Очистка сточных вод города

Размещено на http://www.allbest.ru/

Очистка сточных вод города



Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Общая характеристика объекта водоотведения города

3. Определение основных расчетных характеристик проекта и выбор схемы очистки сточных вод

3.1 Определение расчетной производительности канализационной очистной станции

3.2 Определение расчетного числа жителей

3.3 Определение расчетных концентраций загрязнений общего стока

3.4 Определение требуемой степени очистки сточных вод

3.5 Выбор схемы очистки сточных вод

4. Расчет очистных сооружений

4.1 Расчет сооружений для механической очистки сточных вод

4.2 Сооружения биологической очистки сточных вод

4.3 Расчет сооружений для обработки осадка

4.4 Сооружения по обеззараживанию сточных вод

Заключение

Список используемых источников



Введение

Очистные сооружения в городе - это целые комплексы инженерных сооружений, которые занимают большую площадь. Цель их состоит в очистке сточных вод для их дальнейшего использования. Характер и степень загрязнения воды бывает различная, поэтому для очистки сточных вод применяются различные способы очистки: физические, биологические и химические.

Если не очищать жидкие отходы жизнедеятельности городов и поселков, то последствия для экологии могут стать сильно губительными. Грязная вода попадет в водоемы, почву и нарушитвсю экосистему на много километров вокруг. Погибнут рыбы, водные растения, будет отравлена вся почва вокруг. Водосборные площади, из которых забирается вода для бытовых и хозяйственных нужд человека впитают загрязненные стоки. Это нанесет долгосрочный вред здоровью людей и домашних животных.

Каждое предприятие, чье производство имеет токсичные отходы, должны иметь свои локальные очистные сооружения. Это необходимо для более экономичного процесса работы, так как очищенная до нужной степени вода опять будет использоваться в производственном процессе.

Процесс очистки сточных вод постоянно совершенствуется, ведутся исследования в этой области для большей экономичности и эффективности. Поэтому так важны новые технологии, которые сократят расходы на очистку воды.

Таким образом, при проектировании очистных сооружений, выборе их состава необходимо исходить из условия сохранения фоновых концентраций в реке в допустимых пределах.



1. Исходные данные

	Вариант 10
Место расположения города (область, край)	Тюменская
Число жителей города	230000
Норма водоотведения, л/сут на человека	300
Расход промышленных стоков,	3500
Физико-химические характеристики промышленных стоков
- концентрация взвешенных веществ, мг/л	300
- органическаязагрязненность по БПК, мг/л	200
- рН	7,0
- температура, С	17
Данные по водоему
- категория водоема	1,1
- минимальный расход водоема при 95%-ой обеспеченности,	13,6
- средняя скорость течения при минимальном расходе, м/ с	0,42
- максимальная глубина водоема при низком горизонте, м	4,0
- концентрация растворенного кислорода, мг/л	7,4
- взвешенные вещества, мг/л	12,3
- количество органических загрязнений по БПК, мг/л	2,3
- отметки уровней воды, м	1,1
- водоиспользование водоеманиже выпуска сточных вод, км	7,5
Грунты на площадке очистных сооружений	Супесь,песок
Глубина залегания грунтовых вод на площадке ОСК, м	7,0



2. Общая характеристика объекта водоотведения города

Город Тюмень расположен на юге Западной Сибири, на берегу реки Туры, левом притоке Тобола, в 437 км от Челябинска. Географические координаты: 57°09? северной широты, 65°32? восточной долготы, высота над уровнем моря -- 60 м.

Город разделён на четыре административных округа: Центральный, Ленинский, Калинский и Восточный.

Численность населения на 1 января 2016 г. составляет 720575 человек.

Климат близок к резко-континентальному. Благодаря своему положению, Тюмень подвержена влиянию ветров, что идут с севера через равнину и с юга из жарких казахских степей. Осадков выпадает немного, в среднем 480 мм в год, преимущественно летом. Характерна крайне резкая смена погоды. Средняя температура января ?15 °C, минимальная температура ?50,4 °C была зарегистрирована 17 февраля 1951 года. Количество дней с устойчивыми морозами составляет до 130. Средняя температура июля +18,8 °C, максимальная летом до +37,5 °C.

Площадь территории в границах муниципального образования городского округа город Тюмень -- 69848,0 га. Городской застройкой занято 16065 га, что составляет 23,0 % территории городского округа.

В составе территории городского округа:

· земли населённых пунктов 47012 га (67,3 %)

· земли промышленности, энергетики, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики, земли для обеспечения космической деятельности, земли обороны, безопасности и земли иного специального назначения 8134 га (11,6 %)

· земли лесного фонда 6989 га (10,0 %)

· земли запаса 3718 га (5,3 %)

· земли сельскохозяйственного назначения 3579 га (5,1 %)

· земли водного фонда 355 га (0,5 %)

· земли особо охраняемых территорий и объектов 61 га (0,1 %).

В окресностях Тюмени протекают две крупные реки: Тура и её приток Пышма. В пределах района у них типично равнинный характер, они не отличаются особой полноводностью и текут медленно, спокойно. Однако весной, в половодье, и летом, после сильных затяжных дождей, реки наполняются водой, их течение становится бурным.

Тура берёт начало в горах Северного Урала, в 4 км к юго-западу от железнодорожной станции Хребет Уральский и в 18 км к северо-западу от города Кушва, где образуется от слияния нескольких мелких ручьев. Длина Туры 1030 км.

В пределах Тюменского района она интенсивно используется как источник питьевой воды: только жители Тюмени получают из Туры почти две трети потребляемой в быту воды. Немало её идёт на технические и сельскохозяйственные нужды.

Лесостепная зона, примыкающая к подзоне лиственных лесов лесной зоны, характеризуется присутствием и лесных, и степных растительных сообществ, а также болот (рямов), солончаков и лугов.

В Тюменской области почвы преимущественно подзолистые супесчаные и песчаные, а также торфяно-болотные. На крайнем Севере преобладают тундровые почвы, а на Юге области - чернозёмно-луговые с солонцами. По долинам рек большие площади занимают аллювиальные почвы.



