Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ имени В.В. Куйбышева)

Строительный институт

Кафедра гидравлики, водоснабжения и водоотведения

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНЦИЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

методические указания по выполнению курсового

проекта для студентов очной и заочной форм обучения

специальности 270112 "Водоснабжение и водоотведение"

Владивосток 2008

Методические указания по выполнению курсового проекта «Расчёт и проектирование станций очистки сточных вод». - для студентов специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение» очной и заочной форм обучения - Владивосток: Дальневосточный государственный технический университет, 2008. - 70 с.

Методические указания содержат рекомендации по выполнению курсового проекта “Расчёт и проектирование станций очистки сточных вод” для студентов очной и заочной форм обучения и составлены в соответствии с государственным образовательным стандартом специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».

В методических указаниях изложены требования к объему и оформлению курсового проекта, рекомендации по проектированию, список рекомендуемой литературы.

Составили преподаватели кафедры гидравлики, водоснабжения и водоотведения: канд. техн. наук, профессор В.В. Земляной, ст. преподаватель Л.В. Кучерова, ст. преподаватель А.А. Надёжкина.

Содержание

1. Общие положения

1.1 Цель курсового проекта

1.2 Исходные данные для проектирования

1.3 Оформление и содержание курсового проекта

2. Общие методические указания по выполнению курсового проекта

2.1 Определение расчетных расходов сточных вод объекта

2.2 Характеристика промышленных предприятий

2.3 Расчет концентраций загрязнений в сточных водах объекта

2.4 Определение необходимой степени очистки сточных вод

2.5 Составление ориентировочной технологической схемы очистных сооружений сточных вод и обработки осадка

2.6 Расчет сооружений механической очистки

2.6.1 Подбор размеров приемной камеры

2.6.2 Расчет решеток и подбор дробилок

2.6.3 Расчет песколовок

2.6.4 Расчет первичных отстойников

2.7 Расчет сооружений биологической очистки

2.7.1 Расчет аэротенков

2.7.2 Расчет вторичных отстойников

2.8 Расчет сооружений глубокой очистки стоков

2.9 Расчет сооружений по обеззараживанию стоков

2.9.1 Расчет смесителя

2.9.2 Расчет контактных резервуаров

2.9.3 Расчет хлорного хозяйства

2.10 Расчет сооружений по насыщению сточной воды кислородом

2.11 Расчет сооружений по обработке осадка

2.11.1 Расчет сооружений по обезвоживанию песка

2.11.2 Расчет илоуплотнителей

2.11.3 Расчет метантенков

2.11.4 Расчет сооружений для обезвоживания осадка

2.12 Описание вспомогательных зданий и сооружений

2.13 Описание генплана площадки очистных сооружений

2.14 Правила и требования к санитарно-защитным зонам

3. Построение продольного профиля движения сточной воды и ила по сооружениям

4. График выполнения курсового проекта

5. Вопросы для самопроверки

Литература

Приложение

1. Общие положения

1.1 Цель курсового проекта

Очистка сточных вод населенных пунктов и обработка осадков, образующихся при очистке стоков, является инженерно сложной задачей. Осложняет решение этой задачи разнообразие санитарного состояния, гидрологического режима и вида водопользования водного объекта. В Приморском крае к этому добавляется ограниченность территории при выборе площадки под строительство очистных сооружений.

При выполнении курсового проекта "Расчёт и проектирование станций очистки сточных вод" ставиться цель, научить студентов практическим приемам проектирования очистных сооружений, их компоновке на выбранной площадке под строительство с учетом всех нормативных требований.

Работа над курсовым проектом развивает у студентов навыки и умения пользоваться специальной, технической и нормативной литературой, анализировать исходные данные по объекту, осваивать элементы инженерных приемов при выборе технологической схемы очистки сточных вод и обработки осадков и решать генеральный план площадки методом вариантного проектирования.

Методические указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».

1.2 Исходные данные для проектирования

Для выполнения курсового проекта “Расчёт и проектирование станций очистки сточных вод” студент использует исходные данные, полученные на предыдущих этапах комплексного курсового проектирования. Недостающие характеристики студент принимает по прил.1, согласно своему варианту (В). Вариант задания (В) принимается по шифру (Ш) соответствующему последним двум цифрам номера зачетки. Если Ш = 00 то В = 50; если Ш 50 то В = Ш; если Ш 50 то В = Ш - 50.

Исходные данные для проектирования должны содержать:

а) Данные по населенному пункту:

- место расположения населенного пункта;

- количество жителей;

- норма водоотведения;

- среднегодовая температура воздуха;

- господствующий летний ветер.

б) Данные по промышленным предприятиям:

- наименование промышленных предприятий;

- среднесуточный расход сточных вод промышленных предприятий;

- количество смен работы;

- коэффициент часовой неравномерности.

в) Характеристики сточных вод промышленных предприятий с кратким описанием технологии студент самостоятельно выбирает из справочников, каталогов и других литературных источников со ссылкой на них. Можно воспользоваться [13].

г) Данные по водному объекту - приемнику сточных вод:

- категория водного объекта;

- расход 95% - ной обеспеченности (м³/с);

- концентрации загрязнений водного объекта по взвешенным веществам, БПК_полн., растворенному кислороду (мг/л);

- скорость течения (м/с);

- глубина реки (отметка в реке при паводночных расходах);

- коэффициент извилистости русла;

- расстояние между выпуском и контрольным створом.

д) Данные о площадке строительства:

- грунтовые условия;

- уровень грунтовых вод.

К заданию прилагается топографический план участка в масштабе 1:1000, на котором предполагается размещение очистных сооружений.

1.3 Оформление и содержание курсового проекта

Курсовой проект представляется к защите пояснительной запиской и чертежами.

Пояснительная записка выполняется в виде рукописного или печатного текста на бумаге стандартного формата А4 (210297 мм). Объем пояснительной записки не должен превышать 20 страниц.

Чертёж представляется одним листом формата А1, выполненным в соответствии с требованиями ГОСТ 21.205 - 93.

