Введение
Во все времена поселениялюдей и размещение промышленных объектов реализовались в непосредственнойблизости от пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических,сельскохозяйственных и производственных целей. В процессе использования водычеловеком она изменяла свои природные свойства и в ряде случаев становиласьопасной в санитарном отношении. Впоследствии с развитием инженерногооборудования городов и промышленных объектов возникла необходимость в устройствеорганизованных способов отведения загрязненных отработавших потоков воды поспециальным гидротехническим сооружениям.
В настоящее времязначение пресной воды как природного сырья постоянно возрастает. Прииспользовании в быту и промышленности вода загрязняется веществами минеральногои органического происхождения. Такую воду принято называть сточной водой.
В зависимости отпроисхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества и возбудителиразличных инфекционных заболеваний. Водохозяйственные системы городов ипромышленных предприятий оснащены современными комплексами самотечных инапорных трубопроводов и других специальных сооружений, реализующих отведение,очистку, обезвреживание и использование воды и образующихся осадков. Такиекомплексы называются водоотводящей системой.
В 1898 г. в Москвевведена в эксплуатацию первая водоотводящая система, включавшая самотечные инапорные водоотводящие сети, насосную станцию и люблинские поля орошения. Онастала родоначальницей самой крупной в Европе московской системы водоотведения иочистки сточных вод.
Комплексное развитиесистем водоотведения с очистными сооружениями началось после установленных нормочистки сточных вод при выпуске их в реку, разработанных в Англии в 1876 г.Достижения науки и техники способствовали повышению степени благоустройствагородов до уровня современной цивилизации.
Особое значение имеетразвитие современной системы водоотведения бытовых и производственных сточныхвод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей природной среды отзагрязнений. Наиболее существенные результаты получены при разработке новыхтехнологических решений в вопросах эффективного использования воды системводоотведения и очистки производственных сточных вод.
Предпосылками дляуспешного решения этих задач при строительстве водоотводящих систем являютсяразработки, выполняемые высококвалифицированными специалистами, использующиминовейшие достижения науки и техники в области строительства и реконструкцииводоотводящих сетей и очистных сооружений.
Исходные данные
Общийрасход воды: Q =48,742 л/сек.
Общаячисленность населения: Nчел =4546 чел.
КонцентрацияБПК: 300 г/м3 .
Концентрациявзв. в-в для смеси: 250мг/л.
Квз=189,5 г/м3.
KN= 23,25г/м3.
КР205=9,59г/м3.
КCl= 26,15г/м3.
Кпав=7,26г/м3.
1. Сооружения длямеханической очистки сточных вод
Механическая очисткасточных вод представляет собой технологический процесс, благодаря которомумеханическими и физическими методами из сточных вод удаляются нерастворенныепримеси. Как правило, она является методом предварительной очистки ипредназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическимметодам очистки. В результате механической очистки обеспечивается снижениевзвешенных веществ до 90%, а органических веществ до 20%.Приемный резервуар
/>
/>решетки
/>песколовки отстойники
Рис1 Схема сооружений примеханической отчистке
1.1 Подбор решеток
Решетки применяются длязадержания из сточных вод крупных загрязнений и являются сооружениями,подготовляющими сточные воды к дальнейшей, более полной очистке.
Прозоры между стержнямирешеток должны быть возможно меньшими, чтобы задерживать как можно большегрубых примесей для облегчения работы отстойников.
Решетки делаютпреимущественно из стали и располагают в отапливаемом здании. При количествеотбросов, снимаемых с решеток до 0,1 м3/сут, предусматриваетсяручная очистка, если больше –механическая очистка. СНиП 2.04.03-85 п.5.16.
Количество отбросов,задерживаемых на решетках принимается по таблице 23 СНиП 2.04.03-85, средняяплотность отьросов принимает 750 кг/м3.
/>
Рис.1. схема решетки
В-ширина подводящего иотводящего лотков, Вр-ширина решетки,hp — расчетная глубина воды, h1 — потери напора в решетке, 1-решетка
1. Используя формулыПавловского:
Q=/>
R=ω/χ
υ =/>
с =/>
Находим уклонтрубопровода (i), для этого сначала определяемплощадь живого сечения (ω)
ω =Q/υ
Общий расход воды Q=48,742 л/с, или Q=0,05 м3/с. Скорость воды вподводящем канале (υ) располагается в пределах 0,6
ω =0,05 /0,8 =0,0625м2.
Исходя из этого, размерылотка будут иметь следующие числовые значения:
ширина В=0,25 м, слойводы h=0,25 м.
Смоченный периметрχ=0,25+2×0,25= 0,75 м.
Гидравлический радиус R=0,0625 /0,75 = 0,083 м.
Значение коэффициенташероховатости (n) подбираем наоснове СНиПа 2.04.03-85, для самотечного режима n=0,014.
с =/>=47,18
i=/>=0,64/309,67=0,0032
Можно выполнить следующуюпроверку
Q=/>=0,05025 м3/с,
а было Q=0,05 м3/с.Такое изменение допускается.
2.Определяем размерырешетки. Для нахождения общей ширины решетки определяем ширину имеющихсяпрозоров и стержней.
Находим общую площадьпрозоров (Wпр)
Wпр =Q/υр =0,05/0,8=0,0625м2
где υр –скорость воды в решетке, не превышающая 1м/с.
Рассчитываем площадьодного прозора (ωпр)
ωпр=впр×hл=0,016×0,25=0,004
где впр- оптимальная ширина прозора, равная 16 мм.
Определяем количествопрозоров (Nпр)
Nпр= Wпр /ωпр=0,0625 /0,004=15,625=16
Отсюда следует, чтостержней 15 шт.
Находим общую площадьпрозоров 16×16=256мм.=0,256 м.
Общая ширина стержней 15×7=105мм.=0,105 м.
Следовательно общаяширина решетки 0,256 +0,105 =0,361 м.
