Очистка сточных вод

Введение

Основные загрязнения  сточных вод - физиологические выделения  человека и животных, отходы и отбросы, получающиеся при мытье продуктов питания, посуды, помещений, стирке белья, а также образующиеся в технологических процессах на промышленных предприятиях. Бытовые и многие производственные воды содержат значительное количество органических веществ, которые могут загнивать, что очень опасно для людей, животных и рыб. Для поддержания санитарного благополучия необходимо удалять сточные воды с территории населенных пунктов, чтобы не загрязнять окружающую местность и водоемы.

Канализация предназначается  для приема, отведения и очистки  сточных вод от производственных корпусов, установок и сооружений промышленных предприятий, жилых, коммунальных и общественных зданий, сооружений сельскохозяйственных комплексов, а также с территории, занимаемой перечисленными объектами.

Канализация представляет собой комплекс инженерных сооружений, который включает канализационные трубопроводы (самотечные и напорные), насосные станции, узлы локальной и внеплощадочной очистки сточных вод и обработки канализационных осадков, вспомогательные, подсобные здания и сооружения.

Под очисткой сточных вод  подразумевается их обработка различными методами с целью разрушения или извлечения содержащихся в них минеральных и органических веществ до степени, позволяющей сбрасывать эти воды в водоемы и водотоки или повторно использовать их для производственных и других целей. К очистке воды относятся также ее обезвреживание и обеззараживание, удаление вредных для человека, животных или растений веществ и устранение из воды болезнетворных микроорганизмов и вирусов.

Для очистки сточных  вод предусматривается комплекс отдельных сооружений, в которых по ходу движения сточная вода постепенно очищается сначала от крупных, а затем от все более мелких загрязнений, находящихся в нерастворенном состоянии.

1. Определение  средней концентрации загрязнений  и приведенного числа жителей

Расход сточных  вод от населения города (бытовых) Q^х-б, м^з/cyт, принимаем в зависимости от числа жителей N_p и нормы водоотведения q_н , л/сут, на одного человека:

Q^х-б =(N_p*q_н)/1000;

 Q^х-б =(140000*250)/1000=35000 м³/сут.

Общий расход стоков складывается из суммы бытовых  стоков города и расходов отдельных предприятий города åQ^пр, м^з/cyт:

Q_общ= Q^х-б +åQ^пр;

Q_общ =35000+4500=39500 м^з/cyт .

Секундный расход соответственно составит, м³/с:

qс= Q_общ /86400;

qc= 39500/86400=0,46 м^с.

Концентрацию  загрязнений бытовых сточных  вод определяем по взвесям К^х-б_вв и БПК₂₀, К^х-б_БПК20 в зависимости от концентраций загрязняющих веществ, г/сут, на одного жителя по [1, табл. 25] соответственно по взвесям a_вв.  и БПК₂₀ осветленной жидкости a_БПК20 , мг/л:

К^х-б_вв =a_вв.  *1000/ q_н,

К^х-б_вв =65*1000/250 = 260мг/л;

К^х-б_БПК20 =a_вв.  *1000/ q_н,

К^х-б_БПК20 = 40*1000/250 = 160мг/л.

Средние концентрации общего стока будут равны соответственно по взвесям С_en и БПК₂₀,L_en, мг/л:

С_en = К^х-б_вв * Q^х-б +S К^пр_вв * Q^пр / Q_общ,

С_en = 260*35000 + 650*4500/39500 = 304,43мг/л;

L_en= К^х-б_БПК20 * Q^х-б +S К^пр_БПК20 * Q^пр / Q_общ ,

L_en= 160*35000 + 350*4500/39500 = 215,82мг/л;

где  S К^пр_вв * Q^пр  и S К^пр_БПК20 * Q^пр- сумма произведений концентраций загрязнений от дельных предприятий и их расходов, м³/сут.

          Средние температуры: среднелетнюю t^см_{ср.летн}, среднезимнюю t^см_{ср.зимн}, среднегодовую t^см_{ср. год} , ⁰С, определяем по формулам:

t^см_{ср. летн}= t^х-б _летн* Q^х-б +St^пр_летн *Q^пр/ Q_общ,

где t^х-б _летн,t^пр_летн - температуры среднелетние бытовых и производственных стоков.

t^см_{ср. зимн}= t^х-б _зимн* Q^х-б +St^пр_зимн *Q^пр/ Q_общ,

где t^х-б _зимн, t^пр_зимн - температуры среднезимние бытовых и производственных стоков.