На листе студент вычерчивает:

генеральный план станции очистки сточных вод с технологическими трубопроводами, вспомогательными зданиями и сооружениями, элементами благоустройства и вертикальной планировки в масштабе 1:1000 или 1:500;

ситуационный план населенного пункта с водным объектом, площадкой станции очистки и выпуском очищенных сточных вод в масштабе 1:5000 с зоной санитарного разрыва и розой ветров;

условные обозначения, экспликацию сооружений, технические показатели объекта.

Профили движения воды и ила вычерчиваются на миллиметровой бумаге формата А1 с горизонтальным масштабом, соответствующим масштабу генерального плана станции очистки, с вертикальным масштабом 1:100, 1:200 и входят в состав пояснительной записки в качестве приложения. Оформление продольных профилей должно соответствовать требованиям ГОСТ 21.604 - 82 и [2: п. 119]. Профили по воде и илу строятся на основании компоновки генерального плана. На профиль наносятся отметки земли до и после планировки, уровень грунтовых вод. На профиле вычерчиваются отметки верха и низа канала, уровня воды в канале и уклоны.

Примерное содержание пояснительной записки представлено в прил.2.

2. Общие методические указания по выполнению курсового проекта

В работе над курсовым проектом, прежде всего, определяются:

расчетные расходы сточных вод объекта;

расчетные концентрации загрязнения в сточных водах объекта;

требуемая степень очистки сточных вод.

Далее составляется ориентировочная технологическая схема очистных сооружений сточных вод и обработки осадка, выполняется расчет сооружений механической и биологической очистки. Выполняется расчет сооружений глубокой очистки. Затем рассчитываются сооружения по обеззараживанию стока. Сооружения по насыщению кислородом сточных вод проектируются при необходимости, по результатам определения требуемой степени очистки. Далее выполняют расчет выпуска и сооружений по обработке осадков сточных вод. Определяются размеры всех вспомогательных зданий и сооружений.

После расчетов приступают к выполнению чертежных работ на листе формата А1 в масштабе 1:1000 или 1:500 и А2 в масштабе 1:50 или 1:100. Затем на миллиметровой бумаге вычерчиваются профили "по воде" и "по илу", горизонтальный масштаб соответствует масштабу плана, вертикальный масштаб 1:100 или 1:200.

2.1 Определение расчетных расходов сточных вод объекта

Первым этапом определяются расчетные расходы сточных вод от населения. Среднесуточный, среднечасовой, средне секундный расходы студент берет из курсового проекта «Расчет и проектирование водоотводящих сетей». Максимальные расходы определяются перемножением средних расходов на соответствующие коэффициенты общей неравномерности определенные по [4].

Расчетные расходы воды от промышленных предприятий принимаем из курсового проекта «Расчет и проектирование водоотводящих сетей» и условно считаем их максимальными.

Сумма расходов сточных вод от населения и промышленных предприятий составляет общий расход сточных вод. К общему расходу необходимо добавить 5% на неучтенные расходы.

Результаты расчетов сводятся в табл. 3.1. прил. 3.

2.2 Характеристика промышленных предприятий

Характеристика промышленных предприятий приводится в пояснительной записке в виде кратких рефератов размером 0,5 ? 1 стр. В реферате излагается краткое описание каждого вида производства с характеристикой состава сточных вод [13].

2.3 Расчет концентраций загрязнений в сточных водах объекта

а) Концентрация загрязнений бытовых сточных вод (мг/л) определяется по количеству загрязняющих воду веществ и удельному водоотведению на одного жителя по формуле:

, (1)

где а - количество загрязнений в сутки от одного человека [4: табл.25], г; q - норма водоотведения на одного жителя, л/(чел·сут).

Определённые по формуле (1) концентрации загрязнений бытовых сточных вод сводятся в табл. 3.2. прил. 3.

б) Концентрации загрязнений промышленных сточных вод принимаются по данным проектных организаций или из других источников [5: раздел XI], [13] и определяются по следующим показателям: БПК_полн. осветленных сточных вод, взвешенные вещества, СПАВ, азот, фосфор, соли тяжелых металлов, масла и нефтепродукты.

Концентрации загрязнений производственных сточных вод сводятся в табл. 3.2. прил.3.

в) Концентрация смеси бытовых и промышленных сточных вод населенного пункта (мг/л) определяется по формуле:

, (2)

где С_en^быт , С_en^пп - концентрация загрязнений бытовых и производственных сточных вод соответственно, мг/л; Q_{ср. сут}^быт , Q_{ср. сут}^пп - среднесуточный расход бытовых и производственных сточных вод соответственно, м³/сут.

Полученные результаты сводятся в табл. 3.2. прил.3 и анализируются на основании [5: табл. 4.2].

После этого делается заключение о необходимости предварительной или локальной очистки производственных сточных вод.

Сооружения по локальной очистке не рассчитываются. Указывается только, до какой концентрации по загрязнениям выполняется локальная очистка.

2.4 Определение необходимой степени очистки сточных вод

Перед тем как определять необходимую степень очистки, выполняется расчёт разбавления сточных вод в водных объектах. Для расчета разбавления в средних и больших реках используют метод Фролова-Родзиллера. Степень смешения и кратность разбавления очищенных сточных вод с водой водного объекта зависит от расхода воды в водном объекте, скорости течения, глубины, извилистости русла, расхода сточных вод, условий выпуска [13: гл. 4, 5].

Коэффициент смешения определяют по формуле:

, (3)

где Q - расход воды (при 95% - ной обеспеченности) в створе реки у места выпуска сточных вод, м³/с; q - расход сточных вод, м³/с; L - длина русла от места выпуска сточных вод до расчетного створа, принимаем 500 м; - коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения.

Коэффициент определяют по формуле:

, (4)

где - коэффициент, учитывающий место расположения выпуска (для руслового выпуска равный 1,5 а для берегового - 1); - коэффициент извилистости русла; Е - коэффициент турбулентной диффузии.

, (5)

где L_ф - длина реки между расчетными створами по фарватеру, м; L - длина реки между расчетными створами по прямой, м.

Коэффициент турбулентной диффузии определяют:

, (6)

где V_ср - средняя скорость течения воды в реке на участке между выпуском и расчетным створом, м/с; Н_ср - средняя глубина реки на участке, м.

