ОЧИСТКА ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ОЧИСТКА ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

направления подготовки 270800 «Строительство»

Учебное пособие

Допущено Уральским отделением Учебно-методического объединения

вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для подготовки магистров по направлению подготовки 270800 «Строительство»

Екатеринбург

2013

УДК 628.3

Рецензенты:

- Кафедра Техносферной безопасности Уральского государственного университета путей сообщения (профессор кафедры, д. биол. н. А.М. Асонов);

- заведующий лабораторией РосНИИВХ, профессор, д. техн.н. А.Н. Попов.

- Ю.О. Григорьев, Никифоров А.Ф., Мигалатий Е.В., Н.А. Петрова

ОЧИСТКА ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД:

Учебное пособие. Екатеринбург: УрФУ, 2013. - 97 с.

Учебное пособие предназначено для использования при изучении курса Очистка воды и сточных вод магистрами по направлению строительство.

В учебном пособии рассмотрены вопросы водоотведения хозяйственно-бытовых сточных вод в водные объекты. Приведена методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты. Дан пример расчета нормативно-допустимого сброса стоков коттеджного поселка в водоем. Рассмотрены сорбционные и мембранные методы доочистки сточных вод. Уделено внимание вопросам обезвоживания сточных вод и осадков, механическому способу обезвоживания осадков. Приведен алгоритм расчета очистных сооружений станции биологической очистки сточных вод. Изложенный в пособии материал позволяет повысить производительность очистных сооружений и уменьшить до нормативных величин воздействие на водные объекты.

Библиография: 11 назв. Табл. 14. Рис. 17.

@ ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» 2013г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…	4
1. Нормативно- допустимый сброс сточных вод в водоем	5
1.1 Расчет величины НДС для отдельных выпусков сточных вод в водоем	5
1.2. Расчет величины НДС для совокупности выпусков сточных вод в водоем	20
1.3. Расчет НДС с применением программы «НДС-эколог»	22
2. Сорбционные методы доочистки сточных вод	32
2.1. Характеристика сорбционных процессов	32
2.2. Выбор сорбентов для извлечения примесей воды	34
2.3. Технологические схемы узла сорбционной доочистки сточных вод	39
3. Мембранные методы доочистки сточных вод	43
3.1. Общие сведения о мембранных процессах	43
3.2. Технологическая схема доочистки сточных вод с применением мембранной фильтрации	48
4. Методы обеззараживания сточных вод	52
5. Механическое обезвоживание осадков сточных вод	56
6. Термическая сушка и сжигание осадков сточных вод	61
7. Расчет необходимой степени очистки сточных вод	62
7.1 Определение расчетных расходов сточных вод	62
7.2. Определение среднего содержания взвешенных веществ, БПК₂₀ и приведенного числа жителей	64
7.3. Расчет коэффициента смешения сточной воды с водой реки	65
7.4. Расчет степени очистки по взвешенным веществам	67
7.5. Расчет степени очистки по БПК₂₀	67
7.6. Расчет кислородного режима реки	68
7.7. Выбор технологической схемы очистки сточных вод	69
8. Расчет сооружений по очистке сточных вод	78
8.1. Исходные данные для расчета	78
8.2. Приемная камера	80
8.3. Расчет решеток-дробилок	80
8.4. Расчет песколовок	82
8.5. Расчет первичных отстойников	83
8.6. Расчет аэротенков	84
8.7. Расчет вторичных отстойников	87
8.8. Расчет установки по обеззараживанию сточных вод	88
8.9. Расчет контактных резервуаров	88
9. Расчет сооружений по обработке осадков	89
9.1. Расчет илоуплотнителей	89
9.2. Расчет метантенков	90
9.3. Расчет узла механического обезвоживания осадка	93
9.4. Расчет резервных иловых площадок	93
9.5. Расчет площадок складирования осадка	94
9.6. Расчет песковых площадок	94
Заключение	95
Библиографический список	96

ВВЕДЕНИЕ

Разработка и проектирование очистных сооружений по обработке хозяйственно-бытовых сточных вод чрезвычайно сложная и актуальная задача, решение которой тесно связано с расчетной величиной норматива допустимого сброса, величина которого определяется исходя из нормативов качества воды водного объекта (приемника сточных вод).

Выбор технологической схемы очистки воды с привязкой к конкретным условиям следует проводить на основе учета состава и расхода сточных вод, характеристик водоема, места расположения конкретного створа и площади, отводимой под строительство или реконструкцию очистной станции. Поэтому при оптимальном проектировании следует получить необходимые параметры каждой технологической схемы, позволяющие решить поставленные задачи.

Технологическую схему надлежит рассматривать как систему, состоящую из подсистем, включающих операции по очистке воды, обработке осадка, обеззараживанию очищенных стоков и принимать в соответствии с рекомендациями специализированных научно-исследовательских организаций, а также практикой проектирования очистных сооружений. Следует учитывать, что ряд узлов технологической схемы: обеззараживание очищенных сточных вод, обезвоживания осадка и доочистка перед сбросом в водоем не только определяют производительность выбранной технологической схемы, но и оказывают значительное влияние на окружающую природную среду. При проектировании необходимо разрабатывать мероприятия по охране окружающей среды особенно в части охраны земельных ресурсов и водных объектов.

В водоем

Величины нормативно-допустимого сброса (НДС) определяются исходя из нормативов качества воды водного объекта [2]. Если нормативы качества воды в водных объектах не могут быть достигнуты из-за воздействия природных факторов, не поддающихся регулированию, то величины НДС определяются исходя из условий соблюдения в контрольном створе (контрольный створ - поперечное сечение водного потока, в котором контролируется качество воды) сформировавшегося природного фонового качества воды.

Расчетная величина норматива допустимого сброса тесно связана с числовым значением норматива качества вод водных объектов.

Нормативы качества воды разрабатываются для условий питьевого, хозяйственно-бытового и рыбохозяйственного водопользования, определяемых в соответствии с действующим законодательством.

Нормативы качества воды водного объекта включают:

· общие требования к составу и свойствам поверхностных вод для различных видов водопользования;

· перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ в воде водных объектов питьевого и хозяйственно-бытового водопользования;

· перечень ПДК веществ для водных объектов рыбохозяйственного значения.

При сбросе сточных вод нормативы качества вод или их природный состав и свойства выдерживаются на водотоках, начиная со створа, расположенного на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта вплоть до самого места водопользования), а на водоемах — на акватории в радиусе 1 км от пункта водопользования.

При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние водных объектов рыбохозяйственного значения, нормативы качества поверхностных вод или их природные состав и свойства (в случае природного превышения этих нормативов) соблюдаются на протяжении всего участка водопользования, начиная с контрольного створа, но не далее чем 500 м от места сброса сточных вод или расположения других источников загрязнения поверхностных вод.

В случае одновременного использования водного объекта или его участка для различных нужд для состава и свойств его вод принимаются наиболее жесткие нормы качества воды из числа установленных.

Для веществ, относящихся к 1 и 2 классам опасности при всех видах водопользования, НДС определяются так, чтобы для веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности (ЛПВ), содержащихся в воде водного объекта, сумма отношений концентраций каждого вещества к соответствующим ПДК не превышала 1.

Для сбросов сточных вод в черте населенного пункта НДС определяются исходя из отнесения нормативных требований к составу и свойствам воды водных объектов к самим сточным водам.

Если фоновая загрязненность водного объекта по каким-либо показателям не позволяет обеспечить нормативное качество воды в контрольном пункте, то НДС по этим показателям разрабатываются исходя из отнесения нормативных требований к составу и свойствам воды водных объектов к самим сточным водам.

Для тех веществ, для которых нормируется приращение к природному естественному фону, НДС определяются с учетом этих допустимых приращений к природному фоновому качеству воды.

При разработке НДС перерасчет массы вещества, сбрасываемого в час (г/час), на массу вещества, сбрасываемого в месяц (т/мес.), производится умножением допустимых концентраций вещества на объем сточных вод за соответствующий период.