t^см_{ср. год}= t^х-б _год* Q^х-б +St^пр_год *Q^пр/ Q_общ,

где t^х-б _год,t^пр_год- температуры среднегодовые бытовых и производственных стоков.

 t^см_{ср. летн} = 25*35000 + 23*4500/39500 = 24,77⁰С;

t^см_{ср. зимн}= 15*35000 + 15*4500/39500 = 15⁰С;

t^см_{ср. год}= 15*35000 + 18*4500/39500 = 15,34⁰С;

Приведенное число  жителей складывается из суммы Np и фиктивного Nф числа жителей и определяется по взвесям и БПК₂₀, чел.:

N^вв_прив=N_р+N^вв_ф=Nр+SК^пр_вв*Q^пр/a_вв,

N^вв_прив= 140000 + 650*4500/65*1000 = 140045чел;

N^БПК20_прив=N_р+N^БПК20_ф=Nр+SК^пр_БПК20*Q^пр/a_БПК20,

N^БПК20_прив= 140000 + 650*4500/40*1000 = 140073,13чел.

2. Выбор  места расположения очистных  сооружений

Площадку очистных сооружений располагаем вблизи канализуемого объекта с учетом санитарно-защитной зоны, принимаемой согласно [1, табл. 1] 400 м и водоохранной береговой зоны реки (в проекте принимаем 100 м- для малых и средних рек).

По отношению  к канализуемому объекту площадку станции очистки размещаем вниз по течению реки, а также вниз по направлению господствующих в летнее время ветров.

Выбор площадки и компоновку отдельных сооружений очистной станции  производим согласно [1, п.п. 1.17... 1.18 и п. п. 7.11... 7.22].

Очистные сооружения размещаем в направлении уклона, обеспечивающего самотечное движение воды по возможности без выемок и насыпей, и получению наименьшей длины лотков между сооружениями, однако, с учетом возможности использования транспортных средств и других механизмов. Размещая сооружения вдоль уклона, целесообразно по одной стороне проложить дорогу, обеспечивающую подъезды к сооружениям, а другую сторону стремиться оставить свободной для будущего расширения станции в случае увеличения производительности, а также строительства по очередям. Территория станции должна быть ограждена, освещена, благоустроена.

Вдоль низовой  стороны основных очистных сооружений по очистке воды размещаем сооружения по обработке осадков и вспомогательные сооружения, связанные с обработкой осадков, а также общеэксплуатационные службы станции: административные, бытовые здания, лаборатории, мастерские, гаражи, склады.

3. Определение  коэффициента смешения

Коэффициент смешения определяем по методу В.А. Фролова и И.Д- Родзиллера:

g = 1-е ^{-α    L} / 1+(Q_95% /q_c)* е ^{-α    L}

где е-основание натурального логарифма, равное 2,72;

      Q_95%-расход воды в реке 95% обеспеченности, м³/с;

      a-коэффициент,

a=j*z*³√Е/q_с = 1,12*1,5*  0,007/0,46 = 0,42

где j-коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния от места выпуска до расчетного створа по фарватеру L_ф к этому же расстоянию по прямой L_пр, т.е.                      j=L_ф/L_пр= 2,8/2,5= 1,12 км,

        z-коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод в водоем (z=1,5-при выпуске в фарватер реки);

 

Е=(Vср*Нср)/200 = 0,6*2,2/200 = 0,007,

где V_ср-средняя скорость течения реки,м/с;

      Н_ср-средняя глубина реки, м;

L=Lф-1000 м,

L= 2800 – 1000 = 1800м.

g = 1-2,72^{-0,42   1800}/ 1+(0,002/0,46)*2,72 ^{-0,42   1800} = 0,99

                                    

 

4. Определение требуемой степени очистки

4.l. Определение степени очистки по показателю вредности - взвешенным веществам

Предельно допускаемое  содержание взвесей в сточных  водах, спускаемых в водоем С_ех, мг/л, определяем по формуле:

С_ех=(g*Q_95%/q_c+1)*К_доп+К_р,

где Кдоп - допустимое увеличение концентрации взвешенных веществ в воде водоема, мг/л (0,75 - для водоемов второго санитарно-бытового назначения);                       

      Кр - концентрация взвесей в воде водоема, мг/л.       

С_ех= (0,99*0,0002/0,46 + 10*0,75 + 8 = 8,75мг/л.

Так как С_en > С_ех, то на очистных сооружениях должна быть обеспечена очистка этой воды до концентрации равной или менее С_ех. Эффект очистки по взвешенным веществам составит:

Э^вв _%=(С_еn- С_ех)/С_еn*100%,

Э^вв _%=  (304,43 – 8,75)/304,43*100 = 97,13%.

