Фалова О.Е. Санитарная защита городов и охрана окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

эксплуатируемых единиц, конфигурации и рельефа площадки, геологических

условий, уровня грунтовых вод и т. п.

Число отстойников принимается: первичных – не менее двух, вторичных

– не менее трех при условии, что все отстойники являются рабочими. При

минимальном числе их расчетный объем необходимо увеличивать в 1,2–1,3

раза.

Расчет отстойников, кроме вторичных после биологической очистки,

производится по кинетике отстаивания взвешенных частиц с учетом

необходимого эффекта осветления (см. рис. 5).

Расчет отстойников для сточных вод, содержащих загрязняющие

вещества легче воды (нефтепродукты, масла, жиры и т. п.), выполняется с

учетом гидравлической крупности всплывающих частиц. При наличии в воде

частиц тяжелее и легче воды за расчетную принимают меньшую

гидравлическую крупность.

Основные расчетные параметры отстойников определяются по табл. 11.

Таблица 11

Расчетные параметры различных типов отстойников

Отстойник

Коэффициент

использования

объема k

Рабочая

глубина Н,

Ширина В,

Скорость

рабочего

потока v,

мм/с

Уклон

днища к

иловому

приямку

Горизонтальный 0,5 1,5-4 (2-5) Н 5-10 0,005-0,05

Радиальный 0,45 1,5-5 - 5-10 0,005-0,05

Вертикальный 0,35 2,7-3,8 - - -

С вращающимся

сборно-

распределительным

устройством

0,85

0,8-1,2

- - 0,05

С нисходяще-

восходящим

потоком

0,65

2,7-3,8

2и

–3и

Величина турбулентной составляющей v

, мм/с, в зависимости от

скорости рабочего потока v, мм/с, определяется по табл. 12.

Таблица 12

Зависимость турбулентной составляющей от скорости рабочего потока

V, мм/с 5 10 15

, мм/с 0 0,05 0,1

Производительность одного отстойника q

set

, м

/ч, следует определять,

исходя из заданных геометрических размеров сооружения и требуемого

эффекта осветления сточных вод по формулам:

а) для горизонтальных отстойников

set

=3,6kLB(и

– v

); (10)

б) для отстойников радиальных, вертикальных и с вращающимся сборно-

распределительным устройством

set

= 2,8·k·(D

– d

)· и

; (11)

в) для отстойников с нисходяще-восходящим потоком

set

= 1,41·kD

, (12)

где k – коэффициент использования объема, принимаемый по табл. 11.

L – длина секции отделения, м;

B – ширина секции, отделения, м;

D – диаметр отстойника, м;

– диаметр впускного устройства, м;

– гидравлическая крупность задерживаемых части с учетом температуры

очищаемой жидкости, мм/с.

Основные конструктивные параметры принимаются:

а) для горизонтальных и радиальных отстойников:

- впуск исходной воды и сбор осветленной равномерными по ширине

(периметру) впускного и сборного устройств отстойника;

- высота нейтрального слоя для первичных отстойников на 0,3 м выше днища

(на выходе из отстойника), для вторичных – 0,3 м и глубина слоя ила 0,3–0,5 м;

- угол наклона стенок илового приямка 50–55

;

б) для вертикальных отстойников:

- длина центральной трубы, равной глубине зоны отстаивания;

- скорость движения рабочего потока в нейтральной трубе не более 30 мм/с;

- диаметр раструба – 1,35 диаметра трубы;

- диаметр отражательного щита – 1,3 диаметра раструба;

- угол конусности отражательного щита – 146

;

- скорость рабочего потока между раструбом и отражательным щитом – не

более 20 мм/с для первичных отстойников и не более 15 мм/с для вторичных;

- высота нейтрального слоя между низом отражательного щита и уровнем

осадка – 0,3 м;

- угол наклона конического днища – 50–60

;

в) для отстойников с нисходяще-восходящим потоком:

- площадь зоны нисходящего потока – равной площади зоны восходящего;

- высота перегородки, разделяющей зоны, – равной 2/3 Н;

- уровень верхней кромки перегородки – выше уровня воды на 0,3 м, но не

выше стенки отстойника;

- распределительный лоток переменного сечения располагается внутри

разделительной перегородки. Начальное сечение лотка следует рассчитывать на

пропуск расчетного расхода со скоростью не менее 0,5 м/с, в конечном сечении

скорость – не менее 0,1 м/с.

