Учебное пособие 1964

Выберем типовые песколовки горизонтального типа с прямолинейным движением воды и дадим обоснование принятой конструкции. По техническим характеристикам (см. табл. 22) при суточном притоке сточных вод до 50 тыс. м3/сут и максимальном секундном расходе qmax s= 0,87 м3/с рекомендуется принимать песколовки с параметрами: длина –L= 15 м; ширина одного отделения – B = 2,8 м; глубина проточной части – Hраб= 0,55 м; число рабочих отделений – n= 2; объём рабочей зоны всех рабочих песколовок – 46,2 м3. Значение коэффициента К, учитывающего влияние вертикальной составляющей турбулентной пульсации потока воды, оценивается по формуле

При этих геометрических размерах в песколовке будет задерживаться песок гидравлической крупностью, мм/с:

т.е. U0( расч) <U0(теор) , потому что 17,5 мм/с<18,7 мм/с. Следовательно, в реко-

мендуемой песколовке будет задерживаться песок крупностью dп ≤ 0,2 мм. Снижение скорости течения воды в песколовке приведёт к увеличению

площади живого сечения всех песколовок и их рабочего числа, но при этом уменьшится величина турбулентной пульсации, а следовательно, сократится длина проточной зоны (табл. 50).

Таблица 50

Значения параметров величины К в песколовке длиной Lтип=15 м при различных скоростях движения воды

81

Из приведенных расчётных данных следует, что в зимнее время для улавливания песка dп= 0,2 мм из сточной воды с температурой Тw=10°C и скоростью движения, равной 0,3 м/с, потребуется песколовка длиной 26,2 м вместо 15 м, а в песколовке длиной 15 м будет улавливаться песок гидравлической крупностью

U0 = 2,97 1 000 0,55 0,3 = 32,67 мм/с, 15

которая соответствует крупности песка dп=0,3÷0,4 мм. В холодное время года из-за выноса крупного песка из песколовок произойдёт повышение зольности осадка в первичных отстойниках и снижение качества сбраживаемого осадка в метантенках.

Согласно данным [7, рис.1.2] в песколовках длиной 15 м при скорости течения воды 0,3 м/с будет улавливаться песок (0,95+1,5+4,5=6,95 %). Это составит: по весу – 4,51 г/(чел. сут); по объёму – 0,0074 л/(чел. сут), вместо нормируемых СНиП [1] – 0,02 л/(чел. сут). При таком качестве улавливания песка снижение концентрации загрязнений составит:

а) по взвешенным веществам

б) по величине БПКполн

∆ Lп=∆Кп (1− Зп )= 23,4 (1-0,55)=10,53 г/м3.

Низкие показатели работы песколовок при высоких скоростях движения сточной воды – 0,3 м/с в холодное время суток требуют более рационального подхода к выбору технологических параметров песколовок. К числу таких технологических условий относятся значения скоростей течения воды в песколовке до 0,1 м/с для улавливания песка мелких фракций до 0,1 мм гидравлической крупностью, равной U0=5,13 мм/с, при температуре воды Тw=10°C.

Значения коэффициентов К, учитывающих влияние вертикальной составляющей турбулентной пульсации потока для разных расчётных скоростей движения воды и разных диаметров песка, приведены, в табл. 51.

Таблица 51

Значения величин К при температуре воды Тw=10°C

Примечание: В песколовках может оседать песок, величина гидравлической крупности которого будет превышать величину турбулентной пульсации потока, т.е. U0 > ϖ.

Значения технологических параметров горизонтальных песколовок с прямолинейным движением воды представим после расчётов в табл. 52 и 53.

82

Сравнение данных табл. 52 и 53 показывает, что в горизонтальных песколовках с прямолинейным движением воды улавливание песка dп = 0,15 мм (гидравлической крупностью U0 = 11,49 мм/с) позволяет задержать песка более чем в 4 раза по сравнению с улавливанием песка крупностью dп = 0,2 мм. Для уменьшения длины песколовок и снижения суммарного объёма рабочей зоны наиболее целесообразно скорость течения воды в песколовке выбирать не более 0,15 м/с. Тогда влияние вертикальной составляющей турбулентной пульсации потока будет минимальным, и частицы смогут достигать дна за более короткое время и на более коротком расстоянии.

