В.Г. Иванов и др. 1 страница

РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ

ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ЧАСТЬ I

Методические указания и задания для курсового и

дипломного проектирования для студентов

заочного обучения специальности

«Водоснабжение и водоотведение» 270112 и

«Инженерная защита окружающей среды» 280202.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 628.1 (075.8)

В.Г. Иванов и др.

Расчет сооружений для очистки сточных вод. Часть I: Методические указания / В.Г. Иванов, Н.Н. Павлова, О.Г. Капинос – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2006. – 58с.

Библиогр.: 22 назв. Табл.19. Ил. 12.

Рассматриваются основные вопросы расчета и проектирования сооружений для очистки бытовых сточных вод. Приведены нормативные данные и методика проектирования, необходимые пути разработки проекта «Очистка бытовых сточных вод».

Предназначено для студентов очного и заочного обучения специальности «Водоснабжение и водоотведение» 290800 и «Инженерная защита окружающей среды» 280202, выполняющих дипломные и курсовые проекты.

Разработали: профессор, доктор техн. наук В.Г. Иванов, доцент, канд. техн. наук Н.Н. Павлова, доцент, канд. техн. наук О.Г.Капинос.

© Петербургский государственный университет путей сообщения, 2006.

Предисловие

Современные станции по очистке сточных вод представляют собой сложный и дорогостоящий комплекс инженерных сооружений и коммуникаций. Затраты на их строительство обычно составляют от 20 до 50% стоимости всей системы водоотведения и при прочих равных условиях существенно зависят от принятой технологической схемы очистки сточных вод, состава и размеров станции. Поэтому вопросам рационального проектирования очистных сооружений сточных вод должно уделяться особое внимание.

Изучению разделов очистки сточных вод на специальности «Водоснабжение и водоотведение» отводится около 70% всего бюджета времени, предусмотренного учебными планами по курсу «Водоотведение и очистка сточных вод». Помимо изучения теории вопросов, студенты получают практические навыки проектирования, разрабатывая станции очистки сточных вод в курсовых и дипломных проектах.

Качественное выполнение курсовых и дипломных проектов по очистке сточных вод, а также затраты времени на их проектирование существенно зависят от обеспечения студентов литературой, содержащей необходимые практические рекомендации по проектированию и расчету очистных сооружений.

В существующей учебной литературе вопросы проектирования и расчета очистных сооружений изложены весьма лаконично, разрозненно и недостаточно полно. Учитывая это, на кафедре «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика» ПГУПСа в помощь студентам разработаны и изданы методические указания по вопросам выбора метода очистки сточных вод и состава очистных сооружений [10], по решению генплана канализационных очистных станций и высотной установке очистных сооружений [14], по расчету распределительных лотков и трубопроводов на канализационных очистных станциях [11], по проектированию малых очистных сооружений [12], по проектированию и расчету аэротенков [6], по проектированию и расчету метантенков [7], по доочистке сточных вод [4], по обработке осадков сточных вод [5], по расчету сооружений для очистки сточных вод [13].

Настоящая работа является вторым, переработанным и дополненным изданием методических указаний по расчету сооружений для очистки сточных вод [13].

Так как из-за ограниченности объёма настоящих указаний не представляется возможности дать рекомендации по проектированию и расчету всех типов сооружений, применяемых в настоящее время, то, учитывая специфику работы выпускников ПГУПСа, ниже приводятся рекомендации по проектированию и расчету лишь тех сооружений, которые наиболее часто применяются в практике очистки бытовых сточных вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них.

Проект «Очистка бытовых сточных вод» выполняется в соответствии с заданием, содержащим основные исходные данные. Для студентов дневного обучения исходные данные приводятся на соответствующем бланке задания, для студентов заочного обучения – в приложении данных указаний.

