Расчет сооружений механической очистки сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ

1.1 Определение расчетных расходов бытовых сточных вод

1.2 Определение расчетных расходов производственных

сточных вод

2. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

2.1 Расчет концентраций загрязнений бытовых сточных вод

2.2 Расчет концентраций производственных сточных вод

2.3 Расчет концентраций смеси сточных вод

3. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ

3.1 Характеристика качества воды водоема в расчетном створе.

3.2 Расчет коэффициента смешения

3.3 Расчет необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам

3.4 Расчет необходимой степени очистки сточных вод по БПК

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ

5. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

5.1 Расчет решеток

5.2 Расчет песколовок

5.3 Расчет отстойников

6. СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

6.1 Расчет аэротенков

6.2 Вторичный отстойник

7. ОБРАБОТКА И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ОСАДКА

7.1 Анаэробные стабилизаторы

7.2 Расчет радиального илоуплотнителя

7.3 Расчет метантенков

7.4 Расчет иловых площадок

7.5 Расчет газгольдера

8. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.Количество населения, проживающего на канализируемой территории 100000.

2.Норма водоотведения на 1 жителя 280л/чел

3.Количество производственных стоков 12000м3/сут.

4.Количество смен на предприятии 2

5.Коэффициент неравномерности поступления промышленных стоков 1,6

6. Концетрация загрязнений в промышленных СВ:

- взвешенные вещества 280мг/л

- БПКнеосв 250мг/л

- БПКосв 160мг/л

- СПАВ 5мг/л

-Сp 3мг/л, СN 18мг/л

7. Температура смеси СВ: среднезимняя 14°, среднелетняя 23°, среднегодовая 18°.

8. Расход воды в водоеме 95% обеспеченности- 7,1м3 /с.

9. Средняя глубина водоема - 1.5 м.

10. Коэффициент извилистости реки - 1,15

11. Средняя скорость течения воды в водоеме - 0,51 м/с.

12. Концентрация взвешенных частиц в водоеме до спуска сточных вод-18 мг/л.

13. Концентрация по БПК20 в воде водоема до пуска сточных вод - 2 мг/л.

14. Концентрация растворенного кислорода в водоеме в летний период - 7,68 мг/л.

15. Расстояние от места выпуска сточных вод до пункта водопользования - 10 км.



ВЕДЕНИЕ

Водные ресурсы рек широко используются для коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, теплоэнергетики, орошения, водного хозяйства, водного транспорта и ряда других отраслей народного хозяйства. В последние 10 лет меньше воды стало использоваться в промышленном и сельскохозяйственном производствах. Суммарные изъятия вод на хозяйственные нужды, а также на безвозвратные потери стока уменьшились. Огромное значение приобрели вопросы по охране водных ресурсов от загрязнения отходами промышленности.

В течение многих лет у нас не было достаточно объективной информации об экологических бедах нашей страны, о реальном состоянии природы, массовых заболеваниях людей в результате загрязнения среды обитания, об ущербе, наносимом окружающей природе, биосфере нашей планеты. А поводов для тревоги было более чем достаточно, так как предпосылки нынешнего кризисного состояния природы закладывались десятилетиями. Говоря об экологическом состоянии, следует помнить, что список ошибок не менее важен, чем летопись достижений.



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ

1.1 Определение расчетных расходов бытовых сточных вод

Расчетный расход бытовых сточных вод Qбсв полученный от данного населенного пункта:

Qбсв = N · q / 1000, (м3/сут) (1.1)

Qбсв = 100000 · 280 / 1000 = 28000 (м3/сут)

где N - количество жителей, 100000 чел (по заданию); q - норма водоотведения от одного жителя, 280 м3/чел·сут (по заданию).

Среднесекундный расход бытовых сточных вод Qср.с:

Qср.с = (Qбсв / 86400) · 1000; (л/с) (1.2)

Qср.с = (28000 / 86400) · 1000 = 324,07 (л/с)

Из таблицы 2 СНиПа определяем коэффициент часовой неравномерности Кmax при данном расходе Qср.с = 324,07 л/с

при Q = 324,07 л/с Кmax = 1,62

Максимальный часовой расход сточных вод Qmax.ч:

Qmax.ч = (Qбсв · Кmax.) / 24, (м3/ч) (1.3)

Qmax.ч = (28000 · 1,62) / 24 = 1890 (м3/ч)

Максимальный часовой расход сточных вод в процентном соотношении Пmax.ч,%:

Пmax.ч = (Qmax.ч / Qбсв) · 100%, (%) (1.4)



Пmax.ч = (1890/ 28000) · 100% = 6,75 (%)

где Qmax.ч - максимальный часовой расход сточных вод, 1890 (м3/ч); Qбсв - Расчетный расход бытовых сточных вод, 28000 (м3/сут).

1.2 Определение расчетных расходов производственных сточных вод

Расхода производственных сточных вод в одну рабочую смену:

Qпсв = 12000 (м3/сут) (дано по заданию).

Средний часовой расход в смену при равномерной подачи:

Qсмен ср.ч = Qпсв / п, (м3/ч) (1.5)

Qсмен ср.ч = 12000 / 8·2 = 750 (м3/ч).

где п - количество рабочих часов в одну смену, 8 часов.2-количество смен.

Максимальный часовой расход производственных сточных вод Qmax.ч псв:

Qmax.ч псв = ((Qпсв · Кmax.) / 8*2), (м3/ч) (1.6)

Qmax.ч псв = ((12000 · 1,6.) / 8*2) = 1200(м3/ч)

Распределим оставшийся расход равномерно:

Qпсв ост = (Qпсв - Qmax.ч псв) / (п - 1), (м3/ч) (1.7)

Qпсв ост = (6000- 1200) / 7 = 685,71(м3/ч)



Полученные данные занесем в таблицу 1 и произведем распределение расходов сточных вод по часам суток.