Кратность разбавления сточных вод с водой водного объекта определяют по формуле:

, (7)

Затем выполняется расчет необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам, по БПК_полн. и по растворенному в воде водного объекта кислороду [5: гл. 5.3].

а) Необходимая степень очистки по взвешенным веществам определяется по формуле:

, (8)

где Р - допустимое санитарными нормами увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод, Р=0,25 мг/л для водоемов I категории (рыбохозяйственные I категории; источники водоснабжения), Р=0,75 мг/л для водоемов II категории (рыбохозяйственные II категории; источники культурно-бытового назначения); b - содержание взвесей в водоеме до спуска сточных вод, мг/л; Q - расход водного объекта 95 обеспеченности м³/с; q - максимальный расход сточных вод, м³/с.

Требуемый эффект очистки вычисляется по формуле:

%, (9)

где С_en - концентрация загрязнений городского стока по взвешенным веществам, мг/л.

б) Необходимая степень очистки сточных вод по БПК_полн определяется по формуле:

, (10)

где L_пд - предельно допустимая БПК_полн смеси речной и сточной воды в расчетном створе, мгО₂/л; L_р - БПК_полн речной воды до места выпуска сточных вод, мг/л; Q - расход водного объекта 95 обеспеченности м³/с; q - максимальный расход сточных вод, м³/с; К₁ - константа скорости потребления кислорода стоками, сут^-1 см. табл.3.3. прил.3; К₂ - константа скорости реаэрации кислорода, сут^-1 см. табл.3.4. прил.3; t - время перемещения сточных вод и воды водоема от места выпуска до расчетного створа, сут,

(11)

Если фактическая БПК_полн подлежащей сбросу сточной воды L_аL_ст, то до выпуска в водоем сточная вода должна быть очищена.

Требуемый эффект очистки определяется по формуле:

%, (12)

где L_а - концентрация загрязнений общего стока по БПК_полн, мг/л.

в) Расчет степени очистки сточных вод по потреблению растворенного кислорода без учета реаэрации производится по формуле:

, (13)

где О_Р - содержание растворенного кислорода в водоеме до спуска сточных вод, мг/л (по заданию); 0,4 - коэффициент пересчета БПК_полн в двухсуточное; О - допустимое минимальное остаточное количество кислорода в водоеме, принимаемое равным 4 мг/л для водоёмов II категории и 6 мг/л для водоёмов I категории.

Если полученное значение L_ст¹ < L_ст то сточные воды должны быть очищены до концентрации загрязнений L_ст¹ определённой расчетом.

Требуемый эффект очистки вычисляется по формуле:

%, (14)

По результатам расчетов делается заключение о необходимой степени очистки: механической, неполной биологической, полной биологической, полной биологической с глубокой очисткой стоков (при L_ст 15 мг/л) и по сооружениям для насыщения кислородом очищенных сточных вод (при L_ст¹ 0 мг/л). [4: п.п. 6.1 - 6.2].

2.5 Составление ориентировочной технологической схемы очистных сооружений сточных вод и обработки осадка

Составление предварительной технологической схемы очистки сточных вод и обработки осадка задача творческая. Для правильного выбора типа сооружений механической, биологической очистки и глубокой очистки нужно учитывать следующие факторы:

расчетную мощность очистных сооружений и возможность их расширения;

грунтовые условия площадки строительства, ее рельеф, общие размеры, необходимость вертикальной планировки;

отметки воды в водотоке при паводочных расходах;

уровень грунтовых вод на площадке;

возможность организации зоны санитарного разрыва;

повторяемость направлений ветра теплого периода года;

отметку подводящего коллектора, с учетом режима подачи стоков (самотечный или напорный) на первое сооружение станции.

В зависимости от количества сточных вод, рекомендуются следующий состав сооружений станции очистки приведенный в табл.4.1. прил.4.

Глубокая очистка сточных вод производится в биологических прудах, а при отсутствии достаточных площадей - на песчаных и двухслойных фильтрах или микрофильтрах.

Обеззараживание очищенной сточной воды при применении вместо жидкого хлора электролитического гипохлорита натрия осуществляется в электролизерах ЭН-100 на очистных станциях с пропускной способностью до 50000 м³/сут. Обеззараживание с применением жидкого хлора осуществляется на очистных станциях независимо от их пропускной способности.

На станциях очистки пропускной способностью до 50000 м³/сут при соответствующем обосновании допускается применять аэробную стабилизацию как избыточного активного ила, так и смеси его с осадком из первичных отстойников.

Стабилизированные осадки надлежит подвергать дальнейшей обработке. Наиболее правильным решением проблемы обработки осадка является переход на искусственные методы механического обезвоживания и термической сушки.

Более подробно с составлением технологической схемы станции очистки можно ознакомиться в [1].

Метод очистки, схема очистных сооружений, тип сооружений на площадке уточняется на основе технико-экономических показателей. [5: гл.66].

Примерная технологическая схема станции очистки сточных вод представлена на рис.1.

После выбора технологической схемы очистки сточных вод необходимо сделать описание работы водящих в ее состав сооружений и только потом приступать к их расчету.

Описание работы сооружений представленных на рис.1 выглядит следующим образом:

Сточные воды от города самотеком поступают на главную насосную станцию (ГНС). С ГНС стоки перекачиваются в приемную камеру 1 очистных сооружений (ОС) и самотеком поступают в здание решеток 2. В здании решеток устанавливаются решетки с прозорами не более 16 мм со стержнями прямоугольной формы или решетки - дробилки. В этом же здании размещаются насосы гидроэлеваторов для удаления песка из песколовок. Дробленые отбросы можно сбросить в лоток перед решетками или специальными насосами перекачать в приемный резервуар насосной станции метантенков.

К установке приняты аэрируемые песколовки 3, как обеспечивающие практически полную отмывку песка от органики. Удаление песка механизировано. Гидроэлеваторы подают песок в песковые бункера 22 для обезвоживания. Для измерения расхода устанавливается лоток Паршаля 4. Механическая очистка завершается в радиальных отстойниках 5 с удалением из них осадка плунжерными насосами.

