Проектирование очистных сооружений

 

Введение

Задачи по удалению и  ликвидации бытовых отбросов на различных  этапах развития общества решались по-разному. В наше время для решения этой проблемы принято использовать комплекс санитарных мероприятий и инженерных сооружений, обеспечивающих своевременный сбор сточных вод, образующихся на территории населенных пунктов и промышленных предприятий, быстрое транспортирование этих вод за пределы населенных пунктов, а также их очистку, обезвреживание и обеззараживание. Данный комплекс сооружений принято называть системой канализации.

Основными загрязнениями  сточных вод являются физиологические  выделения людей и животных, отходы и отбросы, получающиеся при мытье  продуктов питания, посуды, стирки белья, мытье помещений и поливки  улиц, а также технологические потери, отходы и отбросы на промышленных предприятиях.

Целью данного курсового  проекта является проектирование очистных сооружений.  Состав очистных сооружений зависит от  пропускной способности, требуемого качества степени очистки сточных вод, выбранного метода обработки и использования  осадков, а также от местных условий и обосновывается соответствующими технико-экономическими расчетами.

Взаимное расположение сооружений должно учитывать возможность  строительства комплекса очитки сточных вод по очередям и расширения. Сооружения и здания должны быть размещены, возможно, более компактно.

Технология очистки  сточных вод в настоящее время  развивается в направлении интенсификации процессов биологической очистки, проведения последовательно процессов биологической и физико-химической очистки в целях возможности повторного использования глубоко очищенных сточных вод на промышленных предприятиях.

В результате механической очистки из сточной жидкости удаляются  нерастворенные и частично коллоидные загрязнения. Сущность биологической очистки состоит в окислении органических веществ микроорганизмами. Для дезинфекции очищенных сточных вод чаще всего применяют хлорирование.

Особое значение имеет  развитие современной системы водоотведения  бытовых и производственных сточных вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей природной среды от загрязнений. Наиболее существенные результаты получены при разработке новых технологических решений в вопросах эффективного использования воды систем водоотведения и очистки производственных сточных вод.

На сегодняшний день в условиях нестабильной экологической ситуации в республике и в мире в целом  весьма актуальна проблема обработки  и утилизации бытовых и производственных стоков. Развивающаяся год от года промышленность отнюдь не улучшает качество сточных вод, а скорее наоборот способствует увеличению концентраций загрязнений и возникновению новых. В нашей стране плюс ко всему добавляется фактор изношенности производственного и бытового оборудования и использования морально устаревших и экологически небезопасных препаратов бытовой химии, что опять же не лучшим образом сказывается на процессе обработки сточных вод. Для обработки высоко загрязненных стоков в наше время возможно применение новейших технологических установок и устройств сложных в устройстве и эксплуатации и соответственным образом не надежных. Тем более низкая квалификация, в подавляющем большинстве, служащих, а порой и вовсе отсутствие квалифицированных специалистов на очистных сооружениях, и отсутствие должного финансирования приводит к полной неэффективности использования таких установок.

Единственным решением в данной ситуации является проектирование сооружений по обработке сточных  вод основанных на естественных физических процессах и законах с минимальным  применением автоматики, способных работать с минимальным техническим обслуживанием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные для проектирования

 

В данном курсовом проекте  требуется запроектировать комплекс очистных сооружений, расположенный в Витебской области. Глубина залегания грунтовых вод 6 метров. Данная очистная станция должна принимать и производить очистку сточных вод с населенного пункта, промышленного предприятия и железнодорожных объектов в размере 29 тыс. м³/сут.

Проектные данные по расходу сточных вод

• От населения – 22 000 м³/сут;
• От промпредприятия – 5000 м³/сут;
• От железнодорожных объектов – 2000 м³/сут.

Физико-химические характеристики производственных сточных вод:

• концентрация взвешенных веществ производственных сточных вод 140 мг/дм³;
• концентрация органических загрязнений по БПК 160 мг/дм³.

Физико-химические характеристики сточных вод от ж.д. объектов:

• концентрация взвешенных веществ производственных сточных вод 230 мг/дм³;
• концентрация органических загрязнений по БПК 200 мг/л .