Распределение суточных расходов сточных вод по часам суток

Таблица 1

часы	Расход БСВ,%	Расход БСВ, м3/ч	Расход ПСВ, м3/ч	У Расходов, м3/ч
0-1	1,55	434	-	434
1-2	1,55	434	-	434
2-3	1,55	434	-	434
3-4	1,55	434	-	434
4-5	1,55	434	-	434
5-6	4,39	1229,2	-	1229,2
6-7	5,95	1666	-	1666
7-8	5,8	1624	-	1624
8-9	6,46	1808,8	-	1808,8
10-11	6,46	1808,8	685,71	2494,51
11-12	4,8	1344	685,71	2494,51
12-13	4,67	1307,6	685,71	2029,71
13-14	5,55	1554	685,71	1993,31
14-15	6,05	1694	685,71	2239,71
15-16	6,05	1694	685,71	2379,71
16-17	5,6	1568	1200	2379,71
17-18	5,6	1568	685,71	2768
18-19	4,3	1204	685,71	2253,71
19-20	4,35	1218	685,71	1889,71
20-21	4,35	1218	685,71	1903,71
21-22	2,35	658	685,71	1903,71
22-23	1,55	434	685,71	1343,71
23-24	1,55	434	685,71	1119,71
У	100	28000	12000	40000

Расчетный расход смеси сточных вод Qmax.ч смеси, выбираем из пятой колонки таблицы 1 максимальное число:

Qmax.ч смеси = 3008,8 м3/ч = 0,83 (м3/сек)



Среднесуточный расход бытовых и производственных сточных вод Q смеси сут.:

Q смеси сут. = Qбсв + Qпсв, (м3/сут) (1.8)

Q смеси сут. = 28000+12000 = 40000 (м3/сут)

Среднесекундный расход смеси Q смеси ср. с:

Q смеси ср. с = Q смеси сут. / 86400, (м3/сек) (1.9)

Q смеси ср. с =40000 / 86400 = 0,463 (м3/сек)



2. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

2.1 Расчет концентраций загрязнений бытовых сточных вод

Количество загрязнений внесенных одним человеком в сутки (берем из таблицы 25 [1]).

Таблица 2

Показатель	Количество загрязняющих веществ на одного жителя, г/сут
Взвешенные вещества	65
БПКполн неосветленной жидкости	75
БПКполн осветленной жидкости	40
Азот аммонийных солей N	8
Фосфаты Р2О5	3,3
В том числе от моющих веществ	1,6
Хлориды Сl	9
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)	2,5

Концентрации загрязнений бытовых сточных вод С:

С = (а · N) / Qбсв, (мг/л) (2.1)

где а - количество загрязняющих веществ на одного жителя, г/сут (из таблицы № 2); N - количество жителей, 100000 чел (по заданию); Qбсв - расчетный расход бытовых сточных вод, 28000 (м3/сут).

Свзв.в = (65 · 100000) / 28000 = 232(мг/л)

Сбпк.неосв. = (75 · 100000) /28000 =267,86 (мг/л)

Сбпк.осв. = (40 · 100000) / 28000 = 142,86 (мг/л)

Сбпк.полн. = Сбпк.неосв. + Сбпк.осв. = 267,86+142,86= 410,72 (мг/л)

СN = (8 · 100000) / 28000 = 28,57 (мг/л)



Спав = (2,5 · 100000) / 28000 = 8,93 (мг/л)

СP2O5 = (3,3 · 100000) / 28000 = 11,78 (мг/л)

2.2 Расчет концентраций производственных сточных вод

Концентрации производственных сточных вод даны нам по заданию:

Концентрация взвешенных веществ промышленных сточных вод Свзв.в.псв = 180 (мг/л). БПКполн. промышленных стоков Сбпк.псв = 250 (мг/л);

2.3 Расчет концентраций смеси сточных вод

Так как на очистные сооружения сточная вода поступает как смесь бытовых и промышленных стоков необходимо рассчитать концентрацию смеси сточных вод:

С смеси = (Сбсв · Qбсв + Спсв · Qпсв) / Q смеси сут., (мг/л) (2.2)

где Сбсв, Спсв - концентрации веществ, (мг/л); Qбсв, Qпсв - расходы сточных вод, (м3/сут); Q смеси сут - среднесуточный расход бытовых и производственных сточных вод, 40000 (м3/сут).

Концентрация взвешенных веществ смеси сточных вод:

С смеси взв.в = (Свзв.в · Qбсв + Свзв.в.псв · Qпсв) / Q смеси сут., (мг/л) (2.3)

С смеси взв.в = (232 · 28000 + 216,4 · 12000) / 40000 = 227,32 (мг/л)

БПК полн смеси сточных вод:



С смеси БПКполн = (Сбпкполн · Qбсв + Сбпк псв · Qпсв) / Q смеси сут., (мг/л) (2.4)

С смеси БПКполн = (267,86· 28000 + 250 · 12000) / 40000 = 262,5. (мг/л)

БПК осв смеси сточных вод:

С смеси БПК осв = (Сбпк осв · Qбсв + Сбпк псв · Qпсв) / Q смеси сут., (мг/л) (2.5)

С смеси БПК осв = (160 · 28000 + 142,86 · 12000) / 40000 = 148,002. (мг/л)



3. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ

3.1 Характеристика качества воды водоема в расчетном створе

Нормативы качества воды в водоёме для разведения ценных пород рыб.

Таблица 3

Показатель	Хозяйственно-питьевой водоем	Рыбохозяйственный водоём дляразведения ценных порд рыб
БПК мг /л О2	3	3
ХПК мг /л О2	15	15
Взвешенные вещества	Не должны увеличиваться после сброса более чем на 0,25 0,75
РН	6,5 - 8	6,5 - 8
Плёнки	Не должно быть плёнок, пятен
Запах	Не превышает 2 балла	Не должен предавать запах мясо-рыб
О2 мг/л	4	6
Количество микроорганизмов	10000	-

3.2 Расчет коэффициента смешения

Чтобы определить допустимые концентрации веществ в сточных водах перед сбросом в водоем, необходимо рассчитать коэффициент смешения:

г = (1 - е-бL?) / (1 + (QP/qст) е-бL?) (3.1)

где L - расстояние от места выпуска сточных вод до пункта водопользования 5000 м минус 1000 м, дано по заданию; QP - расход воды в водоеме в гидрологический год 95% обеспеченности, 7,1 (м3/сек), дано по заданию; qст - среднесекундный расход сточных вод 0,463 (м3/сек), рассчитано по формуле (1.9); б - коэффициент, учитывающий гидравлическое условие смешения;

Коэффициент, учитывающий гидравлическое условие смешения б находим по формуле:

б = о · ц · (Е / qст)? (3.2)

где о - коэффициент извилистости реки, 1,15 дано по заданию; ц - коэффициент, зависящий от места сброса; Е - коэффициент турбулентной диффузии, = о =1,5 - русловой тип выпуска.

Коэффициент турбулентной диффузии Е:

Е = (Vср · Нср) / 200 (3.3)

где Vср - средняя скорость течения воды в водоеме 0,51 м/с, дано по заданию;

Нср - средняя глубина водоема, 1,5 м, дано по заданию.

Е = (0,51 · 1,5) / 200 = 0,004.

Выбираем русловой тип выпуска.