Биологическая очистка стоков осуществляется в аэротенках с пневматической аэрацией 6. Вторичные отстойники радиального типа 7 приняты по аналогии с первичными. Принят смеситель воды с хлором типа "лоток Паршаля" 8. Контактные резервуары 9 горизонтального типа. Хлораторная 14 оборудована вакуумными хлораторами и совмещена со складом хлора.



Рис. 1. Технологическая схема станции очистки сточных вод: 1 - приемная камера; 2 - здание решеток; 3 - песколовки; 4 - измеритель расхода; 5 - первичные отстойники; 6 - аэротенки; 7 - вторичные отстойники; 8 - смеситель; 9 - контактные резервуары; 10 - выпуск; 11 - НС активного ила; 12 - воздуходувная станция; 13 - илоуплотнители; 14 - хлораторная со складом хлора; 15 - метантенки с насосной станцией; 16 - цех механического обезвоживания осадка; 17 - площадки для хранения кека; 18 - аварийные иловые площадки; 19 - газгольдеры; 20 - котельная; 21 - НС внутриплощадочной канализации; 22 - песковые бункеры; К14 - пескопульпа; К15 - обезвоженный песок; К27 - сливная вода; К20 - сырой осадок; К17 - активный ил; К18 - возвратный активный ил; К25 - избыточный активный ил; В - воздуховод; К26 - уплотненный активный ил; К5 - иловая вода; К22 - сброженный осадок; К24 - кек на удобрение; К23 - кек на хранение; 2К1Н - два напорных трубопровода бытовой канализации; К19 - осадок контактных резервуаров; Г - газ; Т - пар.

Активный ил из вторичных отстойников самотеком поступает в приемный резервуар насосно-воздуходувной станции 12. Одна группа насосов перекачивает возвратный активный ил в аэротенки, другая - избыточный активный ил в илоуплотнители 13. Уплотненный активный ил из уплотнителей и осадок из первичных отстойников самотеком поступают в приемный резервуар насосной станции метантенков 15.

Между метантенками расположена камера управления с соответствующим оборудованием.

Сброженный осадок из метантенков поступает в цех механического обезвоживания осадка. Подсушенный осадок направляется на сельскохозяйственные поля в качестве удобрения или складируется на площадках хранения кека 17.

Фильтрат от вакуум-фильтров направляется в уплотнители или хозяйственно-бытовую канализацию на площадке ОС.

При аварии цеха механического обезвоживания сброженный осадок из метантенков временно может обезвоживаться на резервных иловых площадках 18. Дренажная вода с иловых площадок самотеком поступает в хозяйственно-бытовую канализации ОС. Иловая вода с уплотнителей и осадкоуплотнителей цеха механического обезвоживания осадка направляется в хозяйственно-бытовую канализацию ОС, или, если позволяет высотное положение этих сооружений, в аэротенки. Дренажная вода песковых площадок направляется в хозяйственно-бытовую канализацию ОС.

Газ, получаемый в метантанках, аккумулируется в мокрых газгольдерах 19 и поступает в котельную 20.

На площадке ОС располагается административный корпус с химической лабораторией, гараж, проходная, ремонтная мастерская, насосная станция хозяйственно-бытовой канализации для перекачки стоков в голову ОС, обычно совмещенная с насосной станцией технической воды.

2.6 Расчет сооружений механической очистки

Расчет сооружений механической очистки выполняется на основании требований [4] и включает в себя:

подбор размеров приемной камеры;

расчет решеток и подбор дробилок;

расчет песколовок;

расчет первичных отстойников.

Подробные примеры расчетов сооружений механической очистки приведены в [11].

2.6.1 Подбор размеров приемной камеры

Размеры приемной камеры принимаются в зависимости от пропускной способности ОС, диаметра и количества напорных трубопроводов. Типовые размеры приемных камер см. табл.4.2. прил.4

2.6.2 Расчет решеток и подбор дробилок

Решетки рассчитываются на пропуск максимального секундного расхода [4: п.п.5.12-5.16, 6.16]. При расчете решеток определяется количество прозоров, по которым подбирается число и тип механизированных решеток. Количество резервных единиц решетчатого оборудования определяется по [4: табл. 22].

Решетки на площадке очистных сооружений можно не проектировать в случае установки насосной станции подкачки сточных вод в непосредственной близости от площадки (до 500 м). Установка шнековой станции подкачки стоков не исключает проектирование решеток на площадке очистных сооружений.

Для обоснования принятого типа решеток можно использовать технико-экономические показатели, приведенные в [5: гл. 66].

Число прозоров решётки определяют по формуле:

, (15)

где q_макс - максимальный расход сточных вод, м³/с; h₁ - глубина воды перед решёткой, м; ?_р - средняя скорость в прозорах решётки, около 1 м/с; k₃ - коэффициент, учитывающий стеснение прозоров граблями и задержанными загрязнениями, равный 1,05.

Общая ширина решёток

, (16)

где s - толщина стержней решётки, м; b - ширина прозоров между стержнями, м.

Принимая число решёток, равным N, находят ширину одной, по формуле:

. (17)

Тип решёток принимается по [5]. Схему установки решётки см. рис. 2.

Длину камеры решётки определяют конструктивно:

, (18)

где l₁ - длина камеры перед решёткой, м; l₂ - длина камеры за решёткой, м.

Отметка уровня воды перед решёткой

, (19)



Рис. 2. Схема установки решётки

где Z₁ - отметка дна канала перед решёткой, Z₁ = 0,1 м; h₁ - глубина воды в канале перед решёткой, м.

Для определения отметки уровня воды в канале после решётки Z₄, составляют уравнение Бернулли для двух сечений: I - I перед решёткой и II - II после решётки:

, (20)

где h_м - местные потери напора, м,

; (21)

? - коэффициент местного сопротивления решётки,

; (22)

? - коэффициент, равный 2,42 для прямоугольных и 1,72 для круглых стержней; ? - скорость движения воды в камере перед решёткой, м/с; g - ускорение свободного падения; р - коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора при засорении решётки, р = 3; Z₂ - отметка дна канала после решётки, Z₂ = 0 м; - глубина воды в канале перед решёткой, м; - глубина воды в канале за решёткой, м; , м/с; , м/с; В_к - ширина канала в месте установки решётки, м.

