Е. М. Малинина, Т. Ю. Попова

РЕКОНСТРУКЦИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ И СООРУЖЕНИЙ

Учебно-методический комплекс

ebooks@prospekt.org

Информация о книге

УДК 628.32.001.7

ББК 38.621

         М19

Авторы: Малинина Е. М., Попова Т. Ю.

Рецензенты:

Ещенко Т. А. — гл. специалист ООО «Дальрыбпроект»;

Сомова Г. И. — зав. сектором отопления и вентиляции ООО «Дальрыбпроект».

Учебно-методический комплекс дисциплины (УМКД) содержит рабочую учебную программу, методические указания к практическим занятиям, методические указания по выполнению самостоятельной работы, конспект лекций и тесты для текущей и итоговой аттестации.

УМКД предназначен для студентов очной и заочной форм обучения специальности 2700112 «Водоснабжение и водоотведение».

УДК 628.32.001.7

ББК 38.621

© Дальневосточный государственный технический университет, 2007

© ДВФУ, 2015

© ООО «Проспект», обложка, 2015

© ООО «Проспект», электронная версия книги, 2015

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

Введение

В последние десятилетия требования к качеству питьевой воды повысились, поэтому существующие и построенные по старым проектам сети и сооружения не всегда обеспечивают высокое качество очищенной воды. Кроме того, в большинстве населенных пунктов из года в год растет потребность в воде, в результате приходится увеличивать пропускную способность как всей системы водоснабжения, так и станций водоочистки и водоподготовки.

1. Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является подготовка будущих специалистов, умеющих:

• разрабатывать проекты реконструкции инженерных систем и сооружений водоснабжения и водоотведения населенных мест и промышленных предприятий;

• осуществлять строительные работы по реконструкции и интенсификации, работы инженерных сетей и сооружений;

• рационально использовать ресурсы в системах водоснабжения и водоотведения.

В итоге изучения дисциплины будущие специалисты должны знать:

• законы об охране окружающей природной среды, об основах градостроительства и другие законы, в которых рассматриваются вопросы охраны водоемов от загрязнений;

• нормативно-технические документы (ГОСТы, СНиПы, указания на проектирование реконструкции систем водоснабжения и водоотведения, очистных сооружений и их конструкций);

• величины и параметры, характеризующие работу инженерных сетей и сооружений водоснабжения и водоотведения, рациональному использованию водных ресурсов и обезвреживанию сточных вод.

2. Начальные требования к освоению дисциплины

Для изучения данной дисциплины необходимы знания общеобразовательных и специальных дисциплин, которые должны предшествовать изучению данной дисциплины: черчения, математики, физики, теоретической механики, химии, геодезии, геологии и гидрологии, гидравлики, инженерной геологии, строительных материалов, насосов и насосных станций, технологии и организации строительного производства экологии, водоснабжения и водоотведения и др.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В итоге изучения дисциплины будущие специалисты должны знать:

• законы об охране окружающей природной среды, об основах градостроительства и другие законы, в которых рассматриваются вопросы охраны водоемов от загрязнений;

• нормативно-технические документы (ГОСТы, СНиПы, указания на проектирование реконструкции систем водоснабжения и водоотведения, очистных сооружений и их конструкций);

• величины и параметры, характеризующие работу инженерных сетей и сооружений водоснабжения и водоотведения, рационального использования водных ресурсов и обезвреживанию сточных вод.

Будущие специалисты должны уметь:

• разрабатывать проекты реконструкции инженерных систем и сооружений водоснабжения и водоотведения населенных мест и промышленных предприятий;

• осуществлять строительные работы по реконструкции и интенсификации работы инженерных сетей и сооружений;

• рационально использовать ресурсы в системах водоснабжения и водоотведения.

4. Объём дисциплины и виды учебной работы

4.1. Очная форма обучения

Вид учебной работы | Всего часов | Распределение по семестрам
9 сем.
Общая трудоёмкость дисциплины | 59,5 | 59,5
Лекции | 34 | 34
Лабораторные занятия | - | -
Практические занятия | 17 | 17
Всего самостоятельная работа | 8,5 | 8,5
В том числе: курсовое проектирование | - | -
Другие виды (РГЗ, рефераты и др.) | - | -
Вид итогового контроля (экзамен, зачёт) | Зачет

4.2 Заочная форма обучения

Вид учебной работы | Всего часов | Распределение по курсам
6
Общая трудоемкость дисциплины | 60 | 60
Лекции | 8 | 8
Лабораторные занятия | - | -
Практические занятия | - | -
Всего самостоятельная работа | 52 | 52
В том числе: курсовое проектирование | - | -
Контрольные работы | 1 | 1
Вид итогового контроля (экзамен, зачет) | Экзамен

5. Содержание дисциплины

5.1. Распределение учебного материала по видам занятий

Наименование раздела дисциплины | Распределение по видам (час)
Лек | ЛЗ | ПЗ | СРС
1. Водоснабжение | 16 | - | 7 | 4,5
2. Водоотведение | 18 | - | 8 | 4

5.2. Содержание лекционного курса (наименование раздела, темы, краткое содержание)

Раздел 1. Водоснабжение

Тема 1. Водопроводные сети.

Краткий обзор развития инженерных сетей и сооружений водоснабжения. Интенсификация работы водонапорных башен в системе водоснабжения. Современное состояние систем водоснабжения. Оценка безотказности и прогнозирование долговечности труб.

Тема 2. Водозаборные сооружения.

Химические качества воды в местах водозабора. Диагностика технологического оборудования и строительных конструкций водозаборных сооружений. Соблюдение нормативных условий в зонах санитарной охраны.

Тема 3. Насосные станции.

Прогрессивные методы регулирования насосных агрегатов. Автоматизация управления насосными станциями.

Тема 4. Очистные сооружения.

Определение необходимой эффективности работы очистных сооружений в связи с изменением качества поступающей воды из источника, расхода, требования к воде. Выбор технологической схемы для реконструируемых сооружений и автоматизация их работы, организация работ при реконструкции сооружения.

Тема 5. Сооружения механической очистки.

Определение эффективности работы фильтров. Применение тонкослойного отстаивания. Мероприятия по увеличению коэффициента использования объема сооружений. Мероприятия по увеличению коэффициента использования объема сооружений. Реконструкция реагентного хозяйства и смесителей.

Тема 6. Сооружения физико-химической очистки.

Техническое состояние сорбционных и гиперфильтрационных установок. Принципы подбора технологических схем и режимов для реконструируемых сооружений. Установки заводской готовности.

Тема 7. Сооружения для обеззараживания воды.

Выбор оптимального метода обеззараживания. Новое оборудование для озонирования, ультрафиолетового излучения.

Тема 8. Внутренний водопровод.

Эксплуатация насосных станций 1-го подъема. Ревизия и ремонт центробежных насосов.

Раздел 2. Водоотведение

Тема 9. Водоотводящие сети.

Краткий обзор развития инженерных сетей и сооружений водоотведения. Бестраншейные методы реконструкции трубопроводов.

Тема 10. Канализационные насосные станции.

Реконструкция насосных станций перекачки. Автоматизированные системы автоматического управления (САУ).

Тема 11. Особенности проектирования реконструкции дождевой сети.

Дождевая канализация, водостоки. Дождевая канализация на большом участке с коттеджем. Регенерация дождевой воды. Реконструкция устройств и сооружений на действующих водоотводящих сетях.

Тема 12. Станции очистки сточных вод.

Изучение существующих схем очистки сточных вод, разработка проекта ее изменения при максимальном использовании новых приемов и технологий. Обработка сточных вод флотацией. Компактные очистные сооружения.

Тема 13. Механическая очистка сточных вод.

Модернизация конструкций решеток. Модернизация конструкций песколовок. Интенсификация работы отстойников. Интенсификация работы гидроциклонов.

Тема 14. Биологическая очистка сточных вод.

Возможные варианты реконструкции аэротенков. Современные системы аэрации сточных вод в аэротенках. Интенсификация и реконструкция сооружений биологической очистки на очистных сооружениях малой производительности.

Тема 15. Методы реконструкции сооружений доочистки. Глубокая очистка сточных вод.

Изучение работы сооружений доочистки сточных вод, разработка метода и способа реконструкции, варианты и выбор оптимального варианта. Обеззараживание сточных вод, использование новых способов дезинфекции. Глубокая очистка сточных вод нефтесодержащих примесей.

Тема 16. Обработка, обезвреживание и использование осадков.

Разработка методов и способов реконструкции сооружений по обезвреживанию осадков сточных вод. Оптимизация варианта реконструкции.

Тема 17. Внутренняя канализация.

Диагностика канализационных трубопроводов, насосных и технологических установок. Анализ засоряемости трубопроводов. Компактные и мобильные малые очистные сооружения.

5.3. Содержание практических и лабораторных занятий

№ п/п зан. | Номер раздела дисц. | Наименование лабораторной работы (практического занятия)
1 | 1 | Выбор вариантов улучшения работы водозаборов при реконструкции (размещение оголовков, виды оголовков и береговых колодцев). По типовым проектам и курсовым проектам
2 | 1 | Расчет производительности водопроводных насосных станций с учетом замены насосного оборудования, изменения производительности. По типовым проектам и курсовым
3 | 1 | Рассмотрение возможности использования существующих запасно-регулирующих емкостей при изменении производительности насосов. По типовым проектам и экскурсия
4 | 1 | Примеры расчетов сооружений станций водоочистки и водоподготовки при реконструкции и интенсификации сооружений. По типовым и курсовым проектам
5 | 2 | Расчеты возможностей использования существующих КНС при увеличении производительности насосов и замены оборудования. По типовым и курсовым проектам
6 | 2 | Примеры расчетов сооружений станций биологической очистки сточных вод при реконструкции и интенсификации. По типовым и курсовым проектам
7 | 2 | Примеры расчетов сооружений станций биологической очистки сточных вод при реконструкции и интенсификации малой производительности
8 | 2 | Примеры расчетов сооружений станций биологической очистки сточных вод при реконструкции и интенсификации сооружений производственных сточных вод

6. График изучения дисциплины

Вид учебных занятий | № недели
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18
Лекции | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
ЛЗ |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
ПЗ |  | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
КПР |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
РГЗ, реф-т |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  |
Аттестация (промежуточная) |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины (рекомендуемая литература)

Основная

1. Порядин А.Ф. Устройство и эксплуатация водозаборов. – М.: Стройиздат, 1984. – 183 с.

2. Орлов В.О., Шевчук Б.И. Интенсификация работы водоочистных сооружений. – Киев: Будивельник, 1989. – 128 с.

3. Воронов Ю.В., Саломеев В.П. и др. Реконструкция и интенсификация работы канализационных очистных сооружений. – М.: Стройиздат, 1990. – 222 с.

Дополнительная

4. Пособие по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84). – М.: Стройиздат, 1989. – 272 с.

5. Пособие по проектированию сооружений для забора поверхностных вод (к СНиП 2.04.02-84). – М.: Стройиздат, 1990. – 256 с.

6. Пособие по проектированию сооружений для очистки и подготовки воды (к СНиП 2.04.02-84). – М.: Стройиздат, 1989. – 128 с.

7. Пособие по проектированию сооружений для очистки сточных вод (к СНиП 2.04.03-85). – М.: Стройиздат, 1990. – 192 с.

Программное обеспечение

Компьютерные программы WORD, EXELL.

8. Контрольные задания и методические рекомендации по изучению дисциплины

Контрольные задания приведены для студентов специальности 270112 “Водоснабжение и водоотведение” (дневной и заочной формы обучения) “Реконструкция инженерных систем и сооружений”.

9. Текущий и итоговый контроль по дисциплине

9.1. Формы и методы для текущего контроля

Формами текущего контроля являются выполненные практические задания, рефераты. Методами текущего контроля по дисциплине выступают вопросы по темам, защита практических работ и определение уровня посещаемости занятий студентами.

9.2. Контрольные тесты для определения минимального уровня освоения программы дисциплины

1. Причины, вызывающие реконструкцию наружных сетей водоснабжения:

1) физический износ труб;

2) необходимость в увеличении способности трубопроводов;

3) замена воды на жидкое топливо;

4) уменьшение глубины заложения трубопроводов.

2. Причины, вызывающие реконструкцию водозаборов поверхностных вод:

1) физический износ;

2) необходимость в увеличении производительности;

3) превращение водозабора в насосную станцию 3-го подъема;

4) превращение водозабора в насосную станцию 2-го подъема.

3. Методы интенсификации работы отстойников:

1) добавление марганца;

2) оснащение тонкослойными модулями;

3) добавление коагулянтов;

4) добавление флокулянтов;

5) оснащение трубами отопления.

4. Интенсификации работы контактных осветлителей:

1) изменение гранулометрического состава загрузки;

2) устройство тонкослойных элементов;

3) подача сжатого воздуха;

4) добавление уксусной кислоты.

5. Методы интенсификации работы флотаторов:

1) подача кислорода;

2) добавление серной кислоты;

3) увеличение диаметра подводящей трубы;

4) добавление пены.

6. Причины, вызывающие реконструкцию наружных сетей канализации:

1) физический износ труб;

2) необходимость в увеличении пропускной способности трубопроводов;

3) изменение глубины заложения трубопроводов;

4) изменение состава сточных вод.

7. Причины, вызывающие реконструкцию водоочистных сооружений:

1) превращение в бассейны;

2) необходимость в увеличении производительности;

3) превращение в канализационные очистные;

4) изменение системы вентиляции.

8. Причины, вызывающие реконструкцию канализационной насосной станции:

1) увеличение производительности;

2) изменение эффекта очистки сточных вод;

3) изменение вентиляционной системы;

4) изменение системы отопления.

9. Причины, вызывающие реконструкцию водозаборов подземных вод:

1) разрушение обсадных труб;

2) превращение скважин в фонтаны;

3) уменьшение глубины скважины;

4) уменьшение производительности.

10. Методы интенсификации работы фильтров:

1) замена загрузки;

2) подача кислорода;

3) подача флокулянтов;

4) замена водораспределительной системы.

9.3. Перечень типовых экзаменационных вопросов (экзаменационные билеты)

1. Причины, вызывающие реконструкцию.

2. Основные этапы процесса реконструкции.

3. Особенности реконструкции наружных сетей водоснабжения.

4. Особенности реконструкции наружных сетей водоотведения.

5. Реконструкция водопроводных насосных станций.

6. Реконструкция канализационных насосных станций.

7. Реконструкция и увеличение производительности водозаборов.

8. Цели интенсификации работы водоочистных сооружений.

9. Реагентные схемы осветления и обесцвечивания воды.

10. Использование флокулянтов.

11. Применение хлора, гипохлорита натрия и озона.

12. Тонкослойные модули и отстойники.

13. Гидроциклоны и флотаторы.

14. Фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой.

15. Обезжелезивание воды на каркасно-засыпных и пенополистирольных фильтрах.

16. Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные, для очистки сточных вод.

17. Использование гидроциклонов.

18. Аэротенки с флотационным илоотделением.

19. Интенсификация работы аэротенков с помощью ершовой загрузки.

20. Переоборудование аэротенков в биотенки.

21. Интенсификация работы биофильтров с помощью пластмассовой загрузки и тонкопленочного материала

22. Дисковые и барабанные биофильтры.

23. Физико-химическая очистка сточных вод.

24. Интенсификация процессов обработки осадков сточных вод.

25. Установки для обеззараживания очищенных сточных вод с помощью прямого электролиза.

10. Рейтинговая оценка по дисциплине

Распределение баллов по видам учебных работ

Наименование работ | Распределение баллов
1. Теоретический материал | 30
2. Лабораторные работы | -
3. Практические занятия | 20
4. Курсовое проектирование | -
5. Индивидуальные домашние задания (РГЗ, рефераты и т.д.) | 10
6. Контрольные работы | -
7. Посещаемость | 10
8. Экзамен/Зачет | 30
Итого | 100

Перевод баллов в пятибалльную шкалу

Оценка | Баллы
Отлично | 85–100
Хорошо | 71–84
Удовлетворительно | 60–70
Неудовлетворительно | Менее 60

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению самостоятельной работы для студентов специальности 270112 “Водоснабжение и водоотведение”

Цели и задачи дисциплины

Интенсификация работы очистных сооружений состоит в увеличении их мощности, улучшении качества очищенной воды и повышении экономической эффективности, заключающейся в снижении себестоимости воды, экономии реагентов, материалов, электроэнергии, оборудования.