б = 1,5 · 1,05 · (0,004 / 0,463)? = 0,149

г = (1 - е-0,149·10000?) / (1 + (5.2 / 0,463) е-0,149· 10000?) =0,96

3.3 Расчет необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам

Сдоп = р (1 + ((г QP)/qст)) + Ср (3.4)



где р - ПДК, 0,25 мг/дм3, из таблицы №3; Ср - концентрация взвешенных веществ в водоеме до спуска в него сточных вод, 18 мг/л; QP - расход воды в водоеме в гидрологический год 95% обеспеченности, 7,1 (м3/сек), дано по заданию; qст - среднесекундный расход сточных вод 0,463 (м3/сек), рассчитано в пункте 1.2; г - коэффициент смешения, 0,96 рассчитано в пункте 3.2.

Сдоп = 0,25 (1 + (7,1 · 0,96 / 0,463)) + 11 = 29,7 мг/л.

3.4 Расчет необходимой степени очистки сточных вод по БПК

Lдоп ? (г·Qр) / (qст10-кt) · (Lnд-Lр10-кt) + Lпд / 10-кt; мг /л О2. (3.6)

где г - коэффициент смешения, 0,96, рассчитано в пункте 3.2; qст - среднесекундный расход сточных вод 0,463 (м3/сек), рассчитано в пункте 1.2; QP - расход воды в водоеме в гидрологический год 95% обеспеченности, 7,1 (м3/сек),

дано по заданию; Lnд - БПК воды водоема в расчетном створе, 3 мгО2/дм3, по таблице 3; Lр - концентрация органических загрязнений по БПК в водоеме до спуска сточных вод, 2 мг мг /л О2, по заданию; К - константа скорости; t - время добегания.

Константа скорости

К = К20 · 1,047(Тр-Т20); (3.7)

где Тр - средняя температура воды водоема самого жаркого месяца, 23єС, дано по заданию.

К = -0,1

Время добегания



t = L / (Vср· 86400); (3.8)

где Vср - средняя скорость течения воды в водоеме 0,51 м/с, дано по заданию; L - расстояние от места выпуска сточных вод до пункта водопользования 500 м, дано по заданию; 86400 - переводной коэффициент.

t =10000 / (0,51· 86400) = 0,23 сут.

Lдоп ? (0,96·7,1) / (0,463·10-0,1·0,23) · (3-2·10-0,1·0,23) + 3/ 10-0,1·0,23 = 10,58 мг/л О2.

Концентрация кислорода в водоеме после сброса сточных вод снижается и достигает своего минимального значения, после двух суточного добегания до створа, поэтому величину коэффициента смешения можно принять равное 1.

Lст ? (г·Qр) / (0,4qст) · (Ор - 0,4Lр- Омин) - Омин/0,4; мг/л О2. (3.9)

Где Q=7,1 м3/с - расход воды в створе реки при 95% обеспеченности,

qст=0,463 м3/с - среднесекундный расход сточной воды,

Ор - концентрация растворенного кислорода в водоеме в летний период, 7,95 мг/л; Омин - концентрация растворенного кислорода в расчетном створе, 6 мг/дм3, по таблице 3.

Lст ? (0,96·7,1) / (0,4·0,463) · (7,95 - 0,4·7,68 - 6) - 6/0,4 = 19,18 мг/л О2

Из двух расчетных показателей Lст и Lдоп выбираем меньшее, которое и будет определять необходимую степень очистки по БПК.



4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ

Для выбора технологической схемы очистки сточных вод необходимо знать расчетные расходы и концентрации загрязнений на входе и выходе из очистных сооружений.

Расходы: qст - среднесекундный расход сточных вод 0,463 (м3/сек), рассчитано в пункте 1.2;

Концентрации на входе: Ссмеси взв.в - концентрация взвешенных веществ смеси сточных вод, 227,32 мг/л; С смеси БПК ос. - концентрация БПК осветленное смеси сточных вод, 148 мг/л; С смеси БПК пол. - концентрация БПК полное смеси сточных вод, 410,72 мг/л.

Концентрации на выходе: Сдоп - концентрация взвешенных веществ в расчетном створе, 15 мг/л; Lдоп - концентрация БПК в расчетном створе 3 мг/л О2

Полная биологическая очистка сточных вод дает по БПК 3 мг/л О2, по взвешенным веществам 12,5 мг/л. На основании этих данных можно определить, что в нашем случае требуется доочистка.

В технологическую схему очистки сточных вод входят:

Сооружения механической очистки СВ (решетки, песколовки, отстойники).

Сооружения биологической очистки СВ (аэротенки).

Сооружения доочистки (биореакторы).

Обеззараживание и обработка осадков.

В настоящее время при очистке сточных вод используют:

- Физические методы;

- Физико-химические методы;

- Биохимические методы.

Выбор того или иного метода определяется составом сточных вод, концентрацией загрязнений в них, а также требованиями к качеству очищенной воды при сбросе её в водоём.

С учётом фазово-диссперсного состава загрязнений технология очистки на очистных сооружениях всегда включает в качестве первого элемента механическую очистку. Этот элемент предусматривает удаление из сточной воды грубо-диссперсных примесей, взвешенных веществ, песка.

Механическая очистка сточной воды происходит в следующих сооружениях: приемная камера, решетки, песколовки, отстойники.

- приёмная камера предназначена для приёма сточных вод, располагается в наивысшей точке очистной станции, что позволяет распределить сточную воду по сооружениям в самотёчном режиме по лоткам. В приёмную камеру сточную воду подают насосами. Высота поднятия приёмной камеры зависит от величины гидравлических потерь. Размер и количество приёмных камер принимают по максимальному часовому расходу в соответствии с нормативными данными.

- для улавливания и измельчивания твердых отбросов крупных нерастворённых загрязнений применяются решётки-дробилки.

- песколовки предназначаются для выделения из сточной воды тяжёлых примесей и устанавливаются перед отстойниками. Применение песколовок обусловлено тем, что при совместном выделении в отстойниках минеральных и органических примесей возникают значительные затруднения при удалении осадка из отстойников и дальнейшем его сбраживании в метантенках.

- первичный отстойник предназначен для удаления основной массы нерастворённых примесей, преимущественно органического происхождения

- вторичные отстойники служат для задерживания активного ила, поступающего вместе с очищенной водой из аэротенков.

Для изъятия органических веществ, находящихся в растворённой и коллоидной форме, на станции очистки применяют сооружения биохимической очистки, к которым относятся аэротенки. Также на станции задействованы метантенки, которые служат для сбраживания осадка.

- аэротенки- искусственные биологические сооружения. Основные факторы, оценивающие интенсификацию биоочистки в искусственно созданных сооружениях следующие: позволяют окислять высококонцентрированные сточные воды, позволяют использовать высокие концентрации микроорганизмов, позволяют использовать искусственный биоценоз, в том числе чистые биокультуры для очистки сточных вод, в данных сооружениях могут быть изъяты специфические загрязнения (биогенные элементы, ионы тяжёлых металлов, красители, ПАВ, детергенты, скорость разложения которых мала), позволяют интенсифицировать процесс за счёт поддержания в сооружении определённой величины рН, концентрации кислорода, оптимального перемешивания.

