Канализационные очистные сооружения

1. Определение расходов и концентраций загрязнений сточных вод от населенного пункта

В соответствие с данными по заданию принимаем неполную раздельную систему канализации, состоящую из подземных трубопроводов и каналов, предназначенных для отведения смеси бытовых сточных вод от жилой застройки города, бытовых и душевых вод и загрязненных производственных вод от промышленных предприятий на очистные сооружения.

1.1 Определение расходов сточных вод от жилой застройки

Удельное среднесуточное (за год) водоотведение бытовых сточных вод от жилых зданий q (л/сут чел.), принимаем равным расчетному удельному среднесуточному (за год) водопотреблению без учета расхода воды на полив территории и зеленых насаждений. Количество сточных вод от предприятий местной промышленности обслуживающей население, а также неучтенные расходы, принимаются дополнительно в размере 5% суммарного среднесуточного водоотведения населённого пункта.

Среднесуточный расход сточных вод от населённого пункта определяют по формуле:

где q_в — норма водоотведения, (принимается по заданию, л/ чел.*сут);

N — число жителей (принимается по заданию, чел.).

Среднечасовой расход:

;

Среднесекундный расход:

;

Общий коэффициент неравномерности принимается в зависимости от среднесекундного расхода (табл. П1) К_общ. = 1,15.

Распределение расходов сточных вод населенных пунктов по часам суток принимается на основании графиков водоотведения. Расчетные часовые расходы сточных вод от жилой застройки сводим в таблицу П8 (графа 3). Максимальный и минимальный часовой расход определяется по таблице притока сточных вод на очистные сооружения по часам суток.

Максимальный секундный расход:

;

Минимальный секундный расход:

;

1.2 Определение концентраций загрязнений от жилой застройки

Количество загрязняющих воду веществ, поступающее на очистные сооружения от одного жителя, необходимо принимать по табл. 25. Концентрацию загрязняющих веществ определяем исходя их удельного водоотведения на одного человека q (л/сут чел.) по формулам:

— концентрация взвешенных веществ

— концентрация органических загрязнений в неосветленной пробе

— концентрация азот аммонийных солей

— концентрация загрязнений фосфатами где, а — удельное количество соответствующих загрязнений, на одного жителя, г/сут (табл. 20 [3]).

q_в — норма водоотведения, принимается по заданию.

1.3 Характеристика загрязнений производственных сточных вод

Хлеб и хлебобулочные изделия изготовляются из муки с добавлением сахара, соли, животного и растительного масла, гидрожира, молочных продуктов, дрожжей, патоки, крахмала и др.

Технологический процесс производства состоит из просеивания муки с магнитной очисткой, приготовления теста, предварительной и окончательной расстойки и выпечки.

На хлебозаводах вода расходуется на приготовление теста и хлебной мочки, охлаждения заварки, приготовления раствора соли, сахара, дрожжей, кондиционирование воздуха в расстойных агрегатах, на охлаждение и мытье оборудования, на холодильные установки и хозяйственно-бытовые нужды.

На хлебозаводах предусматриваются две самостоятельные сети канализации: загрязненных производственных и бытовых сточных вод (при этом бытовые сточные воды отводятся самостоятельными выпусками) и незагрязненных сточных вод.

Производственные сточные воды загрязнены в основном мучными примесями. Они подвергаются биологической очистке, как правило, совместно с бытовыми сточными водами городов.

Таблица 1. Характеристика сбрасываемой в канализацию жидкости

Данные производственные сточные воды принимаются в городскую канализацию, где далее подвергаются очистке вместе с бытовыми сточными водами, поступающими от города.

1.4 Определение расходов сточных вод от хлебокомбината

Суммарный среднесуточный расход на производстве складывается из расходов производственных сточных вод от технологических процессов и хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих от туалетов, комнат приготовления пищи, отдыха и от душевых кабин:

Q_.пр.= Q_ПСВ+ Q_х-б.+Q_.душ., м³/сут где — расход производственных сточных вод, м³/сут;

Q_сут.х-б. — расход бытовых сточных вод от предприятия, м³/сут;

Q_душ — расход сточных вод от душевых кабин, м³/сут.