3.На основании того, чтоширина прозоров решетки равна 16мм, следует, что количество отбросов снимаемыхс решеток на одного человека Р =8л/год
Общая численностьнаселения (N) равна 4546 чел.
Определяем объемотбросов, задерживающихся за год (Vотбр)
Vотбр =4546×8=36368л/год=36,368 м3/год
Средняя плотностьотбросов П =750км/м3, отсюда масса отбросов (М) равна
М= />=750×36,368 /365=74,7кг/сут.
Рассчитываем количествопоступивших в решетку взвешенных веществ за сутки для этого
Qсут ×Ксмвзв=4211,3×189,5=798041г/сут=798,04 кг/сут
Qсут =/>×24=4211,3 м3/сут
Количествонезадержавшихся взвешенных частиц равно
798,04 -74,7 =723,34 кг/сут
Концентрация взвешенныхвеществ на выходе К’взв
К’взв=/>=0,17 кг/м3=170г/м3.
1.2 Расчет песколовок
Песколовки предназначеныдля задержания песка и других минеральных примесей крупностью свыше 0,2-0,25мм, содержащихся в сточной воде. Применяются на очистных сооруженияхпроизводительностью 100м3 /сут и более. Число песколовок илиотделений следует принимать не менее двух, причем все песколовки или отделениядолжны быть рабочими. На очистных сооружениях малой производительностиприменяют горизонтальные песколовки, горизонтальные с круговым движением воды итангенциальные песколовки. Принцип работы песколовки основан на том, что потоксточной воды замедляется, тяжелый песок оседает, а мягкая органическая примесьпоступает в отстойник.
Расчет горизонтальныхпесколовок
/>
Рис 2. Схемагоризонтальной песколовки.
а) продольный разрез; б)поперечный разрез
При расчете горизонтальныхи аэрируемых песколовок следуют определять их длину Ls, м, по формуле
/>
где Ks — коэффициент, принимаемый по табл.27 СНиПа 2.04.03-85;
Hs — расчетная глубина песколовки, м, принимаемая для аэрируемыхпесколовок равной половине общей глубины;
vs— скорость движения сточных вод, м/с,принимаемая по табл. 28 СНиПа 2.04.03-85;
u0— гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости оттребуемого диаметра задерживаемых частиц песка.
Ks=1,55, при диаметре задерживаемых частиц 0,23 мм
u0=22 мм/с
Скорость движения водыпри максимальном притоке vs=0,3 м/с
Hs=0,5 м
/>= 10,56 м
Для горизонтальныхпесколовок — продолжительность протекания сточных вод при максимальном притокене менее 30 с.
Площадь живого сечения
ω =Q/υ
ω=0,05/0,3=0,17 м2
Количество песка,задерживаемого в песколовках, для бытовых сточных вод надлежит принимать 0,02 л/чел×сут,влажность песка 60%, объемный вес 1,5 т/м3. Объем пескового приемкаследует принимать не более двухсуточного объема выпадающего песка, угол наклонастенок приямка к горизонту — не менее 60°.
Исходя из того, чточисленность населения составляет 4546 человек, находим количество песка,задерживаемого в песколовках. V= Nчел×0,02
V=4546×0,02 = 90,92л/сут =0,091м3/сут
Плотность песка принимаемравную П=1,5 т/м3
Отсюда масса, задерживаемогопеска m =П×V
M=1500×0,091 =136,5 кг/сут
Рассчитываем количествопоступивших в песколовку взвешенных веществ за сутки для этого
Qсут × К’взв =4211,3×170=715921г/сут=715,9 кг/сут
Количество песканезаржавшегося в песколовке равно
715,9 -136,5 =579,4кг/сут
Концентрация взвешенныхвеществ на выходе К”взв
К”взв=/>×1000=137,6г/м3.
Отношение ширины кглубине отделения — В: Н = 1
Отсюда Ширина отделения равна0,5 м, так как глубина Н=0,5
Площадь песколовки S=10,56 м2
Для поддержания вгоризонтальных песколовках постоянной скорости движения сточных вод на выходеиз песколовки надлежит предусматривать водослив с широким порогом.
Расчет аэрируемыхпесколовок
/>
Рис 3. Схема аэрируемойпесколовки.
Для разделениямеханических загрязнений по фракционному составу или по плотности применяютаэрируемые песколовки (рис.), в состав которых входят входная труба -1,воздуховод- 2, воздухораспределители- 3, выходная труба- 4, шламосборник -5 сотверстием- 6 для удаления шлама. Крупные фракции осаждаются, как и вгоризонтальных песколовках. Мелкие же частицы, обволакиваясь пузырькамивоздуха, всплывают наверх и с помощью скребковых механизмов удаляются споверхности.
Для аэрируемыхпесколовок:
интенсивность аэрациии — 3—5м3/(м2 × ч);
поперечный уклон дна кпесковому лотку — 0,2—0,4;
впуск воды — совпадающийс направлением вращения воды в песколовке, выпуск — затопленный;
отношение ширины кглубине отделения — В: Н = 1:1,5;
Расчет ведем по аналогиис расчетом горизонтальных песколовок
Ks=2,08 при диаметре задерживаемых частиц 0,23мм
u0=22 мм/с
Скорость движения водыпри максимальном притоке vs=0,1м/с
Hs — расчетнаяглубина песколовки, принимаемая 0,8м
/>=3,78 м
Площадь живого сеченияω =Q/υ
ω=0,05/0,1=0,5 м2
Количество песка,задерживаемого в песколовках, для бытовых сточных вод надлежит принимать 0,03л/чел×сут.
Объем задерживаемогопеска:
W=4546×0,03 = 136,38 л/сут =0,14 м3/сут
Масса задерживаемогопеска:
M=1500×0,14=210 кг/сут
Рассчитываем количествопоступивших в песколовку взвешенных веществ за сутки для этого
Qсут × К’взв =4211,3×170=715921г/сут=715,9 кг/сут
Количество песка незадержавшегося в песколовке равно
715,9 -210=505,9 кг/сут
Концентрация взвешенныхвеществ на выходе К”взв
К”взв=/>×1000=120,1г/м3.