К физико-химическим методам очистки относятся методы обеззараживания сточных вод, в основу которых положены окислительные процессы. Для обеззараживания используется ультрафиолетовые установки.



5. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Расчет приемной камеры

Т.к. Qmax ч = 1890 м3/ч, то принимаю три приёмных камеры

А = 1000 мм b = 500 мм

В = 1200 мм l = 1000 мм

5.1 Расчет решеток

Учитывая производительность очистной станции q = 0,715 (м3/сек), (рассчитано в пункте 1.2) При установке решеток-дробилок число резервных решеток необходимо принимать по [1] табл.22. Учитывая производительность очистной принимаем 2 рабочих и 1 резервную.

Допустимая скорость при проходе сточной воды через прозоры решеток определяется как

V=1,25·К· q=1,25·0,75·0,715=0,7 м/с;

где К коэффициент стеснения потока, равный 0,75.Принимаем решетки-дробилки РД-600: Диаметр барабана- 625мм.

Число вращения барабана -24 мин-1

Пропускная способность по воде - 48000 м3/сут.

5.2 Расчет песколовок

Песколовки необходимо предусматривать при производительности очистных сооружений свыше 100 м3/сут. Число песколовок или отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими.

Тип песколовки выбираем с учетом производительности очистных сооружении, характеристики взвешенных веществ, компоновочных решений и т.п.: горизонтальная

При расчете горизонтальных песколовок следуют определять их длину Ls, м, по формуле

(5.7)

где Ks - коэффициент учитывающий влияние турбулентности и т.д., 1,7, принимаемый по [1] табл. 27; Hs - расчетная глубина песколовки, 0,89 м; vs - скорость движения сточных вод, 0,3 м/с, принимаемая по [1] табл. 28; u0 - гидравлическая крупность песка, 18,7 мм/с, принимаемая в зависимости от требуемого диаметра задерживаемых частиц песка.

Hs = FЅ / 1,5 = 1,19Ѕ / 1,5 = 0,89 (5.8)

Т.к. В: Hs = 1,5; В · Hs = F, где В - ширина песколовки; F - площадь живого сечения, рассчитанная по формуле: F = qmax/(ns · vs) = 0,715/(2·0,3) = 1,2 м2; где qmax - максимальный часовой расход сточных вод 0,715 (м3/сек), рассчитано в пункте 1.2; ns - количество принятых песколовок, 2 шт.

Ls = (1000·1,7·0,89·0,3) / 18,7 = 24,27 м.

Определение количества песка, задерживаемого в песколовке.

Количество песка, задерживаемого в песколовках, для бытовых сточных вод надлежит принимать 0,02 л/(челсут), влажность песка 60 %, объемный вес 1,5 т/м3.

Qпесок = Nпрвзв · qs / 1000, (м3/сут) (5.10)

Qпесок = 133230 · 0,02 / 1000 = 2,66 (м3/сут)

где Nпрвзв - приведенное число жителей, 133230 чел, рассчитано по формуле (5.11); qs - количество песка, задерживаемого в песколовках, для бытовых сточных вод надлежит принимать 0,02 л/(челсут), по [1] пункт 6.

Nпрвзв = Nкз + Nэкв (5.11)

Nпрвзв = 100000 + 33230 = 2133230(чел).

где Nкз - число жителей канализованных районов, 100000 чел, дано по заданию; Nэкв - число жителей, которые внесут такое же количество взвешенных веществ которое вносит данное предприятие, 33230 чел, рассчитано по формуле (5.9).

Nэкв = Свзв.пр · Qпр / авзв, (5.12)

Nэкв = 180· 12000 / 65 = 33230 (чел).

где а - количество загрязняющих веществ на одного жителя, г/сут (из таблицы № 2); Qпр - расчетный расход производственных сточных вод, 12000 (м3/сут), дано по заданию; Свзв.пр - концентрация взвешенных веществ промышленных сточных вод 180 (мг/л). Для задержания песка используем песковые площадки. Площадь песковых площадок определяем по нагрузке песка на дно песковых площадок, которое равно 3 м3/м2 год. Глубину песковой площадки принимаем равную 3 м.



Fss = Qпесок · 365 / g, (м2) (5.13)

Fss = 2,66· 365 / 3 = 324 (м2).

где Qпесок - количество песка задерживаемого в песколовке, 2,66 (м3/сут), рассчитано по формуле (5.7); 365 - количество дней в году; g - нагрузка песка на дно песковых площадок, 3 м3/м2 год.

Принимаем 2 песковые площадки, площадь которых равна:

Fss2 = Fss / 2 = 324 / 2 = 162(м2) (5.14)

Их геометрические размеры будут равны 16х10м2. полная площадь равна 162 м2.

Для откачки песка из песколовок наиболее часто используют гидроэлеваторы, которые устанавливают в песковом бункере. Для нормальной работы необходимо подавать воду после первичных отстойников по отношению 20 частей воды к 1-ой части песка. Песок из песколовок откачивают 2 раз в сутки. Время откачки 12 минут.

Qs = Qпесок · 21 = 2,66 · 21 = 55,86 м3/сут; (5.15)

где 21 - отношение частей воды к частям песка; Qпесок - количество песка задерживаемого в песколовке, 2,66 (м3/сут), рассчитано по формуле (5.7).

С каждой песковой площадки нужно откачивать кол-во песка равное:

Qsґ = Qs / 2 =55,86 / 2 = 27,93 м3/сут; (5.16)

где 2 - количество песковых площадок, шт.

Определение производительности гидроэлеваторов:



f = Qsґ*1000/ ns* nk t = 55,86*1000/2*2*720= 0,0194 л/с ? 20 м3/с.

Принимаем гидроэлеватор: Типоразмер ЙЙ, диаметр сопла 40 мм, диаметр горловины 80 мм, расход 20 м3/с.

5.3 Расчет отстойников

Первичные отстойники рассчитывают на пропуск максимального расхода. Принимаем горизонтальный отстойник.

Э > u0> qsetN >tset

Максимальный часовой расход Qmax.ч = 3008,8 м3/ч; концентрация взвешенных веществ смеси сточных вод Ссмеси взв= 227,32 (мг/л);

Эффект осветления находим по формуле:

Э = ((Ссмеси взв - 150) / Ссмеси взв) · 100% (5.17)

Э = ((227,32 - 150) / 227,32) · 100% = 35%.

С помощью таблицы 4 находим значение продолжительности отстаивания tset = 395 с, так как:

t200= 540 с - 30%; t300= 320 с - 30%;

t200= 650 с - 40%; t300= 450 с - 40%.

