Учебное пособие 1964

и И.Д. Родзиллера или по формуле (4) [3] для Lф = 500 м (на самые жёсткие условия выпуска):

Значение показателя степени α вычислим по формуле (3) [3] для условия выпуска сточных вод у фарватера, т.е. примем величину ζ=1,5, а ϕ=1.

где nш – коэффициент шероховатости русла реки, определяем по табл. 1.5 [7]; υст – скорость выпуска сточных вод, м/с (υст=2 м/с).

С – коэффициент Шези. Вычисляем по формуле (1.12,а) [7]:

Степень разбавления сточных вод водой водоёма вычисляем по формуле (1.5) [7]:

Так как Ssm<Lрасч=500 м, то смешивание сточных вод с водой водоёма произойдёт до контрольного створа.

6.4. Определение необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водоём, определим по формуле (2.1,б) [7]:

Kдоп = р n раз+Kвз. р =0,25 8,913+10,8=13,03 мг/л,

т.к. водоём РХ-I, то принимаем р=0,25 мг/л.

Требуемая степень очистки сточных вод на проектируемой очистной станции по взвешенным веществам по формуле (2.2) [7] должна быть не менее

6.5. Определение предельно допустимой концентрации и необходимой степени очистки сточных вод по БПКполн

Минимально допустимое содержание БПКполн в очищенной сточной воде перед выпуском в водоём определяется по формуле (10) [3] с учётом времени перемещения смеси воды водоёма и сточных вод от места сброса до контрольного створа – t, сут.

Время протекания воды от места сброса сточных вод до контрольного ство-

ра на расстояние Lреки=500 м вниз по течению реки вычислим по формуле (2.4) [7]:

где Тw.p=22°C, Kp=0,11; Lp.d.=3 мг/л для водоёма РХ-I.

Эффект очистки сточных вод по величине БПКполн, %, найдём по формуле

(2.7) [7]:

6.6. Определение предельно допустимой концентрации БПКполн очищенной сточной воды, выпускаемой в водоём,

исходя из условий содержания кислорода в воде водоёма и выбор требуемой степени очистки сточных вод

Содержание растворённого кислорода в расчётном створе для водоёма РХ-I должно быть не менее 6 мг/л в соответствии с правилами выпуска сточных вод в водоём. Исходя из этих условий определим предельно допустимое содержание (ПДС) БПКполн в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водоём, мг/л, по формуле (2.9) [7]:

а) для лета

Эффект очистки должен быть равен Э = 100 %;

73

Определим дефицит кислорода по формуле (2.12) [7] в критической точке (в месте отбора проб воды на анализ) с учётом реаэрации воды в тёплое время года:

= 0,110,2 −0,2040,11 (10−0,11 0,0123 −100,2 0,0123 )+ 2,03 10−0,2 0,0123 = 2,19 мг/л.

Величину La, г/м3, вычислим по формуле (2.13) [7]:

Дефицит кислорода в речной воде до сброса очищенных сточных вод определим по формуле (2.11) [7]:

Дн =Он −Ор ; Дн=8,83-6,85=1,98 мг/л.

Из табл. 2.2 [7] определяем для 22°С значение Он =8,83 и из задания - зна-

чение Ор(л) =6,85.

Так как Дкр>Дн, то это свидетельствует о возможном загрязнении водоёма. Кроме того, из расчёта видно, что Lдоп.ст.(л) имеет отрицательное значение. Поэтому в очищенной сточной воде концентрация БПКполн не должна превышать допустимой концентрации БПКполн, которая нормируется для водоёмов при сбросе в них сточных вод. Следовательно, принимаем условие Lдоп.ст.(л), равное

ПДКводоёма=3 мг/л. При этом условии максимальный эффект очистки сточных вод будет равен

Учитывая, что в аэротенках максимально можно снизить концентрацию БПКполн до Lex=10 мг/л, то в технологическую схему очистки городских сточных вод необходимо включить глубокую доочистку очищенных сточных вод.

6.7.Выбор и обоснование схемы очистки сточных вод

иобработки осадков

Согласно выполненным расчётам для оценки необходимой степени очистки сточных вод в проекте предусматривается технологическая схема на полную биологическую очистку с последующей доочисткой по БПКполн до 3 мг/л сточных вод перед выпуском их в водоём.