Подставляя соответствующие значения в уравнение Бернулли определяют величину h₂, а затем отметку Z₄.

Количество отбросов, снимаемых с решеток при прозорах размером 16 мм определяют по формуле:

, (23)

где а - количество отбросов, снимаемых с решетки, а = 8 л/годчел. [5]; N^вв_пр - приведенное число жителей по взвешенным веществам, чел.

, (24)

N_экв - эквивалентное число жителей, чел; N_ж - число жителей в населенном пункте, чел.

, (25)

С^пп_{en вв} - концентрация взвешенных веществ в сточных водах промышленного предприятия, мг/л; Q_пп - максимальный расход сточных вод промышленного предприятия, м³/сут; а - количество взвешенных веществ приходящихся на 1 жителя в сутки, 65 г/сут.

Отбросы, снятые с решетки, имеют плотность = 750 кг/м³, Р₀ - влажность 80%; к - коэффициент часовой неравномерности образования отбросов, к = 2. Тогда масса отбросов, т/сут, составит:

. (26)

За час снимается отбросов, кг/ч:

. (27)

Для дробления отбросов принимаем по [5] дробилки молоткового типа. Дробленые отбросы, сбрасываемые вновь перед решетками, поступят совместно с осадком первичных отстойников в метантенки.

2.6.3 Расчет песколовок

Песколовки рассчитываются на пропуск максимального секундного расхода и проверяются на пропуск минимального секундного расхода [4: п.п. 6.26-6.29, 6.31, 6.32]. Обосновать принятое решение можно, используя технико-экономические показатели, приведенные в [5: гл. 66].

Очень важно предотвратить попадание песка в первичные отстойники, так как при совместном выделении минеральных и органических примесей затрудняется удаление осадка и уменьшается его текучесть. В дальнейшем, песок, попадая в сооружения обработки и обезвоживания осадков нарушает их работу. Для глубокого удаления песка с размером зерен 0,15 мм и более применяют аэрируемые песколовки. Согласно [4] принимается не менее двух песколовок или отделений песколовок, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими.

Площадь живого сечения песколовки определяется по формуле:

, (28)

где n - число песколовок; V_S - скорость движения сточных вод, м/с, [4:табл.28].

Ширину песколовки В (м) принимают согласно [5], тогда её общая глубина H = / B (м).

Длина песколовки определяется по формуле:

, (29)

где K_s - коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения В/Н по [4: табл.27]; U₀ - гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от диаметра задерживаемых частиц песка по [4: табл. 27]; H_s - расчетная глубина песколовки м, H_s = Н / 2.

Определив размеры сооружения, принимаем типовой проект аэрируемой песколовки по [5].

Для аэрации стоков устанавливаем дырчатые трубы с отверстиями 3?5 мм. Аэраторы располагаются на глубине 0,7Н вдоль длинной стороны песколовки над лотком для сбора песка [4]. При интенсивности аэрации J = 3?5 м³/(м²ч) расход воздуха (м³/ч) при общей площади песколовок будет равен

. (30)

Расход технической воды при гидромеханическом удалении песка (гидросмывом с помощью трубопровода со спрысками укладываемого в песковый лоток) определяем по формуле [4]:

, (31)

где V_h - восходящая скорость смывной воды в лотке, 0,0065 м/с; в_sc - ширина пескового лотка 0,5 м; l_sc - длина пескового лотка, равная длине песколовки за вычетом длины пескового бункера, м.

Количество песка, задерживаемого в аэрируемых песколовках [4], а_п = 0,03 л/чел·сут, тогда общий объем песка (м³/сут) определяется по формуле:

, (32)

2.6.4 Расчет первичных отстойников

Первичные отстойники рассчитываются на максимальный часовой расход в м³/ч [4: п.п.6.57-6.77].

В курсовом проекте требуется определить основные технологические параметры сооружения (глубину проточной части отстойника или высоту зоны осаждения, длину и ширину отстойника или его диаметр, размеры осадочной части и т.п.).

При расчете отстойников с тонкослойными блоками и с вращающейся сборно-распределительной системой следует использовать [12].

Расчет отстойников (радиальные, вертикальные, двухъярусные) начинают с определения диаметра, а для горизонтальных - длины. Диаметр (длина) зависит от глубины проточной части отстойника (высоты зоны осаждения), которая принимается по [4: табл.31].

Эффект осветления в первичных отстойниках для городских сточных вод составляет 5055%, поэтому при наличии в сточной воде взвешенных веществ более 300 мг/л надлежит предусматривать интенсификацию первичного отстаивания [4: п.п.6.113-6.116].

Концентрация взвешенных веществ в осветленных сточных водах, подаваемых в аэротенки или биофильтры на полную биологическую очистку желательна не более 150 мг/л, так как высокие концентрации взвешенных веществ ведут к увеличению объёма сооружений по обработке осадка.

Чтобы проверить правильность принятого типа отстойника рекомендуется использовать технико-экономические показатели [5: гл. 66].

При определении эффекта очистки по взвешенным веществам необходимо учитывать технологические особенности отстойников, которые могут обеспечить эффект 50?60% (горизонтальные, радиальные), 30?40% (вертикальные), 70% (осветлители с естественной аэрацией).

Расчет радиальных отстойников с удалением из них осадка плунжерными насосами начинают с определения эффекта осветления. Вынос взвешенных веществ из первичных отстойников (C_cdp) должен быть не более 150 мг/л, тогда эффект осветления будет равен:

. (33)

Если эффект очистки ниже 50%, то целесообразно его повысить до 55%, тогда вынос взвешенных веществ из отстойников (мг/л) равен:

. (34)

Количество первичных отстойников следует принимать не менее двух при условии, что оба рабочие. Одновременно следует учитывать, что при минимальном их количестве расчетный объем необходимо увеличивать в 1,2 - 1,3 раза. Ориентировочно необходимое количество отстойников определим по нагрузке на зеркало воды, равной q=1,5?2м³/(м²·ч) [5]. Площадь отстойника (м²) равна:

. (34)

Определяем гидравлическую крупность частиц (мм/с), задерживаемых в отстойнике, при Э=55% и температуре стоков 20°С по формуле:

, (35)

где H_set - глубина зоны отстаивания, м; К_set - коэффициент использования объема проточной части отстойника, [4: табл.31]; t - продолжительность отстаивания, соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторных условиях в слое воды h₁=0,5 м, [4: табл.30]; n₂ - коэффициент агломерации, [4: черт.2].