Расчетное значение гидравлической крупности u0, мм/с, необходимо определять по кривым кинетики отстаивания Э = f(t), или рассчитать по формуле:



(5.18)

u0 = (1000·3·0,5) / (395·1,1(3·0,5/0,5)0,2 = 2,4 мм/с.

где Hset - глубина проточной части в отстойнике, принимаем равной 3м; Kset - коэффициент использования объема проточной части отстойника, 0,5. по [1] таблица31; tset - продолжительность отстаивания, с, соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторном цилиндре в слое h1, 395 с, найдена ранее; n2 - показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе осаждения; для городских сточных вод, 0,5, определяем по [1] черт. 2.

Рис. 1 - Зависимость показателя степени n2 от исходной концентрации взвешенных веществ в городских сточных водах при эффекте отстаивания

1 - Э = 50 %; 2 - Э = 60 %; 3 - Э = 70 %

Основные расчетные параметры отстойников надлежит определять по [1] табл. 31.

Различают типовые размеры горизонтальных отстойников:

6*24*3,15

9*30*3,15



Производительность одного отстойника qset, м3/ч, следует определять исходя из заданных геометрических размеров сооружения и требуемого эффекта осветления сточных вод по формуле: для радиальных отстойников

сточный вода очистка отстойник

qset =3,6 · Kset*Lset*Bset · (U0 -Vтурб) (5.19)

где Кset - коэффициент использования объема, 0,45,принимаемый по [1] табл. 31; u0 - гидравлическая крупность задерживаемых частиц, 1,85 мм/с, определяемая по формуле (5.15); vtb - турбулентная составляющая, 0 мм/с, принимаемая по [1] табл. 32. Lset -длина тстойника,м. Bset -ширина отстойника

qset = 3,6 ·6 ·24*0,5 (2,4) = 622,08 м3/ч.

N = Qмакс.ч / qset (5.20)

N = 2575,71/622,08= 5 шт.

qset = 3,6 ·9*30 ·0,5 (2,4) = 1166,4 м3/ч.

Количество отстойников рассчитываем по формуле(5.20):

N = 2575,71 / 1166,4 = 2,20 ? 3 шт.

Принимаем 3 отстойника 9*30*3,15

Объем осадка образовавшегося в первичном отстойнике:

Количество осадка по сухому веществу оприделяется по формуле:

Qmud = (Сеn·Э·К·qсут)/106 =(227,32·0,34·1,1·40000)/106 =3,4 т/сут; (5.21)

Vmud = qmud ·100/(100 - Вmud) = 3,4·100/(100-95) = 68 м3/сут. (5.22)



где Сеn - концентрация взвеси смеси СВ, 227,32 мг/л; Э - эффективность работы отстойника, 34%; К - коэффициент неравномерности, 1,2; qсут - среднесуточный расход сточных вод 40000 (м3/сут); Вmud - влажность осадка, 95%, т.к. осадок удаляем с помощью плунжерного насоса.

Количество осадка по беззольному веществу равно:

Qmudw a= Qmud (100-S)(100-Вг)/10000

Где: S=30% зольность осадка; Вг=5-6%гигроскоическая влажность осадка.

Qmudw a=3,4(100-30)(100-5)/10000=2,26 т/сут. (5.24)



6. СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

6.1 Расчет аэротенков

При БПКполн поступающей в аэротенки воды свыше 150 мг/л, а также при наличии в воде вредных производственных примесей необходимо предусмотреть регенерацию активного ила.

Так как С см БПК ос - концентрация БПК смеси сточных вод, 160 мг/л, предусматриваем регенерацию ила.

Период аэрации tat, ч, в аэротенках, определим по формуле

(6.1)

где Len - БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании), 215,4 мг/л; Lex - БПКполн очищенной воды,15 мг/л; ai - доза ила, принимаем 2,5 г/л;

tat = (2,5 / 2,50,5) · lg(160 / 15) = 1,81 ч.

При проектировании аэротенков с регенераторами продолжительность окисления органических загрязняющих веществ tO, ч, рассчитываем по формуле:

(6.2)



где - удельная скорость окисления, мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч, определяемая по формуле:

(6.3)

max - максимальная скорость окисления, 85 мг/(гч), принимаемая по табл. 40 [ 1 ]; CO - концентрация растворенного кислорода, 2 мг/л; Kl - константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, 33 мг БПКполн/л, и принимаемая по табл. 40 [ 1 ]; КО - константа, характеризующая влияние кислорода, 0,625 мг О2/л, и принимаемая по табл. 40 [ 1 ]; - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, 0,07 л/г, принимаемый по табл. 40 [ 1 ].

с = ((85·15·2)/(15·2+33·2·0,625·15))·(1/(1+0,07·5,33) = 12,33 мг/(гч).

Ri - степень рециркуляции активного илаi, в аэротенках следует рассчитывать по формуле:

(6.4)

где ai - доза ила в аэротенке, 2 г/л; Ji - иловый индекс, см3/г.

Величина Ri должна быть не менее 0,3 для отстойников с илососами, 0,4 - с илоскребами, 0,6 - при самотечном удалении ила. Принимаем Ri равное 0,3.

s - зольность ила, принимаемая по табл. 40 [ 1 ].

ar - доза ила в регенераторе, 6,7 г/л, определяемая по формуле



(6.5)

ar = 2 (1 / (2·0,3) + 1) = 5,33г/л.

to = (160-15) / (0,3·5,33·(1- 0,3) ·12,23) = 10,6ч.

Продолжительность регенерации tr, ч, определяем по формуле:

(6.6)

tr = 10,6 -2 = 8,6ч.

Время прибытия в системе ts, ч, определяем по формуле:

ts = tr · Ri + tat (1+Ri)

ts = 8,6 · 0,3 + 2 (1+0,3) = 5,1 ч

Вместимость аэротенка Wat, м3, определяем по формуле:

(6.7)

где qw - расчетный расход сточных вод, так как время прибытия в системе 3 ч

Wat = 1,83 (1+0,3) 2,757,71 = 7170,05 м3

Вместимость регенераторов Wr, м3, определяем по формуле:

(6.8)

Wr = 8,6 · 0,3 · 2757,71 = 7114,89 м3



Общий объем аэротенка Wo, м3, определяем по формуле:

Wo = Wat + Wr, м3

Wo = 7170,05+7114,89 = 14284,9 м3

Объем регенераторов, составляет 49,8% от общего объема аэротенка > принимаем четырех коридорный аэротенк.

Размеры аэротенка.

Длина аэротенка:Lat = Wо / (N·д·у·т), м (6.9)

где Wо - общий объем аэротенка, 14284,9 м; N - количество коридоров, 4 шт; д - ширина коридора, 4,5 м; у - глубина коридора, 4 м; т - количество аэротенков, 3 шт.