4.2. Определение  степени очистки сточных вод  по показателю вредности - БПК₂₀ (полное)

Концентрацию  загрязнений по БПК в сточных  водах L_ех, разрешаемую к сбросу в водоем, определяем по формуле, мг/л:

L_ех= (g*Q_95%/q_c *10 ^{- Кст – t} )*( Кпр. Доп - L_р* 10 ^{- Кст – t} ) +( Кпр. Доп / 10 ^{- Кст – t} )

где К_{пр. доп}. - предельно допустимая для данной категории водоема концентрация   загрязнений по БПК₂₀ после смешения сточной воды с водой водоема, мг/л (для второго санитарно-бытового - 6);

       L_р-концентрация загрязнений по БПК₂₀ в воде водоёма до спуска сточных вод, мг/л;

        Кст, Кр-константы потребления  кислорода сточной и речной  водой, принимаемые в зависимости  от температуры воды (в проекте  принимаем их равными 0,1);

        t-время перемещения воды от места выпуска до расчетного створа, сут, определяемое по формуле:

t=(Lф-1000)/(Vср*86400),

t= (2800-1000)/(0,6*86400) = 0,035сут;

   

L_ех= (0.99*0.0002/0.46*10 ^{– 0.1*0.035} )*(6 – 4.3*10 ^{– 0.1*0.035}) + (6/10 ^{– 0.1*0.035}) = 6.06 мг/л

Так как L_ех < L_еn, то биологическая очистка обязательна.

Э^БПК20 _%=(L_еn- L_ех)/L_еn*100%,

Э^БПК20 _%= (215,82 – 6,06)/215,82*100 = 97,19%.

 

4.3. Определение  степени очистки по растворенному  кислороду без учета реаэрации

Расчет по этому  показателю ведем по формуле, мг/л:

 

L⁰_еn=[2.5*(g* Q_95% )/ q_с *(О_р-0,4L_р-s)-10],

где Ор - содержание кислорода в воде водоема до спуска сточных вод, мг/л;

       a - минимальное содержание кислорода в воде водоема (для рыбохозяйственных водоемов равно 6 мг/л, для других видов - 4мг/л).   

 L⁰_еn= [ 2,5*(1,006*0,0002/0,46)*(7,5-0,4*4,3-4)-10] = -9,99мг/л.

Так как L_ех < L_еn, то биологическая очистка обязательна. Так как по расчету Len - отрицательна, то требуется полная биологическая очистка сточных вод, спускаемых в водоем с последующей их доочисткой. Эффект очистки по растворенному кислороду равен:

Э^БПК20 _%=(L_еn- L_ех)/L_еn*100%,

Э^БПК20 _%= (215,82 -9,99)/215,82*100 = 95,37%.

5. Выбор  метода очистки

Выбираем метод  очистки, учитывая необходимую степень  очистки, характер загрязнений сточных вод и местные условия.

При выборе состава очистных сооружений для осуществления метода, используем нормативы и данные практики по количеству извлекаемых из сточных вод загрязнений.

На основании  вычисленной необходимой степени  очистки:

С_ех =8,75 мг/л (по взвешенным веществам) и L_ех =6,06 мг/л (по БПК₂₀) по данным [4, табл. 4] выбираем следующую схему очистки городских сточных вод: механическая + полная биологическая в аэрофильтрах с вторичными отстойниками + фильтрация на одно- или многоступенчатых фильтрах.

По [4, табл. З], учитывая БПК₂₀, Len=215,82 мг/л, выбираем тип сооружения биологической очистки: аэрофильтры.

По [4, табл. 5], учитывая диапазон применения, выбираем следующие сооружения механической очистки: решетки, песколовки аэрируемые, горизонтальный отстойник.

Выбор метода и  схемы обработки осадков сточных  вод зависит от многих факторов (влажности, вязкости, удельного сопротивления, пластичности, форм связи воды, объема и вида осадков), принимается в соответствии с [2, глава 14], [3, глава 12], [8, с. 314...360].

         На рис. 1 приводим технологическую  схему очистной станции с биологической  очисткой на аэрофильтрах.

Рис. 1. Технологическая  схема очистной станции с биологической  очисткой на аэро фильтрах

 

 

6. Расчет  главной насосной станции

Расчет насосной станции производим в соответствии с [1, п. п. 5.1-5.26] на максимальный часовой приток q_w по графику притока сточных вод по часам суток согласно [4, табл. 6].