Для равномерного распределения воды кромку водослива

распределительного лотка следует выполнять в виде треугольных водосливов

через 0,5 м.

Для повышения степени очистки или обеспечения возможности

увеличения производительности эксплуатируемых станций, существующие

отстойники могут быть дополнены блоками из тонкослойных элементов.

В этом случае блоки необходимо располагать на выходе воды из отстойника

перед водосборным лотком.

Количество осадка Q

ос

, м

/ч, выделяемого при отстаивании, определяется

исходя из концентрации взвешенных веществ в поступающей воде С

вх

, г/м

концентрации взвешенных веществ в осветленной воде С

вых

, г/м

ос

= q

(С

вх

– С

вых

)

(100–р

ос

)·γ

ос

·10

, (13)

где q

– расход сточных вод, м

/ч;

ос

– влажность осадка,%;

ос

– плотность осадка, г/ см

Исходя из объема образующегося осадка и вместимости зоны накопления

его в отстойнике, следует определять интервал времени между выгрузками

осадка. При удалении осадка под гидростатическим давлением вместимость

приямка первичных отстойников и вторичных отстойников после биофильтров

надлежит предусматривать равной объему осадка, выделенного за период не

более 2 суток, вместимость приямка вторичных отстойников после

аэротенков

– не более двухчасового пребывания осадка.

При механизированном удалении осадка вместимость зоны накопления

его в первичных отстойниках принимается по количеству выпавшего осадка за

период не более 8 ч.

Перемещение выпавшего осадка к приямкам производится механическим

способом или созданием соответствующего наклона стенок (не менее 50

Удаление осадка из приямка отстойника осуществляется самотеком, под

гидростатическим давлением, насосами, предназначенными для перекачки

жидкости с большим содержанием взвешенных веществ, гидроэлеваторами,

эрлифтами, ковшовыми элеваторами, грейфером и т. д.

Гидростатическое давление при удалении осадка из отстойников бытовых

сточных вод необходимо принимать, не менее кПа (м вод. ст.);

• не менее 15 (1,5) — первичных;

• не менее 12 (1,2) — после биофильтров;

• не менее 9 (0,9) — после аэротенков.

Для вторичных отстойников рекомендуется предусматривать

возможность изменения высоты гидростатического напора.

Диаметр труб для удаления осадка необходимо принимать не менее

200 мм.

Для удержания всплывших загрязняющих веществ перед водосборным

устройством следует предусматривать полупогруженные перегородки и

удаление накопленных на поверхности воды веществ. Глубина погружения

перегородки под уровень воды должна быть не менее 0,3 м. Высота борта

отстойника над поверхностью воды принимается равной 0,3 м.

Водоприемные лотки должны быть оборудованы водосливами с тонкой

стенкой. Крепление водослива к лотку должно обеспечивать возможность его

регулирования по высоте. Водосливная кромка может быть прямой или с

треугольными вырезами. Нагрузка на 1 м водослива не должна превышать

10 л/с [4].

Проектирование отстойников

с вращающимся сборно-распределительным устройством

Радиальные отстойники с вращающимися сборно-распределительным

устройством (рис. 6) позволяют отстаивать сточные воды практически в покое.

Их рекомендуется применять для отстаивания сточных вод, содержащих не

более 500 мг/л взвешенных веществ. Отстойник представляет собой

цилиндрический резервуар 1; подача и отвод воды осуществляется при

помощи свободного вращающегося сборно-распределительного

лотка,

разделенного вертикальной перегородкой 2 на две части. В правую часть лотка

через полый вал 3 подается сточная вода. Она перетекает поверх стенок 4, а

затем через щелевое днище 5 и через вертикальные прорези в стенке 6 лотка

поступает в отстойник.