Lat = 14284,9/ (3 · 4 · 4,5 · 4,4) = 60,1 м ? 63 м

Ширина аэротенка: Вat = N·у·т, м (6.10)

Вat = 3 · 4,5 · 4 = 54 м

Находим реальный объем аэротенка:

Wо = Lat · Вat · у = 63 · 54 · 3 = 10206 м3

Wat =1/3 · 10206 = 3402 м3 = Wr.

Нагрузку на ил qi, мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в сутки, надлежит рассчитывать по формуле: qi = (24 · Lеn · Qр) / (аs · Wo ·(1- s)) (6.11)



qi = (24 · 160 · 2757,71) / (3,16 · 10206 ·(1- 0,3)) = 303,6 мг/(г сут)

=> Ji, при нагрузке на ил qi = 303,6 мг/(гсут) равен 70,36 см3/г,

Сточные воды	Иловый индекс Ji, см3/г, при нагрузке на ил qi, мг/(гсут)
	100	200	300	400	500	600
Городские	130	100	70	80	95	130

Пересчитываем Ri, по формуле (6.4):

Ri = 2/ (1000/70,36 - 2) = 0,28, так как полученное число равно 0,3 необходимости пересчитывать аэротенк с начала нет.

Удельный расход воздуха qair, м3/м3 очищаемой воды, при пневматической системе аэрации определяем по формуле:

, (6.13)

где qO - удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн, принимаемый при очистке до БПКполн 15-20 мг/л - 1,1; K1 - коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка faz /fat по[1]табл. 42, 0,3/4,5 = 0,07 => К1 = 1,36; K2 - коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов ha и принимаемый по[1]табл. 43; KT - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод. который определяем по формуле

= 1+ 0,02 (23-20) = 1,06 (6.14)

здесь Tw - среднемесячная температура воды за летний период, 23С; K3 - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85; Ca - растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определяем по формуле

= 10,43 (6.15)

здесь CT - растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, равная; ha - глубина погружения аэратора, 4 м; CO - средняя концентрация кислорода в аэротенке, 2 мг/л.

faz/fat	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,75	1
K1	1,34	1,47	1,68	1,89	1,94	2	2,13	2,3
Ja max, м3/(м2ч)	5	10	20	30	40	50	75	100
ha, м	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	3	4	5	6
K2	0,4	0,46	0,6	0,8	0,9	1	2,08	2,52	2,92	3,3
Ja,min, м3/(м2ч)	48	42	38	32	28	24	4	3,5	3	2,5

qair = (1,1(160-15)) / (1,36·2,7·1,06·0,85(10,3 - 2) = 5,89 м3/м3

Интенсивность аэрации Ja, м3/(м2ч), надлежит определять по формуле

(6.16)

где Hat - рабочая глубина аэротенка, 4 м; tat - период аэрации, 1,96 ч.

Jа = 5,89 · 4,4 / 2 = 12,9 м3/(м2ч).

6.2 Вторичный отстойник

Гидравлическая нагрузка qssa, м3/(м2ч)



(6.17)

где Kss - коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимаемый для радиальных отстойников - 0,4; at - следует принимать не менее 10 мг/л,; ai - не более 15 г/л.

qssa = (4,5·0,4·40,8) / (0,1·70,36·2)0,5-0,001·15 =1,52 м3/(м2ч).

Площадь секций: F = 2575,71/1,52*4 = 423,6 м2.

Диаметр одной секции: D = (4·2575,71/4·3,14)1/2 = 23,2=24м

Принимаем 4 отстойника диаметрами по 24 м.

Рис. 2



7. ОБРАБОТКА И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ОСАДКА

7.1 Анаэробные стабилизаторы - метантенки

Осадок, образующийся в процессе очистки сточных вод (сырой, избыточный активный ил и др.), должен подвергаться обработке, обеспечивающей возможность его утилизации или складирования. При этом необходимо учитывать народнохозяйственную эффективность утилизации осадка и газа метана, организацию складирования неутилизируемых осадков и очистку сточных вод, образующихся при обработке осадка.

Выбор методов стабилизации, обезвоживания и обезвреживания осадка должен определяться местными условиями (климатическими, гидрогеологическими, градостроительными, агротехническими и пр.), его физико-химическими и теплофизическими характеристиками, способностью к водоотдаче.

При обосновании по рекомендациям специализированных научно-исследовательских организаций допускается совместная обработка обезвоженных осадков и твердых бытовых отходов на территории очистных сооружений канализации или мусороперерабатывающих заводов.

Надлежит предусматривать использование обработанных осадков городских и близких к ним по составу производственных сточных вод в качестве органоминеральных удобрений.

7.2 Расчет радиального илоуплотнителя

Определяем максимальный расход осадка для илоуплотнителя:

Qmax= (Pmax·Q)/(24· ar);



Где Pmax -максимальный прирост активного ила равный 210,024 г/ м3; ar -концентрация активного ила в регенераторе равный 6,7 г/л; Q- производительность станции 65000 м3/сут

Qmax=168,02·40000/24·5,33·1000=63,05 м3/ч

Площадь илоуплотнителя равна:

F = 63,05/0,3 =210 м2.

Диаметр илоуплотнителя определяется как:

D = (4·210/2·3,14)1/2 = 11,5м.

Так как получили диаметр, не соответствующий стандартному радиальному, приходится использовать вертикальный.

Принимаем 3 вертикальных илоуплотнителя диаметром 9м.

7.3 Расчет Метантенков

Метантенки следует применять для анаэробного сбраживания осадков городских сточных вод с целью стабилизации и получения метансодержащего газа брожения, при этом необходимо учитывать состав осадка, наличие веществ, тормозящих процесс сбраживания и влияющих на выход газа.

Совместно с канализационными осадками допускается подача в метантенки других сбраживаемых органических веществ после их дробления (домового мусора, отбросов с решеток, производственных отходов органического происхождения и т. п.).

Для сбраживания осадков в метантенках допускается принимать мезофильный (Т = 33 С) либо термофильный (Т = 53 С) режим. Выбор режима сбраживания следует производить с учетом методов последующей обработки и утилизации осадков, а также санитарных требований.

Для поддержания требуемого режима сбраживания надлежит предусматривать:

загрузку осадка в метантенки, как правило, равномерную в течение суток;

обогрев метантенков острым паром, выпускаемым через эжектирующие устройства, либо подогрев осадка, подаваемого в метантенк, в теплообменных аппаратах. Необходимое количество тепла следует определять с учетом теплопотерь метантенков в окружающую среду.