3. Определение основных расчетных характеристик проекта и выбор схемы очистки сточных вод

3.1 Определение расчетной производительности канализационной очистной станции

Наиболее часто применяемая в нашей стране полная раздельная система водоотведения предполагает совместную очистку бытовых и производственных вод. Для расчета концентрации загрязнений смеси этих води необходимой степени очистки необходимо знать среднесуточные расходы.

Расчетная производительность ОСК определяется в зависимости от суммарного расхода бытовых и производственных сточных вод.

Определим средний суточный расход

= ₊ м³/сут (1)

= 69000 + 3500 =72500 м³/сут

где - средний суточный расход бытовых сточных вод, м³/сут;

- средний суточный расход промышленных сточных вод, м³/сут.

Определим средний суточный расход бытовых сточных вод

= , м³/сут (2)

= = 69000 м³/сут

где q - норма водоотведения на одного человека, л/чел•сут;

N - число жителей города, чел.

Средний суточный расход производственных сточных вод определяется на основе технологических данных по конкретному предприятию либо по справочным данным для предприятия-аналога.

Для расчета большинства сооружений очистки необходимо знать максимальный секундный расход. Наиболее точное его определение возможно по суммарному почасовому графику притока бытовых и производственных сточных вод как при подаче насосами, так и при самотёчном поступлении. При отсутствии таких данных допускается вычислять максимальный секундный расход как произведение среднесекундного на общий коэффициент неравномерности. К_max = 1,48 и К_min = 0,68.

Определим средний часовой расход бытовых сточных вод

= , м³/час (3)

= = 2875 м³/час

Определим средний часовой расход промышленных сточных вод

= , м³/час (4)

= = 145,83 м³/час

Определим средний часовой общий расход сточных вод

= + , м³/час (5)

= 2875 + 145,83 = 3020,83 м³/час

Определим средний секундный расход бытовых сточных вод

= , м³/сек (6)

= = 798,61 л/с = 0,79 м³/сек

Определим средний секундный расход промышленных сточных вод

= , м³/сек (7)

= = 40,51 л/с = 0,04 м³/сек

Определим общий средний секундный расход сточных вод

q = + , м³/сек (8)

q = 0,79 + 0,04 =0,83 м³/сек

Определим максимальный секундный расход бытовых стоков

= · К_max , м³/сек (9)

= 0,79 · 1,48 = 1,17 м³/сек

Определим минимальный секундный расход бытовых стоков

= · К_min , м³/сек (10)

= 0,79 · 0,68 = 0,54 м³/сек



3.2 Определение расчетного числа жителей

Некоторые параметры работы очистных сооружений принято рассчитывать на так называемое приведенное число жителей (N_пр), вычисляемое с учетом эквивалентного числа жителей (N_экв). Эквивалентное число жителей учитывает влияние производственных сточных вод на состав общего стока.

Эквивалентное население N_экв - это число жителей, которые вносят такое же количество загрязнений, что и данный расход производственных сточных вод.

Эквивалентное число жителей от каждого промышленного предприятия определяется по формуле

N_пр = N + N_экв , чел (11)

где N_экв - эквивалентное число жителей, чел;

N - число жителей города, чел.

Эквивалентное число жителей от каждого промышленного предприятия определяется по формуле

N_экв = , чел (12)

где - расход промышленных сточных вод в сутки, м³/сут;

- концентрация загрязненных промстоков, мг/л ;

б^* - количество загрязнений, вносимых одним человеком в сточные воды в сутки, г/чел.сут.

Количество загрязнений по взвешенным веществам = 65 г/чел.сут.

Количество загрязнений по БПК, = 60 г/чел.сут.

Определим эквивалентное число жителей от каждого промышленного предприятия по взвешенным веществам

= , чел (13)

= = 16153 чел

Определим эквивалентное число жителей от каждого промышленного предприятия по БПК

= , чел (14)

= = 17500 чел

Определим приведенное число жителей по взвешенным веществам

= N + , чел (15)

=230000 + 16153 = 246153 чел

Определим приведенное число жителей по взвешенным веществам:

= N + , чел (16)

=230000 + 17500 = 247500 чел

3.3 Определение расчетных концентраций загрязнений общего стока

Определение необходимой степени очистки и расчёт очистных сооружений канализации производится по основным показателям загрязнений, которыми являются количество взвешенных веществ и сумма органических загрязнений, выраженных БПК_полн. Кроме того, для определения возможности осуществления биологической очистки определяется содержание поступающих в ОСК сточных вод биологических элементов. В соответствии на каждые 100 мл/л БПК_полн должно приходиться не менее 5 мг/л азота и 1 мг/л фосфора.

Основными загрязнениями общего стока являются взвешенные вещества и органические загрязнения, выраженные БПК. Эти показатели используются в основном для определения необходимой степени очистки сточных вод и расчета сооружений очистной станции канализации.

Концентрация загрязнений бытовых сточных вод, мг/л определяется по формуле

= , мг/л (17)

Где

- норма водоотведения на 1 жителя, мг/л;

- количество загрязнений, вносимых одним человеком в сточные воды в сутки, л/чел·сут.

Определим концентрацию. взвешенных загрязнений бытовых сточных вод

= , мг/л (18)

= = 216,67 мг/л

Определим концентрацию загрязнений бытовых сточных вод по БПК

= , мг/л (19)

= = 200,00 мг/л

Расчетная концентрация загрязнений общего стока, мг/л определяется по формуле

= , мг/л (20)

где - концентрация вычисляемого вида загрязнений бытовых сточных вод, мг/л;

- концентрация вычисляемого вида загрязнений производственных сточных вод, мг/л;

- расход соответственно бытовых сточных вод, м³/сут;

- концентрация вычисляемого вида загрязнений производственных сточных вод, м³/сут.

Определим расчетную концентрацию взвешенных загрязнений общего стока

= , мг/л (21)

= = 220,69 мг/л

Определим расчетную концентрацию взвешенных загрязнений общего стока

= , мг/л (22)

= = 200 мг/л



3.4 Определение требуемой степени очистки сточных вод

Общие условия выпуска сточных вод в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной значимостью этих водоемов, характером водопользования и их самоочищающейся способностью и регулируются "Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения".