Перед выбором пути интенсификации работы сооружений следует изучить технологию очистки воды на данных сооружениях, организацию их эксплуатации, технико-экономические показатели, установить строительные дефекты и недоделки, возможность получения материалов и оборудования для осуществления строительства. Те же проблемы возникают и в системах водоотведения, и должны решаться на основании таких же анализов работы с учетом новейших методов интенсификации процесса очистки сточных вод.

Целью изучения данной дисциплины является обучение будущих специалистов системному подходу при решении конкретных инженерных задач в области проектирования, строительства и эксплуатации комплексов водоснабжения и водоотведения при их реконструкции на базе современных достижений науки и техники, и перспектив их развития.

Задачи изучения дисциплины складываются из требований к знаниям и умению, которые определяются квалификационной характеристикой специалиста. При этом подразумевается, что основные базисные знания у студентов по ранее пройденным дисциплинам “Водоснабжение” и “Водоотведение” уже сформированы и закреплены курсовыми и практическими работами.

1. Начальные требования к освоению дисциплины (перечень предшествующих дисциплин, их разделов)

Изучение этой дисциплины требует от студента хорошей подготовки по ряду общетехнических дисциплин, особенно по гидравлике, электротехнике, инженерной геологии и гидрогеологии, строительным материалам, водоснабжению и водоотведению.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Иметь представление: о тенденциях развития водопроводно-канализационного оборудования, технологических и конструктивных решениях сооружений водоснабжения и водоотведения.

Знать и уметь:

• проектировать (в том числе с использованием ПК) сооружения водоснабжения и водоотведения;

• производить расчеты сооружений систем водоснабжения и водоотведения с технико-экономическим обоснованием принципиальных решений;

• обеспечивать безотказную и эффективную работу реконструируемых сооружений.

1. Методические указания к выполнению контрольных работ и их оформлению

Каждая контрольная работа содержит четыре теоретических вопроса и одну задачу. Ответы на теоретические вопросы и задачи необходимо сопровождать схемами, выполненными без масштаба. Выполненные расчеты и пояснения к ответам должны быть представлены в следующей последовательности:

• исходные данные;

• обоснование ответа или решения, результаты решения.

Расчетные зависимости и методы расчета должны иметь краткое, четкое обоснование. Формулы и уравнения располагаются на отдельных строках и нумеруются арабскими цифрами. Буквенным обозначениям, входящим в формулу, дается объяснение и указывается размерность.

При повторном использовании формулы или обозначения пояснения не требуется. Выбор вариантов заданий см. в табл. 1.

Таблица 1

Наименование | № варианта
1; 11; 21; 31 | 2; 12; 22; 32 | 3; 13 23; 33 | 4; 14 24; 34 | 5; 15 25; 35 | 6; 16 26; 36 | 7; 17 27; 37 | 8; 18 28; 38 | 9; 19 29; 39 | 10; 20 30; 40
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11
Задание № 1
Вопрос № | 13; 3 | 2; 5 | 6; 9 | 1; 12 | 10; 3 | 5; 8 | 11; 7 | 8; 4 | 3; 5 | 6; 12
Задание № 2
Вопрос № | 3.1; | 1.5; | 1.2; | 1.8; | 1.1; | 2.1; | 4.1; 7 | 2.10; | 3.2; 6 | 2.11;
Задание № 2
Вопрос № | 2.7 | 2.1 | 5.1 | 3.4 | 2.8 | 5.2 | 7 | 1.6 | 6 | 4.1
Задание № 3
Задача № | 1 | 3 | 5 | 2 | 4 | 6 | 5 | 2 | 3 | 4

Задание № 1. Вопросы по водоснабжению.

1. Аэрирование как средство интенсификации процесса коагуляции природных вод.

Сущность метода и область применения.

Основные технологические параметры и необходимое конструктивное оформление.

Методика определения оптимальной дозы коагулянта и расхода воздуха.

2. Контактные камеры хлопьеобразоеания.

Сущность метода и область применения.

Технологические параметры контактных камер хлопьеобразования, встроенных в отстойники.

Применение контактных камер хлопьеобразования для интенсификации работы коридорных осветлителей со взвешенным осадком.

3. Отстойники и осветлители, оборудованные тонкослойными элементами.

Назначение и область применения.

Технологические схемы и конструктивные особенности тонкослойных отстойных сооружений.

Расчет тонкослойных осветлителей.

Примеры расчета тонкослойных элементов сооружений.

4. Напорная гидравлическая система смыва осадка в горизонтальных отстойниках.

Назначение и область применения.

Устройство и принцип работы системы.

Расчет системы смыва осадка.

5. Флотационные сооружения Назначение и область применения.

Состав сооружений, их устройство и расчетно-конструктивные параметры. Методика технологической обработки воды методом напорной флотации.

6. Водовоздушная промывка фильтровальных сооружений.

Назначение и область применения.

Принципы действия, особенности и преимущества.

Система горизонтального отвода воды от промывки.

Режим и основные параметры промывки.

Устройства для подачи и распределения воды и воздуха.

Воздуходувное устройство.

Расчет распределительной системы для подачи воздуха в фильтровальных сооружениях с водовоздушной промывкой.

7. Дренажи скорых фильтров из пористого полимербетона.

Назначение и область применения.

Конструкции и расчет дренажей.

Изготовление полимербетонного дренажа.

Монтаж дренажа.

Примеры гидравлического расчета дренажа.

8. Фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой.

Назначение и область применения.

Плавающая загрузка и ее приготовление.

Конструкции и принцип работы фильтров.

Расчет и конструирование фильтров.

9. Сооружения для очистки высокомутных вод с плавучим водозабором-осветлителем.

Назначение и область применения.

Состав сооружений, принцип действия и их особенности.

Плавучий водозабор-осветлитель.

Тонкослойный осветлитель системы АзНИИВП-2.

10. Установки для обезжелезивания подземных вод методом водовоздушного фильтрования.

Сущность метода и область применения.

Технологическая схема и состав сооружений.

Расчетные параметры сооружений и их конструктивные особенности. Методика пробного обезжелезивания.

11. Очистка воды от сероводорода Аэрационный метод.

Химический метод.

Биохимический метод.

12. Обесфторивание воды методом контактно-сорбционной коагуляции.

Сущность метода и область применения.

Состав сооружений и схема работы станции обесфторивания.

13. Установка типа “Струя” для очистки поверхностных и подземных вод.

Назначение и область применения.

Состав и технологические схемы работы установок.

Особенности размещения и привязки.

Выбор основных технологических параметров работы установок для очистки подземных вод.

Задание № 2. Вопросы по водоотведению

1. Сооружения для механической очистки сточных вод.

1.1. Усреднители, типы и конструкции усреднителей.

1.2. Отстойники.

1.3. Общие сведения.

1.4. Расчет отстойников.

1.5. Тонкослойные отстойники.

1.6. Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные.

1.7. Примеры расчета отстойников.

1.8. Г идроциклоны.

2. Сооружения для биологической очистки сточных вод.

2.1. Аэротенки.

2.2. Аэротенки-смесители без регенераторов.

2.3. Аэротенки-смесители с регенераторами.

2.4. Аэротенки-вытеснители с регенераторами.

2.5. Аэротенки-вытеснители без регенераторов.

2.6. Системы аэрации.

2.7. Оксигенки.

2.8. Аэротенки с флотационным илоотделением для очистки производственных сточных вод.

2.9. Аэротенки с флотационным разделением иловой смеси для очистки городских сточных вод.

2.10. Удаление из сточных вод соединения азота.

2.11. Удаление из сточных вод соединений фосфора.

3. Сооружения для физико-химической очистки сточных вод.

3.1. Нейтрализация сточных вод.

3.2. Адсорберы.

3.3. Установки для ионообменной очистки сточных вод.

3.4. Установки для электрохимической очистки сточных вод.

4. Сооружения для обработки осадков.

4.1. Аэробные стабилизаторы.

4.2. Флотационные илоуплотнители.

5. Обеззараживание сточных вод

5.1. Установки для обеззараживания сточных вод жидким хлором.

5.2. Установки для обеззараживания очищенных сточных вод с использованием прямого электролиза.

6. Совместная обработка сточных вод и осадков водопроводных станций.

7. Сооружения для регулирования и очистки поверхностного стока с территорий промышленных предприятий.

Задание № 3. Задачи

Задача 1. Требуется определить гидравлическую крупность частиц для проектирования отстойника при очистке сточных вод прокатного производства.

Исходные данные: расход сточных вод qω – 850 м³/ч; температура Тw – 30°С; расход сточных вод постоянен в течение суток. Исходная концентрация тяжелых механических примесей – 200 мг/л; маслопродуктов – 50–60 мг/л; плотность тяжелых загрязнений – 5 г/см³; маслопродуктов – 0,8 г/см³; кинетики отстаивания механических примесей тяжелее воды расчетной концентрации в различных слоях воды показаны на рис. 1.

В очищенной воде содержание тяжелых примесей не должно превышать 60 мг/л, маслопродуктов – 25 мг/л. В проекте принимаются отстойники с рабочей глубиной отстаивания Hset = 1,5 м.

Рис. 1. Кинетика отстаивания сточных вод прокатных производств при исходной концентрации С₀ = 200 мг/л; 1 – h = 200 мм; 2 – h = 500 мм

Задача 2. Для очистки городских сточных вод требуется рассчитать отстойник с вращающимся сборно-распределительным устройством, который должен обеспечивать 60%-ное задержание механических загрязнений, при исходной концентрации 280 мг/л. Расчетная температура воды составляет 20°С, плотность осадка 2,6 г/см³. Задаемся диаметром отстойника Dset = 24 м, в котором высота отстаивания Hset = 1 м.

Задача 3. Расчет тонкослойного отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка (рис. 2).

Рис. 2. Схема тонкослойного отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка

Исходные данные: расход сточных вод завода производства железобетонных изделий (ЖБИ) составляет 1300 м³/сут; коэффициент часовой неравномерности составляет 1,1; завод работает в две смены.

Исходная концентрация тяжелых механических примесей – 700 мг/л; масло- и нефтепродуктов – 100–300 мг/л. Допустимая концентрация механических примесей в очищенной воде – 50 мг/л, нефтепродуктов – 25 мг/л.

Задача 4. Рассчитать тонкослойный отстойник, работающий по противоточной схеме удаления осадка (рис. 3).

Рис. 3. Схема тонкослойного отстойника, работающего по противоточной схеме удаления примесей: а – тяжелых примесей; б – легких примесей (масла, нефтепродукты и т.п.)

Расчет ведется для случая очистки нефтесодержащих сточных вод НПЗ, когда для обеспечения снижения содержания нефтепродуктов до 50–70 мг/л из воды должны быть удалены глобулы нефти гидравлической крупностью Uн₀ = 0,3 мм/с, которая определена при отстаивании в слое воды h = 100 мм. Расход сточных вод qw постоянен и составляет 600 м³/ч, температура воды 20°С.

Задача 5. Требуется рассчитать отстойник, работающий по противоточной схеме, показанной на рис. 4, для очистки коагулированных сточных вод литейного производства расходом 500 м³/ч, сточные воды с концентрацией механических примесей 1000 мг/л образуются постоянно, температура сточных вод Tw (в среднем) 30°С. Экспериментально в заводской лаборатории установлено, что требуемая степень очистки (содержание взвесей 150–200 мг/л) обеспечивается при задержании частиц гидравлической крупностью 0,2 мм/с. Крупность определена по кривым кинетики отстаивания, полученным при температуре 20°С в слое 100 мм.

Рис. 4. Схема отстойника, оборудованного тонкослойными блоками, работающего по противоточной схеме удаления примесей: а – тяжелых примесей; б – легких примесей (масла, нефтепродукты и т.п.)

Задача 6. Необходимо повысить эффективность работы действующего радиального отстойника Dset = 30 м, на который подается расход воды qset = 1000 м³/ч. При этой производительности в отстойнике задерживаются частицы гидравлической крупностью U₀ = 1 мм/с, что не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Анализ характеристики загрязнений показал, что требуемый эффект очистки обеспечивается при выделении примесей гидравлической крупностью 0,25 мм/с и более.

Одним из путей интенсификации работы существующих отстойников является дополнение их тонкослойными блоками (модулями) (рис. 5).

Рис. 5. Схема радиального отстойника, дополненного тонкослойными блоками (модулями)

2. Реконструкция обычных отстойников в тонкослойные.

Примеры расчетов отстойников

В случае дополнения горизонтальных отстойников тонкослойными блоками (при необходимости повышения их эффективности или для увеличения производительности), расчетными параметрами являются длина пластин Lbl в блоке (модуле) и расстояние Lb, на котором устанавливаются блоки в отстойнике. Эти величины рассчитываются по формулам (18) и (21) [5]. Величина Bbl численно равна ширине секции отстойника (пример 4).

При дополнении тонкослойными блоками вертикальных отстойников, при известных габаритах отстойника Lset и Bset или Dset заданной крупности задерживаемых частиц U₀, расчетной величиной является длина пластин Lbl, которая при заданной высоте яруса htl рассчитывается по формуле (18) [5] или высота яруса htl рассчитывается по заданной длине пластин по той же формуле

Когда производительность отстойника известна и требуется лишь увеличить эффективность очистки Эгр, по лабораторным анализам кинетики отстаивания изучаемой воды определяется гидравлическая крупность частиц. Далее, задаваясь высотой яруса htl, по формуле (25) [5] определяется высота Hbl, на которой должны быть расположены тонкослойные элементы, а затем по формуле (26) [5] рассчитывается длина пластины и проверяется по формуле (18) [5] скорость потока в ярусе.

При дополнении существующих радиальных отстойников тонкослойными блоками (модулями) (рис. 5), когда известны геометрические размеры отстойника и его производительность, а требуемая степень очистки задана гидравлической крупностью частиц U₀, которые необходимо выделить, расчетными параметрами являются длина пластины в блоке Lbl, высота блока Нbl и число ярусов в блоке nti. Величина Lbl рассчитывается по формуле (18) [5] при заданной высоте яруса hti. Высота блока Hbl рассчитывается по следующей зависимости:

где Kset – коэффициент использования объема, определяется по табл. 31 СНиП 2.04.03.-85, как для радиальных отстойников; Dl – диаметр расположения блоков (см. рис. 5). Затем определяется число ярусов в блоке (в модуле)

Пример 1. Требуется определить гидравлическую крупность частиц для проектирования отстойника при очистке сточных вод прокатного производства.

Исходные данные: расход сточных вод qω – 1000 м³/ч; температура Тw – 30°С; расход сточных вод постоянен в течение суток. Исходная концентрация тяжелых механических примесей – 200 мг/л; маслопродуктов – 50–60 мг/л; плотность тяжелых загрязнений – 5 г/см³; маслопродуктов – 08 г/см³; кинетики отстаивания механических примесей тяжелее воды расчетной концентрации в различных слоях воды показаны на рис. 1.

В очищенной воде содержание тяжелых примесей не должно превышать 60 мг/л, маслопродуктов – 25 мг/л.

В проекте принимаются отстойники с рабочей глубиной отстаивания Hset = 1,5 м. Определение расчетной гидравлической крупности, исходя из заданных параметров, производится в следующем порядке:

• по заданным величинам концентраций механических примесей в исходной и осветленной воде определяется требуемый эффект очистки Этр

• по кривым кинетики отстаивания (см. рис. 1) определяется продолжительность отстаивания t₁ = 15,5 мин (810 с); t₂ = 17,5 мин (1050 с), при которых в слоях воды h₁ = 200 мм и h₂ = 500 мм достигается требуемый эффект.

После этого по формуле (6) [5] определяется показатель степени n₂

Затем по формуле (30) СНиП 2.04.03.-85 определяется гидравлическая крупность U₀ частиц взвесей, которые должны быть выделены в отстойнике, при этом Кset = 0,5 (по табл. 31 СНиП 2.04.03.-85), если температура сточных вод, поступающих на отстойники, будет такая же, какая была обеспечена при экспериментальном определении кинетики отстаивания, например, Tw = 20°С

Поскольку температура сточных вод, поступающих на отстойник Тw = 30°С, требуется внести поправку

Таким образом, отстойники, принятые как сооружения для механической очистки сточных вод прокатных производств, должны рассчитываться на задержание частиц гидравлической крупностью 0,79 мм/с.

Пример 2. Для очистки городских сточных вод требуется рассчитать отстойник с вращающимися сборно-распределительными устройствами, который должен обеспечивать 60%-ное задержание механических загрязнений, при исходной концентрации 300 мг/л. Расчетная температура воды составляет 20°С, плотность осадка 2,6 г/см³.

