Тонкослойные отстойники в ливневой канализации

Автор данной статьи принимал участие в исследовании, посвящённом использованию тонкослойных модулей в условиях смешанной канализации. Изучался модуль с восходящим потоком. Исследование проходило в два этапа. На первом этапе были проведены модельные испытания в гидравлической лаборатории. На втором этапе был изготовлен экспериментальный контейнер, размещённый в существующем резервуаре для дождевых стоков. Насос с расходомером обеспечивал постоянную величину расхода даже в момент залпового сброса, так что данная величина считалась известной. Кроме того, в различных испытаниях расход варьировался.

Модельные и полевые испытания проводились с тонкослойными модулями практически идентичной конструкции. В качестве модельного осадка использовались гранулы полиэстера диаметром 0,5 мм. Скорость осаждения была известна, она была низкой, резко-убывающей и могла быть дополнительно уменьшена путём добавления соли в модельный раствор. В известном объёме поступающей жидкости содержалось заданное количество модельного осадка. Через определённое количество времени, как правило, час, измерялся объём осадка V_over, задержанного мелкой сеткой на выходе. Так же, после очистки пластин, измерялся объём осадка V_sed, оставшийся в установке. Эффективность осаждения определялась как:

Для сопоставимости результатов модельных испытаний они представлены в безразмерном виде в соответствии с теорией Хазена об отстойниках. Согласно ей, ключевым параметром, определяющим эффективность, является площадь горизонтальной проекции пластин А_proj (площадь осаждения), а сама эффективность описывается функцией:

Результаты испытаний

Таким образом, для испытаний с различными величинами расхода Q, скоростями осаждения v_s и площадями осаждения А_proj должны были быть получены уникальные графики эффективности.

В результате были получены ожидаемо-уникальные графики для испытаний, где менялись расход и скорости осаждения. Однако, изменение геометрии тонкослойного модуля (увеличение расстояния между пластинами с 40 до 80 мм) привело к неожиданным результатам.

Как видно на рис. 2 модуль с расстоянием 80 мм показывает «лучшие» результаты, не смотря на уменьшившуюся площадь поверхности. Более тщательное исследование показало, что подобный результат может быть объяснён тем, что ёмкость, в которой располагался тонкослойный модуль, невольно выполняла роль отстойника. Более того, в данном случае эффект от тонкослойного отстаивания получился сравнительно слабо выраженным. Предполагалось, что гранулы, оседающие на пластинах, будут скатываться по ним вниз и скапливаться в приёмнике осадка. Но, вероятно, соскальзывая с нижнего края пластины, они снова выносились наверх потоком. Лишь небольшое количество гранул достигало дна приёмника и оставалось там. С другой стороны, большое количество гранул оседало непосредственно в ёмкости, до того, как успевало попасть в тонкослойный модуль. Также отмечено, что многие гранулы либо оставались в суспензии (не оседали), либо реинтродуцировались в поток непосредственно с поверхности пластин. Исходя из этого, можно предположить, что геометрия ёмкости оказывает большое влияние на эффективность отстаивания. И всё же, несмотря на гипотетическое наличие процесса повторного захвата гранул потоком в процессе их скатывания по пластине, эффект седиментации был достаточно выражен, хотя, как показывает эксперимент, следует принимать во внимание всю внутреннюю площадь поверхности всей ёмкости, а не только пластин тонкослойного модуля.