Расход производственных сточных вод принимается в курсовом проекте по заданию и при отсутствии дополнительных данных о распределении производственных сточных вод по часам суток коэффициент неравномерности поступления, принимается равным 1.

Среднечасовой расход производственных сточных вод определяем по формуле:

м³/час где — суточное количество производственных сточных вод на технологические нужды, м³/сут, принимается по заданию);

n — количество смен.

Расход производственных сточных вод заносим в таблицу притока (П8, графа 9).

Средний расход хозяйственно — бытовых сточных вод по каждой смене определяется по формуле для работающих в условиях с повышенным тепловыделением (в горячих цехах) для работающих в обычных условиях (в холодных цехах) где 45, 25 — нормы водоотведения, соответственно в цехах с повышенным тепловыделением и в холодных цехах, л/чел. в смену;

N_г, N_х — количество работающих в цехах соответственно с повышенным тепловыделением и в остальных.

Принимаем число работающих в первой смене 200 чел.

Из них работающих в цехах с повышенным тепловыделением 80 чел., а в остальных 120 чел.

Тогда расход хозяйственно — бытовых сточных вод для работающих в условиях с повышенным тепловыделением (в горячих цехах) составит для работающих в обычных условиях Число работающих во второй и третьей сменах по 150 чел. Из них в цехах с повышенным тепловыделением 60 человек, а в обычных условиях 90 чел.

Тогда расход хозяйственно — бытовых сточных вод для работающих в условиях с повышенным тепловыделением (в горячих цехах) составит для работающих в обычных условиях Для различных условий труда распределение расходов хозяйственно — бытовых сточных вод от промышленных предприятий по часам суток в процентах по каждой смене принимается по табл. П6. Для определения расходов хозяйственно — бытовых сточных вод по часам каждой смены результаты промежуточных расчетов сводят в табл. 2 (количество смен определено заданием).

Таблица 2. Количество бытовых сточных вод от предприятия

Расход душевых сточных вод определяем в зависимости от числа работающих по сменам.

Расход воды на одну душевую сетку составляет 500 л/ч при коэффициенте неравномерности равным 1. Расход душевых вод принимается в первый час последующей смены в объеме 100% сменного расхода предыдущей смены, при этом продолжительность пользования душем равна 45 минут.

Количество сточных вод, поступающее в систему водоотведения от душевых сеток, определяется по формуле:

Q_{сут душ}=q_дс•m_д•45/1000•60,

где q _дс — норма расхода воды на одну душевую сетку; q=500 л/с

45 — время работы душа, мин;

m — количество душевых сеток, определяемое по формуле:

где Nmax — максимальное количество людей в смену, принимающих душ;

n — количество людей, приходящихся на одну душевую сетку, чел.:

Р — процент людей, пользующихся душем; 75% от общего числа работающих.

Количество сточных вод, поступающих после первой смены:

Q¹_{сут душ} =500•30•45/1000•60= 11,25 мі/ч, где Количество сточных вод, поступающих после второй и третьей смен:

Q^2,3_{сут душ} =500•22,5•45/1000•60= 8,44 мі/ч, где

1.5 Определение концентраций загрязнений, поступающих на очистные сооружения

Средневзвешенные концентрации загрязнений сточных вод, поступающих на очистные сооружения, составят:

по взвешенным веществам:

мг/л;

по органическим загрязнениям:

по азоту аммонийных солей:

по фосфатам:

;

1.6 График притока сточных вод на очистные сооружения

Для определения расходов хозяйственно — бытовых и душевых сточных вод необходимо самостоятельно разбить общее количество работающих на промышленном предприятии по сменам так, чтобы в первую смену с 8 часов утра до 16 часов число работающих было максимальным. Продолжительность каждой смены 8 часов, количество смен соответствует заданию. Часовые расходы хозяйственно — бытовых сточных вод по часам каждой смены сводим в график притока сточных вод на очистные сооружения (табл. 3, графы 4,5,6,7).

Для различных условий труда распределение расходов хозяйственно — бытовых сточных вод от промышленных предприятий по часам суток в процентах по каждой смене принимается по табл. П6. Для определения расходов хозяйственно — бытовых сточных вод по часам каждой смены результаты промежуточных расчетов сводят в табл. 1 (количество смен определено заданием).