Задаемся диаметром отстойника Dset = 24 м, в котором высота отстаивания Нset = 1 м.

По формуле (30) СНиП 2.04.03-85 определяется гидравлическая крупность частиц, которые требуется выделить для обеспечения заданного эффекта. При этом по табл. 30 и рис. 2 СНиП 2.04.03-85 определяется значение h₁ = 0,5; tset = 970 с и n₂ = 0,275, входящие в эту формулу, а по табл. 31 СНиП 2.04.03-85 назначается значение коэффициента использования объема Кset = 0,85

Внесение поправки на температуру не требуется, т.к. при лабораторных определениях кинетики отстаивания температура воды была той же, что в производственных условиях.

По формуле (33) СНиП 2.04.03.-85 определяется производительность одного отстойника

По формуле (12) [5] определяется период вращения водораспределительного устройства

Определив по формуле (9) [5] величину Rл = – 0,15 = 11,85 и задавшись значениями m = ; b₃ = 0,15 и bл по формулам (8) [5] и (11) [5], рассчитываем ширину распределительного лотка Вр и высоту водослива hc6 по створам. Для удобства результаты расчета сводим в табл. 2.

Таблица 2

Rл, м | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7
Вр, м | 0,973 | 0,955 | 0,929 | 0,895 | 0,851 | 0,796
hсб, м | 0,030 | 0,039 | 0,047 | 0,055 | 0,062 | 0,069
Rл, м | 8 | 9 | 10 | 11 | 11,85 | Rл, м
Вр, м | 0,728 | 0,642 | 0,529 | 0,367 | 0 | Вр, м
hсб, м | 0,075 | 0,081 | 0,087 | 0,093 | 0,097 | hсб, м

Исходя из общего количества сточных вод и коэффициента неравномерности, рассчитывается количество отстойников, а по формуле (37) СНиП 2.04.0385 определяется количество образующегося осадка и принимается способ его удаления.

Пример 3. Расчет тонкослойного отстойника, работающего по перекрестной схеме удаления осадка (рис. 2).

Исходные данные: расход сточных вод завода производства железобетонных изделий (ЖБИ) составляет 1200 м³/сут; коэффициент часовой неравномерности составляет 1,1; завод работает в две смены.

Исходная концентрация тяжелых механических примесей – 700 мг/л; масло и нефтепродуктов – 100–300 мг/л. Допустимая концентрация механических примесей в очищенной воде – 50 мг/л, нефтепродуктов – 25 мг/л.

По кривым кинетики отстаивания в слое воды, равном высоте яруса hti = 0,1 м, находим, что гидравлическая крупность тяжелых механических взвесей, которые требуется выделить, составляет

Гидравлическая крупность нефтепродуктов

Следовательно, расчет отстойника нужно вести на задержание частиц крупностью 0,2 мм/с.

Из условия количества загрязнений в сточных водах (700 мг/л) принимаем высоту яруса в отстойнике hti = 0,1 м (табл. 31, СНиП 2.04.03-85). Для обеспечения условий сползания осадка по пластинам, угол наклона пластин а принимаем равным 45°. В качестве материала будет использована листовая сталь δ = 3 мм. Задавшись скоростью потока в ярусе отстойника (табл. 31 СНиП 2.04.03-85) υw = 7 мм/с, определяем по формуле (13) [5] длину яруса

Из условия допустимого прогиба (Δδ = 3–5 мм) наклоненной под углом 45° пластины принимаем ширину блока Bbl = 0,75 м. Таким образом, максимальная ширина пластины в блоке будет

Задаемся высотой блока с параллельными пластинами Hbl = 1,5 м.

По формуле (35) СНиП 2.04.03-85 определяем производительность одной секции тонкослойного отстойника с двумя рядами блоков (см. рис. 2)

Проверяем скорость потока в ярусе отстойника при использовании поперечного сечения 75% Кset = 0,75 (табл. 31, СНиП 2.04.03-85)

Приведенный расчет показывает, что исходные величины выбраны верно. Строительная ширина секции отстойника рассчитывается по формуле (15) [5]

Длина зоны грубой очистки l₁ по формуле (17) [5]

Строительная длина секции Lстр по формуле (16) [5]

Определяется часовой расход сточных вод с учетом коэффициента часовой неравномерности

Исходя из общего количества сточных вод, определяется количество секций тонкослойного отстойника

В соответствии с п. 6.58 СНиП 2.04.03-85 уточняется количество секций: N = 2 секции.

Из условия выбранного материала для пластин (листовая сталь δ = 3 мм) и облегчения массы блока, исходя из расчетной длины ярусного пространства (Lb = 4,2 м), принимаем длину блока (модуля) 1,06 м. Таким образом, в каждом ряду будет располагаться по 4 блока (модуля).

Количество выделяемого осадка влажностью W = 96% определяется по формуле (37) п. 6.65 СНиП 2.04.03-85

Далее принимается метод удаления осадка из отстойника. В данном случае, т.к. тонкослойный отстойник рекомендуется располагать над поверхностью земли, целесообразно принять многобункерную конструкцию отстойника с удалением осадка под гидростатическим напором.

Пример 4. Рассчитать тонкослойный отстойник, работающий по противоточной схеме удаления осадка (см. рис. 3).

Расчет ведется для случая очистки нефтесодержащих сточных вод НПЗ, когда для обеспечения снижения содержания нефтепродуктов до 50–70 мг/л из воды должны быть удалены глобулы нефти гидравлической крупностью 0,3 мм/с, которая определена при отстаивании в слое воды h = 100 мм. Расход сточных вод qw, постоянен и составляет 600 м³/ч, температура воды 20°С.

Приняв по табл. 31 СНиП 2.04.03-85 высоту яруса h = 0,1 м и скорость рабочего потока υw = 5 мм/с, определяем по формуле (18) [5] длину пластины в ярусе

Задавшись углом наклона пластин, определенным экспериментально, α = 45°, определяем расстояние между пластинами

Задаемся количеством ярусов в блоке (модуле) из условия простоты монтажа nti = 15 шт. Определяем высоту блока по формуле (19) [5]

Ширина блока Вы определяется из условия ширины материала листа и условий монтажа. Назначаем ширину одной секции отстойника

Определяем производительность одной секции по формуле (36) СНиП 2.04.03-85, если коэффициент использования объема Кset = 0,55 (табл. 31 СНиП

Толщиной пластин в блоке при технологическом расчете можно пренебречь.

Исходя из расхода сточных вод, определяем количество секций отстойника

Далее из конструктивных соображений и с учетом обеспечения гидравлического режима потоков воды, близкого к ламинарному, назначаются другие размеры секции отстойника. Например,

h₁ = 0,5 м из условия более равномерного сброса очищенной воды

h₃ = 0,5 м из условия равномерности распределения воды между ярусами блока. Таким образом Ноб = 0,5 + 1,94 + 0,5 = 2,94 м.

Пример 5. Требуется рассчитать отстойник, работающий по противоточной схеме, показанной на рис. 4, для очистки коагулированных сточных вод литейного производства расходом 500 м³/ч, сточные воды с концентрацией механических примесей 1000 мг/л образуются постоянно, температура сточных вод Tw (в среднем) 30°C. Экспериментально в заводской лаборатории установлено, что требуемая степень очистки (содержание взвесей 150–200 мг/л) обеспечивается при задержании частиц гидравлической крупностью 0,2 мм/с. Крупность определена по кривым кинетики отстаивания, полученным при температуре 20°C в слое 100 мм.

По формуле (31) СНиП 2.04.03-85 уточняем величину гидравлической крупности

По формуле (18) определяем длину пластины в ярусе Lbl, задавшись предварительно по табл. 31 СНиП 2.04.03-85 высотой яруса hti = 0,1 м; скорость потока в ярусе υw = 5 мм/с.

Назначаем угол наклона пластин, определенный экспериментально: α = 50°.

Задаемся количеством секций отстойника N = 5 и определяем производительность одной секции

Задаемся шириной одной секции Bbl = 3 м.

По формуле (21)[5] определяем длину зоны Lb тонкослойного отстаивания, если коэффициент использования её объема в соответствии с табл. 31 СНиП 2.04.03-85 Кset равен 0,5

Задаем длину зон тонкослойного отстойника (см. рис. 4): l₁ = 1,5 м; l₂ = 2sin(90 – 50°) = 2 · 0,64 = 1,28; l₃ = 0,3 м; l₄ = 0,1 м; lл = 0,5 м, а затем по формуле (22) определяем общую рабочую длину отстойника

По формуле (23) [5] определяем общую глубину воды в отстойнике Нстр, предварительно задавшись высотой зон: h₁ = 0,1; h₂ = 2sin50° = 1,54; h₃ = 0,3; h₄ = 0,2; h₅ = 0,3

Принимаем удаление осадка в приямок скребковым механизмом. По формуле (37) СНиП 2.04.03-85 определяется расход удаляемого осадка

Пример 6. Необходимо повысить эффективность работы действующего радиального отстойника Dset = 30 м, на который подается расход воды qset = 1000 м³/ч. При этой производительности в отстойнике задерживаются частицы гидравлической крупностью U₀ = 1 мм/с, что не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Анализ характеристики загрязнений показал, что требуемый эффект очистки обеспечивается при выделении примесей гидравлической крупностью 0,25 мм/с и более.

Одним из путей интенсификации работы существующих отстойников является дополнение их тонкослойными блоками (модулями) (см. рис. 5).

Требуется определить размеры тонкослойных блоков, которыми должен быть оборудован радиальный отстойник.

Приняв по табл. 32 СНиП 2.04.03-85 скорость потока υw = 5 мм/с и высоту яруса hti = 0,07 м по формуле (18) [5], определяем длину пластин в блоке Lbl = 5 · 0,07/0,25 = 1,4 м.

Задавшись диаметром D₁ = 27 м, на котором предполагается расположить блоки с параллельными пластинами, по формуле (27) [5] определяем высоту блока, при коэффициенте использования объёма Кset = 0,45, определённого по табл. 31 СНиП 2.04.03-85.

3. Методы очистки сточных вод.

Примеры расчета различных сооружений

Как правило, для обеспечения требуемого эффекта очистки достаточно снизить основные показатели загрязнений БПКполн и концентрацию взвешенных веществ до 15 мг/л, т.е. выполнить механическую и полную биологическую очистку. В некоторых случаях необходима и глубокая очистка, обеспечивающая снижение основных показателей загрязнений до 7÷3 мг/л.

Малые очистные сооружения не являются уменьшенной копией больших, а имеют ряд принципиальных особенностей:

обеспечение необходимого эффекта очистки;

простота обслуживания сооружений;

надежность сооружений;

минимальная трудоемкость строительства.

Этим условиям удовлетворяют сооружения, основанные на естественных способах очистки: поля фильтрации, биопруды, сооружения подземной фильтрации. Однако эти сооружения находят ограниченное применение, в связи с неблагоприятными почвенными, гидрологическими, климатическими и другими условиями. Обычно их производительность не превышает 12÷25 м³/сут.

Использование классических капельных фильтров в суровом климате нашей страны оказывается, как правило, экономически невыгодным, т.к. холодными ночами биофильтры переохлаждаются или даже перемерзают. Для нормального функционирования биофильтры должны располагаться в здании, кроме того, громоздки и ненадежны системы водораспределения, поэтому наибольшее применение получили аэрационные установки на полное окисление (продленной аэрации) и аэрационные установки с аэробной стабилизацией.

Исследованиями установлено, что состояние активного ила зависит от количества органических загрязнений, приходящихся на единицу массы активного ила. В зависимости от этого развитие активного ила и, прежде всего, интенсивность его роста можно разделить на три фазы. В первой фазе – постоянного (логарифмического) роста, проходящей с высокими нагрузками, наличие большого количества органических веществ в сточной воде обеспечивает быстрое развитие микроорганизмов с непрерывным увеличением общего их количества. Во второй фазе – фазе замедленного роста – нагрузки значительно ниже и, из-за недостатка количества органических веществ, размножение микроорганизмов несколько сдерживается: устанавливается определенное соотношение между количеством поступивших органических загрязнений и приростом ила. В третьей фазе – эндогенного дыхания – размножение микроорганизмов ила замедляется из-за недостатка органических веществ. Ил как бы находится в голодном состоянии. Это заставляет микроорганизмы активного ила использовать в качестве питания не только органические вещества, поступившие со сточными водами, но и большую часть отмерших микроорганизмов, т.е. минерализовать органическую часть самого активного ила.

Для очистки сточных вод малых населенных пунктов представляет интерес переходная область между второй и третьей фазами, а также третья фаза развития активного ила. В переходной области между указанными фазами устанавливается постоянство числа живых клеток бактерий и микроорганизмов в результате равновесия между числом рождающихся и умирающих клеток т.е. прирост активного ила не наблюдается (= 0). Как и в третьей фазе развития активного ила, органические вещества отмерших клеток вновь используются микроорганизмами, за исключением биологически неразлагаемых веществ. Вследствие этого прирост активного ила все же наблюдается, но он настолько мал, что избыточный ил можно удалять лишь 1 раз в 1–4 месяца.

Высокая степень минерализации активного ила исключает необходимость предварительной обработки его до подсушки на иловых площадках или механического обезвоживания.

В целях упрощения технологии очистки можно отказаться и от первичного отстаивания.

Таким образом, создавая условия для развития ила в этой фазе (между 2 и 3), можно получить чрезвычайно простую технологическую схему очистки сточных вод, что весьма важно для станций малой производительности. Этот способ назван методом полного окисления, т.к. в этом случае практически не получается отходов.

Исследования показали, что основным фактором, влияющим на состояние активного ила, является нагрузка на 1 г беззольного вещества активного ила. Для осуществления процесса полного окисления (продленной аэрации) нагрузка на активный ил должна быть не более 70 мг БПК₅ на 1 г беззольного вещества ила в сутки, что соответствует нагрузке 100 мг/г·сут на сухое вещество активного ила.

Характерна высокая нитрификация (содержание нитратов достигает 24 мг/л) и минерализация (зольность составляет 34%) активного ила. При этом активный ил характеризуется небольшим видовым составом микроорганизмов и их ограниченным числом. Так, простейших всего 6–8 видов, общее число микроорганизмов 7–8 тыс. на 1 мл.

Процесс очистки сточных вод в аэротенках может быть представлен в виде следующих реакций:

1. Окисление органических загрязнений

2. Синтез клеточного вещества

3. Окисление вещества ила

где CxHyOz – любое органическое вещество, C₅H₇NO₂ – органическое вещество клеток микроорганизмов активного ила.

При методе полного окисления третья реакция проходит со значительно большей скоростью, чем при очистке в аэротенке, работающего в классическом режиме, при этом расходуется большее количество кислорода.

Потребность в кислороде и является наиболее уязвимым моментом в работе любых аэрационных сооружений, и в частности в работе аэротенков на полное окисление. Во-первых, это значительная потребность в электроэнергии, во вторых, недопустимость значительных перерывов подачи кислорода, а следовательно, затраты электроэнергии.

Эти недостатки частично устраняются при применении биотенков на полное окисление. Биотенки – это аэрационные сооружения, где наряду со свободно плавающими в виде активного ила микроорганизмами, культивируются и прикрепленные к загрузке микроорганизмы в виде активной пленки, т.е. соединения в одном сооружении признаков аэротенка и биофильтра, которые иногда называют аэротенками с загрузкой, биофильтраторами, биореакторами.

Преимуществом биотенков по сравнению с аэротенками является возможность значительно увеличить дозу ила в аэрационной системе: в аэротенке любой конструкции доза ила не может быть более 3,5 г/м³, иначе нарушается работа вторичных отстойников и значительно увеличивается вынос активного ила с очистных сооружений, что ведет к резкому увеличению концентрации взвешенных веществ на выходе после очистных сооружений. В биотенке, благодаря тому, что в плавающем состоянии находится только часть ила, можно увеличить дозу ила за счет прикрепленных микроорганизмов в 2÷3 раза, а следовательно повысить окислительную мощность сооружения, снизив таким образом необходимое время аэрации и объем аэрационной емкости также в 2÷3 раза. В качестве загрузки применяют полиэтиленовую пленку с отверстиями, располагаемую вдоль стен емкости, пластмассовые листы, трубы, кирпичи, керамзит. Сотрудниками Макеевского инженерно-строительного института под руководством профессора Куликова предложена и внедрена новая форма заполнителя в виде ершей из полимерных материалов (стеклоершей, лавсановых и капроновых ершей) диаметром 50÷65 мм со значительно развитой системой для прикрепления микроорганизмов. Этот наполнитель обладает высокой коррозионной стойкостью, прочностью, большой грязеемкостью, 99% пористостью, незначительным гидравлическим сопротивлением, поддается управляемому регулированию на нем.