Величины НДС определяются для всех категорий водопользователей как произведение максимального часового расхода сточных вод (м³/ч) на допустимую концентрацию загрязняющего вещества С_ндс (г/м³). При расчете условий сброса сточных вод сначала определяется значение С_ндс, обеспечивающее нормативное качество воды в контрольных створах с учетом требований [2], а затем определяется НДС согласно формуле:

НДС =q С_ндс , (1.1)

Необходимо подчеркнуть обязательность требования увязки сброса массы вещества, соответствующей НДС, с расходом сточной воды. Например, уменьшение расхода при сохранении величины НДС будет приводить к концентрации вещества в водном объекте, превышающей ПДК.

Фоновая концентрация химического вещества – расчетное значение концентрации химического вещества в конкретном створе водного объекта, расположенном выше одного или нескольких контролируемых источников этого вещества, при неблагоприятных условиях, обусловленных как естественными, так и антропогенными факторами воздействия.

Если фоновая концентрация загрязняющего вещества в водном объекте превышает ПДК, то С_ндс определяется в соответствии с п. 1 [2]. В противном случае для определения С_ндс в зависимости от типа водного объекта используются расчетные формулы.

Основная расчетная формула для определения С_ндс без учета неконсервативности вещества имеет вид:

С_ндс= n ( - - )+ , (1.2)

где: - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водотока, г/м³;

- фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке (г/м³) выше выпуска сточных вод, определяемая в соответствии с действующими методическими документами по проведению расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков;

- кратность общего разбавления сточных вод в водотоке, равная произведению кратности начального разбавления на кратность основного разбавления (основное разбавление, возникающее при перемещении воды от места выпуска к расчетному створу)

, (1.3)

С учетом неконсервативности загрязняющего вещества расчетная формула имеет вид:

С_ндс= n( e^kt- )+ , (1.4)

где: - коэффициент неконсервативности органических веществ, показывающий скорость потребления кислорода, зависящий от характера органических веществ, 1/сут;

- время добегания от места выпуска сточных вод до расчетного створа, сутки.

Значения коэффициента неконсервативности принимаются по данным натурных наблюдений или по справочным данным и пересчитываются в зависимости от температуры и скорости течения воды реки.

При установлении НДС по БПК расчетная формула имеет вид:

С_ндс= n( - )e^k⁰^t - )+ , (1.5)

где: - осредненное значение коэффициента неконсервативности органических веществ, обусловливающих фона и сточных вод, 1/сут;

- обусловленная метаболитами и органическими веществами, смываемыми в водоток атмосферными осадками с площади водосбора на последнем участке пути перед контрольным створом длиной 0,5 суточного пробега.

Значение принимается равным: для горных рек – 0,6 0,8 г/м³; для равнинных рек, протекающих по территории, почва которой не слишком богата органическими веществами – 1,7 2 г/м³; для рек болотного питания или протекающих по территории, с которой смывается повышенное количество органических веществ – 2,3 2,5 г/м³. Если расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа меньше 0,5 суточного пробега, то принимается равной нулю.

Допустимая концентрация взвешенных веществ m , в спускаемых в водоем сточных водах определяется по уравнению (в соответствии с санитарными правилами):

, (1.6)

откуда

, (1.7)

где - коэффициент смешения, определяемый по формуле (1.16);

b – содержание взвешенных веществ в воде водного объекта до спуска сточных вод, г/м³; р – допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте после спуска сточных вод, г/м³;

Q, q – расходы соответственно речных и сточных вод, м³/сут.

При установлении НДС по БПК с учетом требований к содержанию растворенного кислорода рекомендуется использовать формулы, приведенные в справочнике проектировщика («Канализация населенных мест и промышленных предприятий»).

Для водных объектов питьевого и хозяйственно-бытового назначения летняя температура воды в результате сброса сточных вод не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет.

Для водных объектов рыбохозяйственного назначения температура воды не должна повышаться по сравнению с естественной температурой водного объекта более чем на 5°С с общим повышением температуры не более чем до 20°С летом и 5°С зимой для водных объектов, где обитают холодноводные рыбы (лососевые и сиговые), и не более чем до 28°С летом и 8°С зимой. В местах нерестилищ налима запрещается повышать температуру воды зимой более чем до 2°С.

По методу Н.Н.Лапшева кратность начального разбавления учитывается при выпуске сточных вод в водотоки в следующих случаях:

· для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соотношении скоростей и выпуска :

, (1.8)

· при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска, больших 2 м/с.

При меньших скоростях расчет начального разбавления не производится.

Для единичного напорного выпуска кратность начального разбавления рассчитывается следующим образом: вычисляются отношения

, (1.9)

где: - скорость на оси струи. По рис. 1 находится отношение , где - диаметр загрязненного пятна в граничном створе зоны начального разбавления, - диаметр выпуска. Затем по рис. 2 находится кратность начального разбавления по известным величинам.

Для рассеивающего напорного выпуска расчет осуществляется следующим образом. Задаваясь числом выпускных отверстий оголовка выпуска и скоростью истечения сточных вод из них , определяют диаметр отверстия или оголовка рассеивающего выпуска:

, (1.10)

где: - суммарный расход сточных вод, м³/с.

Затем по рис. 1.1. определяется отношение и найденное значение сравнивается с глубиной реки . Если , то по рис. 1.2 находят кратность начального разбавления . Для случая естественной струи ( ) соответствующая ему кратность разбавления находится умножением найденного значения на поправочный коэффициент , который определяется из рис. 1.3. Расстояние до пограничного сечения зоны начального разбавления определяется по формуле:

, (1.11)

Расход смеси сточных вод и воды водотока в том же сечении находится по формуле:

, (1.12)

где: - расход сточных вод на выходе из отверстий или оголовков рассеивающего выпуска, м³/с.

Средняя концентрация вещества в граничной сечении определяется по формуле:

, (1.13)

где: - концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, г/м³.

Максимальная концентрация в центре пятна примеси в этом сечении равна:

, (1.14)

Кратность основного разбавления определяется по методу В.А.Фролова – И.Д. Родзиллера:

, (1.15)

где: - расчетный расход водотока, м³/с;

- коэффициент смешения, показывающий какая часть речного расхода смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа:

, (1.16)

где: - расстояние от выпуска до расчетного створа по фарватеру, м;

- коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке:

, (1.17)

где: - коэффициент извилистости (отношение расстояния до контрольного створа по фарватеру к расстоянию по прямой);

- коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске у берега , при выпуске в стрежень реки ); - коэффициент турбулентной диффузии, м²/с.

Рис 1. Номограмма для определения диаметра

Рис. 3. Номограмма для струи в расчетном сечении определения поправочного

коэффициента

Рис 2. Номограмма для определения начального разбавления в потоке

Для летнего времени:

, (1.18)

где: - ускорение свободного падения, ;

- средняя скорость течения реки, м/с;

- средняя глубина реки, м;

- коэффициент шероховатости ложа реки, определяемый по справочным данным (по таблице М.Ф.Срибного);

- коэффициент Шези (м^0,5/с), определяемый по формуле Н.Н.Павловского (при ):

, (1.19)

где: R - гидравлический радиус потока, м ( );

, (1.20)

Для зимнего времени (периода ледостава):

, (1.21)

где: , , - приведенные значения гидравлического радиуса, коэффициента шероховатости и коэффициента Шези;

, (1.22)

, (1.23)

где: - коэффициент шероховатости нижней поверхности льда по П.Н. Белоконю, определяемые по справочным данным.

, (1.24)

где:

, (1.25)

Для повышения точности расчетов вместо средних значений , , и С рекомендуется брать их значения в зоне непосредственного смешения сточной жидкости с речной водой.

Рассмотренный метод может применяться при соблюдении следующего неравенства:

, (1.26)

Если сточные воды и притоки могут поступать с обоих берегов реки, обеспечивая практически постоянную струйность речных вод вдоль каждого берега, то для расчетов концентраций веществ в максимально загрязненной струе рекомендуется использовать метод В.А.Фролова - И.Д. Родзиллера для случая впадения сточных вод с обоих берегов реки.

