Методические указания по очистке городских сточных вод: биохимическая очистка и доочистка

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский государственный индустриальный университет»
Кафедра водоснабжение и водоотведение
ОЧИСТКА ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
РАЗДЕЛ «БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА И ДООЧИСТКА»
Методические указания к выполнению курсового проекта
по дисциплине «Водоотведение и очистка сточных вод»
для специальностей «Водоснабжение и водоотведение»
(290800), «Городское хозяйство и строительство» (290500)
Новокузнецк
2005
УДК 628
О94
Рецензент
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой
теплогазоснабжения и вентиляции СибГИУ
И.В. Зоря
О94
Очистка городских сточных вод. Раздел «Биохимическая очистка и доочистка»: Метод. указ.
/Сост.: Г.А. Забелина, А.М. Благоразумова: СибГИУ.
– Новокузнецк, 2005. – 40 с.
Рассматриваются вопросы по разделу «Биохимическая очистка и доочистка городских сточных
вод». Предложены расчет и проектирование сооружений и оборудования комплекса биохимической и глубокой очистки.
Указания составлены в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03 – 85.
Предназначены для студентов специальности
"Водоснабжение и водоотведение" (290800), "Городское хозяйство и строительство" (290500).
Введение
Городские сточные воды, отводимые с территории населенного пункта сетью водоотведения, спускаются в реку ниже
границы застройки по течению воды. Они содержат органические, бактериальные и токсические загрязнения и являются причиной загрязнения водоема.
Водоем обладает некоторой самоочищающей способностью, но она ограничена. Чтобы избежать неблагоприятного воздействия сточные воды перед выпуском подвергаются очистке до
степени, определяемой расчетом.
Выбор схемы и типа сооружений биохимической очистки
производится в зависимости от количества очищаемых городских
сточных вод, состава исходной и очищенной воды, схемы и методов обработки осадков, характеристики грунтовых условий,
размеров и рельефа земельных участков, климата и др.
В основе процессов биохимической очистки сточных вод
лежит биохимическое окисление органических загрязнений сообществом микроорганизмов активного ила. Главная роль в этом
сообществе принадлежит бактериям. Кроме бактерий в активном
иле присутствуют простейшие, водоросли, грибы и т. д.
Микроорганизмы извлекают загрязнения из очищенной воды, а метаболизм этих загрязнений в клетках микроорганизмов
обеспечивает энергетические потребности, прирост биомассы и
восстановление распавшихся веществ клетки.
3
Биохимическая очистка может быть полной, если полная
биохимическая потребность в кислороде (БПКполн) очищенной
воды составляет менее 20 мг/л, и неполной при БПКполн очищенной воды более 20 мг/л.
Органические загрязнения в сточных водах находятся в
растворенном, коллоидном и нерастворенном состоянии. Для
внутриклеточного окисления нерастворенных загрязнений они
подвергаются ферментативному гидролизу до размеров молекул,
а затем проходят внутрь клетки.
Методы биологического окисления осуществляются в двух
основных модификациях – с микроорганизмами, прикрепленными к материалу загрузки – на биофильтрах, а также со свободно
плавающими в обрабатываемой воде – в аэротенках. Во втором
случае обеспечение условий процесса заключается в создании в
аэротенке взвешенного слоя хлопьев ила (активного), через который протекает сточная вода. С этой целью, а также для снабжения микроорганизмов кислородом в аэротенки подается воздух.
Таким образом, в комплекс сооружений биохимической
очистки входят: аэротенки, вторичные отстойники, иловая насосная станция и воздуходувная станция.
1 Задание на выполнение курсового проекта
1.1 Общая часть
Курсовой проект «Очистка городских сточных вод» состоит из следующих разделов:
– механическая очистка;
– биохимическая очистка и доочистка;
Рекомендации по разделу «Механическая очистка городских сточных вод» приведены в [1].
В данных методических указаниях рассматриваются вопросы расчетов и проектирования по разделу «Биохимическая
очистка и доочистка городских сточных вод».
Общая принципиальная технологическая схема станции
аэрации городов приведена на рисунке 1.
4
6
KH
3
1
6
9
9
7
4
5
2
11
И1
L en ,м г/л
C ex ,м г/л
К1
12
8
10
Б П К п о л н ,м г/л
C в зв (С en ) ,м г/л
T w ,cp, 0 C
И1
6
6
Q аir ,м 3 /ч
9
И2
q
q m ax ,сут,м 3 /сут
q m ax ,м 3 /ч
К1
13
12
7
Q m u d ,м 3 /сут
16
P m u d ,%
15
9
L ex ,м г/л
C ex (a t ) ,м г/л
14
L C T ,м г/л
C C T ,м г/л
О 2 ,м г/л
И1
Q ii ,м /сут
3
И3
Р ii ,%
18
Экспликация сооружений
5
1 – камера гашения; 2 – здание решеток; 3 – песколовки; 4 – измерительный лоток; 5 – распределительная камера; 6 – первичные отстойники; 7 – аэротенки; 8 – распределительная камера; 9 – вторичные отстойники; 10
– сооружения глубокой очистки; 11 – хлораторная; 12 – смеситель; 13 – контактные резервуары; 14 – барботер
(водослив-аэратор); 15 – иловая насосная станция; 16 – воздуходувная станция; 17 – насосная станция для перекачки сырого осадка; 18 – сооружения по обработке осадков.
Условные обозначения
КН – трубопроводы сточной воды, напорные; К1 – трубопроводы сточной воды, самотечные; И1 – трубопроводы осадка вторичных отстойников; И2 – трубопроводы осадка вторичных отстойников; (циркулирующего
активного ила); И3 – трубопроводы осадка вторичных отстойников (избыточного ила); О –трубопроводы
осадка первичных отстойников (сырого осадка); q – расход сточной воды; Qmud, Qii – расход осадков; Qair –
расход воздуха; С – концентрация взвешенных веществ; БПК (L) – концентрация растворенных веществ (по
БПК); Т – температура сточных вод; О2 – концентрация растворенного кислорода Р – влажность осадка
Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема очистной станции
1.2 Задачи курсового проекта
Задачами курсового проекта являются расчет и проектирование сооружений и оборудования комплекса биохимической и
глубокой очистки.
