Очистка сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные этапы проектирования

1.1 Определение средних концентраций загрязнений общего стока

В проекте рассматривается случай совместной очистки сточных вод города и промышленных предприятий. Концентрация загрязнений по взвешенным веществам и БПК_полн для бытовых сточных вод определяется по формуле

С = a 1000 / q, (1)

где С - концентрация загрязнений, мг/л;

а - количество загрязнений на одного жителя, г/сут, см /1/, табл. 25;

q - норма водоотведения на 1 жителя, л/сут.

.

Концентрация загрязнений сточных вод от промышленных предприятий принимается по заданию с учетом эффективности работы локальных очистных сооружений и по данным справочника проектировщика /5/.

Средние концентрации загрязнений общего стока определяются для любого из ингредиентов по формуле

C_en=, (2)

где С_еn - средняя концентрация загрязнений в общем стоке, мг/л;

С_b - концентрация загрязнений в бытовых сточных водах канализованных районов, мг/л;

С_пр, С_г - концентрация загрязнений в стоках предприятий и гаражей, мг/л,

Q_б - расход бытовых сточных вод канализованных районов, м³/сут;

Q_пр, Q_г - расход сточных вод предприятий и гаражей, м³/сут;

Q - расход бытовых сточных вод на промышленных предприятиях, м³/сут.

Расход Q_б включает сумму расходов жилой застройки и сосредоточенных расходов от бань, прачечных, школ и больниц.

При определении С_еn загрязнения в бытовых и душевых стоках промышленных предприятий не учитываются, так как они учтены в сумме загрязнений от населения города. По формулам (1), (2) и определяют концентрацию загрязнений в общем стоке по взвешенным веществам и БПК_полн.

Концентрация загрязнений по взвешенным веществам

С_еn= ;

Концентрация загрязнений по БПК_полн в исходном стоке равна

L_en=;

Концентрация загрязнений по БПК_полн

L_en=;

Концентрация загрязнений по жирам

;

Концентрация загрязнений по нефтепродуктам

.

1.2 Определение приведенного числа жителей

Приведенное число жителей представляет собой сумму фактически проживающего в городе населения и эквивалентного (фиктивного) числа жителей, т.е. такого их числа, которое вносит такую же массу загрязнении в общий сток, как и заданный расход промышленных сточных вод

N_пр = N + N_ф, (3)

N_ф = / б, (4)

где N_пр - приведенное число жителей;

N - фактическое население города;

N_ф - число жителей, эквивалентное загрязнению промышленных стоков;

- сумма произведений концентраций одноименных загрязнений на соответствующие расходы промышленных сточных вод.

Приведенное число жителей определяется по взвешенным веществам и БПК_п согласно формулы (4)

чел.;

чел.

Приведенное число жителей согласно формулы (3) составляет

чел.;

чел.

1.3 Определение коэффициента смешения или кратности разбавления сточных вод водой водоема

Согласно заданию на проектирование, сточные воды после очистки сбрасываться в реку. Действующие санитарные нормы требуют предельно минимального содержания загрязнений в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водоем, глубокая же очистка стоков зачастую дороже, чем менее глубокая, но учитывающая самоочищающую способность водоемов, участвующих в разбавлении сбрасываемых в них стоков.

Для учета расхода реки, участвующего в разбавлении, определяют коэффициент смешения по формулам Фролова-Радзиллера в следующей последовательности

ц = L_ф/L_пр (5)

Е = V_срH_ср/200, (6)

б = цо, (7)

в = , (8)

а = , (9)

где а - коэффициент смешения;

Q - наименьший среднемесячный расход воды в год 95%-ной обеспеченности в створе реки у места выпуска, м³/с;

q - средний расход вод, сбрасываемых в водоем, м³/с;

ц - коэффициент извилистости реки;

L_ф - расстояние по фарватеру реки от выпуска до расчетного створа, м;

L_пр - то же по прямой, м;

Е - коэффициент турбулентной диффузии;

V_cр - средняя скорость воды в водоеме на участке между выпуском сточных вод и расчетным створом, м/с;

Н_ср - средняя глубина водоема на этом же участке, м;

о - коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод в водоем: при выпуске в фарватер о = 1,5.

ц = ;

Е = ;

б = ;

в = ;

а = .

1.5 Определение необходимой степени очистки сточных вод

Расчет необходимой степени очистки сточных вод, учитывая вид водоема (в данном курсовом проекте водоем хозяйственно-питьевого назначения), проводят по следующим показателям: взвешенным веществам; допустимой величине БПК_полн; потреблению растворенного кислорода без учета и с учетом реаэрации /2, 12/.

1) Расчет необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам. Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в спускаемых в водоем сточных водах определяют по формуле

m = p + b, (10)

где а - коэффициент смешения;

р - допустимое санитарными нормами увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод, мг/л;

Q - наименьший среднемесячный расход воды в водоеме 95%-ной обеспе-ченности, м³/с;

q - расход сточных вод, м³/с;

b - содержание взвесей в водоеме до спуска сточных вод, мг/л.

m = 0,25 + 10 = 12,65 мг/л.

Эффект необходимой очистки определяется в процентах по формуле:

Э = , (11)

где С_en - средняя концентрация взвешенных веществ в сточной воде до очистки, мг/л.

Э=.

