В.Г. Иванов и др. 2 страница

, (10)

где v – скорость движения воды в песколовке при максимальном притоке сточных вод; v = 0, 3м/с [16, 18].

Высота треугольной части кольцевого желоба песколовки h _тр, м, равна:

, (11)

где α – угол наклона стенок желоба к горизонту; α ≥ 60⁰.

Площадь треугольной части кольцевого желоба ω _тр, м², определяется по формуле:

. (12)

Тогда площадь прямоугольной части кольцевого желоба ω _пр, м², равна:

. (13)

Высота жидкости в прямоугольной части желоба h _пр, м, составит:

. (14)

Суммарная полезная высота кольцевого желоба песколовки h _ж, м, равна:

. (15)

Высота бункера песколовки h _бунк, м, определяется по формуле

, (16)

где d _о– диаметр нижнего основания бункера для песка; обычно d _о=0, 4–0, 5м.

Далее принимают высоту борта песколовки h _б = 0, 3 м и определяют ее строительную высоту H, м, по формуле

. (17)

Продолжительность протекания сточных вод по кольцевому желобу песколовки при максимальном притоке сточных вод t, с, определяют по формуле

. (18)

Согласно [16], t должно быть больше или равно 30 с.

Суточный объем песка W _ос, м³/сут, задерживаемого в песколовках, определяют по формуле

, (19)

где А – количество песка, задерживаемого в песколовках, в пересчете на 1 чел; А = 0, 02 л/сут [16];

– приведенное число жителей по взвешенным веществам, определяется по формуле

, (20)

где N – число жителей в населенном пункте, обслуживаемом канализацией;

– эквивалентное число жителей по взвешенным веществам (учитывается при поступлении в городскую канализацию производственных вод от промпредприятий).

Выпавший в песколовках песок удаляется гидроэлеватором или насосом на песковые площадки, или в песковые бункеры, где обезвоживается.

Для работы гидроэлеваторов используют осветленную сточную воду, которая забирается после первичных или вторичных отстойников. Насос, обеспечивающий подачу воды к гидроэлеваторам, располагается в иловой насосной станции, здании решеток, насосной станции дренажных вод или в других зданиях в зависимости от компоновки очистных сооружений.

2.4. Расчет песковых площадок и песковых бункеров

Расчет песковых площадок производится следующим образом.

Первоначально определяют годовое количество песка W _год, м³/год, подаваемого на песковые площадки, по формуле

, (21)

где W _ос – суточный объем осадка, задерживаемого в песколовках, м³/сут; принимается на основании данных расчета песколовок.

Далее определяется суммарная полезная площадь песковых площадок F, м², по формуле

, (22)

где h _год – годовая нагрузка песка на площадки; h _год = 3 м³/м² в год [16].

Песковые площадки конструктивно аналогичны иловым площадкам на естественном основании. Если грунт водонепроницаемый, то устраивают площадки с дренажом или применяют песковые бункеры; число карт песковых площадок n надлежит принимать не менее двух.

Площадь одной карты песковых площадок f, м², будет равна:

. (23)

Зная f, назначают размеры песковых площадок в плане, то есть их ширину b и длину l (f=bl); высота оградительных валиков h _вал = 1–2 м.

Для отмывки песка и его обезвоживания на станциях производительностью до 75000 м³/сут вместо песковых площадок могут устраиваться песковые бункеры [16, 20]. В зависимости от климатических условий их устраивают либо в здании, либо на открытом воздухе и располагают на эстакадах, приспособленных для погрузки песка в автотранспорт. Перед подачей песка в бункеры он может подвергаться отмывке от органических примесей в гидроциклонах. Бункеры представляют собой цилиндрические железобетонные резервуары с коническим днищем.

Расчет бункеров рекомендуется вести следующим образом. Сначала определяют полезный объем одного бункера W _бунк, м³, по формуле

, (24)

где W _ос – суточный объем осадка, задерживаемого в песколовках, м³/сут;

Т – время хранения осадка в бункерах, обычно Т = 1, 5–5 сут [16, 20];

n – число бункеров, обычно n = 2.

Затем принимают диаметр бункера D (обычно D от 1 до 1, 5–2 м) и определяют высоту усеченного конуса бункера h _ус, м, по формуле

, (25)

где d ₀ = 0, 5м, а α ≥ 60⁰.

Высота цилиндрической части бункера h _цил, м, будет равна:

. (26)

Строительная высота бункера H _стр, м, составляет:

, (27)

где h _б – высота борта бункера, обычно h _б = 0, 3 м.