Если не соблюдаются условия применимости метода В.А.Фролова - И.Д. Родзиллера, или в расчете необходимо учесть данные о накоплении загрязняющих веществ в донных отложениях, то рекомендуется использовать методы, изложенные в книге Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод под редакцией А.В. Караушева.

Расчет величин НДС для водохозяйственного участка определяется из решения задачи математического моделирования и оптимизации процесса.

Критерий оптимальности — минимум суммарных приведенных затрат на достижение НДС:

, (1.27)

где: - приведенные затраты i-гo водопользователя на достижение НДС, тыс. руб./год;

- оптимизируемых переменных, определяющих доли расхода сточных вод - , проходящие по различным технологическим маршрутам их очистки и использования, ; - число технологических маршрутов очистки и использования сточных вод;

- число водопользователей.

Для формирования модели водного объекта водоток разбивается на секции с постоянным расходом, в пределах которых все параметры модели можно принять постоянными, границы секций совмещаются с местами сброса сточных вод, водозаборами, устьями притоков, створами, в которых контролируется качество воды, и местами резкого изменения гидрометрических характеристик водотока. При совпадении места водозабора с местом сброса сточных вод или устьем притока, для этого водозабора вводится отдельная секция нулевой протяженности. Для каждого притока и основной реки помимо створов контроля качества воды необходимо указать расчетный створ в устье и начальный створ, и качество воды в истоке реки. Все створы нумеруются последовательно от истока к устью для каждого притока и основной реки. Аналогично нумеруются расчетные секции.

Общее уравнение имеет вид

, (1.28)

где: - множество номеров расчетных створов, в которых моделируется качество воды;

- вектор показателей (концентраций веществ), характеризующих качество воды в створе , г/м³;

- то же для предшествующего по течению створа .

Если , то створ является начальным створом (истоком) реки и ;

- вектор фоновых концентраций веществ в воде водотока в створе , г/м³;

- то же для створа , расположенного в устье притока, впадающего на участке ;

- вектор максимальных среднечасовых концентраций веществ в сточных водах выпуска i, г/м³;

- расход сточных вод выпуска i, м³/с;

- расход воды реки в расчетной секции , м³/с;

- номер расчетной секции, в начале которой расположен выпуск сточных вод водопользователя i, м³/с;

- множество номеров створов, расположенных в устьях притоков, впадающих на участке ;

- множество номеров выпусков сточных вод, поступающих в водный объект на участке ;

, , - матрицы, характеризующие разбавление и трансформацию качества речных и сточных вод;

, (1.29)

- множество номеров расчетных секций с постоянными характеристиками потока, соединяющих створ со створом ;

- то же для сброса i;

- разбавление речных вод при переходе от секции к следующей по течению данной реки секции . , если секция последняя или

, если , (1.30)

- нижняя треугольная матрица, характеризующая самоочищение и трансформацию веществ в водотоке на протяжении секции . Диагональные элементы матрицы определяются как:

, (1.31)

где — индекс вещества (показателя);

- коэффициент неконсервативности вещества , 1/сут;

- время перемещения воды в водотоке на протяжении секции , сут. Внедиагональные элементы матрицы характеризуют переход одних соединений в другие или потребление веществ при химических реакциях. В простейшем случае внедиагональные элементы матрицы равны нулю для всех показателей кроме растворенного кислорода, для которого внедиагональный элемент имеет вид:

, (1.32)

где: - индекс ;

- индекс растворенного кислорода. При расчете концентрации растворенного кислорода в соответствующее ему уравнение в системе (30) также добавляется член, характеризующий насыщение речной воды атмосферным кислородом:

, (1.33)

где: - растворимость кислорода в 1 м³ воды при расчетной температуре, г/м³;

- множество номеров расчетных секций, соединяющих секцию со створом .

Рассмотренная модель водного объекта предполагает полное и мгновенное смешение речных и сточных вод и предназначена для расчета водоохранных мероприятий на перспективу, когда учет степени смешения речных и сточных вод затрудняется из-за отсутствия исходных данных.

При расчетах на ближайший период, а также при наличии необходимых данных при перспективных расчетах для учета степени смешения речных и сточных вод может быть применен описанный выше метод В. А. Фролова - И. Д. Родзиллера либо другие упрощенные методы расчета разбавления.

Требования к качеству воды:

-для БПК, минерализации и других показателей, не оказывающих аддитивного воздействия;

-для растворенного кислорода;

-для показателей нормируемых по лимитирующим признакам вредности (ЛПВ).

где: - предельно допустимая концентрация вещества в створе ;

- множество номеров показателей, нормируемых по лимитирующему признаку вредности ;

- множество ЛПВ, определяемых нормативными требованиями к качеству воды в створе ;

- множество номеров створов, в которых контролируется качество воды.

Модель комплекса водоохранных мероприятий основана на системе уравнений:

, (1.34)

, (1.35)

, (1.36)

где: - приведенные затраты, соответствующие технологическому маршруту очистки или использования сточных вод, руб./м³;

- вектор концентраций веществ в сточных водах выпуска i с расходом

после прохождения технологического маршрута по очистке сточных вод.

Величины НДС для выпусков сточных вод в водохранилища и озера определяются по приведенным ниже расчетным формулам, аналогичным формулам п. 26 [2].

Основная расчетная формула для определения Сндс без учета неконсервативности вещества имеет вид:

С_ндс=n( - )+ , (1.37)

где: - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водоема, г/м³;

- фоновая концентрация загрязняющего вещества в воде водоема в месте выпуска сточных вод, г/м³;

- кратность общего разбавления сточных вод в водоеме, определяемая по формуле (1.6).

С учетом неконсервативности загрязняющего вещества расчетная формула имеет вид:

С_ндс= n ( e^kt- )+ , (1.38)

где: - коэффициент неконсервативности, 1/сут;

- время перемещения сточных вод под влиянием течения от места их выпуска до расчетного створа, сут.

При установлении НДС по БПК расчетная формула имеет вид:

С_ндс= n( - )e^k⁰^t - )+ , (1.39)

где: - осредненное значение коэффициента неконсервативности органических веществ, обусловливающих фона и сточных вод, 1/сут;

- обусловленная метаболитами и органическими веществами, смываемыми в водоем атмосферными осадками с площади водосбора на последнем участке пути перед контрольным створом длиной 0,5 суточного пробега.

Значение принимается равным: для горных водоемов – 0,6 0,8 г/м³; для равнинных водоемов, расположенных на территории, почва которой не слишком богата органическими веществами – 1,7 2 г/м³; для водоемов, расположенных на болотистой территории или территории, с которой смывается повышенное количество органических веществ – 2,3 2,5 г/м³. Если расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа меньше 0,5 суточного пробега, то принимается равной нулю.

При установлении НДС по БПК с учетом требования к содержанию растворенного кислорода, а также при установлении НДС по взвешенным веществам рекомендуется использовать формулы из раздела III.

При наличии в водоеме устойчивых ветровых течений для расчета кратности общего разбавления может быть использован метод М.А. Руффеля. В расчетах по этому методу рассматриваются два случая:

а) выпуск в мелководную часть или в верхнюю треть глубины водоема, загрязненная струя распространяется вдоль берега под воздействием прямого поверхностного течения, имеющего одинаковое с ветром направление;

б) выпуск в нижнюю треть глубины водоема, загрязненная струя распространяется к береговой полосе против выпуска под воздействием донного компенсационного течения, имеющего направление, обратное направлению ветра.

Метод М.А. Руффеля имеет следующие ограничения: глубина зоны смешения не превышает 10 м, расстояние от выпуска до контрольного створа вдоль берега в первом случае не превышает 20 км, расстояние от выхода сточных вод до берега против выпускного оголовка во втором случае не превышает 0,5 км.