Вода выходит из вертикальных прорезей через струенаправляющие

лопатки 7 обтекаемой формы, за счет чего осуществляется вращение лотка на

вале 3 с небольшой скоростью.

В левую часть лотка через затопленной водо-

слив 8 собирается осветленная вода и при помощи

сифона 9 отводится в периферийный лоток 10

отстойника. Сифон 9 снабжен регулятором,

связанным рычагами с поплавками,

обеспечивающими равномерность отвода воды из

отстойника.

Глубина воды в отстойнике делится на три

зоны: глубина зоны I принимается равной 0,8–1,2 м

глубина нейтральной зоны II – 0,5–0,6 м, зоны

уплотнения осадка III – 0,3–0,4 м. Таким образом,

полная глубина отстойника равна 1,6–2,2 м.

Рис. 6. Радиальный отстойник

Продолжительность пребывания сточных вод в отстойнике определяется

временем оборота сборно-распределительного лотка. За это время взвешенные

частицы должны осесть на глубину лотковой зоны Н. Следовательно, время

оборота сборно-распределительного устройства (период вращения)

Т=1000Нк/ и

. (14)

С такой же скоростью, как и сборно-распределительный лоток, вращается

илоскреб 11, сгребающий осадок в шламовый приямок, расположенный в

центре отстойника. По направлению к шламовому приямку днище отстойника

имеет уклон не менее 0,5.

Скорость движения илоскреба должна быть такой, чтобы осадок не

взмучивался, т. е. 2–5 об/ч. Это ограничивает производительность отстойника.

При проектировании таких отстойников должна рассчитываться форма

перегородки, разделяющая левую и правую части лотка. Форма этой

перегородки может быть выражена через изменяющуюся ширину В

распределительной части:

= m

лл

lR −

, (15)

где m=1/11 или 1/12;

R=0,5D – b

, (16)

где D – диаметр отстойника;

– зазор между лотком и стенкой отстойника;

= 0,1–0,15 м;

– удаление расчетного створа лотка от центра отстойника.

Количество струенаправляющих лопаток n

определяется конструктивно при

соблюдении следующего соотношения:

(2n

+1)=L

, (17)

где r

– радиус закручивания лопаток (0,1–0,125 м);

– длина лотка;

– (d

/2), (18)

- диаметр полого вала.

Число лопаток n

следует принимать больше 24 шт.

Изменение высоты водослива по длине сборной части лотка зависит от

изменения по радиусу расхода воды, удаляемой из отстойника. Высота

водослива h

сб

по мере удаления от центра отстойника рассчитывается по

формуле затопленного водослива с тонкой стенкой

сб

=1,24((q

set

)·l

)

2/3

. (19)

Пример 3:

Для очистки сточных вод требуется рассчитать отстойник с

вращающимся сборно-распределительным устройством, который должен

обеспечить 60% задержание механических загрязнений. Состав и расход

сточных вод такой же, как в примере 1. Расчетная температура воды составляет

С.

Порядок расчета:

1. Задаем диаметр отстойника D = 24 м, в котором высота отстаивания (глубина

лотковой зоны) Н=1м.

2. По кривым кинетики отстаивания (рис. 5) определяем продолжительность

отстаивания, при которой в слоях воды h

1 =

200 мм и h

= 500 мм достигается

тр

= 60 %: t

= 6,5 мин, t

=10 мин (600 с).

3. По формуле (7) определяется показатель степени n:

n=(lgt

–lgt

)/(lgh

–lgh

=(lg600–lg390)/(lg500–lg200)=0,472.

4. По формуле (8) определяем гидравлическую крупность, при этом для

рассчитываемого отстойника к= 0,85:

= (1000·кН)/[t

(кН/h

)

] =

= (1000·0,85·1)/[600(0,85·1/0,5)

0,47

] = 1,1 мм/с.