Для нашего примера целесообразно выбрать усовершенствованные горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды [7, табл. 4.38] со следующими техническими характеристиками:

•ширина одного отделения – 2,8÷3, м;

•рабочая глубина песколовки – 0,55÷0,56 м;

•скорость движения воды – 0,15 м/с;

•число рабочих отделений:

-при отсутствии усреднителя и максимальном притоке воды – 4 раб.+2 рез.;

-при наличии усреднителя и среднего притока воды – nраб= 2 шт. и nрез = 1шт.;

-тип песколовок – бункерный. Без специальных устройств для сбора осадка в песковые бункеры. Удаление осадка из бункеров следует выполнять

шнековыми насосами.

При наличии усреднителей можно включить в проект и новый тип горизонтальных песколовок с круговым движением воды (кольцевого типа) с распределительным впускным устройством, тонкослойными (ярусными) отстойниками и отводящим устройством как через водослив с тонкой стенкой, так и приёмную воронку в центральной части песколовки (патент РФ 2174858) [7,

рис. 4.28].

Расчёт горизонтальных песколовок с круговым движением воды

а) типовые конструкции

При пропуске максимального секундного расхода qmax s = 0,865 м3/с для улавливания песка крупностью dп = 0,2 мм принимаем 7-й тип песколовки [7, табл. 4.39] со следующими техническими характеристиками:

пропускная способность одной песколовки – q1 = 0,203 м3/с;

средняя скорость протекания воды в кольцевом лотке – υ = 0,22 м/с;

наружный диаметр песколовки – Дн = 6,0 м;

ширина кольцевого лотка – Вк. л = 1,5 м;

глубина проточной прямоугольной части – h1 = 0,25 м;

глубина треугольной части – h2 = 0,8 м;

количество рабочих песколовок nраб. п = 4,26 (принимаем nраб.п = 5 шт. и ре-

зервных nрез. п = 2 шт.).

При пропуске усреднённого расхода в количестве qmid s = 0,531 м3/с потребуется песколовок: nраб. п = 3 шт. и nрез. п = 1 шт.

85

Для улавливания в песколовках тех же типов песка крупностью dп= 0,15 мм из воды с температурой Тw=10°C и гидравлической крупностью песка U0 = 11,49 мм/с

потребуется типовых песколовок [7, табл. 4.40] для пропуска

qmax s = 0,865 м3/с - nраб. п= 7 шт. и nрез. п= 2 шт.; qmid s = 0,531 м3/с nраб. п = 5 шт. и nрез. п= 2 шт.

б) песколовки, снабжённые воронками в центральной части

Для 7-го типа песколовки [7, табл. 4.41] с отводом до 30 % воды через приёмную воронку, пропускная способность песколовки составит q1= 0,293 м3/с, в том числе через воронку – q1в= 0,098 м3/с;

а) при этих технологических условиях количество песколовок для улавливания песка крупностью dп= 0,2 мм с U0= 16,27 мм/с при Тw= 10 °C потребуется:

-при пропуске максимального расхода qmax s= 0,865 м3/с - nраб.п= 3 шт. и nрез.п= 1 шт;

-при пропуске усреднённого расхода qmid s= 0,531 м3/с nраб.п= 2 шт. и nрез.п= 1 шт; б) при пропускной способности q1= 0,245 м3/с (см. [7, табл. 4.42]) потребу-

ется для улавливания песка крупностью dп = 0,15 мм из воды с температурой

Тw= 10 °C и U0 = 11,49 мм/с для пропуска:

qmax s = 0,865 м3/с - nраб.п = 4 шт. и nрез.п = 2 шт.; qmid s = 0,531 м3/с nраб.п = 2 шт. и nрез.п = 1 шт.