2) Расчёт необходимой степени очистки сточных вод по БПК_полн, учитывающую самоочищение сточных вод в воде водоема за счет биохимических процессов, а также разбавление сточных вод водами водоема БПК_полн сточной жидкости, которая должна быть достигнута в процессе очистки, определяют по формуле

L_ex=(L_nd - L_p )+, (12)

где L_nd - предельно допустимая БПК_полн смеси речной и сточной воды в расчетном створе, мгО₂/л, принимается по табл. 1 /3/;

L_Р - БПК_полн речной воды до места выпуска сточных вод, мгО₂/л,

K₁, К₂ - константы скорости потребления кислорода сточной и речной водой, сут^-1;

t - время перемещения сточных вод и воды водоема от места выпуска до расчетного створа, t=L_ф/L_cр, сут.

Константа скорости потребления кислорода К₁ зависит от температуры сточных вод, поступающих на очистку, и принимается по табл. 2 /3/.

L_ex = мг/л.

Если фактическая БПК_п подлежащей сбросу в водоем сточной воды L_en>L_ex, то до выпуска в водоем сточная вода должна быть очищена; необходимый эффект очистки определится по формуле:

Э = , (13)

Э = %.

3) Определение степени очистки сточных вод по растворенному кислороду. Расчет по указанному показателю производится без учета реаэрации и с учетом реаэрации.

Расчет без учета реаэрации водоема производится по уравнению

= 2,5 (14)

где O_p - содержание растворенного кислорода в водоеме до спуска сточных вод, мг/л (по заданию);

0,4 - коэффициент перерасчета БПК_полн в БПК₂;

О_d' - допустимое минимальное остаточное количество кислорода в водоеме, ринимается по прил. 1/3/.

=2,5;

Э=%.

Расчет с учетом реаэрации учитывает то, что в водоеме одновременно происходят два процесса: потребление кислорода на минерализацию органических веществ, поступающих со стоками в водоем, и пополнение его в воде водоема за счет кислорода, поступающего через поверхность водного зеркала (реаэрация).

При одновременном действии обоих процессов во взаимно противоположном направлении окончательная скорость изменения дефицита кислорода может быть определена по уравнению

D_t = , (15)

где D_t - дефицит кислорода в воде водоема через t суток, мг/л, D_t=D_кр=С_р-О_д;

К₁ - константа потребления кислорода;

К₂ - константа растворения кислорода;

L_a - БПК_полн смеси водоема и сточных вод в момент выпуска в водоем, т.е. в начальный момент потребления кислорода, мг/л;

D_a - начальный дефицит кислорода в воде водоема, мг/л, D_a=С_р-О_р, мг/л;

С_р - предельная растворимость кислорода в воде водоема при заданной температуре;

t - время в сутках, через которое наступает критическое (наибольшее) уменьшение содержания растворенного кислорода.

Из уравнения (15) находят L_a, при этом считают, что если концентрация содержащегося в речной воде растворенного кислорода в критической точке не станет ниже нормативной для данной категории водоема О_д в течение первых двух суток, то это снижение не произойдет и в дальнейшем (t=t_кр=2; 2,5 сут).

Полученную величину L_а подставляют в уравнение (16) и определяют

t_кр = (16)

Величину БПК_полн в сточных водах, допустимых к спуску в водоем L из условий кислородного режима в водоеме, определяют по формуле

L (17)

D_t = 8,53 - 4 = 4,53 мг/л;

D_a = 8,53 - 7,8 = 0,73 мг/л.

Все предварительно найденные данные подставляются в уравнения (15) и (16)

4,53 = ;

t_кр=.

Принимаем t_кр=2,5 сут, подставляем в (15), отсюда L_a=16 мг/л.

Определяем степень очистки сточных вод по кислороду с учетом реаэрации по формуле (17)

L мг/л.

В данном случае не требуется биохимическая очистка, так как L_en<L.

1.6 Выбор метода очистки сточных вод и состава сооружений

На основании полученной необходимой степени очистки сточных вод согласно таблицы 4 /3/ принимаем схему с полной биологической очисткой, рисунок 1.

Состав сооружений в выбранной схеме очистки подбираем, руководствуясь /2, 5/, табл. 5 /3/ и приложениями 2, 3 /3/.

Выбранная схема функционирует следующим образом.

Сточные воды от города самотеком поступают на главную насосную станцию, таблица притока приведена выше (таблица 1). С ГНС стоки перекачиваются в приёмную камеру 2 ОС и самотёком поступают в здание решеток 3. В здании решеток устанавливаются решетки с прозором 16 мм со стержнями прямоугольной формы и решетки-дробилки. В этом же здании размещаются насосы гидроэлеваторов для удаления песка из песколовок. Дробленые отбросы сбрасываются в лоток перед решетками.

К установке приняты аэрируемые песколовки 4, как обеспечивающие практически полную очистку песка от органики. Удаление песка механизировано. Гидроэлеваторы подают песок на песковые площадки 4^/ для обезвоживания. Для измерения расхода устанавливается лоток Паршаля 5. Механическая очистка завершается в радиальных отстойниках 6 с удалением из них осадка плунжерными насосами. Биологическая очистка стоков осуществляется в аэротенках 7. Вторичные отстойники 8 приняты по аналогии с первичными - радиального типа. Смеситель воды с хлором 9 принят типа «лоток Паршаля». Контактные резервуары 10 горизонтального типа. Хлораторная оборудована вакуумными хлораторами и совмещена со складом хлора.

Активный ил из вторичных отстойников самотеком поступает в приемный резервуар насосно-воздуходувной станции, а затем в илоуплотнители. Уплотненный активный ил поступает в насосно-воздуходувную станцию, а затем в метантенки для сбраживания. Сброженный осадок подается на обезвоживание в цех механического обезвоживания. Иловая вода выделяющаяся в процессе уплотнения подается самотеком в сборную канализацию станции.

