уклон разводящих труб или лотков - не менее 0,01; число карт - не менее четырех.

Наибольшее распространение получили иловые площадки на естественном основании каскадного типа с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды. После заполнения карт иловой площадки осадком и слива отделившейся иловой водой дальнейшее обезвоживание осадка осуществляется путем испарения с поверхности оставшейся влаги.

Усовершенствованным вариантом площадок каскадного типа являются площадки-уплотнители. Иловые площадки-уплотнители представляют собой прямоугольные железобетонные резервуары (карты) с отверстиями, расположенными в продольной стенке на разных глубинах и перекрытыми шиберами. Для выпуска иловой воды, выделяющейся при отстаивании осадка, по высоте продольных стен карт-резервуаров устраивают отверстия, перекрываемые шиберами. Иловую воду направляют для очистки в голову сооружений по аналогии с иловыми площадками с отстаиванием и поверхностным удалением воды. Расстояние между выпусками иловой воды устанавливается не более 18 м. Для механизированной уборки высушенного осадка устраивают пандусы с уклоном до 12%.

Одним из возможных методов, ускоряющих естественную сушку осадка на иловых площадках, является процесс ворошения. При этом удаляется растительный покров и разрушается поверхностная корка, что способствует ускоренному подсушиванию осадка в теплое сухое время и более глубокому промораживанию в зимнее.

Характерной особенностью площадок естественного природного цикла является их полная зависимость от климатических факторов. При проектировании и эксплуатации таких площадок особенно необходимо учитывать эти факторы для получения желаемого результата – обезвоженного осадка определенной влажности.

Иловые площадки интенсивного обезвоживания и сушки можно подразделить на традиционные и усовершенствованные. К первой категории относятся иловые площадки с вертикальным и горизонтальным дренажом, ко второй – площадки с созданием вакуума в дренажной системе, искусственным водонепроницаемым покрытием с продувкой воздухом, нагревом.

Иловые площадки каскадного типа с естественным основанием и поверхностным отводом воды через колодцы-монахи, установленные в торцах карт, являются иловыми площадками переходного типа. Стенки колодцев-монахов со стороны карт представляют собой дренажные стенки из двойной арматурной сетки с гравийной загрузкой крупностью 15-20 мм.

Иловые площадки с искусственным дренажом проектируются с целью получения чистого фильтрата и повышения скорости обезвоживания.

Фильтрование через горизонтальную дренажную систему может осуществляться фильтрующими панелями со специальными отверстиями или дренажными трубами.

Фильтрующая площадка с горизонтальным дренажом (рис. 16.3) представляет собой мелкий прямоугольный резервуар с водонепроницаемыми стенками и ложным днищем из специальных панелей. Эти панели имеют клиновидные отверстия размером 1-4 мм. Границу ложного днища делают водонепроницаемой, а стыки между панелями и стенками заделывают.

Рис. 16.3. Схема фильтрующей иловой площадки:
1 – зона уплотнения; 2 – перегородка с клиновидными прорезями; 3 – камера контроля уровня фильтрата; 4 – выпускной клапан, регулирующий скорость фильтрации

На одной из стенок площадки предусмотрен выпускной клапан, связанный с пространством под ложным днищем. Контролируемая скорость дренажа обеспечивается введением слоя воды в систему до определенного уровня над ложным днищем. Затем медленно вводится осадок и при соответствующих условиях поддерживается на слое воды. После подачи требуемого количества осадка, первоначально введенная вода и иловая вода из осадка просачиваются через ложное дно. Скорость фильтрации поддерживается постоянной за счет постоянного напора перед выпускной задвижкой. Для успешного процесса обезвоживания необходимо, чтобы осадок и исходный водный слой не смешивались. Техника обезвоживания осадка на таких площадках предусматривает контролируемое образование слоя кека на поверхности раздела осадка и фильтрующей среды, прежде чем сколько-нибудь значительное количество мельчайших частиц попадет на эту поверхность или в отверстия ложного днища и окажется в фильтрате. Производительность фильтрующей площадки по сухому веществу обычно составляет от 2,4 до 4,8 кг/ м2 за одну загрузку.

Дренажная система традиционных фильтрующих иловых площадок с дренажными трубами обычно включает: – верхний слой песка высотой 15-25 см, с эффективным диаметром 0,3-1,2 мм и коэффициентом неоднородности менее 5; – слой гравия высотой 20-45 см, с размером зерен 0,3-2,3 см; – дренажные трубы, часто изготовляемые из керамики, минимальным диаметром 10 см, с открытыми торцами, расположенные на расстоянии 2-6 см друг от друга.

В последнее время стали использовать пластмассовые трубы, так как керамические быстро разрушаются при механизированной уборке осадка.

Осадок на фильтрующие карты подается либо в одной, либо в нескольких точках слоем 250-450 мм и остается на картах до высыхания. При благоприятных погодных условиях хорошо сброженный осадок высыхает в течение 2 недель, достигая влажности 60-70%

Для реконструкции существующих площадок может быть использована дренажная система, содержащая вертикальные фильтрующие элементы и трубы для отвода иловой воды. Такая дренажная система выполняется в виде распределенных по поверхности площадки секционных труб и общей, имеющих посадочные места с сетчатыми днищами, в которые установливаются вертикальные фильтрующие элементы.