1 Определение коэффициента смешения

Для определения необходимой степени очистки по основным показателям нужно знать значение коэффициента смешения сточных вод с водой водоема, куда будут сбрасываться очищенные сточные воды, в данном случае.

Определим коэффициент смешения при спуске сточных вод в проточные водоемы по полуэмпирической зависимости

г = , /с (23)

г = = 2,97 /с

где - расход воды (при 95%-ной обеспеченности) в створе реки у места выпуска, м³/с ;

- коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения, м;

L - расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа по течению, м;

- расход сточных вод, м³/с ;

= 2,718.

Определим коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения

= о · ц · , м (24)

= 1 · 1,15 · = 0,21 м

где о - коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод в водоем, при самотечном выпуске у берега, = 1;

ц - коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния от места выпуска до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между этими же пунктами по прямой;

Е - коэффициент турбулентной диффузии, м/с.

Определим коэффициент турбулентной диффузии

Е = , м/с (25)

Е = = 0,0084 м/с

где - средняя скорость течения при минимальном расходе, м/с;

- средняя глубина водоема на участке между выпуском сточных вод и расчетным створом, м.

Определим коэффициент извилистости реки

ц = , (26)

ц = = 1,15

где - расстояние до ближайшего пункта водопользования, м;

L - расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа по течению, м.

L = L_ф - 1000 м, (27)

L = 7500- 1000 = 6500 м

Определим кратность разбавления в расчетном створе

n = , м (28)

n = =4.44 м

2 Определение необходимой степени очистки сточных вод

Степень очистки сбрасываемых в водоем сточных вод определяется по количеству взвешенных веществ, допустимой величине БПК и количеству растворенного в водоеме кислорода.

Определим предельно допустимое содержание взвешенных веществ в сточных водах, спускаемых в водоем

= р · ( г · + 1) + , мг/л (29)

= 0,25 · ( 2.97 · + 1) += 24.71 мг/л

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

- содержание взвешенных веществ в водоеме до выпуска сточных вод, мг/л.

Определим необходимую степень очистки сточных вод по взвешенным веществам

Э = · 100% , % (30)

Э = · 100% = 88.8 %

где С_общ - содержание взвешенных веществ до очистки, мг/л.

Определим допустимую БПК сточных вод, подлежащих сбросу в водоём, рассчитывается на основании баланса биохимической потребности в кислороде смеси речной воды и сточных вод в расчетном створе

= · ( - ) + , мг/л (31)

= · ( - ) + = 44.65 мг/л,

где - константы скорости потребления кислорода сточной и речной водой, определяемые опытным путем: K₁ = 0,16; K₂ = 0,1;

L_N - предельно допустимое значение БПК_полн смеси речной и сточной воды в расчетном створе, мг/л;

L_r - БПК_полн воды в водоёме до места выпуска сточных вод, мг/л;

t - время движения сточных вод до расчётного створа, сут.

Определим время движения сточных вод до расчётного створа

t = , сут (32)

t = = 0,18 сут

Определим необходимую степень очистки сточных вод по растворенному кислороду

= · ( 0.4 · ) , г/м³ (33)

= · ( 0,4 · ) = 293.53 г/м³

где - минимальное содержание кислорода в воде, О = 4 мг/л = 4 г/м³;

Q_р - содержание растворенного кислорода в речной воде до места выпуска очищенных сточных вод, г/м³.

Определим необходимую степень очистки

Э = , % (34)

Э = = 46.76 %

3.5 Выбор схемы очистки сточных вод

Требуемая степень очистки определяет метод и тип очистных сооружений. Если требуемая степень очистки по взвешенным веществам более 50 %, а снижение БПК находится в пределах 80 %, то назначается частичная биологическая очистка (механическая очистка и последующая доочистка на сооружениях частичной биохимической очистки). При необходимости снижения БПК более чем на 80 % применяется полная биологическая очистка.

В настоящее время, исходя из современных санитарных норм защиты водоёмов от загрязнений, практически всегда принимается полная биологическая очистка, с доведением БПК_n очищенных сточных вод до 15…20 мг/л.

Выбор типа очистных сооружений и схемы очистки производится на основе анализа местных условий: производительности станции, наличия достаточной площадки земельного участка, климатических, грунтовых и почвенных условий, рельефа местности, обеспеченности электроэнергией, наличия местных материалов и др.

Выбираем очистные сооружения.

Механическая очистка:

Решетки;

Песколовки горизонтальные;

Отстойники горизонтальные;

Метантенки;

Иловые площадки;

Вакуум-фильтры;

Хлораторные установки;

Биологическая очистка:

Аэротенки;

Илоуплотнители.



4. Расчет очистных сооружений

Расчёт очистных сооружений, входящих в состав очистной станции канализации, производится по формулам и данным, указанным в соответствующих рекомендуемых литературных источниках. В проекте желательно применять типовые сооружения, в этом случае геометрические размеры известны и расчёт сводится к определению скоростей, уровней и продолжительности пребывания воды.

Расчёт количества выпадающего песка, осадка, активного ила производится по удельным нормам.

Очистные сооружения рассчитываются в следующем порядке.

- рассчитывают сооружения по ходу воды - решётки, песколовки, водоизмерительные лотки, отстойники, сооружения биологической очистки, вторичные отстойники, дезинфекторы (смеситель, хлораторная, контактные резервуары), выпуск (одновременно рассчитываются и коммуникации - лотки, трубы, дюкеры, водосливы);

- рассчитывают сооружения для обработки осадка - илоуплотнители, метантенки, иловые площадки или установки для механического обезвоживания осадка и термической сушки. (При варианте подачи влажного осадка на сельскохозяйственные поля производится прикидочный расчёт иловой насосной станции.);

- рассчитывают воздуховоды, подающие сжатый воздух в аэротенки, и производится подбор воздуходувок.

Если выбран вариант почвенной очистки, то соответственно рассчитываются, площадь полей орошения или фильтрации, оросительные трубопроводы и каналы, при необходимости - дренажная сеть, станции перекачки. При использовании типовых проектов очистных сооружений фактические расходы воды могут не совпадать с предусмотренными в типовом проекте.