В качестве биореакторов для очистных сооружений производительностью 50÷700 м³/сут предложены 5–6-ступенчатые устройства с полупогружными вращающимися биобарабанами с ершовой загрузкой. Аналогичные установки выполняются с перфорированными дисками из пенопласта, пластмассы или рулонных материалов.

Результаты исследований показывают, что применение биотенков позволяет не только сократить необходимое время аэрации, но и снизить удельный расход воздуха по сравнению с аэротенками, т.к. наряду с аэробными прикрепленными микроорганизмами присутствуют анаэробные микроорганизмы, которые тоже вносят свой вклад в очистку. Успешное решение интенсификации биологической очистки в значительной степени определяется удачным выбором материала носителя. Материал загрузки должен иметь развитую поверхность, достаточную прочность, не быть токсичным, не подвергаться биохимической деградации, быть удобным в конструировании и иметь низкую стоимость.

Сравнительные исследования различных материалов показали, что на стадии полной биологической очистки лучшие результаты обеспечивает загрузка из керамзита, на стадии глубокой очистки – волокнистые материалы (ерши).

Для станций малой производительности рекомендуется применение биотенков на полное окисление. По такой технологии выполнены очистные сооружения по типовым проектам 902-3-91.90-902-3-94.90 производительностью от 100 до 700 м³/сут. Расчет их осуществляется по методике СНиП для аэрационных установок на полное окисление (6.166÷6.170 СНиП 2.04.03-85) с увеличением дозы ила до 6–9 г/л.

Применение аэрационных сооружений на полное окисление, как правило, наиболее экономично при производительности установок до 700 м³/сут, при производительности от 700 м³/сут до 1500 м³/сут стоимость сооружений на полное окисление и сооружений с аэробной стабилизацией в отдельно выделенных сооружениях и аэротенках классического типа примерно одинакова (емкость аэрационных сооружений на полное окисление несколько больше суммарной емкости аэротенка и аэробного стабилизатора, а площадь иловых площадок в первом случае значительно меньше). В связи со значительным упрощением конструкции сооружения и облегчением его эксплуатации такие сооружения бывает выгодно применять при производительности до 3000 м³/сут.

Таблица 3.1

Очистные сооружения малой производительности

Биологические очистные сооружения

естественной
очистки
типовые
проекты
искусственной
очистки
типовые
проекты

Централизованные системы Q = 5041500 м³/су

1. Поля фильтрации
Расчет
Аэротенки продленной аэрации, биотенки продленной аэрации
902-3-91.91
902-3-92.91
902-3-89.90

2. -
Расчет
Биофильтры
902-3-66.87

3. Биологические пруды
Т.П. 902-3-6
Циркуляционные окислительные каналы
Т.П.
902-3-075.88

Децентрализованные системы Q = 0,45÷50 м³/сут

1. Песчано-гравийные фильтры
902-3-32.84
Аэротенки
902-3-35.84
902-3-90.90

2. Фильтрующие траншеи, фильтрующие колодцы
902-3-074.87
902-3-73.1.87
902-3-072.87
Биофильтры
Расчет

3. Поля подземной фильтрации

Биологические пруды
Т.П. 902-3-6

В качестве сооружений механической очистки перед сооружениями надземной и подземной фильтрации предусматриваются септики или двухярусные отстойники. Перед сооружениями искусственной биологической очистки обычно предусматриваются решетки дробилки или решетчатые контейнеры. Если это оборудование имеется в канализационной насосной станции, расположенной на расстоянии не более 500 м, то дополнительно на очистных сооружениях они не предусматриваются. Следующей ступенью механической очистки обычно являются тангенциальные песколовки, отличающие простотой конструкции и высокими удельными нагрузками (нагрузка на 1 м² поверхности т-песколовки по СНиП составляет 110 м³/ч·м²). При производительности сооружений менее 100 м³/ч песколовки могут не предусматриваться.

В качестве первичных отстойников обычно применяются отстойники с нисходяще-восходящим потоком, двухярусные отстойники или горизонтальные отстойники в блоке с аэрационными сооружениями. Отстойники могут вообще не предусматриваться, но при этом увеличивается нагрузка на аэрационные сооружения: при отсутствии первичных отстойников расчет ведется по БПКполн неосветленных вод (из расчета 75 г/чел. сут), а при наличии отстойников по БПКполн осветленной воды (из расчета 40 г/чел. сут).

В качестве сооружений глубокой очистки (снижение БПКполн и взвешенных веществ до концентрации 7÷3 мг/л) в естественных условиях применяются биопруды и сооружения подземной фильтрации, в искусственных условиях это могут быть фильтры с зернистой загрузкой (т.п. 902-2-412.86÷902-2-414.86), а также аэрационные сооружения с ершовой загрузкой (т.п. 902-3-91.91÷902-3-94.91). Все обобщенные данные по выбору N типовых проектных решений приведены в табл. 3.1.

3.1. Очистные сооружения централизованных систем канализации

Применяются очистные сооружения с аэротенками продленной аэрации (полного окисления), как правило, при производительности до 700 м³/сут. Преимущество аэротенков продленной аэрации – упрощение конструкции и эксплуатации сооружений благодаря обработке (стабилизации) прироста активного ила в общем объеме со сточными водами, что достигается низкой нагрузкой на ил.

Пример расчета аэротенка продленной аэрации

Расход сточных вод Q = 400 м³/сут;

Исходная БПКполн Len = 300 мг/л;

Очищенная БПКполн Lex = 15 мг/л.

Период аэрации (формула 48 СНиП 2.04.03-85)

где аi – доза ила, г/л; (3,5 г/л); S – зональность ила (для бытовых сточных вод – 0,3);

ρ – удельная скорость окисления, мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч (для аэротенков продленной аэрации – 6).

Минимальный расход сточных вод (с учетом табл. 2 СНиП 2.04.03-85) – 6,3 м³/ч. Наибольший расход сточных вод за период аэрации составит 400 – 6,3(24 – 19,4) = 371 м³. Этот расход соответствует требуемому объему аэротенка.

При гидравлической глубине аэротенка 3,2 м, требуемая площадь его 116 м². Принимаем аэротенк из двух секций, каждая размером в плане 6×12 м. Принятый объем аэротенка 461 м³.

Степень рециркуляции активного ила в аэротенках

где Ji – иловый индекс, см³/г (для бытовых сточных вод и аэротенков продленной аэрации с нагрузкой на ил q₁ = ρ · 24 = 144 мг/г·сут иловый индекс = 115), q₁ = 6 · 24 = 144 мг/г·сут.

Максимальный расход сточных вод (с учетом табл. 2 СНиП 2.04.03-85) – 41,6 м³/ч. Рециркуляционный расход активного ила 41,6 · 0,68 = 28,3 м³/ч.

Удельный расход воздуха на очистку 1 м³ сточных вод в аэротенке

где q₀ – удельный расход кислорода воздуха, мг/мг снятой БПКполн (для аэротенков продленной аэрации – 1,25); К₁ – коэффициент, для среднепузырчатой аэрации К₁ = 0,75; К₂ – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов, при глубине погружения 3 м К₂ = 2,08; Кт – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, определяемый по формуле

Кт = 1 + 0,02(Tw – 20),

где Тw – среднемесячная температура воды за летний период; (Тw = 20°); К₃ – коэффициент, зависящий от характера сточных вод, для бытовых сточных вод К₃ = 0,85; С₀ – средняя концентрация кислорода в аэротенке (2 мг/л); Са – растворимость кислорода в воде, определяемая по формуле

где Ст – растворимость кислорода в воде при данных температурах и атмосферном давлении, Ст для конкретного случая = 11 мг/л.

Средний расчетный часовой расход воздуха

Требуемый напор воздуха Н = h₁ + h₂ + h₃, где h₁ – потеря напора в аэраторе – 0,1 м вод. ст.; h₂ – потеря напора в трубопроводах и арматуре – 0,15 м вод. ст.; h₃ – глубина погружения аэратора – 3 м.

Н = 0,1 + 0,15 + 3 = 3,25 м.

См. Т.П. 902-3-90.90, Т.П. 902-3-89.90.

Пример расчета вторичных отстойников с нисходяще-восходящим потоком

Исходные данные: расчетный часовой расход сточных вод q₀ = 41,6 м³/ч; рабочая глубина отстойной части Нset = 2,7 м; иловый индекс Ji = 115 см³/г; доза ила аi = 3,5 г/л; концентрация ила в осветленной воде аt = 15 мг/л.

Гидравлическая нагрузка на отстойники после аэротенков

где Кss – коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимается для отстойника с нисходяще-восходящим потоком 0,35.

Тогда общая требуемая площадь отстойников S = 41,6 · 0,96 = 40 м². Принимаем два отстойника с размерами в плане 6×4,5 м². Принятая площадь отстойников 54 м².

Пример расчета вторичных отстойников с загрузкой из тонкослойных блоков

(Расчет производится по методике ВНИИ ВОДГЕО для блоков, работающих по перекрестной схеме).

Использовано в Т.П. 902-3-92.91

Исходные данные: расчетный часовой расход сточных вод qр = 41,6 м³/ч; угол наклона полок тонкослойных блоков – 60°; расстояние между полками h = 0,05 м; длина полок l = 1,5 м; допустимая расчетная скорость (при содержании взвешенных веществ в осветленной сточной воде 15 мг/л) – V = 3 мм/с (10,8 м/ч). Принимаем отстойник из двух отделений (n = 2). Тогда требуемая площадь отстаивания одного отделения

Толщина материала полок (листы асбестоцементные) – 0,008 м. Ширину полки принимаем b = 1 м. Тогда площадь отстаивания в одном слое (ярусе)

Требуемое количество ярусов в блоке

Общая длина блока

(0,05 + 0,008)33 = 1,9 м.

Принятая длина отстаивания перед тонкостенными блоками 1,1 м.

Пример расчета эрлифта для перекачки циркулирующего активного ила

Исходные данные: расчетный часовой расход сточных вод qp = 41,6 м²/ч; степень рециркуляции активного ила Rj = 0,68; глубина погружения форсунки от уровня воды в отстойнике hn = 2 м; КПД эрлифта ηэ = 0,6; количество эрлифтов n = 2. Удельный расход воздуха эрлифтами для перекачки циркулирующего ила

Расход воздуха на 1 эрлифт

Скорость подъема водовоздушной смеси в стояке эрлифта принимаем Vcn = 1,2 м/с. Тогда требуемое сечение стояка

Принимаем стояк диаметром 125 мм.

Пример расчета биофильтров с пластмассовой загрузкой

Биофильтры применяются в станциях биологической очистки сточных вод производительностью 100÷700 м³/сут. Биофильтры представляют собой каркасную конструкцию, внутри которой развешиваются перфорированная винипластовая пленка, являющаяся загрузкой. Смесь сточных вод и осадка распределяется по поверхности биофильтра с помощью водораспределительной системы. Вентиляция биофильтра естественная. Очищенная жидкость стекает с загрузки, смывая биопленку, и попадает в стабилизатор. Согласно СНиП 2.04.03.85 максимальный эффект очистки достигается на биофильтрах и составляет 90%, БПКполн исходной воды равен 300 мг/л. Для достижения полной биологической очистки концентрация загрязнений по БПКполн в поступающей воде должна быть не более 150 мг/л. Для получения такой величины поступающая вода разбавляется очищенной, т.е. предусматривается рециркуляция. Требуемая степень разбавления определяется из соотношения

где Qпост – расход поступающей сточной воды, Qпост = 200 м³/сут; Qpц – рециркулярный расход; Lex1 – БПКП0Лн поступающей воды; Lex1 = 300 мг/л; Lex2 – БПКполн после разбавления, Lex2 = 150 мг/л; Len – БПКполн очищенной воды, Len = 15 мг/л;

Lex2 – задается исходя из требуемого конечного результата (Len).

Общее количество воды, поступающей на биофильтры, – Qпост + Qрц = 22 м³/сут. Требуемый объем биофильтров определяется исходя из гидравлической нагрузки = 7,5 м³/м³·сут, при температуре сточных вод 12°С и высоте загрузки биофильтра = 3 м (см. СНиП 2.04.03-85 табл. 39).

Объем биофильтра равен

Требуемая площадь: 56,27 м³/3 м = 18,76 м²

Количество биофильтров принято два. Размеры фильтра в плане приняты 2×4,7 м, фактическая площадь всех биофильтров 18,8 м².

Количество избыточной биопленки, выносимой из биофильтров (по сухому веществу), – 28 г/чел·сут, зольность избыточной пленки – 30%, зольность минерализованной биопленки – 47%. Количество избыточной биопленки при расчетном количестве жителей 800 чел. составляет: G = 22 400 г/сут.

Удельный расход кислорода на 1 г биопленки – 1,4 г O₂/г, а требуемое количество кислорода на стабилизации биопленки равно

Если количество кислорода, расходуемое в стабилизаторе за один проход через него осадка, равно 5 мг/л, то расход сточных вод, необходимый для обеспечения стабилизатора кислородом, определяется по формуле

Объем стабилизатора (время стабилизации 10 суток, концентрация осадка – 7 г/л) равен

Нагрузка на 1 м² поверхности отстойной зоны стабилизаторов или отстойников определяется по формуле

где U₀ – гидравлическая крупность биопленки, при полной биологической очистке U₀ = 1,4 мм/с; Кset – коэффициент, зависящий от типа отстойника, для горизонтальных – 0,5; для вертикальных – 0,35.

Требуемая площадь поверхности отстойной зоны 11,8 м².

Данный тип биофильтра использован в Т.П. 902-3-64.87, 902-3-66.87, 9023-68,87 и 902-3-70.87.

Биологические пруды

Процесс очистки в биологических прудах аналогичен процессам, происходящим при самоочищении водоемов. Для устройства биологических прудов могут быть использованы естественные впадины местности, заброшенные карьеры, а также специально созданные водоемы. Пруды применяют для биологической очистки и глубокой очистки городских, производственных и поверхностных сточных вод.

Биологическую очистку сточных вод в прудах с естественной аэрацией осуществляют в тех случаях, когда БПКполн не превышает 200 мг/л, при большей БПКполн необходимо проводить этот процесс в прудах с искусственной аэрацией. Если БПКполн превышает 500 мг/л, то поступающие сточные воды следует предварительно очищать.

При глубокой очистке сточные воды направляются в пруды после их биологической или физико-химической очистки: в прудах с естественной аэрацией БПКполн поступающих сточных вод не должна превышать 25 мг/л, а в прудах с искусственной аэрацией – 50 мг/л. После глубокой очистки БПКполн сточных вод может быть доведена до 2–3 мг/л летом и 1–2 мг/л зимой.

Биологические пруды, устраиваемые на не фильтрующих или слабо фильтрующих грунтах, должны состоять не менее чем из двух параллельно работающих секций, включающих от двух до пяти последовательно расположенных ступеней. Эффект очистки в каждой секции следует принимать около 50–60%.

Конструктивные размеры каждой секции пруда с естественной аэрацией должны назначаться с учетом обеспечения гидравлического режима, близкого к идеальному вытеснению, гарантирующему движение жидкости по всему живому сечению пруда. Это достигается или соотношением длины секции и ее ширины не менее 20:1, или конструкциями впускных и выпускных устройств. Рабочая глубина прудов принимается равной 0,5–1 м.

В прудах с искусственной аэрацией форма пруда в плане зависит от типа аэратора, обеспечивающего скорость движения воды в любой точке пруда не менее 0,05 м/с.

Рабочая глубина пруда зависит от БПКполн поступающей сточной воды и не должна превышать 0,5; 1; 2 и 3 м соответственно при БПКполн > 100, > 40, > 20 и < 20 мг/л.

Применение биологических прудов рекомендуется для очистки сточных вод при их расходах до 5000 и 15 000 м³/сут соответственно в прудах с естественной и искусственной аэрацией; для глубокой очистки сточных вод при их расходах до 10 000 м³/сут в прудах с естественной аэрацией, а более 10 000 м³/сут с искусственной аэрацией.

Для повышения глубины очистки воды до БПКполн = 3 мг/л и снижения содержания в ней биогенных элементов (азота и фосфора) рекомендуется разведение в последней ступени прудов высшей водной растительности – камыша, рогоза, тростника и др. Площадь, занимаемая высшей водной растительностью, обычно определяется нагрузкой по воде, составляющей 10 000 м³/сут на 1 га при плотности посадки 150–200 растений на 1 м².