Общая труба соединяется с трубой для отвода иловой воды.

В качестве фильтрующих элементов дренажных систем могут быть использованы фильтростеклопластиковые трубы. Такие фильтрующие трубы применяются для обустройства скважин. Конструкция горизонтальной дренажной системы состоит из фильтростеклопластиковой трубы. Вертикальный фильтрующий элемент изготавливают из аналогичной трубы, но большего диаметра, покрытой фильтрующим материалом. Он присоединяется к трубопроводам горизонтального дренажа с помощью стальных тройников и фланцевых соединений.

Визуальные наблюдения за работой дренажной системы при различных типах загрузки показали, что на границе осадок – дренажная загрузка образуется слой с высоким сопротивлением фильтрации.

Отмечено, что в начальный период удельные скорости фильтрования через систему вертикального дренажа выше, чем через горизонтальный, затем они выравниваются. На заключительной стадии подсушивания работает только горизонтальный дренаж. При повторном наливе осадка на уже подсохший слой скорость фильтрации значительно снижается.

Изучение состава и свойств осадков городских сточных вод, проводившееся И.С.Туровским, показало, что нагрузка на иловые площадки в значительной мере зависит от типа и водоотдачи осадка. Анализ данных эксплуатации ряда очистных станций показал, что имеется определенная связь между значениями удельного сопротивления осадка и работой иловых площадок. Так, на станции аэрации г. Калининграда (Московской обл.) при влажности сброженной смеси 94,8% и ее удельном сопротивлении 25800-1010 см/г нагрузка на 1 м2 иловых площадок составляла 0,35 м3 в год. Дренаж быстро кольматировался, и площадки работали лишь на испарение жидкости.

Кольматация основания происходит тем быстрее, чем хуже фильтруются осадки, что связано с большим содержанием в них мелкодисперсных и коллоидных частиц. Слой единовременного напуска осадка на иловые площадки может быть тем больше, чем меньше значение удельного сопротивления осадка. При больших значениях удельного сопротивления осадка основная влага удаляется путем испарения.

Усовершенствованные площадки интенсивного обезвоживания и сушки осадка. Для интенсификации процесса сушки осадка предлагается продувка его воздухом непосредственно на площадке.

Иловая площадка содержит водонепроницаемое днище, боковые стенки, дренирующую загрузку, перфорированные трубы, размещенные на днище, воздуховод и трубопроводы промывной и отфильтрованной воды. Продувку воздухом ведут до необходимой степени обезвоживания.

Использование эффекта капиллярного всасывания ускоряет процесс обезвоживания осадка на иловых площадках. Иловая площадка с использованием этого эффекта (рис. 16.4) работает следующим образом. При заполнении карт 1 осадком, благодаря силам капиллярного всасывания, вода из осадка впитывается через края листов 4, размещенных в коридоре 3, испаряясь в окружающую среду.

Стенки соседних карт установлены с образованием коридоров, в которых также размещены листы из капиллярно-пористого материала. Иловые площадки оборудованы воздуходувными машинами, соединенными с коридорами воздуховодами.

За рубежом иловые площадки довольно часто защищают от атмосферных осадков стеклянным покрытием. Такое покрытие может существенно улучшить работу площадок, особенно в условиях холодного и влажного климата. Опыт показал, что в некоторых случаях устройство покрытия позволяет на 33% снизить площадь, необходимую для сушки осадков.

Степень уменьшения требуемой площади и повышения нагрузки на иловые площадки в результате использования прозрачных или полупрозрачных покрытий зависит от местных условий, таких, как количество выпадающих осадков, температура, солнечная радиация.

Рис. 16.4. Иловая площадка с использованием эффекта капиллярного всасывания:
1 – иловые карты; 2 – ограждающие стенки; 3 – коридор; 4 – листы из капиллярно -пористого материала; 5 – воздуходувка; 6 – воздуховод

В нашей стране закрытые площадки, остекленные по типу оранжерей, рекомендуется применять в курортных районах для экономии площадей и снижения интенсивности запахов. Нагрузка по сброженному осадку из метантенков принимается 10 м3/(м2год).

Асфальтированные иловые площадки с центральным дренажом и подогревом применяются в Дунедине (США, штат Флорида). Эти площадки представляют интерес, вследствие использования на них системы подогрева. Тепловая энергия, получаемая при сжигании биогаза очистных сооружений, используется для нагрева воды, которая циркулирует в трубах, расположенных в заасфальтированной части площадок. Иловые площадки подогреваются, но не закрыты. Для кондиционирования осадков применяются полиэлектролиты. Время подсушки осадка в среднем составляет 5 суток и увеличивается до 12 суток в период дождей. Годовая нагрузка на иловые площадки по сухому веществу колеблется от 87,9 до 209,9 кг/(м2.год).