Обезвоживание смеси производится с помощью центрифуг, а выделяющийся фугат подается на площадки хранения кека.

При аварии цеха механического обезвоживания стабилизированный осадок может обезвоживаться на резервных иловых площадках.

Дренажная вода с иловых площадок самотеком поступает в станцию дренажной вод, откуда перекачивается в хозяйственно-бытовую канализацию ОС.

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

2. Расчет сооружений, входящих в состав очистной станции

Сточные воды на ОС подаются главной насосной станцией. Условно принимаем, что максимальная подача насосной станции соответствует максимальному притоку стоков на ГНС, а минимальная подача - минимальному притоку на ГНС.

Тогда расчетные расходы для очистных сооружений будут равны

суточный Q_сут = 53900 м³/сут;

среднечасовой Q_mid = 2245,8 м/ч;

максимально-часовой Q_max= 2865,55 м³/ч;

минимально-часовой Q_min= 151040,8м³/ч;

среднесекундный q_mid = 9623,8 л/c;

максимально-секундный q_max = 796 л/с;

минимально-секундный q_min = 289,1 л/c.

2.1 Приемная камера ОС

Размеры приемной камеры принимаются в зависимости от пропускной способности ОС, диаметра и количества напорных трубопроводов по /2/.

При пропускной способности q_max = 796 л/c стоки на ОС подаются по двум напорным чугунным водоводам диаметром 600 мм со скоростью 1,41 м/с /4/. Принимаем камеру марки ПК-2-60Б с размерами: А = 1500 мм, В = =2000 мм, Н = 1600 мм.

2.2 Расчет решеток

Расчет решеток производится на максимальную подачу сточных вод (796 л/с).

Определяем количество отбросов, снимаемых с решеток при прозоре 16 мм, по формуле

W_оm= (18)

где а - количество отбросов, снимаемых с решетки, л в год на 1 чел. /5/;

N - приведенное число жителей по взвешенным веществам, чел.

W_оm =м³/сут.

Согласно /1/ при количестве отбросов более 0,1 м³/сут к расчету приняты механизированные решетки с транспортировкой отбросов к дробилкам. На ОС устанавливаем две рабочих и одну резервную решетку.

Сточные воды к решетке подводятся лотком, сечение которого определяется по /6/ при V_л 1 м/с: В = 1,0 м; V_л = 1,15 м/с; i= 0,0011.

Все лотки на ОС следует проверять на пропуск расхода при интенсификации их работы с коэффициентом 1,4. В данном случае лоток должен пропускать расход 769•1,4=1114,4 л/с при наполнении 0,9, а V_л = 1,12 м/с при тех же потерях на единицу длины, В=1,0 м.

Решетка устанавливается в расширенной части лотка (камере решетки). Ширина камеры определяется по ширине решетки по формуле

В_р = S (п-1) + bп; (19)

п = q_max/(bh_pV_p), (20)

где S - толщина стержня решетки, м /5/;

n - число прозоров, шт.,

b - ширина прозора, м;

h_р - высота слоя воды перед решеткой (h_р = h_л), м;

V_р - скорость течения воды в прозорах решетки, принимается от 0,8 до 1 м/с /5/.

Принимая S=8 мм; b = 16 мм; V_р - 1,0 м/с; h_р = 0,9 м, получим число прозоров решетки

п = 796/() = 55 шт.

Ширина решетки В_р = 0,008 (55-1) + 0,016•55 =1,312 м

Принимаем по /5/ или приложению 8 /3/ механизированную решетку МГ-8Т с размерами ВН = 1400x2000; ширина канала в месте установки решетки В_р = 1570 мм с радиусом поворота решетки R= 2850 мм.

Проверяем среднюю скорость в камере перед решеткой

V_k = q_max / B_p h_p (21)

V_k = 0,796 / (1,570 • 0,9)=0,56 м/с.

Так как V_к > 0,4 м/с, то в уширенной части камеры заиливание происходить не будет.

Определяем длину камеры решетки в плане

L_k=l₁+l_k + 1₂+l₃+l₄; (22)

l₁= (23)

где l₁ - длина уширения при входе лотка в камеру,

- угол уширения, обычно принимается 20⁰;

l₁

l_к - запас на конструктивные габариты самой решетки (принимают от 0,2 до 0,3), м;

l₂ - горизонтальная проекция решетки, м, принимаем равной радиусу поворота решетки по /5/;

l₃=1,0 м, принимаем конструктивно;

l₄ - длина сужения за решеткой, м; l₄ = l₁ / 2 = 0,78 / 2= 0,39 м.

Общая длина камеры решетки равна

L_k = 0,78 + 0,3 + 2,85 + 1,0 + 0,39 =5,32 м.

Определяем высоту камеры решетки

H_k = h_p + ?h + h_b, (24)

где h_р - высота слоя воды перед решеткой, м;

?h - потери напора во всех узлах камеры решетки, м;

h_b - высота бортов камеры решетки, принимаемая конструктивно 0,5 м.

Потери напора в решетке определяются по формуле

h = о (V² / 2 q) K, (25)

где К - коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора в действующей решётке по сравнению с новой, К = 3;

о - коэффициент местного сопротивления решетки:

о = в (S / b)^3/4sinц; (26)

где в - коэффициент, зависящий от формы стержней решетки, для рекомендуемых /1/ прямоугольных стержней в=2,42;

ц - угол наклона решетки к горизонту, рекомендуется 60⁰

о = 2,42 (0,008 / 0,016)^3/4 0,83,

h = 0,83 (1,0² / 2= 0,13 м = 13 см.

