ИЛОВАЯ ПЛОЩАДКА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК C02F11/12 

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 [1, 2]
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 [3] 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 [4] 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 [5] 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.

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. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

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.