Кондиционирование осадка перед обезвоживанием осадков на иловых площадках существенно сокращает продолжительность процесса обезвоживания и улучшает показатели подсушенного осадка. Метод кондиционирования осадка органическими флокулянтами перед подачей его на иловые площадки в настоящее время широко применяется в ФРГ. Влажность сфлокулированного и необработанного флокулянтами сброженного осадков одной из станций после обезвоживания его на иловых площадках соответственно составляли: через 2 суток 76 и 87%, через 5 суток 73 и 86%, через 10 суток 72 и 83%, через 15 суток 71 и 80%, через 20-25 суток примерно 70-77%). При нормальных атмосферных условиях (ФРГ) кондиционированный осадок подсушивается на иловых площадках через 3-4 недели до влажности примерно 75%> и его можно убирать без затруднения механизмами. Благодаря коагуляции коллоидов и мельчайших частиц уменьшается явление заиливания дренажа. Обезвоженный осадок имеет “проницаемую гидрофобную структуру” и даже при дожде не впитывает воду, влажность его не увеличивается.

Исследования применения отечественных флокулянтов для интенсификации работы иловых площадок проводились на сброженной смеси осадков и аэробно-стабилизированном активном иле на лабораторных моделях и в опытно-промышленных условиях на иловой площадке размером 600 м2, оборудованной системами вертикального и горизонтального дренажей из стеклопластиковых фильтров. Лучшие результаты были получены при использовании флокулянта марок КНФ и К-100. При этом влажность осадка 78-81% достигнута примерно в два раза быстрее, чем при подсушивании осадка, необработанного флокулянтами. Удельная производительность площадки при обезвоживании осадка, обработанного флокулянтами, составляла 4,5-6 м3/(м2-год). Дренажная загрузка состояла из слоя песка 50-150 мм с размерами фракций 1-3 мм и 3 слоев щебня с размерами фракций сверху вниз 5-3 мм, 10-5 мм, 15-10 мм. Исследования показали, что нагрузка на иловые площадки при подсушивании стабилизированного активного ила и сброженного осадка для условий средней полосы России соответственно 4,5 и 5 м3/(м2-год).

Для интенсификации работы иловых площадок кроме обработки флокулянтами можно проводить предварительную промывку труднофильт-рующихся осадков очищенной сточной жидкостью, коагуляцию осадков химическими реагентами, а также замораживание и последующее оттаивание осадков. Все эти виды обработки снижают удельное сопротивление фильтрации осадка. Предварительная промывка осадка позволяет увеличить нагрузку на иловые площадки на 70%, а использование химических реагентов или присадочных материалов при подсушивании осадков способствует увеличению нагрузки на иловые площадки в 2-3 раза. Удельное сопротивление аэробно стабилизированных осадков существенно ниже, чем у сброженных. В иловых площадках на искусственном основании с дренажом и поверхностным отводом воды при среднегодовой температуре воздуха 3-6°С и среднегодовом количестве атмосферных осадков до 500 мм после аэробных стабилизаторов по данным ФГУП НИИ ВОДГЕО нагрузка составляет 3-5 м3/(м2год) при влажности поступающего осадка 96,5-97%. В этом случае площадь дренажа составляет 8-10% от площади площадки. Размер карты принимают из расчета заполнения ее на рабочую глубину 1-2 м в течение не более 3 суток. Дополнительного повышения производительности иловой площадки можно достигнуть, подвергнув аэробно стабилизированный осадок сточных вод обработке нитратом аммония, в количестве 100-150 мг/л. В аэробно стабилизированный осадок (на выходе из аэробного стабилизатора) вводят нитрат аммония и подают на иловую площадку. В заполненной иловой площадке происходит биологический процесс де-нитрификации нитратного соединения, т.е. нитрата аммония, введенного в осадок. Процесс самопроизвольно осуществляется денитрифицирующими бактериями, входящими в состав бактериальной флоры осадка, и сопровождается интенсивным газовыделением азота, обеспечивающим флотирование и сгущение частиц осадка. Объем осадка уменьшается в 5-6 раз, концентрация его составляет примерно 50 г/л. Под уплотненным слоем осадка находится иловая вода, содержащая 6-10 мг/л взвешенных веществ. После завершения процесса уплотнения осадка (4-7 ч) открывают дренаж и выпускают иловую воду. Сгущенный осадок опускается на дно и быстро подсушивается, т.к. имеет хорошую структуру за счет наличия большого числа пор, образуемых пузырьками газа. Один цикл работы площадки от момента загрузки до выгрузки сухого осадка составляет не более 1 месяца. Нагрузка достигает 8-10 м3/м2 в год при глубине площадки 1,0-1,5 м.

Принципы расчета иловых площадок. Метод расчета иловых площадок был разработан в двадцатые годы Имгоффом и практически без изменений просуществовал до наших дней. В основу расчета положена нагрузка Kf> м3/(м2год), устанавливающая допустимый объем осадков, размещаемых на единице поверхности иловой площадки в год.

Полная площадь иловых площадок должна быть увеличена на 20-40% для устройства ограждающих валиков и подъездных дорог.

В период отрицательных температур подаваемый осадок намора живается. Для зимнего намораживания отводится 80% площади иловых площадок, а 20% предназначены для размещения осадка в период таяния ранее намороженного.

Проведенные в последнее время исследования работы иловых площадок показали, что процесс обезвоживания необходимо рассматривать как сложный, состоящий из нескольких элементарных процессов.

Скорость удаления влаги в результате сушки, по данным исследований, зависит от скорости ветра и дефицита влажности в воздухе над площадками.
Стадия фильтрации обусловлена свойствами осадка и особенностями дренажной системы, а скорость декантации – способностью осадка к уплотнению.

