В.Г. Иванов и др. 3 страница

где . (63)

Обычно d ₁ = 0, 4 – 0, 5 м; угол β ≥ 30⁰ [16].

Строительная высота перегнивателя H _п, м, составит:

, (64)

Далее проверяют, чтобы ширина кольцевого пространства между стенами осветлителя и перегнивателя была не менее 0, 7 м [16, 20, 21].

2.7. Высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры)

2.7.1. Расчет высоконагружаемых биофильтров (аэрофильтров)

Высоконагружаемые биофильтры применяются на очистных станциях производительностью до 50000 м³/сут. Они могут обеспечивать как полную биологическую очистку с доведением БПК_полн до L_t = 15 мг/л, так и неполную (частичную) очистку. Учитывая высокие требования к охране водоемов от загрязнения, в настоящее время обычно предусматривают полную биологическую очистку сточных вод.

При БПК_полн исходной воды до L_a ≤ 300 мг/л биофильтры работают без рециркуляции, а при L_a > 300 мг/л – с рециркуляцией [16, 20, 21].

Конструктивно высоконагружаемые биофильтры могут быть прямоугольными в плане со спринклерной распределительной системой и круглыми с реактивными оросителями. Прямоугольные в плане биофильтры в настоящее время наиболее часто устраиваются в районах с суровым климатом, когда возникает необходимость располагать их в помещениях, а также при расходах сточных вод до 1000 м³/сут (капельные биофильтры). При устройстве сооружений на открытом воздухе наиболее часто применяют круглые в плане биофильтры с реактивными оросителями, схема которых приведена на рисунке 7. Существует много способов расчета биофильтров; обычно рекомендуется рассчитывать высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры) по приведенной ниже методике [16].

Рис. 7. Схема высоконагружаемого биофильтра с реактивным оросителем

В случае БПК_полн исходной воды до 300 мг/л первоначально определяют коэффициент К по формуле

, (65)

где L_a – БПК_полн исходной воды, мг/л;

L_t – БПК_полн очищенной воды; при полной биологической очистке L_t = 15 мг/л.

При БПК_полн исходной воды более 300 мг/л необходимо предусматривать рециркуляцию воды на биофильтрах, то есть разбавление исходной воды сточной водой, прошедшей биологическую очистку.

Расчет биофильтров в этом случае производят в следующей последовательности.

Первоначально при известной потребной БПК_полн очищенной воды L_t, мг/л, определяют коэффициент К по формуле

. (72)

По найденному значению К находят из таблицы 9 величины H, q, В.

Далее определяют допустимую БПК_полн смеси исходной и рециркуляционной сточной воды L_см, мг/л, и коэффициент рециркуляции воды n _р по формулам

, (73)

. (74)

Если в таблице 9 нет значений К, больших или равных значению К, определенному по формуле (72), то принимают ближайшее меньшее значение К и по нему из таблицы 9 определяют параметры H, q и В, а по формулам (73) и (74) – значения L _сми n _р.

Потребную суммарную площадь биофильтров с рециркуляцией F, м², и суточный расход воздуха W _в, м³/сут, определяют по формулам

, (75)

. (76)

В остальном расчет производится аналогично вышеизложенному.

2.7.2. Расчет распределительных устройств биофильтров

Распределительные устройства служат для обеспечения периодической подачи сточных вод на биофильтры и равномерного распределения их по поверхности фильтрующей загрузки. На круглых в плане биофильтрах распределение воды производится реактивными оросителями, а на прямоугольных – спринклерной системой орошения.

Схема реактивного оросителя представлена на рисунке 7. Расчет реактивного оросителя состоит в определении диаметра оросителя D _ор, диаметров радиальных труб оросителя D _тр, числа отверстий в трубах m, диаметров этих отверстий d, расстояний между отверстиями r, напора H, необходимого для работы реактивного оросителя, и числа оборотов реактивного оросителя в минуту n _об.

Диаметр оросителя D _ор, мм, принимается равным:

, (77)

где D – диаметр секции биофильтра, мм.

