Структура и объем курсового проекта

3.1 Определение расчётной производительности очистных

сооружений канализации (ОСК)

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

Расчётная производительность ОСК определяется в зависимости от суммарного расхода бытовых и производственных сточных вод, м³/сут:

, (1)

где – среднесуточный расход бытовых сточных вод, м³/сут;

– среднесуточный расход промышленных сточных вод м³/сут.

, (2)

где q – норма водоотведения на одного человека, л/чел·сут;

N – число жителей, чел.

Среднесуточный 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. Для бытовых сточных вод это К_gen.max. по таблице 2 приложение 4. Для производственных – принимается по данным технологов. В курсовом К_gen.max. принять равным 1, или задать значение.

При необходимости проверки работы сооружений при минимальном расходе для вычисления последнего для бытовых сточных вод используется К_gen.min, принимаемый также по таблице 2 приложение 4.

Средний часовой расход находим делением среднесуточного расхода на 24 часа:

, м³/час (3)

, м³/час (4)

, м³/час (5)

Определим средний секундный расход:

, м³/с (6)

, м³/с (7)

, м³/ (8)

Максимальный (минимальный) секундный расход бытовых стоков определяется по следующей формуле:

, (9)

где К_max(min) – общий коэффициент неравномерности притока сточных вод, приложение 4.

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.

Приведенное число жителей (N_пр) определяется как сумма расчетного N и эквивалентного N_экв числа жителей:

, (10)

Эквивалентное число жителей от каждого промышленного предприятия определяется по формуле:

, (11)

где – среднесуточный расход промышленных сточных вод, м³/сут;

С_пр –концентрация загрязнений промстоков, мг/л;

а^*–количество загрязнений, вносимых одним человеком в сточные воды в сутки, г/чел·сут, таблица 3, приложение 5.

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 с п. 6.2. на каждые 100 мл/л БПК_полн должно приходиться не менее 5 мг/л азота N и 1 мг/л фосфора P.

Основными загрязнениями общего стока являются взвешенные вещества и органические загрязнения, выраженные БПК_п. 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:

, (12)

где С_быт – концентрация вычисляемого вида загрязнений, мг/л;

q_н – норма водоотведения на одного человека, л/чел·сут.

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

, (13)

где С_быт и С_пр – концентрация вычисляемого вида загрязнений соответственно бытовых и производственных сточных вод, мг/л;

и – расход соответственно бытовых и производственных сточных вод, м³/сут.

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 самоочищающей способностью и регулируются «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения».

Гигиенические требования к составу и свойствам воды водных объектов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Гигиенические требования к составу и свойствам воды водных объектов

3.4.1 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. При спуске сточных вод в проточные водоемы коэффициент смешения определяется по полуэмпирической зависимости:

, (14)

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

q – расход сточных вод, м³/с;

L – расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа по течению (фарватеру), м, определяемое как расстояние до ближайшего пункта водопользования (L_ф), уменьшенное на 1 км; L=L_ф-1000, м

– коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения:

, (15)

где ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод в водоем (при самотечном выпуске у берега x = 1, при выпуске в фарватере реки x = 1,5);

φ – коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния от места выпуска до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между этими же пунктами по прямой φ= L_ф/ L;

Е – коэффициент турбулентной диффузии:

, (16)

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

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

Кратность разбавления в расчетном створе:

, (17)

3.4.2 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.

Согласно санитарным правилам, предельно допустимое содержание взвешенных веществ в сточных водах, мг/л, спускаемых в водоем определяется по формуле:

, (18)

где р – допустимое санитарными нормами увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод, определяемое в зависимости от категории водопользования по таблице 1.

С_r – содержание взвешенных веществ в водоеме до выпуска сточных вод, мг/л;

Необходимая степень очистки сточных вод по взвешенным веществам определяется по формуле:

, (19)

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

Допустимая БПК сточных вод, подлежащих сбросу в водоём, рассчитывается на основании баланса биохимической потребности в кислороде смеси речной воды и сточных вод в расчетном створе, г/м³ по формуле

, (20)

где k₁ и k₂ – 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 таблица 1;

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

t – время движения сточных вод до расчётного створа, сут, которое можно вычислить из соотношения

(21)

Необходимая степень очистки сточных вод по растворенному кислороду, г/м³ определяется по формуле:

, (22)

где О – минимальное содержание кислорода в воде, г/м³;

В соответствии с правилами спуска сточных вод в воде водоема после смешения ее со сточной водой содержание растворенного кислорода должно быть не ниже 4 мг/л.