Интенсификация работы иловых площадок. Увеличение производительности площадок возможно за счет проведения следующих мероприятий: – уплотнения осадка, подаваемого на площадки; – обеспечения механического ворошения и удаления высушенного осадка с площадки; – кондиционирования осадка перед подачей его на площадку; – продувки осадка воздухом непосредственно на площадке; – устройства над площадкой полупрозрачного покрытия или общего покрытия тепличного типа с соответствующими системами вентиляции; – использования вакуумных систем для ускорения фильтрации; – устройства систем подогрева осадка непосредственно на иловых площадках.

Процесс ворошения существенно ускоряет естественную сушку осадка на иловых площадках. Скорость ветра над поверхностью осадка, заросшего растительностью, практически равна нулю, дефицит упругости водяного пара характеризуется понижением от верхнего яруса листьев к нижнему ярусу фактически до нуля, следовательно, скорость испарения воды из осадка, густо заросшего растительностью, равна нулю. Образование на поверхности осадка корки из пересушенного осадка уменьшает скорость сушки в 4 раза.

При ворошении удаляется растительный покров и разрушается поверхностная корка, что способствует ускоренному подсыханию осадка в теплое сухое время и более глубокому промораживанию в зимнее.

Свойства обрабатываемого осадка, особенно способность к уплотнению и удельное сопротивление фильтрации, влияют на выбор конструкции иловой площадки: при г 4000 -1010 см/г – с отстаиванием и поверхностным удалением воды.

Обезвоживание сброженного осадка, имеющего удельное сопротивление фильтрации порядка 4000 -1010 см/г, на картах с горизонтальным дренажом имеет низкую эффективность. Скорости фильтрации не превышают 0,48 кг/(м сут), что в 1,5 раза меньше скорости испарения с дефицитом влажности 6 мбар. Дренаж площадки быстро кольматируется и перестает пропускать фильтрат. Количество воды, выделяемой в процессе фильтрации через дренаж, незначительно.
Удельное сопротивление фильтрации аэробно стабилизированного активного ила в 20-100 раз меньше удельного сопротивления фильтрации сброженного осадка, поэтому для обезвоживания аэробно стабилизированного активного ила рационально использовать площадки с дренажом.

Выбор оптимальной технологии обезвоживания осадка может существенно повысить производительность иловых площадок. Режим напуска, прежде всего высота и кратность налива, зависят от вида осадка, его концентрации, особенностей подготовки и времени года. При подаче на площадку стабилизированного активного ила с начальной влажностью до 98%, высота налива должна составлять 0,8-1 м. В этом случае значительный объем дренажной воды отводится через систему вертикального дренажа.

Для сброженных осадков наиболее эффективным методом обезвоживания на иловых площадках является технология раздельного уплотнения, сушки и намораживания. С увеличением глубины уплотняемого слоя осадка скорость уплотнения растет и снижается вероятность расслоения осадка. Уплотнение осадка рекомендуется проводить при высоте налива не менее 2,5 м, а сушку и намораживание – слоями не более 0,3 м.

Иловые пруды. В развивающихся странах широкое распространение получили иловые пруды (лагуны), выполняемые в виде канав или путем обвалования дамбами естественных углублений либо оврагов. Стоимость устройства иловых прудов меньше, чем иловых площадок, прежде всего за счет использования естественных выемок и простоты конструкции. Необходимым условием во всех случаях является залегание грунтовых вод ниже иловых прудов. После заполнения лагуны засыпаются слоем местного грунта толщиной до 40 см. Осадки перегнивают в течение нескольких лет, после чего используются в качестве удобрения.

Применяются многоступенчатые иловые пруды, в которых производится перепуск жидкого осадка и воды в последующие карты, а в предыдущих картах осуществляется подсушивание и разгрузка. В Даугавпилсе (Латвия) были построены иловые пруды площадью 12,0 га периодического действия с фильтрацией иловой воды в грунт.

Разработана конструкция иловых прудов глубиной 6 м с экранированием днища и откосов полимерной пленкой. В таких прудах борозды (канавы) послойно заполняются осадком, а наверху насыпается слой грунта толщиной 0,7 м. Спустя год или два на этом месте высаживаются деревья лесозащитного или лесопаркового назначения.

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2079453

Имя изобретателя: Акчурин Б.К.
Имя патентообладателя: Акционерное общество "Нижегородский Сантехпроект"
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 12.01.1995