Кратность начального разбавления вычисляется следующим образом:

- при выпуске в мелководье или в верхнюю треть глубины:

, (1.40)

где: - расход сточных вод выпуска, м³/с;

- скорость ветра над водой в месте выпуска сточных вод, м/с;

- средняя глубина водоема вблизи выпуска, м. Значение определяется в зависимости от средней глубины водоема следующим образом: при на участке протяженностью 100 м; при на участке протяженностью 150 м; при на участке протяженностью 200 м; при на участке протяженностью 250 м;

- при выпуске в нижнюю треть глубины:

, (1.41)

Кратность основного разбавления вычисляется следующим образом:

- при выпуске в мелководье или в верхнюю треть глубины:

, (1.42)

где: - расстояние от места выпуска до контрольного створа, м;

, (1.43)

- при выпуске в нижнюю треть глубины:

(1.44)

, (1.45)

Если не выполняются условия применимости метода М.А. Руффеля, то расчет кратности начального разбавления выполняется по методу Родзиллера. Расчет кратности основного разбавления может быть выполнен численным методом А.В. Караушева.

При наличии в водоеме устойчивых течений расчет кратности основного разбавления может быть проведен с использованием аналитического решения уравнения турбулентной диффузии для сосредоточенного выпуска сточных вод:

, (1.46)

где: , (1.47)

. (1.48)

, (1.49)

, (1.59)

, (1.51)

, (1.52)

где: - параметр сопряжения участка двухмерной диффузии с участком

трехмерной диффузии, м;

- параметр сопряжения начального участка разбавления с основным участком;

- параметр, учитывающий влияние ближайшего берега на кратность основного разбавления;

- характерная минимальная скорость течения в водоеме в месте сброса, соответствующая неблагоприятной гидрологической ситуации, м/с;

- расстояние выпуска от ближайшего берега, м;

- длина начального участка разбавления, рассчитываемая по формуле (1.14), м;

- коэффициент турбулентной диффузии, м²/с, определяемый по формулам (1.21), (1.24), в которых вместо средней скорости течения, глубины и коэффициента шероховатости ложа реки принимаются, соответственно, характерная минимальная скорость течения в водоеме , средняя глубина водоема вблизи выпуска и коэффициент шероховатости ложа водоема в зоне течения.

Если ветровые течения в водоеме имеют регулярно попеременное направление либо берега водоемов имеют неспокойную линию, а выпуск осуществляется в заливную или мысовую часть, либо зимой после ледостава отсутствуют ветровые течения, то описанные выше методы неприменимы. В этих случаях необходимо разрабатывать с участием специализированных научно-исследовательских организаций методы расчета, ориентированные на решение конкретных задач.

Сточных вод в водоем

Совокупность выпусков сточных вод для водоема составляют выпуски, сточные воды которых сбрасываются непосредственно в водоем.

Реки, впадающие в водоем следует рассматривать как береговые выпуски сточных вод.

Модель водного объекта:

, (1.53)

где: - вектор показателей (концентраций веществ), характеризующих качество воды в створе , г/м³;

- вектор фоновых концентраций веществ в водоеме, г/м³;

- вектор максимальных среднечасовых концентраций веществ в сточных водах выпуска i, г/м³;

- кратность разбавления сточных вод выпуска i на пути до створа ;

- множество номеров выпусков, оказывающих влияние на качество воды в створе .

Для расчета фоновых концентраций веществ в водоеме принимается, что они формируются в результате поступления нормированных веществ от всех источников и влияния внутриводоемных факторов, одинаковы в любом створе водоема (приближение полного перемешивания) и описываются системой уравнений:

, (1.54)

где: - матрица, коэффициенты которой отражают процессы трансформации веществ в водоеме;

- множество номеров всех источников поступления нормированных веществ;

- расход сточных вод выпуска , м³/с.

Матрица коэффициентов трансформации имеет следующую структуру:

, (1.55)

, (1.56)

, (1.57)

где: - коэффициенты трансформации веществ в водохранилище, м³/с.

Значениям соответствуют следующие показатели:

- азот общий;

- ;

- азот аммонийный;

- азот нитритов;

- азот нитратов;

- растворенный кислород;

- остальные показатели;

- коэффициент, характеризующий соотношение между и органическим азотом в воде водоема;

- коэффициент пересчета в в воде водоема;

, - соответственно коэффициенты стехиометрической эквивалентности аммонийный азот – кислород и нитритный азот – кислород, , . Коэффициенты и не являются универсальными и должны оцениваться для каждого конкретного водоема на основе калибрации модели по данным наблюдений.

Матрица описывает внутренний круговорот биогенных элементов в водном объекте. Поскольку для водоемов время водообмена, как правило, превышает характерное время обращения биогенных элементов по указанному циклу, то моделируемая в нем группа показателей — , азот аммонийный, азот нитритов и азот нитратов должна рассчитываться только совместно. Изолированный расчет этих показателей или расчет для неполной группы могут привести к значительному занижению расчетных концентраций и, следовательно, к установлению недостаточно жестких НДС.

Коэффициенты трансформации вычисляются по формуле:

, (1.58)

где: - коэффициент неконсервативности (для растворенного кислорода вместо коэффициента неконсервативности используется константа реаэрации), 1/сут;

- объем заполнения водоема (водохранилища), км³;

- коэффициент приведения размерности в м³/с, ;

- расход водозабора или вытекающей из водоема реки, м³/с;

- множество номеров мест изъятия воды из водоема, включая водозаборы и вытекающие из водоема реки.

При расчете концентрации растворенного кислорода в правую часть соответствующего уравнения системы (1.58) добавляется член:

, (1.59)

где: - растворимость кислорода в 1 м³ воды при расчетной температуре, г/м³.

РАСЧЕТ НДС

1. Исходные данные:

Предприятие, организация, учреждение: Коттеджный поселок «Красьеозерский-2»

Выпуск сточных во : Выпуск №1

Наименование водного объекта, принимающего сточные воды:

р. Каменушка

Категория водопользования (норматив качества воды): Коммунально-бытовое водопользование

Фактический расход сточных вод для установления НДС (м.куб/час): 100.0

Фактический расход сточных вод для установления НДС (м.куб/сут) : 800.0

Фактический расход сточных вод для установления НДС (тыс.м.куб/год): 292.0

Утвержденный расход сточных вод для установления НДС (м.куб/час): 100.0

Утвержденный расход сточных вод для установления НДС (м.куб/сут): 800.0

Утвержденный расход сточных вод для установления НДС (тыс.м.куб/год): 292.0

2. Характеристики выпуска:

Тип выпуска: Сосредоточенный

Расчетный расход сточных вод Qст(м.куб/с): 0.0278

Скорость истечения сточных вод (м/с): 3.50

Средний диаметр выпускного отверстия(м): 0.100

Расстояние от места выпуска до берега(м): 1.00

Расстояние выпускного отверстия до поверхности водного объекта (м): 0

Расстояние от места выпуска до контрольного створа водопользования (м): 500.0

3. Гидрологические характеристики участка водного объекта в месте сброса:

Водный объект, приемник сточных вод: р. Каменушка

Тип водного объекта: река

Средняя глубина на рассматриваемом участке Hcp(м): 0.750

Расчетная скорость течения V (м/c): 0.220

Расчетный расход воды Qр (м.куб/с): 0.204

Средняя ширина участка реки B(м): 5.00

Коэффициент извилистости участка реки Fi (м): 1.20

Коэфф. шероховатости ложа водного объекта: 0.0200

Уклон водной поверхности %.: 5.00

Средний диаметр донных отложений D (мм): 0.100

Taблица 1

Состав и качество сточных вод

№ п/п	Показатели состава сточных вод	Единицы измерения	Значе ние
1	Взвешенные вещества	мг/дм3	5.00
2	Железо общее	мг/дм3	0.100
3	Азот аммонийный	мг/дм3	1.02
4	Азот нитратный	мг/дм3	1.70
5	Хлориды	мг/дм3	9.47
6	Сухой остаток	мг/дм3	162.3
7	Сульфаты	мг/дм3	39.80
8	Фосфор общий	мг/дм3	0.195
9	Нефтепродукты	мг/дм3	0.0500

Taблица 2

Фоновые характеристики качества воды

№ п/п	Контролируемые показатели	Единицы измерения	Значе ние	ПДК
1	Взвешенные вещества	мг/дм3	47.50	+0.750
2	Железо общее	мг/дм3	0.736	0.300
3	Азот аммонийный	мг/дм3	1.02	2.00
4	Азот нитратный	мг/дм3	1.70	10.20
5	Хлориды	мг/дм3	9.47	350.0
6	Сухой остаток	мг/дм3	162.0	1000.0
7	Сульфаты	мг/дм3	39.80	500.0
8	Фосфор общий	мг/дм3	0.195	0.0500
9	Нефтепродукты	мг/дм3	0.149	0.300

4. Нормативные требования, предъявляемые к расчету НДС:

Расчет НДС проводился применяя нормативные требования к составу и качеству сточных вод к контрольному створу водопользования.

