Введение
Осадочные пруды, отстойные бассейны или отстойные пруды – это земляные или бетонные сооружения, использующие процесс осаждения для удаления взвешенных веществ и снижения мутности сточных вод. Эти пруды применяются для контроля загрязнения воды в различных отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство, аквакультура и горнодобывающая промышленность. Мутность – это оптическое свойство воды, вызванное рассеянием света частицами, взвешенными в воде. Хотя мутность часто прямо пропорциональна массе или объему взвешенных веществ, взаимосвязь осложняется различиями в размере, форме, показателе преломления и удельном весе этих частиц. Отстойные пруды могут быть неэффективны для снижения мутности, вызванной мелкими частицами с достаточно низкой удельной плотностью, чтобы оставаться во взвешенном состоянии под действием броуновского движения.
A settling basin, settling pond or decant pond is an earthen or concrete structure using sedimentation to remove settleable matter and turbidity from wastewater. The basins are used to control water pollution in diverse industries such as agriculture, aquaculture, and mining. Turbidity is an optical property of water caused by scattering of light by material suspended in that water. Although turbidity often varies directly with weight or volumetric measurements of settleable matter, correlation is complicated by variations in size, shape, refractive index, and specific gravity of suspended matter. Settling ponds may be ineffective at reducing turbidity caused by small particles with specific gravity low enough to be suspended by Brownian motion.
Приложения
Осадочные бассейны используются для разделения и удаления отходов (т.е. реализации стратегий управления твердыми отходами) определенного размера и количества в различных областях, таких как аквакультура, горнодобывающая промышленность, молочное животноводство, пищевая промышленность, производство алкоголя и виноделие. Для поддержания эффективной работы осадочных бассейнов требуется их регулярная очистка и удаление донных отложений.
Аквакультура
Все материалы, не удаленные из системы во время сбора урожая, классифицируются как отходы, включая несъеденные корма, экскременты, химические вещества и лекарственные препараты, мертвую и погибающую рыбу, сбежавшую рыбу и патогены. Осадочные бассейны в поле – это простые пруды, вырытые ниже по течению от фермы для оптимального и эффективного удаления взвешенных веществ, получения осветленной воды и накопления и уплотнения осадка до минимального объема. Если происходит нарушение какой-либо из этих функций, это может существенно повлиять на работу пруда и снизить эффективность процесса.
Добыча полезных ископаемых
Сточные воды, образующиеся в горнодобывающей промышленности, приводят к повышению кислотности, содержанию взвешенных веществ и растворенных ионов тяжелых металлов в водной среде, вызывая экологические проблемы для живых организмов и изменение цвета принимающих вод. Применение отстойных бассейнов для очистки сточных вод в горнодобывающем районе Coeur d'Alene на севере штата Айдахо (США), всемирно известном производством свинца, цинка и серебра, значительно улучшило качество воды, сбрасываемой после добычи полезных ископаемых.
Отходы молока
Снижение скорости потока для ограничения транспортировки твердых веществ вместе с быстродвижущейся жидкостью позволяет проводить разделение. Примерно 35–60% твердых веществ удаляется из разбавленной жидкой суспензии при времени пребывания 10 минут, при этом типичное время пребывания составляет от 30 до 60 минут. Из-за недостаточного учета критических параметров проектирования большинство построенных отстойников были переразмерены и имели низкую эффективность. Отстойники, используемые в молочном производстве, снижают нагрузку питательных веществ на вегетативную фильтрующую полосу от поверхностного стока с животноводческих площадок, тем самым уменьшая необходимый объем лагуны для нового объекта. Кроме того, отстойники полезны для удаления нежелательных твердых материалов, таких как сено, солома и перья, из потока отходов перед поступлением в лагуну, что способствует снижению запаха и предотвращению образования корки на поверхности лагуны. Для удержания удаленных плавающих твердых веществ может использоваться перегородка. Существует два типа отстойников, различающихся методом удаления твердых веществ. В одном типе твердые вещества удаляются механически (после стекания свободной воды), обычно с помощью фронтального или вилочного погрузчика. Другой тип использует гидравлическое (насосное) удаление твердых веществ. Обычно откачку начинают, когда отстойник заполнен твердыми веществами наполовину, а остальная часть – водой. Для смешивания жидкости и твердых веществ требуется интенсивное перемешивание, предпочтительно с помощью пропеллерных мешалок или насосов с перемешивающими соплами.