Определяем радиус отстойников (м):

. (36)

Принимаем к установке типовой проект радиальных отстойников, диаметр и строительная глубина которых подобраны по [5].

Суточный объем осадка (м³/сут) равен:

, (37)

где P_mud- влажность осадка при удаления плунжерными насосами - 93,5%, самотеком - 95%; _mud - плотность осадка, 1т/м³.

2.7 Расчет сооружений биологической очистки

В блок биологической очистки входят следующие сооружения:

биофильтры или аэротенки;

вторичные отстойники.

Примеры расчетов сооружений биологической очистки приведены в [11].

2.7.1 Расчет аэротенков

Аэротенки-вытеснители следует принимать при отсутствии залповых поступлений токсичных веществ, т.е. при отсутствии в схеме канализации промпредприятий, которые могут сбросить токсичные вещества и при сравнительно равномерном поступлении сточных вод (малые максимальные коэффициенты общей неравномерности).

В остальных случаях целесообразнее применять аэротенки-смесители, биотенки.

Для малых очистных сооружений (производительностью до 1400 м³/сут) целесообразно применение аэротенков на полное окисление, аэротенков-отстойников.

В случае наличия в сточных водах веществ имеющих значительные различия в скорости окисления, что характерно для некоторых видов производственных сточных вод, следует принимать двухступенчатые аэротенки.

Если в аэротенки поступает сточная вода, имеющая концентрацию загрязнений по взвешенным веществам 150 мг/л и более, следует принимать аэротенки с регенераторами.

При расчете аэротенков различных видов следует использовать [12].

Для очистки любого количества бытовых сточных вод рекомендуются аэротенки-вытеснители коридорного типа: при БПК_полн > 150 мг/л - с регенераторами; при БПК_полн < 150мг/л - без регенераторов.

Продолжительность аэрации в аэротенке (ч):

, (38)

где a_i - доза ила в аэротенке, г/л, рекомендуется принимать исходя из технологии работы аэротенков-вытеснителей a_i = 1,5 г/л; L_en - величина БПК_полн сточных вод, поступающих в аэротенк, мг/л; L_eх - расчетная величина до которой в процессе очистки необходимо снизить БПК_полн, мг/л.

Степень рециркуляции активного ила R_i в аэротенке рассчитываем по формуле:

, (39)

где J_i - иловый индекс, см³/г, 100?150 см³/г рекомендуется принимать для хорошо оседающего ила бытовых сточных вод.

Величина R_i должна быть не менее 0,3 для отстойников с илососами, 0,4 - с илоскребами, 0,6 - при самотечном удалении ила из вторичных отстойников.

Определяем дозу ила в регенераторе (г/л) по формуле:

, (40)

Определяем удельную скорость окисления органических загрязнений в мг/(г·ч):

, (41)

где _max - максимальная скорость окисления, 85 мг·БПК_полн/(г·ч); C₀ - концентрация растворенного кислорода в аэротенке, 2 мг/л; K_l - константа, характеризующая свойства, органических загрязняющих веществ, 33 мг·БПК_полн/л; К₀ - константа, характеризующая влияние кислорода, 0,625 мг·O₂/л ; - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, 0,07 л/г. Данные приняты по [4:табл.40] и являются постоянными для городских сточных вод.

Определяем общее время (ч) пребывания стоков в аэротенке-регенераторе при зольности активного ила S = 0,3 по формуле:

, (42)

Определяем продолжительность регенерации t_r по формуле:

. (43)

Объем аэротенка, м³, равен:

, (44)

где q - расчетный расход сточных вод, м³/ч.

Вместимость аэротенков определяется по среднечасовому поступлению воды за период аэрации в часы максимального притока.

Объем регенератора равен

. (45)

Общий объем аэротенков с регенераторами:

. (46)

Перед подбором аэротенков необходимо определить процент от общего объема сооружения, отводимого под регенератор.

Согласно [4], следует принимать не менее двух секций аэротенка, обе рабочие. Одновременно необходимо обеспечивать мобильность работы аэротенков на случай аварии или текущего ремонта. Максимальное число секций может быть 8?10 секций. При подборе числа секций необходимо учитывать технологию строительства, удобство эксплуатации ОС, протяженность распределительных и сборных лотков. Задаваясь количеством секций аэротенка, принимаем по [5:табл.27.7] его типовой проект с шириной одного коридора b (м), шириной секции B (м), глубиной Н (м). Длина аэротенка равна:

, (47)

где W₁ - объём одной секции, м³.

Длина аэротенка должна быть кратна 3м - длине типовой панели при индустриальных методах строительства.

Определение расхода воздуха, подаваемого в аэротенк, производится по формуле:

, (48)

где q_air - удельный расход воздуха, м³/м³ очищаемой воды.

При пневматической системе аэрации (аэраторы - фильтросные пластины) удельный расход воздуха определяется по формуле:

, (49)

где q_о - удельный расход кислорода воздуха, мг/мг·БПК_полн, принимаемый при очистке до БПК_полн равной 15?20 мг/л - 1,1; при очистке до БПК_полн свыше 20 мг/л - 0,9; К₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора, при пневматической аэрации зависит от отношения площади зоны аэрации к площади аэротенка f_ar/f_at по [4: табл. 42]; при среднепузырчатой и низконапорной аэрации К₁=0,75; К₂ - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов h_а по [4: табл. 43]; К₃ - коэффициент качества воды; для городских сточных вод 0,85; при наличии СПАВ принимается в зависимости f_ar/f_at пo [4: табл.44]; К_Т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод,

; (50)

Т - среднемесячная температура воды за летний период, °С; С_а - растворимость кислорода в воде аэротенка, мг/л,

; (51)

С_Т - растворимость кислорода в воде по справочным данным, мг/л,; h_а - глубина погружения аэратора, м, для пневматических аэраторов равна глубине аэротенка Н (м).

