Расчет сооружений по очистке стоков и обработке осадков

Сооружения по очистке воды. При расчете очистных сооружений используются расходы максимального и минимального часа. Кроме того, необходимо определить среднесуточный расход. Усреднитель и все сооружения после него рассчитываются на средний часовой/секундный расход. Примеры расчетов некоторых сооружений по воде приведены в Приложении Г.

Рекомендуется вычертить принципиальную схему очистной станции с указанием всех сооружений и коммуникаций. После завершения расчетов всех сооружений на коммуникации схемы следует нанести концентрации загрязнений и расходы потоков.

Размеры приемной камеры оцениваются по времени t = 0,1-0,2 мин. Скорость движения сточных вод в лотках и трубопроводах принимается V = 0,8 - 1 м/с. По расчетному расходу сточных вод и скорости определяют размеры поперечного сечения лотков или диаметры трубопроводов для транспортирования сточных вод между сооружениями. Окончательно размеры каналов (трубопроводов) и потери напора определяют расчетом [3] или по таблицам гидравлического расчета [10] с учетом требований свода правил [1].

Механическая очистка сточных вод. Решетки. Для очистки сточных вод от грубодисперсных загрязнений применяют решетки или решетки-дробилки (измельчители). Необходимо принять количество решеток; их тип, определить количество и способы утилизации отбросов. На плане здания решеток необходимо разместить каналы с решетками, транспортер, устройства по обработке отбросов и затворы (шиберы). Каналы решеток следует проверить на пропуск минимального расхода сточных вод; скорость в канале при этом не должна быть менее 0,7 м/с, при пропуске аварийного расхода устанавливается рабочая высота канала. Классификация и марки наиболее применяемых решеток приведены в таблице 4.1:

Таблица 4.1 – Пример классификации и марки решеток

Неподвижного типа	Подвижного типа	Совмещенные с песколовками
РМН, РМУ МГТ Дуговая: РГД Сита: CS Шнековые FC, ESP	ступенчатого типа - РСК («Экотон») - РСС («Риотэк») барабанного типа - РМБ («Экотон») - GRR, RTV (ООО "АкваТехМаркет")	М-Комби («Экотон») Huber Rotomat («HUBER»)

Песколовки. Минеральные примеси, как правило, выделяют в песколовках. В пояснительной записке необходимо привести обоснование выбора песколовок. По расчетному расходу сточных вод определяют размеры отделения песколовки и его длину. Затем оценивается количество песка, подробно разрабатываются сооружения по транспортированию и обработке песка. Песколовки, которые используются для очистки сточных вод, следующие: горизонтальная с прямолинейным движением воды; горизонтальная с круговым движением воды; аэрируемая; тангенциальная; вертикальная; щелевая.

Песок может перекачиваться при помощи гидроэлеваторов или песковых насосов. В пределах песколовки песок перемещают при помощи скребков, гидромеханических устройств [2]. Обезвоживание песка проводят в бункерах или на песковых площадках. Необходимо предусматривать подъезды к площадкам (бункерам) и отвод осветленных вод в систему канализации станции.

Отстойники. При расходе до 1000 м³/сут и содержании взвешенных веществ не более 300 мг/л в технологической схеме ЛОС первичный отстойник может отсутствовать (при условии, что последующие сооружения могут принять такое количество взвешенных веществ). При расчете первичных отстойников оценивается требуемый эффект очистки, его определяют по формуле:

(4.1)

где С _см - концентрация смеси сточных вод по взвешенным веществам с учетом загрязнений от сооружений по обработке осадка.

Величина эффекта очистки может быть увеличена, но не более чем до 60 % при необходимости очищать сточную воду от взвешенных веществ с эффективностью более 60 % следует предусматривать сооружения для интенсификации отстаивания [5]. Конструкции первичных отстойников, предлагаемые к применению: горизонтальные; радиальные (с центральной подачей воды, с периферийной подачей воды или с вращающимся сборно-распределительным устройством); вертикальные (с центральной трубой или с нисходяще-восходящим движением воды); тонкослойные всех типов.

Методика расчета отстойников приведена в [3,4, 9 и 10]. Необходимо определить количество осадков и способ транспортирования его на последующие сооружения; подробно разработать схему отстойника, на которой указать коммуникации для подачи, отведения сточных вод, удаления осадка и опорожнения. Общие высота, длина, ширина или диаметр секции отстойника должна соответствовать размерам панелей (при сборном варианте строительства).

Сточные воды на отделения и секции сооружений подаются через распределительные камеры. Их конструкции приводятся в [4]. К этим камерам подключаются трубопроводы аварийного сброса. В проекте следует принять конструкции камер, на эскизе привести основные размеры.