Задачи включают:
1 Выбор технологической схемы очистки сточной воды,
определение состава и типа сооружений и оборудования, обеспечивающих необходимый эффект требуемого качества на выходе
из сооружений при минимальной величине приведенных затрат
на строительство и эксплуатацию.
2 Технологические расчеты сооружений и оборудования.
3 Проектирование комплекса сооружений, т.е. взаимное
расположение на генплане.
4 Гидравлический расчет лотков, трубопроводов и сооружений с составлением профиля «по воде», т.е. с высотной схемой.
Выбор технологической схемы и состава сооружений с
оборудованием проводятся на основе анализа исходных данных,
в которые входят расчетные расходы сточных вод, показатели
качества воды, поступающей на комплекс, требование по допустимому содержанию загрязняющих веществ в очищенной воде.
1.3 Объем и состав курсового проекта
Проект комплекса биохимической очистки станции аэрации разрабатывается на стадии технического проекта.
В состав проекта этого раздела входит расчетнопояснительная записка и чертежи.
В расчетно-пояснительной записке освещаются следующие
этапы проектирования:
1 Исходные данные для выполнения курсового проекта:
– географическое положение объекта;
– расходы городских сточных вод;
– физико-химическая характеристика сточных вод на входе
в комплекс;
– физико-химическая характеристика очищенных (на выходе) сточных вод;
– принятая по [1] конструкция выпуска.
6
2 Определение расчетных расходов сточных вод.
3 Выбор технологической схемы, типов сооружений и оборудования для очистки сточных вод.
4 Технологический расчет сооружений и оборудования,
входящих в состав биохимической очистки и доочистки сточных
вод.
5 Гидравлический расчет лотков, трубопроводов и сооружений.
Расчетно-пояснительная записка должна быть краткой. В
нее включаются только расчеты с необходимыми мотивировками
принятых решений. Не следует переписывать в записке нормативные данные и общие сведения по тому или иному вопросу из
рекомендуемых литературных источников, а делать на них ссылки.
В графической части проекта выполняются:
1 Генплан очистной станции, выполненный в масштабе
1:500 или 1:1000, с указанием всех основных и вспомогательных
сооружений, коммуникаций между отдельными элементами, сетей водоотведения самой очистной станции, дорог, насыпей и
выемок, элементов благоустройства.
2 Гидравлический профиль по движению сточных вод: в
масштабе 1:500 и 1:1000 (горизонтальный) и 1:50 или 1:100 (вертикальный).
3 Технологическая схема.
1.4 Определение расчетных расходов сточных вод
Общий среднесуточный расход городских сточных вод,
qw,ср.сут, м3/сут, принимается по заданию.
Средние расходы – часовой qw,ср.ч., м3/ч, и секундный
qw,ср.с., л/с, определяются по формулам
q w ,ср.ч =
q w ,ср.сут
24
q w ,ср.c =
q w ,ср.ч
7
3600
,
(1)
(2)
Максимальные расходы определяются по формулам
а) суточный, м3/сут
q w , max,сут = q w ,ср.ч ⋅ K сут. max ,
(3)
q w , max, ч = q w ,ср.ч ⋅ K gen. max ,
(4)
q w , max,с = q w ,ср.c ⋅ K gen. max ,
(5)
б) часовой, м3/ч
в) секундный, л/с
где Ксут.max – коэффициент суточной неравномерности, принимаемый по [2];
Кgen.max – максимальный общий коэффициент неравномерности, принимаемый по [3, таблица 2].
1.5 Выбор технологической схемы очистной станции
Выбор технологической схемы и типов сооружений производится в зависимости от максимального суточного расхода и
показателей качества сточных вод.
Показатели качества сточной воды (Len, Сех), поступающей
на комплекс биохимической очистки, определяются в зависимости от концентраций загрязняющих веществ в воде, поступающей
на очистную станцию и эффекта очистки на сооружениях механической очистки [1]. Величины этих показателей приводятся на
технологической схеме (рисунок 1). Показатели качества очищенной воды на сбросе в реку принимаются по данным расчетов
необходимой степени очистки [1].
2 Технологические расчеты сооружений,
входящих в состав очистной станции
В курсовом проекте расчет очистных сооружений, согласно
[3], производится по максимальному притоку, независимо от того, подаются ли сточные воды на очистку самотеком или с помощью насосной станции.
В объем курсового проекта расчет главной насосной станции не входит. При составлении курсового проекта рекомендуется применять типовые проекты сооружений. В этом случае расчет
8
сводится к определению продолжительности пребывания сточной воды в сооружении, их объемов и количества выбранных типовых конструкций.
Очистные сооружения рассчитываются в следующей последовательности. Сначала рассчитываются сооружения механической очистки [1]: приемная камера, решетки, песколовки, водоизмерительные устройства и первичные отстойники; затем сооружения биохимической очистки и доочистки (по рекомендациям данных методических указаний): аэротенки, вторичные отстойники, воздуходувная станция, иловая насосная станция, каркасно-засыпные фильтры, хлораторная, контактные резервуары,
устройство для донасыщения кислородом воздуха и выпуск.
После этого производится расчет сооружений по обработке
осадков.
2.1 Аэротенки
2.1.1 Общая часть. Сточные воды поступают в аэротенки
после механической очистки, концентрация взвешенных веществ
в которых не должна превышать 150 мг/л, а допускаемая БПКполн
зависит от типа аэротенков или технологической схемы их работы:
– при БПКполн (Len) ≤ 150 мг/л применяются одноступенчатые аэротенки – вытеснители без отдельной регенерации активного ила;
– при Len > 150 мг/л и при наличии трудноокисляемых (производственных) примесей – одноступенчатые аэротенки – вытеснители с отдельной регенерацией активного ила;
– при Len = (300 – 1000) мг/л – двухступенчатые (аэротенки –
смесители на первой ступени и аэротенки – вытеснители на второй ступени), при этом отдельная регенерация активного ила может быть на обеих ступенях.