Кроме потерь в собственно решетке имеются местные потери при повороте, расширении потока жидкости при входе в камеру решетки, сужении потока и его поворотах на выходе из камеры решетки. Эти потери определяют по известным формулам гидравлики. Условно принимаем потери до решетки равными 10 см и в канале после решетки 10 см. Общие потери в камере решетки ?h = 0,33 м.

Н_k = 0,9 + 0,33 + 0,5 = 1,73 м.

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

Р= W_отс /1000 (27)

Р= 3,9•750/1000= 2,93 т/сут,

за час снимается P_ч= (P/24) К=2,93•2 / 24 = 0,244 т/ч=244 кг/ч.

Для дробления отбросов принимаем дробилки молоткового типа Д-35 (одна рабочая и одна резервная) производительностью от 300 до 600 кг/ч /5/. Дробленые отбросы, сбрасываемые вновь перед решетками, поступят совместно с осадком первичных отстойников в метантенки.

2.3 Расчет песколовок

Осадки стоков обрабатываются метантенках, поэтому очень важно предотвратить попадание песка в первичные отстойники. Для глубокого удаления песка с размером зерен 0,15 мм и более предусмотрены аэрируемые песколовки. Расчет песколовок проводится на максимально секундный расход 796 л/с = 0,796 м³/с. Согласно /1/ принимается не менее двух песколовок или отделений песколовок, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими. Площадь живого сечения песколовки

щ=q_max/nV_s, (28)

где n - число песколовок;

V_s - скорость движения сточных вод, м/с /табл. 28, 1/.

щ=0,796/2•0,08 = 5,0 м².

Ширину песколовки В принимают согласно /5/ 3 м, тогда ее общая глубина равна Н = щ/В = 5/3 = 1,7 м.

Длина песколовки определяется по формуле

L_s= (29)

где К, - коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения В/Н =3/1,5= =1,25 по табл. 27 /1/;

U₀ - гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от диаметра задерживаемых частиц песка по табл. 27 /1/; U₀=13,2 мм/c;

H_s - расчетная глубина песколовки, м, принимаемая равной Н/2=1,7/2=0,85

L_s== 12,3 м.

Длина песколовки должна быть кратна 3 м - длине типовой панели при индустриальных методах строительства. Принимаем песколовку длиной 12 м, шириной 3 м, рабочей глубиной 2,1 м, с числом отделений 2.

Для аэрации стоков устанавливаем дырчатые трубы с отверстиями от 3 до 5 мм. Аэраторы располагаются на глубине 1,96 м вдоль длинной стороны песколовки над лотком для сбора песка /1/. При интенсивности аэрации J= 3 м³/(м² ч) расход воздуха при общей площади песколовок будет равен

Q = JF = JnBL_s; (30)

Q = 3•2•3·12 = 216 м³/ч.

Расход технической воды при гидромеханическом удалении песка (гидросмывом с помощью трубопровода со спрысками, укладываемого в песковой лоток) определяем по формуле

q = V_h, (31)

где V_h - восходящая скорость смывной воды в лотке, 0,0065 м/с;

b_sc - ширина пескового лотка, 0,5 м;

l_sc - длина пескового лотка, равная длине песколовки за вычетом длины пескового бункера, равной 3 м.

q=м³/с.

Количество песка, задерживаемого в аэрируемых песколовках /1/, a_n = 0,03 л/чел.•сут, тогда общий объем песка определяется по формуле

W_п = а_n N/1000, (32)

W_п = 0,03 • 177410 / 1000 = 5,3 м³/сут.

2.4 Расчет сооружений для обезвоживания песка

Песок с водой в отношении 1:20 (пескопульпа) с помощью гидроэлеваторов подается для обезвоживания на песковые площадки.

Полезная площадь песковых площадок определяется по нагрузке на площадь 3м³/(м² год)

F = W_п 365 / 3, (33)

F = 5,3 • 365 / 3=645 м².

Для удобства эксплуатации ширину карт В принимаем от 10 до 15 м, длину равной (2-2,5) В м. Принимаем две карты размерами 15Ч25 м.

Количество дренажных вод при объемной массе песка 1,5 т/м³ определяется по формуле

Q_в=30ю_n (34)

Q_в =30•7,87=236,1 м³/ч.

Дренажные воды самотеком поступают в бытовую канализацию

2.5 Измеритель расхода сточных вод

Для измерения расхода сточных вод при расходе q_max = 769 л/с принимаем лоток Паршаля /2/ с общей длиной

l = l₁ + l₂ + l₃ = 145 + 60 + 90 = 295 см = 2,95 м.

С шириной подводящего и отводящего лотка соответственно 1,08 и 0,8 м. Размеры подводящего и отводящего канала должны быть учтены при гидравлическом расчете распределительных лотков на ОС.

2.6 Расчет первичных отстойников

Расчет производят по максимально-часовому расходу. К расчету приняты радиальные отстойники с удалением из них осадка плунжерными насосами с влажностью 93,5%. Концентрация взвешенных веществ в неосветленной воде 213,95 мг/л. При расчете отстойников следует учитывать дополнительные загрязнения, образующиеся непосредственно на площадке ОС при обработке осадков сточных вод, которые ориентировочно принимаются по приложениям 4, 6 /3/.