Принимаем О = 4 мг/л = 4 г/м³;

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

L_ст, L_р – полное биохимическое потребление О₂ соответственно сточными водами и речной водой, г/м³:

L_р = БПК_полн;

Необходимая степень очистки Э определяется по формуле:

, (23)

где L_а – БПК_полн^неосв сточных вод, поступающих на очистку;

L_ст – принимаем максимально возможное значение по БПК.

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.

Обработка городских сточных вод, представляющих собой смесь бытовых и промышленных сточных вод, производится обычно в такой последовательности: механическая очистка на решетках, в песколовках и первичных отстойниках; биологическая очистка на аэротенках или в биофильтрах и вторичных отстойниках; обеззараживание и выпуск в водоем либо повторное использование в промышленности или сельском хозяйстве. Обработка осадков может производиться в метантенках с последующим механическим обезвоживанием и термической сушкой либо высушиванием на иловых площадках.

В таблице 2 приведены рекомендации для выбора типа сооружений по очистке городских сточных вод.

Таблица 2 - Данные для выбора типа сооружений по очистке сточных вод

Условные обозначения: + рекомендуется; Х применяются при соответствующем обосновании; – не рекомендуется.

Раздел 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, приведенным в таблице СП [1].

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 бóльшей производительности, при этом скорость движения сточной жидкости в каналах, трубах, и лотках должна быть не менее самоочищающей, рекомендуемой [1].

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

Все результаты расчётов очистной станции следует помещать в таблицы. Это даёт возможность наглядно сопоставить характерные данные, оценить правильность выбранного решения.

4.1 Расчет сооружений для механической очистки сточных вод

4.1.1 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 в соответствии с таблицей 4, приложение 6.

4.1.2 Лотки

Подводящий канал, который также является распределительным каналом рассчитывается на расход, м³/с:

q = Q_{сек быт} + Q_{сек произ}, (24)

При форсированном режиме работы или при перегрузке очистной стан­ции расход будет, согласно [1]:

q^/ = q∙1,4, м³/с; (25)

F = Q_сек/ V, (26)

где V - скорость в лотке, определяется по таблице Лукиных.

Примем живое сечение лотка квадратным,м² тогда:

В = , (27)

4.1.2 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, при меньшем количестве отбросов – ручная. 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 с осадками очистных сооружений. 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 [1]. Скорость движения сточной жидкости в канале должна быть не менее 0,7 м/с и не более 1,2…1,4 м/с.

Число прозоров в решетке n определяется по формуле:

, (28)

где b- ширина прозоров между стержнями, м; Наиболее употребляемые прутья прямоугольного сечения с закруглёнными углами размером 8´60 мм, т. е. S = 0,008, b – ширина прозоров между стержнями 16 мм = 0,016 м;

Н_р - глубина воды в канале перед решеткой при пропуске расчетного расхода, 1-4 м;

V_р - скорость движения сточной жидкости в прозорах решетки, 0,8-1 м/с;

k - коэффициент, учитывающий стеснение сечения потока граблями, при механической очистке 1,05; при ручной очистке – 1,1…1,2.

Количество отбросов, снимаемых с решетки, м³/сут определим по формуле:

, (29)

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

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

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

Для дробления отбросов в здании решёток устанавливаются дробилки молоткового типа Д-3, Д-3а, производительностью 0,3…1,0 т/ч. Работа дробилок периодическая. Дроблённые отходы, транспортируемые потоком воды из технического водопровода, допускается направлять в канал сточной воды перед решётками или перекачивать в метантенки. Расход воды, подаваемой к дробилки, принимается из расчёта 40 м³ на 1 т отбросов.

В проекте необходимо привести схему узла решёток и схематичное изображение дробилки. Основные технические характеристики решёток и дробилок приведены в таблице 5, приложение 7.

После определения числа работающих решеток необходимо предусмотреть установку резервных решеток согласно таблице 6, приложение 7.

При плотности отбросов =750 кг/м³, масса загрязнений составляет:

М= W·ρ, т/сут (30)

Расход воды, подаваемой к дробилкам:

40м³ - 1т

х - М

=>

Ширина канала в месте установки решетки, м:

(31)

где S – толщина стержней, м;

Общая строительная длина решетки, м:

L=l₁+l_р+l₂, (32)

где l₁ - длина уширения перед решеткой, м, принимается:

l₁=1,37(В_р-В_k), (33)

где В_р - ширина камеры решетки, м,

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

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

l₂ - длина сужения после решетки, м;

l₂=0,5l₁, (34)

Общая строительная высота камеры в месте решеток:

Н=h₁+h_Р+h₂, (35)

где h₁- глубина воды в канале перед решеткой при пропуске расчетного расхода - 1-3 м;

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

h_р- потери напора в решетке, м, определяющиеся по формуле:

, (36)

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

ξ – коэффициент сопротивления, зависящий от формы стержней:

, (37)

где β - коэффициент, зависящий от формы стержней, равный для прямоугольных 2,42, для прямоугольных с закруглёнными краями 1,83, для круглых 1,72;

α – угол наклона решетки к потоку (α=60÷70^о),

4.1.3 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 станций производительностью до 10000 м³/сут рекомендуется применять тангенциальные и вертикальные песколовки, для станций производительностью свыше 10000 м³/сут – горизонтальные, а свыше 20000 м³/сут – аэрируемые. Наиболее часто применяются 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. Число песколовок или отделений принимается не менее двух, причём все рабочие. При механизированном сгребании осадка предусматривается резервная песколовка.

В зависимости от принятой скорости движения сточных вод площадь живого сечения песколовки, м² (или её отделения) определяется по формуле

(38)

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

V_s - скорость движения сточных вод, м/с (принимается по приложению 8, таблица 9);

n=2 - число песколовок (отделений).

Длина рабочей части песколовки, м определяется по формуле

(39)

где k_s - коэффициент турбулентности, принимаемый в зависимости от типа песколовки по таблице 10 приложение 8;

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

V_s- скорость движения воды в песколовке;

u₀ - гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от требуемого диаметра задерживаемых частиц песка (таблица 9 приложение 8).

Ширина отделений песколовки определяется по формуле

B=ω/h₁, м (40)

где h₁=2м.

Полученные размеры песколовок проверяются

- на скорость движения воды при максимальном и минимальном расходах, м/с:

(41)

(42)

где Q_i - расход сточных вод, м³/с;

Н_р - расчетная глубина песколовки, м;

В - ширина песколовки, м;

n - число отделений песколовки;

Продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке, с:

(43)

где L_s - длина рабочей части;

V_s - скорость движения воды в песколовке.

Общий объем осадочной части песколовок определяется по формуле, м³

(44)

где p- объем задерживаемого песка, применяемый по приложению 8;

t - период между двумя чистками песколовок, принимаемое не более 2-х суток;

N_пр - приведённое число жителей по взвешенным веществам.

Осадок из песколовки удаляется с помощью гидромеханической системы. Она состоит из нескольких смывных трубопроводов, оборудованных спрысками, сориентированными в сторону бункера. Бункер диаметром 0,8м и глубиной 1м (V=2м³) предусматривается в начале песколовки ниже уровня днища. Длина пескового лотка и смывного трубопровода будет равна

L=L_s-D_б (45)

Выгрузка осадка предусматривается 1 раз в сутки. При поступлении в бункер 30% осадка и расположении остального осадка по всему днищу песколовки высота слоя в каждом отделении будет

(46)

Высота слоя накопления осадка (при e=0,1) должна быть менее

h_л = К_г·h₀·(e+1), м (47)

где К_г - коэффициент, 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 весьма 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). Общий расход промывной воды, подаваемой по одному смывному трубопроводу, определяется по формуле

gl=vВL, м³/с (48)

где B - ширина песколовки;

L - длина пескового лотка.

При скорости v_тр=3м/с диаметр смывного трубопровода

(49)

Скорость движения воды, м/с в начале его будет:

(50)

Требуемый напор в начале смывного трубопровода определяется по формуле

м (51)

При расстоянии между спрысками Z=0,5м число их на смывном трубопроводе составит

n_спр=L/Z, шт. (52)

Диаметр отверстия спрысков определяется по формуле

(53)

где μ_р - коэффициент расхода спрысков, ориентировочно равный 0,82.

Общая глубина песколовки определяется по формуле, м:

Н=h_б+H_р+h_л, (54)

где h_б- высота бортов над уровнем воды в песколовке, принимается 0,2...0,4м.

Удаление задерживаемого песка из песколовок всех типов допускается предусматривать вручную при его объёме до 0,1 м³/сут. При большем объёме 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. В аэрируемых песколовках для удаления песка используется гидромеханическая система.

4.1.4 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.

Первичные отстойники служат для предварительного осветления сточных вод, поступающих на биологическую очистку. Радиальные отстойники применяются в качестве первичных, вторичных и илоуплотнителей для станций производительностью свыше 20000 м³/сут. Эффект задержания взвешенных веществ в них составляет до 60%.

Горизонтальные отстойники обычно применяются на станциях средней и большой производительности (15000 м³/сут и более). Эффект очистки в них в среднем составляет 50…60%. Вертикальные отстойники применяются в основном для очистки бытовых сточных вод на станциях производительностью до 20000 м³/сут при низком горизонте грунтовых вод. Эффект осветления воды в вертикальных отстойниках составляет 60–70%.