Схемы комплексов сооружений биохимической очистки
представлены на рисунках 2 и 3.
9
Из первичных
отстойников
Аэротенки – вытеснители
без отдельной регенерации
qmax, м3/ч
Tw,cp 0C
Leх, мг/л
Qz ,Ri, м3/ч
Qair ,м3/ч
Tw, 0C
Вторичные
отстойники
аt, мг/л
Len, мг/л
Cex, мг/л
qmax, м3/ч
ai,г/л
Ji,см3/г
Qz+Qii,м3/ч
Воздуходув- Иловая
ная станция насосная
станция
На сооружение
по обработке
осадков
az,%
Qii,м3/ч
Pii,%
qmax,r – максимальный расход, м3/час; Len – БПКполн осветленной сточной воды, мг/л; Сех – концентрация взвешенных веществ в осветленной сточной воде, мг/л; Tw,л –
летняя температура (средняя за три летних месяца) сточной воды,0С; Tw,cp – среднегодовая температура сточной
воды,0С; ai – средняя доза активного ила в иловой смеси,
г/л; Ji – иловый индекс иловой смеси, см3/г; Leх – БПКполн
биохимически очищенной сточной воды, мг/л; аt – величина выноса взвешенных веществ из вторичных отстойников, мг/л; Qz – количество циркулирующего (возвратного) ила, м3/час; Qii – количество избыточного ила,
м3/час; Qair – количество воздуха для аэрации сточных
вод в аэротенках, м3/час; Ri – степень рециркуляции ила,
д. е; az – доза (концентрация) циркулирующего (избыточного) ила, г/л; Pii – влажность избыточного ила, %.
Рисунок 2 – Технологическая схема комплекса
сооружений биохимической очистки сточных вод
с аэротенками – вытеснителями без отдельной
регенерации активного ила
10
Н а сооруж ения
по обработке
осадков
В торичны е
отстойники
м3/ч
Pii, %
Qii,м3/ч
В оздуходувная И ловая
насосная
станция
станция
L ex ,м г/л
a t ,м г/л
Qz+Qii,
И ловая см есь
К анал циркули
рую щ его ила
м3/ч
R i,a n
T w ,cp 0 C
q m ax,м 3 /ч
a i,г/л
J i,см 3 /г
Qz,
T w ,0 С
Регенератор, a r
м3/ч
q m ax ,м 3 /ч
L en ,м г/л
C ex ,м г/л
А эротенк –
вы теснитель a i , J i
Qair,
И з первичны х
отстойников
аr – доза ила в регенераторе, г/л.
Рисунок 3 – Технологическая схема комплекса
сооружений биохимической очистки сточных вод
с аэротенками – вытеснителями с отдельной
регенерацией активного ила
2.1.2 Расчет аэротенков – вытеснителей без отдельной
регенерации активного ила. Задачей расчета является определение основных технологических и конструктивных параметров:
продолжительность обработки сточных вод, объем аэротенков,
количество воздуха для аэрации.
Продолжительность аэрации, tatv, ч, определяется по формуле
tatv =

1+ ϕ⋅ ai
L 
15
⋅ C0 + K0 ⋅ (Lmix − Lex ) + Kl ⋅ C0 ⋅ ln mix  ⋅ Kp ⋅ , (6)
Lex 
Tw
ρmax⋅ C0 ⋅ ai ⋅ (1− S) 
где φ – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, л/г, φ = 0,07 [3];
ai – доза активного ила, принимаемая в зависимости от исходной концентрации органических загрязнений по
БПКполн (Len), по таблице 1;
ρmax – максимальная скорость окисления, мг/(г ч), ρmax = 85 [3];
С0 – средняя концентрация растворенного кислорода в аэротенке;
S – зольность активного ила, д.е., S = 0,3;
11
К0 – константа, характеризующая влияние концентрации кислорода, мг/л, К0 = 0,625 [3].
Дозы активного ила в аэротенках и степень рециркуляции
см. таблицу 1.
Таблица 1 – Дозы активного ила в аэротенках и степень
рециркуляции
Len, мг/л
<100
100–150
151–250
250–300
ai, г/л
1,0
1,5
2–2,5
3–3,5
Ri
0,3
0,35
0,4–0,5
0,6
БПКполн поступающих в аэротенк сточных вод с учетом
разбавления циркулирующим (возвратным) илом Lmix, мг/л, определяется по формуле
L mix =
Len + Lex ⋅ R i
,
1+ Ri
(7)
где Len – БПКполн осветленной воды, мг/л;
Leх – БПКполн биохимически очищенной сточной воды, мг/л;
Ri – степень рециркуляции, принимаемая по таблице 1;
Kl – константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, Kl = 33 мг БПКполн/л [3];
Кр – коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания, принимаемый:
при Len ≤ 15мг/л равным 1,5;
при Len > 15мг/л равным 1,25 [3];
Tw – среднегодовая температура сточных вод, 0С.
Необходимый объем аэротенков – вытеснителей Watv, м3,
определяется по формуле
Watv = q w ⋅ t atv ,
(8)
где qw – расчетный расход сточных вод, м3/ч, принимаемый равным максимальному часовому расходу.
Минимальное количество секций аэротенков 2 шт.
Наиболее целесообразное число секций nc (4 ÷ 6) – для
станций производительностью до 50 тыс. м3/сут, а при большей
производительности – 6 ÷ 8. При этом все секции рабочие, каждая секция может состоять из двух, трех или четырех коридоров.
12
Необходимый объем одной секции Watv (1), м3, определяется
по формуле
Watv (1) =
Watv
,
nc
(9)
По приложению А принимается типовой аэротенк с объемом одной секции Wтп, ближайшим к расчетному объему Watv(1),
при соответствующей длине коридора lk, м.
Общий объем секций типовых аэротенков Watv (тп), м3, определяется по формуле
Watv (тп ) = Watv (1) ⋅ n c
(10)
Истинное время пребывания сточной воды в аэротенках,
tatv (ист), ч
 Watv (тп )  15
 ⋅
t atv (ист ) = 
q
w

 Tw
(11)
2.1.3 Расчет аэротенков – вытеснителей с отдельной
регенерацией активного ила. Технологическая схема приведена
на рисунке 3.