В данном случае дополнительные загрязнения от осадка первичных отстойников - 8,3 мг/л и от обработки избыточного активного ила на вакуум-фильтрах - 17,8 мг/л.

Таким образом, концентрация взвешенных веществ, поступающих в первичный отстойник, составит: 213,95 + 8,3 + 17,8 = 240,05 мг/л.

При определении эффекта очистки по взвешенным веществам необходимо учитывать технологические особенности отстойников, которые могут обеспечить эффект от 50 до 60% (радиальные), и вынос взвешенных веществ из первичных отстойников, который должен быть не более 150 мг/л, тогда эффект осветления будет равен

Э= (35)

Э=

Целесообразно повысить эффект очистки до 55%, тогда вынос взвешенных веществ из отстойников равен

С_сdp = С_еn (1-Э) (36)

C_cdp = 240,05 (1-0,55) = 108 мг/л.

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 q, равной от 1,5 до 2 м³/(м²ч) (/5/или приложение 11 /3/).

Площадь отстойников равна

F = Q_max / q, (37)

F = 2865,55 / 1,5 = 1910 м².

При диаметре отстойника 40 м площадь зеркала воды равна 1256 м², принимаем 4 отстойника с глубиной зоны отстаивания Н_set = 3,65 м.

Определяем гидравлическую крупность частиц, задерживаемых в отстойнике, при Э = 55% и температуре стоков 20°С по формуле

u_o=, (38)

где H_set - глубина зоны отстаивания, м;

К_set - коэффициент использования объема проточной части отстойника, табл. 31/1/;

t - продолжительность отстаивания, соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторных условиях в слое воды h₁₌ 0,5 м, табл. 30 /1/;

n₂ - коэффициент агломерации (черт. 2 /1/).

u₀₌ мм/c.

Определяем радиус отстойников

R=, (39)

R=18,1 м

Принимаем к установке на ОС четыре радиальных отстойника диаметром 40 м, строительной глубиной 4 м, типовой проект 902-2-86/75. Объем отстойной зоны равен 4580 м³, общий объем отстойников равен V_осв=18320 м³.

Суточный объем осадка равен

W_mud=, (40)

где P_mud - влажность осадка при удалении плунжерными насосами - 93,5%;

- плотность осадка, т/м³.

W_mud= м³/сут.

2.7 Расчет аэротенков

Средняя величина БПК_полн сточных вод, поступающих в аэротенк, составляет L_en = 137,72 мг/л. С учетом дополнительных загрязнений, принятых по приложениям 4 и 5, получим уточненную величину L_en. Дополнительные загрязнения от обработки осадка первичных отстойников равны 5 мг/л, избыточного активного ила - 16,6 мг/л. К расчету принята L_en= 159,32 мг/л. В процессе очистки необходимо снизить БПК_полн до L_eх = 15 мг/л.

Для очистки любого количества бытовых сточных вод рекомендуются аэротенки-вытеснители коридорного типа. Поскольку БПК_полн > 150 мг/л то необходим аэротенк с регенератором.

Продолжительность аэрации в аэротенке

t_бt =, (41)

где а_i - доза ила в аэротенке, г/л, рекомендуется принимать исходя из технологии работы аэротенков-вытеснителей а_i = 1,5 г/л.

t_бt= ч.

Степень рециркуляции активного ила R_i в аэротенке рассчитываем по формуле

R_i=, (42)

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

R_i=.

В данном случае вторичные отстойники должны быть оборудованы илоскребами для удаления осевшего ила, поэтому величина R_i должна быть не менее 0,4.

Определяем дозу ила в регенераторе по формуле

б_r = а_i (43)

б_r=1,5=0,4 г/л

Определяем удельную скорость окисления органических загрязнений

с=с_max, (44)

где р_max - максимальная скорость окисления, 85 мг БПК_пояи/(г ч);

С₀ - концентрация растворенного кислорода в аэротенке, 2 мг/л;

K₁ - константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, 33 мг БПК_полн/л;

К₀ - константа, характеризующая влияние кислорода, 0,625 мгО₂/л;

ц - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, 0,07 л/г.

Данные приняты по табл. 40 /1/ и являются постоянными для городских сточных вод.

мг/(г ч)

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

t₀=, (45)

t₀=ч.

Определяем продолжительность регенерации t_r по формуле

t_r = t_o - t_бt, (46)

t_r = 7,8 - 2,1 = 5,7 ч.

Объем аэротенка, м³, равен

W_бt = t_бt (1 + R_i) q_ю, (47)

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

Расчетный расход стоков принимается равным среднему за часы максимального притока. В данной работе суммарный приток за t_бt = 2,1 часа аэрации (см. табл. 1) равен

W_бt = 2,1 (1 + 0,3) •2858,75 = 7804 м ³.

Объем регенератора

W_r= t_r, (48)

W_r = 5,7 • 0,3 • 412858,75 = 4888 м³.

Общий объем аэротенков с регенераторами

W_б=W_бt+W_r, (49)

W_б = 7804 + 4888 = 12692 м³.

Перед подбором аэротенков необходимо определить процент от общего объема сооружения, отводимого под регенератор. В данном случае под регенератор отводится 63% от общего объема аэротенка. Принимается трехкоридорный аэротенк, в котором 66% коридоров можно отвести под регенерацию активного ила.

Согласно /1/ следует принимать не менее двух секций аэротенка, обе рабочие. Одновременно необходимо обеспечивать мобильность работу аэротенков на случаи аварии или текущего ремонта. Максимальное число секций может быть от 8 до 10 секций. При подборе числа секций необходимо учитывать технологию строительства, удобство эксплуатации OC, протяженность распределительных и сборных лотков.