Выпуск сточных вод  в водоем принимается русловой.

Водоем, в который производится выпуск очищенных вод, относится к 1 категории. Минимальный расход реки при 95% обеспеченности 9,9 м³/с, средняя скорость течения при минимальном расходе – 0,93 м/сек, средняя глубина реки при низком горизонте воды – 0,6 м.

Характеристика реки:

• концентрация взвешенных веществ 18 мг/дм³;
• концентрация растворенного кислорода 4,9 мг/дм³;
• концентрация органических загрязнений по БПК 2,6 мг/дм³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение средних концентраций загрязнений общего стока

 

Сточными называются воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязнённые при этом дополнительными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населённых пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

Сточные воды загрязнены всевозможными примесями органического  и минерального происхождения, которые могут находиться в них в виде раствора, коллоидов, суспензии и нерастворённых веществ. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единице объёма в мг/л или г/м³.

 

2.1 Определение  концентрации загрязнений бытовых  сточных вод по взвешенным веществам.

 

где   a_вв – количество загрязнений, приходящихся на 1 человека в сутки (табл. 25   

        /1/), г/сут.

 n – норма водоотведения, л/ч∙сут.

2.2 Определение концентрации загрязнений бытовых сточных вод по БПК.

 

где   a_вв – количество загрязнений, приходящихся на 1 человека в сутки (табл. 25   

        /1/), г/сут.

 n – норма водоотведения, л/ч∙сут.

2.3 Определение концентрации загрязнений общего стока по взвешенным веществам.

,

 

2.4 Определение концентрации загрязнений общего стока по БПК.

 

 

 

2.5 Определение приведенного числа жителей.

 

                              

              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение коэффициента смешения

 

При определении степени  смешения нельзя принимать в расчёт весь расход реки, так как вблизи места выпуска достаточно полного смешения ещё нет  - оно происходит на некотором расстоянии от места выпуска.

Для учёта расхода  реки, участвующего в смешении, т.е. процессов разбавления, вводят коэффициент смешения , показывающий, какая часть расхода реки смешивается со сточной водой в данном створе.

 

3.1 Определение коэффициента турбулентной диффузии.

 

– средняя скорость течения воды в реке на участке, м/с.

 – средняя глубина реки на том же участке, м.

 

 

3.2 Определение коэффициента, учитывающего влияние гидрологических факторов смешения.

 

– коэффициент, учитывающий место расположения выпуска

Принимаем русловой выпуск: ζ=1,5

 – коэффициент извилистости  русла; =1

Q – расход сточных вод,  равный 29000:24:3600=0,34 м³/с

 – коэффициент турбулентной  диффузии.

 

α=0,3

3.3 Определение коэффициента  смешения сточных вод с водой водоема.

где     

 – расход воды при 95% обеспеченности в створе реки у места выпуска сточных вод, м³/с

 – расход сточных вод, м³/с

 – длина русла от места выпуска сточных вод до расчётного створа, м

 – коэффициент, зависящий  от гидравлических условий смешения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение необходимой степени очистки сточных вод.

3.1 Определение необходимой  степени очистки сточных вод по взвешенным веществам.

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ, спускаемых в водоем:

где     – допустимое санитарными нормами увеличение содержания взвешенных веществ в водоёме после спуска сточных вод.

 – содержание взвешенных  веществ в водоёме до спуска  сточных вод.

Степень необходимой  очистки сточных вод:

 

 

3.2 Определение необходимой  степени очистки сточных вод по БПК.

Допустимая величина БПК сточных вод при выпуске  в водоем:

 

где     – коэффициент смешения;

– минимальный расход водоёма  при 95% обеспеченности;

– расход сточных вод;

– концентрация загрязнений по БПК_полн;

 

   

   Необходимый эффект очистки:

 

 

3.3 Определение необходимой  степени очистки сточных вод по растворенному кислороду.

 

Допустимая величина БПК сточных вод при выпуске  в водоем исходя из условий минимального содержания кислорода:

 

где     - концентрация растворённого кислорода, мг/л.