Использование: обезвоживание осадков городских сточных вод на иловых площадках. Сущность изобретения: иловая площадка содержит водонепроницаемое основание 1, дренажные фильтрующие устройства с фильтрами 2 и водоотводящими трубами 3, снабженными съемными заглушками, водоприемные лотки 4, трубопровод 5 подачи жидкого осадка, водоотводящие колодцы 6 и ограждающую дамбу 7, выполненную из горизонтальных слоев фильтрующего материала. Подошва дамбы находится на водонепроницаемом основании площадки, а слои уложены со смещением к центральной вертикальной оси и образуют емкость в форме усеченной пирамиды. Водоотводящие колодцы выполнены составными из установленных друг на друга кольцевых элементов 14, 15, 16. В качестве фильтрующего материала для дамбы использован обезвоженный осадок городских сточных вод. Способ эксплуатации иловой площадки включает заполнение ее жидким осадком, фильтрование через дренажные фильтрующие устройства и дамбу, отведение надиловых вод через водоотводящие колодцы, выдержку и удаление обезвоженного осадка. Перед заполнением площадки ограждают нижним слоем дамбы и съемными заглушками перекрывают водоотводящие трубы 3 дренажных устройств. В процессе заполнения по мере накопления осадка периодически производят наращивание следующих слоев дамбы и высоты водоотводящих колодцев. После окончания заполнения иловой площадки до верха дамбы производят выдержку. При этом водоотводящие трубы 3 освобождают от заглушек и ведут обезвоживание фильтрованием через дренажные фильтрующие устройства и дамбу. В процессе выдержки происходит также полная стабилизация и обеззараживание осадка городских сточных вод.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к коммунальному хозяйству, в частности, к обезвоживанию осадков сточных вод в естественных условиях на иловых площадках и может быть использовано на городских очистных сооружениях.

Наиболее простым и распространенным способом обезвоживания жидкого осадка сточных вод является его сушка на иловых площадках. Последние представляют собой спланированные дренированные участки на естественном или искусственном основании, окруженные со всех сторон земляными валиками высотой до 1,5 м, шириной по верху не менее 0,7 м и системой дренажа

При сравнительно простой технологии и низких затратах на эксплуатацию иловые площадки обеспечивают чрезвычайно низкий эффект обезвоживания особенно в районах с большим количеством выпадаемых осадков. К таким районам относится большая часть территории России, где иловые площадки вынужденно превращаются в илонакопители для длительного хранения жидкого осадка.

После заполнения площадок обезвоживание иловой смеси до 80% длится практически от 3-х до 10 лет, в зависимости от конкретных климатических и гидрогеологических условий, конструктивных решений по удалению надиловых и дренажных вод. В настоящее время проблема обезвоживания осадка в естественных условиях решается за счет отведения под иловые площадки дополнительных территорий. На очистных сооружениях крупных городов иловыми площадками заняты сотни гектаров, поэтому совершенствование их конструкции идет в направлении интенсификации обезвоживания. Ряд изобретений предусматривает использование с этой целью вертикальных фильтрующих устройств.

Известна иловая площадка которая содержит водонепроницаемое основание с ограждающими стенками, напорный илопровод, сборный коллектор дренажную систему с вертикальными фильтрующими элементами.

В стенках площадки выполнены окна со ступенчатыми шиберными устройствами. С противоположной стороны стенок смонтированы кассетно-фильтрующие вертикальные устройства, обеспечивающие дополнительную фильтрацию и отведение воды. Конструкция этой иловой площадки усложнена и недостаточно эффективна, так как фильтрация осуществляется на всей поверхности ограждающих стенок, а лишь через отдельные ее участки. Усложняется и обслуживание этой площадки, поскольку вследствие кальматации фильтрующая загрузка требует частой регенерации или замены.

В качестве фильтрующих материалов для дренажей и вертикальных фильтров используются различные материалы, в том числе обезвоженный, стабилизированный осадок сточных вод. Изобретением защищается обезвоживания осадка сточных вод, при котором на иловую площадку с асфальтобетонным покрытием и с дренажным устройством в виде лотков, заполненных гравием, укладывают на поверхность гравия слой сухого осадка влажностью 65-70% толщиной 15-20 см. В процессе эксплуатации жидкий осадок подают на площадку периодическими напусками, чередуя их с перерывами, в течение которых происходит фильтрование через слой осадка, дренажную гравийную засыпку. После периода напусков, который длится несколько месяцев, следует период сушки осадка, а затем осуществляется механизированная уборка и подготовка площадки к следующему циклу. Этот способ также недостаточно эффективен, т.к. процесс обезвоживания ведется только за счет фильтрования и естественной сушки, в нем не используется процесс естественного расслоения фаз жидкой иловой смеси. Способ не уменьшает объема погрузочно-разгрузочных работ, не способствует сокращению занимаемых территорий под иловые площадки.

Наиболее близка к заявляемому техническому решению иловая площадка и способ ее работы. Площадка содержит водонепроницаемое основание, дренажную систему из вертикальных фильтрующих элементов и трубопровод для подачи ила. При обезвоживании осадков городских сточных вод необходимым элементом площадки являются также водоотводящие колодцы для удаления надиловых вод. Фильтрующие элементы этой площадки выполнены из пористого бетона со сквозными щелевыми отверстиями.

Они установлены по периметру иловой площадки и перпендикулярно движению иловой воды, с образованием карт.

Нижняя отметка щелевых отверстий заглублена под водонепроницаемое основание, а трубопроводы подачи осадка выполнены перфорированными и установлены на фильтрующих элементах. При такой конструкции иловой площадки осадка разливается постепенно от края карты к ее середине, и под действием силы тяжести происходит гидроклассификация осадка, из него образуется обратный фильтр, который способствует задержанию частиц еще не осевших в осадок.

Технология обезвоживания на этой площадке сводится к тому, что заполнение илом производится непрерывно на всю рабочую глубину площадки, по всей высоте слоя. Вода отводится через слой осадка и движется по водонепроницаемому основанию к фильтрующим элементам. После заполнения площадки делают выдержку на обезвоживание и подсушку осадка.