Общая необходимая продолжительность окисления органических загрязняющих веществ, t0, ч, определяется по формуле
t0 =
Len − Lex
15
⋅
,
R i ⋅ a r (1 − S) ⋅ ρ Tw

1 
,
а r = a i ⋅ 1 +
 2 ⋅R i 
(12)
(13)
где a r – доза активного ила в регенераторе, г/л.
Доза активного ила в аэротенке и степень рециркуляции в
зависимости от БПКполн (Len) поступающих сточных вод принимаются по таблице 1.
Удельная скорость окисления ρ , мг БПКполн /г·ч определяется по формуле
ρ = ρ max ⋅
Lex ⋅ C0
1
,
⋅
Lex ⋅ C0 + K l ⋅ C0 + K 0 ⋅ Lex 1 + ϕ ⋅ a r
(14)
где ρmax, С0, K0, Kl, φ, S – смотреть формулу (6); ar – формулу (13).
13
Необходимая продолжительность окисления сточной воды
собственно в аэротенке, tat, ч, определяется по формуле
t at =
2,5  L mix  15
⋅
⋅  lg
a i  Len  Tw
(15)
Необходимая продолжительность регенерации активного
ила tp, ч, определяется по формуле
t p = t 0 − t at
(16)
Необходимое время пребывания сточной воды в системе
«аэротенк – регенератор» tар, ч, определяется по формуле
t ap = (1 + R i ) ⋅ t at + R i ⋅ t p
(17)
Общий необходимый объем сооружений системы «аэротенк – регенератор» Wар, м3, определяется по формуле
Wap = q w ⋅ t ap
(18)
Для определения количества коридоров, отводимых под
регенератор, вычисляется необходимый процент регенерации
Рer, %, по формуле:
 Ri ⋅ tp 
 ⋅ 100
Per = 

 t
 ap 
(19)
Окончательно процент регенерации принимается близким
к одному из значений в 25, 33, 50, 66 или 75 % и в зависимости от
принятой величины Per принимается число коридоров в секции
аэротенка.
Двухкоридорные секции принимаются при Per = 50 %,
трехкоридорные – при Per = 33 или 66 %, четырехкоридорные –
при Per=25,50 и 75 %.
Количество секций принимается не менее двух.
Объем собственно аэротенков принятых типовых секций
3
тп
Wat , м , определяется по формуле
P 

Watтп = W0тп( ар ) ⋅ 1 − er  .
 100 
(20)
Объем типовых секций регенераторов Wртп , м3, вычисляется
по формуле
14
Watтп = W0тп( ар ) ⋅
Per
100
(21)
Истинное время пребывания сточной воды собственно в
аэротенках, tat,ист, ч, определяется по формуле
t at , ист =
Watтп
(1 + R i ) ⋅ q w
(22)
Истинное время пребывания циркулирующего ила в регенераторе tр, ист, ч, определяется по формуле
t p, ист =
Wpтп
Ri ⋅ qw
(23)
Истинное время пребывания иловой смеси в системе «аэротенк – регенератор» tар, ист, ч, определяется по формуле
t ap, ист = t at , ист + t p, ист
(24)
Средняя доза активного ила в системе a i, ср , г/л, вычисляется по формуле
a i,cp =
t at ,ист ⋅ а i + t p,ист ⋅ а р
t ap,ист
(25)
2.2 Аэрация сточных вод в аэротенках
2.2.1 Общая часть. Искусственная аэрация интенсифицирует процесс растворения кислорода в воде и тем самым повышает скорость биохимического процесса, обеспечивает перемешивание воды с активным илом, подводит загрязнения и кислород, а
также отводит продукты реакций от микроорганизмов активного
ила.
Применяются следующие системы искусственной аэрации:
пневматическая, механическая и водоструйная. В курсовом проекте рекомендуется применять пневматическую аэрацию. В этом
случае воздух нагнетается в воду через пористые (мелкопузырчатые) или перфорированные (среднепузырчатые) аэраторы. К мелкопузырчатым аэратором относятся фильтросные пластины и пористые полимерные трубы, к среднепузырчатым – пластмассовые
перфорированные трубы.
15
2.2.2 Расчет пневматической системы аэрации с
фильтросными пластинами. Удельный расход воздуха, м3/м3
очищаемой воды, определяется по формуле
q air =
q 0 (Len − Lex )
,
K1 ⋅ K 2 ⋅ K T ⋅ K 3 (Ca − C0 )
(26)
где q0 – удельный расход кислорода воздуха, мг. На 1 мг снятой
БПКполн, принимаемый:
– при очистке до Lex = 15 ÷ 20 мг/л – 1,1, а
– при очистке Lex свыше 20мг/л – 0,9 [3];
К1 – коэффициент, учитывающий тип аэратора: для мелкопузырчатых принимается по таблице 2 в зависимости от
соотношения площадей аэрируемой зоны, faz, и аэротенка fat [3].
Таблица 2 – Коэффициент К1 и максимальная интенсивность
аэрации
f az f at
0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,75 1,00
K1
1,34 1,47 1,68 1,89 1,94 2,00 2,13 2,30
Ja, max,
5
10
20
30
40
50
75 100
3
2
(
м / м ⋅ч
)
Площадь зоны аэрации faz, м2, определяется по формуле
f az = bz ⋅ l k ,
(27)
где bz – ширина зоны аэрации, м, в которую включают общую
ширину фильтросных каналов bz = 0,3 · n, м (n – общее
количество рядов) и ширину зоны действия аэраторов –
(0,3 м);
lк – длина коридора принятого типового аэротенка,
определяется по приложению А, м.
Площадь аэротенка fat, м2, определяется по формуле
fat = Вобщ ⋅lк ,
(28)
где Вобщ – общая ширина типового аэротенка (секции), м;
К2 – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора ha, и, принимаемый по таблице 3 [3].