Преимущества и ограничения по сравнению с конкурентными процессами
Осадочные бассейны предназначены для удержания воды в течение достаточного времени, чтобы взвешенные вещества могли осесть, обеспечивая получение воды высокой чистоты на выходе и возможность корректировки pH. Другие применяемые процессы – загустители, отстойники, гидроциклоны и мембранная фильтрация – являются широко используемыми технологиями в данной области. По сравнению с ними, осадочные бассейны имеют более простую и экономичную конструкцию, содержат меньше движущихся частей и требуют меньшего обслуживания, несмотря на необходимость очистки и удаления отложений из спокойных зон не реже одного раза в две недели. Однако осадочные бассейны могут стать источником новых видов загрязнения воды, особенно при использовании воды из скважины. В бассейн могут попадать переносимые ветром загрязнения, а при длительном удержании воды в нем разрастаются водоросли, что усложняет фильтрацию. Осадочные пруды также могут быть неэффективны для снижения мутности, вызванной мелкими частицами с низкой удельной плотностью, которые остаются во взвешенном состоянии из-за броуновского движения. Как правило, они способны удалять частицы размером от песка (2 мм в диаметре) до ила (0,002 мм в диаметре).
Относительно конструкции
Сточные воды поступают в отстойник, и очень мелкие частицы в воде отделяются под действием силы тяжести. Вода должна находиться в отстойнике достаточно долго для удаления частиц заданного размера. Для удаления более мелких частиц требуется больше времени, а следовательно, и большие объемы отстойников. В некоторых отстойниках может добавляться флокулянт, чтобы помочь мелким частицам слипаться и образовывать более крупные агрегаты. Закон Стокса можно использовать для расчета размеров отстойника, необходимых для удаления частиц заданного размера. Закон Стокса определяет скорость осаждения, которая определяет эффективную глубину отстойника; таким образом, удаление твердых веществ зависит от эффективной площади поверхности отстойника, в то время как глубина отстойника остается важной для хранения осажденных веществ. Перевод необходимого времени осаждения и площади поверхности в геометрию отстойника требует учета эффекта короткого замыкания потока и турбулентности, вызванной ветром, размывом дна или конструкцией входа и выпуска. Геометрия отстойника важна, поскольку эффективное время осаждения в отстойнике – это время, в течение которого объем воды находится в нетурбулентных условиях перед достижением выпуска. Медианное время всегда меньше среднего времени, рассчитанного путем деления доступного объема на прогнозируемый расход. Медианное время прохождения через короткий и широкий отстойник может быть значительно меньше, чем медианное время прохождения через длинный и узкий отстойник. Отстойники с выпуском вблизи входной зоны могут содержать большой объем застойной воды, в то время как поступающая вода быстро достигает выпуска до начала осаждения. Эффективная площадь поверхности для осаждения редко простирается перпендикулярно более чем на десятую часть расстояния от линии потока от входа в отстойник до выпуска, если не установлены рассекатели потока. Эффективная площадь поверхности и геометрия могут изменяться по мере накопления осадка, заполняющего часть первоначального объема. Короткие каналы могут быстро образовываться в местах скопления тяжелого осадка вблизи входа в отстойник. Поток через мелководные участки отстойника может вызывать турбулентность, поднимающую осадок со дна. Для предотвращения размыва дна рекомендуется минимальная глубина отстойника не менее двух футов.