С учётом того, что сточные воды подаются на очистку от главной канализационной насосной станции, в приёмном резервуаре которой установлены ре- шётки–дробилки с шириной щелей 6 мм, на очистной станции устанавливаем решётки с прозорами 5 мм. Содержание частиц крупностью до 5 мм по весу

74

сухого вещества в городских сточных водах составляет около 5 % от общего количества взвешенных веществ, вносимых в сточную воду одним человеком за сутки: 65 0,05=3,25 г/(сут чел.)= 8,25 л/(чел. год) = 0,0226 л/(чел. сут) [7, табл. 4.21]. Поэтому размер прозоров 5 мм [7, табл. 4.16] обеспечит более полное удаление из сточной воды крупных примесей. Применение решёток с прозорами 5 мм позволяет почти в 2 раза увеличить удаление из сточной воды загрязнений по сравнению с решётками, имеющими прозоры 16 мм. Такой технологический подход снижает вероятность попадания крупных органических веществ в песколовки и исключает возможность засорения гидроэлеваторов, предназначенных для удаления песка из песколовок.

Для удаления из сточной воды песка предусматриваем горизонтальные пес-

коловки с круговым движением воды усовершенствованного типа [7, рис. 4.28],

так как в песколовках этого типа будет улавливаться песок даже самых мелких фракций, включая 0,1 мм. Отсутствие в песколовке каких-либо устройств для сбора песка повышает их надёжность в работе и снижает отрицательное влияние на работу первичных отстойников, сооружений для обработки и обезвоживания осадков.

Осветление сточных вод предусматриваем в радиальных отстойниках,

т.к. у них значительно выше вероятность равномерного распределения воды между отдельными отстойниками за счёт применения дюкеров по сравнению с горизонтальными отстойниками, которые распределяют сточную воду лотками. Кроме того, скребковые механизмы ферм радиальных отстойников работают надёжнее, чем горизонтальных. А также в радиальных отстойниках можно полностью осуществить опорожнение воды на случай их ремонта. В горизонтальных отстойниках возможность выпуска воды составляет 1,5 м (через трубопровод выпуска осадка), а остальную воду нужно удалять с помощью специальных передвижных насосов, что потребует дополнительных затрат средств и усложнит эксплуатацию первичных отстойников.

Биологическая очистка осветлённых сточных вод будет происходить в аэротенках-вытеснителях, а отделение активного ила от очищенной сточной воды будем осуществлять во вторичных радиальных отстойниках.

Для глубокой доочистки сточных вод предусмотрим фильтрацию воды на барабанных сетках, микрофильтрах и фильтрах с зернистой загрузкой. Доочищенные сточные воды подлежат обеззараживанию перед выпуском в водоём.

Выбор технологии для обработки и обезвоживания осадка с учётом ко-

личества и качества образующихся осадков детально рассмотрен в разделе 7. Общая технологическая схема очистки сточных вод может быть традици-

онной, т.е. без стабилизации и усреднения расходов сточных вод и загрязнений в них, но она не обеспечит стабильных гидравлических нагрузок на все типы сооружений, а следовательно, очистная станция будет работать с низким качеством очистки сточных вод по часам суток, хотя потребуются большие капитальные и эксплуатационные затраты.

Поэтому чтобы обеспечить наилучшие показатели качества очистки сточных вод при меньших затратах, в проекте для усреднения расходов сточных вод и концентрации загрязнений предусматриваем резервуар-накопитель [7, гл.3].

75

6.8. Выбор типа и вместимости резервуара накопителя-усреднителя повышенной надёжности

Опыт эксплуатации существующих очистных станций свидетельствует о том, что максимальные расходы сточных вод превышают средние часовые рас-

ходы (см. табл. 48) почти в 2 раза (6,786/4,16≈1,631) и в 4–5 раз (6,786/1,5 = 4,47) превышают минимальные расходы. Наряду с этим, изменяются и концентрации загрязнений по часам суток, при этом максимальные загрязнения превышают минимальные значения также в 4 – 5 раз (см. [7, прил. 5 - 7, табл. П.5 – П.7]). Нагрузка загрязнений по их общему весу отличается значительно больше, т.к. максимальные концентрации загрязнений совпадают с максимальными притоками сточных вод, т.е. отличие максимальных загрязнений от минимальных практически составляет 20–25 раз. При таких существенных колебаниях загрязнений ни один тип сооружений очистной станции не может обеспечить стабильной степени очистки сточных вод высокого качества каждый час суток. Поэтому для конкретного случая проектируемой станции принимаем усреднитель в виде резервуара–усреднителя вместимостью 10 000 м3 с учётом буферного объёма воды для более полного усреднения как расходов, так и концентрации загрязнений [7, табл. 3.13].