РАСЧЕТ КРАТНОСТИ РАЗБАВЛЕНИЯ

Метод расчета кратности разбавления:

Расчет кратности разбавления сточных вод для водотоков проводился по детальному методу Караушева (ГГИ).

Расчет кратности разбавления для водотоков детальным методом Караушева.

Детальный метод (численный метод) решения уравнения турбулентной диффузии, разработанный А.В.Караушевым, позволяет получать поле концентраций вещества в пределах всей расчетной области от места выпуска до рассматриваемого створа.

Для условия пространственной задачи уравнение турбулентной диффузии в форме конечных разностей записывается в виде:

Вся расчетная область потока делится плоскостями, параллельными координатным, на расчетные клетки. Между продольным и поперечным размерами расчетных элементов устанавливается следующее соотношение:

и ,

где D - коэффициент турбулентной диффузии.

Расчет коэффициента турбулентной диффузии определяется по формуле Караушева

в которой H_ср - средняя глубина на рассматриваемом участке;

V_р - средняя скорость течения на рассматриваемом участке,

C - коэффициент Шези,

M - параметр, зависящий от C и равный M=0.7C+6 ,

g - ускорение свободного падения.

При наличии данных о гранулометрическом составе донных отложений, для определения коэффициента Шези применяется формула Штриклера-Маннинга:

где d_э - эффективный диаметр донных отложений, определяемый по гранулометрической кривой.

При наличии данных о коэффициенте шероховатости ложа водного объекта n_ш, определяемого по таблице М.Ф.Срибного, применяется формула Павловского

где y=1.6

При наличии данных об уклоне водной поверхности

где i - уклон водной поверхности (%).

В результате расчетов, выполняемых от поперечника к поперечнику, получают поле концентраций на участке ниже места сброса загрязняющих веществ.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА НДС

Таблица 3

ЛПВ: Нет

№п/п	Наименование вещества	Ед.измерения	Sфакт	Sфон	Sнорм	Sфон/Sнорм	Sкс/Sнорм	Sндс	НДС(г/час)	НДС(т/год)	Sкс
1	Взвешенные вещества	мг/дм³	5.00	47.5	+0.75	0.98	0.94	5.00	500.0	1.46	45.57

Расчетные установки для данной группы веществ:

Группа ЛПВ: Нет

Нормативные требования предъявляются: к контрольному створу водопользования

Расчет кратности разбавления: выполняется

Расчет проводится: без учета ЛПВ

При выполнении расчета учитывается требование, если фактическая концентрация вещества больше расчетной, то за расчетную принимается фактическая концентрация.

Таблица 4

ЛПВ: Санитарно-токсикологический

№п/п	Наименование вещества	Ед.измереня	Sфакт	Sфон	Sнорм	Sфон/Sнорм	Sкс/Sнорм	Sндс	НДС(г/час)	НДС(т/год)	Sкс
1	Азот аммонийный	мг/дм³	1.02	1.02	2.00	0.510	0.510	1.02	102.0	0.298	1.02
2	Азот нитратный	мг/дм³	1.70	1.70	10.20	0.166	0.166	1.70	170.0	0.496	1.70
3	Хлориды	мг/дм³	9.47	9.47	350.0	0.027	0.027	9.47	947.0	2.77	9.47
4	Сульфаты	мг/дм³	39.80	39.80	500.0	0.079	0.079	39.80	3980.0	11.62	39.80
5	Фосфор общий	мг/дм³	0.195	0.195	0.050	3.899	3.900	0.195	19.50	0.056	0.195

Расчетные установки для данной группы веществ:

Группа ЛПВ: Санитарно-токсикологический

Нормативные требования предъявляются: к контрольному створу водопользования

Расчет кратности разбавления: выполняется

Расчет проводится: c учетом ЛПВ

Так как при данных фоновых концентрациях веществ этой группы ЛПВ нормативные требования в контрольном створе водопользования не выполняются, то исходя из положения "соблюдения условия сохранения (не ухудшения) состава и свойств воды в контрольном створе водопользования" расчетная концентрация вещества принимается равной его фоновой концентрации

Расчетные установки для данной группы веществ:

Группа ЛПВ: Органолептический

Нормативные требования предъявляются: к контрольному створу водопользования

Расчет кратности разбавления: выполняется

Расчет проводится: c учетом ЛПВ

Так как при данных фоновых концентрациях веществ этой группы ЛПВ нормативные требования в контрольном створе водопользования не выполняются, то исходя из положения "соблюдения условия сохранения (не ухудшения) состава и свойств воды в контрольном створе водопользования расчетная концентрация вещества принимается равной его фоновой концентрации

Таблица 5

ЛПВ: Органолептический

№п/п	Наименание вещества	Ед.измерения	Sфакт	Sфон	Sнорм	Sфон/Sнорм	Sкс/Sнорм	Sндс	НДС(г/час)	НДС(т/год)	Sкс
1	Железо общее	мг/дм³	0.10	0.73	0.3	2.45	2.357	0.10	10.00	0.029	0.707
2	Нефте- продукты	мг/дм³	0.05	0.15	0.3	0.49	0.481	0.05	5.00	0.014	0.145

Таблица 6

ЛПВ: Общесанитарный

№ п/п	Наименование вещества	Ед. измерения	Sфакт	Sфон	Sнорм	Sфон/Sнорм	Sкс/Sнорм	Sндс	НДС (г/час)	НДС (т/год)	Sкс
1	Сухой остаток	мг/дм³	162.3	162.0	1000.0	0.162	0.162	162.3	16230.0	47.39	162.0

Расчетные установки для данной группы веществ:

Группа ЛПВ: Общесанитарный

Нормативные требования предъявляются: к контрольному створу водопользования

Расчет кратности разбавления: выполняется

Расчет проводится: c учетом ЛПВ

Пояснения к таблицам расчета НДС:

Sфакт- фактическая концентрация вещества в сточных водах

Sфон - фоновая концентрация вещества в водном объекте- приемнике сточных вод

Sнорм - нормативное значение вещества (по умолчанию равно предельно-допустимой концентрации вещества (ПДК) для данной категории водопользования приемника сточных вод)

Sфон/Sнорм - отношение фоновой концентрации вещества в водном объекте к его нормативному значению

Sкс/Sнорм - отношение расчетной концентрации вещества в контрольном створе водопользования к его нормативному значению

Sндс - расчетная (предельно-допустимая) концентрация вещества в сточных водах

НДС(г/час) - нормативно-допустимый сброс вещества (грамм в час), определяемый по формуле: [НДС = QпдсSпдс], где Qпдс - утвержденный часовой расход сточных вод

НДС(т/год) - нормативно-допустимый сброс вещества (тонн в год), определяемый по формуле: [НДС = QндсSндс], где Qндс - утвержденный годовой расход сточных вод

Sкс - расчетная концентрация вещества в контрольном створе водного объекта вычисляемая по формуле: Sкс = (Sндс - Sфон)n + Sфон,

где n - кратность разбавления сточных вод.

Таким образом, расчетом определены утвержденные свойства сточных вод, допущенных к сбросу в р. Каменушка (табл. 7, 8)

Tаблица 7

Примечания.

* Содержание в воде взвешенных веществ неприродного происхождения (хлопья гидроксидов металлов, образующихся при обработке сточных вод, частички асбеста, стекловолокна, базальта, капрона, лавсана и т.д.) не допускается.

** Для централизованного водоснабжения; при нецентрализованном питьевом водоснабжении вода подлежит обеззараживанию.

*** В случае превышения указанных уровней радиоактивного загрязнения контролируемой воды проводится дополнительный контроль радионуклидного загрязнения в соответствии с действующими нормами радиационной безопасности;

Ai - удельная активность i-го радионуклида в воде;

YBi - соответствующий уровень вмешательства для i-го радионуклида (приложение П-2 НРБ-99).