16
Таблица 3 – Коэффициент К2 и минимальная интенсивность
аэрации
hа, м
3
3,5
4
4,5
5
6
K2
2,08
2,3
2,52 2,72 2,92
3,3
Ja,max, м 3 / (м 2 ⋅ ч )
4,0
3,75
3,5
3,25
3,0
2,5
Глубина погружения аэратора, hа, м, определяется по формуле
h a = H p − 0,3 ,
(29)
где Нр – рабочая глубина воды в типовом аэротенке, м;
0,3 – высота фильтросного канала, м.
Коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, Kт
определяется по формуле [3]
K T = 1 + 0,02(Tw , л − 20) ,
(30)
где Tw,л – среднемесячная температура сточных вод за летний период, 0С;
К3 – коэффициент качества городских сточных вод,
К3 = 0,85 [3].
Растворимость кислорода в сточной воде Са, мг/л, определяется по формуле
h 

Ca =  1 + a  ⋅ CT ,
 20,6 
(31)
где СТ – растворимость кислорода в чистой воде при давлении
0,1 МПа, принимаемый в зависимости от температуры
Tw,л по таблице 4.
Таблица 4 – Растворимость кислорода в чистой воде
Tw,л, 0С 5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
СТ, 12,7 11,2 10,7 10,2
9,0
8,3
9,82 9,4
8,67
8,02 7,72
мг/л 9
7
5
6
2
8
С0 – средняя концентрация кислорода в аэротенке
С0 = 2 мг/л.
Средняя расчетная интенсивность аэрации сточной воды в
аэротенках Ja,cp, м3/(м2 ⋅ ч), вычисляется по формуле
17
J а ,ср =
q air ⋅ H p
t
,
(32)
где t – период аэрации, ч, принимаемый для аэротенков – вытеснителей без отдельной регенерации активного ила равным
tat,ист, (11) для аэротенков с отдельной регенерацией – tap,ист
(24).
Если вычисленная интенсивность аэрации больше Ja,max для
принятого значения К1, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны; если же менее Ja,min для принятого значения К2 – необходимо увеличить удельный расход воздуха qair, приняв Ja,ср=Ja,min.
Общий расход воздуха Qair, м3/ч, на аэрацию сточной воды
в аэротенках определяется по формуле
Qair = 1,1 ⋅ q air ⋅ q w
(33)
где 1,1 – коэффициент, учитывающий потери воздуха в системе.
Типовые проекты зданий воздуходувных станций принимаются в зависимости от Qair, м3/ч, по приложению Б.
2.3 Вторичные отстойники
Вторичные отстойники служат для разделения иловой смеси, выходящей из аэротенков, на биохимически очищенную воду
и активный ил.
Выбор типа конструкции вторичного отстойника зависит
от типа конструкции первичного отстойника, производительности станции и технологических параметров работы аэротенка.
Расчет вторичных отстойников производится по гидравлической нагрузке на поверхность отстойника qssa , м2/(м2·ч), величина которой определяется по формуле
q ssa =
4,5 ⋅ K ss ⋅ H set 0,8
,
(0,1 ⋅ J i ⋅ a i )0,5− 0,01a t
(34)
где КSS – коэффициент использования объема зоны отстаивания,
принимаемый по [3]:
− для радиальных отстойников КSS = 0,45;
− для вертикальных с центральной трубой КSS = 0,35;
− для вертикальных с периферийным выпуском
КSS=0,5;
18
Hset – расчетная глубина зоны отстаивания, м, вычисляется по
формуле
H set = H w − (h н + h 0 ),
(35)
где Hw – гидравлическая глубина воды для отстойника: радиального от отметки дна в центральной части до поверхности воды; горизонтального – от отметки дна на выходе
до поверхности воды; вертикального с центральной
трубой – от низа отражательного щита до поверхности
воды; вертикального с периферийным впуском – равная
высоте разделительной перегородки;
hн – высота нейтрального слоя, принимаемая для всех типов
отстойников равной 0,3 м от уровня осадка до нижнего
уровня воды зоны отстаивания;
h0 – глубина слоя осадка (активного ила), принимаемая от 0,3
до 0,5м:
− в радиальных и горизонтальных отстойниках от дна
на выходе из отстойника;
− в вертикальных от уровня нейтрального слоя (по направлению вниз);
3
J i – иловый индекс, см /г, принимаемый по таблице 5, в зависимости от нагрузки на беззольную часть активного ила
qi, мг БПКполн/(г·сут), которая определяется по формулам
а) для вторичных отстойников после аэротенков без отдельной регенерации активного ила
qi =
24(Len − Lex )
,
a i (1 − S)t atv ( ист )
(36)
б) для вторичных отстойников с отдельной регенерацией
активного ила
qi =
24(Len − Lex )
,
a ср (1 − S)t ар( ист )
(37)
где аi – доза активного ила собственно в аэротенке, г/л;
аt – концентрация взвешенных веществ в биохимически очищенной воде, мг/л, то есть вынос активного ила из вто19
ричных отстойников, принимаемый равным концентрации загрязняющих веществ по БПКполн (Lex, мг/л).
Таблица 5 – Величина илового индекса
qi, мг БПКполн/(г
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
сут)
Ji, см3/г
130 115 100 85 70 73 80 85 95 107 130
Необходимая общая площадь отстойников Fssa, м2, определяется по формуле
Fssa =
qw
,
q ssa
(38)
Площадь одного отстойника fssa, м2, определяется по формулам
а)радиального
(
)
π Dset 2 − d en 2
fssa =
,
4
(39)
б) вертикального с периферийным впуском
2
π ⋅ Dset
f ssa =
,
4
(40)
fssa = Bset ⋅ Lset .
(41)
в) горизонтального
Схемы отстойников приведены на рисунках 4, 5, 6 и 7.
Параметры одного отстойника принимаются по приложению В.
Количество отстойников или отделений Nssa, шт, определяется по формуле
N ssa =
Fssa
,
fssa
но не менее 3шт.
20
(42)
0,3
Hw
3
7
4
5
Hset
6
10
Hил
8
9
4
4
5
5
3
6
3
1
6
7
7
2
1 – подвод воды к отстойникам; 2 – распределительная
камера; 3 – подающий лоток; 4 – центральная труба; 5 –
отстойная зона; 6 – водосборный лоток; 7 – отводящий
отток; 8 – иловая часть отстойника; 9 – трубопровод выпуска осадка из отстойника; 10 – отражательный щит.