Для возможности осмотра, очистки или ремонта усреднителей предусмотрено 2 отделения вместимостью по 5 000 м3 каждое. Глубину воды в усреднителе принимаем 5 м. Усреднители выполняются коридорного типа по схеме рис. 21.

Рис. 21. Схема размещения отделений усреднителя в плане

Площадь одного коридора в отделении усреднителя составит

fk=b(k) L(k)=6,0 36,0=216 м2.

Площадь одного отделения усреднителя будет равна

Fотд= fk nk= 216 5=1 080 м2.

Общая площадь двух отделений усреднителя находится по формуле

Fуср=Fи nотд. = 1 080 2 = 2 160 м2.

76

Общая вместимость усреднителя равняется

Wобщ.уср = Fуср Нраб = 2 160 5 = 10 800 м3.

Наличие в технологической схеме очистки сточных вод усреднителей расходов и концентраций их загрязнений гарантирует стабильность гидравлических условий в сооружениях и обеспечивает при меньшем числе каждого типа ёмкостей более высокий эффект снижения загрязнений в очищенных стоках.

Рассмотрим два варианта технологической схемы очистки городских сточных вод:

Вариант I – с использованием усреднителей расходов и концентрации загрязнений сточных вод при условии интенсификации технологических процессов и совершенствования конструктивных элементов типовых сооружений.

Вариант II – использование традиционной технологии – на пропуск максимального притока сточных вод с очисткой их в типовых ёмкостях (без усреднения расходов и загрязнений).

6.9. Выбор и расчёт решёток

Взвешенные вещества многофазовой системы с размером от нескольких сантиметров до коллоидных частиц величиной 10-6, которые содержатся в городских сточных водах, требуют квалифицированного подхода к решению задач максимального удаления нерастворимых веществ из сточной воды за максимально короткое время и при минимально возможных затратах.

Улавливание решётками взвешенных веществ крупностью до 5 мм включительно даст возможность увеличить количество задержанных загрязнений почти в 2 раза. Дальнейшее улавливание на решётках частиц крупностью до 3 – 2 мм хотя и обеспечивает увеличение съёма загрязнений на 10 – 20 %, но экономически менее целесообразно из-за возрастания расхода металла, снижения надёжности работы решёток, обусловленной частым расклиниванием пластин и поломкой зубьев граблей, а также снижения пропускной способности решёток

врасчёте на 1 м2 их площади.

Сучётом возможности расположения решёток после усреднителей расход

сточных вод на них будет поступать равным 1 912 м3/ч или qmid s=531,1 л/с. Для задержания отбросов из сточной воды принимаем решётку марки

МГ7Т усовершенствованного типа со следующими техническими характеристиками [7, табл. 4.2]:

ширина – 800 мм; ширина камеры в месте установи решётки – 950 мм; высота – 1 400 мм; ширина прозоров – 5 мм; толщина стержней – 2 мм; максимальная глубина воды перед решёткой (допустимая) – 0,9 м; число рабочих решёток – 2 и резервных – 1.

Определим число прозоров в решётке по формуле (4.3):

Вычислим расход сточных вод на одну решётку, л/с:

qmid (1) = qmid s / np( раб) = 531,12 = 265,55 л/с.

77

Выполним гидравлический расчёт подводящего и отводящего каналов одной решётки при расходе сточных вод на одну решётку, равном 265,55 л/с, по таблицам Федорова [4] для прямоугольных каналов. Полученные результаты занесём табл. 49 [7, табл. 4.13].

Таблица 49

Результаты гидравлического расчёта каналов

Проверим выполнение нормативных условий: 1) скорость в прозорах решётки должна отвечать требованиям 0,7<υ≤1 м/с; 2) скорость в камере перед решёткой должна быть не менее 0,4 м/с, чтобы не происходило выпадение песка.

Величинускоростидвиженияводывпрозорахрешёткивычислимпоформуле(4.2):

Скорость в камере перед решёткой определим по формуле (4.4):

Полученные результаты вычисления скоростей движения сточных вод как в прозорах решётки, так и в камере перед ней отвечают нормативным требованиям, поэтому есть все основания утверждать, что запроектированные решётки будут работать с высокой степенью надёжности.

Длина зоны расширения камеры (см. рис. 4) - l1 , м, определяется по фор-

муле (4.7) (при ϕ=20°):

l1 = 1,37 (Вкам. – Вк.) = 1,37 (0,95 - 0,6) = 0,48 м.

Длина зоны сужения камеры будет равна l2 =l1 /2=0,48/2=0,24 м. Рабочая длина камеры принимается равной высоте решётки, т.е. lраб =Нр=1,4 м.