Поля фильтрации и поля орошения

Поля фильтрации – это участки земли, предназначенные для полной биологической очистки предварительно осветленных сточных вод. При очистке сточных вод на полях фильтрации используется самоочищающая способность почвы: наиболее интенсивно процесс окисления органических загрязнений идет в верхних слоях почвы (0,2–0,3 м), где соблюдается благоприятный кислородный режим. Из этого и вытекают требования, предъявляемые к отводимой под поля фильтрации территории, к свойствам грунтов, а также к качеству и объему сточной воды, которая может быть очищена на 1 га площади полей.

Земледельческие поля орошения – это специально подготовленные и спланированные участки, на которых выращивают сельскохозяйственные культуры, а для орошения и удобрения используют сточные воды после их полной биологической очистки.

Применение почвенных методов очистки рекомендуется при расходах сточных вод до 5000–10 000 м³/сут.

Поля орошения и поля фильтрации состоят из карт, спланированных горизонтально или с незначительным уклоном и разделенных земляными оградительными валиками. Сточная вода распределяется по картам оросительной сетью; вода, профильтрованная через слои почвы, отводится осушительной сетью. Для полей следует выбирать участки со спокойным рельефом местности. Естественный уклон на этих участках не должен превышать 0,02.

Наиболее предпочтительно устраивать поля на песчаных и супесчаных грунтах; можно устраивать их также на суглинистых грунтах и тощих глинах, однако нагрузку по сточным водам в этом случае снижают. Тяжелые суглинки и глины не пригодны для этих целей, т.к. поля заболачиваются. Торфяные грунты нуждаются в предварительном осушении.

Уровень подземных вод на территории, используемой под поля, должен находиться на глубине не менее 1,5 м от поверхности. При более высоком положении уровня подземных вод необходимо устройство дренажа.

Межполивной период для полей фильтрации колеблется от 5 до 10 дней; для полей орошения он устанавливается в соответствии с режимом полива выращиваемых культур.

При определении требуемой площади полей орошения и полей фильтрации исходят из так называемой нормы нагрузки, т.е. объема сточной воды, которая может быть подана на 1 га площади полей за определенный промежуток времени. Нормы нагрузки зависят от многих факторов: характера почвы, ее окислительной мощности, фильтрационной способности, пористости; от типа полей, рода выращиваемых на них культур; характера и концентрации загрязнений сточных вод; от климатических условий и др. (см. табл. 3.1). Нагрузки сточных вод на поля фильтрации в зависимости от вида грунта, климатических условий и глубины залегания подземных вод принимают по табл. 3.2 (СНиП 2.04.03-85).

Таблица 3.2

Зависимость нагрузок сточных вод от вида грунта

Грунты | Среднегодовая температура воздуха, °С | Нагрузка сточных вод (м³/га·сут), при залегании грунтовых вод на глубине, м
1,5 | 2 | 3
Легкие суглинки | От 0 до 3,5 | - | 55 | 60
Св. 3,5 до 6 | - | 70 | 75
6-11 | - | 75 | 85
Св. 11 | - | 85 | 100
Супеси | От 0 до 3,5 | 80 | 85 | 100
Св. 3,5 до 6 | 90 | 100 | 120
6-11 | 100 | 110 | 130
Св. 11 | 120 | 130 | 150
Пески | От 0 до 3,5 | 120 | 140 | 180
Св. 3,5 до 6 | 150 | 175 | 225
6-11 | 160 | 190 | 235
Св. 11 | 180 | 210 | 250

Примечания: 1. Нагрузка указана для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков от 300 до 500 мм.

2. Нагрузку необходимо уменьшать для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков: 500–700 мм – на 15–25%; свыше 700 мм, а также для 1 климатического района и III А климатического подрайона – на 25–30%, при этом больший процент снижения нагрузки надлежит принимать при легких суглинистых, а меньший – при песчаных грунтах.

Расчет полей ведется по среднесуточной норме нагрузки, т.е. по количеству сточных вод, приходящихся на 1 га площади полей в среднем за сутки в течение года.

Полная расчетная площадь полей фильтрации

где Fф.полн – полезная площадь полей фильтрации, га; Fф.рез – резервная площадь полей фильтрации, га, равная 10–25% полезной площади (СНиП, п. 6.183); kф.в = 0,25÷0,35 – коэффициент, учитывающий увеличение площади в связи с устройством вспомогательных сооружений.

Полная расчетная площадь полей орошения

где Fо.пол – полезная площадь полей орошения, га; Fо.рез – резервная площадь полей орошения, га; Ко.в = 0,15÷0,25 – коэффициент, учитывающий увеличение площади в связи с устройством вспомогательных сооружений.

Полезная площадь полей фильтрации

где Q – среднесуточный расход сточных вод, м³/сут; qф – нагрузка сточных вод на поля фильтрации, м³/(га·сут).

Полезная площадь полей орошения

где qо – нагрузка сточных вод на поля орошения, м³/(га·сут), определяемая как средневзвешенная величина из нагрузок на участки с различными видами сельскохозяйственных культур (см. табл. 3.3).

Для удобства эксплуатации поля разделяются валиками на отдельные карты. Размеры карт полей фильтрации определяют в зависимости от рельефа местности, общей рабочей площади полей, способа обработки почвы, количества очищаемой сточной жидкости. При обработке площадей тракторами площадь одной карты должна быть не менее 1,5 га. Длина карт принимается в 2–4 раза больше ширины. Площадь карт полей орошения принимается 5–8 га; ширина карт зависит от вида грунта: для песков 50 м, для супесей 80–100 м, для суглинков 120–150 м. Длина карт должна быть в 4–5 раз больше ширины. Общее число карт Nо.полн зависит от принятых размеров одной карты. Поскольку при подготовке полей к летнему вегетационному периоду, при уборке урожая, в период дождей выпуск на поля орошения сточной воды не допускается, для приема сточных вод служат в это время резервные, не занимаемые под сельскохозяйственные культуры участки, выполняющие роль обычных полей фильтрации. Площадь этих полей, га, определяется по формуле

где а – коэффициент, учитывающий часть расхода сточных вод, поступающих на резервные участки (значения а для района со средней температурой воздуха до 5, 10 и 15°С принимаются соответственно 1, 0,75 и 0,5); qф – норма нагрузки сточных вод на резервные фильтрационные поля, м³/(га·сут).

Ширина карт резервных фильтрационных участков принимается 50–100 м, а длина – в 2–4 раза больше ширины. В зимнее время после промерзания почвы фильтрация сточной воды практически прекращается и начинается постепенное намораживание поступающей сточной воды. Требуемая для намораживания площадь

где tнам – продолжительность зимнего намораживания, принимаемая равной числу дней со среднесуточной температурой воздуха ниже –10°С [принимается по изолиниям; β – коэффициент зимней фильтрации, зависящий от фильтрационной способности грунтов: для легких суглинков, супеси и песков он соответственно равен 0,3, 0,45 и 0,55; hнам – высота слоя намораживания, принимаемая не более 1 м (обычно 0,5–0,6 м); hoc – высота слоя зимних осадков, м; ρ – плотность льда, равная 0,9 т/м³].

Таблица 3.3

Нормы нагрузки бытовых сточных вод на поля орошения для районов со среднегодовой высотой слоя атмосферных осадков 300–500 мм

Среднегодовая температура воздуха, °С | Нагрузки на поля орошения, м³/(га·сут), в зависимости от грунта | Нагрузки на поля орошения, м³/(га·сут), в зависимости от грунта
Суглинок | Супесь | Песок
До 3,5 | Огородные | 30 | 40 | 60
Полевые | 15 | 20 | 30
3,6–6 | Огородные | 35 | 50 | 75
Полевые | 20 | 25 | 40
6,1–9,5 | Огородные | 45 | 60 | 80
Полевые | 25 | 30 | 40
9,6–11 | Огородные | 60 | 70 | 85
Полевые | 30 | 35 | 45
Более 11 | Огородные | 70 | 80 | 90
Полевые | 35 | 40 | 45

Сточные воды подают в наивысшую точку полей в распределительный колодец, откуда вода по сети распределительных каналов поступает в отдельные карты. Для распределения воды внутри карт полей орошения перед поливами устраивают временную оросительную сеть в виде полос или борозд. Для равномерного заполнения водой карты планируют с продольными и поперечными уклонами; размер уклона зависит от водопроницаемости грунта. Продольные и поперечные уклоны равны: для легких суглинков 0,001 и 0,002, для супесей 0,002 и 0,003, для песков 0,003 и 0,004. Оросительная сеть должна быть запроектирована так, чтобы сточная вода подавалась самотеком в любой из участков обслуживаемой этой сетью территории. Земельные каналы устраивают трапецеидального сечения, каналы и лотки – прямоугольного сечения с облицовкой. Ширина по верху оградительных разделительных валиков должна быть не менее 0,7 м. Крутизну их откосов принимают в зависимости от грунта: в супесях и суглинках она должна быть не более 1:1,5, а в песках – 1:2. Размеры лотков и трубопроводов определяют расчетом, наименьшие размеры лотков 0,2 на 0,2 м, а наименьший диаметр труб 100 мм.

Магистральный канал рассчитывают по общему максимальному секундному расходу, а распределительный канал – по максимальному секундному расходу, который зависит от числа карт Noд, одновременно орошаемых и примыкающих к данному распределительному каналу

где tм.п – продолжительность межполивного периода, назначаемая 5–10 сут в зависимости от водно-воздушного режима полей, фильтрационной способности грунтов, уровня подземных вод.

Расход воды, поступающей на одну карту, л/с

Каналы рассчитывают по обычным формулам гидравлики для равномерного движения жидкости с соблюдением допустимых скоростей потока и уклонов каналов. Минимальная незаиливающая скорость для картовых оросителей, распределительных и магистральных каналов принимается равной 0,3, 0,4 и 0,5 м/с. Наименьший уклон для картовых оросителей принимают 0,001, а для распределительных и магистральных каналов – 0,0005. При неблагоприятных грунтовых условиях на полях орошения и полях фильтрации устраивают осушительную водоотводящую сеть, которая состоит из дренажа, сборной сети, отводящих линий и выпусков. Дренаж позволяет своевременно отводить лишнюю влагу из почвы и способствует прониканию воздуха в осушаемый деятельный слой, без чего не может проходить аэробный окислительный процесс. Устройство дренажа обязательно при залегании подземных вод на глубине менее 1,5 м от поверхности карт. В зависимости от характера грунтов дренажную сеть устраивают в виде открытых осушительных канав или закрытого дренажа: в слабопроницаемых грунтах (суглинках) – закрытый дренаж; в сильнопроницаемых грунтах (песок, супесь) – открытые осушительные канавы.

Циркуляционные окислительные каналы

Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) следует предусматривать для биологической очистки сточных вод в районах с расчетной зимней температурой наиболее холодного периода не ниже минус 25°С. ЦОК представляет собой проточный бассейн трапецеидального сечения, имеющий замкнутую форму в плане и оборудованный механическим аэратором, обеспечивающим циркуляционное перемещение, перемешивание и насыщение кислородом обрабатываемой смеси сточной воды и активного ила. Продолжительность аэрации надлежит определять по формуле

где tatm – период аэрации, ч; Len, Lex – БПКполн поступающей и очищенной воды; мг/л; ai – доза ила г/л (3т4 г/л); S – зольность ила = 0,35; ρ – удельная скорость окисления по БПКполн = 6 мг/(г·ч).

Глубина окислительного канала принимается равной 1 м, количество избыточного активного ила – 0,4 кг на 1 кг БПКполн, удельный расход кислорода – 1,25 мг на 1 мг снятой БПКполн.

По схеме работы циркуляционные каналы делят на каналы непрерывного и периодического действия. В каналах непрерывного действия разделение иловой смеси осуществляется во вторичном отстойнике, а в каналах периодического действия непосредственно в самом канале при выключенных аэраторах.

Механический аэратор рассчитывают по подаче необходимого кислорода и по созданию скорости потока в канале (расчет ведут по БПК₅). Количество кислорода, кг/сут, которое необходимо подать в сточную воду, определяется по формуле

где Z = 1,42 мг/мг (по БПК₅); Len, Lex – БПК₅; расчетная производительность 1 м аэратора по кислороду г/(ч·м)

где n₀ – частота вращения аэратора, С⁻¹; ha – глубина погружения аэратора, см; da – диаметр аэратора, см.

Для механических клеточных аэраторов диаметром 50, 70 и 90 см расчетную производительность Ма находят по табл. 3.4.

Требуемая скорость движения жидкости в канале, м/с

где Hц – глубина канала, м.

Скорость движения жидкости в канале, создаваемая аэратором

±

где jа – импульс давления аэратора, определяется по характеристике аэратора, см. табл. 3.4; 1а – длина аэратора, м; Sц – площадь живого сечения канала, м²; n = 0,014 – коэффициент шероховатости для бетонных стенок; R – гидравлический радиус, м; 1ц – длина циркуляционного канала, м; – сумма коэффициентов местных сопротивлений для 0 – образного канала, равная 0,5.

Таблица 3.4

Данные для расчета механического клеточного аэратора

Диаметр, см | Частота вращения, мин⁻¹ | Глубина погружения гребней, см | Производительность по кислороду, г/(ч·м) | Требуемая мощность кВт/м | Импульс давления
50 | 60 | 8 | 230 | 0,21 | 0,0035
15 | 380 | 0,49 | 0,0055
20 | 490 | 0,6 | 0,0054
50 | 90 | 8 | 470 | 0,42 | 0,0066
15 | 950 | 0,9 | 0,012
20 | 1170 | 1,2 | 0,011
50 | 120 | 8 | 850 | 0,62 | 0,016
15 | 1800 | 1,42 | 0,017
20 | 2300 | 1,92 | 0,016
70 | 60 | 8 | 300 | 0,36 | 0,006
15 | 570 | 0,9 | 0,013
20 | 940 | 1,35 | 0,1
70 | 80 | 8 | 570 | 0,57 | 0,01
15 | 1130 | 1,5 | 0,01
20 | 1900 | 2,27 | 0,09
70 | 100 | 8 | 830 | 0,85 | 0,014
15 | 1930 | 2,24 | 0,024
20 | 3200 | 3,5 | 0,035
90 | 60 | 8 | 530 | 0,68 | 0,0086
15 | 1200 | 2,21 | 0,021
30 | 1430 | 4,0 | 0,022
90 | 80 | 8 | 910 | 1,14 | 0,013
15 | 2400 | 3,6 | 0,03
30 | 3400 | 6,26 | 0,034
90 | 100 | 8 | 1350 | 1,8 | 0,016
15 | 3900 | 5,0 | 0,04
30 | 5600 | 9,0 | 0,049

Длину аэратора необходимо применять не менее ширины канала по дну и не более ширины канала по зеркалу воды, число аэраторов – не менее двух. По данным типовых проектов производительность циркуляционных окислительных каналов – от 100 до 1400 м³/сут; БПК₅ поступающих стоков – 150, 250 и 400 мг/л. Число каналов на очистных сооружениях 1–2, число аэраторов в канале 1–4. См. паспорт Т.П. 902-3-075.99.

3.2. Очистные сооружения децентрализованных систем канализации

Децентрализованные (местные) системы канализации предназначены для удаления небольших количеств сточных вод до 25 м³/сут. Наиболее распространено использование сооружений подземной фильтрации на базе типовых проектов 902-3-072.87*, 902-3-73.1.87^73.3.87. Также используются поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды.

Септики

Септики – это отстойники, в которых одновременно происходят осветление и сбраживание сточной воды и длительное хранение ила (рис. 6). Осадок хранится от 6 до 12 месяцев, постепенно превращаясь в газообразный продукт и растворимые минеральные соединения (под воздействием анаэробных микроорганизмов). Сточная вода в септиках в течение 2–4 суток осветляется и подвергается воздействию анаэробных бактерий.

Рис. 6. Септик: 1 – впускной трубопровод; 2 – корка; 3 – септическая часть (осадок); 4 – отстойная часть; 5 – перегородки с отверстиями; 6 – выпуск

Септики применяются для механической очистки сточных вод, поступающих на поля подземной фильтрации, в песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи и фильтрующие колодцы.

Полный расчетный объем септика надлежит принимать: при расходе сточных вод до 5 м³/сут – не менее 2,5-кратного. Такие объемы принимаются, исходя из условия очистки их не менее 1 раза в год.

При среднезимней температуре сточных вод свыше 10°С или при норме водоотведения свыше 150 л/сут на одного жителя полный расчетный объем септика допускается уменьшить на 15–20%.