1. Общие положения по выбору состава очистных сооружений

Учитывая высокие требования, предъявляемые в нашей стране к охране водоёмов от загрязнений, при проектировании сооружений для очистки бытовых сточных вод в настоящее время наиболее часто применяют полную биологическую очистку в искусственных условиях со снижением БПК_полн до 15 мг/л. При повышенных требованиях к степени очистки сточных вод биологически очищенные стоки подвергают доочистке.

Одним из важных этапов проектирования очистных станций водоотведения является выбор состава очистных сооружений.

Состав очистных сооружений, обеспечивающих необходимую степень очистки сточных вод, следует выбирать на основании всестороннего анализа данных о производительности очистной станции, составе сточных вод и концентрации загрязнений в них, топографических, климатических, грунтовых и других местных условий, рекомендаций [16] и других нормативных документов, а также исходя из технико-экономических соображений. Для нахождения наиболее целесообразного состава сооружений, как правило, следует составить несколько возможных вариантов, произвести расчет и технико-экономическое сравнение их и на основании этого принять окончательное решение.

При выборе состава и типа сооружений для очистки бытовых сточных вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них необходимо учитывать сравнительно небольшую производительность таких станций. Поэтому очистные сооружения этих станций должны быть просты в устройстве и надежны в эксплуатации.

Выбирая состав сооружений, необходимо учитывать условия подачи сточных вод на очистку. Наиболее часто она производится насосами по напорным водоводам; самотечное поступление стоков на очистные сооружения в практике проектирования встречается сравнительно редко, оно возможно только при благоприятном рельефе местности. При перекачке сточных вод перед очистной станцией водоотведения необходимо устраивать приемную камеру, из которой сточная вода уже самотеком поступает на очистку, проходит весь комплекс сооружений, после чего сбрасывается в водоём или направляется на повторное использование в оборотные системы водоснабжения.

Для задержания крупных примесей в составе очистных сооружений должны обязательно устраиваться решетки или решетки-дробилки. Они располагаются либо в отдельном здании, либо в приемном резервуаре главной насосной станции, если последняя расположена на территории станции очистки сточных вод или вблизи неё.

Для задержания минеральных примесей на всех станциях производительностью более 100 м³/сут устраиваются песколовки. Тип песколовок (горизонтальные, тангенциальные или аэрируемые) необходимо выбирать с учетом производительности и местных условий в соответствии с рекомендациями [16]. При очистке бытовых вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них наиболее часто применяют простые в устройстве и эксплуатации, надёжные в работе горизонтальные песколовки с круговым движением воды.

Обезвоживание песка, задержанного в песколовках, может производиться в зависимости от местных условий либо на песковых площадках, либо в песковых бункерах.

Для выделения из бытовых сточных вод основной массы взвешенных веществ органического происхождения в составе очистных сооружений предусматриваются отстойники. Тип отстойников (горизонтальные, вертикальные, радиальные, двухъярусные или осветлители-перегниватели) следует выбирать в зависимости от производительности сооружений, потребного эффекта осветлении воды и совокупности местных условий в соответствии с рекомендациями [16]. При очистке сточных вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них в практике проектирования наиболее часто используют двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели. Достоинством этих сооружений в данных условиях является то, что одновременно с отстаиванием сточных вод в них производится также сбраживание выпадающего осадка. Это упрощает схему устройства очистной станции и условия её эксплуатации, что очень важно при небольшой производительности.

Для биологической очистки в зависимости от местных условий могут использоваться либо биофильтры (капельные или высоконагружаемые), либо аэротенки. Капельные биофильтры устраиваются только на станциях производительностью до 1000 м³/сут, причем при БПК_полн до 220 мг/л они работают без рециркуляции стоков, а при бó льших БПК_полн – с рециркуляцией. При расходах сточных вод до 50000 м³/сут могут применяться высоконагружаемые биофильтры; при БПК_полн до 300 мг/л они работают без рециркуляции стоков, а при бó льших БПК_полн – с рециркуляцией. Аэротенки с пневматической или механической аэрацией могут быть использованы на станциях любой производительности; при БПК_полн до 150 мг/л они работают без регенерации активного ила, а при бó льших БПК_полн – с регенерацией. Расчет аэротенков подробно изложен в методических указаниях [6]. Так как биофильтры более просты в эксплуатации по сравнению с аэротенками, то в случае очистки бытовых вод от железнодорожных станций и населённых пунктов при них они находят более широкое применение.