Отношение ширины кглубине отделения — В: Н = 1:1,5
Отсюда ширина отделенияравна 0,53 м, так как глубина Н=0,8
Интенсивность аэрациии — 3—5м3/(м2 × ч);
Для данной песколовки расходвоздуха Q 2,36 ×3= 7,08 м3/ ч
Таблица 1. СравнениепесколовокПараметры Аэрируемая песколовка Горизонтальная песколовка Ширина, м 0,53 1 Глубина, м 0,8 0,5
Площадь, м2 2,03 10,56 Длинна, м 3,78 10,56
К”взв г/м3 120,1 137,6
Изпредставленной таблицы 1 очевидно, что аэрируемая песколовка более компактна пообъёму и в сравнении с горизонтальной, качественне очищает поступающие сточныеводы. Но при установке аэрируемой песколовки необходимо учитывать, что для еёфункционирования потребуется постройка воздуходувной насосной станции. Сэкономической точки зрения горизонтальная песколовка более выгоднее. Она так жепроста в эксплуатации. Учитывая что концентрации взвешенных веществ на выходеиз песколовок не сильно отличаются, то предпочтем более экономичный вариант.
1.3 Расчет отстойников
Отстойники- резервуары илибассейны для выделения из жидкости взвешенных примесей осаждением их поддействием силы тяжести при пониженной скорости потока. Отстаивание являетсянаиболее простым и часто применяемым в практике способом выделения из сточныхвод грубодисперсных примесей. которые под действием гравитационной силы оседаютна дно отстойника или всплывают на его поверхность.
В зависимости оттребуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяется или в целяхпредварительной их обработки перед очисткой на других, более сложныхсооружениях, или как способ окончательной очистки, если по местным условиямтребуется выделить из сточных вод только нерастворенные (осаждающиеся иливсплывающие) примеси.
Взависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станцииони подразделяются на первичные и вторичные. Первичными называются отстойникиперед сооружениями для биологической очистки сточных вод; вторичными —отстойники, устраиваемые для осветления сточных вод, прошедших биологическуюочистку. Тип отстойника (вертикальный,радиальный, с вращающимся сборно- распределительным устройством,горизонтальный, двухъярусный и др.) необходимо выбирать с учетом принятойтехнологической схемы очистки сточных вод и обработки их осадка,производительности сооружений, очередности строительства, числа эксплуатируемыхединиц, конфигурации и рельефа площадки, геологических условий, уровнягрунтовых вод и т. п.
Горизонтальный отстойник
/>
Рис. 4. Схемагоризонтального отстойника
а) разрез; б)план;
1- подводящийлоток; 2 -распределительный лоток; 3- полупогружные доски; 4- сборный лоток; 5-отводной лоток; 6 — лоток для сбора и удаления плавающих веществ; 7 — трубопровод для удаления осадка.
Расчетное значениегидравлической крупности u0, мм/с, необходимо определять покривым кинетики отстаивания Э = f(t), получаемым экспериментально, с приведением полученной влабораторных условиях величины к высоте слоя, равной глубине проточной частиотстойника, по формуле
/>
где Hset — глубина проточной части в отстойнике, м; Hset=1,5м
Kset — коэффициент использования объемапроточной части отстойника; Kset=0,5
tset — продолжительность отстаивания, с, соответствующая заданномуэффекту очистки и полученная в лабораторном цилиндре в слое h1; длягородских сточных вод данную величину допускается принимать по табл. 30; tset=7200с.
n2 — показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессеосаждения; для городских сточных вод следует определять по черт. 2 СНиПа2.04.03-85, n2=0,34, h1=500мм.
/>=1,82 мм/с
Определяем длину Ls, м, по формуле
/>
где Ks — коэффициент, принимаемый по табл.27; Ks=0,5
Hs — расчетная глубина, м, Hs=1,5
vs— скорость движения сточных вод, м/с,принимаемая по табл. 28;
u0— гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости оттребуемого диаметра задерживаемых частиц песка
/>=11,5 м.
Площадь живого сечения
ω =Q/υ
ω=0,05/0,007=7,14 м2
Определяем ширину
Вset= ω/Hs=7,14/1,5=4,76м.
Количество осадка Qmud, м3/ч, выделяемого приотстаивании определем исходя из концентрации взвешенных веществ в поступающейводе Cen и концентрации взвешенных веществ восветленной воде Cex:
/>
где qw —расход сточных вод, м3/ч;
rmud — влажность осадка, %; rmud=95%
gmud — плотность осадка, г/см3. gmud=1,05 г/см3
/>=0,3 м3/ч
Принимая по внимание, что припроектировании очистных установок, как правило, применяются типовые илиэкспериментальные конструкции отстойных сооружений с известными геометрическимиразмерами, за расчетную величину следует принимать производительность одногоотстойника qset, при которой обеспечивается заданный эффект очистки.После расчета qset исходя из общего расхода сточных вод определяетсяколичество рабочих единиц отстойников N
N= />
Производительность одногоотстойника qset, м3/ч, следует определятьисходя из заданных геометрических размеров сооружения и требуемого эффектаосветления сточных вод по формуле
/>
/>=272,8 м3/ч
N =175,5/272,8 =0,6
Из расчетов видно, что наочистных сооружения будет один первичный отстойник.
Радиальный отстойник
Широкое применение дляочистки производственных сточных вод на больших заводах находят радиальныеотстойники, обладающие высокой производительностью. На рис. представлена схемарадиального отстойника. Подача шлама в шламосборник осуществляется вращающимсямеханическим скребком.