Поэтому типовые сооружения следует подбирать по ближайшей большей производительности, при этом скорость движения сточной жидкости в каналах, трубах, и лотках должна быть не менее рекомендуемой.

При расчёте очистных сооружений желательно число отдельных сооружений или секций выбирать одинаковой кратности для всей очистной станции. Это даёт экономию строительных и эксплуатационных расходов.

4.1 Расчет сооружений для механической очистки сточных вод

1 Приемная камера

Приемная камера предназначается для приема сточных вод, поступающих на очистные сооружения канализации, гашения скорости потока жидкости и сопряжения режимов трубопроводов с открытыми лотками.

На приемные камеры разработаны типовые проекты. Выбор размеров камеры производится в зависимости от пропускной способности, диаметра и количества напорных трубопроводов.

Резкие колебания расхода и количества загрязнений сточных вод затрудняют их очистку. Для усреднения расхода и количества загрязнений применяют приёмную камеру. Типоразмер приёмный камеры принимается типового проекта ПК-2-40.

2 Лотки

Определим расход подводящего канала, который также является распределительным каналом

q = Q_{сек быт} + Q_{сек произ}, м³/с (35)

q = 0,79 + 0,04 = 0,83 м³/с

Определим расход при форсированном режиме работы или при перегрузке очистной станции

q^/ = q•1,4 м³/с, (36)

q^/ = 0,83 •1,4 = 1,16 м³/с

F = Q_сек / V, м² (37)

F = = 1,1 м²

где V - скорость в лотке.

Примем живое сечение лотка квадратным, м² тогда

В = , м² (38)

В = = 1,05 м²

3 Решетки

Решетки устанавливаются на всех очистных сооружениях независимо от того, как поступают сточные воды на очистные сооружения - самотеком или после насосной станции, имеющей решетки.

Тип решеток определяется в зависимости от производительности очистной станции и количества отбросов, снимаемых с решеток. При количестве отбросов более 0,1 м³/сут предусматривается механизированная очистка решеток, приняли механизированную очистку решеток, так как более 0,1 м³/сут. При механизированных решетках следует предусматривать установку дробилок для измельчения отбросов и подачи измельченной массы в сточные воды перед решетками или направлять их для совместной обработки.

При малой и средней производительности очистной станции применяют решетки-дробилки.

При расчете решеток определяют их размеры и потери напора, возникающие при прохождении через них сточных вод.

Размеры решёток определяются по расходу сточных вод, по принятой ширине прозоров между стержнями решётки и ширине стержней, а также по средней скорости прохождения воды через решётку.

Скорость движения сточных вод в прозорах решёток при максимальном притоке надлежит принимать: для механизированных решёток - 0,8…1 м/с; для решёток-дробилок - 1,2 м/с.

Расчёт решёток начинается с подбора живого сечения подводящего канала перед камерой решетки. Каналы и лотки должны рассчитываться на максимальный секундный расход q_max,c с коэффициентом 1,4. Скорость движения сточной жидкости в канале должна быть не менее 0,7 м/с и не более 1,2…1,4 м/с.

Определим число прозоров в решетке

n = , шт. (39)

n = = 29 шт.

где b - ширина прозоров между стержнями, м;

Н_р - глубина воды в канале перед решеткой при пропуске расчетного расхода, м;

V_р - скорость движения сточной жидкости в прозорах решетки, м/с;

k- коэффициент, учитывающий стеснение сечения потока граблями, при механической очистке 1,05.

Количество отбросов, снимаемых с решетки, м³/сут

W = , м³/сут (40)

W = = 5,39 м³/сут

где б - количество отбросов, снимаемых с решеток, л/год на одного человека, для решеток, с шириной прозоров 16мм принимается б =8 л/год на человека;

N_{пр взв} - приведенное количество жителей по взвешенным веществам, чел.

Для дробления отбросов устанавливаются решетки-дробилки РД-600 в количестве 2 штук, 1 штука резервная.

Влажность отбросов составляет 80 %, плотность - 750 кг/м³.

Определим массу загрязнений при плотности отбросов =750 кг/м³

М= W·с, т/сут (41)

М= 5,39· 0,75 = 4,04 т/сут

Определим ширину канала в месте установки решетки

В_р = S• (n-1)+ bn, м (42)

= 0,008· (29 - 1)+ 0,016 · 29 = 0,68? 1 м

где S - толщина стержней, м.

Определим общую строительную длину решетки

L= l₁+ l_р+ l₂, м (43)

L= 0,82+ 1,5+ 0,41= 2,73 м

где l₁ - длина уширения перед решеткой, м.

Определим длину уширения перед решеткой

l₁ = 1,37 (В_р- В_k), м (44)

l₁ = 1,37 (1- 0,4)= 0,82 м

где В_р - ширина камеры решетки, м;

В_к - ширина подводящего канала, В_к =0,2- 1 м;

l_Р- рабочая длина решетки, принимаемая конструктивно равной 1,5 м;

l₂ - длина сужения после решетки, м.

Определим длину сужения после решетки

l₂= 0,5 · l₁, м (45)

l₂= 0,5 · 0,82 = 0,41 м

Определим общую строительную высоту камеры в месте решеток

Н= h₁+ h_Р+ h₂, м (46)

Н= 2+ 0,08+ 0,3 = 2,38 м

Где

h₁- глубина воды в канале перед решеткой при пропуске расчетного расхода. h₁= 2м;

h₂ - превышение бортов камеры над уровнем воды, h₂= 0,3 м;

h_р- потери напора в решетке, м.

Определим потери напора в решетке

h_{р =} о · · k, м (47)

h_{р =} 0,64 · · 3 = 0,08 м

где k - коэффициент увеличения потерь напора за счет засорения, k = 3;

о - коэффициент сопротивления, зависящий от формы стержней.

Определим коэффициент сопротивления, зависящий от формы стержней

о = в · Sin б, (48)

о = 1,72 · 0,91 = 0,64

где в - коэффициент, зависящий от формы стержней, для круглых в= 1,72;

б - угол наклона решетки к потоку, б=65°.