Размеры площадки первичных отстойников в плане при их диаметре 40 м и размещении в центре насосной станции для удаления осадка равны 90Ч90 м. Тогда ширина всех секций аэротенка принимается порядка 90 м. Принимаем по табл. 27.7 /5/ пять секций аэротенка, объем одной секции W_l = 12692/5= =2538,4 м³.

Принимаем типовой проект аэротенка 902-2-193 с шириной одного коридора b = 6 м, шириной секции В = 18 м, глубиной Н = 4,4 м.

Длина аэротенка равна

L = W₁/ B•H, (50)

L = 2538,4 / 18•4,4 = 32 м

Длина аэротенка должна быть кратна 3 м - длине типовой панели при индустриальных методах строительства. Принимаем аэротенк длиной 32 м.

Определение расхода воздуха, подаваемого в аэротенк, производится по формуле

Q = q_бir q_ю, (51)

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

При пневматической системе аэрации (аэраторы - фильтросныe пластины) расход воздуха определяется по формуле

q (52)

где q₀ - удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК_полн, принимаемый при очистке до БПК_полн равной 15-20 мг/л, и 1,1, при очистке до БПК_полн свыше 20 мг/л - 0,9;

К - коэффициент, учитывающий тип аэратора, при пневматической аэрации зависит от отношения площади зоны аэрации к площади аэротенка f/f по табл. 42 /1/; при среднепузырчатой и низконапорной аэрации К= 1,7;

K - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов h_а по табл. 43 /1/ равен 2,72;

К - коэффициент качества воды: для городских сточных вод 0,85, при наличии СПАВ принимается в зависимости от f/f=0,25 /табл. 44, 1/;

К - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который определяется по формуле

К (53)

где Т - среднемесячная температура воды за летний период,°С;

С - растворимость кислорода в воде аэротенка, мг/л, определяется по формуле

C (54)

где С - растворимость кислорода в воде по справочным данным, мг/л, принимается по приложению 1;

h_а - глубина погружения аэратора, м, для пневматических аэраторов равна глубине аэротенка H=4,4 м.

Проведем расчет в следующей последовательности:

С_б=(1 + 4,4 / 20,6)•8,53 = 10,35 мг/л,

K_T =1 + 0,02 (Т-20) = 1 + 0,02 (24 - 20) = 1,08.

Определим площадь зоны аэрации. Фильтросные пластины располагаются вдоль длинной стороны коридора в 2, 3 ряда. Размеры фильтросной пластины в плане 30x30 см. Просветы между рядами фильтросных пластин 30 см входят в зону аэрацию. Ширина зоны аэрация при 3 рядах пластин равна 1,5 м. Длина зоны аэрации принимается равной длине аэротенка, тогда при ширине коридора 6 м отношение f/f1,5/6 = 0,25.

м³/ч.

Необходимый расход воздуха равен

Q = 6,11 • 412858,75 = 17467 м³/ч

Определяем напор воздуходувок по формуле:

Н = h_а + h +h ⁺h_м +h (55)

где h_а - глубина слоя воды, которую необходимо преодолеть воздуху при выходе из аэратора, равна глубине аэротенка;

h - потери напора в аэраторах (фильтросах), принимаются с учетом увеличения сопротивления фильтросов во время эксплуатации 0,7 м;

(h_я + h_м) - потери напора по длине воздуховодов от воздухоловки до наиболее удалённого стояка к фильтросам, принимаются ориентировочно от 0,3 до 0,5 м;

h- запас напора на неучтенные потери, принимаемся 0,1 м.

H = 4,4 + 0,7 + 0,5 + 0,1 = 5,7 м

Расчётное давление воздуходувок

p=, (56)

р=атм = 0,155 МПа.

Подбираем воздуходувки с учетом расхода воздуха на нужды самой станции, который по опыту эксплуатации ОС можно принять равным 10% от расчётного расхода, Q = 3617467 • 1,1 = 19214 м³/ч. Принимаем по табл. 28.1 /5/ к установке 2 рабочих и 1 резервную воздуходувки марки ТВ-175-1.6 производительностью 10000 м^э/ч с давлением 0,163 МПа. Мощность электродвигателя 320 кВт.

2.8 Расчёт вторичных отстойников

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 /1/. Все типы отстойников после аэрофильтров следует рассчитывать по гидравлической нагрузке на зеркало воды отстойника по формуле /1/

q_ssa= (57)

где К - коэффициент использования объема зоны оттаивания, принимается для радиальных отстойников 0,4;

а - концентрация ила в осветлённой воде (вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников), принимается в зависимости от степени очистки по взвешенным веществам, но не менее 15 мг/л,

a_i - концентрация активного ила в аэротенке по расчету, но не более 1,5 мг/л.

Тогда нагрузка на вторичные отстойники равна

q_ssa=1,55м³/(м²ч).

Площадь вторичных отстойников

F_set = Q_max / q_ssa, (58)

F_set = 2865,55 / 1,55 = 1849 м².

По аналогии с первичными отстойниками принимаем вторичные отстойники D = 40 м с площадью зеркала воды 1256 м². Вводим коэффициент 1,3, так как число отстойников минимальное, тогда F_set =2403,7 м².

Принимаем три вторичных отстойника, типовой проект 902-2-90/75 с рабочей глубиной 4,35 м.

