При механической очистке из сточной воды удаляются загрязнения, находящиеся в ней главным образом в нерастворенном и частично в коллоидном состоянии. К сооружениям механической очистки относятся: решетки, песколовки, первичные отстойники, септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели.

7.1.1 Решетки

Решетки предназначены для улавливания из сточных вод крупных нерастворимых загрязнений. Они выполняются из круглых, прямоугольных или иной формы металлических стержней. Прозоры между стержнями решетки обычно принимаются b = 0,016 м.

А-А

Рис.1. Решетка механическая

При расчете решетки общее число прозоров n, шт., определяют по формуле:

n = К_з,

где q_max - максимальный расход сточных вод, м³/с;

b - ширина прозора между стержнями решетки, м;

h_max - максимальная глубина воды в канале перед решеткой, м;

V_{р -} средняя скорость воды в прозорах решетки, принимается равной 1,0 м/с - для механизированных решеток;

К_з - коэффициент, учитывающий стеснение прозоров граблями и задержанными загрязнениями, К_з = 1,05.

n = = 92 прозора.

Принимаем решетку марки МГ с числом прозоров n_факт = 96, одну рабочую и одну резервную с размерами канала В_р Н = 21004500 мм

Потери напора в решетке могут быть определены по формуле:

h_p = ,

где V_max - скорость движения воды перед решеткой, м/с, определяется по формуле:

V_max = = 0,66м/с;

где N =1 - число рабочих решеток;

К - коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора вследствие засорения решетки, К = 3,0

- коэффициент местного сопротивления решетки, определяется по формуле:

= =,

где - коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения стержней решетки, принимается равным 2,42 - для прямоугольных стержней,

S - толщина стержня, принимается равной 0,01 м;

- угол наклона решетки к горизонту, .

Тогда потери напора можно определить по формуле:

h_p= = 1,130,07 м.

Если ширина подводящего канала В_{к. изм.} и общая ширина решётки В_р, то длина уширения перед решёткой должна быть:

l₁ = 1,37 (В_р-В_{к. изм.)} =1,37 (2,1-1,25) =1,165 м.

Длина уширения после решётки принимается

l₂ = 0,5l₁₌0,51,16=0,58 м.

Количество уловленных решёткой загрязнений определяется по формуле:

W_P = a8,355077/ (3651000) =7,8 м³/сут.

где а - количество отбросов на одного человека в год, принимается в зависимости от размеров решётки по таблице 23, а = 8 л/год чел.

После подбора и расчёта решётки необходимо сделать её проверку по скорости на пропуск минимального расхода.

Минимальная скорость должна быть не менее 0,4 м/с.

V_min=0,57м/с 0,4 м/с;

где q_min - минимальный расход сточных вод, м³/с;

h_{min -} минимальный уровень воды в канале перед решёткой, м.

Скорость движения воды в прозорах должна быть0,81,0 м/с:

V_p = 0,95 м/с;

где n_факт - фактическое количество прозоров в решётке.

Обе скорости удовлетворяют требованиям.

7.1.2 Аэрируемые песколовки

Число отделений аэрируемой песколовки должно быть не менее двух, причём все рабочие. Скорость движения сточных вод при максимальном притоке в аэрируемых песколовках принимается согласно таблице 28 v_s=0,081,2 м/с,

Расчётный диаметр частиц песка d=0,150,2 мм,

Принимаем число отделений аэрируемой песколовки n_отд=2 и определяем площадь живого сечения одного отделения:

=7,06 м².

Рассчитываем длину песколовки по формуле:

L_s=.

где H_s - рабочая глубина песколовки, согласно п.6.27 принимается равной половине общей глубины, H_s =H/2. Общая глубина аэрируемой песколовки H=0,73,5 м По п.6.28 принимаем соотношение ширины песколовки к глубине: B: H=1,5.

Если принять B: H=1,5, то В=1,5H.

Площадь поперечного сечения , тогда

Н===2,17 м.