/>
Рис.5. Схема радиальногоотстойника
1 — входная труба; 2 — отводящая труба; 3 — шламосборник; 4 — канал вывода шлама; 5 — механическийскребок
Расчетное значениегидравлической крупности u0, мм/с,
/>
Hset— глубина проточной части в отстойнике, м; Hset=1,5м
Kset — коэффициент использования объема проточнойчасти отстойника;Kset=0,45
tset — продолжительность отстаивания, с, tset=7200с.
n2 — показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессеосаждения; для городских сточных вод следует определять по черт. 2.
n2=0,44, h1=500мм.
/>=1,82 мм
Расчетный объем W
W==qmax*tset=0,05*7200=360м3
Fкруг= W/Hset=360/1,5=240м2
/>,
отсюда следует, что
/>=17,5
Колличествоотстойников рассчитывается по формулеN = />.
Производительность одногорадиального отстойника qset, м3/ч, следует определять исходя из заданныхгеометрических размеров сооружения и требуемого эффекта осветления сточных водпо формуле
/>
где Кset— коэффициент использования объема, принимаемый потабл. 31;
Кset= 0,5;
Dset — диаметр отстойника, м;
Dset= 17,5 м;
den —диаметр впускного устройства, м;
den = 0,2 м;
u0— гидравлическая крупность задерживаемых частиц, мм/с, определяемая поформуле (30);
u0 = 1,82 мм;
vtb — турбулентная составляющая, мм/с,принимаемая по табл. 32 в зависимости от скорости потока в отстойнике vw, мм/с;
vtb = 0,05 мм/с;
/>
/>
N =175,5/42,9 =4
Из расчетов видно, что наочистных сооружения будет 4 первичных радиальных отстойников.
Таблица 2.СравнениеотстойниковПараметры Горизонтальный отстойник Радиальный отстойник Количество, шт. 1 1 Длина/ диаметр, м 11,5 17,5 Глубина, м 1,5 1,5 Ширина, м 4,76
Площадь, м2 87,108 240 «+»конструкции
простота конструкции,
возможность использования одного сгребающего механизма Высокий эффект очистки «-»конструкции
Быстрый износ сгребающего оборудования,
большие размеры сооружения Дорогой с экономической точки зрения
Исходя из полученныхрасчетов экономически выгоднее использование горизонтального отстойника, еслисравнивать размеры сооружений, то предпочтение так же отдается горизонтальномуотстойнику.
2. Биологическая отчистка вискусственных условиях
Биологическаяочистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуютокислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водахв виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмовисточником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод отзагрязнения. Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на дваосновных типа:
сооружения,в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным;
сооружения,в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях.
Кпервому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемыхсточных вод через почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения,представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В такихсооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счетнепосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типамикроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет диффундирования егочерез поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации. Вискусственных условиях биологическую очистку применяют в аэротенках,биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит болееинтенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активнойжизнедеятельности микроорганизмов.
2.1 Расчет аэротенков
Аэротенк для очисткисточных вод представляет собой прямоугольный резервуар для биологическойочистки сточных вод с аэрацией воздухом, в котором медленно движется смесьочищаемой сточной воды и активного ила.
Активный ил — колониямикроорганизмов.(коловратки, амебы..)
Аэротенки- смесители без регенераторов. Сооружения этого типа целесообразно применятьдля очистки производственных сточных вод при относительно небольших колебанияхих состава и присутствии в воде преимущественно растворенных органическихвеществ, например на второй ступени биологической очистки сточных вод и системыканализации нефтеперерабатывающих заводов.
Аэротенки-смесители безрегенератора.
Период аэрации tatm, ч, в аэротенках, работающихпо принципу смесителей, следует определить по формуле:
/>
где Len— БПКполн поступающей ваэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании), мг/л;
Len =220,44 мг/л
Lex — БПКполн очищенной воды,мг/л;
Lex=12 мг/л
ai— доза ила, г/л, определяемая технико-экономическимрасчетом с учетом работы вторичных отстойников;
ai=3 г/л
s — зольность ила, принимаемая по табл. 40;
s=0,3
r— удельная скорость окисления, мг БПКполнна 1 г беззольного вещества ила в 1 ч, определяемая по формуле
/>
здесь rmax — максимальная скорость окисления,мг/(г×ч), принимаемая по табл. 40;
rmax= 85 мг/(г×ч),
CO — концентрация растворенногокислорода, мг/л;
CO=2 мг/л
Kl — константа, характеризующая свойстваорганических загрязняющих веществ, таблица 40, мг БПКполн/л,
Kl=33 мг БПКполн/л
КО — константа, характеризующая влияние кислорода, мг О2/л,и
КО=0,625 мг О2/л
j — коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила,таблица 40, л/г, j=0,07
/>=23,7 мг/г×ч
/> ч.
Объем аэротенков
Wat= q* tatm = 175,5×4 = 706,8 м3
Глубину аэротенкапринимаем h=4 м, отсюда площадь аэротенка S равна
S=706,8 /4=176,7 м2, отсюдадлина аэротенка принимается равной 15 м.
Внутренняя частьаэротенка делится на коридоры. Размеры коридора принимаются из условияотношения ширины коридора к рабочей глубине 2:1. Глубина равна 4 м, отсюдаследует что ширина коридора равна 8 м. Ширина аэротенка 176,7/15= 11,78. Следовательно количество коридоров 11,78/4=3.
Таблица 3. РазмерыаэротенкаГлубина, м Ширина, м Длина, м 4 11,78 15
Нагрузку на ил qi, мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в сутки, надлежит рассчитывать по формуле
/>
/>
Степень рециркуляцииактивного ила Ri, в аэротенках следует рассчитывать поформуле
/>
где ai— доза ила в аэротенке, г/л;
Ji — иловый индекс, см3/г.
Величину илового индексанеобходимо определять экспериментально при разбавлении иловой смеси до 1 г/л взависимости от нагрузки на ил. Для городских и основных видов производственныхсточных вод допускается определять величину Ji по табл. 41. Ji= 120,4 см3/г
Степень рециркуляцииравна:
/>
Рециркуляцию активногоила следует осуществлять насосами.