2.5. Двухъярусные отстойники

Двухъярусные отстойники обычно устраиваются на очистных станциях производительностью до 10000 м³/сут и предназначаются для отстаивания сточных вод и сбраживания осадка. По конструкции они могут быть одиночными или спаренными. Схема двухъярусных отстойников приведена на рисунке 5. Основные размеры одиночных двухъярусных отстойников из сборного железобетона приведены в таблице 6 [18, 22].

Таблица 6

Основные размеры одиночных двухъярусных отстойников

из сборного железобетона [18, 22].

Двухъярусные отстойники рассчитываются на максимальный расход сточных вод q, м³/с. Расчет отстойников рекомендуется проводить в следующей последовательности.

Первоначально принимают диаметр двухъярусных отстойников D и их тип (одиночные или спаренные); двухъярусные отстойники могут устраиваться диаметрами от 6 до 12 м; при назначении диаметра следует стремиться к тому, чтобы их число было наименьшим, но не менее двух. При выборе типа (одиночные или спаренные) следует исходить из удобства компоновки и эксплуатации очистной станции; если потребное число одиночных двухъярусных отстойников максимально возможного диаметра (12 м) превышает 8, то целесообразно перейти на устройство спаренных отстойников, хотя их эксплуатация несколько усложняется необходимостью периодического изменения направления движения воды в желобах.

Рис. 5. Схема одиночного (а) и спаренного (б) двухъярусных отстойников

После выбора диаметра отстойника D, м, и его типа (одиночный или спаренный) определяют длину осадочных желобов L, м.

Для одиночных отстойников

. (28)

Для спаренных отстойников

, (29)

где а – расстояние между внутренними стенками септических камер в спаренных отстойниках; по конструктивным соображениям обычно принимают а = 1 м.

Далее определяют потребный полезный объем осадочных желобов отстойников W _ж, м³, по формуле

, (30)

где t – продолжительность отстаивания воды в осадочных желобах двухъярусных отстойников; t = 1, 5 ч [16, 18].

Площадь живого сечения одного осадочного желоба ω, м², составит:

, (31)

где n – число двухъярусных отстойников (одиночных или спаренных); n ≥ 2 [16];

n _ж – число осадочных желобов в отстойнике; при D < 6 м n _ж = 1; при D > 6 м n _ж = 2.

Затем принимают ширину осадочного желоба b, м, и определяют его высоту h _ж. Ширину желобов b обычно принимают в пределах от 2 до 3, 5 м. Высоту треугольной части желоба h _тр, м, определяют по формуле

, (32)

где β – угол наклона стенок осадочного желоба к горизонту; β ≥ 50⁰.

Высота прямоугольной части желоба h _пр, м, будет равна:

, (33)

где ω _пр и ω _тр – площади живого сечения соответственно прямоугольной и треугольной частей осадочного желоба.

Суммарная глубина осадочного желоба h _ж, м, составляет:

. (34)

Глубина желоба h _ж = 1, 2–2, 5 м [16, 18].

Далее проверяют, чтобы свободная поверхность водного зеркала двухъярусного отстойника, необходимая для всплывания осадка, была не менее 20% от площади отстойника в плане, то есть чтобы

. (35)

При этом расстояние между наружными стенками соседних желобов принимается не менее 0, 5 м [18].

После расчета осадочных желобов переходят к расчету септических камер отстойников. Суммарный потребный объем всех септических камер двухъярусных отстойников W _общ, м³, определяют по формуле

, (36)

где W _ил – объем септической камеры двухъярусного отстойника на 1 чел; принимается по таблице 7 в зависимости от среднезимней температуры сточных вод;

k – коэффициент, учитывающий поступление в двухъярусные отстойники осадка из вторичных отстойников. В схемах с аэротенками и высоконагружаемыми биофильтрами k = 1, 7, а в схемах с капельными биофильтрами k = 1, 3;

– приведенное число жителей по взвешенным веществам.

Таблица 7

Вместимость септической камеры двухъярусных отстойников и суточная доза загрузки осадка влажность 95% в перегниватели [16].

Объем одной септической камеры W, м³, определяют по формуле

, (37)

где n – число отстойников; n ≥ 2;

n _к – число септических камер в отстойнике; для одиночных отстойников n _к = 1, а для спаренных n _к = 2.

Высота усеченного конуса двухъярусных отстойников h _ус, м, определяется по формуле:

, (38)

где d ₀ – нижнее основание усеченного конуса; обычно d ₀ = 0, 4–0, 5 м;

α – угол наклона днища отстойника к горизонту; α ≥ 30⁰ [16].