Напор воздуходувок определяем по формуле:

, (52)

где h_a - глубина слоя воды, которую необходимо преодолеть воздуху при выходе из аэратора, равна глубине аэротенка, м; h_Ф - потери напора в аэраторах (фильтросах), принимаются с учетом увеличения сопротивления фильтросов во время эксплуатации 0,7 м; (h_Л + h_М) - потери напора по длине воздуховодов от воздуходувки до наиболее удаленного стояка к фильтросам, принимаются ориентировочно 0,3?0,5 м; h_З - запас напора на неучтенные потери, принимается 0,1 м.

Расчетное давление воздуходувок (МПа) определяют по формуле

. (53)

Подбираем воздуходувки с учетом расхода воздуха на нужды станции, который по опыту эксплуатации очистных сооружений водоотведения можно принять равным 10 % от расчетного расхода Q_о (м³/ч). Марку воздуходувок и их количество принимаем по [5: табл.28.1].

2.7.2 Расчет вторичных отстойников

Вторичные отстойники для станции биологической очистки сточных вод следует рассчитывать исходя из нагрузки на поверхность отстойников и максимального часового расхода [4: п.п. 6.160 - 6.163].

В этом же разделе определяется объем циркулирующего активного ила.

Вторичные отстойники предназначены для разделения иловой смеси после аэротенков на очищенную воду и активный ил. Количество вторичных отстойников следует принимать не менее 3, все рабочие. При минимальном количестве объем принимаем с коэффициентом 1,2-1,3 [4]. Все типы отстойников после аэротенков следует рассчитывать по гидравлической нагрузке на зеркало воды отстойника (м³/(м²·ч)) по формуле

, (54)

где K_SS - коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимается для радиальных отстойников 0,4; a_t - концентрация ила в осветленной воде (вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников), принимается в зависимости от степени очистки по взвешенным веществам, но не менее 10 мг/л; a_i - концентрация активного ила в аэротенке по расчету, но не более 1,5 мг/л; Н_set - расчётная глубина отстойника, м.

Площадь вторичных отстойников (м²):

. (55)

По аналогии с первичными отстойниками принимаем вторичные по [5].

Определяем прирост активного ила (мг/л) в аэротенках по формуле:

, (56)

где C_cdp - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л.

Суточный объем активного ила (м³/сут) при влажности Р₁ = 99,6 % равен:

. (57)

Количество возвратного (циркулирующего) активного ила (м³/ч) при степени рециркуляции R_i = 0,3 и расчетном расходе сточных вод q, м³/ч равно:

. (58)

Проверяем время пребывания активного ила во вторичных отстойниках (ч), которое должно быть не более 2 часов во избежание снижения окислительной способности активного ила.

, (59)

где W - объем иловой зоны отстойника при её глубине h_i (м) и диаметре отстойника D (м), м³; n - число отстойников; q_i - максимальный часовой расход избыточного активного ила (м³/ч) с учетом его концентрации в зоне регенерации 4 г/л, равный:

. (60)

2.8 Расчет сооружений глубокой очистки стоков

Расчет сооружений глубокой очистки сточных вод производится в зависимости от выбранного типа сооружений. Фильтры и контактные осветлители, микрофильтры и барабанные сетки рассчитываются по [4: п.п.6.232 - 6.249].

Конструктивные элементы песчаных фильтров рассчитываются по методике расчета водопроводных сооружений [8; 11].

Расчет биологических прудов ведется по окислительной способности пруда [4: п.п. 6.198-6.214].

Также к сооружениям глубокой очистки относятся резервуары и насосные станции промывных вод и оборота промывных вод. Емкость резервуаров промывных вод рассчитывается на хранение двух промывок. Емкость резервуаров оборота промывных вод должна определяться с таким расчетом, чтобы перекачка промывной воды в начало сооружений производилась в часы минимального притока. Учитывая это же условие, выполняется подбор насосного оборудования перекачки промывных вод.

Площадь (м²) однослойных песчаных фильтров с восходящим потоком воды, определяется по формуле

, (61)

где Q_max - производительность станции очистки сточных вод, м³/сут; T - продолжительность работы станции в течение суток, 24 ч; ?_ф - скорость фильтрования, 11 м/ч; n - количество промывок каждого фильтра в сутки, n = 1; W₁ - интенсивность, л/(с·м²), первоначального взрыхления верхнего слоя загрузки продолжительностью t₁, ч; W₂ - интенсивность подачи воды, 4 л/(с·м²), с продолжительностью водовоздушной промывки t₂ = 10 мин = 0,17 ч (только при водовоздушной промывке); W₃ - интенсивность промывки, 6 л/(с·м²), продолжительностью t₃ = 8 мин = 0,13 ч; t₄ - продолжительность простоя фильтра из-за промывки, 0,33 ч; m - коэффициент, учитывающий расход воды на промывку барабанных сеток, m=0,005.

Число фильтров определяют по эмпирической формуле

. (62)

Площадь одного фильтра

. (63)

Размер фильтра в плане L?B м.

Принимаем число фильтров, находящихся в ремонте, N_р = 1. Тогда скорость фильтрования воды при форсированном режиме

, (64)

Эта скорость не превышает скорости допускаемой на форсированном режиме работы фильтров [4].

2.9 Расчет сооружений по обеззараживанию стоков

Прежде всего, выбирается метод обеззараживания, затем ведется расчет основного оборудования. При хлорировании определяется расчет хлора по максимальному часовому расходу сточных вод, объем расходного склада хлора, смесительное устройство и объем контактного резервуара [4: п.п. 6.221- 6.231].

2.9.1 Расчет смесителя

Для смешения хлора с очищенной сточной водой принимаем смеситель типа "лоток Паршаля" рис. 3. Размеры смесителя подбирают с учетом расхода сточных вод по [5: табл. 16.2].

В пояснительной записке необходимо привести схему лотка, выписать из таблицы его размеры и привязать к своей схеме очистки. Подбирают размеры подводящего и отводящего лотка таким образом, чтобы .