Затем вертикальные фильтрующие элементы убирают и освобождают площадку от подсушенного осадка с использованием средств механизации.

Складирование и хранение обезвоженного осадка производят на складах-полигонах при станциях очистки сточных вод. Перед новым циклом и подачей следующей порции жидкого осадка на площадке вновь устанавливают вертикальные фильтрующие элементы. Недостатками этой конструкции являются: большая трудоемкость в обслуживании, недостаточная вместимость площадки, ограниченная высотой ограждающих стенок и вертикальных фильтрующих элементов, большой объем непроизводительных подготовительных и погрузочно-разгрузочных работ, частая повторяемость циклов работы.

Кроме того, процесс обезвоживания осуществляется только за счет фильтрования через вертикальные фильтрующие элементы. Необходимая интенсивность обезвоживания достигается увеличенным числом этих элементов, которые в процессе работы засоряются, требуют частой регенерации и замены, что также усложняет эксплуатацию иловой площадки.

Целью настоящего изобретения является интенсификация процессора обезвоживания, увеличение вместимости площадки и упрощение обслуживания.

Эта цель достигается конструкцией заявляемой иловой площадки, содержащей водонепроницаемое основание, дренажные фильтрующие устройства, водоотводящие колодцы, водоприемные лотки и трубопровод подачи жидкого осадка, тем, что согласно изобретению, площадка дополнительно снабжена ограждающей дамбы, выполненной из горизонтальных слоев фильтрующего материала, причем подошва дамбы размещена на водонепроницаемом основании площадки, слои уложены со смещением к вертикальной оси и образуют емкость в форме усеченной пирамиды, а водоотводящие колодцы выполнены составными из кольцевых элементов, установленных друг на друга до уровня верха дамбы. Для достижения поставленной цели наиболее целесообразен вариант выполнения ограждающей дамбы из обезвоженного осадка городских сточных вод.

Указанная цель достигается также способом эксплуатации предлагаемой иловой площадки, включающим заполнение ее жидким осадком, фильтрование через дренажные фильтрующие устройства и дамбу, отведение надиловых вод через водоотводящие колодцы, выдержку и удаление обезвоженного осадка, тем, что согласно изобретению, перед заполнением площадки производят ее ограждение нижним слоем дамбы, в процессе заполнения периодически, по мере накопления осадка, производят наращивание следующих слоев дамбы и высоты водоприемных колодцев, а фильтрование через дренажные фильтрующие устройства производят после окончания заполнения, в период выдержки.

Предлагаемая иловая площадка с ограждающей дамбой из фильтрующего материала имеет многократно увеличенную вместимость за счет увеличения высоты, без расширения занимаемой территории. Конструкция позволяет интенсифицировать процесс обезвоживания за счет повышения гидростатического давления жидкой фазы, организовать фильтрацию не только через донный дренаж, но и через саму дамбу. Обезвоживание интенсифицируется также отведением надиловых вод с различных уровней по высоте дамбы через наращиваемые элементы составных водоотводящих колодцев. Использование обезвоженного осадка городских сточных вод в качестве фильтрующего материала наиболее целесообразно, поскольку этим обеспечивается однородность состава обезвоженного осадка, что важно для последующего использования его в хозяйственных целях. Наличие дамбы обеспечивает не только обезвоживание, но и хранение многогодовых объемов осадка сточных вод, позволяет ликвидировать погрузочно-разгрузочные операции по перевалке подсушенного осадка на полигоны для его хранения и значительно упрощает обслуживание иловой площадки.

Предлагаемая последовательность операций при эксплуатации иловой площадки позволяет улучшить условия обезвоживания осадка как на первом этапе при заполнении иловой площадки до уровня верха дамбы, когда обезвоживание идет в основном за счет отстаивания, так и на втором этапе в период выдержки, когда процесс обезвоживания идет за счет фильтрования.

	Сущность изобретения поясняется чертежами, где показано: на фиг. 1 - предлагаемая иловая площадка в плане на момент устройства 1-го слоя дамбы (вид по стрелкам 1-1 на фиг. 2); на фиг. 2 вертикальный разрез площадки со схемой наращивания 5 слоев дамбы и, соответственно, высоты водоотводящих колодцев; на фиг. 3 водоотводящий колодец в разрезе. Предлагаемая иловая площадка содержит водонепроницаемое основание 1, выполненное, например, из нескольких слоев полиэтиленовой пленки или из слоя мятой глины, дренажные фильтрующие устройства 2 типа "обратный фильтр" и перфорированными водоотводящими трубами 3, снабженными съемными на концах заглушками (на фиг. не показаны), водоприемные лотки 4, расположенные по периметру площадки, трубопровод 5 подачи жидкого осадка, водоотводящие колодцы 6 для отведения надиловых вод и ограждающую дамбу 7, выполненную из уложенных друг на друга слоев 8, 9, 10, 11, 12 фильтрующего материала. Подошва дамбы находится непосредственно на водонепроницаемом основании 1 площадки. Слои фильтрующего материала 8-12 располагаются со смещением к вертикальной оси площадки, и образуют емкость в форме усеченной пирамиды. В качестве фильтрующего материала дамбы используется подсушенный осадок с городских очистных сооружений. В случае отсутствия осадка, например, при пуске в эксплуатацию новых очистных сооружений в качестве фильтрующего материала может быть временно использован песок или другой аналогичный фильтрующий материал, приемлемый для строительства дамбы. Водоотводящие колодцы 6 выполнены составными из бетонного основания 13 и установленных друг на друга кольцевых элементов 14, 15, 16. Колодцы 6 и дамба 7 имеют все время одинаковую высоту, наращиваемую параллельно в период заполнения иловой площадки. Основания колодцев 6 соединены с отводящим трубопроводом 17. На уровне входного отверстия 18 колодцев 6 в направляющих 19 размещен "плавающий" гидрозатвор 20 с набивкой 21 из пенопласта. Входное отверстие 18 по высоте регулируется набором перекрывающих его проходное сечение брусков 22, уложенных в пазы 23.