После сооружений биологической очистки сточные воды должны подвергаться повторному отстаиванию во вторичных отстойниках и дезинфекции. Тип отстойников (горизонтальные, вертикальные или радиальные) принимается в зависимости от местных условий и производительности сооружений в соответствии с рекомендациями [16]. Для дезинфекции в составе станции надлежит предусматривать хлораторную, смеситель и контактные резервуары (горизонтальные или вертикальные). В условиях очистки бытовых вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них вторичные отстойники наиболее часто устраивают вертикального типа и в большинстве случаев (при БПК_полн ≤ 300 мг/л) одновременно используют их также в качестве контактных резервуаров. В случае применения аэротенков, а также биофильтров с рециркуляцией воды необходимо устраивать отдельные контактные резервуары.

При повышенных требованиях к степени очистки сточных вод в составе очистных сооружений следует предусматривать сооружения для доочистки биологически очищенных стоков. Для доочистки наиболее часто используют песчаные фильтры и аэрируемые пруды; возможно также применение и других типов сооружений. Особенности проектирования и расчета сооружений для доочистки биологически очищенных сточных вод изложены в методических указаниях [4].

В современных условиях, разрабатывая проект станции водоотведения также необходимо учитывать глубокое удаление биогенных веществ (азота, фосфора).

Очищенные и продезинфицированные бытовые воды с помощью выпусков различной конструкции обычно отводятся в водоемы. Для обеспечения лучших условий смешения сточных вод с водой водоёма наиболее целесообразно использовать рассеивающие выпуски руслового типа. Если по местным условиям имеется возможность использовать очищенные бытовые воды в техническом водоснабжении промпредприятий или для других целей, то это должно обязательно предусматриваться в проекте.

Обезвреживание осадков сточных вод, образующихся на очистных станциях, в настоящее время производится либо путем анаэробного сбраживания их в двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях или в метантенках, либо в аэробных стабилизаторах, устраиваемых по типу аэротенков. При очистке бытовых вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них для этой цели обычно используют двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели, а также аэробные стабилизаторы; метантенки, ввиду сложности их устройства и эксплуатации, как правило, не применяются.

Обезвоживание (сушка) обезвреженных осадков сточных вод может производится на иловых площадках, механическом или термическим путем. В условиях очистки бытовых вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них обычно используются иловые площадки либо на естественном основании, либо площадки-уплотнители. Механизированные способы обработки осадков сточных вод рассмотрены в учебном пособии [5].

В составе сооружений очистной станции необходимо предусматривать также устройства для измерения расходов сточных вод; измерительные устройства могут устраиваться либо на напорных трубопроводах в насосных станциях, либо на территории очистных сооружений в открытых прямоугольных лотках после песколовок. На напорных трубопроводах для этой цели устанавливаются трубы Вентури, а на открытых прямоугольных лотках – лотки Вентури или лотки Паршаля.

При необходимости с вопросами выбора состава очистных сооружений студенты могут дополнительно ознакомиться по специальной литературе [16, 18, 3, 20, 21, 22 и др.].

2. Расчет сооружений очистной станции

2.1. Приемная камера

Наиболее часто сточные воды поступают на очистные сооружения по напорным водоводам (двум или одному). Для приема сточных вод из напорных водоводов перед очистными сооружениями устраивается приемная камера из сборного железобетона, схема которой представлена на рисунке 1. Размеры приемной камеры зависят от пропускной способности очистных сооружений и могут быть приняты по таблице 1 [22].