Длину участка до створа полного смешения определяем по формуле:

. (65)

Длина отводящего лотка до створа полного перемешивания, если Е = 1,7 м

. (66)

Потери напора в смесителе определяют по формуле

. (67)

где ; ; i = 0,002.

Рис. 3. Схема смесителя: 1 - подводящий лоток; 2 - переход; 3 - хлоропровод; 4 -подводящий раструб; 5 - горловина; 6 - отводящий раструб; 7 - отводящий лоток; 8 - створ полного смешения

2.9.2 Расчет контактных резервуаров

Контактные резервуары рассчитываются на максимальный приток сточных вод, и время контакта воды с хлором не менее t = 30 мин. Контактные резервуары необходимо проектировать без скребков, которые при контакте с хлором подвергаются коррозии. Число резервуаров принимается не менее двух. В качестве контактных резервуаров принимают вертикальные отстойники с самотечным удалением осадка или горизонтальные отстойники, оборудованные системой труб с насадками для смыва осадка технической водой с днища отстойника к осадочной части, предварительно взмученный осадок, удаляется самотеком под гидростатическим давлением.

Объем контактных резервуаров равен:

, (68)

Принимаем тип контактного резервуара по [5].

Количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, следует принимать, при влажности Р_ок = 98% [4]: после механической очистки а = 1,5 л/м³; после биологической очистки в аэротенках и на биофильтрах a = 0,5 л/м³. Тогда объем осадка (м³/сут) определяется по формуле:

. (69)

Осадок может обезвоживаться как после предварительного сбраживания в метантенках, так и непосредственно в сооружениях для обезвоживания осадка (иловые площадки).

2.9.3 Расчет хлорного хозяйства

Дезинфекция сточных вод осуществляется жидким хлором. Расчетную дозу активного хлора Д_хл следует принимать: после механической очистки - Д_хл = 10 г/м³, после неполной биологической очистки - Д_хл = 5 г/м³; после полной биологической очистки - Д_хл = 3 г/м³. Остаточного хлора в обеззараживаемой воде должно быть не менее Д_хл = 1,5 г/м³. Мощность хлораторной установки определяется исходя из максимального расхода сточных вод и дозы хлора.

Суточный расход хлора (кг/сут) составит:

. (70)

Максимальный часовой расход хлора (кг/ч) равен:

. (71)

В хлораторной предусматривается установка не менее двух хлораторов ЛОНИИ-100К (один рабочий, один резервный).

Количество баллонов-испарителей необходимых для обеспечения полученной производительности определяют по зависимости:

, (72)

где S_бал - выход хлора с одного баллона, кг/ч·м², см. табл. 4.3. прил. 4.

В соответствии с требованиями [4] для размещения оборудования и баллонов с хлором предусматривается помещение состоящее из хлордозаторной и расходного склада хлора. Хлордозаторная оборудуется двумя выходами, один - через тамбур, а второй - непосредственно наружу (со всеми дверями открывающимися наружу). Расходный склад хлора отделён от хлордозаторной огнестойкой стеной без проёмов.

Баллоны испарители хранятся в расходном складе хлора. Для контроля за расходованием хлора на складе устанавливают двое циферблатных весов на которых размещается по 6 баллонов [5]. Весы с баллонами являются частью двух самостоятельных установок для испарения и дозирования хлора, работающих периодически.

Хлордозаторная обеспечивается подводом воды питьевого качества с давлением не менее 0,4 МПа и расходом

, (73)

где q_в - норма водопотребления, 0,4 м³/кг хлора.

Для транспортирования хлорной воды рекомендуются неметаллические трубы, например полиэтиленовые высокой прочности (ПВП) ГОСТ 18599-73. На территории станции очистки сточных вод, трубы прокладывают в отдельных канала или в футлярах из труб.

Расходный склад хлора проектируется согласно на 15 суточный запас хлора. Общее количество хлора (кг) на складе равно

. (74)

Расстояние от склада хлора до производственных помещений не менее 30 м, а расстояние до общественных и жилых зданий 300 м. Хлораторная и склад хлора оборудуются вентиляционными установками с 12-кратным обменом воздуха.

2.10 Расчет сооружений по насыщению сточной воды кислородом

Расчет сооружений по насыщению очищенных сточных вод кислородом ведется по [4: п.п.6.216-6.220].

2.11 Расчет сооружений по обработке осадка

Расчет сооружений по обработке осадков сточных вод выполняется на основании требований [4]. При выборе способа обработки осадка первым условием является покрытие нужд станции теплом за счет утилизации осадка. Вторым условием является ограниченность площадей, отводимых под площадки очистных сооружении и иловые поля.

Перед расчетом составляется таблица основных параметров по осадку:

количество осадка из первичных отстойников - м³/сут;

влажность осадка - %;

количество сухого вещества осадка - кг/сут;

количество избыточного активного ила - м³/сут;

влажность ила - %;

количество сухого вещества ила - кг/сут.

Далее намечается схема обработки осадка и состав сооружений. Принимаемый метод обосновывается с указанием преимуществ [11, 5, 2].

При расчете сооружений по обработке осадков сточных вод нужно помнить про иловую воду, которая отделяется в процессе снижения влажности осадка во время уплотнения, кондиционирования и механического обезвоживания.

Примеры расчетов сооружений по обработке осадков приведены в [11].

В качестве примера приведены следующие расчёты сооружений по обработке осадка:

расчёт песковых площадок или песковых бункеров;

расчет илоуплотнителей;

расчет метантенков;

расчет сооружений для механического обезвоживания осадка;

расчёт аварийных иловых площадок.

2.11.1 Расчет сооружений по обезвоживанию песка

Песок с водой в отношении 1:20 (пескопульпа) с помощью гидроэлеваторов подается для обезвоживания на песковые площадки или при суточном расходе сточных вод до 75 000 м³/сут в песковые бункеры, оборудованные гидроциклонами.

а) Полезная площадь песковых площадок (м²) определяется по нагрузке на площадку 3 м³/(м²·год) [4];

, (75)

где ?_п - количество песка, задерживаемого в песколовках, м³/сут.

...