При расходе сточных вод до 1 м³/сут принимаются однокамерные септики, до 10 м³/сут – двухкамерные и свыше 10 м³/сут – трехкамерные.

Объем 1 камеры следует принимать: в двухкамерных септиках – 0,75, в трехкамерных – 0,5 расчетного объема. При этом объем второй и третьей камер надлежит принимать по 0,25 расчетных объема.

В септиках, выполняемых из бетонных колец, все камеры следует принимать равного объема. В таких септиках при производительности свыше 5 м³/сут камеры надлежит предусматривать без отделений.

При необходимости обеззараживания сточных вод, выходящих из септика, следует предусматривать контактную камеру, размер которой в плане должен быть не менее 0,75×1 м.

Лоток подводящей трубы должен быть расположен не менее чем на 0,05 м выше расчетного уровня жидкости в септике. Необходимо предусматривать устройства для задержания плавающих веществ и естественную вентиляцию. Выпуски из зданий должны присоединяться к септикам через смотровые колодцы.

См. паспорта Т.П. 902-3-072.87, 902-3-32.84 и 902-3-73.1.87.

Песчано-гравийные фильтры и фильтрующие траншеи

Песчано-гравийные фильтры и фильтрующие траншеи при количестве сточных вод не более 15 м³/сут следует проектировать в водонепроницаемых и слабофильтрующих грунтах при наивысшем уровне грунтовых вод на 1 м ниже лотка отводящей дрены.

Перед сооружениями необходимо предусматривать установку септиков.

Расчетную длину фильтрующих траншей следует принимать в зависимости от расхода сточных вод и нагрузки на оросительные трубы, но не более 30 м, ширину траншей понизу – не менее 0,5 м.

Таблица 3.5

Сооружение | Высота слоя загрузки,м | Нагрузка на оросительные трубы, л/(м·сут)
Одноступенчатый песчаногравийный фильтр или вторая ступень двухступенчатого фильтра | 1–1,5 | 80–100
Первая ступень двухступенчатого фильтра | 1–1,5 | 150–200
Фильтрующая траншея | 0,8–1 | 50–70

Примечания: 1. Меньшие нагрузки соответствуют меньшей высоте.

2. Нагрузки указаны для районов со среднегодовой температурой воздуха от 3 до 6°С.

3. Для районов со среднегодовой температурой воздуха выше 6°С нагрузку следует увеличивать на 20–30%, ниже 3°С – уменьшать на 20–30%.

4. При удельном водоотведении свыше 150 л/(чел сут) нагрузку следует увеличивать на 2030%.

Песчано-гравийные фильтры надлежит проектировать в одну или две ступени. В качестве загрузочного материала одноступенчатых фильтров следует принимать крупно- и среднезернистый песок и другие материалы. Загрузочным материалом в первой ступени двухступенчатого фильтра могут быть гравий, щебень, котельный шлак и другие материалы крупностью, принимаемой согласно п. 6.122 СНиП 2.04.03-85, во второй ступени – аналогично одноступенчатому фильтру. В фильтрующих траншеях в качестве загрузочного материала следует принимать крупно- и среднезернистый песок и другие материалы.

Нагрузку на оросительные трубы песчано-гравийных фильтров и фильтрующих траншей, а также толщину слоя загрузки, следует принимать по табл. 3.5 (СНиП 2.04.03-85).

См. паспорт Т.П. 902-3-072.87.

Фильтрующие колодцы

Фильтрующие колодцы устраивают только в песчаных и супесчаных грунтах при количестве сточных вод не более 1 м³/сут. Основание колодца должно быть выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м. Перед колодцами необходимо устраивать септики.

Фильтрующие колодцы следует проектировать из железобетонных колец, кирпича усиленного обжига или бутового камня. Размеры в плане должны быть не более 2×2 м, глубина – 2,5 м.

Ниже подводящей трубы следует предусматривать:

донный фильтр высотой до 1 м из гравия, щебня, спекшегося шлака и других материалов – внутри колодца;

обсыпку из тех же материалов:

– у наружных стенок колодцев;

– отверстия для выпуска профильтровавшейся воды – в стенках колодцев.

В покрытии колодца надлежит предусматривать люк диаметром 700 мм и вентиляционную трубу диаметром 100 мм.

Расчетную фильтрующую поверхность колодца надлежит определять как сумму площадей дна и поверхности стенки колодца на высоту фильтра. Нагрузка колодца на 1 м² фильтрующей поверхности должна приниматься 80 л/сут в песчаных грунтах и 40 л/сут в супесчаных грунтах.

Нагрузку следует увеличивать: на 10–20% – при устройстве фильтрующих колодцев в средне- и крупнозернистых песках или при расстоянии между основанием колодца и уровнем грунтовых вод свыше 2 м; на 20% – при удельном водоотведении свыше 150 л(чел·сут) и среднезимней температуре сточных вод выше 10°С.

Для объектов сезонного действия нагрузка может быть увеличена на 20%.

См. паспорта Т.П. 902-3-072.87 и 902-3-074.87.

Поля подземной фильтрации

Поля подземной фильтрации следует применять в песчаных и супесчаных грунтах, при расположении оросительных труб выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м и заглублении их не более 1,8 м и не менее 0,5 м от поверхности земли. Оросительные трубы рекомендуется укладывать на слой подсыпки толщиной 20–50 см из гравия, мелкого хорошо спекшегося котельного шлака, щебня или крупнозернистого песка.

Перед полями подземной фильтрации надлежит предусматривать установку септиков.

Общая длина оросительных труб определяется по нагрузке в соответствии с табл. 3.6 (СНиП 2.-04.03-85). Длину отдельных оросителей следует принимать не более 20 м.

Таблица 3.6

Нагрузка на поля фильтрации в зависимости от грунта

Грунты | Среднегодовая температура воздуха, °С | Нагрузка, л/сут на 1 м оросительных труб полей, подземной фильтрации, в зависимости от глубины, наивысшего уровня грунтовых вод от лотка, м
1 | 2 | 3
Пески | До 6 | 16 | 20 | 22
От 6,1 до 11 | 20 | 24 | 27
Св. 11,1 | 22 | 26 | 30
Супеси | До 6 | 8 | 10 | 12
От 6,1 до 11 | 10 | 12 | 14
Св. 11.1 | 11 | 13 | 16

Примечания: 1. Нагрузка указана для районов со среднегодовым количеством атмосферных осадков до 500 мм.

2. Нагрузку необходимо уменьшать: для районов со среднегодовым количеством осадков 500–600 мм – на 10–20%, свыше 600 мм – на 20–30%; для I климатического района и III А климатического подрайона – на 15%. При этом больший процент снижения надлежит принимать при супесчаных грунтах, меньший – при песчаных.

3. При наличии крупнозернистой подсыпки толщиной 20–50 см нагрузку следует принимать с коэффициентом 1,2–1,5.

4. При удельном водоотведении свыше 150 л/сут на одного жителя или для объектов сезонного действия нормы нагрузок следует увеличивать на 20%.

Для притока воздуха следует предусматривать на концах оросительных труб стояки диаметром 100 мм, возвышающиеся на 0,5 м над уровнем земли.

Принципы компоновки очистных сооружений и их эксплуатация

В соответствии со СНИП 2.04.03-85 септики и фильтрующие колодцы располагаются от границ зданий жилой застройки с разрывом 5 и 8 м соответственно, поля подземной фильтрации – 15 м, фильтрующие траншеи и песчано-гравийные фильтры – 25 м.

Септики и сооружения подземной фильтрации следует размещать по отношению к источникам водоснабжения согласно СНИП 2.04.02-84 на расстоянии не менее 30 м – для надежно защищенных горизонтов, а для недостаточно защищенных горизонтов и инфильтрационных водозаборов – не менее 50 м.

Сточная вода из распределительного колодца поступает в камеры или камеру септика, где происходит ее осветление и перегнивание органических веществ. Осветленная сточная вода по трубопроводу направляется в распределительные колодцы и далее поступает на сооружения подземной фильтрации, которые при песчаных и супесчаных грунтах устраиваются в виде фильтрующих колодцев и полей подземной фильтрации, а при суглинистых и глинистых грунтах – в виде фильтрующих траншей и песчано-гравийных фильтров.

В первом случае очищенная вода фильтруется в грунт, а во втором – отводится в естественные водоприемники (лог, овраг, водоемы и т.п.) после обеззараживания. Обеззараживание осуществляется в резервуаре очищенной воды.

Оросительная и дренажная сети в сооружениях подземной фильтрации выполняются из асбестоцементных труб с пропилами, а в качестве фильтрующего материала используется песок, щебень и гравий.

Эксплуатация сооружений осуществляется жильцами или персоналом, обслуживающим эти здания. Контроль за работой сооружений осуществляется управлениями водо-канализационного хозяйства и органами санитарной службы. Необходимо периодически осуществлять контроль за равномерным распределением сточной воды по орошаемой площади. При заиливании системы рекомендуется производить проталкивание проволоки через оросители с последующей промывкой их водой.

Кроме того, для восстановления фильтрующей способности грунта вокруг оросительной сети рекомендуется проводить эпизодическое хлорирование. Контроль за работой очистных сооружений, имеющих отвод фильтрата (песчано-гравийные фильтры и траншеи), заключается в периодическом (1 раз в 46 месяцев) отборе проб дренажных вод для производства химико-бактериологического анализа.

По данным эксплуатации, после отстаивания в септиках, содержание взвешенных веществ снижается на 70–75%, а БПК₅ – на 30–35%.

Сточные воды подаются и отводятся по заглубленному тройнику, чтобы образовавшаяся на поверхности корка из всплывших взвешенных веществ не препятствовала входу и выходу стоков, а также для того, чтобы предотвратить попадание всплывших взвешенных веществ в осветленную воду. Камеры септика сообщаются между собой двумя патрубками, выполненными на разной высоте, один из которых заглублен в жидкость, а другой находится над ней.

Удаление корки и осадка рекомендуется производить два раза в год – весной и осенью. При этом нельзя допускать, чтобы уровень осадка или нижняя поверхность корки доходила до отверстий, через которые вода поступает из одной камеры в другую или до нижнего уреза тройника.

Перед чисткой септик выключить из работы, т.е. прекратить поступление в него сточной воды.

Чистку септика следует начинать с удаления корки, предварительно разбив ее на куски. Удаление корки производится вычерпыванием ее вилами с длинными изогнутыми зубьями или черпаком в виде сетки с отверстиями 3–4 мм.

Удаление осадка производится черпаком с длинной ручкой, откачкой диафрагмовым насосом или ассенизационной машиной. Примерно 20% осадка должно остаться в септике для обеспечения его дальнейшей работы.

Осмотр и чистку тройников на входящей и выходящей трубе рекомендуется производить по возможности чаще. Скопившийся в тройнике осадок проталкивается вниз или извлекается из тройника.

Контроль за работой септика сводится к определению взвешенных веществ и активной реакции среды pH в поступающей в септик сточной воде и выходящей из него.

При нормальной работе септика концентрация взвешенных веществ должна снижаться в процессе очистки на 70–75%, а pH – находиться в пределах 6,5–7,5.

При всех эксплуатационных и ремонтно-строительных работах перед спуском рабочих в колодец или септик необходимо после открытия люков и снятия крышек проветрить сооружения не менее 2 часов. В колодец или септик запрещается опускаться с фонарем, имеющим открытое пламя, зажигать в колодцах или септиках огонь и курить.

Спуск людей в сооружения при проведении эксплуатационных и ремонтных работ в одиночку и без предохранительных поясов со страховочными веревками запрещается.

Для спуска в септики в стенах предусмотрены скобы; допускается применение переставных лестниц. Наружная грань крышки люка возвышается над планировочной отметкой грунта на 80 мм. Для утепления и предохранения септиков от попадания в них мусора устанавливаются дополнительные деревянные крышки.

С внутренней стороны стенки и днище оштукатуриваются водонепроницаемым цементно-песчаным раствором толщиной 20 мм состава 1:3, В/Ц = 0,5, с добавкой азотнокислого кальция (нитрата кальция), с затиркой поверхности.

С наружной стороны кирпичные септики окрашиваются горячим нефтяным битумом марки III и IV за 2 раза по грунтовке из раствора битума в бензине (битум марки IV – 30%, бензин II сорта – 70%). Лотковая часть выполняется из монолитного бетона класса В15 с последующей затиркой поверхности лотка цементно-песчаным раствором марки 200 и железнением.

3.3. Обеззараживание сточных вод

Для обеззараживания сточных вод используется “активный хлор”, который образуется при растворении в воде газообразного хлора или при электролизе растворов поваренной соли.

Могут использоваться также вещества, содержащие активный фтор: хлорная известь, гипохлорит кальция или товарный раствор гипохлорита натрия.

Для получения раствора гипохлорита натрия следует использовать электролитные установки непроточного типа ЭН-5, для работы которых используется поваренная соль, причем на получение 1 кг активного хлора расходуется до 15 кг соли. Расход электроэнергии на получение 1 кг активного хлора составляет до 7,5 кВт. В состав установки входят растворный бак-накопитель гипохлорита натрия, вентилятор и соединительные трубопроводы. При производительности очистных сооружений до 200 м³/сут используется метод прямого электролиза с установками типа “Поток” и “Каскад”. Обеззараживание воды прямым электролизом является разновидностью хлорирования. Сущность метода обеззараживания воды прямым электролизом состоит в том, что под действием электрического тока из хлоридов, находящихся в самой обрабатываемой воде, образуется в основном “активный хлор”, который и обеззараживает воду непосредственно в потоке.

Установки типа “Каскад” и “Поток” предназначены для обеззараживания очищенных сточных вод. Они представляют собой электролитическую ванну с расположенным в ней пакетом электродов. Ванна установлена на подставке. Пакет электродов состоит из чередующихся окисно-рутениевых анодов и титановых катодов.

Сточная вода поступает в установку через патрубок, протекает в межэлектродном пространстве и отводится. Для предупреждения поступления в электролизер активного ила и других крупных частиц загрязнений, выносимых иногда потоком воды из очистных сооружений, на входе рекомендуется устанавливать сетку с размерами ячеек 2–3 мм. При обрастании катодов отложениями солей жесткости пакет электродов опускается на 15–20 мин в бочки с 3–5% раствором соляной кислоты. Допускается залив кислоты непосредственно в электролизер после его опорожнения через сливной патрубок.

В тех случаях, когда очищенная сточная вода отводится не по трубопроводу, а по какому-либо специальному лотку или каналу, пакет электродов может устанавливаться непосредственно в нем. Пакет электродов должен быть погружен в воду на глубину 200 мм. Не допускается контакт пакета с лотком, изготовленным из токопроводящего материала. Установка “Каскад” имеет следующую характеристику:

Производительность, м³/ч – 2÷2,5

Номинальная мощность, кВт – 5,8

Напряжение питания, В – 380±10%

Рабочее напряжение на электродах, В – 6–12

Рабочий ток, А – не более 30

Размеры, мм:

блока обеззараживания 620×368×785

выпрямителя переменного тока 870×480×1662

Место расположения установок обусловлено сущностью метода. Они должны располагаться перед контактными емкостями, которые позволяют обеспечивать необходимое время контакта обеззараживающих реагентов с обрабатываемой водой. Установка “Поток” применена в т.п. 902-3-66.87 для производительности 100 и 200 м³/сутки.

3.4. Обработка осадков сточных вод

В процессе обработки сточных вод образуются осадки. В септиках образуется осадок влажностью 92÷94%. Этот осадок периодически, 1÷2 раза в год, вывозится ассенизационной машиной на сливную станцию. При невозможности вывоза осадка, он удаляется черпаком на бетонированную площадку с ограждающей стенкой по периметру высотой 0,3÷0,4 м для подсушки. Размер площадки определяется исходя из нагрузки 2,5 м³ на 1 м² в год. Подсушенный до влажности 70÷75% осадок убирают с площадки подсушки на компостную площадку, где его смешивают с сухим торфом, опилками или обработанным осадком в соотношении 1:1 и образуют бурт высотой 1,5–2 м. Осадок в бурте должен находиться 5–6 месяцев, из которых половина должна приходиться на теплое время года. Периодически – один раз в месяц – осадок в бурте перемешивают, помешивая наружные слои внутрь бурта в целях обеззараживания осадка за счет саморазогрева до 60°С. Полученный компост используется в качестве удобрения (содержит до 4% азота (N), до 5% фосфора (Р₂O₅), до 6% калия (К₂O)).