5. Задаем b

=0,15 м; m=1/12.

По формуле (16): R

=0,5D–b

=0,5·24-0,15=11,85 м.

Диаметр впускного устройства (полового вала)

/15=0,79 м.

Из стандартного ряда труб выбираем значение d

=0,8 м.

Определяем производительность отстойника по формуле (11)

set

= 2,8·k·(D

– d

)· и

= 2,8·0,85·(24

–0,8

)·1,1=1506 м

/ч,

больше заданного q

= 1000 м

/ч, значит, отстойник обеспечивает запас по

расходу сточных вод в полтора раза.

6. Определяем период вращения сборно-распределительного устройства:

Т=1000Нк/ и

=(1000·1·0,85)/1,1=773 с=12,9 мин (4,7 об/ч).

7. Рассчитываем форму перегородки лотка. Для этого по формулам (15) и

(19) рассчитываем ширину лотка B

и высоту водослива h

сб

по створам.

Результаты расчета сводим в табл. 13.

85,11

l−

;

сб

=1,24(

85,11*3600

1505

)

2/3

Таблица 13

Результаты расчета формы перегородки лотка

, м 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

, м 0,988 0,984 0,973 0,955 0,930 0,895 0,852 0,797 0,728 0,642 0,530 0,367

сб

, м 0 0,026 0,041 0,053 0,065 0,075 0,085 0,094 0,103 0,111 0,119 0,127

8. По формуле (17) определяем количество струенаправляющих лопаток.

Принимаем r

=0,125 м. L

–(d

/2)=11,45 м.

2·0,125·(2·n

+1)=11,45;

+1=11,45/(2·0,125);

=(11,45/(2·0,125)-1)/2=22 шт.

Задача 5. Рассчитать концентрацию песка в сточной воде, поступающей

на очистную станцию, и эффективность работы песколовок, если в них

задерживается песка 15 дм

на 1000 м

. Содержание песка в осадке первичных

отстойников 6% (по массе), количество этого осадка составляет 0,25% по

объему от расхода обрабатываемой воды, влажность осадка 93%.

Решение. Общее количество песка определяют как сумму песка,

задерживаемого песколовками и первичными отстойниками. Рассчитаем часть

песка, улавливаемого песколовками. При этом приведем все расчеты к 1 дм

сточной воды, как и принято для выражения концентрации по любому виду

загрязнений.

Из условия задачи следует, что в песколовках на 1 дм

сточной воды

задерживается 0,015 см

песка по объему. Объемную массу песка при расчетах

принимаем равной 1,5 г/см

. Следовательно, в песколовках улавливается по

массе

0,015·1,5=0,0225 г/дм

= 22,5 мг/дм

Далее определим часть песка, удаляемого с осадком первичных отстойников.

По условию с 1 дм

обрабатываемой воды образуется осадка 0,25%, или 2,5

см

/дм

. По массе при влажности осадка 93% сухого вещества осадка на 1 дм

воды будет

2,5·1·0,07=0,175 г/дм

, или 175 мг/дм

Так как количество песка составляет 6% по массе по отношению к сухому

веществу осадка, то масса песка в осадке будет

175·0,06=10,5 мг/дм

Таким образом, в исходной сточной воде общее содержание песка составит

22,5+10,5=33 мг/дм

Из этого количества песколовками задержано 22,5 мг/дм

, или 68,2% песка.

Тема 2.3. Влияние сточных вод на водоем

При решении комплексной задачи канализования жилой и промышленной

территории объекта необходимо установить место расположения, тип и состав

сооружений для очистки сточных вод.

Решение этих вопросов зависит от состава и количества сточных вод, а

также от характеристики водоема, являющегося их приемником после той или

иной степени их очистки.

Очистка сточных вод заключается в понижении содержания в них

примесей до количества, определяемого соответствующим нормативным

документом.

