Технология очистки городских сточных вод

Технология очистки городских сточных вод

1. Определение расчетных расходов сточных вод

Среднесуточный расход сточных вод составляет Q_ср.сут.= 95000 м³/сут.

Среднечасовой расход сточных вод, м³/ч, определяется по формуле

 (1)

Тогда

 м³/ч.

Среднесекундный расход сточных вод q_ср.с, м³/с, определяется по формуле

 (2)

Тогда

 м³/с.

Максимальный суточный расход , м³/сут, равен

, (3)

где    K_{max. сут.} - коэффициент суточной неравномерности водоотведения для населенных пунктов принимаем K_{max. сут.}=1,1 ÷ 1,3.

В данном курсовом проекте, приняв K_{max. сут.}= 1,2, получим

м³/сут.

Максимальный часовой расход , м³/ч, определяем по формуле

, (4)

где    K_общ. - общий коэффициент неравномерности притока сточных вод, принимаем согласно таблице 2 [], в зависимости от среднесекундных расходов. Примем K_общ. = 1,46.

 м³/ч.

Максимальный секундный расход, м³/с, определяем по формуле

. (5)

Тогда

 м³/с.

Определим расчетное количество жителей N, чел., по формуле

, (6)

где    q - норма водоотведения, л/чел.·сут, по заданию q = 270 л/чел.·сут;

Q_быт - расход бытовых сточных вод, м³/сут.

Расход бытовых сточных вод, м³/сут, определяем по формуле

, (7)

где    Q_w - производительность очистной станции или средний суточный расход,           м³/сут;

Q_пр - расход производственных сточных вод, м³/сут.

Тогда

м³/сут.

Тогда расчетное количество жителей

 чел.

Эквивалентное число жителей N_экв, чел., определяется по формуле

, (8)

где    - концентрация БПК₂₀ в промышленных сточных водах после локальной очистки, мг/л;

- БПК₂₀ на одного человека, мг/л.

Тогда

чел.

По взвешенным веществам

 чел.

Приведенное количество жителей, чел., определяется по формуле

. (9)

Тогда

чел.

2. Определение концентраций загрязнений сточных вод

Концентрация загрязнений в бытовых сточных водах Р, мг/л, определяется по формуле

, (10)

где    q_н - норма водоотведения, л/сут, принимаем q_н =270 л/сут;

a - количество накоплений на одного человека в сутки, г/чел. сут. Для различных загрязняющих веществ различные следующие.

По взвешенным веществам, а = 65 л/сут

 мг/л.

По БПК_2О, а = 75 л/сут

 мг/л.

По азоту аммонийному, а = 8 л/сут

 мг/л.

По фосфатам, а = 3,3 л/сут

 мг/л.

По хлоридам, а = 9 л/сут

 мг/л.

По ПАВ, а = 2,5 л/сут

 мг/л.

Концентрация смеси загрязнений бытовых и производственных сточных вод, мг/л, определяется по формуле:

, (11)

где    ,  - соответственно концентрация загрязнений бытовых         и производственных сточных вод, мг/л;

,  - расход бытовых и производственных сточных вод, м³/сут.

Тогда концентрация смеси по взвешенным веществам

 мг/л.

 мг/л.

По азоту аммонийному

 мг/л.

По фосфатам

 мг/л.

По хлоридам

 мг/л.

По ПАВ

 мг/л.

По железу

 мг/л.

По сухому остатку

 мг/л.

3. Расчет решеток

Решетки служат для задержания крупных загрязнений в сточной воде. Решетку устанавливают на пути движения жидкости. Она состоит из наклонно установленных параллельных металлических стержней, укрепленных на металлической раме. Наклон решетки составляет 60˚ к горизонту.

Принимая размер подводящего канала В_к = 1,25 м, наполнение в долях от В_к - 1,043, среднюю скорость воды в прозорах решетки v_p=0,81 м/с, уклон i = 0,0004 [2].

Количество прозоров решетки определяем по формуле 

, (12)

где    h₁ - глубина воды в камере решетки, м;

b - ширина прозоров решетки, мм, принимаем b = 16 мм;

v_p - скорость в прозорах решетки, м/с, принимаем v_p = 0,81 м/с;

k_ст - коэффициент, который учитывает стеснение прозоров граблями и задерживаемыми загрязнениями, принимаем k_ст = 1,1.