4 Песколовки

Песколовки предусматривают на станциях с производительностью более 100 м³/сут, как правило, их размещают после решёток. Выбор типа песколовок зависит от конкретных местных условий, производительности станции, схемы очистки сточных вод и обработки осадков.

Для проектируемых очистных применяем горизонтальные песколовки.

Расчёт песколовок сводится к определению их размеров в зависимости от гидравлической крупности песка и принятого типа сооружений и производится по максимальному расходу сточных вод.

Определим площадь живого сечения песколовки в зависимости от принятой скорости движения сточных вод

щ = , м² (49)

щ = = 1,95 м²

где Q_{max_сек} ^общ - максимальный расход сточных вод, м³/с;

V_s - скорость движения сточных вод, м/с;

n= 2 - число песколовок (отделений), шт.

Определим длину рабочей части песколовки

L_s = , м (50)

L_s = = 54,5? 55 м

где k_s - коэффициент турбулентности, принимаемый в зависимости от типа песколовки;

Н_р - расчетная глубина песколовки, принимается 0,25… 2, м;

V_s- скорость движения воды в песколовке, м/с;

u₀ - гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от требуемого диаметра задерживаемых частиц песка, мм/с.

Определим ширину отделений песколовки

B= , м (51)

B = = 0,97 м

где h₁= 2 м.

Проверим полученные размеры песколовок на скорость движения воды при максимальном и минимальном расходах

= , м/с (52)

= = 0,30 м/с

= , м/с (53)

= = 0,14 м/с

где Q_i - расход сточных вод, м³/с;

Н_р - расчетная глубина песколовки, м;

В - ширина песколовки, м;

n - число отделений песколовки, шт.

Определим продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке

= , с (54)

= = 183,3 c

где L_s - длина рабочей части, м;

V_s - скорость движения воды в песколовке, м/с.

Определим общий объем осадочной части песколовок

= , м³ (55)

= = 9,8 м³

где p- объем задерживаемого песка, л/чел-сут ;

t - период между двумя чистками песколовок, t= 2 суток;

N_пр - приведённое число жителей по взвешенным веществам, чел.

Осадок из песколовки удаляется с помощью гидромеханической системы. Она состоит из нескольких смывных трубопроводов, оборудованных спрысками, сориентированными в сторону бункера.

Бункер диаметром 0,8 м и глубиной 1 м( V= 2 м³) предусматривается в начале песколовки ниже уровня днища.

Определим длину пескового лотка и смывного трубопровода

L= L_s- D_{б ,} м (56)

L= 54,54- 0,8= 54,2? 55 м

Выгрузка осадка предусматривается 1 раз в сутки. Поступает в бункер 30% осадка и располагается остальной осадок по всему днищу песколовки.

Определим высоту слоя в каждом отделении

= , м (57)

= = 0,06 м

Определим высоту слоя накопления осадка (при e=0,1)

h_л= К_г· h₀·(e+ 1), м (58)

h_л = 1,5· 0,06· (0,1+ 1) = 0,10 м

где К_г - коэффициент, К_г= 1,5.

Система смыва работает следующим образом. Вода, излившаяся из спрысков в толщу осадка, начинает фильтроваться по пути наименьшего сопротивления - вверх. При определённой скорости осадок расширяется и становится подвижным.

На уровне спрысков (у днища) он легко смывается, на смену ему опускаются верхние слои. Таким образом, осадок не взрыхляется, а наоборот, подсасывается сверху и смывается в сторону бункера.

Для смыва осадка достаточно его незначительного расширения. Для этого восходящая скорость потока по всей площади осадка (площади днища и лотка сооружения) должна составлять v=0,0063м/с (при эквивалентном диаметре зерен песка в осадке d_экв=0,05см).

Определим общий расход промывной воды, подаваемой по одному смывному трубопроводу

gl = v· В· L, м³/с (59)

gl = 0,0063· 0,97· 55 = 0,34 м³/с

где B - ширина песколовки, м;

L - длина пескового лотка, м.

Определим диаметр смывного трубопровода при скорости v_тр=3м/с

= , м (60)

= = 0,59 м

Определим скорость движения воды в начале

= , м/с (61)

= = 3,04 м/с

Определим требуемый напор в начале смывного трубопровода

= 5,6 · + 5,4 , м (62)

= 5,6 · + 5,4 · = 2,56 м

Определим число спрысков на смывном трубопроводе, при расстоянии между спрысками Z= 0,5м

n_спр= , шт (63)

n_спр= = 110 шт

Определим диаметр отверстия спрысков

= , мм (64)

= = 0,04 м=40 мм

Где

м_р - коэффициент расхода спрысков, ориентировочно равный 0,82.

Определим общую глубину песколовки

Н= h_б+ H_р+ h_л, м (65)

Н= 0,3+ 2+ 0,01= 2,31 м

где h_б - высота бортов над уровнем воды в песколовке, принимается 0,3 м.

При объёме больше 0,1 м³/сут удаление песка из песколовок должно быть механизировано. Наиболее надёжным и распространенным способом является удаление с помощью гидроэлеваторов.

Подача воды к гидроэлеваторам производится насосами, которые могут быть установлены в здании решеток.

Для сгребания песка в песковой бункер в горизонтальных песколовках предусматривается скребковый механизм с электроприводом.

5 Первичные отстойники

Расчёт первичных отстойников производится по кинетике выпадения взвешенных веществ с учётом необходимого осветления на максимальный часовой расход сточных вод.

При установке отстойников перед биофильтрами или аэротенками на полную биологическую очистку, вынос взвешенных веществ из них не должен превышать 150 мг/л.

Число отстойников принимается не менее двух, все рабочие. При минимальном числе отстойников расчётный объём увеличивают в 1,2…1,3 раза. В зависимости от производительности станции выбирается тип отстойника.

Расчет горизонтального отстойника.

Требуемый эффект осветления рассчитывается исходя из того, что из отстойников не должно выноситься взвешенных веществ более 150 мг/л.

Определим эффект осветления

Э = • 100% , % (66)

Э = • 100 = 32 %

где С_общ - исходная концентрация взвешенных веществ в сточной воде, мг/л .