Количество распределительных труб оросителя n _тр и диаметр их D _тр определяются по расчету, исходя из обеспечения скорости движения воды в начале трубы оросителя v _тр в пределах от 0, 5 до 1 м/с [16, 20]. Число труб в оросителе обычно принимается равным n _тр = 2 – 4. Диаметр каждой трубы оросителя D _тр (см. рис. 7), м, можно определить по формуле

, (78)

где q _макс – максимальный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, м³/с;

n – число принятых секций биофильтра.

Число отверстий m в каждой трубе оросителя определяется по формуле

. (79)

D _ор следует подставлять в формулу (79) в мм.

Диаметр отверстий d, м, в трубах оросителя составит:

, (80)

где v _о – скорость истечения жидкости из отверстий оросителя; v _о ≥ 0, 5 м/с [16, 20].

Обычно d принимается не менее 10 мм (от 10 до 15 мм).

Расстояние r_i до центра любого отверстия от оси оросителя, м, определяется по формуле

, (81)

где R _ор – радиус оросителя, м; R _ор =0, 5 D _ор;

i – порядковый номер отверстия от оси оросителя, i = 1; 2; …; m.

Число оборотов оросителя в минуту n _о, об/мин, определяется по формуле

, (82)

где d и D _ор подставляются в формулу (82) в мм, а q _макс в л/с.

Напор, необходимый для работы реактивного оросителя Н, мм, определяется по формуле

, (83)

где К ₁ – модуль расхода, л/с; можно принимать по таблице 11.

Значения d, D _тр и D _ор следует подставлять в формулу (83) в мм, а q _макс и К ₁ в л/с. Напор Н должен находиться в пределах от 0, 5 до 1 м. Принимать напор более 1 м нежелательно, так как именно сравнительно небольшой потребный напор является достоинством реактивного оросителя.

Таблица 11

Значения модуля расхода К ₁ для труб различного диаметра

Расчет спринклерной оросительной системы в настоящих указаниях из-за ограниченности их объема не приводится. При необходимости он может быть выполнен в соответствии с рекомендациями, изложенными в литературе [8, 20, 21, 22].

2.8. Вторичные вертикальные отстойники

2.8.1. Расчет вторичных вертикальных отстойников после биофильтров

Назначение вторичных отстойников на станциях с биофильтрами – задержание биологической пленки, выносимой из загрузки биофильтров; в значительном ряде случаев (при БПК_полн сточных вод, поступающих на очистку, менее 300 мг/л) они одновременно используются так же и как контактные резервуары (для контакта воды с хлором). Вторичные отстойники могут быть вертикальными, горизонтальными и радиальными. Вертикальные вторичные отстойники обычно устраиваются на станциях небольшой пропускной способности (до 20000 м³/сут), а горизонтальные и радиальные – на больших и средних очистных станциях (при производительности свыше 15000 – 20000 м³/сут).

При очистке сточных вод от железнодорожных станций и населенных пунктов при них обычно устраивают вертикальные вторичные отстойники, которые представляют собой либо круглые в плане железобетонные цилиндрические резервуары с коническим дном, либо квадратные с пирамидальным дном (рис. 8).

Рис. 8. Схема вторичного вертикального отстойника

Расчет вертикальных вторичных отстойников рекомендуется производить в следующей последовательности.

Первоначально определяют суммарную площадь живого сечения центральных труб отстойников F _т, м², по формуле

, (84)

где q – расчетный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, м³/с;

v _т – скорость движения воды в центральной трубе; v _т ≤ 0, 03 м/с [16].

Затем определяют суммарную площадь отстойной части всех отстойников F _о, м², по формуле

, (85)

где q_ssb – нагрузка на поверхность вторичных отстойников после биофильтров, м³/м²·час; согласно [16] определяется по формуле

, (86)

где u ₀ – гидравлическая крупность биопленки; при полной биологической очистке u ₀ = 1, 4 мм/с [16];

К_set – коэффициент использования объема отстойника; для вертикальных отстойников К_set = 0, 35 [16].