Определяем напор воздуходувок по формуле

p_i=0,8 C_cdp + 0,3L_en, (59)

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

p_i = 0,8 •108 + 0,3•159,32 = 134,2 мг/л.

Тогда суточный объем активного ила при влажности р_l =99,6% равен

W_i=, (60)

W_i= м³/сут.

Количество возвратного (циркулирующего) активного ила при степени рециркуляции R_i = 0,3 равно

q_ai=R_i, (61)

q_ai = 0,3 • 2858,75 = 857,6 м³/ч.

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

T_i =, (62)

где W - объем иловой зоны отстойника при ее глубине h_i = (4,35-3,65) = 0,7 м и диаметре отстойника 40 м.

W = рr²h_i, (63)

W = 3,14 • 20² •0,7 = 879 м³

п - число отстойников;

q_i - максимальный часовой расход избыточного активного ила с учетом его концентрации в зоне регенерации 4 г/л.

После истечения 2^-х ч активный ил подаем на рециркуляцию.

Тогда

q_i=p_i, (64)

q_i = 134,2 • 2858,75 / 4000 = 95,9 м³/ч.

T_i= ч.

2.9 Расчет смесителя хлора с водой

Для смешения хлора с водой принимаем смеситель типа «лоток Паршаля», рисунок 2.

Принимаем размеры смесителя с учетом расхода сточных вод по табл. 16.2 /5/. Пропускная способность в данном случае 49750 м³/сут. Подбираем размеры подводящего и отводящего лотка /6/ таким образом, чтобы 0,65 .

Подводящий лоток при q_тах = 796 л/с: В = 1000 мм; h =0,9 м; i =0,001; V= 1,07 м/с.

Отводящий лоток при q_тах = 796 л/с: В = 1000 мм; h =0,7 м; i =0,0011; V= 1,05 м/с.

Рисунок 2 - Схема смесителя

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

Отношение (0,9-0,7)/0,9=0,22

Длина отводящего лотка до створа полного перемешивания при Е = 1,7 м, F=0,9 м

l= L - (E + F+ 0,6 + 0,4) (65)

l= 11 - (1,7 + 0,9 + 0,6 +0,4) = 7,4 м.

Определяем потери напора в смесителе по формуле

(66)

где Z = 0,3H_A = 0,3•0,61 = 0,183 м;

Z^/ =il = 0,0011•7,4 = 0,0081 м.

= 0,183 + 0,0081 = 0,191 м.

2.10 Расчет контактных резервуаров

Контактные резервуары рассчитываются на максимальный приток сточных вод (Q_мах = 2865,55 м³/ч), и время контакта воды с хлором 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 принимаем 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

W=Q_max, (67)

W = 2865,55 • 0,5 = 1432,8 м³.

Принимаем контактный резервуар по табл. 12.5 /5/; с шириной отделения 6 м, длиной 24 м, глубиной 2,8 м, числом отделений 4.

Количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, следует принимать в литрах на 1 м³ cточной воды, при влажности р_ок = 98% /1/: после биологической очистки на биофильтрах а = 0,5;

Тогда количество осадка в данном случае

W_oк=, (68)

W_оk = 0,5•53900 / 1000 = 26,95 м³/сут.

Осадок будет обезвоживаться в цехе механического обезвоживания после предварительного сбраживания в метантенках.

2.11 Расчет выпуска

Расстояние от выходного колодца контактных резервуаров до уреза воды в реке при высоком горизонте воды принимается (уточняется при выполнении генплана ОС) 50 м. В данной работе принят выпуск очищенных стоков в фарватер реки (о= 1,5). Ширина реки 100 м (по заданию), а оголовок выпуска устанавливается в наиболее глубоком месте русла на расстоянии 60 м от уреза воды (при высоком горизонте воды).

Таким образом, длина выпуска равна 110 м. Выпуск в реку осуществляют водоводом в одну нитку. Определяем диаметр выпуска /6/ при расходе q_max = 796•1,4 = 1114,4 л/с, (здесь 1,4 - увеличение расхода с учетом интенсификации работы станции при расширении). При наполнении h/d= 1, V = 1,89 м/с, i = 0,005, d = 900 мм. Потери по длине h_l = i= 0,005•110 = 0,55 м.

Определяем потери на местные сопротивления. В речной части выпуска между береговым колодцем и оголовком местные сопротивления будут при входе потока из берегового колодца в трубу выпуска, h_вх; два плавных поворота по 30°, h_пов; резкий поворот трубы на 90^е при входе трубы в оголовок, h'_пов; потери на выходе потока жидкости из трубы в водоем, h_вых.

Определяем потери

h_вх=о, (69)

где о - коэффициент при входе в трубу из колодца, о = 0,5, здесь и далее принят по рекомендации /8/.

h_вх=0,5м,

h_пов =2о о=о ₉₀⁰ (70)

где о при угле поворота 90° равен 0,8 по данным Кригера, табл. 4 - 17 /8/ при отношении радиуса закругления к диаметру трубы R/d = 1;

а - зависит от угла поворота трубы, табл. 4 - 18 /8/, а = 0,55.

о= = 0,44,

h_пов= м,

h_пов = о (71)

h_1пов= м

h_вых=, (72)

где V_р - скорость движения воды в реке, V_p, можно не учитывать, так как скорость водоема создается не потоком сточной жидкости, а самим водоемом, т.е. можно пренебречь эжектирующим действием потока жидкости, тогда

h_вых = м

Суммарные потери напора учитываются при высотном расположении сооружений по движению воды во избежание подтопления сооружений при высоком горизонте воды в водоеме и равны

h_вып = 0,55 + 0,09 + 0,16 + 0,22 + 0,1 = 1,12 м

3. Расчет сооружений для дезинфекции сточных вод

3.1 Расчет хлораторной и склада хлора

сток загрязнение дезинфекция вода

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

P=(53900•3)/1000 = 161,7 кг/сут.