За счёт улавливания в песколовках песка крупностью dп = 0,2 мм и U0 = 16,27 мм/с снижение концентрации загрязнений будет таким же, как при применении песколовок с прямолинейным движением воды:

а) по взвешенным веществам (см. табл. 52) ∆Кп = 23,4 г/м3;

б) по БПКполн ∆Lп = 10,53 г/м3,

а при улавливании песка крупностью dп = 0,15 мм с U0 = 11,49 мм/с снижение концентрации загрязнений составит:

а) по взвешенным веществам (см. табл. 53) ∆Кп = 96,48 г/м3;

б) по БПКполн ∆Lп = 38,59 г/м3.

в) усовершенствованные песколовки, снабжённые воронками

вцентральной её части и оборудованные дополнительно рядом тонкослойных модулей, расположенных друг за другом

вкольцевом лотке с переменными расстояниями между полками

Дальнейшее усовершенствование горизонтальных песколовок с круговым движением воды позволит без увеличения числа песколовок уловить песок, включая фракции dп = 0,1 мм. При этом снижения скорости движения воды в кольцевом лотке менее 0,15 м/с не потребуется. В то же время процент улавливания песка (включая dп = 0,1 мм) возрастёт после решёток с прозорами 5 мм и составит до 40 % от общего количества загрязнений, которые вносит один человек за 1 сутки в сточную воду (по сухому веществу). В песколовках будет оседать около 26 г/(чел. сут). Это из формул (4.74) и (4.75) составит по объёму

При этом зольность песка снизиться до 60÷65 %. Снижение концентрации загрязнений в сточной воде при улавливании в песколовках песка до 0,1 мм включительно составит:

Сравнительный анализ расчётного числа рабочих и резервных песколовок показал, что наличие усреднителя расходов сточных вод и концентраций загрязнений в них является целесообразным технологическим приёмом, т.к. ведёт к снижению числа рабочих песколовок, их суммарных объёмов, а следовательно, и стоимости строительства и эксплуатации.

Поэтому для экономической оценки окончательного выбора варианта типа и числа песколовок для рассматриваемого примера сопоставим параметры в табл. 54.

Таблица 54

Расчётные параметры альтернативных вариантов

Примечание: * при оборудовании песколовок тонкослойными модулями и улавливании песка крупностью dп = 0,1 мм и U0 = 5,13 мм/с

После сравнения данных табл. 54 можно сделать окончательный выбор типа песколовок с учётом их общего числа и стоимости.

Однако следует обратить внимание на то, что в горизонтальных песколовках с прямолинейным движением воды без оборудования тонкослойными модулями невозможно на альтернативной основе улавливать песок крупностью 0,1 мм. Снижение же скорости поступательного движения воды в традиционных песколовках до 0,1 м/с приведёт к увеличению их числа на 30 % и более, что экономически не целесообразно.

Поэтому для рассматриваемой станции очистки в качестве окончательного варианта наилучшим следует признать вариант с использованием в технологической схеме усреднителя с буферной вместимостью воды, решёток нового типа (А.св. СССР 992674) с прозорами 5 мм и пластинами, повернутыми под углом к оси потока в плане; песколовок горизонтальных с круговым движением воды усовершенствованного типа (патент РФ 2174858) с условием улавливания песка крупностью 0,1 мм и максимальным снижением в них концентрации загрязнений как по взвешенным веществам, так и по БПКполн.

6.11.Выбор и расчёт первичных отстойников

Вкачестве исходных данных примем следующие технологические пара-

метры: Qmax= 3 113,86 м3/ч; Qmid = 1 911,91 м3/ч.