Диаметр вторичного отстойника D, м, определяют по формуле

, (87)

где n – число вторичных отстойников; n ≥ 3 [16].

Из условий удобства компоновки и эксплуатации очистной станции число отстойников желательно принимать четным и минимальным (не менее 4), причем таким, чтобы диаметр их был не более 9 м.

Диаметр центральной трубы отстойника d, м, равен:

. (88)

Диаметр раструба центральной трубы D _р, м, и высота ее раструба h _р, м, определяются по формуле

. (89)

Диаметр отражательного щита D _щ, м, определяется по формуле

. (90)

Рабочая глубина отстойной части вертикального отстойника h ₀ принимается в пределах от 2, 7 до 3, 8 м [16], обычно принимают h ₀ = 2, 7 м.

Высота щели между нижней кромкой центральной трубы и поверхностью отражательного щита h _щ, м, определяется по формуле

, (91)

где v _щ – скорость выхода воды из щели, м/с; v _щ ≤ 0, 015 м/с [16].

Высота усеченного конуса отстойника h _ус, м, определяется по формуле

, (92)

где d ₀ – диаметр нижнего основания усеченного конуса, м; обычно d ₀ = 0, 4–0, 5 м;

α – угол наклона стенок днища к горизонту; α ≥ 50⁰ – 60⁰ [16].

Объем усеченного конуса отстойника W _ус, м³, определяется по формуле

. (93)

Суммарный объем осадка, образующегося во вторичных отстойниках после

высоконагружаемых биофильтров W _ос, м³/сут, составит:

, (94)

где А – количество избыточной биологической пленки, образующейся на станциях с биофильтрами, г/сут на 1 чел; для высоконагружаемых биофильтров А = 28 г/сут на 1 чел, а для капельных – А = 8 г/сут на 1 чел [16];

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

– приведенное число жителей по БПК_полн, чел;

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

Объем осадка, приходящегося на один отстойник , м³/сут, составит:

. (95)

Далее, сопоставляя с W _ус, решают вопрос о том, нужно ли предусматривать нейтральный слой высотой h _н = 0, 3 м в цилиндрической части отстойника или его можно расположить в конической части отстойника (при этом исходят из того, что время хранения осадка во вторичных отстойниках после биофильтров должно приниматься не более двух суток). Обычно нейтральный слой удается расположить в конической части отстойника, так как количество выпадающей биологической пленки получается значительно меньше объема усеченного конуса.

Принимая высоту борта отстойника h _б = 0, 3 м, определяют строительную высоту отстойника Н _стр, м:

. (96)

Удаление осадка из отстойника производится самотеком по иловой трубе диаметром 200 мм под гидростатическим давлением 1, 2 м.

2.8.2. Расчет вторичных вертикальных отстойников после аэротенков

Отстойники предназначаются для задержания активного ила из воды, прошедшей биологическую очистку в аэротенках. Конструктивно они аналогичны вторичным отстойникам после биофильтров (рис. 8), но гидростатический напор для удаления осадка из них по иловой трубе диаметром 200 мм требуется не 1, 2 м, а 0, 9 м.

Расчет вторичных отстойников после аэротенков может вестись в той же последовательности, что и отстойников после биофильтров, но при этом размеры их следует определять с учетом не только расходов поступающей в них воды, но и циркулирующего в аэротенках ила.

Первоначально следует определить гидравлическую нагрузку q_ssb, м³/м²·час, по формуле [16, 20, 21]:

, (97)

где Н_set – рабочая глубина отстойника, м (на рис. 8–это h ₀); для вертикальных отстойников Н_set составляет 2, 7–3, 8 м [16]; для вторичных вертикальных отстойников ее обычно принимают равной 2, 7 м;

К_set – коэффициент использования объема отстойника; для вертикальных отстойников К_set = 0, 35 [16];

а_i – доза (концентрация) активного ила в иловой смеси, поступающей из аэротенка, г/л; величина а_i принимается из расчета аэротенков приведенного в [6] (там эта величина обозначена а); значение а_i должно быть не более 15 г/л;

J_i – иловый индекс, cм³/г; определяется в зависимости от нагрузки на ил в аэротенках; принимается из расчета аэротенков;

a_t – требуемая конечная концентрация иловых частиц в осветленной биологически очищенной сточной воде, г/л; следует принимать не менее 0, 01 г/л [16].