Высоту слоя осадка, расположенного в цилиндрической части отстойника h _ц, м, определяют по формуле

, (39)

где W _ус – объем усеченного конуса двухъярусного отстойника, м³.

Общая строительная высота двухъярусного отстойника H, м, составляет:

, (40)

где h _б – высота борта; обычно h _б = 0, 3 м;

h _н – высота нейтрального слоя от щели осадочного желоба до уровня осадка; h _н = 0, 5 м [16].

Суточный объем сырого (свежего) осадка, поступающего в септические камеры двухъярусных отстойников W _сыр, м³, составит:

а) в схемах с биофильтрами:

; (41)

б) в схемах с аэротенками;

. (42)

Здесь Q _сут – суточный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, м³/сут;

– концентрация смеси сточных вод, поступающих на очистные сооружения, по взвешенным веществам, г/м³;

– то же, по БПК_полн, г/м³;

Э – эффект задержания взвешенных веществ в двухъярусном отстойнике, %; Э =45–50% [16];

ρ – плотность осадка, т/м³; ρ ≈ 1 т/м³;

р ₁ – влажность свежего осадка, выпадающего в отстойнике, %; р ₁ = 95% [16];

А – количество избыточной биологической пленки, поступающей в двухъярусные отстойники из вторичных отстойников после биофильтров в г/сут на 1 чел; А = 28 г/сут на 1 чел;

– приведенное число жителей по БПК_полн;

р ₂ – влажность избыточной биологической пленки, %; р ₂ = 96% [16];

П _р – прирост ила в аэротенках, г/м³;

р ₃ – влажность ила, поступающего в отстойники из вторичных отстойников после аэротенков, %; р ₃ ≈ 99, 2–99, 5%; либо влажность уплотненного ила; р ₃ ≈ 97–98%.

В септических камерах двухъярусных отстойников в процессе сбраживания происходит технический распад органической части осадка, в результате этого объем осадка уменьшается примерно в два раза; кроме того, осадок в отстойнике уплотняется, и влажность его в нижней части септической камеры снижается до р ₄ = 90%. С учетом этих факторов суточный объем сброженного осадка, удаляемого из двухъярусных отстойников на иловые площадки W _сбр, м³/сут, составляет:

а) в схеме с биофильтрами:

; (43)

б) в схеме с аэротенками:

. (44)

При определении объема осадка, единовременно поступающего из двухъярусных отстойников на иловые площадки, W _{сбр. ед}, м³, необходимо иметь в виду, что выпуск осадка из двухъярусных отстойников обычно производится один раз в 10 суток в количестве:

. (45)

Остаточная концентрация взвешенных веществ , мг/л, в сточной воде, поступающей из двухъярусных отстойников на сооружения биологической очистки, определяется по формуле

. (46)

При поступлении воды на биофильтры или аэротенки на полную очистку в сточной воде должна быть меньше или равна 150 мг/л [20, 21, 22]; если двухъярусные отстойники не обеспечивают такого снижения взвеси в воде, необходимо вместо них устраивать осветлители-перегниватели.

2.6. Осветлители-перегниватели

Осветлители-перегниватели обычно устраиваются на очистных станциях производительностью до 30000 м³/сут. Они предназначаются для отстаивания сточных вод и сбраживания образующегося при этом осадка. Конструктивно они состоят из осветлителей с естественной аэрацией и концентрически расположенных вокруг них перегнивателей. Схема осветлителя-перегнивателя приведена на рисунке 6.

Расчет осветлителя-перегнивателя рекомендуется производить в следующей последовательности: первоначально рассчитывают осветлитель с естественной аэрацией, а затем перегниватель.

2.6.1.Расчет осветлителя с естественной аэрацией

Осветлитель устраивается на базе вертикального первичного отстойника. Поэтому расчет его надо начинать с выбора диаметра D ₀ и строительной высоты H ₀. Так как диаметр вертикального отстойника может меняться в пределах от 4 до 9 м [18], то диаметр осветлителя можно также принимать в этих пределах; для получения наименьшего числа сооружений лучше принимать наибольшее значение диаметра; то есть D ₀ = 9 м [16]. Максимальную высоту зоны осаждения в первичных вертикальных отстойниках следует принимать h _ц = 3, 8м (от 2, 7 до 3, 8 м) [16]. С учетом этого строительная высота осветлителя H ₀, м, составит:

, (47)

где , d ₀ = 0, 4–0, 5 м, h _б = 0, 3 м, а α ≥ 50⁰.

Рис. 6. Схема осветлителя-перегнивателя

При выборе размеров осветлителя, то есть D ₀, H ₀, h _ц, h _б и h _{у. о} можно руководствоваться также размерами вертикальных первичных отстойников, приведенными в таблице 8 [18].