Н_s=2,17/2=1,085 м;

К_s - коэффициент, принимаемый по таблице 27 в зависимости от соотношения В: Н и диаметра задерживаемых частиц, К=2,08;

u=18,7 мм/с - гидравлическая крупность частиц песка, мм/с.

L_s== 9,65 м

Рис.3. Аэрируемая песколовка с гидромеханической системой удаления осадка: а, б - продольный и поперечный разрезы соответственно; 1 - трубопровод подачи промывной воды; 2 - песковой лоток; 3 - спрыски; 4 - аэратор; 5 - воздуховод; 6 - гидроэлеватор

Определим глубину Н_к, м, конической части песколовки

Н_к=Н+i (В-b_k) =2,17+0,2 (3,25-1,0) =2,62 м;

где i - уклон дна к песковому лотку, принимается i = 0,2;

В - ширина песколовки,

В=1,5Н=1,5 2,17=3,25 м;

b_{k -} конструктивная ширина одного отделения песколовки, b_k=1.0 м.

Количество собираемого песколовкой осадка определяется по формуле:

W_ос===14,2 м³;

Где Р - количество песка, задерживаемого в песколовках, принимается согласно п.6.31,Р=0,02 л/ (чел сут);

t - продолжительность периода между чистками, принимается согласно п.6.32,t=2 сут.

Объём осадка в одном отделении W_ос1, м³, определяется

W_ос1===7,1 м³.

Песок, задержанный в песколовках, чаще всего удаляют с помощью гидроэлеватора и в виде песчаной пульпы перекачивают на песковые площадки.

Песковые площадки.

Песковые площадки устраивают с ограждающими валиками высотой 1-2м [1, п.6.33].

Объем песковых площадок определяется по формуле

W_песк=W_{n. сут}Ч365==2591,5 м³/год;

где W_{п. сут} - объём песка в сутки, м³;

Определим площадь песковых площадок:

где q_год=3 м³/м² - нагрузка на песковые площадки [1, п.6.33] при условии периодического вывоза подсушенного песка в течение года.

Площадь одной площадки

где Nп - количество песковых площадок принимаем равным 4.

Длина стороны песковой площадки квадратной в плане

Принимаем в проекте 4 песковых площадки со стороной а=14 м.

7.1.3 Радиальные первичные отстойники

Отстойники применяют для предварительной очистки сточных вод. В них происходит выделение из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность. По конструктивным признакам отстойники подразделяются на горизонтальные, вертикальные, радиальные.

Количество первичных отстойников принимается не менее двух. При минимальном числе отстойников их расчётный объём необходимо увеличивать в 1,21,3 раза.

Определим эффект осветления Э,%, сточных вод по формуле:

Э== = 55,16%;

где C_{en -} концентрация взвешенных веществ в исходной воде, мг/л;

C_ex - допустимая концентрация взвешенных веществ на сооружения биологической очистки, принимается 100150 мг/л.

Принимаем радиальный отстойник с размерами:

D_set=18 м; H_set=3,4 м; d_en=3,2 м; W_{1 ост}=788 м³.

Рис.5. Первичный радиальный отстойник: 1 - илоскреб; 2 - распределительная чаша; 3 - подводящий трубопровод; 4 - трубопровод выгрузки осадка; 5 - жиросборник; 6 - насосная станция перекачки осадка.7 трубопровод отвода осветленной воды; 8 - жиропровод

Определим гидравлическую крупность по формуле:

u=== 2,02 мм/с,

где H_set =3,4 м - глубина проточной части в отстойнике,

K_set - коэффициент использования объёма в проточной части отстойника, принимается по таблице 31, для радиальных отстойников - 0,45.

- коэффициент, учитывающий влияние температуры сточной воды на её вязкость; определяется по [6, стр.21]:

,

=1,2;

t_set - продолжительность отстаивания, соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторном цилиндре в слое воды h₁ =500 мм, определяется по таблице 30, t_set=f (Э, С_en) - определяется интерполяцией,

Для Э=55,16 % и С_en=334,5 мг/л - t_set=2652 с,

n₂ - показатель степени, зависящий от агломерации взвеси, в процессе осаждения, определяется по чертежу 2 n₂=0,25.