Рисунок 4 – Расчетная схема отстойника вторичного
вертикального с центральной трубой
21
4
Узел А
4
6
0,3
8
Hset
6
hn
h0
5
9
Hw
5
8
Hил
10
Узел А
8
1
6
3
2
4
7
1 – подвод воды к отстойникам; 2 – распределительная камера; 3
– подающий лоток; 4 – распределительный периферийный лоток;
5 – разделительная перегородка;
6 – водосборный лоток; 7 – отводящий лоток; 8 – отстойная зона;
9 – иловая часть отстойника; 10 – трубопровод выпуска осадка
Рисунок 5 – Расчетная схема отстойника вторичного вертикального с периферийным впуском воды
22
2
3
6
4
1
7
5
8
3
УзелА
4
6
2
5
7
1
3
6
Hset
7
Hw
hH
8
h0
УзелА
1 – подвод воды на осветление; 2 – распределительный лоток; 3 –
впускной лоток; 4 – полупогруженная перегородка; 5 – зона отстаивания; 6 – водосборный лоток; 7 – отвод осветленной воды; 8
– иловая зона отстойника.
Рисунок 6 – Расчетная схема отстойника горизонтального
23
6
4
0,3
Hset Hw
5
h0
8
hн
3
6
8
7
4
7
5
2
1
1 - подвод воды к отстойникам; 2 – распределительная камера; 3 – подводящий трубопровод; 4 – направляющий цилиндр; 5 – зона отстаивания; 6 – водосборный лоток; 7 –
отводящий трубопровод; 8 – трубопровод выпуска осадка
Рисунок 7 – Расчетная схема отстойника радиального вторичного
24
3 Глубокая очистка (доочистка)
Городские сточные воды, прошедшие биохимическую очистку, содержат не менее чем по 15 мг/л взвешенных веществ, а
также растворенных и коллоидных, измеряемых по БПКполн.
Применение сооружений глубокой очистки позволяют снизить эту величину еще на 70 – 80 %.
В курсовом проекте для этих целей рекомендуется применять каркасно-засыпные фильтры (КЗФ).
Общая необходимая площадь определяется по формуле
Fобщ =
qw
,
24 ⋅ v н − 3,6 ⋅ n (W1t1 + W2 t 2 ) − n ⋅ v н ⋅ t h
(43)
где qw – максимальный расход сточных вод, м3/сут;
vн – скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч,
принимаемая по таблице 6;
n – количество промывок каждого фильтра в сутки, равное
1,5 – 2;
W1 – интенсивность подачи воды продолжительностью t1 для
водовоздушной промывки, (л/(с м2);
W2 – интенсивность подачи воды продолжительностью t2,
принимаемой по таблице 6;
t4 – время простоя фильтра в связи с промывкой, принимаемое:
а) при промывке только водой 0,33 ч
б) при водовоздушной промывке 0,5 ч.
Количество фильтров Nф, шт, определяется по формуле
N ф = 0,5 Fобщ ,
(44)
но не менее четырех.
При промывке скорость фильтрования (при форсированном режиме) vф, м/ч, определяется по формуле
vф =
vн ⋅ Nф
(N ф − N1 ) ,
где N1 – число неработающих фильтров.
25
(45)
Для обеспечения нормальной эксплуатации площадь одного фильтра должна быть в пределах 40 ÷ 50м2 при ширине
4,0 – 5,0м.
Типовые проекты фильтровальных станций приведены в
приложении Г.
1
16
W1=8
5-7
2
-
W2=16
3
15
Эффект очистки, %
Продолжительность
этапа, промывки, мин
вода
Этап
воздух
10
при форсированном режиме
Кварце0,9
вый песок
Гравий1,8
песок
Интенсивность,
л/(с⋅м2)
Скорость
фильтрования,
м/ч
при нормальном режиме
Высота слоя, м
Фильтрующий
материал
Таблица 6 – Каркасно-засыпные фильтры
по БПК-70
по взвешенным
70-80
4 Обеззараживание биохимически очищенных
сточных вод
4.1 Хлораторные установки
При биохимической очистке городских сточных вод в аэротенках общее содержание патогенных бактерий уменьшается
до 95 %. Поэтому с целью уничтожения оставшихся бактерий и
устранения опасности заражения воды рек и водоемов предусматривается обеззараживание сточных вод. Этот процесс можно
производить с помощью ультрафиолетового облучения или сильными окислителями: хлором, гипохлоритом натрия или озона,
которые вызывают инактивацию кишечных вирусов в результате
денатурирования их белковой оболочки.
В курсовом проекте рекомендуется обеззараживание производить с помощью хлора газообразного или гипохлорита натрия. Хлорное хозяйство должно обеспечивать прием, хранение,
26
испарение жидкого хлора, дозирование газообразного хлора, получение хлорной воды и смешение ее со сточной.
Хлорное хозяйство должно располагаться в отдельно стоящих хлораторных, включающих в себя расходный склад хлора,
испарительную и хлордозаторную.
Для дозирования хлора применяются автоматические вакуумные хлораторы.
Количество резервных хлораторов на одну точку ввода
принимается:
рабочих
резервных
1-2
1
более 2
2
Трубопроводы для жидкого и газообразного хлора принимаются из стали, для хлорной воды – из полиэтилена высокой
плотности, поливинилхлорида и т.п.
Проектирование хлорного хозяйства производится в соответствии с [2, п.п. 6.147-6.162].
Общее количество активного хлора, G, кг/ч, необходимое
для дезинфекции сточных вод определяется по формуле
G=
1,5 ⋅ d ⋅ q max, ч
1000
,
(46)
где 1,5 – коэффициент, учитывающий возможность увеличения
расчетной дозы хлора, принимается по [3, п.п. 6.223];
d – доза активного хлора, г/м3, принимаемая в зависимости
от метода очистки сточных вод по [3, п.п. 6.223];
qw,max,ч – максимальный расход сточных вод, м3/ч.