Определим общую длину отстойника

= , м (67)

= = 9,0 м

где V_w - средняя скорость в проточной части отстойника, мм/с;

Н_set - глубина проточной части, м;

k_set - коэффициент объемного использования отстойника;

U_o - гидравлическая крупность частиц, мм/с.

Определим гидравлическая крупность частиц

U_o= , мм/с (68)

U_o= = 3,15 мм/с

где t_set - продолжительность отстаивания, с;

h - слой в лабораторном цилиндре, принимаем h =500мм;

n_г - 0,18.

Ширина отстойника типовая: 4м, 6м или 9м. Кроме того, необходимо, чтобы выполнялось условие:

В_set = 2·(69)

В_set = 2·2 = 4

Определим число отстойников:

n · = (70)

=>n =

=>n = = 21 шт.

Число отстойников округляем до целого в большую сторону, тогда пересчитываем V_w.

Определим V_w

V_w = , м/с (71)

V_w = = 0,007 м/с

Определим общий объем проточной (рабочей) части сооружения

= n · · · , м³ (72)

= 21· · · = 1512 м³

Определим количество осадка Q_mud, выделяемого при отстаивании, исходя из концентрации взвешенных веществ в поступающей воде С_en и концентрации взвешенных веществ в осветленной воде С_ex:

Q_mud = , м³/ч (73)

Q_mud = =0,56 м³/ч

где q_w - среднечасовой расход сточных вод, поступающий на один отстойник, м³/ч;

с_mud - влажность осадка, равная 95%;

г_mud - плотность осадка, равная 1 г/смі.

Определим среднечасовой расход сточных вод, поступающий на один отстойник

q_w= м³/ч (74)

q_w= = 143,85 м³/ч

Определим объем пескового бункера, м³ (угол конического днища 65°)

V_б = , м³ (75)

V_б = = 18,55? 19 м³

где h - высота бункера, м;

S₁- верхнее основание бункера, размером 3Ч3м;

S₂ - нижнее основание бункера, размером 1Ч1 м

Определим высота бункера

h= t??65° · x , м (76)

h= 2,14 · 2 = 4,28 м

x = , м (77)

x = = 2,0 м

Принимаем количество бункеров 5 штук.

Определим общий объем

V_{б ·} i = V_b· i, м³ (78)

V_b · I = 19 ·5 = 95 м³

Определим общую строительную высоту отстойника

Н= Н_set + Н₂+ Н₃+h, м (79)

Н= 2+ 0,3+ 0,3+4,28=6,88 м

Где

Н_set - глубина проточной части отстойника, м;

h - высота бункера, м;

Н₂ - высота нейтрального слоя, 0,3 м;

Н₃ - дополнительная высота, 0,3 м.

4.2 Сооружения биологической очистки сточных вод

1 Аэротенки

Рассчитываем аэротенк с регенератором. При наличии аэротенка с регенератором смесь воды с илом аэрируют в течение времени, достаточного для достижения требуемого эффекта по БПК, а затем ил после отделения его в отстойнике перекачивают в регенератор, где процессы окисления заканчиваются и ил приобретает первоначальные свойства.

Расчёт аэротенков включает определение емкости и габаритных размеров сооружения, объема требуемого воздуха и избыточного активного ила. Вместимость аэротенка определяется по среднечасовому поступлению воды за период аэрации в часы максимального притока.

При проектировании аэротенков определяется период аэрации в зависимости от принципа их работы и наличия регенерации активного ила.

Определим степень рециркуляции активного ила в аэротенке

R = , см³/г (80)

R = = 0,38 см³/г

где а - доза ила в аэротенках, принимаем, а=4 г/л;

J - иловый индекс, для предварительного расчета примем J = 100 смі/г.

Определим БПК_полн сточных вод, поступающих в аэротенк с учетом разбавления рециркуляционным расходом

L_mix = , мг/л (81)

L_mix = = 150,43 мг/л

где L_ex - БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;

L_en - БПК_полн очищенной воды, принимаем L_ex = 20 мг/л.

Определим продолжительность обработки сточных вод в аэротенках

t_at = · l?? , ч (82)

t_at = · l?? = 1,09 ч

Определим дозу ила в регенераторе

б_r = б · , г/л (83)

б_r = 4 · = 9,26 г/л

Определим удельную скорость окисления

С = с_max· · , мг/(г·ч) (84)

С = 85· · = 39,41 мг/(г·ч)

где с_max - максимальная скорость окисления, мг БПК_полн /(г·ч);

C_о - концентрация растворенного кислорода, мг/л;

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

К_о - константа, характеризующая влияние кислорода, мг О₂/л;

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

Определим продолжительность окисления органических загрязняющих веществ

t_o = , ч (85)

t_o = = 1,85 ч

где s - зольность ила.

Определим продолжительность регенерации ила

t_r = t_o - t_at , ч (86)

t_r = 1,85 - 1,09 = 0,76 ч

Определим вместимость аэротенка

W_at = t_at · (1+R) · Q_cp.час , м³ (87)

W_at = 1,09 · (1+0,38) · 3020,83 = 4543,93? 4544 м³

Где

Q_ср.час - расчетный расход сточных вод, м³/ч.

Определим вместимость регенератора

W_r = t_r · R · Q_ср.час , м³ (88)

W_r = 0,76· 0,38· 3020,83 = 872,41? 873 м³

Определим продолжительность пребывания воды в системе "аэротенк-регенератор"

t= (1+R) · t_at + R·t_r , ч (89)

t = (1+0,38) · 1,09 + 0,38·0,76 = 1,80 ч

Определим среднюю дозу ила в системе "аэротенк-регенератор" для уточнения илового индекса

a_imix = , г/л (90)

a_imix = = 4,83 г/л

Определим нагрузку на ил мг БПК_полн/(г·сут)

q_{i =} , мг БПК_полн/(г•сут) (91)

q_{i =} = 710,53 мг БПК_полн/(г•сут)

Определим процент регенерации

r = ·100% , % (92)

r = ·100% = 16,12 %

Заданный кислородный режим и необходимую интенсивность перемешивания в аэротенках обеспечивают аэраторы.