В бытовых сточных водах наибольшую вредность представляют собой

органические, в том числе и бактериальные загрязнения. В водоеме под

действием аэробных микроорганизмов, существование которых обусловлено

наличием кислорода, углерод, азот, сера и фосфор, входящие в состав

органической части сточных вод, окисляются до безвредных солей углекислых,

азотнокислых, сернокислых, фосфорнокислых и углекислоты. При этом

минеральные вещества оседают на дно реки. Указанный процесс происходит

на известном протяжении реки, обеспечивающем ее самоочищение. Чтобы

решить вопрос о длине пути самоочищения, необходимо вычислить, с одной

стороны, потребность выпускаемой сточной жидкости в кислороде, а с другой

– наличие кислорода в водоеме-приемнике сточных вод [3].

Потребность сточной жидкости в кислороде находится опытным путем и

обозначается символом БПК (биохимическая потребность кислорода),

представляет собой количество кислорода в мг/л или г/м

, требующегося для

превращения органических веществ в неорганические соединения. Этот

процесс полностью протекает за период более 100 дней; практически

определяют БПК за период 5 дней (БПК

Для бытовых сточных вод при норме водоотведения 200 л/сутки на

жителя БПК

= 150–200 мг/л. Вообще же БПК

составляет от 30 до 40 г в сутки

на одного жителя, пользующегося канализацией.

Кислород, содержащийся в реке, по мере поступления сточной жидкости

расходуется на окисление органических веществ. Некоторое пополнение

израсходованных запасов кислорода происходит частично через водное

зеркало (кроме зимнего периода), в процессе так называемой реаэрации,

частично – за счет кислорода, выделяемого растениями.

Самоочищающая способность водоема зависит от условий смешения и

разбавления сточных вод водой водоемов. Для удовлетворения санитарных

требований устанавливают предельно допустимый сброс (ПДС) лимитирующих

веществ в целях ограничения поступления загрязнений в водоем со сточными

водами.

Уравнение материального баланса имеет вид

ст.нр

.+qC

=С

пр

(q+aQ),

ПДС Фон Нормативное состояние (20)

где q, Q – расход сточных и речных вод, м

/ч;

ст.нр

., C

– концентрация лимитирующего вещества соответственно для

нормативно-очищенной сточной воды и в реке выше места выпуска, г/м

;

пр

– предельнодопустимая концентрация в воде в зависимости от вида

водопользования, г/м

;

а – коэффициент смешения, доли единицы.

Коэффициент смешения а находят:

а = (1 – е

Lф3⋅−

)/ (1+(Q/q)e

Lф3⋅−

), (21)

где е – основание натуральных логарифмов;

– расстояние до расчетного створа по фарватеру, м.

Значение α находят по формуле

α = φ ξ

/ qE

, (22)

где φ – коэффициент извилистости реки;

ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска (при береговом выпуске = 1, при

фарватерном = 1,5);

Е – коэффициент турбулентной диффузии, м/с;

q – расход сточных вод, м

/с.

Коэффициент извилистости φ определяют по формуле

Φ = L

/L, (23)

где L – длина до расчетного створа по прямой, м.

Коэффициент турбулентной диффузии (для равнинных рек) Е находят по формуле

Е =

200

cpcp

Hv ⋅

, (24)

где v

ср

– средняя скорость течения реки, м/с;

ср

– средняя глубина реки на участке между выпуском и расчетным створом, м.

Теоретически расстояние от выпуска сточных вод до створа полного

смешения равно бесконечности, поэтому значение коэффициента а, равное 1, на

практике не встречается. Для практических расчетов следует определять

расстояние до створа достаточно полного смешения, для которого а = 0,95; 0,9,

т. е. в котором сточная вода смешивается с 95 или 90% расхода воды реки.