Таблица 7.1

Таблица 7.2

Таблица 7.3

Исходные данные для расчета

Наименование величины	Ед.изм	Числовое значение
Коэффициент извилистости русла	-
Тип выпуска - береговой	-
Скорость течения реки	м/с
Глубина реки	м
Расход сточных вод	м³/с
Расход воды в реке	м³/с
Допустимое увеличение концентрации взвешенных веществ	г/м³
Содержание взвешенных веществ в сточной воде	г/м³
Содержание взвешенных веществ в реке до спуска сточных вод	г/м³
Константа растворения кислорода от скорости течения реки	-
БПК₂₀ смеси речной и сточной воды в расчетном створе	гО₂/м³
Температура воды в реке	^оС
БПК₂₀ реки	гО₂/м³
БПК₂₀ сточной воды до очистки	гО₂/м³
Содержание кислорода в нормальных условиях
Содержание кислорода в реке	г/м³
Минимальное содержание кислорода в реке в соответствии с категорией	г/м³
Расстояние до расчетного створа	м

Исходные данные для расчета

На основании ранее проведенных расчетов по определение расходов сточных вод, содержания взвешенных веществ и биохимической потребности в кислороде (БПК₂₀), а также с у четом климатических условий выбрана технологическая схема очистки стоков и обработка осадков (рис. 8.1) Расчетные и исходные данные приведены в табл. 8.1.

Выбранная технологическая схема подробно описана выше. Она включает в себя узел механической очистки (приемная камера, решетки, песколовки, первичные радиальные отстойники, а также дробилки и песковые площадки); узел биохимической очистки (аэротенки - вытеснители, насосно-воздуходувную станцию, вторичные радикальные отстойники); узел дезинфекции воды перед сбросом в водоем (хлораторная, смеситель, контактные резервуары); узел обработки осадка (радиальные илоуплотнители, метантенки, вакуумные фильтры, резервные иловые площадки, газгольдер, котельная, площадки складирования).

Таблица 8.1

Исходные данные и расчетные параметры качества и расхода воды от населенного пункта

№ п/п	Показатель	Ед. изм.	Числовое значение
№ п/п	Показатель	Ед. изм.	Исходная величина	Расчетный параметр
1	2	3	4	5
1	Расчетное число жителей	чел
2	Норма водоотведения	л/сут.чел
3	Расход производственных сточных вод	м³/сут.
	а) содержание взвешенных веществ в сточной воде	мг/л
	б) концентрация органических загрязнении по БПК₂₀	мг/л
4.	Среднесуточный расход бытовых сточных вод	м³ /сут.
5	Коэффициент суточной неравномерности	—
6	Максимальный суточный расход бытовых сточных вод	м³/сут.
7	Суммарный среднесуточный расход от населенного пункта	м³/сут.
8	Максимальный суммарный суточный расход от населенного пункта	м³/сут.
9	Максимальный общий коэффициент неравномерности притока сточных вод	—
10	Минимальный общий коэффициент неравномерности притока сточных вод	—
11	Количество загрязняющих веществ на одного жителя	г/сут.
12	БПК_полн осветленной жидкости на одного чел.	г/сут.
13	Среднечасовой расход сточных вод	м³/ч
14	Максимальный часовой расход	м³/ч
15	Минимальный часовой расход	м³/ч
Продолжение таблицы 8.1
1	2	3	4	5
16	Средний секундный расход	л/с
17	Максимальный секундный расход	л/с.
18	Минимальный секундный расход	л/с
19	Среднее содержание взвешенных веществ	мг/л
20	Средняя концентрация загрязнений по БПК₂₀	мг/л

Приемная камера

Исходя из расхода сточных вод принимаем приемную камеру [10, табл.5.1.]

Расчет решеток-дробилок

На станции очистки возможно проектирование решеток-дробилок. По расчетному расходу q_max м³/с подбираем по [10] решетки-дробилки. Определяем скорость течения сточной жидкости через щели барабана решетки

, (8.1)

где: N - число рабочих решеток-дробилок;

F - суммарная площадь щелей в барабане решетки-дробилки м² .

Расчетная скорость течения сточной жидкости через щели барабана решетки сравниваем с нормативной.

3 5 6 12 10

К1 1 2 4 7 8 9 11 21

18 17 16 14 13

ввод 22

реагента

15 19

20 утилизация

осадка

Рис. 8.1. Схема полной биохимической очистки.

1 приемная камера; 2 – решетки; 3 - дробилки; 4 – песколовки; 5 - песковые площадки; 6 - утилизация песка; 7 - первичные отстойники; 8 - аэротенки; 9 - вторичные отстойники; 10 - хлораторная; 11 - контактные резервуары; 12 - воздуходувная станция; 13 - насосная станция; 14 - илоуплотнители; 15 - резервные иловые площадки; 16 - метантанки; I7-- газгольдеры; 18 - котельная; 19 - механическое обезвоживание осадка; 20 - площадки складирования; 21 - выпуск в водоем; 22 – забор воды на собственные нужды станции.

Расчет песколовок

Расчет песколовок ведется на максимальный приток сточных вод. Длину песколовок (L_s_,м) следует определять по формуле [1]:

L_s = 1000 ∙ k_s ∙ H_s ∙ V_s/ u₀ , (8.2)

где k_s – коэффициент, принимаемый по [1, табл.27];

H_s – расчетная глубина песколовки, м;

V_s - скорость движения сточных вод, м/с, [1, табл.28],

u₀ – гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая в зависимости от требуемого диаметра задерживаемых частиц, для горизонтальных песколовок и диаметра частиц песка 0,2мм u₀ = 18,7мм/с.

Дальнейший расчет песколовок основан на проверке принятой типовой конструкции.

Определяем скорость потока сточных вод в песколовке при максимальном (q_max) и минимальном (q_min) секундном расходе [10]:

V_max = q_max / b ∙ h ∙ n , м/с,

V_min = q_min/ b ∙ h ∙ n м/с

Нормативные величины скорости протока 0,15-0,3м/с должны быть выдержаны.

Определяем продолжительность протока сточных вод в песколовке при максимальном притоке ( не менее 30 с).

T = L / V_max , (8.4)

Определяем количество песка, задерживаемого в песколовке:

W_n = p ∙ N_прив/1000 м³/сут, (8.5)

где: p – норма песка на одного человека в сутки 0,02 л [1].

Удаление песка из песколовки предусматривается при помощи скребковых механизмов (сдвиг песка в приямок) и гидроэлеваторов (подача пульпы на просушивание).

Для поддержания в горизонтальной песколовке постоянной скорости движения сточных вод на выходе из нее предусматривается водослив с широким порогом. При близких скоростях водослив можно не предусматривать.

В других случаях расчет водослива сводится к определению перепада между дном песколовки и порогом водослива P и ширины водослива b.

Определить величину перепада P можно, зная величину K_s — отношение максимального и минимального расходов и h_min - глубина воды в песколовке при минимальном расходе:

K_s = q_max / q_min , (8.6)

h_min = q_min/n ∙ B ∙ V , м, (8.7)

P = (h_max - k_q^2/3 h_min)/ (k_q^2/3 - 1), (8.8)

Расчет аэротенков

В виду отсутствия залповых поступлений токсичных органических веществ к расчету принимаем аэротенки-вытеснители, работающие на полную биологическую очистку.

К расчету принимаем аэротенк-вытеснитель без регенератора

Расчет ведется в следующей последовательности [11]:

1. Исходя из опыта эксплуатации аналогичных сооружений задаемся иловым индексом I = 100 см³/г и дозой ила а = 3 г/л;

2.Определяем степень рециркуляции активного ила

, (8.14)

где: а- доза ила, г/л;

I – иловый индекс, см³/г.

Рассчитываем БПК_полн (L_mix) сточной воды, поступающей в аэротенк- вытеснитель с учетом разбавления циркуляционным активным илом:

, (8.15)

где: L_en – БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании) мг/л;

L_ex – БПК_полн очищенной воды, мг/л.