Число аэраторов в регенераторах и на первой половине длины аэротенков-вытеснителей принимается вдвое больше, чем на остальной длине аэротенков.

Определим удельный расход воздуха

q_air = , м³/м² (93)

q_air = = 2,48 м³/м²

где q_o - удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК_полн, принимаемый 1,1;

K₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора;

K₂ - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов;

K_т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод.

Определим коэффициент, учитывающий температуру сточных вод

K_т = 1 + 0,02 · (T_w - 20) (94)

K_т = 1 + 0,02 · (17 - 20) = -3,06

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

K₃- коэффициент качества воды;

С_а- растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л.

Определим растворимость кислорода воздуха в воде

C_a = (1 + )·C_т , мг/л (95)

C_a = (1 + )·9,61 = 11 мг/л

где С_т - растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочным данным, С_т =9,61 мг/л;

С_о- средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л; в первом приближении С_о принимается 2 мг/л;

h_a=3 м.

Определим общий расход воздуха

= q_air· Q_{max общ} , м³/ч (96)

= 2,48· 4212 = 13394,16 м³/ч

Определим среднюю интенсивность аэрации

J_б = , мі/(мІ·ч) (97)

J_б = = 3,85 мі/(мІ·ч)

где H_at - рабочая глубина аэротенка, H_at =3 м;

t_atv - период аэрации, ч.

Определим период аэрации

t_atv= ·, мг/л (98)

t_atv= ·=1,93 мг/л

где К_р - коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания, при биологической очистке К_р=1,5.

Если вычисленная интенсивность аэрации выше I_a.max для принятого значения К₁, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны, если она менее I_a.vin для принятого значения К₂ следует увеличить расход воздуха.

Определим прирост активного ила P_i

P_i = 0,8 · C_общ+K_?? · L_ex , мг/л (99)

P_i = 0,8 · 220,69+ 0,3 · 200= 236,55 мг/л

где C_общ - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л;

K_g - коэффициент прироста для городских и близких к ним по составу производственных сточных вод K_g = 0,3.

Определим количество избыточного ила

ДP_i = P_i - a_t , мг/л (100)

ДP_i = 236,55- 10 = 226,55 мг/л

где a_t - концентрация ила в осветленной воде, a_t = 10 мг/л.

Определим сухое вещество избыточного ила

A_i = , г/сут (101)

A_i = = 15,63 г/сут

Определим объем неуплотненного активного ила

Q_i = , м³/сут (102)

Q_i = = 995,54 м³/сут

где г_i - плотность избыточного активного ила, г_i =1 т/м³;

щ_i - влажность неуплотненного активного ила, %.

Определим влажность неуплотненного активного ила

щ_i = · 100% , % (103)

щ_i = · 100 = 99,48 %

где б_аил.к. - концентрация ила в иловой камере, г/л.

Определим концентрация ила в иловой камере

б_аил.к = A_i · , г/л (104)

б_аил.к = 15,63 · =5,17 г/л

2 Вторичные отстойники

Вторичные отстойники используют для отделения активного ила, поступающего вместе со сточной водой из аэротенков. Они конструктивно аналогичны первичным. В качестве вторичных отстойников принимаем горизонтальные отстойники.

Основные отличия вторичных отстойников от первичных заключаются в характере механизмов для сбора и удаления осадка и связанной с этим конструкцией днища. водоотведение схема канализационный сток

Вторичные отстойники рассчитываются по гидравлической нагрузке.

Определим гидравлическую нагрузку на отстойники

q_ssa = (105)

q_ssa = = 0,78

где K_ss - коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимаемый для горизонтальных - 0,45;

a_i - доза ила в аэротенке, a_i=5;

J - иловый индекс, 86;

a_t - концентрация ила в осветленной воде, a_t =10мг/л;

H_set - рабочая глубина отстойника, м;

n - число вторичных отстойников, шт.

Определим площадь одной секции отстойника

F = , м² (106)

F = = 1290,95? 1291 м²

Примем ширину одного отстойника 20 метров, тогда длина его составит 65 метра.

Определим расход циркулирующего активного ила

q_B = б · Q_ср.час , мі/ч (107)

q_B = 1,17 · 3020,83 = 3534,37 мі/ч

где б - доля циркулирующего ила от расчетного расхода сточных вод.

Определим долю циркулирующего ила от расчетного расхода сточных вод

б = (108)

б = = 1,17

Определим расход избыточного активного ила

q_и = · , м³/ч (109)

q_и = · = 43 м³/ч

где щ - влажность ила, 99,07 %;

?? - плотность ила, принимается 1 т/м³.

= •Q_ср.час, т/ч (110)

= • 3020,83= 0,4 т/ч

где К_в=С_общ - концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на первичные отстойники, мг/л;

Е - эффективность задержания взвешенных веществ в первичном отстойнике, 0,5;

b - вынос активного ила из вторичного отстойника, принимается 15 мг/л .

В иловой камере ил не должен находиться более Т=2-х часов.

Определим объем ила в иловой камере

V_и.к = , м³ (111)

V_и.к = = 1192,46 ? 1193 м³

где N=6.

Опредедлим количество избыточного активного ила в отстойниках

W_i.изб = , м³ (112)

W_i.изб = = 123,64 м³

где Q_ср.сут - суточный приток сточных вод на станцию, м³/сут ;

Р_i - прирост активного ила;

- плотность активного ила. т/м³;

ц_i - влажность активного ила, %.

4.3 Расчет сооружений для обработки осадка

1 Илоуплотнители

Уплотнение - наиболее простой и распространенный способ уменьшения объема осадков, обеспечивающий повышение производительности последующих сооружений по обработке осадков. Влажность осадков после уплотнения должна обеспечивать их свободное транспортирование по трубам.

На уплотнение поступает избыточный активный ил. Применим в качестве илоуплотнителей вертикальные отстойники.

Определим максимальный часовой приток избыточного ила в илоуплотнители

q_i.max = , м³/ч (113)

q_i.max = = 65570,96 м³/ч

где Р_i, С_сdp= С_общ, Q_ср.сут - аналогично формуле расчёта количества избыточного ила;

С_i - концентрация активного ила, равная 4 г/л для вторичных отстойников.