  - концентрация органических загрязнений по БПК_п, мг/л

  - наличие растворённого кислорода, мг/л, которое определяется в зависимости от вида пользования водоёма. 

 

Необходимый эффект очистки:

 

5. Выбор метода очистки сточных вод и схемы очистной станции.

Выбор методов очистки сточных вод  и определение состава сооружений представляет собой сложную технико-экономическую задачу, и зависят от многих факторов:

• расхода сточных вод;

• мощности водоема;

• расчета необходимой степени очистки;

• рельефа местности;

• характера грунтов;

• экономических затрат.

В данном курсовом проекте принята схема  очистной станции с биологической  очисткой сточных вод в аэротенках.

Механическая  очистка сточных вод производится на решетках, в песколовках и отстойниках. Песок из песколовок при помощи гидроэлеватора направляется на дальнейшую обработку на песковые площадки. Сырой осадок из первичных отстойников направляется в метатенки.

Биологическая очистка  сточных вод по этой схеме  осуществляется в аэротенке. Аэротенк представляет собой открытый резервуар, в котором находится смесь ила и осветленной сточной воды.

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов  активного ила в аэротенк должен поступать воздух, который подается воздуходувками, установленными в машинном здании. Смесь очищенной сточной воды  и активного ила из аэротенка направляется на вторичный отстойник, где осаждается активный ил и основная его масса возвращается в аэротенк. В системе аэротенк – вторичный отстойник масса активного ила увеличивается за счет его прироста, поэтому часть его (избыточный активный ил) удаляется из вторичного отстойника и подается на обработку в метатенк.

Принимаем:

• Решётки, прозоры которых 16мм.
• Песколовки. Применяем песколовки горизонтальные с круговым движением воды.
• Горизонтальный первичный отстойник. Он применяется при производительности более 20000 м³/сут.
• Аэротенки,
• Вторичный горизонтальный отстойник (такого же типа как первичный).
• Смеситель.
• Хлораторная.
• Контактные резервуары.
• Илоуплотнитель.
• Метатенки.
• Вакуум-фильтр
• Песковые площадки.
• Иловые площадки.

6. Описание и расчёт сооружений и коммуникаций очистной станции.

7.1 Расчет приемной камеры (ПК).

Приемная камера предназначена для приема сточных вод, поступающих на очистные сооружения канализации, гашения скорости потока жидкости и сопряжения трубопроводов с открытым лотком.

ПК конструируется на поступление сточных вод по одному или двум трубопроводам и располагается  в насыпи высотой до 5 м.

Выбор ПК осуществляется на максимальный расход сточных вод.

Таким образом, принимаем ПК со следующими параметрами:

 

Пропускная способность	До 750 л/с
Диаметр трубопровода	700
Количество ниток	2
Размеры ПК А х В  х Н мм	1600х2500х1600

 

7.2 Решётки

Для задержания крупных  плавающих отбросов на очистных сооружениях  устанавливаем решётки со стержнями прямоугольной формы, обеспечивающей лучшее задержание и удаление отбросов.

Решётки следует оснащать механизированными граблями для  снятия отбросов.

Необходимо предусмотреть  резервную решётку.

Решётки размещаем в  отдельных отапливаемых и вентилируемых помещениях, снабженных грузоподъёмными приспособлениями. Для предотвращения поступления холодного воздуха через подводящие и отводящие каналы необходимо устраивать завесы.

Расчетный расход сточных вод, м³/с, для решеток определяем в зависимости от максимального часового расхода:

.

Принимаем:

• глубина воды в камере решетки =1м;
• средняя скорость воды в прозорах между стержнями ;
• ширина прозоров .

 

Определяем количество прозоров:

 

где     - глубина воды перед решёткой;

- коэффициент, учитывающий стеснение  прозоров граблями и задержанными  загрязнениями и равный 1,05.

 

Принимаем толщину стержней решётки 

Ширину решётки находим  по формуле:

где     - толщина стержней решётки, м;

- количество прозоров;

- ширина прозоров между стержнями,  м.