3. Определяем период аэрации:

(8.16)

где: φ – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, 0,07 [1, табл. 40];

a – доза ила г/л;

p_max – максимальная скорость окисления, 85 мг БПК/ (г ч) [1, табл. 40];

C_o – концентрация растворенного кислорода, 2 мг/л;

s – зольность ила, 0,3 [1, табл. 40];

K_o – константа, характеризующая влияние кислорода, 0,625 [1, табл. 40];

K_l – константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, 33мг БПК/л [1, табл. 40];

K_p – коэффициент учитывающий влияние продольного перемешивания K_p = 1,5 при биологической очистке до L_ex = 15 мг/л

4. Рассчитываем нагрузку на активный ил (q _i):

, (8.17)

5. По [1, табл. 41] для q_i уточняем иловый индекс равен I см³/г.

Определяем степень рециркуляции:

, (8.18)

Если R >R1 произведенный расчет в коррективах не нуждается.

6. Определяем объем аэротенка:

W_at= t_at ∙ (1+ R) ∙ q_w, (8.19)

где: q_w – максимальный часовой расход сточных вод, м³/ч

7. Принимаем количество аэротенков N , тогда объем одного аэротенка равен

, (8.20)

8. Определяем длину аэротенка, принимая аэротенк с параметрами [11]:

n – количество коридоров

Н – рабочая глубина

В – ширина коридора

, (8.21)

9. Рабочий объем аэротенка

W= B n H L, м³, (8.22)

10 .Определяем прирост активного ила:

, (8.23)

11. Рассчитываем удельный расход воздуха:

, (8.24)

где: q ₀ – удельный расход кислорода воздуха, 1,1мг на 1 мг снятой БПК_полн, принимаемый при очистке до БПК_полн = 15 – 20 мг/г [1];

K ₁ – коэффициент, учитывающий тип аэратора, принимается в зависимости от отношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка

f_az/f_at = b/B,

где b – ширина зоны аэрации в коридоре аэротенка, равна 0,9 м (принимаем в качестве аэраторов керамические фильтросные пластины 0,3 ∙0,3м при числе рядов фильтросных пластин в коридоре -3), тогда f_az/f_at = 0,9/4,5 = 0,2 по

[1, табл. 42] находим, что K ₁= 1,68;

K ₂ – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов h_a

[1, табл. 43];

K _Т – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод,

K _Т = 1 + 0,02(Т _w – 20), (8.25)

где: Т _w – среднемесячная температура воды за летний период 18⁰С;

K _Т = 1 + 0,02(18 – 20) = 0,96; (8.26)

K ₃ – коэффициент качества воды, K ₃ = 0,68;

С_а – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л

, (8.27)

где: С_Т – растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимается по справочным данным (С_Т = 9,4 мг/л при Т _w = 18 ⁰С) [11]

С_о – средняя концентрация кислорода в аэротенке, 2 мг/л

12. Определяем интенсивность аэрации I, м³/(м²ч)

, (8.28)

где: H_at – рабочая глубина аэротенка м;

t_at – период аэрации, ч.

Необходимо обеспечение условия I_min < I < I_max [1,табл. 42, табл. 43].

Общий расход воздуха:

Q_возд = q _air q_w , м³/ч (8.29)

Расчет илоуплотнителей

Илоуплотнители предназначены для уменьшения влажности (исходная влажность 99%) и объема избыточного активного ила. В качестве илоуплотнителей приняты вторичные радиальные отстойники.

Приток активного ила (q_max_.ч) [10]

q_max_ч = П_i _max ∙Q _{ср сут}/ (24 ∙ С ), м³/ч (9.1)

где: Q _{ср сут}- среднесуточный расход сточных вод , м³/сут;

П _i _. _max - максимальный прирост активного ила, П _i _. _max = 1,3П i, г/ м³

(9.2)

C - концентрация избыточного активного ила при влажности 99,2%;

C = 4000 г/м³.

Полезная площадь поперечного сечения радиального илоуплотнителя составит

(9.3)

где: q ₀ - расчетная нагрузка на площадь зеркала илоуплотнителя, м³/м²ч, принимаемая в зависимости от концентрации поступающего на уплотнение активного ила: q ₀ = 0,5 при С = 2÷3 г/л и q ₀ = 0,3 при С = 5÷8 г/л; Принимаем q ₀ = 0,3 м³/м²ч.

Принимаем к установке два радиальных илоуплотнителя.

Диаметр илоуплотнителя составит

(9.4)

где: N – количество радиальных илоуплотнителей;

Иловая вода имеет БПК₂₀= 200 мг/л, содержит взвешенных веществ

100 мг/л и направляется в голову очистных сооружений.

Фактическая продолжительность уплотнения составит

T = W_з.о ∙ N/q_max , ч, (нормативная 11ч) (9.5)

Расчет метантенков

Расчет метантенков ведется в следующей последовательности [11]:

1. Определяем количество сухого осадка, образующегося на станции

(9.6)

где: С - концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на

первичные отстойники, мг/л;

Э – эффект осветления первичного отстойника, Э = 0,5;

К – коэффициент учитывающий увеличение объема осадка за счет крупных фракций взвешенных веществ, К = 1,1;

Q – среднесуточный расход сточных вод, м³/сут.

2. Определяем количество сухого вещества активного ила:

(9.7)

где: а = 0,3;

L _а = L _исх исходная БПК₂₀ стоков;

b – вынос взвешенных веществ из вторичного отстойника, мг/л.

3. Определяем количество беззольного вещества осадка и активного ила:

(9.8)

где: В_г – гигроскопическая влажность сырого осадка, 5%;

З_ос – зольность, сухого вещества осадка, 30%;

(9.9)

где: В^I_г – гигроскопическая влажность сырого ила, 5%;

З_ил – зольность, сухого вещества ила, 25%;

4. Расход сырого осадка V _ос и избыточного активного ила V _ил:

(9.10)

где: W _ос – влажность сырого осадка, 95%;

ρ_ос – плотность осадка, 1 т/м³.

(9.11)

где: W _ил – влажность избыточного активного ила, 97,3%;

ρ_ил – плотность избыточного активного ила, 1 т/м³.

5. Общий расход осадка на станции по сухому веществу М_сух (т/сут) по беззольному веществу М_без (т/сут), по объему смеси фактической влажности М_общ (м³/сут) составят:

(9.12)

(9.13)

(9.14)

6. Фактическая влажность смеси:

(9.15)

7. Требуемый объем метантенка:

(9.16)

где: при мезофильном режиме брожения Д _mt = 9% - суточная доза загрузки

осадка в метантенк [1, табл. 5.9]

Принимаем метантенк по типовому проекту [11]

8. Фактическая доза загрузки:

(9.17)

9. Согласно [1, п. 6.3] принимаем максимально возможное сбраживание беззольного вещества осадка а_о= 53% ила а_и = 44% и рассчитываем предел сбраживания смеси:

(9.18)

10. Определяем выход газа:

(9.19)

где: n – коэффициент, зависящий от влажности осадка и режима сбраживания принимаем [1, табл.6.1]

11. Суммарный выход газа:

(9.20)

12. Рассчитываем мокрый газгольдер вместимостью на 3 часовой выход газа:

(9.21)

Принимаем не менее двух типовых газгольдеров.

13. Рассчитываем влажность сброженной смеси:

(9.22)

где: М ^I _сух – масса сухого вещества в сброженной смеси

М ^I _сух = (М_сух – М_без) + М ^I _без ,, т/сут (9.23)

(9.24)

14. Зольность сброженной смеси:

(9.25)

где: В ^I _г – гигроскопическая влажность сброженной смеси, равна 6%;

Расчет песковых площадок

Песчаная пульпа из песколовок гидроэлеваторами подается на песковые площадки для подсушивания песка.

Полезная площадь песковых площадок составит [10]

(9.31)

где: Р - 0,02 л/чел сут. количество песка, влажностью 60% с объемным весом

1,5 т/м³, задерживаемого в песколовках;

N _прив - приведенное количество жителей по взвешенным веществам;

h - нагрузка песка на площадку h = 3 м³ /м² год.