Найдя величину q_ssb, определяют суммарную площадь отстойной части всех вертикальных вторичных отстойников F ₀, м², по формуле

, (98)

где q – расчетный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, м³/с.

Далее определяют суммарную площадь живого сечения центральных труб F _т, м², всех вторичных отстойников по формуле

, (99)

где R – степень рециркуляции ила; берется из расчета аэротенков [6];

v _т – скорость движения воды в центральной трубе, м/с; v _т≤ 0, 03 м/с[16].

Затем принимают число вторичных отстойников n ≥ 3 [16]; число отстойников желательно принимать четным и минимальным, таким, чтобы диаметр отстойника был не более 9 м. Назначив число отстойников n, определяют их диаметр D, м, диаметр центральных труб отстойников d, м, диаметр раструбов труб D _р, м, и диаметр отражательных щитов D _щ, м, соответственно по формулам (87–90).

Высоту щели между нижней кромкой центральной трубы и поверхностью отражательного щита h _щ, м, (см. рис. 8) определяют по формуле

, (100)

где v _щ– скорость выхода водоиловой смеси из щели, м/с; v _щ ≤ 0, 015 м/с [16].

Высоту усеченного конуса отстойника h _ус, м, и его объем W _ус, м³, определяют соответственно по формулам (91; 92). Далее назначают высоту нейтрального слоя между низом отражательного щита и уровнем осадка; h _н =0, 3 м [16]. Высоту борта отстойника обычно принимают равной h _б = 0, 3–0, 5 м. Строительную высоту вторичного отстойника после аэротенков Н _стр, м, определяют по формуле

. (101)

Суммарное часовое количество осадка W _ос, м³/ч, выпадающего во вторичных вертикальных отстойниках после аэротенков из бытовых и близких к ним по составу производственных вод, определяют по формуле

. (102)

Здесь Q – расчетный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, м³/ч;

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

L_а – БПК_полн сточных вод, поступающих в аэротенки, г/м³;

Э – эффект осветления сточных вод в первичных отстойниках, %; принимается из расчета первичных отстойников;

ρ – плотность избыточного ила, т/м³; ρ ≈ 1 т/м³;

р ₃ – влажность активного ила, выпадающего в осадок во вторичных отстойниках после аэротенков, %; р ₃ ≈ 99, 2–99, 5%.

Далее определяют объем осадка, приходящегося на один отстойник , м³/ч, по формуле

. (103)

Время хранения осадка в усеченном конусе отстойника t _хр, ч, составит:

. (104)

Найдя размеры вторичных вертикальных отстойников, определяют гидравлическую нагрузку q_гидр на 1 м сборного водослива, л/с на 1 м, по формуле

. (105)

Для вторичных отстойников после аэротенков t _хр не должно превышать двух часов, а величина q_гидр должна быть не более 8 – 10 л/с на 1 м.

2.9. Иловые площадки

Наиболее простыми и широко распространенными сооружениями для обезвоживания осадков, образующихся на очистных станциях сравнительно небольшой производительности, являются иловые площадки на естественном основании (с дренажом и без дренажа) и площадки-уплотнители.

2.9.1 Иловые площадки на естественном основании

Эти площадки представляют собой спланированные участки земли, разбитые на отдельные карты и огражденные со всех сторон земляными валиками. Они могут устраиваться при хорошо фильтрующих грунтах и глубине залегания грунтовых вод не менее 1, 5 м от поверхности карт. Схема устройства иловых площадок на естественном основании без дренажа представлена на рисунке 9. При глубине залегания грунтовых вод менее 1, 5 м от поверхности карт следует устраивать дренаж.