Биологическая очистка сточных вод. Сооружения аэробной биологической очистки следует применять как основные для очистки сточных вод от органических загрязнений, поддающихся биохимическому разложению, соединений азота и фосфора. При обосновании для производственных сточных вод и их смеси с бытовыми сточными водами допускается использование двух- и более ступеней биологической очистки.

Для сточных вод, высококонцентрированных по органическим загрязнениям, а также содержащих высокие концентрации сульфатов, допускается использовать сооружения анаэробной биологической очистки.

Для эффективной биологической очистки необходимо обеспечивать содержание биогенных элементов не менее 5 мг/л азота и 1 мг/л фосфора на каждые 100 мг/л БПК_полн. При меньшем содержании биогенных элементов следует добавлять их в виде специальных добавок [1].

Сооружения, которые могут приниматься в качестве биологической очистки, следующие: биофильтры, аэротенки, нитрификаторы, денитрификаторы, биосорберы, биореакторы, биологические пруды и другие.

Для биофильтров определяют общую площадь загрузки, количество секций и размеры одной секции; принимают оборудование для подачи воздуха. Секции биофильтра компонуются в блок, при этом необходимо обеспечить подачу и отведение сточных вод; разрабатывают устройства для равномерного орошения площади биофильтра сточными водами. Следует обратить внимание на современные конструкции биофильтров с использованием новых видов загрузочного материала [3,9].

Для аэротенков необходимо оценить нагрузку на ил и выполнить расчет сооружения [3,4, 9]. Затем определяется величина нагрузки для принятых размеров аэротенка, если эта величина нагрузки отличается от определенной ранее, расчет аэротенка повторяют (для аэротенков с регенераторами). Параметры аэротенков принимаются в зависимости от вида сточных вод по таблице В.1 (Приложение В). Расчету подлежат рециркуляционный расход, концентрации ила, иловый индекс, величина прироста ила, время обработки сточных вод в аэротенке, объемы аэротенка и регенератора, система аэрации. На схеме аэротенка подробно показывают в масштабе секции с коммуникациями для подачи сточных вод, ила, воздуха и опорожнения. По требуемому количеству воздуха для системы аэрации, принимаются воздуходувки.

При удалении из сточных вод повышенных концентраций соединений азота и фосфора следует обратить внимание на современные схемы и конструкции аэротенков: нитрификаторы и денитрификаторы [3,4,9 ]. Примерные схемы с разделением рабочей зоны аэротенка на нитрификацию и денитрификацию приведены в Приложении А. Пример расчета данных сооружений приведен в Приложении В.

Анаэробное сбраживание сточных вод. Современный подход к очистке высококонцентрированных органических производственных сточных вод, например, предприятий пищевой промышленности, предлагает реакторы для анаэробного сбраживания стоков с получением на выходе газа метана, пригодного для утилизации в котельных. Наряду с традиционными методами физико-химической (напорная флотация) и аэробной биологической очистки широкое распространения получают методы аэробной очистки в USAB-ректорах (реакторы с восходящим потоком сточной воды через слой анаэробного ила), и его усовершенствованные конструкции: EGSB-реактор (с расширенным слоем ила) и IC-реактор (с внутренней рециркуляцией). В этом случае сточные воды подвергаются разложению в присутствие анаэробных бактерий и достигают качества, необходимого для сброса в бытовую сеть канализации.

Вторичные отстойники разрабатывают в соответствии с рекомендациями [1, 3, 8]. Вместо вторичного отстойника можно использовать мембранные биореакторы (МБР), которые подбираются на производительность.

Фильтрование. В качестве сооружений доочистки могут быть приняты напорные или безнапорные фильтры с загрузкой из различных материалов: кварцевый песок, антрацитовый песок, полимерные фильтрующие материалы, активированный уголь и другие сорбенты. Перед сорбционными фильтрами должен быть установлен предварительный механический фильтр. Пример расчета напорных фильтров приведен в Приложении В.

Обеззараживание. Затем рассчитывают сооружения для обеззараживания сточных вод: хлорирование, УФО-обработка или озонирование [1,3,9].

Химическая очистка сточных вод. Основные способы химической очистки: нейтрализация (кислые и щелочные стоки), окисление (циансодержащие стоки) и восстановление (хромсодержащие стоки) – применяются для обработки производственных сточных вод гальванических цехов (Приложение А). Расходы необходимых химических реагентов можно рассчитать по примерам в учебниках [3,8]. Реагенты могут приготавливаться на месте в реагентном хозяйстве, но могут и привозиться готовые в емкостях и хранится на складе реагентов. Растворы реагентов подаются в смеситель насосами-дозаторами. По среднему расходу подаваемого реагента следует подобрать насос-дозатор.