Подставляя численные значения:

h_к = 1,043 ∙ 1,25 = 1,3 м,

шт.

Ширину решеток, м, определим по формуле

 (13)

где    s - толщина стержней решетки, s = 0,006 - 0,008 м. Принимаем s = 0,008 м.

м.

Принимаем две решетки, ширина, м, каждой из которых составляет

. (14)

Тогда

м.

Принимаем 2 рабочих и 1 резервную решетки МГ 11Т с номинальными размерами 1000×1600 мм. Ширина канала в месте установки А = 1200 мм. Толщина стержня решетки составляет 8 мм, число прозоров n = 39.

Проверяем скорость воды, м/с, в прозорах решетки по формуле

. (15)

Подставим численные значения

м/с.

Определяем потери напора в решетке (величину уступа в месте установки решетки)

,                                                      (16)

где p - коэффициент увеличения потерь напора в следствии засорения решетки, принимаем p = 3;

 - коэффициент местного сопротивления.

,                                       (17)

где  - угол наклона решетки к горизонту;

 - коэффициент зависящий от формы стержней, принимаем для стержней прямоугольной формы  = 2,42.

Подставим численные значения

,

 м.

Определим количество загрязнений, улавливаемых решётками. Количество отбросов, стекаемых с решёток, имеющих ширину прозоров b = 16 мм, равно 8 л/год на 1 человека.

Объём улавливаемых загрязнений

,                                                   (19)

 м³/сут.

При их плотности  750 кг/м³ масса загрязнений составляет

М_з =·0,75,                                             (20)

М_з = 6,26 · 750 = 4695 кг/сут.

Рисунок - 1 Схема установки решетки

4. Расчет песколовок и песковых площадок

Содержащиеся в воде нерастворимые примеси (песок, шлак, боя стекла и др.) крупностью 0,15 - 0,25 мм могут осаждаться и накапливаться в отстойниках, снижая их производительность. Осадок, содержащийся песок, плохо транспортируется по трубопроводу. Для выведения из сточных вод таких примесей под действием силы тяжести используют песколовки.

По направлению движения воды песколовки подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости; последние на тангенциальные и аэрируемые.

В данном курсовом проекте выбираем горизонтальную песколовку. Горизонтальная песколовка представляет собой удлиненное в плане железобетонное сооружение с прямоугольным сечением.

Песколовки рассчитываются на максимальный секундный расход сточных вод q_{max c} = 1,32 м³/с.

Принимаем три рабочих отделения песколовки и одно резервное.

Площадь живого сечения , м², каждого отделения определяем по формуле

, (21)

где v - средняя скорость движения воды в песколовке. Принимаем v = 0,2 м/с;

n - количество отделений.

Тогда

 м².

Определим длину песколовки L, м, по формуле

 (22)

где Н - глубина проточной части песколовки, принимаем Н = 0,5 м;

U_o - гидравлическая крупность песка расчетного диаметра, принимаем

U_o = 18,7 мм/с.

Ширина отделений В, м, определяется по формуле

, (23)

 м.

Проверим скорость течения сточных вод в песколовке при максимальном расходе сточных вод по формуле

         (24)

м/с.

Определим время пребывания сточной воды в песколовке по формуле

, (25)

 с.

Определим суточный объем осадка, накапливающиеся в песколовке

, (26)

q_о.с - удельное количество осадка, принимаем q_о.с = 0,02 л/сут·чел.;

 - приведенное количество жителей.

Тогда

 м³/сут.

Рассчитаем объем бункера одного отделения песколовки по формуле

, (27)

где Т_о.с - время между выгрузками осадка из песколовки, принимаем Т_о.с = 1 сут.

Тогда

.

Рассчитаем глубину бункера h_б, м, по формуле

. (28)

Тогда

 м.

Определим высоту слоя осадка на дне песколовки h_ос, м, по формуле

, (29)

где k_n - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения осадка по площади песколовки, k_n = 3;

м.

Рассчитаем полную строительную глубину песколовки по формуле

, (30)

Обезвоженный песок, собранный в бункерах, с помощью тележек перевозится на песковые площадки.

Песковые площадки - это земельные площадки, разбитые на карты с ограждающими валиками высотой 1-2 м.