Подбор типовых проектов хлораторных установок осуществляется по расчетному количеству активного хлора, т.е. производительности хлораторной – по приложению Д.
4.2 Смесители хлорной воды со сточной
Из хлоратора хлорная вода по полимерным трубам поступает в смеситель (любой конструкции) со сточной водой. Наиболее часто применяются смесители по типу лотка Вентури, аналогично измерительному лотку. Подбор типовой конструкции лотка
27
осуществляется по расчетному расходу сточной воды – по приложению Ж.
4.3 Контактные резервуары
Контактные резервуары предусматриваются для обеспечения расчетной продолжительности контакта сточной воды с хлором или гипохлоритом натрия. Контактные резервуары проектируются в соответствии с [3, п.п. 6.228-6.231].
Общий объем контактных резервуаров Wкр, м3, определяется по формуле
t
Wкр = q w , max,ч ⋅ k ,
60
(47)
где qw,max,ч – максимальный расход сточных вод, м3/ч;
tk – необходимая продолжительность контакта сточной
воды с хлором, мин.
Необходимое количество контактных резервуаров Nkр, шт,
определяется по формуле
N kp =
Wkp
WT
(48)
,
где WT – объем типовой конструкции, м3, принимаемый по приложению Е.
Количество осадка Qкр, м3/сут, выпавшего в контактных резервуарах, определяется по формуле
Q kp =
q w , max,сут ⋅ q уд
1000
,
(49)
где qw,max,сут – максимальный суточный расход сточных вод,
м3/сут;
qуд – удельное количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, принимаемое по
[3, п.п. 6.231].
Осадок из контактных резервуаров направляется на установки по его обезвоживанию (иловые площадки).
28
5 Насыщение кислородом биохимически
очищенных сточных вод
5.1 Общая часть
Дополнительное насыщение сточных вод кислородом перед спуском их в водоем требуется потому, что содержание растворенного кислорода после сооружений полной биохимической
очистки составляет обычно Cs = 1,0 – 1,5 мг/л, а после глубокой
очистки на зернистых фильтрах Cs = 0 мг/л.
Для насыщения сточных вод кислородом предусматриваются устройства:
- при расходах сточных вод до 20000 м3/сут и при наличии
свободного перепада, Рм, уровней между площадкой очистной
станции и горизонтом воды в водоеме – многоступенчатые водосливы – аэраторы при P ≥ 2 м, быстротоки при P ≥ 4 м и др, при отсутствии перепада – барботажные сооружения.
5.2 Расчет водосливов-аэраторов
Водосливы-аэраторы проектируются в соответствии с [3,
п.п. 6.217, 6.218].
Число ступеней водослива-аэратора принимается Nwa≥3 шт.
Коэффициент φ20, учитывающий эффективность аэрации на
водосливах, определяется по формуле
ϕ 20 = N wa ⋅ K T ⋅ K 3
Ca − Cex
,
C a − Cs
(50)
где КТ – величина, определяемая по (30);
К3 – коэффициент качества очищенной сточной воды, К3=0,7;
Сex – минимально допустимая концентрация кислорода в очищенной воде на выпуске в водоем, принимаемая равной:
– для водоемов культурно-бытового и хозяйственнопитьевого водопользования в любое время года
Cех = 4 мг/л;
– для водоемов рыбохозяйственного водопользования в
летнее время года Cех= 6 мг/л;
Cs – концентрация кислорода в сточной воде перед водосливом, мг/л;
29
Ca – растворимость кислорода в сточной воде, принимается
равной растворимости кислорода в чистой воде CT, мг/л,
по таблице 4, так как Ha = 0 [3].
Верхний
бъеф
hw
Нижний
бьеф
Ось
отверстия
Zst
hw
Ось
отверстия
HH
0,05
A
h’’=0,8
lK=4,0
B
0,5
0,5
0,5
900
Вид А
Рисунок 8 – Расчетная схема водослива-аэратора
Перепад уровней воды (zst, м) в зависимости от величины
ϕ 20 принимается по [3, таблица 5].
Напор на водосливе от поверхности воды до середины зубчатого водослива hw, м, определяется по формуле
2
 q уд 
 ,
h w = 
 225 
(51)
где qуд – удельный расход воды на 1 м ширины водослива, л/с,
принимаемый по [3, п.п. 6.217].
Высота низовой грани водослива Hн, м, определяется по
формуле
H н = h′′ + Zst − h w ,
(52)
где h" – глубина воды в нижнем бьефе h"= 0,8 м [4].
Необходимая ширина водослива В, м, определяется по
формуле
30
B=
q w , max,c
,
q уд
(53)
где qw,max,c – максимальный расход сточных вод, л/с.
5.3 Расчет барботажных сооружений
Барботеры представляют собой резервуары прямоугольной
формы. Насыщение сточной воды кислородом производится с
помощью аэраторов из перфорированных полимерных труб.
Удельный расход воздуха в барботерах, qb, м3/м3 определяется по формуле
1


Nb


Nb
C
C
−
a
s


qb =
− 1,
K1 ⋅ K 2 ⋅ K 3 ⋅ K T  Ca − Cех 



(54)
где Nb – число ступеней, принимаемое равным 3 – 4 шт;
K1, K2, K3, KT – принимаются и определяются как для аэротенков по [1, п.п. 6.157];
Ca – определяется по (31) при ha = 4 м;
Cs и Cех принимаются как для водосливов-аэраторов по п. 5.2.
Общее необходимое количество воздуха Qb, м3/ч, подаваемое в барботер, определяется по формуле
Q b = q b ⋅ q w , max, ч ,
(55)
Общая необходимая площадь барботера Fобщ, м2, определяется по формуле
Fобщ =
Qb
,
Jb
(56)
где Jb – интенсивность аэрации, м3/(м2/ч), принимаемая в пределах от 20 до 100.
Минимальный размер одной ступени (в соответствии с типовым модулем) 3 × 3м.
Устанавливаются барботеры после контактных резервуаров.