Максимальный часовой расход хлора

Р_мах = (2865,55 •3)/1000 = 8,6 кг/ч.

Таким образом, при максимальном расходе сточной жидкости к рабочему хлоратору требуется подать 8,6 кг хлора. Поэтому принимаем контейнер вместимостью 800 л с площадью наружной поверхности тары 4,7 м² и съемом хлора от 3 до 4 кг/ч с 1 м² контейнера. К установке потребуется 1 контейнер со средним съемом хлора от 14 до 19 кг/ч. Следует учесть, что хлорное хозяйство очистных сооружений должно обеспечивать возможность увеличения расчетной дозы хлора, а следовательно, и расхода хлора в 1,5 раза (8,6•1,5 = 12,9 кг/ч).

Ввод газообразного хлора в сточную воду недопустим, так как нарушаются условия безопасности эксплуатации установок. Жидкий хлор предварительно испаряют, превращая его в газ, растворяют в воде в газообразном состоянии и вводят в сточные воды хлорную воду. На испарение 1 кг жидкого хлора расходуется 0,4 м³ воды при температуре 30°С. Из испарителя газообразный хлор направляется для получения хлорной воды к водохлорному эжектору, который создает в газовой системе хлора вакуум, обеспечивающий безопасность ее эксплуатации.

Максимальный расход хлорной воды

q_max = P_maxq_o (73)

q_max = 8,6•0,4 = 3,44 м³/ч = 0,96 л/с.

Дезинфекция жидким хлором осуществляется хлораторами ЛОНИИ-100 /5/. Принимаем 2 рабочих хлоратора и 1 резервный с подачей хлора 12,8 кг/ч по проекту 901-3-14/70.

Для транспортирования хлорной воды рекомендуются неметаллические трубы, например полиэтиленовые высокой прочности (ПВП), ГОСТ 18599-83. На территории ОС трубы прокладывают в отдельных каналах или в футлярах из труб. В хлораторной размещается трехсуточный запас хлора. Испарение хлора производим непосредственно в таре, в которой он хранится.

Расходный склад хлора проектируется согласно /7/ на месячный (31 день) запас хлора. Общее количество хлора на складе равно

W = р •31 = 161,7 • 31 = 5012,7 кг.

Вместимость контейнера по хлору принята по табл. 24. 10 /5/ и равна 800 л или 1000 кг по хлору, диаметр контейнера 800 мм, длина 2020 мм. Принимаем 5 контейнеров (5012,7/1000) шт. Расходный склад хлора располагается на территории ОС совместно с хлораторной, но разделен с ней капитальной стеной и имеет независимые входы и подъезды. Расстояние от склада до производственных помещений не менее 30 м и расстояние от общественных и жилых зданий 300 м. Хлораторная и склад хлора оборудуются вентиляционными установками с 12-кратным обменом воздуха.

4. Расчет сооружений для обработки осадка

4.1 Расчет илоуплотнителей

Продолжительность уплотнения избыточного ила от 9 до 11 часов, до влажности равной р₂=97,3%.

Объем уплотнителей

W = qi T (74)

W = 95,9 • 10 = 1054,9 м³

В качестве уплотнителей принимаем 2 первичных радиальных отстойника диаметром 18 м с объемом зоны отстаивания одного отстойника 788 м³.

Тогда фактическое время уплотнения

T_ф= ч.

Суточный объем уплотненного ила равен

W_ai = W (100-p₁) / (100-p₂) (75)

где - p₁и p₂ влажность осадка до и после уплотнения соответственно.

W_ai = 1808,3 (100 - 99,6) / (100 - 97,3) = 268 м³.

В результате уплотнения избыточного ила максимальный объем жидкости определяется

q = q_i (p₁ - p₂) / (100 - p₂) (76)

q = 95,9 (99,6 - 97,3) / (100 - 97,3) = 81,7 м³/ч.

4.2 Расчет метантенков

Метантенки применяются для анаэробного сбраживания осадков городских сточных вод с целью их стабилизации и получения метаносодержащего газа брожения. Сбраживанию в метантенке подвергаются все органические осадки, образовавшиеся на площадке ОС, объемом

W'_mud = W_от + W_mud + W_ок + W_ai (77)

W'_mud = 3,9 + 109,5 + 26,95 + 268 = 408,5 м³/сут.

Средневзвешенная влажность осадка равна

P'_mud=%.

Объем метантенков определяется в зависимости от фактической влажности осадка и принятого режима сбраживания по суточной дозе загрузки, принимаемой для осадков городских сточных вод по табл. 59/1/. Принят мезофильный режим сбраживания и D_mt=9%, тогда объем метантенков определяется по формуле

W_м = W'_mud 100 / D_mt (78)

W_м = 408,35•100 / 9 = 4537м³.

Принимаем по табл. 36.5 /5/ два метантенка диаметром 17,5 м, объемом одного резервуара 2500 м³, суммарный объем их 5000 м³. Фактическая доза загрузки будет равна D'_mt = 408,35 • 100 / 5000 = 8,52%.

Определяем выход газа при сбраживании осадка в метантенках, зависящий от распада беззольного вещества осадка. Распад беззольного вещества осадка, %, определяется по формуле

...