Размеры площадок определяются из условия напуска песка слоем 5 м в год с периодической вывозкой подсушенного песка. Профильтровавшаяся вода собирается и перекачивается в канал перед песколовками.

Рассчитаем годовой объем песка по формуле

, (31)

где q_ос - удельное количество осадка, принимаем q_ос = 0,02 л/сут·чел.

Подставляя численные значения, получим

 м³.

Рассчитаем рабочую площадь песковых площадок по формуле

, (32)

где h_год - годовая нагрузка на площадку. Принимаем h_год = 2 м.

Тогда

 м².

Рассчитаем общую площадь песковых площадок по формуле

, (33)

 м².

Принимаем четыре песковые площадки, каждая размером 16×20 м. Общая площадь всех песковых площадок в данном случае составит 1280 м².

5. Расчет радиального отстойника со встроенным биокоагулятором

Отстаивание является наиболее простым и часто применяемым в практике способом выделения из сточных вод грубодисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность. Выбор типа, конструкции и числа отстойников должен производиться на основе технико-экономического их сравнения с учетом местных условий. Основными условиями эффективной работы отстойников являются: установление оптимальной гидравлической нагрузки на одно сооружение или секцию; равномерное распределение сточной воды между отдельными сооружениями; своевременное удаление осадка и всплывающих веществ.

Радиальный отстойник представляет собой круглый в плане резервуар. Сточная вода подается в центр отстойник снизу вверх и движется радиально от центра к периферии. Плавающие вещества удаляются с поверхности воды в отстойнике подвесным устройством, размещенным на вращающейся ферме, и поступают в приемный бункер или сборный лоток.

Выпадающий осадок с помощью скребков, укрепленных на подвижной ферме, сдвигается в приямок отстойника.

Радиальные отстойники (рисунок 4) применяются при пропускной способности станции более 20000 м³/сут. В данном курсовом проекте необходимо запроектировать радиальный отстойник со встроенным биокоагулятором и преаэротором. Расчет сводится к определению геометрических размеров данного сооружения.

Зная требуемый эффект осветления сточной жидкости 50% найдем концентрацию взвешенных веществ, содержащихся в сточной воде на выходе из отстойника

Рисунок 4 - Радиальный первичный отстойник: 1 - подача сточной воды; 2 - сборный лоток; 3 - отстойная зона; 4 - иловый приямок; 5 - скребковый механизм; 6 - удаление осадка

,                                               (34)

где С_en - концентрация взвешенных веществ, содержащихся в сточной воде поступающих на отстойник, мг/дм³, С_en = 210,9 мг/дм³;

С_ex - концентрация взвешенных веществ, содержащихся в сточной воде на выходе из отстойник, мг/дм³.

,                                                (35)

 мг/дм³.

Определяем значение гидравлической крупности U₀, мм/с по формуле

,                             (36)

где  - глубина проточной части в отстойнике, принимаемая 3,5 м;

 - коэффициент использования объема проточной части отстойника, равный 0,45;

 - продолжительность отстаивания, для городских сточных вод и в зависимости от концентрации взвешенных веществ равная 2121 с;

n₂ - показатель степени, зависит от эффективности осветления, для город-ских сточных вод равный 0,30.

 мм/с.

Принимаем 4 отделения отстойника и определяем диаметр отстойника

,                                         (37)

где  - максимальный секундный расход сточных вод, равный 1,32 м/с;

v_tb - скорость турбулентной составляющей, мм/с, при скорости v_w = 5 мм/c составляет v_tb = 0 мм/с.

 м.

Принимаем стандартный диаметр отделений, равный D_set = 45 м.

Рассчитаем скорость на середине радиуса отстойника

,                                             (38)

 м/с = 1,3 мм/с.

Скорость в середине радиуса находится в допустимых пределах.

Определяем общую высоту отстойника

,                                            (39)

где Н₁ - высота борта над слоем воды, равная 0,3 м;

 - высота нейтрального слоя, равная 0,3 м.

 м.

Определяем количество осадка, выделяемого при отстаивании за сутки

,                                       (40)

где Q - суточный расход сточных вод, равный 114000 м³/сут;

 - влажность осадка, равная 94-96%, принимаем 95%;

 - плотность осадка, равная 1 г/см³.

 м³/сут.