 

Принимаем решётку РМУ-3:

• номинальные размеры BхH=1000х2000,мм;
• число прозоров n=39.

Проверяем скорость воды в прозорах решетки:

 

Находим длину камеры решётки:   ,

Конструктивно принимаем:    

Следовательно,

Объём улавливаемых отбросов составит:

При их плотности  масса загрязнений составит:

Для измельчения задерживаемых  загрязнений применяем две дробилки Д-3б (одна из них резервная), производительностью 300 кг/ч; мощность электродвигателя 22 кВт.

 

 

Основные показатели механизированных решеток

Таблица 3

Марка	Номинальные размеры  канала, ВхН, мм	Ширина канала в месте  установки решетки, мм	Число прозоров	Толщина стержней, мм
РМУ-3	1000х2000	1550	39	6

 

7.3 Песколовки горизонтальные с круговым движением воды

 

Для улавливания из сточных  вод песка и других минеральных  нерастворённых загрязнений применяют  песколовки. Они подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости; последние бывают тангенциальные и аэрируемые. В данном курсовом проекте принимаем горизонтальные песколовки с круговым движением воды. Принимаются минимум два отделения песколовки.

Принимаем два рабочих  отделения песколовки. Площадь живого сечения каждого отделения принимаем по формуле:

где     - максимальный расчетный расход, м³/с;

- скорость в песколовке, м/с;

- число рабочих отделений  песколовки.

 

Выбираем расчетную глубину песколовки Н=0,5 м, принимаем гидравлическую крупность песка  u=18,7 мм/с и коэффициент к=1,7.

Определяем длину окружности песколовки по средней линии:

 

,

 где    к –  коэффициент, равный 1,7 при U₀ = 18,7 мм/с;

Нр – расчетная  глубина песколовок, принимаемая 0,5м.

V – скорость движения сточных вод, при максимальном притоке принимается 0,3м/с;

U₀ – гидравлическая крупность задерживаемого песка.

 

Средний диаметр песколовки равен:

D₀=13,6/3,14=4,3 м.

Продолжительность протекания сточных вод в песколовке при  максимальном притоке:

Т=3,14·4,3/0,3=45,5 с.

Продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке должна быть больше 30с.

Принимаем ширину кольцевого желоба песколовки В=1 м.

Тогда наружный диаметр  песколовки

D=4,3+1= 5,3 м.

Принимаем песколовку  диаметром 6 м.

Объем улавливаемого  песка, м³/сут, составляет:

где – количество  осаждаемого песка, равное 0,02 л/сут на одного жителя.

Принимаем интервал времени  между выгрузками осадка из песколовки – 2 суток. Тогда объем бункера  одного отделения песколовки равен:

W=1,6·2:2=1,6 м³.

Определяем высоту бункера  песколовки

Полная строительная высота песколовки:

Н=0,5+0,26+0,5=1,26 м

 

7.3.1 Расчет песковых площадок.

Для подсушивания песка, поступающего из песколовок, предусматриваются площадки с ограждающими валиками, располагаемые вблизи песколовок.

Полезная площадь песковых площадок, м² , рассчитывается по формуле:

где h -  нагрузка на площадку, принимаемая не более 3 м³/(м² год) с периодической выгрузкой подсушенного песка в течение года.

Принимаем 2 карты песковых площадок размером в плане 14х14 м каждая с высотой ограждающего валика 1м. Удаление воды с площадок в дренажную сеть происходит через водосливы с переменной отметкой порога.

 Удаляемая с песковых  площадок вода направляется в  начало очистных сооружений. Объем  дренажных вод, отводимый за сутки с песковых площадок, при разбавлении песка в пульпе 1:20 по массе составит:

где W – объем улавливаемого песка в сутки.

.

Основные  показатели данной песколовки:

Пропускная способность		Основные размеры, мм
		Диаметр	Расстояние между центрами песколовок	Расстояние между осями  подводящего лотка и камеры переключения	Ширина
тыс. м3/сут	л/с				кольцевого желоба	подводящего и отводящего лотков	лотков песколовки для  впуска и выпуска воды
25...40	394..590	6000	11000	7500	1000	900	900

4. Первичный горизонтальный отстойник.