Взаимосвязь протяженности загрязненной струи до расчетного створа l см и

коэффициента смешения устанавливается формулой

l см = [

qaQ

)1(

3,2

−

⋅

]

. (25)

При определении в проточных водоемах кратности разбавления n в расчетных

створах пользуются формулой

n = (aQ+q)/q. (26)

Условия сброса сточных вод в городскую водоотводящую сеть

При расположении промышленного предприятия в черте города или

вблизи него, загрязненные производственные сточные воды могут сбрасываться

в городскую водоотводящую сеть. Для предотвращения нарушения

технологического процесса биологической очистки хозяйственно-бытовых

сточных вод, сбрасываемые воды должны удовлетворять определенным

требованиям, основные из них сводятся к следующему:

1. производственные сточные воды не должны быть агрессивными по

отношению к материалам водоотводящих сетей и сооружений, не

должны содержать примеси такой крупности и такого удельного веса,

которые могли бы засорять водоотводящую сеть города;

2. в производственных сточных водах не должно быть горючих

примесей. При биологической очистке городских стоков

концентрация нефтепродуктов не должна превышать допустимого

предела для процесса биохимической очистки;

3. температура смеси хозяйственно-бытовых и производственных

сточных вод не должна превышать 40

С;

4. сбрасываемые в городскую водоотводящую сеть сточные воды не

должны содержать бактерий;

5. средние значения рН не должны превышать 6,5–7;

Условия сброса сточных вод в водоем

Многообразие количества и качества сточных вод, как производственных,

так и хозяйственно-бытовых, определяет выбор системы водоотведения и

схемы водоотводящих сетей и методы очистки.

Санитарная характеристика водоема составляется на основании

санитарно-топографического обследования. При этом учитываются также

санитарные условия водообеспечения населенных мест. На основании таких

обследований составлены показатели качества воды источников

водопользования. Они разделяются на три класса (табл. 14). По своему

предназначению водные объекты делятся на рыбохозяйственные,

хозяйственно-бытовые и культурно- бытовые.

Рыбохозяйственные объекты в свою очередь подразделяются на две

категории. К первой относятся объекты, используемые для сохранения и

воспроизводства ценных пород рыб, обладающих высокой чувствительностью

к кислороду. Ко второй – все водные объекты, используемые для других

рыбохозяйственных целей.

При выпуске очищенных сточных вод в водоем необходимо учитывать

категорию водного объекта и ПДК вредных загрязнений. Условия выпуска

сточных вод в водоемы регламентированы «Правилами охраны поверхностных

вод от загрязнений сточными водами».

Правила устанавливают нормативы качества воды водоемов по

категориям водопользования: к первой категории относятся участки водоемов,

используемые в качестве источников для централизованного или

нецентрализованного питьевого водоснабжения, а также водоснабжения

предприятий пищевой промышленности. Ко второй – участки водоемов,

используемых для спорта и отдыха населения [3].

Таблица 14

Показатели качества воды по классам при водопользовании

Показатели качества воды по классам Определяемые показатели

1-й 2-й 3-й

1. Подземные источники

Мутность, мг/л 1,5 1,5 10

Цветность, град. 20 20 50

Водородный показатель рН 6-9 6-9 6-9

Железо, мг/л 0,3 10 20

Марганец, мг/л 0,1 1

Сероводород, мг/л 0 3 10

Фтор, мг/л 1,5-0,7 1,5-0,7 5

Окисляемость перманганатная, мг/л О

2 5 15

Число бактерий гр

ппы, кишечной 3

палочки (БГКП), количество в 1 л

100 1000

2. Поверхностные источники

Мутность, мг/л

1500 10000

Цветность, град. 35 120 200

Запах, балл 2 3 4

Водородный показатель, рН 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5

Железо, мг/л 1 3 5

Марганец, мг/л 0,1 1 2

Фитопланктон

мг/л 1 5 50

Клостридии, количество в 1 см

1000 100000 100000

Окисляемость перманганатная,

мг/л О

15 20

БПК

полн.

, мг/л 3 5 7

Число лактозо-положительных кишеч-

ных палочек (ЛКП), количество в 1 л

1000 10000 50