БПК₅ очищенной сточной воды, прошедшей биокоагуляцию, и дозу активного ила, г/дм³, можно рассчитать по формулам

,                           (41)

,                                           (42)

где  - БПК₅ поступающей сточной воды примерно на 50% меньше БПК₂₀ и составляет 406,13 мг/дм³;

 - неперово число, равное 2,71;

 - константа процесса коагуляции, равная 7,24;

 - продолжительность биокоагуляции,  ч;

 - количество растворенных загрязнений по БПК₅, равное 0,21;

 - концентрация избыточного активного ила, г/дм³ (по сухому веществу), принимаемая в среднем 7 г/дм³;

 - отношение объема подаваемого ила к расходу сточной жидкости, равное 0,01;

 - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, г/дм³ (по сухому веществу), определяемая по формуле

,                                          (43)

где  - норма водоотведения, равная 250 л/чел.·сут.

 мг/дм³ = 0,093 г./дм³^,

 г/дм³^,

 мг/дм³.

Эффект работы биокоагулятора по БПК₅ в отстойниках, будет равен

,                                       (44)

%.

Объем камеры биокоагуляции , м³, устанавливаем по формуле

, (45)

где  - расчётный расход, равный 3958,33 м³/ч;

 - продолжительность отстаивания, t₁ = 0,33 ч.

 м³.

Определяем диаметр биокоагулятора

,                                            (46)

где  - высота биокоагулятора, принимается равной высоте рабочей части отстойника и равна 3,5 м;

 - объем одного биокоагулятора, м³, равный

,                                                 (47)

где  - число отделений отстойника, равное 4.

 м³,

 м.

Объем отстойника , м³, определяется по формуле

, (48)

где F_от - площадь отстойника, м²;

Подставим численные значения

 м²,

 м³.

Площадь поверхности отстойника с биокоагуляцией , м², находим по формуле

, (51)

 м².

Определяем диаметр отстойника с биокоагулятором, м

,                                                         (52)

 м

Принимаем четыре секции отстойника с биокоагулятором диаметром 50 м.

6. Сооружения биологической очистки сточных вод

6.1 Расчет аэротенка-смесителя без регенератора

Удельную скорость окисления, мг/(г∙ч), определим по формуле

, (53)

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

L₁ - БПК_полн сточных вод после биологической очистки, мг/л; L₁= 12,54 мг/л;

C - концентрация растворенного кислорода, мг/л;

K_L - константа, характеризующая свойства органических загрязнений, мг/л;

K_O - константа, характеризующая влияние кислорода, мг/л;

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

Подставляя численные значения

 мг/(г∙ч).

Общая продолжительность аэрации, ч

, (54)

где S - зольность ила;

L_а - БПК_полн поступающих сточных вод, мг/л; L_а = 125,54 мг/л.

Подставляя численные значения

ч.

Вместимость аэротенков, м³, аэротенков определим по формуле

. (55)

Подставляя численные значения

 м³.

Принимаем четыре секции трехкоридорных аэротенков-смесителей с рабочей глубиной Н = 5 м и шириной коридора В = 6 м. Принимаем мелкопузырчатый аэратор из керамических фильтросных пластин, а отношение площади фильтросов к площади аэротенка f/F = 0,1. В этом случае коэффициент, учитывающий тип аэратора, k₁ = 1,47, а коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора, k₂ = 2,62.

Определим коэффициент n₁, учитывающий температуру сточных вод, по формуле

, (56)

где Т_ср - среднемесячная температура сточных вод за летний период, принимаем 21 ⁰С;

.

Коэффициент n₂ назначаем равным 0,85. Так как по заданию требуется полная очистка, то Z = 1,1 мг/мг. Растворимость кислорода определим по формуле

, (57)

где C_т - растворимость кислорода воздуха в воде в зависимости от температуры и давления, принимаем по табл. 3.5 [3]; при температуре 21˚С С_т=8,84 мг/л;

Подставляя численные значения

 мг/л.

Удельный расход воздуха, м³/ м³, при очистке сточных вод в аэротенках

, (58)

Подставляя численные значения

 м³/ м³.

Средняя интенсивность, м³/(м²∙ч), аэрации

, (59)

где Н - рабочая глубина аэротенка, м.

Подставляя численные значения

 м³/(м²∙ч).