Тогда общая длина камеры решётки, м, по формуле (4.10) составит: lобщ = l1 +l2 +lраб = 0,48+ 0,24+ 1,4 = 2,12 м.

Определим величину потери напора в решётке нового типа при прохождении воды через прозоры между пластинами, которые установлены под углом, равным γ= 80° к направлению потока, по формуле (4.20) [7]:

78

υ2

hp=ζобщ 2gр Kзасор =

где К1=0,29 cos3β; К2=5,92 cos4β; К3=11,58 cos5β.

b – ширина прозоров; S – толщина пластин; h – глубина потока. Количество снимаемых отбросов, задержанных на решётках в процессе

здесь а – объём осадка, л, снимаемого с решёток в расчёте на 1 человека в год. Зависит от ширины прозоров между прутьями решётки. Для решёток нового

здесь Кsm – исходная среднесуточная концентрация взвешенных веществ в сточ-

ной воде, поступающей на очистку, г/м3, после усреднения (Кsm =337,34

г/м3);

Qсут – суточный расход сточных вод, м3/сут (Qсут =45 885,93 м3/сут);

65 – нормируемое количество взвешенных веществ (по сухому веществу), которое вносится одним жителем в сточную воду за 1 сутки, г/(чел. сут). Вес снимаемых с решёток отбросов, кг/сут, при влажности Вотбр=80 % и

объёмном весе γотб = 750 кг/м3 определяем по формуле (4.13):

Ротб(В) =W отб γотб = 6,58 750 = 4 935 кг/сут.

Снятые отбросы с решёток наиболее рационально подвергать уплотнению на пресс-транспортёрах до влажности Вупл.отб=60 % и далее подвергать утилизации.

Объём уплотнённых отбросов, м3/сут, снятых с решёток, можно найти по

Фактическое количество абсолютно сухого вещества отбросов, снятых с решёток нового типа, кг/сут, следует определять по формуле (4.16):

а фактическое снижение концентрации загрязнений на решётках, г/м3, определим по формулам (4.17) и (4.18):

а) по взвешенным веществам

б) по БПКполн

∆ Lр =∆ Кр (1− Зотб ). = 21,51 (1-0,08)=19,79 , г/м3,

здесьЗотб – зольностьотбросов, снимаемыхсрешёток, вдоляхединицы(Зотб = 0,08). Если задержанные на решётках отбросы после дробления не будут вновь сбрасываться в очищаемую сточную воду, то концентрация загрязнений в сточ-

ной воде после решёток составит: а) по взвешенным веществам

К(1) = Кисх −∆Кр = 337,34 – 21,51 = 315,83 , г/м3;

б) по БПКполн

L(1) = Lисх−∆Lр = 390,09 – 19,79 = 370,3 , г/м3.

В том случае, если в технологической схеме не будет предусмотрено усреднение расходов и концентраций загрязнений в течение суток, то расчёт решёток следует вести на пропуск максимального часового расхода сточных вод. Только при выполнении этих условий на решётках принятой конструкции можно добиться адекватного снижения концентрации взвешенных веществ и

БПКполн, как и при равномерном притоке сточных вод.

При равномерном притоке сточных вод, т.е. Qmid=1 912 м3/ч, требуется две рабочие и одна резервная решётка марки МГ 7Т усовершенствованного типа.

По традиционной технологии расчёт следует вести на Qmax=3 113,86 м3/ч. Для очистки сточных вод в количестве, равном Qmax, потребуется 3,26 ≈ 4 шт. решёток. Следовательно, необходимо монтировать четыре рабочие и две резервные решётки. Такой подход к выбору технологической схемы приводит к удорожанию процесса очистки в два раза, но эффект останется таким же, как был при равномерной подаче воды. К тому же при неравномерной подаче сточных вод повышается вероятность выпадения песка в камере перед решёткой в часы минимального притока сточных вод.

6.10. Выбор и расчёт песколовок

Горизонтальные с прямолинейным движением воды

СНиП [1, табл. 27, 28] вводит ограничения для горизонтальных песколовок на следующие параметры: крупность песка должна быть 0,2 мм, максимальная скорость движения сточных вод - не более 0,3 м/с, гидравлическая крупность - U0= 18,7 мм/с. Поэтому на них улавливается только 50 % от общего количества песка, содержащегося в городских сточных водах. Нормативные скорости течения воды в песколовках требуют большой длины зоны отстаивания, а следовательно, и большой вместимости песколовок, что недостаточно рационально.

80