Аэраторы в аэротенкахдопускается применять:
· мелкопузырчатые —пористые керамические и пластмассовые материалы (фильтросные пластины, трубы,диффузоры) и синтетические ткани;
· среднепузырчатые— щелевые и дырчатые трубы;
· крупнопузырчатые— трубы с открытым концом;
· механические ипневмомеханические
Используеммелкопузырчатые аэраторы, так как они при наших условия будут болееэффективными.
Удельный расход воздуха qair, м3/м3 очищаемой воды, при пневматическойсистеме аэрации определяем по формуле
/>
где qO — удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн,принимаемый при очистке до БПКполн 15—20 мг/л — 1,1
K1 — коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатойаэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка faz/fat по табл. 42, K1=0,5,
/>
Площадь аэратора=0,5×176,7=88,35 м2
K2 — коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов ha и принимаемый по табл. 43;
ha= 3; м K2= 2,08; Ja,min, м3/(м2×ч)= 4
KT— коэффициент, учитывающий температурусточных вод, который следует определять по формуле:
/>
здесь Tw — среднемесячная температура воды за летний период, °С;
Tw=15°С
/>
K3 — коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85;
Ca — растворимость кислорода воздуха вводе, мг/л, определяемая по формуле
/>
здесь CT — растворимость кислорода в воде взависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочнымданным;CT=10
/>
CO — средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л; в первомприближении СО допускается принимать 2 мг/л
/> м3/м3очищаемой воды
Интенсивность аэрации Ja, м3/(м2×ч) определяем по формуле
/>
где Hat — рабочая глубина аэротенка, м;
tat — период аэрации, ч.
/>
Если вычисленнаяинтенсивность аэрации свыше Ja,max для принятого значения K1, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны; если менее Ja,min дляпринятого значения K2 — следует увеличить расход воздуха,приняв Ja,min по табл. 43.
В нашем случае Ja,max=50 >29,1;Ja,min= 29,1
Прирост активного ила Piмг/л, в аэротенках определяем по формуле:
Pi= 0,8×Ccdr+Kg×Lпост =0,8×136,74+0,3× 220,44 = 175,5(мг/л)
где Ссdr — концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей ваэротенк=136,74 мг/л;
Kg — коэффициент прироста; для городских и близких к ним по составупроизводственных сточных вод Kg = 0,3;
Lпост -БПКполн поступающей ваэротенк сточной воды=220,44 мг/л.
Аэротенки-смесители срегенераторами
/>
Рис.6 Схема аэротенкасмесителя.
1 — регенератор; 2 — аэрационное отделение, 3-распределительные каналы активногоила; 4 — распределительные каналы отстоенной воды, 5-впуск отстоенной воды ваэрационное отделение; 6-сборный канал аэрируемой жидкости; 7 — входныеотверстия активного ила, S — подводящий канал от первичных отстойников; 9 — сборный канал «сырой» воды; J0 — верхний канал активного ила; 11 — сборныйканал аэрируемой жидкости; 12 — отводящий канал
Технологическаясуть такой модификации заключается в том, что после извлечения загрязнений изсточной воды в собственно аэротенках активный ил с накопленными в немзагрязнениями отделяется от очищенной воды и подается не в аэротенк, а вспециальное аэрационное сооружение, называемое регенератором, в которомактивный ил аэрируется в течение определенного времени без сточной жидкости. Врегенераторе ил освобождается от накопленных им в аэротенке загрязнений ивосстанавливает свою метаболическую активность. Регенерированный илнаправляется затем из регенератора в собственно аэротенк для нового контакта сочищаемой жидкостью и повторения цикла изъятия из нее загрязнений. Вконструктивном отношении регенераторы ничем не отличаются от собственноаэротенков и могут устраиваться в виде как отдельно стоящих сооружений, так иемкостей, выделяемых в объеме аэротенков. В собственно аэротенке обеспечиваетсяконтакт активного ила с загрязнениями такой длительности, которой достаточнотолько для изъятия загрязнений из очищенной воды, составляющей примерно 1,5-2,5ч аэрации в зависимости от характера загрязнений сточных вод и условийреализации процесса. Режим аэрации здесь должен быть направлен на созданиеусловий, наиболее благоприятных для доступа активного ила к загрязнениям, т.е.постоянного и эффективное перемешивания и аэрации иловой смеси. Концентрациярастворенного в жидкости кислорода поддерживается в пределах 0,5-2,0 мг/л.Скорость же потребления кислорода здесь значительно более высокая, чем врегенераторе, поскольку в собственно аэротенке протекают более быстрые процессыпервичной трансформации загрязнений при их изъятии из очищенной воды. Поэтомуинтенсивность аэрации здесь должна быть также существенно выше, чем врегенераторах. Длительность пребывания ила в регенераторе значительно большедлительности аэрации в собственно аэротенке.
Дляобеспечения 50% регенерации можно принять под регенератор либо 2 коридора 4коридорных аэротенков, либо 1 коридор 2 коридорных аэротенков. Посколькутиповые аэротенки разработаны в виде 2,3,4- коридорных, то в них можнообеспечить 25, 33, 50, 66, 75% регенерации, выделяя от 1 до 3 коридороваэротенка под регенерацию. В принципе, можно обеспечить любой процентрегенерации, выделяя под регенераторы соответствующий объем аэротенков.
Припроектировании аэротенков с регенераторами продолжительность окисленияорганических загрязняющих веществ t0, ч,надлежит определять по формуле:
/>
Len — БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды: 220,44 мг/л;
Lex-БПКполн очищенной воды: 20 мг/л;
S — зольность ила:0,3;
ai— доза ила ваэротенке: 3 г/л;
r — удельная скорость окисления для аэротенков — смесителей ивытеснителей, определяемая по формуле (49) при дозе ила ar.
/>= 23,7 мг/(г×ч).