31
Приложение А
Таблица А.1 – Аэротенки – вытеснители
3
Количество
Ширина
Количест- Рабочий объем одной секции, м , при длине коридора, м
Рабочая
рядов
коридора,
во кори36
48
60
72
84
96
108
120
132
глубина, м
фильтром
доров, шт 42
54
66
78
90
102 114
126
138
сов, шт
1560
1820
2140
2496
2031
2359
32
2080
2340
2852
3208
2617
2995
3800
4340
4320
4968
2600
3564
3314
4880
5420
5616
6264
5960
6910
-
6024
6777
7530
8283
9036 10542 12048
9789 11295 12801
4,5
3,2
3
4,5
4,4
3
6,0
4,6
2
6,0
4,4
3
6,0
5,0
3
6,0
5,0
4
9,0
4,4
3
−
9270
9,0
5,0
3
−
10530
9,0
5,2
4
−
5271
2+1+1
0,2
2+1+1
0,17
2+2
0,15
3+2+1
0,2
3+2+1
0,12
3+2+2+1
0,2
9983 11409 12836
10695 12122
-
3+3+2
0,18
11340 12960 14580
12150 13770
-
3+3+2
0,18
3+3+2+2
0,17
21700
22785
32
f az
f at
23870
24955
Приложение Б
Таблица Б.1 – Насосно-воздуходувные станции
ПроизводиНомер тиТип воз- Колительность Размеры
пового про- Примечание
духодув- чество,
по воздуху, здания
екта
ки
шт
м3/ч
ТВ-80-1,6
4
21
30 × 12
902-2-20
с иловой насосной станцией
то же
6
28
12× 36
902-2-21
то же
750-23-6
6
180
18 × 48
902-9-36.83
без насосной
станции*
то же
8
270
18× 60
902-9-38.85
то же*
ТВ-175-1,6
6
48
12× 42
902-2-295
с иловой насосной станцией
ТВ-300-1,6
6
80
12× 45,3
902-2-56
то же
* Иловые насосные станции разрабатываются по индивидуальным проектам
33
Приложение В
Гидравлическая глубина, Hw, м
888
30
1921
40
4,35
902-2-377.83
3760
50
5,40
902-2-380.84
29,44
4,5
3,3
902-2-357
61,06
6
3,9
902-2-359
137,66
9
3,9
902-2-361
49,68
6
2,85
902-2-24
390
-
3,52
см. примечания
3,70
-
-
30
-
-
9
Номер типового
проекта
18
24
Ширина, Bset, м
Диаметр, Dset, м
394
678
Длина, Lset, м
Пропускная способность при отстаивании 2ч, м3/ч
То же с цен- Вертикальные с
Горизонтальтральной периферийным
ные
трубой выпуском воды
Радиальные
Тип отстойника
Таблица В.1 – Вторичные отстойники
902-2-346
902-2-373
902-2-376.83
Примечания.
1. Пропускная способность приведена для одного отстойника (отделения).
2. Типовые проекты горизонтальных отстойников разработаны:
− на 4 отделения – ТП 902-2-386.85;
− на 6 отделений – ТП 902-2-387.85;
− на 8 отделений – ТП 902-2-388.85.
34
Приложение Г
Таблица Г.1 – Установки доочистки на каркасно-засыпных
фильтрах
Пропускная
способность
установки,
Количество Общая площадь Номер типового
проекта
фильтров, шт фильтрации, м2
35
4
180
902-4-11.84
50
6
270
902-4-10.84
70
8
360
902-4-9.84
280
32
1440
902-4-12.86
35
Приложение Д
Таблица Д.1 – Хлораторная для обеззараживания воды
Производительность по хлору, кг/ч
2
5
12,5
25
50
Размеры здания в
плане, м
6 × 12
12 × 12
12 × 18
12 × 30
12 × 36
36
Размер типового
проекта
901-7-4.84
901-4-5.84
901-7-6.84
901-7-14.84
901-7-15.85
Приложение Е
Таблица Е.1 – Контактные резервуары
Количе- Пропускная
Номер
Размеры одной секции, м
ство сек- способность,
типового
3
ширина
длина
глубина
ций, шт
м /сут
проекта
3
30000
18
902-3-21
3
50000
24
3
70000
30
6
3,2
4
50000
18
902-3-22
4
70000
24
4
100000
33
3
100000
24
902-2-333
3
150000
36
3
200000
48
9
3,3
4
135000
24
902-2-334
4
200000
36
4
270000
48
37
Приложение Ж
Н
F
L
В
F
L
Рисунок Ж.1 – Схема для подбора лотка Вентури
Таблица Ж.1 – Лотки Вентури
B
Размеры, мм
L
H
F
100
200
2100
350
740
2
320
300
2900
600
1060
3
500
450
3100
600
1260
4
1250
600
5000
900
1950
5
4000
900
6500
2500
6
5000
1200
7000
2990
7
8000
1800
7600
8
10000
2400
8500
9
20000
2400
11800
Типоразмер
Расход,
м3/час
1
38
1200
3580
4490
2000
5390
Список литература
1. Механическая очистка городских сточных вод. Методические указания ГОУ ВПО «СИБГИУ» – Новокузнецк, 2003.
2. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. –М.: ГУП ЦПП, 1998.
3. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные и сооружения.
–М.: ГУП ЦПП, 1998.
3. Б.М. Худенко, Б.А. Шпирт. Аэраторы для очистки сточных вод. –М.: Стройиздат, 1973.
39
План 2005
Составители
Забелина Глина Артемьевна
Благоразумова Анастасия Михайловна
ОЧИСТКА ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
РАЗДЕЛ «БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА И ДООЧИСТКА»
Методические указания к выполнению курсового проекта
по дисциплине «Водоотведение и очистка сточных вод»
для специальностей «Водоснабжение и водоотведение»
(290800), «Городское хозяйство и строительство» (290500)
Редактор Комиссарова Т.И.
Подписано в печать
Формат бумаги 60 × 84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 2,34 Уч.-изд. л. 2,58 Тираж экз. Заказ
Сибирский государственный индустриальный университет
654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Издательский центр СибГИУ
40