Определим производительность одного отстойника q_set, м³/ч,

q_set= 2,8K_set () (u-v_tb) =2,80,45 (18²-3,2²) (2,02-0,025) =840,18 м³/ч;

где v_tb =0,025 мм/с - турбулентная составляющая, принимается по таблице 32

D_set - диаметр отстойника, м;

d_en - диаметр впускного устройства, м.

Тогда число отстойников определяется по формуле:

N===4 шт.

Принимаем 4 радиальных отстойника.

Проверка расчёта и подбора отстойников.

1. Фактический расход одного отстойника вычисляется по формуле:

q_факт= ==813,6 м³/ч.

2. Фактическая гидравлическая крупность вычисляется по формуле:

u===1,96 мм/с.

3. Фактическая продолжительность отстаивания:

t_факт ===2637,93c.

По таблице 30 определим эффект отстаивания Э=f (C_en,t_факт) =55,2%.

4. Время отстаивания Т, ч, вычисляется по формуле:

Т===0,97 ч,

где W_1отст - объём одного радиального отстойника, м³.

5. Объём осадка определяется:

W_oc===254,61 м³/сут.

6. Объём иловой камеры рассчитывается по формуле:

W_{ил. кам}===101,84 м³.

7.1.4 Расчет биокоагулятора, встроенного в радиальный отстойник

Метод биологической очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе жизнедеятельности. Таким образом, искусственно культивируемые микроорганизмы освобождают воду от загрязнений. Биологическую очистку называют полной, если БПК_полн очищенной воды составляет 20 мг/л, и неполной при БПК_полн более 20мг/л.

7.2.1 Аэротенки

Аэротенк - это резервуар, в котором медленно движется смесь активного ила и очищаемой воды, предназначенный для биологической очистки сточных вод. Для лучшего и непрерывного контакта вода и ил постоянно перемешиваются путём подачи сжатого воздуха или с помощью специальных устройств.

Активный ил - это биоценоз микроорганизмов - минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода органические вещества сточной жидкости. Эффект очистки в аэротенке, качество и окислительная способность активного ила определяются составом и свойством сточных вод, гидродинамическими условиями перемешивания, температурой и активной реакцией среды, наличием элементов питания и другими факторами.

Рис. 7. Классическая схема биологической очистки сточных вод в аэротенках: 1 - сточная вода после отстойников; 2 - аэрационный бассейн; 3 - иловая смесь из аэротенков; 4 - вторичный отстойник; 5 - очищенная вода; 6 - иловая камера; 7, 8 - циркуляционный и избыточный активный ил соответственно; 9 - воздух от воздуходувок; 10 - аэрационная система для распределения воздуха в аэротенке

Концентрация взвешенных веществ не должна превышать 150 мг/л, а БПК_полн зависит от типа аэротенка. Аэротенки могут быть одноступенчатые и двухступенчатые, при этом в том и другом случаях их принимают как с регенерацией, так и без неё. Одноступенчатые аэротенки с регенерацией используют при БПК_полн >150 мг/л и наличии вредных производственных примесей, а без регенерации - при БПК_полн<150 мг/л.

Концентрация загрязнений по БПК_полн воды, прошедшей механическую очистку, L_en, мг/л, определяется по формуле:

L_en=L_{ср. БПК} (1-Э) =302,7 (1-0) =302,7мг/л;

где Э=0 - эффект очистки по БПК_полн после первичных отстойников в схемах с биокоагуляторами, в долях от единицы.

L_{ср. БПК} - концентрация БПК_полн в смеси бытовых и производственных сточных вод, мг/л.

Так как L_en >150 мг/л, согласно принимаем аэротенк с регенератором.

Продолжительность обработки воды в аэротенке определяется по формуле:

t_at = ==1,87 ч;

где а_i - доза ила в аэротенке 1,5 - 3,0 г/л. L_ex - БПК_полн очищенной сточной воды, принимаем 15 мг/л. Нагрузка на ил q_i, мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества ила в сутки, определяется по формуле:

q_i == =1756,95 мг/ (г сут);

где s - зольность ила, принимается по таблице 40 s =0,3.