По существующей методике расчёта, приведённой в СНиП [1], концентра-

ция взвешенных веществ принимается по среднему за сутки показателю, т.е. без учёта снижения концентрации загрязнений по взвешенным веществам на решётках и песколовках. Принцип снижения концентрации взвеси только в отстойниках, положенный в основу гидравлического расчёта первичных отстойников с учетом получения в них требуемого эффекта, является недостаточно объективным, потому что весь эффект от сооружений механической очистки

88

перекладывается только на первичные отстойники. Фактически загрязнения, удаляемые с решёток и песколовок, утилизируются отдельно и в первичные отстойники не попадают. Следовательно, концентрацию взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в первичные отстойники, целесообразно учитывать при условии снижения концентрации загрязнений в каждом типе сооружений, а также изменении эффекта оседающих веществ после решёток и песколовок. Поэтому концентрацию и эффект улавливания взвешенных (оседающих) веществ в состоянии покоя в лабораторных условиях необходимо принимать с учётом используемого варианта технологической схемы и полноты снижения концентрации взвешенных веществ на решётках и песколовках.

Вариант I (без усреднения расходов и концентрации загрязнений). Расчёт первичных отстойников ведём на пропуск максимального притока сточных вод в типовых сооружениях (решётки с прозорами 5 мм и улавливанием в песколовках песка крупностью до dп=0,2 мм включительно). Тогда концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в первичные отстойники, составит:

К0(I) = Ксм - ∆Кр - ∆Кп(0,2) = 337,34 – 21,51 – 23,4 = 292,43 г/м3.

Величина требуемого эффекта осветления сточных вод в первичных отстойниках Этр, %, определяется по формуле (4.89):

Этр= (К0(I ) − Квых )100 К0(I ) = (292,43 −100) 100 292,43 = 65,8 %.

Расчёт первичных радиальных отстойников по методу, изложенному в СНиП [1]

(для отстойников типовой конструкции)

Вычислим величину гидравлической крупности для глубины проточной зоны отстойников Нset= 3,1 м по формуле (4.183) [7] с учётом температуры сточных вод для наиболее холодного времени года (Тw.з= 13°С):

где Кset = 0,45; Hset = 3,1 м; Этр = 65,8 % и K0 = 292,43 мг/л [7,табл. 4.46];

tset = 4 800 c; h1 = 0,5 м; n2 = 0,25; νtb = 0,05 мм/с [7, табл. 4.47]; Tw = 18°C;

K0 = 292,43 мг/л; µlab = 0,0108 см2/с; Tw= 13°C; K0 = 292,43 мг/л; µpr= 0,0125 см2/с.

Принимаем радиальный отстойник диаметром Дset= 24 м с центральным впуском воды по трубопроводу dтр = 0,7 м. Производительность одного отстойника с принятыми геометрическими параметрами для достижения требуемого эффекта вычислим по формуле СНиП [1]:

qse t = 2,8 Кset (Д2set −d 2тр )U0(Tw ) = 2,8 0,45 (242 −0,72 ) 0,151 =109,5 м3/ч.

Необходимое количество рабочих первичных отстойников диаметром Дset= 24 м должнобыть

89

nпер.отс = Qmax = 3 113,86 = 28,44 шт., т.е. необходимо принять 29 рабочих от- qset 109,5

стойников.

Низкая надёжность методики расчёта, предложенная СНиП [1], даёт завышенные результаты по количеству отстойников, поэтому воспользуемся методом В.Д. Журавлева.

Метод расчёта первичных отстойников с использованием коэффициентов объёма отстойной зоны и полезного действия

(метод В.Д. Журавлева)

Коэффициент использования объёма отстойной зоны определим по фор-

муле (4.207) [7]:

Численные значения коэффициентов полезного действия определим по формуле (4.110) для различной продолжительности осветления сточных вод с температурой Tw= 13 °C в рабочем отстойнике. Результаты расчётов сведём в табл. 55, в ней удобно выполнять расчёты в среде Excel.

Таблица 55 Расчётные параметры радиальных первичных отстойников

µlab= 0,0108 см2/с; µpr= 0,0125 см2/с; Kо.и= 0,62

Кинетика осаждения взвешенных веществ при неподвижной сточной жидкости с содержанием в ней взвешенных веществ K0 = 292,43 мг/л и глубине слоя воды равной Hset= 3,1 м, может быть найдена за различное время отстаивания по формуле (4.108):

90