Для очистки сточных  вод от механической взвеси применяем горизонтальные отстойники. Концентрация взвешенных веществ в сточной воде на выходе из первичного отстойника не должна превышать 150 мг/л. С учетом запаса на непредвиденные сбросы в систему канализации, принимаем концентрацию взвешенных веществ на выходе из первичного отстойника С_по = 100 мг/л.

Определим требуемый  эффект снижения концентрации взвешенных веществ при первичном осветлении воды в отстойнике:

,

где    К_исх – исходная концентрация взвешенных веществ;

К₀ – концентрация взвешенных веществ в воде после первичного отстаивания, мг/л, принимаем равной 100-150 мг/л.

 

Принимаем среднюю скорость движения воды в отстойнике и глубину проточной части сооружения .

При четырех отделениях отстойника ширина каждого из них определяется по формуле

,

где      n – число отделений;

Н₁ – глубина проточной части отстойника.

Принимаем ширину отделений  В=9 метров.

Определим условную гидравлическую крупность при Н₁=3,5 метра и t=20°С, соответствующей требуемому эффекту очистки. По таблице 2.2/2/  требуемая продолжительность осветления воды в цилиндре высотой 500 мм будет равна t₁=900 с.  В соответствии с рис. 2.8/2/ n=0,35. Условную гидравлическую крупность определяем по формуле:

,

При t=10°С  условная гидравлическая крупность может быть определена по формуле:

,

где и - динамическая вязкость воды, полученная в лабораторных и производственных условиях.

.

Вертикальную турбулентную составляющую определяем по формуле:

Длину отстойника определим  по формуле:

,

где   - коэффициент использования объема отстойника.

Конструктивно, исходя из основных параметров первичных горизонтальных отстойников, принимаем длину отстойника равной 30 метров.

Общий объем проточной (рабочей) части сооружений:

.

Масса улавливаемого  осадка в сутки составит:

При влажности осадка W_ос=95% и плотности p=1т/м³ можно найти объем осадка:

Осадок сгребается в  бункер скребковым механизмом цепного  типа и удаляется из бункера по трубопроводу под гидростатическим напором, равным 1,5 метра.

Общая высота отстойника на выходе:

 

Определим БПК после  первичного отстойника:

,

где     - начальная концентрация БПК, мг/л;

С_в – концентрация взвешенных веществ, мг/л;

Э – эффект очистки  в отстойниках.

7.5  Аэротенки.

 

Принимаем  аэротенки-вытеснители с регенерацией, поскольку L_а>150 мг/л.

Рассчитываем степень рециркуляции активного ила R_i:

,                                          

где J_i – иловый индекс; принимаем J_i = 100 см³/г;

a_i – доза активного ила, г/л; принимаем a_i = 3 г/л.

Получаем

Определяем БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды с учётом разбавления:

, мг/л                                    

Получаем

(мг/л)

Рассчитываем продолжительность  обработки воды в аэротенке:

, ч                                       

Получаем

ч

Рассчитываем дозу активного ила  в регенераторе:

, г/л                                      

Получаем

г/л

Рассчитываем удельную скорость окисления:

, мг∙БПК_полн/г∙ч

где ρ_мах – максимальная скорость окисления, мг∙БПК_полн/г∙ч; принимаем равной 85 мг∙БПК_полн/г∙ч;

С₀ – концентрация растворённого кислорода, мг/л; принимаем равной 2 мг/л;

К_l – константа, характеризующая свойства загрязнений мг∙БПК_полн/л; принимаем равной 33 мг∙БПК_полн/л;

К_о – константа, характеризующая влияние кислорода, мгО₂/л; принимаем равной 0,625 мгО₂/л;

φ – коэффициент ингибирования  продуктами распада активного ила, л/г; равен 0,07 л/г.

Получаем

мг∙БПК_полн/г∙ч

Определяем общую продолжительность  окисления органических загрязнений:

, ч                                       

Получаем

ч

Продолжительность регенерации:

, ч