Стабилизированный избыточный ил (в аэротенках продленной аэрации) отбирается из вторичных отстойников после отключения эрлифта циркулирующего ила и уплотнения в течение 0,5–1 ч. Ил влажностью 99% направляется на иловые площадки для просушки. Для обработки стабилизированного активного ила целесообразно проектировать площадки-уплотнители с возможностью отвода иловой воды как с поверхности осадка, так и из нижней части расслоившегося осадка, располагая водовыпуски на различных отметках. Наиболее просто такой водовыпуск устраивать в виде колодца с 3–4 отверстиями в стенках на разной высоте, перекрываемыми затворками. Подсушенный осадок следует компостировать в целях дегельминтизации. Компостирование подсушенного избыточного ила может осуществляться аналогично компостированию осадка из септиков.

При неблагоприятных климатических условиях для компостирования ила (расчетная зимняя температура ниже –30°С, влажный климат) можно предусматривать его дегельминтизацию (уничтожение яиц глистов) путем нагрева ила, отобранного из вторичного отстойника, до 60°С с выдерживанием в течение 1,5–2 ч в дегельминтизаторе. Для нагрева осадка может использоваться острый пар или горячая вода из самостоятельного контура системы теплоснабжения. Дегельминтизированный осадок затем поступает на иловые площадки и далее обрабатывается по указанной ранее схеме.

Элекгродегельминтизатор применен для обеззараживания осадков сточных вод в т.п. 902-3-92.91.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

1. Проектные решения по реконструкции очистных сооружений

Примеры реконструкции городских очистных сооружений

Проектные решения, принимаемые при реконструкции очистных сооружений, направлены как на интенсификацию работы этих сооружений, так и на строительство новых очистных сооружений, если местные условия позволяют идти на расширение площади застройки.

Рассмотрим некоторые примеры реконструкции станций биофильтрации, а также локальных очистных сооружений на промышленных предприятиях.

Пример 1. Реконструкция очистных сооружений поселка Н. На очистные сооружения поступают сточные воды от ряда поселков и деревень, а также от нескольких предприятий, в основном по производству изделий строительной индустрии (завод керамических изделий, кирпичный завод и др.). Количество поступающих сточных вод около 10 000 м³/сут, концентрация загрязнений по ВПК составляет 120 мг/л, по взвешенным веществам – 150 мг/л; коэффициент неравномерности поступления сточных вод – 1,4; средняя температура сточных вод зимой Т = 12°С, эффект очистки не превышает 50%.

На рис. 1 приведена технологическая схема действующих очистных сооружений пос. Н. Как видно из схемы, часть воды после песколовок поступает на осветлители, а часть – в осветлители-перегниватели, куда перекачивается и осадок из вторичных отстойников. Следует отметить, что в данном и последующих примерах в технологических схемах не показаны решетки, которые устанавливаются в здании насосной станции перед подачей сточных вод в приемную камеру очистных сооружений.

В связи с необходимостью расширения комплекса очистных сооружений, увеличением расхода поступающих сточных вод до 20 000 м³/сут на перспективу и повышением требований по эффективности их очистки перед сбросом в водоем был выполнен проект расширения комплекса очистных сооружений. В проекте предусмотрено дополнительное строительство блока сооружений на расход 10 000 м³/сут в следующем составе: приемная камера; песколовки с круговым движением воды; блок емкостных сооружений (первичные отстойники, аэротенки, вторичные отстойники, контактные резервуары, илоперегниватели, аэробные минерализаторы); иловые площадки-уплотнители; блок фильтров глубокой очистки; производственные и вспомогательные сооружения; каскадный перепад с фильтрующей загрузкой. Реализация этого проекта потребовала бы наличия значительных площадей для расширения очистных сооружений. Сточные воды имеют следующие исходные данные: расчетный расход Q = 20 000 м³/сут (0,231 м³/с) БПКполн поступающих сточных вод 120 мг/л; концентрация взвешенных веществ 150 мг/л, азота аммонийных солей 9,5 мг/л; фосфатов 3,5 мг/л. Река характеризуется следующими данными: наименьший среднемесячный расход при 95%-ной обеспеченности Qp = 5,66 м³/с; глубина Нср = 1 м; коэффициент извилистости φ = 1,1; расстояние до контрольного створа l = 500 м; концентрация органических загрязнений Lp = 1,48 мг/л; содержание взвешенных веществ Вр = 21,2 мг/л и растворенного кислорода Qp = 7,1 мг/л; имеет рыбохозяйственное значение.

Рис. 1. Технологическая схема биофильтрации в пос. Н: 1 – приемная камера; 2 – горизонтальные песколовки диаметром 6 м с круговым движением воды; 3 – осветлители диаметром 9 м; 4 – осветлители-перегниватели диаметром 15 м; 5 – аэрофильтры диаметром 18 м; 6 – вторичные отстойники диаметром 9 м; 7 – смеситель; 8 – контактные резервуары; 9 – хлораторная; 10 – иловые площадки; 11 – песковые бункеры и площадки

Определим коэффициент смешения сточных вод с водой водоема по формуле

где Q – расход воды (при 95%-ной обеспеченности) в створе реки у места выпуска сточных вод, м³/с; q – расход сточных вод, м³/с; L – длина русла от места выпуска сточных вод до расчетного створа, м; α – коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения.

Коэффициент а определен по формуле

где – коэффициент, учитывающий место расположения выпуска (для берегового – 1,0); φ – коэффициент извилистости русла; Е – коэффициент турбулентной диффузии.

Коэффициент турбулентной диффузии равен

Следовательно,

Коэффициент смешения

Кратность разбавления

Произведем расчеты необходимой степени очистки по различным показателям:

1) расчет БПКполн с учетом биохимического процесса самоочищения воды от органических веществ, уже имеющихся в водоеме выше места выпуска сточных вод, ведется по формуле

где Lпд – предельно допустимая БПКполн смеси речной и сточной воды в расчетном створе, мгO₂/л; Lр – БПКполн речной воды до места выпуска сточных вод, мг/л; К₁ – константа скорости потребления кислорода стоками, сут⁻¹; К₂ – константа скорости реаэрации кислорода в водоеме, сут⁻¹; t – время перемещения сточных вод и воды водоема от места выпуска до расчетного створа, сут,

2) расчет необходимой степени очистки сточных вод по потреблению растворенного кислорода в воде без учета реаэрации произведен по формуле

где Ор – содержание растворенного кислорода в водоеме до спуска сточных вод, мг/л; О – допустимое минимальное остаточное количество кислорода в водоеме, мг/л; 0,4 – коэффициент пересчета БПКполн в БПК₂.

3) расчет максимальной концентрации взвешенных веществ в очищенной сточной воде производится по допустимому увеличению содержания взвешенных веществ в воде водоема

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в очищенной воде, спускаемой в водоем, рассчитано по формуле

где Р – допустимое санитарными нормами увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод, Р = 0,25 мг/л для водоема I категории; b – содержание взвесей в водоеме до спуска сточных вод, мг/л.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ, которые могут содержаться в водоеме, рассчитываются с учетом комбинированного действия веществ, нормируемых по одному и тому же показателю вредности: общесанитарному (азот аммонийных солей – 0,39 мг/л); токсикологическому (ПАВ – 0,5 мг/л; фосфаты – 0,5 мг/л); санитарно-токсикологическому (хлориды – 300 мг/л).

Концентрация загрязнений после смешения очищенных сточных вод с водой рассчитывается по формуле

где Сст и Ср – концентрация загрязнения, мг/л, соответственно в сточных водах, сбрасываемых в водоем, и в воде водоема до спуска сточных вод; n – кратность разбавления.

В соответствии с расчетами на смешение сточных вод с водой реки Т. определена необходимая степень очистки сточных вод: по взвешенным веществам – до 12,38 мг/л, по БПКполн – 3,17 мг/л.

Для достижения требуемых показателей предусматривается механическая, биологическая и глубокая очистка сточных вод. Для механической очистки рекомендуется использовать существующие сооружения: песколовки, осветлители и осветлители-перегниватели. Для обеспечения очистки расчетного расхода сточных вод предусматривается реконструкция этих сооружений.

Для исключения неравномерности притока сточных вод на сооружения, а следовательно создания постоянного режима работы сооружений, в течение суток проектируется использование двух существующих осветлителей-перегнивателей в качестве регулирующих резервуаров, в которых сточная жидкость будет накапливаться в часы максимального притока и из которых она насосами будет подаваться на очистку в часы минимального притока.

Для биологической очистки сточных вод предусматривается реконструкция двух существующих аэрофильтров путем замены загрузки и водораспределительной системы сточных вод.

Биологически очищенные сточные воды подвергаются доочистке на песчаных фильтрах и далее направляются в контактные резервуары, которые реконструируются для обеспечения насыщения кислородом сточных вод перед сбросом их в водоем. Для сброса сточных вод в реку используется существующий выпуск.

Обеззараживание сточных вод предусматривается путем подачи хлорной воды в камеру перед вторичными отстойниками.

Осадок из осветлителей и биопленка из вторичных отстойников насосной станции должны перекачиваться в проектируемый корпус механического обезвоживания осадка на центрифугах. Принимается 100%-ный резерв оборудования в корпусе обезвоживания, вследствие чего не требуется строительство дополнительных иловых площадок на 2-месячный расход осадка в случае аварии в цехе механического обезвоживания.

Остановимся несколько подробнее на реконструкции отдельных существующих сооружений.

Реконструкция горизонтальной песколовки с круговым движением воды

Реконструкция горизонтальной песколовки с круговым движением воды включает в себя установку полочного тонкослойного модуля, вихревой воронки, распределительных решеток в рабочем лотке и системе аэрации. Такая песколовка не имеет недостатков, свойственных горизонтальным песколовкам с круговым движением воды. Сточная вода в реконструируемой песколовке распределяется с помощью распределительной решетки, установленной в начале песколовки. Круговой лоток рассчитывается и работает как аэрируемая песколовка. Аэрация и закручивание потока осуществляется в ней дырчатыми аэраторами. Центральная часть песколовки работает как песколовка с вихревой водяной воронкой.

Расчет реконструируемой песколовки производим при следующих исходных данных: расход сточной воды на одну песколовку Qп = 10 000 м³/сут; диаметр песколовки Dn = 6 м; ширина кругового лотка Вп = 600 мм; средняя длина кругового лотка lФ = 16,96 м; площадь живого сечения кругового лотка: треугольной части s₁ = 0,51 м²; s₂ = 0,27 м² и общая s₀ = 0,51 м²; площадь поверхности зеркала воды в круговом лотке S = 10,17 м², максимальная высота сточной воды в круговом лотке: прямоугольного сечения h₁ = 450 мм, треугольного сечения h₂ = 400 мм и общая h = 850 мм. Рассчитаем аэрационную систему песколовки. Необходимый расход воздуха QB, м³/ч, для одной песколовки определяют по формуле

где I – интенсивность аэрации, принимается по СНиПу равной 4 м³/(м²·ч).

Скорость воздуха в подводящем трубопроводе принимаем цт = 10 м/с и находим диаметр трубопровода

Конструктивно принимаем для аэрации кругового лотка песколовки два аэратора. Тогда расход воздуха на один аэратор равен

Определяем диаметр аэратора

Назначаем диаметр отверстий в аэраторе d₀ = 5 мм, общая площадь отверстий S₀ = π · r₀² = 3,14 · 0,0025² = 0,000019625 м². Число отверстий на данном аэраторе

Круговой лоток песколовки рассчитывается как горизонтальная аэрируемая песколовка. Определяем среднесуточный расход сточных вод, поступающих на песколовку,

Максимальный секундный расход сточных вод, поступающих на песколовку,

Расход сточной воды в круговом лотке при скорости течения сточной воды υ = 0,1 м/с

Определяем коэффициент влияния потока по формуле

где Uр – гидравлическая крупность задерживаемых песколовкой частиц песка, равная 11,5 мм/с (диаметр частиц песка 0,15 мм).

Коэффициент условий входа воды в песколовке при наличии в канале распределительной решетки k₂ = 1,05, тогда поправочный коэффициент длины песколовки будет равен: k = k₁ · k₂ = 2,79 · 1,05 = 2,93.

Расчетная длина реконструированной песколовки меньше средней длины выбранной песколовки lср = 16,96 м, следовательно, при расходе по круговому лотку Q = 0,051 м³/с данная песколовка обеспечит задержание частиц песка с расчетным диаметром, равным 0,15 мм, с некоторым запасом.

Рассчитаем вихревую водяную воронку. Расход сточной воды, который необходимо отвести через центральную трубу, составит

Определим площадь живого сечения центральной отводной трубы, принимая скорость течения сточной воды в центральной трубе υц.т = 0,8 м/с,

Вычислим диаметр центральной трубы:

Скорость в сжатом сечении центральной трубы составит

Критический напор, необходимый для самопроизвольного воронкообразования,

Критический напор, необходимый для пропуска заданного расхода,

Критический напор, при котором возникает устойчивая водяная воронка,

Из расчетов видно, что условие 0,108 > 0,085 > 0,066 выполняется.

Реконструкция осветлителя со взвешенным слоем (диаметром 9 м)

Осветлитель представляет собой открытую емкость, состоящую из корпуса, глухого чашеобразного днища, дырчатого распределительного днища, воздухо-отделительного лотка, центрального стояка с распределительным устройством типа “паук”, шламоотводящих труб и кольцевой перфорированной трубы, составляющих единую систему принудительного отбора, сборных желобов, трубопровода осветленной воды, трубопровода откачки осадка и герметического поплавкового клапана.

Осадок удаляется в нижнюю часть аппарата по шламооводящим трубам и после уплотнения откачивается по трубопроводу на сооружения по обработке осадка. Осветлители надежно работают при концентрации взвешенных веществ в поступающей сточной воде до 200 мг/л, эффект очистки достигает 90%, концентрация взвешенных веществ в осадке 15–50 г/л.

Восходящую скорость в осветлителе назначаем равной: υосв = 1,2 мм/с = 4,32 м/ч, тогда площадь осветлителя составит Fосв = π · R² = 3,14 · 4,5² = = 63,6 м², следовательно, его пропускная способность равна Qосв = Fосв · υосв = 63,6 · 4,32 = 274,7 м³/ч.

По высоте осветлителя имеются следующие зоны: зона распределения 1 м, зона взвешенного слоя 1,8 м, защитная зона 1,5 м и зона шламоуплотнения 4 м. Для равномерности подачи сточных вод принимаем 12 распределительных труб диаметром 200 мм.

Суммарная площадь отверстий дырчатого дна составит 1,5% площади осветлителя: ΣFо.д.д = 0,015Fосв = 0,954 м². Диаметр отверстий dотв = 20 мм, тогда fо.д.д = 0,000314 м². Число отверстий Шаг отверстий 14,5 см. Система отвода чистой воды из уплотнителя представляет собой кольцевую трубу диаметром 200 мм с отверстиями (90 шт.) диаметром 24 мм.

Реконструкция осветлителей со взвешенным слоем осадка (диаметром 15 м)

Расчет производим аналогично расчету осветлителя диаметром 9 м. Восходящую скорость принимаем равной: υосв = 1,2 мм/с = 4,32 м/ч. Определяем площадь осветлителя Fосв = πR² = 3,14 · 4,52 = 176,6 м² и его пропускную способность Qocв = Fосвυосв = 176,6 · 4,32 = 763,02 м³/ч. Для равномерности подачи вод принимаем 18 распределительных труб диаметром 200 м. Суммарная площадь отверстий дырчатого дна составит: ХРо.дд = 0,015Росв = 2,65 м².

Приняв диаметр отверстий равным 20 мм, определим их число: п = ΣFо.д.д/fо.д.д = 2,65/0,000314 = 8436. Шаг отверстий 14,5 см.

Система отвода чистой воды из уплотнителя представляет собой кольцевую трубу диметром 200 мм с отверстиями (150 шт.) диаметром 24 мм.

Из шести существующих отстойников принимается для осветления сточной воды два осветлителя диаметром 15 м и два осветлителя диаметром 9 м.

Реконструкция существующих аэрофильтров

Расчетная пропускная способность двух существующих аэрофильтров составляет около 10 000 м³/сут. Представляется целесообразным перевести технологическую схему работы биофильтров с одноступенчатой на двухступенчатую; осуществить перегрузку объемной загрузки на плоскостную в одной или двух секциях аэрофильтра, увеличив высоту слоя загрузочного материала по крайней мере до 3 м. Необходимо также осуществить замену водораспределительной системы биофильтра.