Сточные воды и растворы реагентов смешиваются в смесителе. Время смешения принимается t = 1-5 минут, в зависимости от конструкции смесителя. Объем смесителя с механическими мешалками рассчитывается по формуле (4.2), м³:

(4.2)

где Q _общ – суммарный расход (л/с) сточных вод и реагента;

Время химической реакции принимается t _р= 20-30 минут, объем нейтрализатора (или камеры реакции) рассчитывается по формуле (4.3), м³:

(4.3)

После камеры реакции как правило стоки осаждаются от продуктов химической реакции. Рабочая зона отстаивания рассчитывается на t_отс = 1,5-2 часа по формуле (4.4):

(4.4)

где Q _час - часовой расход смеси сточных вод и реагентов, м³/час.

Физико-химические методы очистки. Физико-химическая очистка достаточно часто применяется для очистки производственных сточных вод как самостоятельный метод, так и в сочетании с механическими, химическими и биологическими методами.

Чаще всего методы физико-химической очистки применяются: для предварительной очистки или интенсификации осаждения взвеси: коагуляция, флокуляция; как самостоятельный метод: флотация, экстракция, эвапорация, электрокоагуляция, озонирование; на стадии доочистки: сорбция, ионный обмен, гипер- и ультрафильтрация, осмос, обратный осмос, диализ.

Установки физико-химической очистки приведены в [3,4 и 9], примеры расчета сооружений в [8].

Расчет сооружений водоотводящих систем нефтепромыслов, баз и нефтехимических предприятий приведен в [10].

Сооружения для обработки осадков. Осадок из первичных, вторичных отстойников и контактных бассейнов подвергается стабилизации в метантенках или аэробных стабилизаторах, кондиционируется, обезвоживается и сушится. Принимается технологическая схема обработки осадков, затем в соответствии со схемой выполняют расчеты всех сооружений, насосных станций и трубопроводов. Уточняется количество загрязнений, подаваемых с иловыми водами в приемную камеру станции.

Если сточные воды не подвергаются биологической очистке, то схема обработки осадков может включать в себя только станцию механического обезвоживания с использованием пресс-фильтров, вакуум-фильтров или центрифуг. Расчет количества рабочих и резервных единиц оборудования производится с учетом рекомендаций [1-3, 9], примеры расчетов даны в [8].

Генплан очистных сооружений. Очистную станцию промпредприятия производительностью до 3-5 тыс. м³/сут в северных климатических условиях рекомендуется размещать в отапливаемом отдельном здании. В случае размещения очистной станции в здании рекомендуется использовать блочно-комплектные конструкции, выделяя перегородками отдельные этапы очистки, специальные помещения (реагентные хозяйства, склады, цеха обработки осадков, обеззараживание и другие). В курсовом проекте в масштабе 1:100 выполняются планы этажей здания и необходимые разрезы с указанием высотных отметок основных сооружений. На чертеже указываются насосное и другое оборудование, коммуникации, необходимые вспомогательные помещения. Объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений систем канализации следует выполнять согласно СП 44.13330, СП 31.13330 [1].

В случае размещения очистной станции на открытой площадке генплан выполняется в масштабах 1:500 или 1:1000. На генплане станции располагают сооружения для очистки сточных вод и обработки осадков, коммуникации для транспортирования воды и осадков между сооружениями, насосные и воздуходувные станции, административно-лабораторный корпус. Необходимо обеспечить сброс сточных вод при аварии сооружений и опорожнение секций сооружений при ремонте. На генплане наносятся дороги к зданиям и группам сооружений, выемки и насыпи; показывается привязка основных объектов и коммуникаций к осям строительной сетки координат. Оформление генплана должно соответствовать ГОСТ 21.604-82 «Водоснабжение и канализация. Наружные сети», ГОСТ 21.508 -93 «Правила выполнения рабочей документации генеральных планов предприятий, сооружений и жилищно-гражданских объектов».

Высотные отметки сооружений определяют при построении профиля по движению воды. Для построения профиля необходимо в табличной форме (таблица 4.2) выполнить определение потерь напора в коммуникациях, местных сопротивлениях и сооружениях по линии движения сточных вод и осадков [9]. Потери напора определяют по аварийному расходу сточных вод.

Таблица 4.2 – Пример оформления данных для построения профиля по движению воды

№ уч.	Наименование сооружения	Скорость потока, v, м/с	Коэффициенты местного сопротивления £	Местные потери, м	Потери по длине, м	Суммарные потери, м
0-1	Приемная камера	0,8	-	0,1	-	0,1
1-2	Лоток (местные потери: вход, расширение, сужение, выход)	0,7	∑£ для местных потерь	H_м=∑£∙(v²/2g)	H_l =i∙l	H_м + H_l
….	…	….	…..	….	….	….
					Всего:	=сумма*