По формуле (52) СНиП2.04.03-85 определяем коэффициент рециркуляции
/>
ar — доза ила в регенераторе, г/л,определяемая по формуле
/>
/>= 14 ч.
Продолжительностьобработки воды в аэротенке tat, ч определяем по формуле
/>
/>= 2
Продолжительностьрегенерации tr,ч,
/>= 14 — 2= 12 ч.
Вычисляем вместимостьаэротенка Wat, м3
/>
/>=547,56 м3
где qw — расчетный расход сточных вод, м3/ч.
Вместимость регенераторовWr, м3
/>=294,84м3
Для аэротенков ирегенераторов надлежит принимать:
число секций — не менеедвух;
рабочую глубину — 3—6 м, свыше — при обосновании;
отношение ширины коридорак рабочей глубине — от 1:1 до 2:1. Глубина равна 4 м, отсюда следует, чтоширина коридора равна 8 м.
Глубину аэротенкапринимаем h=4 м, отсюда площадь аэротенка S равна
S=547,56 /4=136,89 м2
Принимаем длину аэротенка15 м, отсюда ширина аэротенка равна
136,89 /15 =9,126 м.
Рассчитываем количество коридоров9,126/4=2 шт.
Прирост активного ила Pi, мг/л, в аэротенках надлежитопределять по формуле (60) СНиП 2.04.03-85
/>
Pi= 0,8×136,74+0,3× 220,44 = 175,5(мг/л)
Удельный расход воздуха qair, м3/м3 очищаемой воды, припневматической системе аэрации определяем по формуле
/>
где qO — удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн,принимаемый при очистке до БПКполн 15—20 мг/л — 1,1
K1 — коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатойаэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка faz/fat по табл. 42, K1=0,75,
/>
Площадь аэратора=0,75×136,89=102,7 м2
K2 — коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов ha и принимаемый по табл. 43;
ha=3; м K2= 2,08; Ja,min, м3/(м2×ч)= 4
KT— коэффициент, учитывающий температурусточных вод, который следует определять по формуле:
/>
здесь Tw — среднемесячная температура воды за летний период, °С;
Tw=15°С
/>
K3 — коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85;
Ca — растворимость кислорода воздуха вводе, мг/л, определяемая по формуле
/>
здесь CT — растворимость кислорода в воде взависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочнымданным;CT=10
/>
CO — средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л; в первомприближении СО допускается принимать 2 мг/л
/> м3/м3очищаемой воды
Интенсивность аэрации Ja, м3/(м2×ч) определяем по формуле
/>
где Hat — рабочая глубина аэротенка, м;
tat — период аэрации, ч.
/> м3/м2×ч
Если вычисленнаяинтенсивность аэрации свыше Ja,max для принятого значения K1, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны; если менее Ja,min дляпринятого значения K2 — следует увеличить расход воздуха,приняв Ja,min по табл. 43.
В нашем случае Ja,max=50 >38,9;Ja,min=4
Нагрузку на ил qi, мг БПКполн на 1 гбеззольного вещества ила в сутки, надлежит рассчитывать по формуле(53)
/>
/> мг/г×сут
Таблица 4. СравнениеаэротенковПараметры Аэротенки — смесители без регенераторов Аэротенки-смесители с регенераторами Длина, м 15 15 Глубина, м 4 4 Ширина, м 11,78 9
Период аэрации, ч 4 2
Для проектированияиспользуем аэротенки – смесители с регенераторами, так как по расчетам ониболее компактные, а также в них меньшая нагрузка на ил.
2.2 Расчет биологических фильтров
Биологические фильтры(рис.) представляют собой резервуары, заполненные твердым кусковым материалом(шлак, кокс, щебенка, керамзит), через который фильтруется поступающая наповерхность загрузки сточная вода.
Поверхность всех частицзагрузки покрывается сплошной биологической пленкой за счет адсорбции микробовиз сточной воды и последующего их размножения. Биологическая пленка играет рольосновного активного агента в очистке воды.
Биологические фильтрыследует проектировать в виде резервуаров со сплошными стенками и двойным дном:нижним — сплошным, а верхним — решетчатым (колосниковая решетка) дляподдержания загрузки. При этом необходимо принимать: высоту междудонногопространства — не менее 0,6 м; уклон нижнего днища к сборным лоткам — не менее 0,01; продольный уклонсборных лотков — по конструктивным соображениям, но не менее 0,005. Капельныебиофильтры следует устраивать с естественной аэрацией, высоконагружаемые — какс естественной, так и с искусственной аэрацией (аэрофильтры). Естественнуюаэрацию биофильтров надлежит предусматривать через окна, располагаемыеравномерно по их периметру в пределах междудонного пространства и оборудуемыеустройствами, позволяющими закрывать их наглухо. Площадь окон должна составлять1 —5 % площади биофильтра. В качестве загрузочного материала длябиофильтров следует применить щебень или гальку прочных горных пород, керамзит,а также пластмассы, способные выдержать температуру от 6 до 30 ° С без потери прочности. Загрузкафильтров по высоте должна быть выполнена из материала одинаковой крупности с устройствомнижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м, крупностью 70—100 мм.
В зависимости отклиматических условий района строительства, производительности очистных сооружений,режима притока сточных вод, их температуры биофильтры надлежит размещать либо впомещениях (отапливаемых или неотапливаемых), либо на открытом воздухе.
Капельные биологические фильтры
/>
Рис.7 Капельный биофильтр
1-дозирующие баки сточнойводы; 2-спринклеры; 3-загрузка биофильтров; 4-железобетонные стенки; 5-подачасточной воды на очистку.
БПКполнсточных вод Len =300мг/л >220 мг/л поэтомунадлежит предусматривать рециркуляцию очищенных сточных вод.
Для капельных биофильтровнадлежит принимать:
рабочую высоту Hbf = 1,5—2 м;
гидравлическую нагрузку qbf = 1—3 м3/(м2×сут);
БПКполночищенной воды Lex= 15 мг/л.