Количество сточных вод от душевых установок принимается по числу работающих в смену, исходя из расчетного количества человек на одну душевую сетку в зависимости от группы производственных процессов (табл. П5), а также санитарных условий технологического процесса (табл. П2).

Результаты расчета заносим в табл. 3 (графа 8).

Для определения общего расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения суммируем поступающие расходы по каждому часу. Производительность очистных сооружений составляет сумма почасовых расходов (табл. 3, графа 9). По этой же графе определяем максимальный и минимальный часовые расходы сточных вод.

Таблица 3. График притока городских сточных вод на очистные сооружения

1.7 Характеристика места сброса очищенных сточных вод

Согласно законодательству РФ в настоящее время водоемы классифицируются на:

1. водоемы хозяйственно-питьевого и коммунально — бытового водопользования,

2. водоемы рыбохозяйственоого водопользования.

Для данных видов водоемов разработаны ПДК.

По проекту Федерального Закона — специальном техническом регламенте «о коммунальном водоотведении» стали выделяться следующие виды водоемов с установленными для них ПДС:

1. водные объекты с интенсивным водообменном,

2. водные объекты чувствительные к эвтрофикации,

3. остальные водные объекты.

В данном курсовом проекте принимается водоем с интенсивным водообменом.

Зоны водных объектов с повышенным водообменом — зоны водотоков, для которых разница концентрации растворенного кислорода между поверхностным и придонным горизонтами составляет более чем 2 мг/л, при этом концентрация растворенного кислорода в придонном слое не должна быть менее 4 мг/л;

Таблица 4

2. Выбор технологической схемы очистки сточных вод и обработки осадка

Основными методами для очистки городских сточных вод являются механический и биологический, физико-химический. Для ликвидации бактериального загрязнения сточных вод применяем обеззараживание.

Таблица 5. Ожидаемые концентрации загрязнений по стадиям очистки сточных вод

В соответствии с производительностью очистных сооружений, степенью и методами очистки, очистные сооружения предусматриваем в следующем составе:

Сооружения механической очистки Приемная камера;

Решетки тонкой очистки;

Сооружения биологической очистки Аэротенки — нитрификаторы и денитрификаторы;

Вторичные отстойники;

Доочистка сточных вод

1. Фильтры;

Сооружения для дезинфекции сточных вод

1. Установки УФО Русловой рассеивающий выпуск очищенных сточных вод.

Сооружения обработки осадков

1. Илоуплотнитель;

2. Аэробный минерализатор;

3. Механическое обезвоживание. Фильтр-прессы

4. Песковые бункера.

Из городской канализационной сети сточные воды поступают в приемную камеру. Из приемной камеры сточные воды подаются на сооружения механической очистки, которые состоят из решеток, песколовок.

Решетки предназначены для извлечения из производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод крупных и средних отбросов, которые прессуют и вывозят на полигоны ТБО.

На песколовках происходит выделение из сточных вод песка. Осадок отправляется на обезвоживание в песковые бункеры, а дренажная вода возвращается в голову сооружений. Песок отправляется на полигоны ТБО.

Осветленная вода после песколовок поступает на сооружения биологической очистки, первым из которых является аэротенк. В нем очистка происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила. Иловая смесь непрерывно перемешивается и аэрируется кислородом. Концентрация органических загрязнений снижается до значения 15 мгО/л. Вместе с тем, за счет прироста биомассы исходя из соотношения БПК: N:P= 100:5:1 из воды удаляется 7,8 мг/л азота аммонийного и 1,54 мг/л фосфатов.

Таким образом, в нитрификатор вода поступает со следующими показателями:

БПК= 15 мг/л

N-NH⁺₄= 43,2 мг/л Фосфаты = 8,26 мг/л В нитрификаторе происходит процесс нитрификации — под действием аэробных микроорганизмов происходит окисление азота аммонийного. Таким образом на выходе концентрация азота составляет 8 мг/л, а нитритов и нитратов 35,2 мг/л.