Определение вместимости метантенков следует производить в зависимости от фактической влажности осадка по суточной дозе загрузки, принимаемой для осадков городских сточных вод по табл. 5, а для осадков производственных сточных вод - на основании экспериментальных данных; при наличии в сточных водах анионных поверхностно-активных веществ (ПАВ) суточную дозу загрузки надлежит проверять.



Таблица 4

Режим сбраживания	Суточная доза загружаемого осадка Дmt, %, при влажности загружаемого осадка, %, не более
	93	94	95	96	97
Мезофильный	7	8	8	9	10
Термофильный	14	16	17	18	19

Qmudо= 3,4 т/сут; (4.21)

Vmudо= qmud ·100/(100 - Вmud) = 3,4·100/(100-95) = 68 м3/сут.

Qmudи=8,06 т/сут;

Vmudи=8,06·100/(100-97,3)=298,5 м3/сут.

Количество осадка по беззольному вещесву равно:

Qmudw a= Qmud (1-S)(1-Вг)

Где: S=30% зольность осадка; Вг=5-6%гигроскоическая влажность осадка.

Qmudw a=3,4(1-0,30)(1-0,05)=2,26 т/сут.

Qmudw a=8,06(1-0,30)(1-0,05)=5,3 т/сут.

Сумма смеси по сухому веществу: Qmud==3,4+8,06=11,46т/сут;

Сумма по беззольному веществу: Qmudw a=2,26+5,3=7,6 т/сут;

Сумма объемов осадка и ила: Vmud=68+298,5=366 м3/сут.

Среднее значение влажности смеси: В=96,5%

Объем метантенка определяем как: V= Vmud·100/Д

Где Д-суточная доза загрузки осадка в метантенк, определяется по формуле:



где где Сdt - содержание поверхностно-активных веществ (ПАВ) в осадке, мг/г сухого вещества осадка, принимаемое по экспериментальным данным или по табл. 60;

Pmud - влажность загружаемого осадка, %;

Дlim - предельно допустимая загрузка рабочего объема метантенка в сутки, принимаемая, г/м3:

40 - для алкилбензолсульфонатов с прямой алкильной цепью;

85 - дли других «мягких» и промежуточных анионных ПАВ;

65 - для анионных ПАВ в бытовых сточных водах.

V=366·100/9,7=3773 м3;

Принимаем два метантанка по 2500 м3 общим объемом 5000 м3.

7.4 Расчет иловых площадок

Иловые площадки допускается проектировать на естественном основании с дренажем и без дренажа, на искусственном асфальтобетонном основании с дренажем, каскадные с отстаиванием и поверхностным удалением иловой воды, площадки-уплотнители.

Нагрузку осадка на иловые площадки, м3/м2 в год, в районах со среднегодовой температурой воздуха 3-6 С и среднегодовым количеством атмосферных осадков до 500 мм надлежит принимать по табл. 64.(1) Принимаем нагрузку равную 2 м3/м2 в год. Тогда площадь иловых площадок будет равна:

F=V/q м2;



Где V-объем осадка после метантенка при влажности 92% он равен 366 м;

F=366· 365/1,5=66795 м2;

Максимальный размер карт 100x100м таким образом количество карт равно:

n=F/10000=6,7 принимаем равное 8,

тогда размер кард будет равен: F=/8=8344=91x91м

На иловых площадках должны предусматриваться дороги со съездами на карты для автотранспорта и средств механизации с цепью обеспечения механизированной уборки, погрузки и транспортирования подсушенного осадка.

Для уборки и вывоза подсушенного осадка следует предусматривать механизмы, используемые на земляных работах.

Площадь иловых площадок следует проверять на намораживание. Для намораживания осадка допускается использование 80 % площади иловых площадок (остальные 20 % площади предназначаются для использования во время весеннего таяния намороженного осадка). Площадь иловых площадок на намораживание равено:

F=66795·0,8=53436 м2;

Продолжительность периода намораживания следует принимать равной числу дней со среднесуточной температурой воздуха ниже минус 10С (см. черт. 3). Для Ростова на Дону продолжительность периода намораживания равен 50 дней.



F=366· 50/1,5=12200 м2;

Подачу иловой воды с иловых площадок следует предусматривать на очистные сооружения, при этом сооружения рассчитываются с уметом дополнительных загрязняющих веществ и количества иловой воды. Дополнительные количества загрязняющих веществ от иловой воды надлежит принимать: при сушке сброженных осадков - по взвешенным веществам 1000-2000 мг/л, по БПКполн -1000-2000 мг/л (большие значения для площадок-уплотнителей, меньшие - для других типов иловых площадок)

7.5 Расчет газгольдера

Расчет газгольдера сводится к определению суммарного выхода газа. Он может быть определен по формуле:

Объем газгольдеров равен:

Принимаем 2 газгольдера V=300 м3

В этом случае время пребывания в нем будет равно:



8. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

УФ-облучение в отличие от окислительных технологий не меняет химический состав воды даже при дозах, намного превышающих практически необходимые. Поэтому УФ-облучение наиболее перспективный метод обеззараживания воды с высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам, не приводящий к образованию вредных побочных продуктов.

Принимаем УФ установку ОДВ-1000А производительностью 1000 м3/ч.

Применение метода ультрафиолетового облучения для обеззараживания сточных вод.

По данным ВОЗ до 80% заболеваний передается водным путем и с ростом антропогенной нагрузки на окружающую среду актуальность возведения барьера на пути их распространения возрастает.

Основным источником микробного загрязнения объектов водопользования, поверхностных и морских вод, почвы, подземных водоносных горизонтов, хозпитьевой воды являются хозяйственно-бытовые сточные воды. Для таких вод характерен высокий уровень микробного загрязнения на фоне значительной концентрации взвешенных и органических веществ. В сточных водах населенных пунктов обнаруживаются многие виды патогенных бактерий, вирусов и паразитов. Болезни, вызываемые этими микроорганизмами, весьма различны и могут приводить к серьезным последствиям для здоровья человека. Средством предотвращения распространения инфекционных болезней и защиты поверхностных и подземных водоемов от заражения является обеззараживание сточных вод.

Современные станции очистки сточных вод в значительной мере освобождают воду не только от механических и химических загрязнений, но и от патогенной микрофлоры. Совершенствование систем очистки позволяет в большей степени снизить бактериальную загрязненность и повысить качество воды. Однако даже самые высокоэффективные очистные сооружения не обеспечивают дезинфекции стоков без специальных устройств обеззараживания.

Обеззараживание сточных вод УФ излучением

Неудовлетворенность традиционной технологией хлорирования привела к тому, что в конце 60-х и 70-х годах начались активные работы, направленные на поиски новых методов обеззараживания сточных вод.