В качестве загрузочногоматериала берем керамзит.
Рассчитываем коэффициентрециркуляции
/>
где Lmix — БПКполн смеси исходнойи циркулирующей воды, при этом Lmix — не более 300 мг/л;
Len, Lex — БПКполн соответственноисходной и очищенной сточной воды
При расчете капельныхбиофильтров величину qbf при заданных LenиLex,мг/л, температуре воды Tw определяем по табл. 37, где
/> .
Оптимальная температура t=10; гидравлическая нагрузка qbf, м3/(м2×сут)=1; высота слоя загрузкиHbf = 2м.
Определяем площадьбиофильтра по формуле
/>
Расчитываем объемзагрузочного материала
W=F*H м3
Исходя из того, что фильтрцилиндрической формы, определяем радиус R
/> м
Аэрофильтры
Аэрофильтры –высоконагружаемые биологические фильтры с искусственной аэрацией.
В аэрофильтрах необходимопредусматривать подачу воздуха в междудонное пространство вентиляторами сдавлением у ввода 980 Па (100 мм вод. ст.). На отводных трубопроводахаэрофильтров необходимо предусматривать устройство гидравлических затвороввысотой 200 мм.
БПКполнсточных вод, подаваемых на аэрофильтры, не должна превышать 300 мг/л. Прибольшей БПКполн необходимо предусматривать рециркуляцию очищенныхсточных вод.
БПКполнсточных вод Len=300 мг/л, следовательно коэффициент рециркуляции не предусматриваем.
При расчете аэрофильтровдопустимую величину qaf, м3/(м2×сут), при заданных qa и Haf следует определять по табл. 38, где
/>
/>=20
Оптимальная температура t=10; гидравлическая нагрузка
Qаf, м3/(м2×сут)=10; высота слоя загрузкиHbf = 3,8м; удельный расход воздуха qa=12 м3/м3
Площадь аэрофильтров Faf, м2, при очистке безрециркуляции необходимо рассчитывать по принятой гидравлической нагрузке qaf, м3/(м2×сут), и суточному расходу сточных водQ, м3/сут.
Faf,=Q,/qaf=4546/10=454,6 м2
Расчитываем объемзагрузочного материала
W=F*H=454,6×3,8= 1727,48 м3
Количество аэрофильтров N=2, отсюда следует, что площадьодного аэрофильтра равна 454,6/2 =227,3 м2
Объем загрузочногоматериала для одного фильтра равен
227,3×3,8= 863,74 м3
Исходя из того, чтофильтр цилиндрической формы, определяем радиус R
/>= 12 м
Таблица 5.Размеры одногоаэрофильтра
Площадь, м2 Диаметр, м Глубина, м 454,6 12 3,8
Таблица 6. Параметрыаэрофильтра.Параметры Аэрофильтр Количество, шт. 2
Площадь, м2 454,6 Диаметр, м 12 Глубина, м 3,8
Объем загрузочного материала, м3 863,74
Проектируем аэрофильтр,так как из-за высокой БПК в капельном биофильтре нужно предусматриватьмногократную рециркуляцию сточных вод.
3. Вторичныеотстойники
Горизонтальный отстойник
Вторичные отстойники всехтипов после аэротенков надлежит рассчитывать по гидравлической нагрузке qssa,м3/(м2×ч), с учетом концентрации активного ила в аэротенке ai, г/л, его индекса Ji, см3/г, и концентрации ила в осветленной воде at, мг/л, по формуле
/>
где Kss — коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимаемыйдля радиальных отстойников — 0,4,вертикальных —0,35, вертикальных спериферийным выпуском — 0,5, горизонтальных — 0,45;
at — следует принимать не менее 10 мг/л,
ai — не более 15 г/л.
/>
Нагрузку на 1 м сборного водослива осветленной воды следует принимать не более 8—10 л/с.
/>= /> (м2)
Количество вторичных отстойников впроекте должно быть не менее трех.
Число отстойников определяем поформуле:
/>=/>
3. Биологическая очистка в естественныхусловиях
Биологическая очисткасточных вод представляет собой технологические процессы, основанные наспособности биологических организмов разлагать загрязняющие вещества. Основнаяцель биологической очистки — обезвредить, минерализовать коллоидные ирастворенные органические вещества сточной воды, которые нельзя извлечьмеханическим путем. Биологическая очистка в основном протекает по типуаэробного окислительного процесса, в котором участвуют органические веществасточной воды, микробы и кислород воздуха.
Поля фильтрации и поляорошения представляют собой земельные участки, на которых сточная вода подводится,равномерно распределяется, фильтруется через слой почвы и в процессе фильтрацииподвергается биологической очистке (рис.).
/>
Рис 8. Разрез поля фильтрации с закрытымдренажем.
1. Участковая дорога
2. канал, подводящий сточные воды
3. шибера для регулирования напуска накарту
4. картовый ороситель
5. ограждающие валики на полях
6. дренажи
7. линия депрессии инфильтрированныйводы
Поля орошения отличаютсяот полей фильтрации тем, что их используют для выращивания сельскохозяйственныхкультур.
Поля фильтрации
Поглощениестоков грунтом является наиболее часто применяемым и экономичным способомочистки. Возможность применения данного способа определяется способностьюгрунта поглощать сточные воды. При фильтрации стоков в землю, органическиевещества распадаются под воздействием микроорганизмов, в так называемомбиослое, образующемся в слое фильтрационной загрузки.