В денитрификатор добавляют органический субстрат — органические вещества. Связанный кислород, под действием денитрифицирующих бактериий, отщепляется от нитратов и нитритов и расходуется на окисление органического вещества. Этот процесс сопровождается выделением газообразного азота, благодаря чему концентрация нитритов и нитратов снижается до значения 12 мг/л.

Удаление из воды фосфора происходит биолого-химическим методом. Для этого в денитрификатор добавляем коагулянт.

Во вторичном отстойнике происходит осаждение активного ила и удаления крупных хлопьев вместе с частью выделившегося фосфора (1,63 мг/л). Возвратный активный ил направляется в начало сооружений биологической очистки, а избыточный активный ил — на дальнейшую обработку.

В качестве сооружения доочистки выбираем фильтр. В фильтре происходит удаление оставшейся части фосфора (1,63 мг/л). Обеззараживание очищенных сточных вод осуществляется воздействием ультрафиолетовых лучей на установках УФО.

Таким образом, в результате принятой схемы очистки концентрация загрязнений на выходе из сооружений соответствует ПДС.

Образующийся при очистке сточных вод осадок, подвергаем обработке в минерализаторе и дальнейшему обезвоживанию его на фильтр-прессах.

Обработку осадка производим следующим образом. Грубые отбросы, задержанные на решетках вывозятся на депонирование. Песок, задержанный в песколовках, гидроэлеваторами перекачивается в песковые бункеры для обезвоживания и отмывки, а затем автосамосвалами вывозится за пределы площадки очистных сооружений.

Основная часть активного ила из вторичных отстойников насосами подается в аэротенки (возвратный ил), а остальная часть (избыточный ил) — на флотационные илоуплотнители для снижения влажности.

Затем смесь избыточного ила и сырого осадка подаем в метантенк. После стабилизации осадок направляем в цех механического обезвоживания. Частично обезвоженный осадок подается на аварийные иловые площадки для дополнительного подсушивания, стабилизации и обеззараживания. В дальнейшем осадок может быть использован в качестве удобрения.

Для функционирования очистных сооружений и обработки осадка предусматриваются внутриплощадочные технологические коммуникации.

На случай выхода из строя корпуса механического обезвоживания осадка предусматриваются аварийные иловые площадки.

3. Проектирование и расчет очистных сооружений

3.1 Расчет сооружений механической очистки

Механическая очистка производится для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворимых грубодисперсных примесей, путем процеживания и отстаивания. В сооружения механической очистки сточные воды поступают после приемной камеры. Для станции производительностью 133 695 мі/сут принимаем размеры приемной камеры 8×4 м, V=64 мі.

3.2 Решетки

Решетки предназначены для задерживания крупных отбросов, являющихся отходами хозяйственно — бытовой и производственной деятельности, представляющих собой остатки пищи, упаковочный материал, бумагу, полимерные и волокнистые материалы. На решетках также задерживаются камни, стекла, металлические предметы.

Принимаем тип решетки: решетки тонкой очистки с прозором 6 мм.

Размеры решетки определяют по расходу сточных вод, по принятой ширине прозоров между стержнями решетки и ширине собственно стержней, а также по средней скорости прохождения воды через решетку. Ширина решеток определяется из условия обеспечения в прозорах скорости движения сточной воды Vp =0,8 — 1,0 м/с при максимальном притоке на очистные сооружения, в прозорах решеток-дробилок — 1,2 м/с. При скорости более 1,0 м/с уловленные загрязнения продавливаются через решетки. При скорости менее 0,8 м/с в уширенной части канала перед решеткой начинают выпадать в осадок крупные фракции песка и возникает необходимость их удаления.

По таблицам гидравлического расчёта каналов прямоугольного сечения, исходя из qmax=1,781 м³/с принимаем размеры подводящего канала Вк=1600 мм, уклоном i=0,0004, наполнением h=0,8 м. Скорость в канале составляет Vк=0,9 м/с.

Для предупреждения образования вихревого потока канал перед решеткой плавно уширяют путем изменения направления стенок на угол ц=20°. Если ширина подводящего канала Вк и общая ширина решетки Вр, то длина уширения перед решеткой l₁ должна быть:

l₁= 1,37 (В_р — В_к) = 1,37•(2500−1600) = 1233 мм.

Длина уширения после решетки принимается l₂ = 0,5 l₁ = 0,5•1233=616,5 мм_.