Таблица 1

Размеры приемных камер канализационных очистных сооружений

(при напорном поступлении сточных вод) из сборного железобетона

2.2. Решетки

2.2.1. Расчет решеток

Схема установки решетки и наиболее часто применяемые профили сечения стержней решеток приведены на рисунке 2. Рассчитываются решетки на максимальный расход сточных вод q, м³/с. Сточная вода подводится к решеткам по прямоугольным лоткам (каналам); расчет следует начинать с определения размеров этих лотков, то есть их ширины В _к, глубины воды в них h _к, уклона дна лотка i _ки скорости движения воды в лотке v _к. Размеры лотков, подводящих воду к решеткам, должны определяться по расходу q _р = 1, 4 q, м³/с [16]. По расходу q _р с помощью таблиц [9, 19] подбирают размеры канала В _к, h _к и i _к так, чтобы каналы были удобны в эксплуатации, а скорости движения воды в них v _к препятствовали выпадению взвеси в каналах (v _к от 0, 7 до 1–1, 5 м/с). Для удобства эксплуатации лотков желательно, чтобы В _к было больше h _к; для гидравлически наивыгоднейшего сечения отношение В _к : h _к = 2: 1. Глубину воды перед решеткой обычно принимают равной наполнению в подводящем канале, то есть h ₁ = h _к.

Потребное число прозоров решетки n определяют по формуле

, (1)

где b – ширина прозоров между стержнями решетки, м; b ≤ 16 мм [16]. В современных решетках принимают b = 6 мм;

V _р – скорость движения воды в прозорах, м/с; V _р = 0, 8–1 м/с [16];

k ₃ – коэффициент, учитывающий стеснение потока граблями (при механизированной очистке решеток) и задержанными загрязнениями; k₃ = 1, 05–1, 1 [22].

Количество стержней в решетке n_cт принимается равным:

. (2)

Общая ширина решетки В _р , м, определяется по формуле

, (3)

где S – толщина стержней решетки, обычно S = 10 мм.

Определив В _р, назначают число рабочих и резервных решеток. При количестве рабочих решеток n_р ≤ 3 принимается одна резервная решетка, а при n_р > 3 – две [16].

Рис. 1. Схема приемной камеры очистных сооружений

Рис. 2. Схема решетки (а) и профили сечения стержней решетки (б)

(размеры в мм)

Ширина одной решетки В _р', м, составит:

. (4)

При назначении числа рабочих решеток можно руководствоваться данными о наиболее распространенных на действующих очистных сооружениях нашей страны решетках, приведенными в таблице 2 [18, 22]. Но наиболее эффективными являются ступенчатые решетки.

Потери напора h _р в решетке (подпор, создаваемый решеткой), м, определяются по формуле

, (5)

где k – коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора вследствие засорения решетки; k = 3 [16];

ζ – коэффициент местного сопротивления решетки, зависящий от принятой формы стержней решетки, определяется по формуле

, (6)

где β – коэффициент, величина которого для прямоугольных стержней равна 2, 42, для круглых – 1, 79, а для прямоугольных со скругленными входными гранями – 1, 83;

α – угол наклона решетки к горизонту; наиболее часто α = 60⁰.

Длина уширения перед решеткой l ₁, м, определяется по формуле

, (7)

где φ = 20⁰.

Длина уширения за решеткой принимается: l ₂= 0, 5 l ₁.

Объем отбросов W, м³/сут, задерживаемых на решетках составит:

, (8)

где a – количество отбросов, снимаемых с решеток на 1 человека, л/год; при b = 16 мм a = 8 л/год на 1 чел. [16];

N – число жителей, обслуживаемых канализацией (число жителей в населенном пункте).

При W ≥ 0, 1 м³/сут предусматривается механизированная очистка решеток от отбросов и транспортировка их к дробилкам или же проектируются устройства для прессования и контейнеры для вывоза; при W < 0, 1 м³/сут допускается установка решеток с ручной очисткой.

Вес отбросов, задержанных на решетке, т/сут, будет равен:

, (9)

где ρ – плотность отбросов; ρ = 0, 75 т/м³ [16].