В качестве загрузочного материала применяем загрузку из гофрированного полиэтилена, выпускаемого Загорским опытным заводом пластмасс, который имеет следующие характеристики: плотность 77 кг/м³, пористость 92%, площадь удельной поверхности 147 м²/м³. Гофрированный полиэтилен смывается в блоки высотой 0,5 м, диаметром 0,5–0,7 м. В качестве прокладки используется натянутая проволока из алюминиевых сплавов диаметром 2–4 мм. Блоки устанавливают рядами в теле биофильтра, создавая плотную и жесткую конструкцию. Между блоками большого диаметра 0,5–0,7 м во избежание проскоков струй воды устанавливают блоки меньших диаметров (0,15–0,25 м).

Гидравлическую нагрузку и нагрузку по органическим загрязнениям определяем на единицу объема загрузочного материала биофильтра. При высоте слоя загрузочного материала Н = 3 м и диаметре биофильтра D = 18 м объем загрузки равен

Тогда гидравлическая нагрузка при расходе сточных вод Q = 20 000 м³/сут и подаче их на одну секцию реконструированного биофильтра составит нагрузка по БПКПОлн – М = Lеnqрf = 120 · 26,2 = 3145 г/(м³·сут), а нагрузка по БПКполн на 1 м² площади поверхности загрузочного материала –

При такой нагрузке, принятых конструктивных параметрах загрузочного материала и средней температуре сточной воды зимой Е = 12°С величина БПКполн отработавших сточных вод после первой ступени биологической очитки составит 30%. В этом случае в качестве второй ступени можно использовать биофильтр с гравийной загрузкой, эффективность работы которого должна составлять 5–30 мг/л, т.е. эффект снижения органических загрязнений соответствует 45–50% по снижению органических загрязнений и доведению в очищенных сточных водах БПКполн до 15 мг/л.

Для обеспечения надежной работы биофильтр первой ступени очистки накрывается утепленным деревянным куполом, а вертикальные стены утепляются шлаковатой с последующей защитой кровельным железом. Общий расход пластмассы составит около 60 т.

При реконструкции аэрофильтров необходимы промежуточные отстойники, рассчитанные на продолжительность отстаивания 0,5–1 ч, и отстойники после второй ступени биофильтров, рассчитанные на продолжительность отстаивания 1–1,5 ч.

При реконструкции биостанции вполне приемлемой может оказаться одноступенчатая технологическая схема биофильтрации. В этом случае требуется перегрузка обоих биофильтров на плоскую загрузку. В качестве загрузочного материла можно использовать гофрированную полиэтиленовую загрузку со следующими параметрами: Р = 95%, Sуд = 110 м²/м³. Загрузка также применяется в виде рулонных блоков. В этом случае высоту слоя загрузки следует принимать не менее 3 м, гидравлическую нагрузку 13,1 м³/(м³·сут), нагрузку по БПКполн 1573 г/(м³·сут), а нагрузку по БПКполн на 1 м² площади поверхности загрузочного материала 14,3 г/(м²·сут). При этом БПКполн отработавших сточных вод составит 13–15 мг/л.

При перегрузке двух аэрофильтров требуется перекрытие деревянными щитами купола и обоих биофильтров. Выбор окончательного варианта зависит от местных условий и принимается по результатам технико-экономических расчетов. Следует иметь в виду, что верхний слой биофильтров с плоскостной загрузкой в целях лучшего распределения сточной воды по поверхности загрузки и сохранения тепла в теле биофильтра в зимнее время выполняется из обрезков дренажных труб или каких-либо других пластмассовых засыпных элементов.

При реконструкции очистных сооружений пос. Н. принята одноступенчатая технологическая схема работы биофильтров с перегрузкой обеих секций (рис. 2). Существующие контактные резервуары используются для насыщения очищенных сточных вод кислородом. К резервуарам подводиться воздухопровод от корпуса производственных помещений; при расходе сточных вод 883 м³/ ч и вместимости резервуаров 450 м³ время насыщения воды кислородом составляет 0,5 ч. Для приема сточных вод от поселка и промышленных предприятий в количестве 20 000 м³/сут проектируется новая камера объемом 3 м³, к которой подключаются напорные трубопроводы; от новой камеры предусматривается лоток до существующей приемной камеры.

Рис. 2. Одноступенчатая технологическая схема биофильтрации: 1 – приемная камера; 2 – аэрируемые песколовки; 3 – камера с боковым водосливом; 4 – осветлители со взвешенным слоем осадка; 5 – регулирующие резервуары; 6 – биофильтры с плоскостной загрузкой; 7 – вторичные отстойники – контактные резервуары; 8 – блок песчаных фильтров; 9 – резервуары для насыщения сточных вод кислородом воздуха; 10 – хлораторная; 11 – корпус механического обезвоживания осадка; 12 – песковые бункеры и площадки; 13 – трубопровод подачи части сточных вод и регулирующие резервуары в часы максимального притока; 14 – трубопровод подачи сточных вод из регулирующих резервуаров в распределительную чашу осветлителей в часы минимального притока

Для снижения расчетных расходов сточных вод, поступающих на очистные сооружения, а также для уменьшения объемов проектируемых сооружений предусматриваются регулирующие резервуары. При наличии регулирующих резервуаров на очистные сооружения поступает среднечасовой расход сточных вод и, таким образом, все сооружения работают с постоянным гидравлическим режимом, что способствует увеличению эффекта очистки сточных вод.

Система регулирования расхода сточных вод включает камеру разделения потока с водосливом, узел отведения сточных вод в резервуары и насосную станцию возврата сточных вод в часы минимального притока. Сточные воды в резервуары подаются после песколовок.

Сточные воды из песколовок направляются в камеру с боковым водосливом. В часы максимального притока уровень жидкости в лотке поднимается, и часть расхода, превышающая среднечасовой, переливается через водослив и по сборному лотку поступает в резервуары. Если на очистные сооружения подается расход меньше расчетного расхода, то уровень воды в лотке не доходит до бокового водослива и сточные воды поступают в распределительную чашу осветлителей. В часы минимального притока сточные воды из резервуаров перекачиваются в распределительную чашу осветлителей. В течение 16 ч (с 5 до 21 ч) происходит накопление сточных вод в резервуарах. Под регулирующие резервуары оборудуются два существующих осветлителя-перегнивателя вместимостью 2000 м³ каждый.

На территории ОС предусматривается корпус обезвоживания осадков сточных вод. Осадок из осветлителей и отстойников перекачивается в корпус обезвоживания на гидроциклон для отделения песка от осадка и далее подается в две центрифуги ОГШ-50 и ГК-10 (одна рабочая и одна резервная) производительностью 15 м³/ч.

Вместо аварийных иловых площадок на 20% годового количества осадка в цехе механического обезвоживания предусматривается 100%-ный резерв оборудования. Таким образом, число центрифуг принимается равным 3 (одна рабочая и две резервные).

Обеззараживание обезвоженного осадка проектируется производить тиазоном. Обезвоженный осадок после центрифуг подается в смеситель, куда дозировано поступает тиазон. Для полного обеззараживания обработанный тиазоном осадок выдерживают в буртах, устраиваемых на площадке с твердым покрытием, которая проектируется на месте существующих иловых площадок рядом с песковыми площадками. Продолжительность выдержки в буртах должна составить 7–10 сут при температуре 10°С и до 15 сут при более низких температурах. Обеззараженный осадок может использоваться в качестве удобрения.

Корпус механического обезвоживания осадка размещается на месте существующих иловых площадок.

На площадке очистных сооружений для пропуска расчетного количества сточных вод предусматривается реконструкция лотков, расположенных между сооружениями. Дополнительно проектируются илопроводы, трубопроводы подачи биологически очищенных сточных вод на сооружения доочистки, трубопроводы технической воды, воздухопроводы. При этом проектируется прокладка дополнительных сетей (тепловых, электрических, линий связи и т.д).

В производственном корпусе предусматриваются помещения воздуходувной и насосной станций, тепловой пункт, щитовая, бытовые помещения, диспетчерская, комната обслуживающего персонала, экспресс-лаборатория.

Годовой экономический эффект по приведенным затратам по проекту реконструкции очистных сооружений составил 128 тыс. руб. (1990 г.).

Пример 2. Расширение очистных сооружений г. Д.

Рис. 3. Технологическая схема очистных сооружений г. Д: 1 – приемная камера; 2 – горизонтальные песколовки с круговым движением воды; 3 – первичные радиальные отстойники; 4 – двухъярусные отстойники; 5 – биологические фильтры; 6 – вторичные вертикальные отстойники; 7 – биологические пруды; 8 – контактные резервуары; 9 – хлораторная; 10 – площадки для компостирования осадка; 11 – иловые площадки; 12 – песковые площадки

Технологическая схема очистных сооружений г. Д приведена на рис. 3. Реконструкция ведется в две очереди. Расход сточных вод принят на 1-ю очередь равным 94 658 м³/сут (расчетный – 601 м³/ч) на расчетный период – 11 530 м³/сут (расчетный 719 м³/ч), при этом концентрация загрязнений по БПКполн составила 198 мг/л, по взвешенным веществам 244 мг/л, средняя температура сточных вод зимой Т = 14°С. Доля производственных сточных вод (в основном от предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции и предприятий индустрии) не превышает 8%.

Наиболее сложной проблемой при расширении станции биофильтрации оказалась реконструкция биофильтров. Существующие биофильтры представлены четырьмя секциями прямоугольных в плане капельных биофильтров (размеры каждой секции 18×21 м) с высотой слоя загрузки 2. Биофильтры выполнены из сборных железобетонных панелей с монолитной железобетонной обвязочной балкой по верху панелей, стены усилены железобетонными контрфорсами. Биофильтры устроены в открытом варианте.

При реконструкции предусматривается осуществить: выгрузку загрузочного материала биофильтров, наращивание борта на 0,5 м, замену поврежденных колосниковых решеток, а затем загрузку биофильтров щебнем крупностью фракций 25–50 мм с поддерживающим слоем крупностью фракций 70–100 мм. В ходе 1-й очереди строительства необходимо переоборудовать три биофильтра; на расчетный строк требуется переоборудовать еще одну секцию биофильтра. Таким образом, при расширении станции биофильтрации было принято решение переоборудовать капельные биофильтры в высоконагруженные.

Расчеты показывают, что при Len = 198 мг/л и Lex = 20 мг/л в отработавших сточных водах на биофильтре при средней температуре сточных вод зимой Т = = 14°C, удельном расходе воздуха qa = 12 м³/м³ и высоте слоя загрузки высоконагружаемого биофильтра Hof = 2,7 м коэффициент Kaf составит: по таблице 38 СНиП 2.04.03-85 гидравлическая нагрузка qаf соответствует 10 м³/(м²·сут). Следовательно, необходимая площадь биофильтров составит:

– на 1-ю очередь строительства:

– на расчетный период

Площадь одного переоборудованного высоконагружаемого биофильтра равна: F' = 378 м².

Расчеты показывают, что на расчетный период достаточно переоборудовать три капельных биофильтра в высоконагружаемые, а четвертую секцию оставить как работающий капельный биофильтр; его пропускная способность составляет 1150 м³/сут. При этом усложняется эксплуатация, но достигается общий положительный экономический эффект.

Возможен вариант замены загрузки одного капельного биофильтра на плоскостную. Если высоту слоя загрузки принять Н = 3 м, площадь удельной поверхности загрузочного материла из гофрированного полиэтилена Sуд = 110 м²/м³, его пористость Р = 95%, то при Lex = 198 мг/л и требуемом эффекте очистки 90% в соответствии с пп. 6.137-6.139 СНиП 2.04.03-85 допустимая нагрузка по органическим загрязнениям составит 2200 г БПКполн на 1 м³ объема биофильтра в 1 сут, что в пересчете на гидравлическую нагрузку даст 11 м³/(м³·сут). Объем загрузки реконструированного биофильтра (при Н = 3 м) составляет 1134 м³, что, в свою очередь, обеспечит пропускную способность плоскостного биофильтра 12 374 м³/сут, а это превышает расход сточных вод на расчетный период.

Значит, после переоборудования одной секции капельного биофильтра на биофильтр с плоскостной загрузкой, последний полностью обеспечит требуемый эффект очистки и пропуск расхода сточных вод на расчетный период. Тогда оставшиеся три секции капельных биофильтров можно демонтировать, используя загрузку как строительный материал, а корпуса биофильтров можно переоборудовать под склады, использовать на другие нужды или просто снести и построить на их месте другие сооружения. Но в таком варианте реконструкции заложена потенциальная возможность совершенствования технологической схемы очистки и получения соответствующего экономического эффекта. После обработки сточных вод на биофильтре с плоскостной загрузкой и последующего отстаивания во вторичных отстойниках эти воды можно подать на три оставшиеся секции капельных биофильтров. При начальной БПКполн около 20 мг/л гидравлическая нагрузка на 1 м³ объема капельных биофильтров на расчетный период составит а нагрузка по БПКполн – около 100 г/(м³·сут).

При такой нагрузке эффект снижения загрязнений, видимо, соответствует 40–60%, вследствие чего БПКполн снижается до 10 мг/л. Это, в свою очередь, позволит уменьшить объем и капитальных затрат, и земельных площадей.

Пример 3. Реконструкция биофильтров, расположенных в закрытых помещениях. Технологическая схема очистных сооружений станции биофильтрации рабочего поселка, расположенного в Приморском крае, приведена на рис. 4, а. Пропускная способность очистных сооружений 700 м³/сут. В настоящее время на очистные сооружения поступает около 1000 м³/сут сточных вод, а в ближайшие 2–3 года расход должен увеличиться до 1400 м³/сут (расчетный расход 27 л/с) при БПК₅ поступающих сточных вод 145 мг/л и требуемой БПК₅ в очищенных сточных водах 15 мг/л. Средняя температура сточных вод зимой Т = 12°С при реконструкции предполагается выгрузка щебеночной загрузки и установка плоскостной загрузки, выполненной из гофрированных асбестоцементных листов в виде блоков, собираемых на стержнях с фиксацией расстояния между асбестоцементными листами с помощью шайбовых прокладок толщиной 15–30 мм. Площадь удельной поверхности блочной загрузки из гофрированных асбестоцементных листов в зависимости от расстояния между ними может составлять 60–10 м²/м³, при реконструкции принято Sуд = 80 м²/м³ (расстояние между асбестоцементными листами принято равным 22 мм). Пористость загрузочного материала P = 70%. Местные условия не позволяют выполнить требования СНиП 2.04.05-85 п. 6.138, касающиеся высоты слоя плоскостной загрузки (не менее 3–4 м). Поэтому ступенчатую технологическую схему дополняют с использованием одного из вторичных отстойников для промежуточного отстаивания избыточной биопленки. При этом предусматривается дополнительное строительство вторичных отстойников или их модернизация с целью обеспечения требуемого эффекта отстаивания при увеличении расхода поступающих сточных вод в 2 раза. Необходима модернизация и двухъярусных отстойников, например за счет установки в них тонкослойных блоков. Следует определить требуемый объем плоскостного загрузочного материала для пропуска 1400 м³/сут сточных вод и обеспечения их очистки. При общей высоте слоя загрузки двух ступеней биофильтра 4 м (2 м + 2 м), средней температуре сточных вод зимой Т = 12°С (Кт = 0,138) и загрузочном материале с пористостью 70%, площадью удельной поверхности Sуд = 80 м²/м³ и Lex = = 15 мг/л допустимая органическая нагрузка по БПК₅ на 1 м² площади поверхности загрузочного материала составит

где η – критериальный комплекс, равный 2,6 при Lex = 15 мг/л.

Необходимый объем загрузочного материала

Объем одной секции биофильтра составляет 9 · 12 · 2 = 216 м³. Следовательно, нужно произвести выгрузку только одной секции биофильтра, разделить ее пополам перегородкой, осуществить ремонт колосниковых решеток, построить дополнительные (или разделить по месту) водоотводящие лотки, выполнить вентиляционные окна, загрузить оба отделения секции плоскостным блочным материалом и перевести работу этой секции на двухступенчатую схему очистки (рис. 4, б). Вторую секцию капельного биофильтра можно оставить как резерв или при повышении санитарных требований к степени очистки использовать как третью ступень глубокой биологической очистки.

Рис. 4. Технологическая схема станции биофильтрации жилого поселка (а) и схема движения сточных вод в здании биофильтров после их реконструкции (б): 1 – приемная камера; 2 – горизонтальные песколовки; 3 – двухъярусные отстойники; 4 – дозировочные баки биофильтров; 5 – спринклерная система водораспределения; 6 – биофильтры; 7 – вторичные отстойники;