Высота ограждающего валика I м. Удаление воды с площадок в дренажную сеть происходит через водосливы с переменной отметкой порога. Дренажная вода направляется в начало очистной станции. Количество дренажной воды, отводимой за сутки при разбавлении песка в пульпе 1:20, по массе составит

(9.32)

где: W_n - объем задерживаемого песколовкой песка в сутки, м³.

Подсушенный песок периодически в течение года вывозится за пределы станции на площадки хранения.

При расчете отдельных сооружений указывалось, что иловая вода, дренажные воды подаются в начало очистной станции, поэтому необходимо учитывать дополнительную концентрацию загрязнений и расходы этих вод. Для принятой технологической схемы к расчету следует принять иловую воду из илоуплотнителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Потребность человека в воде постоянно возрастает. За XX столетие количество потребляемой воды увеличилось на порядок: в начале века оно составляло 579 км3 в год, а в 2000 г. - 5190 км3 в год. При этом половина объема воды возвращается в открытые водоемы в виде загрязненных сточных вод.

В развитых странах городские сточные воды в основном подвергаются очистке, а в развивающихся из-за недостаточной обеспеченности централизованными системами водоотведения очищается не более 10%. В результате ежегодно загрязняется 17 тыс. км³ поверхностных вод, что составляет oколо 50% доступной пресной воды. Загрязнение водных объектов вызывает их деградацию, поскольку загрязняющие вещества, попадая в живые организмы (гидробионты), нарушают биохимические процессы и сокращают продолжительность их жизнедеятельности.

В связи с этим снижается потенциал водоема в регулировании химического состава и физико-химических условий поддержания устойчивости водной среды. Предотвратить деградацию водных экосистем можно повсеместным соблюдением требований нормативов по предельно допустимым концентрациям загрязняющих веществ при поступлении в водоем. В Российской Федерации приняты «жесткие» ПДК, обеспечение которых требует использования дорогостоящих технологических схем очистки сточных вод как в части капитальных вложений, так и эксплуатационных затрат.

Таким образом, глубокая очистка сточных вод требуется во всех промышленно развитых городах, где стоимость земли высока и площади для строительства ограничены.

Столетнее развитие технологий очистки сточных вод традиционно базируется на запатентованном в 1914 г. процессе биологической очистки со взвешенным активным илом. Главная цель очистки заключается в удалении потребляющего кислород органического субстрата, находящегося во взвешенном, коллоидном и растворенном состоянии. Железобетонные емкостные очистные сооружения больших объемов, на которых реализуется такая технология, потребляют значительное количество электроэнергии. На них образуется много осадков в виде избыточного активного ила, а большая часть энергосодержащего органического вещества преобразуется в углекислый газ и безвозвратно теряется.

Во второй половине XX века технологии очистки развивались в направлении удаления из сточной воды биогенных элементов (азота и фосфора) и доочистки от других загрязнений, что потребовало еще большего увеличения емкостных сооружений. При этом параллельно развивающиеся технологи очистки сточных вод с использованием биоценоза микроорганизмов-обрастателей в виде биопленки до настоящего времени не нашли широкого применения, особенно на сооружениях большой производительности, несмотря на возможность сокращения их объемов.

Основные тенденции развития технологий очистки сточных вод направлены на глубокое биохимическое удаление загрязняющих веществ, позволяющее минимизировать антропогенное загрязнение водоемов и создавать дополнительный водный ресурс для повторного использования. При этом требуются быстро возводимые сооружения, занимающие минимально возможную производственную площадь и использующие энерго- и материалосберегающие технологии. Кроме того, при очистке сточных вод желательно не только подготовить воду для повторного использования, но и сохранить извлекаемые органические вещества и другие ценные продукты для последующего применения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

1. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. М,2000

2. Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей .М 2007г.

3. СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» (введен 01.01.2001).

5. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. Под общей редак. Воронова Ю.В. /Учебник для вузов.- 4 издание - М., 2006. 704с.

6. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К.. Канализация:

Учебник. 6-е издание. М.: Стройиздат, 1984.

7. Компостирование твердых органических отходов производства и

потребления. Вермикомпостирование: монография: под ред. Я.И. Вайсмана.

Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. 557 с.

8. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие: в 2 т. Т. 1 /Е.А. Кузнецов

[и др.]. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 629 с.

9. Строительная климатология. СНиП 23.01.99.М 2000

10. Лапицкая М.П., Зуева Л.И. Очистка сточных вод (Примеры расчетов). Минск: Высшая школа, 2007.

11. Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчетов канализационных сооружений. Учебное пособие для вузов. 3 издание переработанное и дополненное. – М.: ИД «Альянс», 2008. 255с.

Учебное пособие

Юрий Олегович Григорьев

Александр Федорович Никифоров

Евгений Васильевич Мигалатий

Нина Александровна Петрова

ОЧИСТКА ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Редактор Ю.О. Григорьев

Компьютерная верстка И.В. Шаманаевой

Подписано в печать Формат

Бумага писчая Плоская печать Усл. печ. л.

Уч.-изд. л. Тираж 50 Заказ Цена «С»

ОЧИСТКА ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД

направления подготовки 270800 «Строительство»

Учебное пособие

Допущено Уральским отделением Учебно-методического объединения

Екатеринбург

2013

УДК 628.3

Рецензенты:

- заведующий лабораторией РосНИИВХ, профессор, д. техн.н. А.Н. Попов.

- Ю.О. Григорьев, Никифоров А.Ф., Мигалатий Е.В., Н.А. Петрова

ОЧИСТКА ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД:

Учебное пособие. Екатеринбург: УрФУ, 2013. - 97 с.

Библиография: 11 назв. Табл. 14. Рис. 17.

@ ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» 2013г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…	4
1. Нормативно- допустимый сброс сточных вод в водоем	5
1.1 Расчет величины НДС для отдельных выпусков сточных вод в водоем	5
1.2. Расчет величины НДС для совокупности выпусков сточных вод в водоем	20
1.3. Расчет НДС с применением программы «НДС-эколог»	22
2. Сорбционные методы доочистки сточных вод	32
2.1. Характеристика сорбционных процессов	32
2.2. Выбор сорбентов для извлечения примесей воды	34
2.3. Технологические схемы узла сорбционной доочистки сточных вод	39
3. Мембранные методы доочистки сточных вод	43
3.1. Общие сведения о мембранных процессах	43
3.2. Технологическая схема доочистки сточных вод с применением мембранной фильтрации	48
4. Методы обеззараживания сточных вод	52
5. Механическое обезвоживание осадков сточных вод	56
6. Термическая сушка и сжигание осадков сточных вод	61
7. Расчет необходимой степени очистки сточных вод	62
7.1 Определение расчетных расходов сточных вод	62
7.2. Определение среднего содержания взвешенных веществ, БПК₂₀ и приведенного числа жителей	64
7.3. Расчет коэффициента смешения сточной воды с водой реки	65
7.4. Расчет степени очистки по взвешенным веществам	67
7.5. Расчет степени очистки по БПК₂₀	67
7.6. Расчет кислородного режима реки	68
7.7. Выбор технологической схемы очистки сточных вод	69
8. Расчет сооружений по очистке сточных вод	78
8.1. Исходные данные для расчета	78
8.2. Приемная камера	80
8.3. Расчет решеток-дробилок	80
8.4. Расчет песколовок	82
8.5. Расчет первичных отстойников	83
8.6. Расчет аэротенков	84
8.7. Расчет вторичных отстойников	87
8.8. Расчет установки по обеззараживанию сточных вод	88
8.9. Расчет контактных резервуаров	88
9. Расчет сооружений по обработке осадков	89
9.1. Расчет илоуплотнителей	89
9.2. Расчет метантенков	90
9.3. Расчет узла механического обезвоживания осадка	93
9.4. Расчет резервных иловых площадок	93
9.5. Расчет площадок складирования осадка	94
9.6. Расчет песковых площадок	94
Заключение	95
Библиографический список	96

ВВЕДЕНИЕ

Дата: 2019-04-23, просмотров: 220.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