Таблица 8

Вертикальные отстойники из сборного железобетона [18].

Приняв D ₀ и найдя H ₀, приступают к определению остальных размеров осветлителя.

Диаметр центральной трубы осветлителя d, м, равен:

, (48)

где q – максимальный расход сточных вод, поступающих в осветлители с естественной аэрацией, м³/с;

n – число осветлителей; n ≥ 2 [16];

v _тр – скорость движения воды в центральной трубе осветлителя; v _тр =0, 5–0, 7 м/с [16].

Далее принимают высоту центральной трубы осветлителя h _т = 2–3 м и диаметр тарельчатого отражательного щита D _щ = d + 1 м; расстояние от конца центральной трубы до щита – 1 м. Затем назначают рабочую высоту цилиндрической части камеры флокуляции h _{ц. ф} и высоту усеченной части камеры флокуляции h _{у. ф}. Обычно h _{ц. ф} = 3 – 4 м; h _{у. ф} = 1 м. Общая рабочая высота камеры флокуляции h _ф = h _{ц. ф} + h _{у. ф}, должна составлять 4 – 5 м [16]. Диаметр нижнего сечения камеры флокуляции D _ус, м, составит:

, (49)

где v _в – средняя скорость выхода воды из камеры флокуляции; v _в = 0, 008–0, 01 м/с [16].

Диаметр камеры флокуляции D _ф, м, определяют из уравнения:

, (50)

где t – время пребывания сточных вод в камере флокуляции; с; t = 20 мин [16].

Далее определяют скорость движения воды в отстойной зоне осветлителя v ₀, м/с, по формуле

. (51)

Скорость в отстойной зоне осветлителя должна находиться в пределах v ₀= 0, 8 – 1, 5 мм/с [16]. Если v ₀ не соответствует требуемым значениям, то нужно изменить либо принятое число осветлителей n, либо принятый диаметр осветлителя D ₀ и повторить расчет.

Суточный объем осадка, выпадающего в осветлителях W _{ос. осв}, м³/сут, определяют по формуле

, (52)

где – концентрация смеси сточных вод, поступающих в осветлители, по взвешенным веществам, г/м³;

Э^вв – эффект задержания взвешенных веществ в осветлителях, %; Э^вв =70% [16];

ρ – плотность осадка, т/м³; ρ ≈ 1 т/м³;

р ₁ – влажность осадка, %; р ₁ = 95% [16].

Далее необходимо проверить, чтобы расстояние между поверхностью осадка в иловой части осветлителя и нижним сечением камеры флокуляции было не менее 0, 6 м [16].

Остаточная концентрация загрязнений в сточных водах, поступающих из осветлителя на биологические очистные сооружения, по взвешенным веществам и по БПК_полн определяется соответственно по формулам

, (53)

. (54)

Здесь – концентрация смеси сточных вод, поступающих на очистные сооружения, по взвешенным веществам, г/м³;

– концентрация смеси сточных вод, поступающих в осветлители по БПК_полн, г/м³;

Э^БПК – эффект снижения БПК в осветлителях, %; Э = 15% [16].

2.6.2. Расчет перегнивателя

Полезный объем камеры перегнивания осадка одного осветлителя-перегнивателя W _п, м³, составляет:

, (55)

где m – число перегнивателей; принимается равным числу осветлителей с естественной аэрацией, то есть m = n;

W _сут – суточный объем осадка, поступающего во все перегниватели, м³/сут; равен сумме объемов осадка, поступающего из осветлителей W _{ос. осв} и из вторичных отстойников W _{вт. отст} .

На станциях с биофильтрами

. (56)

На станциях с аэротенками

. (57)

Значения А, , р ₂, р ₃ – те же, что и в формулах (41) и (42);

d – суточная доза загрузки осадка в перегниватели, %, равна:

, (58)

где d ₁ – суточная доза загрузки осадка влажностью 95% в перегниватели, %, принимаемая по таблице 7 в зависимости от среднезимней температуры сточных вод;

р _см – влажность смеси осадка, поступающего в перегниватели в %; определяется по формулам

для очистных станций с биофильтрами

, (59)

для очистных станций с аэротенками

. (60)

Далее принимают полезную высоту цилиндрической части перегнивателя h _{ц. п}. Для перегнивателей, устраиваемых из сборных железобетонных панелей высотой 6 м, имеем:

м. (61)

где h _б – высота борта перегнивателя, м; обычно h _б = 0, 5 м.

Диаметр перегнивателя D _п, м, определяют из уравнения:

, (62)