Работает иловая площадка следующим образом:

Перед пуском в работу площадку ограждают нижним слоем 8 дамбы. При этом водоотводящие колодцы 6 также имеют минимальную высоту и состоят из бетонного основания 13 и одного нижнего кольцевого элемента 14, "плавающий" гидрозатвор 20 находится в нижнем положении. Жидкий осадок подают по трубопроводу 5 непрерывно. Он постепенно заполняет всю площадку до уровня верха нижнего слоя дамбы. При этом трубы 3 дренажных фильтрующих устройств перекрыты заглушками и процесс фильтрования через них отсутствует. В объеме иловой площадки происходит отстаивание с разделением жидкой и твердой фаз, с образованием донного слоя осадка, "прудка" и всплывающего на его поверхности коркообразного слоя осадка. Надиловая вода из "прудка" отводится через отверстия 18 водоотводящих колодцев 6. При этом гидрозатвор 20 находится все время в жидкой фазе и предотвращает попадание в колодцы 6 плавающего коркообразного слоя осадка. Поскольку высота нижнего слоя дамбы значительно (в 2-3 раза) превышает высоту ограждающих валиков общеизвестных иловых площадок, их вместимость и время заполнения увеличиваются.

Длительность заполнения площадки может длиться сезон, год и более. За это время осадок уплотняется. При заполнении площадки до верхнего уровня нижнего слоя дамбы производят наращивание второго слоя, смещая его к центральной вертикальной оси площадки. Одновременно производят наращивание высоты водоотводящих колодцев 6 до уровня верха второго слоя дамбы. Это достигается установкой следующего кольцевого элемента 15 водоотводящих колодцев. Наращивание ведут с использованием строительной техники (бульдозеров, экскаваторов и т.д.). Этому способствует пирамидальная форма дамбы с естественным наружным откосом, обеспечивающим перемещение и подъем техники по дороге типа "серпантин".

При дальнейшем заполнении площадки слой осадка на ее дне увеличивается и уплотняется, жидкая фаза "прудка" перемещается вверх, плавающие гидравлические затворы 20 на водоотводящих колодцах также перемещаются вверх по направляющим 19. Надиловая вода удаляется через колодцы 6 и отводится по трубопроводу 17 за пределы площади. Поверхностные и талые воды, стекающие с откосов дамбы во время дождей и таяния снега, отводятся в водоприемные лотки 4. В период заполнения площадки периодически производят наращивание всех последующих слоев дамбы, одновременно наращивают и высоту водоотводящих колодцев до уровня верха дамбы. Продолжительность периода заполнения иловой площадки может составлять 10-20 лет и более.

В связи с тем, что выходные отверстия труб 3 дренажных фильтрующих устройств закрыты заглушками в течение всего периода заполнения площадки, исключается кальматация засорение дренажных фильтров в этот период.

Обезвоживание на этом первом этапе идет в основном за счет процесса отстаивания с расслоением жидкой и твердой фаз и удаления надиловых вод через водоотводящие колодцы.

После окончания периода заполнения иловой площадки до верхнего уровня последнего слоя дамбы и отведения надиловой воды из "прудка", убирают заглушки из трубопроводов 3 дренажных фильтрующих устройств.

Начинается следующий технологический период выдержки, при котором происходит дальнейшее обезвоживание фильтрованием и стабилизация осадка. После открытия заглушек начинают работать фильтры 2 дренажных фильтрующих устройств.

Фильтрация идет также через всю боковую поверхность дамбы с отведением воды в дренажную систему площадки и водоприемные лотки 4. На этом этапе обезвоживание идет в естественных условиях и длится несколько лет. При этом продолжается процесс более глубокой стабилизации и обеззараживание осадка. После выдержки иловая площадка готова к выгрузке осадка, которую производят с использованием средств механизации. Обезвоженный стабилизированный осадок может быть использован в хозяйственных целях, например в качестве удобрения для сельхозугодий, для засыпки низинных мест, при планировочных работах. Наиболее целесообразно использование обезвоженного, стабилизированного осадка в качестве фильтрующего материала для ограждений дамбы на соседних иловых площадках. На очистных сооружениях городских сточных вод целесообразно иметь, не менее двух идентичных иловых площадок предлагаемой конструкции, работающих в разных режимах: заполнения, выдержки и выгрузки. При этом иловые площадки полностью обеспечивают друг друга фильтрующим материалом для строительства дамбы.