Вычисленная интенсивность аэрации менее максимальной (10 м³/(м²∙ч)) для принятого значения k₁ и больше минимальной (3 м³/(м²∙ч)))) для принятого значения k₂, следовательно пересчета интенсивности аэрации не требуется.

Общий расход воздуха, м³/ч, в аэротенке

. (60)

Подставляя численные значения

 м³/сут.

Подсчитаем площадь аэротенка по найденному объему V и рабочей глубине Н по формуле

, (61)

 м².

Теперь вычислим длину коридора аэротенка по формуле

, (62)

где n_a и n_k - соответственно число секций аэротенков и коридоров в каждой секции;

м.

Подбираем четыре секции трехкоридорных аэротенков-смесителей с рабочей глубиной 5 м, шириной коридора 6 м, длиной коридора 30 м, и объемом каждой секции 2672 м³ (типовой проект 902-2-196). В этом случае общий объем аэротенков составит 10688 м³. Общие размеры площади, занимаемой аэротенками, 44 49.

6.2 Расчет мелкопузырчатых аэраторов из фильтросных пластин

Расчетный расход воздуха, м³/ч, в аэротенке

. (63)

Подставляя численные значения

 м³/ч.

В качестве аэраторов принимаем керамические фильтросные пластины размером 300×300 мм с удельным расходом воздуха 80-120 л/мин на одну пластину.

Требуемое число пластин

 (64)

где q_пл - удельным расходом воздуха на одну пластину, л/мин.

Подставляя численные значения, получим

 шт.

Для обеспечения благоприятных условий биологического окисления загрязнений, содержащихся в сточных водах и имеющих различные скорости окисления, назначаем число рядов фильтросных пластин в 1, 2, 3 коридорах соответственно 3,2,1.

Число фильтросных пластин в одном ряду

 (65)

где n_р - общее количество рядов фильтросных пластин.

Подставляя численные значения

 шт.

Общая площадь, м², занимаемая фильтросными пластинами

Подставляя численные значения

 м².

Ряды фильтросных пластин располагаем с одной стороны аэротенка на расстоянии 0,6 - 0,8 м от стены, что способствует созданию вращательного движения смеси обрабатываемой сточной воды и активного ила.

Заключение

загрязнение отстойник очистка сточный

В курсовом проекте для очистки бытовых сточных вод с концентрацией загрязнений по БПК₂₀ =200 мг/л была запроектирована очистная станция производительностью 80 тыс. м³/сут. В её составе были рассчитаны и подобраны следующие очистные сооружения:

решетки 2 шт., МГ12Т, В×Н=1600×2000 мм;

горизонтальные песколовки с круговым движением воды d=6000 мм;

бункерные устройства для складирования и отмывки песка;

песковые площадки для обезвоживания песка - 2 шт. размерами 18х25 м;

первичные радиальные отстойники с преаэрацией d=24000 мм;

аэротенки - смесители, размерами в плане 9×42 м;

в здании воздуходувной станции устанавливаем 2 рабочие и 1 резервную; воздуходувки типа типа ТВ-50-1,6 производительностью 3,6 тыс. м³/ч  каждая;

вторичные радиальные отстойники d=30000 мм;

два типовых радиальных илоуплотнителя диаметром 8 м;

для доочистки сточных вод- 5 барабанных сеток, марки Б 1,5х2;

для дезинфекции сточных вод: 6 секций контактных камер (L=5 м,

В = 4,7 м);

для обработки осадков - 3 типовых метантенка d= 12,5 м;

для обработки осадков - 11 типовых фильтров прессов ФПАВ - 300;

для обработки осадков - площадку компостирования размером 209х99 м;

Также был произведен гидравлический расчет лотков и трубопроводов и построен профиль движения сточных вод по очистным сооружениям.

Список источников

1. СниП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения, М.: Госстрой СССР, 1986 г.

. Ласков Ю.В., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчета канализационных сооружений, М.: Высшая школа, 1984 г.

Справочник проектировщика под редакцией Самохина В.Н., М: Стройиздат, 1981.

. Яковлев С.В., Я.А. Карелин, А.И. Жуков, С.К. Колобанов Канализация, изд. 5, М.: Стройиздат, 1975.

. Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Павловского, М.: Стройиздат., 1974 г.