Для дробления отбросов, задержанных на решетках, обычно применяются молотковые дробилки Д-3 производительностью 0, 25 – 0, 3 т/ч с электродвигателем мощностью 17 – 20 кВт. Дробленые отбросы допускается сбрасывать в сточную воду перед решетками [16]. При количестве отбросов более 1 т/сут, кроме рабочей дробилки, необходимо устраивать резервную.

Таблица 2

Основные данные по решеткам с механизированными граблями [18, 22]

Пропускная способность, м3/сут	Марка	Размер решетки, (В р Н), мм	Число решеток рабочих (резервных)
1400 – 17000	РММВ-1000	–	1(1)
25000 – 35000	РММВ-1000	–	2(1)
	МГ-11Т	1000 1600	2(1)
	МГ-11Т	1000 1600	2(1)
	МГ-8Т	1400 2000	2(1)
	МГ-8Т	1400 2000	2(1)
	МГ-8Т	1400 2000	3(1)
	МГ-6Т	2000 2000	3(1)
–	МГ-7Т	800 1400	–
–	МГ-5Т	2000 3000	–

2.2.2. Решетки-дробилки

Вместо обычных решеток применяются решетки-дробилки, которые позволяют ликвидировать ручной труд и улучшить санитарные условия на станции. При их проектировании можно руководствоваться техническими характеристиками, приведенными в таблице 3 [18].

Таблица 3

Основные показатели решеток-дробилок типа РД

Примечание: 1. Скорость движения воды в щелевых отверстиях 1–1, 2 м/с.

2. Решетки-дробилки РД–100 и РД–200 устанавливаются непосредственно на подводящем трубопроводе, а РД–400 и РД–600 на каналах с устройством специальных камер.

2.2.3. Ступенчатые решетки эскалаторного типа

В последнее время широкое применение получают решетки ступенчатого эскалаторного типа (рис. 3, табл. 4) с мелкими прозорами, ширина которых от 2 мм до 6 мм.

Рис. 3. Схема ступенчатой решетки эскалаторного типа

Таблица 4

Технические параметры решеток эскалаторного типа

С уменьшением ширины прозоров объем задерживаемых отбросов возрастает. В связи с использованием в комплекте с мелкопрозорчатыми решетками горизонтальных поршневых пресс-транспортеров типа ПГТ для обезвоживания отбросов, объем их увеличивается не значительно и по опытным данным составляет от 9, 1 до 7, 3 л/год на 1 чел при изменении ширины прозора от 2 до 6 мм.

Гидравлические пресс-транспортеры выпускаются трех модификаций с максимальной производительностью 6, 0, 8, 3 и 4, 75 м³/ч. Удаление отбросов происходит автоматизировано. Обезвоженные отбросы накапливаются в контейнерах и вывозятся на полигон для захоронения.

Потери напора в ступенчатых решетках могут быть определены по выше приведенным формулам или для решеток с прозорами 4 – 6 мм приняты соответственно 0, 2; 0, 3 и 0, 4 м при скоростях 1, 0; 1, 2 и 1, 4 м/с.

2.3. Расчет горизонтальных песколовок с круговым движением воды

Песколовки необходимо предусматривать на очистных сооружениях производительностью свыше 100 м³/сут [16].Схема песколовки приведена на рисунке 4. В таблице 5 приведены основные данные для песколовок с круговым движением воды [18].

Таблица 5

Основные размеры песколовок с круговым движением воды.

Песколовки рассчитывают на максимальный расход сточных вод q, м³/с; расчет рекомендуется вести в следующей последовательности: сначала по расходу q принимают наружный диаметр песколовки D _н, м, и ширину кольцевого желоба b, м, (табл. 5). Затем назначают число секций n; n ≥ 2.

Рис. 4. Схема горизонтальной песколовки с круговым движением воды

Площадь живого сечения кольцевого желоба песколовки ω, м², определяют по формуле