Определим полезную площадь илоуплотнителя

F_пол = , м² (114)

F_пол = = 2230,53 м²

где q_ж - максимальный объем жидкости, отделяемой в процессе уплотнения ила за 1ч, м³;

v - скорость движения жидкости в отстойной зоне вертикального илоуплотнителя.

Определим максимальный объем жидкости, отделяемой в процессе уплотнения ила за 1ч

q_ж = q_i.max · , м³ (115)

q_ж = 65570,96· = 28907,63 м³

где щ_i и щ₂ - влажность соответственно поступающего и уплотненного ила, %.

Определим диаметр илоуплотнителя

D = , м (116)

D = = 37,69 ? 38 м

где n - число илоуплотнителей, принимается 2шт.

Определим высоту рабочей зоны илоуплотнителей

H = q_o · t , м (117)

H = 0,4 · 10 = 4 м

где q₀ - расчётная нагрузка на площадь зеркала уплотнителя, принимаем равной 0,4 м³/(м²час) для избыточного активного ила из вторичных отстойников с концентрацией 4 г/л;

t - продолжительность уплотнения ила, ч.

Определим общую высоту илоуплотнителя

H_общ = H + h + h_б , м (118)

H_общ = 4 + 0,3 + 0,1 = 4,4 м

где h - высота зоны залегания ила при илоскребе, принимаемое 0,3 м;

h_б - высота бортов над уровнем воды, принимаемое 0,1 м.

Определим бъём уплотнённого активного ила

W_i.упл = , м³ (119)

W_i.упл = = 69,13 м³

где W_{i изб} - объём избыточного активного ила, м³.

Выпуск из илоуплотнителей производится непрерывно под гидростатическим давлением 0,5…1 м через водослив с порогом переменной высоты. Илоуплотнители в высотном отношении располагают так, чтобы вода из них могла быть подана в аэротенки самотёком.

2 Метантенки

В этих сооружениях происходит процесс обезвреживания осадков сточных вод, осуществляемый микроорганизмами, способными окислять органические вещества осадков. Расчёт метантенков заключается в вычислении количества образующихся на станциях осадков, выборе режима сбраживания, определении требуемого объёма сооружений и степени распада беззольного вещества осадков.

Одним из основных методов обезвреживания осадков сточных вод является анаэробное сбраживание.

Метантенк представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем и герметическим перекрытием.

В верхней части резервуара имеется колпак для сбора газа, откуда он отводится для дальнейшего использования.

Определим количество сухого вещества осадка, образующегося на станции

Q_сух = С_взв · Э · k · Q · 10^-6 , т/сут (120)

Q_сух = 220,69 · 0,5 · 1,2 ·72500 · 10^-6 = 9,6 т/сут

где С_взв=С_общ - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в первичные отстойники;

Э - эффект очистки в первичных отстойниках, 0,5;

k - коэффициент увеличения объема осадка за счет крупных фракций, не улавливаемых при отборе проб для анализа, принимаемый 1,2;

Q - суточный приток сточных вод на станцию, м³/сут.

Определим количество сухого активного ила

И_сух=·Q_ср.сут · 10^-6, т/сут (121)

И_сух=·72500 · 10^-6 = 9,66 т/сут

где б - коэффициент прироста активного ила, принимаемый 0,3;

b - вынос активного ила из вторичного отстойника, принимается 15 мг/л.

Определим количество беззольного вещества осадка

Q_без = , т/сут (122)

Q_без = = 6,38 т/сут

где В_г - гигроскопическая влажность сырого осадка, принимаемая 5%;

З_ос - зольность осадка, принимаемая 30 %.

Определим количество беззольного активного ила

И_без = , т/сут (123)

И_без = = 6,88 т/сут

где - гигроскопическая влажность активного ила, принимаемая 5%;

З_ил - зольность активного ила, принимаемая 25 %.

Определим расход сырого осадка и избыточного активного ила

V_oc = Q_сух · , мі/сут (124)

V_oc = 9,6 · = 192 м³/сут

V_ил = И_сух · , мі/сут (125)

V_ил = 9,66 · = 483 м³/сут

где W_ос - влажность сырого осадка, принимаемая 95%;

W_ил - влажность уплотненного избыточного ила, принимаемая 98%;

с_ос - плотность осадка, принимаемая 1т/м³;

с_ил - плотность ила, принимаемая 1т/м³.

Определим среднее значение зольности смеси

З_см=100, % (126)

З_см=100= 28 %

Определим требуемый объем метантенка

W = , м³ (127)

W = = 3552,6 ? 3553 м³

где: - суточная доза загрузки осадка в метантенк, %.

Исходя из требуемого объёма 3553 м³ выбираем размеры метантенков: полезный объем одного резервуара - 4000 м³; строительный объём здания обслуживания - 2520 м³, киоска газовой сети - 174 м³ ; высота: верхнего конуса - 2,9 м, цилиндрической части - 10,6 м, нижнего конуса - 3,5 м; диаметр - 20 м.

Определим выход газа на 1 кг загруженного беззольного вещества (при плотности газа равной 1)

yґ= , мі/кг (128)

yґ= = 0,45 мі/кг

где а_см - предел сбраживания смеси осадка, %.

Определим предел сбраживания смеси осадка

a_см = , % (129)

a_см = = 48,33 ? 49 %

где а_о и а_и - пределы распада соответственно сырого осадка и избыточного активного ила, а_о = 53% и а_и = 44%;

- экспериментальный коэффициент, зависящий от влажности осадка и температурного режима сбраживания.

Определим суммарный выход газа

Г = yґ· (Q_без + И_без), мі/сут (130)

Г = 0,45· (6,38 + 6,88)= 5,97 мі/сут

Газ, получаемый в метантенках в результате процесса сбраживания осадка, используется на энергетические нужды канализационных станций в качестве горючего в котлах с газовыми горелками, для обогрева метантенков и отопления зданий очистной станции.

В процессе сбраживания происходит распад беззольных веществ, приводящий к уменьшению массы сухого вещества и увеличению влажности осадка. Суммарный объем смеси после сбраживания практически не изменяется.

...