Длина уширенного канала решетки принимается не менее 1 м, а площадки за решеткой — не менее 0,8 м.

Для решеток с прозорами шириной b, м, справедливо соотношение:

q = щ? V_p=b•h•n•V_p,

где q — максимальный расход сточных вод; щ — площадь живого сечения прозоров всей решетки, м²; h — глубина воды перед решеткой, м; n — число прозоров.

Количество прозоров в решетках, необходимых для пропуска поступающих сточных вод, составит:

n = q•K_cm/b•h•V_p = 1,05•1,78/0,016•0,9•1,28= 101,

где К_cm = 1,05 — 1,1 — коэффициент, учитывающий стеснение потока механическими граблями.

Общая ширина решетки равна:

B = s (n-l) + b•n = 0,009 (101−1)+0,016•101=2,5, м, где s — толщина стержней.

Исходя из общей ширины решеток 2,5 м, подбираем необходимые решетки. Выбираем решетки тонкой очистки MEVA Rotoscreen (Ротоскрин) RS-39 шириной 1250 мм (Рис. 1) 2 рабочие и 1 резервную. Дополнительно предусматриваем устройство обводной линии для пропуска воды в случае аварийного засора решеток.

Рис. 1. Решетка Технические характеристики решетки:

Общая высота Н (мм) — 4420;

Высота выгрузки АН (мм) — 3950;

Длина до линии сброса AL (мм) — 3147;

Общая длина L (мм) — 3642;

Радиус подъема RS (мм) — 5131;

Эффективная ширина G (мм) — 1250.

Объем отбросов, улавливаемых решеткой определяем по формуле:

м³/сут.

где N_прив — приведенное количество жителей, чел.;

N_прив=N+N_экв,

где N — расчетное количество жителей;

N_экв — число жителей, которое вносит такое же количество загрязнений, что и данный расход производственных стоков;

N_экв =, чел.,

где — концентрация взвешенных веществ в производственных сточных водах, поступающих на очистные сооружения, г/сут;

Q_ПСВ — расход производственных сточных вод, м³/сут, (принимаем по исходным данным Q_ПСВ = 2400 м³/сут.);

а₁ — количество взвешенных веществ на одного жителя, г/сут, принимаем по табл. 25 а ₁ = 65 г./сут.

N_экв =чел.

N_прив=500 000+1662= 501 662 чел.

а — норма загрязнений, приходящихся на одного человека в год, принимаем согл. а = 8 л/чел. год.

м³/сут.

Масса загрязнений:

М = V_сут · Р, кг/сут

где P = 750 кг/м³ — средняя плотность отбросов (принимаем согл. [6]).

М = 11· 750 = 8250 кг/сут.

Для обезвоживания и уплотнения осадка применяем гидравлический пресс твердых отходов. Принимаем к установке пресс МТЕ 300/600 диаметром трубы 300 мм в количестве 3 штук, производительностью 5 мі/час, массой 200 кг.

Собранные отбросы собираются в контейнеры и вывозятся на депонирование.

Для производительности Q = 133 695 м³/сут проектируем одноэтажное отапливаемое (16 ⁰С) здание решеток для 3 решеток, с кратностью обмена воздуха 5.

Подводящий канал к зданию решеток разветвляется на 3 потока по числу установленных решеток. Для предотвращения поступления холодного воздуха в помещение через подводящие и отводящие каналы на разветвлениях вначале устанавливаются щитовые затворы типа шандора (3 шт.), а затем после решеток — затворы с ручным управлением (3 шт.). С помощью этих затворов можно также выключить из работы тот или иной канал.

Для исключения затопления здания решеток при максимальном притоке сточных вод, пол здания располагаем выше расчетного уровня воды в канале на 0,5 м.

Отбросы, собираемые механическими граблями с решетки сбрасываются на ленточный конвейер горизонтальный и транспортируются по ленточному наклонному конвейеру, далее поднимаются к дробилкам так, чтобы измельченные отбросы в потоке жидкости самотеком поступали в подводящий канал перед решетками Здание решеток оборудовано хозяйственно-питьевым и техническим водопроводом, а также канализацией для отведения бытовой воды в сеть промышленной площадки. В левой части здания расположен санузел и вент-камера. Вентиляция приточно-вытяжная с механическим побуждением. Напряжение в электросети 380/220 В.