По таблице 41 определяем значение илового индекса J_1,J₁=130 см³/г.

Степень рециркуляции активного ила:

R_i===0,64.

Удельная скорость окисления на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч.:

=

с= 85=23,37 мг/ (г ч);

где - максимальная скорость окисления принимается по таблице 40,= 85 мг/л; С_о - концентрация растворённого кислорода, принимается 2 мг/л; К_/ - константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, принимается по таблице 40 К_/=33 мг/л; К_о - константа, характеризующая влияние кислорода, принимается по таблице 40 К_о=0,625 мг/л; - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, принимается 0,07 л/г.

Доза ила в регенераторе определяется по формуле:

a_r= a_i (1/2R_i+1) =3 (1/20,64+1) =5,34 г/л.

Продолжительность окисления t_o, ч, органических загрязняющих веществ в аэротенках с регенераторами:

t_o = ==5,15 ч.

Продолжительность регенерации t_r, ч;

t_r = t_o-t_at=5,15 - 1,87=3,28 ч.

Вместимость аэротенка:

W_at =t_at (1+R_i) q_w=1,87 (1+0,64) 4068=12475,74 м³;

где q_w - расчётный расход сточных вод, м³/ч,q_w=Q_{max ч}.

Вместимость регенераторов:

W_r= t_rR_iq_w=3,280,644068=8539,55 м³.

Если температура сточных вод отлична от 15^оС, то необходимо вводить поправочный коэффициент.

С учетом поправочного коэффициента:

;

;

где T_w=13,3°С - температура сточных вод.

Общий объём:

W= W_a+ W_r =25838,47 м³.

Процент регенерации А, %,

А==40,63 %

Принимаем аэротенк с размерами H_at=3,2 м; b_at=4,5м; число коридоров n=4 шт., число секций N=3 шт., тогда длина аэротенка L_at, м:

L_at===112,15 м.

Принимаем L_at= 114 м.

Отношение длины аэротенка к длине коридора должно быть более 10:

L_at/b_at=25,3310

Общая ширина аэротенка:

В_at=b_at=54 м.

Удельный расход воздуха:

q_air= ==12,74 м³/м³.

где q_o - удельный расход кислорода воздуха, принимается по q_o=1,1мг/мг;

К₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора . Для мелкопузырчатой аэрации при соотношении площадей аэрируемой зоны и аэротенка f_az/f_at=0.3 K₁=1.89;

К₂ - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов h_a и принимаемый по таблице 43 К₂=1,97;

К_Т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который следует определять по формуле:

К_Т=1+0,04 (T_w-20) =1+0,02 (20-20) =1

Здесь Т_w - среднемесячная температура воды за летний период;

К_З - коэффициент качества воды, принимается по К_З=0,85;

С_а - растворимость кислорода в воде, определяемая по формуле:

С_а= (1+h_a/20,6) С_Т= (1+2,8/20,6) 8,67=9,85 мг/л,

где С_Т - растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления С_Т=8,67 мг/л;

h_a - глубина погружения аэратора, м.

h_a=H_at - 0,4 = 3,2 - 0,4 = 2,8 м

Интенсивность аэрации

J_a=q_airH_at/t_at=12,743,2/1,87=21,8 м³/ (м² ч).

7.2.2 Вторичные отстойники

Радиальные отстойники в схемах с аэротенками

Определим гидравлическую нагрузку по формуле:

q_ssb ===1,333 м³/м² ч,

где К_ssb - для радиальных отстойников - 0,4 ;

a_t - концентрация ила в осветленной воде, принимаем по [1, п.6.161] равным 3 мг, л

a_i - концентрация ила в аэротенке - 15 мг, л

Определим общую площадь отстойников

F===3058,65 м².

Принимаем число отстойников N=4, тогда диаметр отстойника определяется по формуле:

D_ssb===31,21 м.

Принимаем отстойник с размерами D_ssb=30 м; H_ssb=3,7 м, W_1отст=2190 м³.

Время отстаивания определяется по формуле:

Т===2,15 ч.

7.4 Обеззараживание