Поляфильтрации — это участки земли, приспособленные для естественной биологическойочистки сточных вод путём фильтрации их через почвенные горизонты. Это системаподземных канав в суглинистых грунтах, в каждой из которых под площадкой сощебнем (40 см) необходимо установить фильтрующий слой из песка (10 см), вкотором проложены дренажные трубы. На дне канавы — 10-сантиметровый слой почвы,хорошо пропускающий влагу. Слой щебня накрывают геотекстильным материалом,который защищает дренажную трубу от загрязнения верхним слоем земли и отнесильных морозов (до — 5°С). Трубы для полей фильтрации и поглощения должныиметь специальную схему расположения отверстий, обеспечивающую равномерноераспределение стоков и благоприятные условия для развития микроорганизмов, чтогарантирует: эффективность очистки и долгий срок службы поля фильтрации.Применение гибких трубопроводов в системах фильтрации и инфильтрациикатегорически запрещено, т.к. это приводит к нарушению норм и требованийприродопользования, а так же к выводу из строя системы очистки сточных вод набазе септиков.
Сточныеводы, очищенные от механических примесей, жира, яиц гельминтов и пр., подаютсяв карту слоем 20—30 см (зимой намораживают до 75 см) по открытым каналам черезводовыпуски и просачиваются через почву. Сточные воды, пройдя слой песка,поступают в дренажные трубы и затем отводятся в канаву, реку или в техническийколодец. Продолжительность отстаивания сточных вод перед поступлением их наполя фильтрации следует принимать не менее 30 мин.
Поляфильтрации для полной биологической очистки сточных вод надлежитпредусматривать на песках, супесях и легких суглинках с хорошимифильтрационными свойствами. Но, если почва глинистая, то этот вид биореакторане подойдет. Глина практически не пропускает воду, и очищенная в канаве вода несможет уйти в более глубокие слои грунта. А выемка глины (до глубины залеганияпеска) обойдется дороже, чем приобретение готового очистного сооружения.
Поляфильтрации состоят из участков (карт) с почти горизонтальной
поверхностьюплощадью 0,5—2 га, огражденных валами высотой 0,8-1 м.
обработкетракторами площадь одной карты должна быть не менее 1,5 га.
Отношениеширины карты к длине следует принимать от 1:2 до 1:4. Ширина одной подземнойканавы — минимум 50 см, глубина — 120 см (ниже отсутствуют аэробные бактерии,необходимые для биологической очистки), диаметр дренажной трубы — 11 см. Площадкидля полей фильтрации необходимо выбирать: со спокойным и слабовыраженным рельефомс уклоном до 0,02; с расположением ниже течения грунтового потока от сооруженийдля забора подземных вод на расстоянии, равном величине радиуса депрессионнойворонки, но не менее 200 м для легких суглинков, 300 м — для супесей и 500 м — для песков. Если местность неровная, то поля фильтрации должныразмещаться на возвышенности (чтобы очищенная вода самотеком уходила вниз, а незастаивалась).
Нагрузку бытовых иблизких к ним по составу производственных сточных вод допускается принимать потабл. 47.
Площадь полей фильтрациив необходимых случаях надлежит проверять на намораживание сточных вод.Продолжительность намораживания следует принимать равной числу дней сосреднесуточной температурой воздуха ниже минус 10 °С.
Величину фильтрациисточных вод в период их намораживания необходимо определять с уменьшением навеличину коэффициента, приведенного в табл. 48.
Грунт – супесь,среднегодовая температура воздуха от 0 до 3,5 °С. Нагрузка сточных вод, м3/(га×сут) при залегании грунтовых вод наглубине, 1,5 м, равна 80.
/>=52,6 га
Размеры карт полейфильтрации надлежит определять в зависимости от рельефа местности, общейрабочей площади полей, способа обработки почвы. При обработке тракторамиплощадь одной карты должна быть не менее 1,5 га. Отношение ширины карты к длине следует принимать от 1:2 до 1:4; при обосновании допускается увеличение длиныкарты.
Количество картопределяем по формуле:
/>=/>=26
Отношение ширины к длинекарты 1:2
Длина карты = 200 м.
Ширина карты = 100 м.
Длина поля фильртации =5200 м,
Ширина поля фильтрации=2600 м.
Заключение
очистка сточная вода отстойник
Защитаводных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования длянужд народного хозяйства — одна из наиболее важных проблем, требующихбезотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охранеокружающей Среды, в частности по очистке сточных вод.
Очищенная сточная вода и обработанный осадок могут полноценноиспользоваться для различных целей, например, в сельском хозяйстве. Известныйметод использования очищенных и обеззараженных стоков, которые имеютдостаточную удобрительную ценность, — в поливном земледелии для выращиваниятепличных культур.
Из всех видов осадков, образующихся на на биологическихочистных сооружениях с небольшой производительностью, наибольший объем имеетизбыточный активный ил (биопленка). Для утилизации этого осадка широкоераспространение получил метод компостирования совместно с твердыми бытовыми исельскохозяйственными отходами. В процессе компостирования происходит аэробнаядеструкция органических отходов в условиях повышенной температуры (80-90 'С). Врезультате получается гумифицированный стабильный продукт, который может бытьиспользован как удобрение и средство, улучшающее структуру почв. На практике компостированиепроизводится в грядах (длинные кучи). Срок созревания компоста — 30-60 суток.
Возможность утилизацииочищенных стоков и обработанных осадков в каждом конкретном случае определяетсяэкономическим расчетом. Экономический эффект зависит от соотношения доходов отпродажи и расходов, которые складываются из затрат на транспортировку иустройство сооружений для утилизации.
Основныевопросы защиты окружающей среды необходимо решать на основе следующихпринципов:
форма имасштабы человеческой деятельности должны быть соизмеримы с запасаминевозобновляемых природных ресурсов;
неизбежныеотходы производства должны попасть в окружающую среду в форме и концентрации,безвредных для жизни. Особенно это относится к водным ресурсам.
Дляправильного подхода к решению актуальных задач в области окружающей средынеобходимы определенные знания в этой области. Учебные программы, разработанныево многих университетах и институтах можно разбить на две крупные группы:
решениеэкологических вопросов в политическом, юридическом, экономическом и другихгуманитарных направлениях;
решение экологическихвопросов в техническом аспекте, где решаются общетехнические задачи или частныезадачи отдельной или близких отраслей промышленности.
Размещено на www.