3.3 Аэрируемая песколовка

Песколовки предназначаются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (главным образом песка). Применение песколовок обусловлено тем, что при совместном выделение в отстойниках минеральных и органических примесей возникают значительные затруднения при удалении осадка из отстойников и дальнейшем его сбраживании в метантенках.

Принимаем аэрируемую песколовку прямолинейным движением воды.

Подбираем по типовому проекту горизонтальную песколовку с прямолинейным движением воды для производительности станции 133 695 мі/сут.

Число отделений -2

Ширина отделения В=4,5 м Глубина h=2,8 м Длина L=18 м Расход воздуха на аэрацию = 460 м³/ч Песколовка представляет собой железобетонные сооружения длиной 18 м и шириной отделения 4,5 м, состоящие из проточных и осадочных частей. Проточная часть выполненная из унифицированных сборных железобетонных панелей. Осадочная часть из монолитного железобетона. Необходимые гидравлические сечения отделений осуществлены при помощи набетонки из бетона. Сточная вода подводится к песколовкам железобетонными каналами. Удаление песка производится гидроэлеваторами. Площадь живого сечения в отделении песколовки определим по формуле:

где q_{макс с} — максимальный секундный приток сточных вод, м³/с;

n — число отделений песколовки;

V — скорость движения сточных вод при максимальном притоке, м/с, принимаем согл. V=0,3 м/с.

.

Находим расчётную длину песколовки HS

HS

HS

Требуемую длину песколовки определим по формуле:

где К — коэффициент, принимаемы по табл. 27 [1], К = 1,7.

Принимаем песколовку размерами: длина L=18 м., ширина = 4,5, количество отделений — 2, оборудованную гидромеханической системой удаления песка, состоящей из пескового лотка и смывного трубопровода со спрысками и аэраторами.

3.4 Песковые бункеры

Осадок, удаляемый из приямка гидроэлеваторами, направляется на напорные гидроциклоны, в которых из песка отмываются органические примеси (зольность песка гидроциклонов 90…95%). Гидроциклон размещаем над бункером отмытого песка, откуда он по мере накопления выгружается в автотранспорт. Вода из гидроциклонов с органическими загрязнениями направляется в голову сооружения.

Объем бункеров рассчитанный на пребывание в нем песка в течение 3-х суток:

где W — объем песка, накапливаемый за 1 сутки, м³/сут, определяется по формуле:

м³;

где — количество песка, задерживаемого в песколовках, для бытовых сточных вод на 1 человека, по принимаем равным 0,03 л/(чел.сут);

N — число жителей, чел.:

Задаваясь высотой 1-ого бункера Н=2,0 м, определяем площадь:

Диаметр одного бункера будет равен:

м;

Принимаем 2 песковых бункера диаметром 4,0, м, высотой 2 м.

Песковые бункеры размещаем в здании решеток. Размеры здания решеток 12×24 м.

Расход производственной воды при гидромеханическом удалении песка определяется:

V_h — восходящая скорость смывной воды в лотке, принимаемая 0,0065 м/с;

l_sc — длина пескового лотка, равная длине песколовки за вычетом длины пескового приямка:

b_sc — ширина пескового лотка, равная 0,5 м.

Рис. 2. Схема здания решеток

1 — решетка

2 — бытовое помещение

3 — песковой бункер

4 — гидравлический пресс сточный вода очистка производственный

Список литературы

1. СНиП 2.04.03−85. Канализация. Наружные сети и сооружения. 1985.

2. СП 32.13 330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения Москва 2012

Яковлев С.В., Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод. — М.: АСВ, 2002.

3. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Справочник проектировщика. — М.: Стройиздат, 1977.

4. Укрупненные нормы недопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности / Совет Экон. Взаимопомощи. ВНИИ водоснабжения, канализации, гидротехн. сооружений и инж. гидрогеологии. — 2-е изд., перераб. — М.: Стройиздат, 1982. — 528 с.

5. Каталог компании U&D Environmental Equipment Technology Co., Ltd