Отстойник , пруд-отстойник или пруд-отстойник — земляное или бетонное сооружение, в котором седиментация используется для удаления оседающих веществ и мути из сточных вод . Бассейны используются для контроля загрязнения воды в различных отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство , [1] аквакультура , [2] и горнодобывающая промышленность . [3] [4] Мутность — это оптическое свойство воды, вызванное рассеянием света веществом, взвешенным в этой воде. Хотя мутность часто напрямую зависит от веса или объема осаждаемого вещества, корреляция осложняется изменениями размера, формы, показателя преломления и удельного веса взвешенных веществ. [5] Пруды-отстойники могут быть неэффективными для снижения мутности, вызванной мелкими частицами с достаточно низким удельным весом, чтобы они могли быть взвешены за счет броуновского движения . [6]
Отстойники используются в качестве механизма разделения для устранения бракованных продуктов (т. е. стратегий управления твердыми отходами) определенного размера и количества в различных областях, таких как аквакультура, горнодобывающая промышленность, молочная промышленность, пищевая промышленность, производство алкоголя и виноделие. Для поддержания удовлетворительной производительности необходимо регулярное осушение и опустошение отстойников. [7]
Все материалы, не удаленные из системы во время сбора урожая, классифицируются как отходы, включая несъеденный корм, экскременты, химикаты и терапевтические средства, мертвую и умирающую рыбу, сбежавшую рыбу и патогены. Отстойники на поле представляют собой простые пруды, вырытые ниже по течению от фермы для оптимального и эффективного удаления взвешенных веществ, производства осветленных сточных вод, а также накопления и сгущения ила до минимального объема. Если произойдет нарушение какой-либо из этих функций, это может оказать большое влияние на производительность пруда, что может привести к снижению эффективности процесса. [8]
Сточные воды, образующиеся в горнодобывающей промышленности, способствуют повышению кислотности, взвешенных веществ и растворенных ионов тяжелых металлов в водной среде, вызывая экологические проблемы для биологической жизни и обесцвечивание принимающих вод. Использование отстойников в горнодобывающем районе Кер-д'Ален на севере Айдахо, США, известном во всем мире производством свинца, цинка и серебра, для очистки сточных вод значительно улучшило качество сброса воды при горнодобывающих предприятиях. [9]
За счет уменьшения скорости потока, чтобы ограничить перенос твердых частиц вместе с быстро текущей жидкостью, может произойти разделение. Приблизительно 35–60% твердых веществ удаляется из разбавленной жидкой суспензии за время задержания 10 минут, обычное время задержания составляет от 30 до 60 минут. Из-за недостаточного учета важнейших критериев проектирования большинство построенных отстойников имели слишком большие размеры и низкую эффективность. [10]
Отстойники, используемые в молочном производстве, уменьшают нагрузку питательными веществами на полосу вегетативного фильтра из стоков партии, тем самым уменьшая необходимый объем отстойников для нового предприятия. Кроме того, отстойники полезны для удаления нежелательных твердых материалов, таких как сено, солома и перья, из потока отходов перед их попаданием в отстойник, что помогает уменьшить запах и избежать образования корки на поверхности отстойника. Для удаления плавающих твердых частиц можно использовать перегородку. Существует два типа отстойников, основанных на способе удаления твердых частиц. При первом типе твердые частицы удаляются механически (после слива свободной воды), обычно с помощью фронтального или бортового погрузчика. Другой тип использует гидравлическое (насосное) удаление твердых частиц. Обычно откачку начинают, когда резервуар наполовину заполнен твердыми частицами, а остальная часть — водой. Для смешивания жидкости и твердых веществ необходимо интенсивное перемешивание, предпочтительно с помощью пропеллерных мешалок или насосов с перемешивающими насадками. [11]
Отстойники предназначены для удержания воды достаточно долго, чтобы взвешенные твердые частицы могли осесть, чтобы получить воду высокой чистоты на выходе и обеспечить возможность регулирования pH. [12] Другие процессы, которые могут быть использованы: сгустители, осветлители, гидроциклоны и мембранная фильтрация, широко используются в этой области. [13] По сравнению с этими процессами, отстойники имеют более простую и дешевую конструкцию, с меньшим количеством движущихся частей, требуют меньшего обслуживания, несмотря на необходимость очистки и вакуумирования зон покоя не реже одного раза в две недели.
Однако отстойники могут привести к новым видам загрязнения воды, особенно если вода подается из колодца. Бассейн может улавливать переносимые ветром загрязняющие вещества, а если вода задерживается в течение длительного периода, в бассейне растут водоросли, что приводит к еще большим проблемам с фильтрацией. Пруды-отстойники также могут быть неэффективными для снижения мутности, вызванной мелкими частицами с достаточно низким удельным весом, чтобы они могли быть взвешены за счет броуновского движения. Обычно он может удалять только частицы от песка (диаметром 2 мм) до ила (диаметром 0,002 мм).
Сточные воды попадают в бассейн, и очень мелкие частицы в воде отделяются под действием силы тяжести . Вода должна находиться в резервуаре достаточно долго, чтобы можно было удалить частицы нужного размера. Для удаления более мелких частиц требуется более длительное время и, следовательно, более крупные резервуары. В некоторых бассейнах можно добавлять флокулянт , чтобы помочь более мелким частицам слипаться и образовывать более крупные частицы. Закон Стокса можно использовать для расчета размера отстойника, необходимого для удаления частиц желаемого размера. Закон Стокса определяет скорость осаждения, определяющую эффективную глубину отстойника; Таким образом, удаление твердых частиц зависит от эффективной площади поверхности отстойника, в то время как глубинная составляющая объема отстойника остается важной для хранения осевших твердых частиц. [14]
Перевод требуемой площади поверхности времени осаждения в геометрию отстойника требует учета короткого замыкания и турбулентности, вызванных ветром, размывом дна или конструкцией впуска и перелива. Геометрия отстойника важна, поскольку эффективным временем осаждения внутри бассейна будет время, в течение которого объем воды находится в нетурбулентных условиях до достижения перелива отстойника. Медианное время всегда меньше среднего времени, рассчитанного путем деления доступного объема на ожидаемый расход. Среднее время прохождения через короткий широкий отстойник может быть значительно меньше, чем среднее время прохождения через длинный и узкий отстойник. Отстойники с переливными сооружениями вблизи точек входа могут содержать большой объем застойной воды, в то время как вновь поступившая вода быстро достигает точки перелива, прежде чем может произойти осаждение. Эффективная площадь поверхности для осаждения редко простирается перпендикулярно более чем на десятую часть расстояния линии потока от входа в бассейн до перелива, если не установлены перегородки. [15] Эффективная площадь поверхности и геометрия могут меняться по мере того, как накапливающиеся осадки заполняют часть первоначально построенного объема. Короткие каналы могут быстро образовываться из-за более тяжелых скоплений отложений возле входа в отстойник. Поток через неглубокие части отстойника может вызвать турбулентность, вызывающую повторное взвешивание осадка со дна бассейна. Минимальная глубина отстойника составляет два фута, чтобы избежать размыва дна. [15]