Предлагаемая конструкция иловой площадки и способ ее эксплуатации обеспечивают следующие преимущества по сравнению с прототипом.

Многократно сокращаются занимаемые площадки за счет увеличения вместимости площадки. Высота загруженной площадки может составлять 10-20 м и более.

Сокращаются эксплуатационные затраты, в том числе затраты на подготовку и восстановление водонепроницаемого основания и дренажных устройств, т.к. многократно увеличивается срок их службы, ликвидируются погрузочно-разгрузочные операции по перевалке осадка с иловых площадок на полигоны-хранилища.

В течение всего периода заполнения иловой площадки жидким осадком обеспечиваются оптимальные условия для разделения твердой и жидкой фаз и введения процесса отстаивания.

Вследствие развития иловой площадки в высоту создаются условия для напорного режима фильтрации жидкой фазы через ограждающую дамбу, что повышает эффективность естественного обезвоживания.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Иловая площадка, содержащая водонепроницаемое основание, дренажные фильтрующие устройства, водоотводящие колодцы, водоприемные лотки и трубопровод подачи жидкого осадка, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена ограждающей дамбой, выполненной из горизонтальных слоев фильтрующего материала, причем подошва дамбы размещена на водонепроницаемом основании площадки, слои уложены со смещением к вертикальной оси и образуют емкость в форме усеченной пирамиды, а водоотводящие колодцы выполнены составными из кольцевых элементов, установленных друг на друга до уровня верха дамбы.

2. Площадка по п.1, отличающаяся тем, что ограждающая дамба выполнена из обезвоженного осадка городских сточных вод.

3. Способ эксплуатации иловой площадки по п.1, включающий заполнение ее жидким осадком, фильтрование через дренажные фильтрующие устройства и дамбу, отведение надиловых вод через водоотводящие колодцы, выдержку и удаление обезвоженного осадка, отличающийся тем, что перед заполнением площадки производят ее ограждение нижним слоем дамбы, в процессе заполнения по мере накопления осадка периодически производят наращивание следующих слоев дамбы и высоты водоотводящих колодцев, а фильтрование через дренажные фильтрующие устройства производят после окончания заполнения в период выдержки.

Иловые площадки, служащие для обезвоживания осадков, пред­ставляют собой спланированные земельные участки, разделенные на карты земляными валиками (рис. II 1.36).

Осадок влажностью 90-97%, чаще всего 97% (сброженный оса­док из метантенков), периодически разливают на отдельные кар­ты размером (10...40) X (60... 120) м и подсушивают. Высота слоя осадка, напускаемого на карту за один раз, составляет 0,2-0,25 м. Подсушенный осадок имеет влажность 75-80%.

Иловые площадки устраивают обычно на естественном основа­нии при глубине залегания грунтовых вод не менее 1,5 м от поверх карт. При недостатке территории, а также при залегании грунтовых вод на глубине менее 1,5 м на площадках устраивают трубчатый дренаж. Трубы укладывают в канавы, заполненные щеб­нем или гравием с крупностью частиц 2-6 см. Расстояние между дренажными канавами принимают равным 6 -8 м. Минимальная глубина канавы 0,6 м, уклон 0,003.

Подсушенный осадок используют в качестве удобрения. Для сбора осадка применяют скрепер или бульдозер. Собранный осадок грузят в автомобили с помощью экскаватора. В зимнее время за­мерзший осадок раскалывают на глыбы и вывозят на поля.

Рис. III.36. Иловые площадки

Размеры иловых площадок назначают в зависимости от количест­ва напускаемого осадка, характеристики его (сырой или сброжен­ный) и климатических условий. Норма нагрузки осадка на 1 м 2 пло­щади зависит от вида осадка, климатических условий, наличия или отсутствия дренажа и составляет в среднем 0,8-2 м 3 в год. Действи­тельная площадь принимается на 20-40% больше полезной, так как часть площади необходима для устройства дорог, валиков и канав.

В зимний период осадок намораживается, причем под наморажи­вание отводится 80% площади, а 20% предназначается для исполь­зования в период весеннего таяния намороженного осадка. Высота слоя намораживания должна быть на 0,1 м менее высоты ограждаю­щих валиков.

Для очистных станций производительностью более 10 000 м 3 /сут устраивают иловые площадки с отстаиванием и поверхностным уда­лением иловой воды в виде каскада прудов, где происходит уплот­нение осадка и удаление выделившейся иловой воды с поверхности. Каскадные иловые пруды имеют 4--7 ступеней. В каждой ступени устраивается 4-8 карт. Полезная площадь одной карты составляет 0,25-1 га. Ширину карты принимают в пределах 30-80 м, длину 80-160 м. Высота оградительных валиков до 2,5 м.

Выделившуюся иловую воду собирают и перекачивают на очист­ные сооружения. Количество иловой воды составляет 30-50% объ­ема обезвоживаемого осадка.

Возможно также устройство иловых площадок-уплотнителей - резервуаров с водонепроницаемыми днищем и стенками рабочей глубиной до 2 м. Отделившуюся иловую воду удаляют через пере­крываемые шиберами отверстия, которые устраиваются в стенках на разной высоте.