В конце 70-х годов в ряде развитых стран Европы и Северной Америки были созданы программы по развитию альтернативных хлорированию технологий обеззараживания природных и сточных вод (например, Программа Агентства защиты окружающей среды США в 1976-1984 г.г.). В результате работы по этим программам на основе серьезных достижений в области свето- и электротехники было создано оборудование по обеззараживанию природных и сточных вод ультрафиолетовым излучением, по своим технико-эксплуатационным показателям приемлемое для станций большой производительности. В нашей стране также велись аналогичные работы. Так, на Курьяновской станции аэрации в 1958-1959 г.г. проводились экспериментальные работы по выявлению эффективности ультрафиолетового излучения. К сожалению, из-за недостаточного опыта была неправильно определена требуемая доза, и, как следствие, была достигнута невысокая эффективность обеззараживания - ~60-80%. На основании этих результатов был сделан вывод о недостаточной эффективности ультрафиолетового излучения для обеззараживания сточных вод, что привело к приостановке работ, направленных на разработку установок УФ обеззараживания сточных вод.

За рубежом ситуация складывалась более благоприятно. Количество внедренных систем ультрафиолетового облучения для обеззараживания сточных вод растет с каждым годом. В руководстве по обеззараживанию сточных вод (США, 1996) приведены данные, что в Северной Америке в 1986 году только 50 очистных сооружений использовали системы ультрафиолетового обеззараживания (большинство с производительностью не более 158 м3/ч), в 1990 году уже было более 500 очистных сооружений (из них значительная часть с производительностью более 1580 м3/ч), а к моменту издания руководства более 1000 сооружений использовали данный метод обеззараживания. Уже в 1998 году сообщается, что в мире ультрафиолетовые системы действуют более чем на 2000 очистных сооружений для очистки сточных вод. Общий расход обрабатываемых УФ облучением сточных вод составляет более 1 млн. м3/ч. В 1998 г. сообщалось, что во Франции, начиная с 1994 г., УФ обеззараживание внедрено на 30 станциях, в Великобритании внедрено более чем на 100 станциях. Применение УФ облучения для обеззараживания не имеет ограничений по производительности сооружений - крупные УФ станции имеют производительность более 30000 м3/ч на сооружениях в г. Квебек (Канада), г. Миннеаполис (США).

Метод ультрафиолетового обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование, озонирование):

УФ облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор и протозоа. Оно уничтожает возбудителей таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;

обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами. В частности, на воздействие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;

в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;

в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;

время обеззараживания при УФ облучении составляет 1-10 секунд в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей;

достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ комплексов. Современные УФ лампы и пускорегулирующая аппаратура к ним выпускаются серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;

для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и, тем более, озонировании эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими затратами электроэнергии (в 3-5 раз меньшими, чем при озонировании); отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах: жидком хлоре, гипохлорите натрия или кальция, а также отсутствием необходимости в реагентах для дехлорирования.

отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надежность систем водоснабжения и канализации в целом;

ультрафиолетовое оборудование компактно, требует минимальных площадей, его внедрение возможно в действующие технологические процессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ;

Факторы, влияющие на эффективность обеззараживания ультрафиолетовым излучением

Экологическое Предприятие «Очистные сооружения» занимается разработкой и внедрением ультрафиолетового оборудования для обеззараживания сточных вод. Накопленный опыт показал, что при попытке адаптирования зарубежного опыта к условиям нашей страны возникает ряд проблем. В первую очередь это связанно с более строгими требованиями российских нормативов на микробиологические показатели сбрасываемых в водоемы сточных вод. Эти и другие сложности побудили нас вести независимые широкомасштабные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по определению и разработке основных принципов применения ультрафиолетового метода для обеззараживания сточных вод. В ходе этих работ кроме лабораторных проводились полевые исследования и опытно-промышленные испытания. Было проведено более 70 технологических обследований объектов по всей территории России, проведено около десятка долгосрочных опытно-промышленных испытаний, подготовлено более 50 проектных решений и накоплен большой опыт многолетней эксплуатации реальных комплексов УФ оборудования на различных очистных сооружениях. Проведённые работы позволили выявить основные факторы, влияющие на эффективность метода УФ обеззараживания. Известно, что бактерицидное действие ультрафиолетового излучения немонотонно зависит от длины волны и имеет максимум в области 250-260 нм. Наиболее оптимальными источниками излучения являются ртутные лампы низкого давления, излучающие на длине 253,7 нм. Кроме длины волны важной характеристикой является доза облучения - D [мДж/см2], которая определяет степень обеззараживания в процессе облучения. Для лабораторных культур наблюдается строгая убывающая экспоненциальная зависимость выживших микроорганизмов от дозы облучения. Однако, непосредственные измерения, проведённые на реальных сточных водах, показали, что наблюдается отличие от экспоненциального закона убывания числа микроорганизмов. Так было обнаружено, что, начиная с некоторой пороговой концентрации, снижение числа микроорганизмов под воздействием ультрафиолетового облучения прекращается. Значение остаточной концентрации выходит на «плато». Характеристика, отражающая зависимость уменьшения концентрации микроорганизмов от дозы УФ облучения, называется кривой обеззараживания. Вид кривой обеззараживания для сточных вод в некотором приближении, в случае N0>>Np, можно представить формулой: N=N0e-kD+Np, где Np - концентрация микроорганизмов, достигаемая на «плато» кривой обеззараживания, k-коэффициент сопротивляемости микроорганизмов.

Значение концентрации микроорганизмов на «плато» определяется предшествовавшей обеззараживанию технологии очистки стоков. Так, на рис.1 показаны кривые обеззараживания, полученные для стоков на ОСК г. Тольятти и на Зеленоградской станции аэрации. Эти кривые отражают экспериментальную зависимость для сточных вод, прошедших соответственно очистку и доочистку.

«Плато» кривой обеззараживания достигается обычно при дозах облучения 20-30 мДж/см2. Таким образом, для достижения максимальной эффективности обеззараживания требуется обеспечить в установках обеззараживания такую дозу облучения, при которой количество микроорганизмов после облучения будет определяться величиной Np.

Отличие кривой обеззараживания для реальных сточных вод от обеззараживания лабораторных культур объясняется, во-первых, тем, что в естественных условиях микроорганизмы имеют очень широкий видовой состав и обладают различной степенью сопротивляемости. Во-вторых, взвешенные вещества, находящиеся в воде, экранируют микроорганизмы от излучения или, более того, содержат микроорганизмы внутри себя (связанные с частицами бактерии). К тому же микроорганизмы часто образуют конгломераты различной величины. Так как ультрофиолетовое излучение не всегда может проникнуть внутрь частиц или конгломерата, появляется часть не подвергающихся облучению бактерий. Известно, что аналогичный эффект наблюдается при применении любых технологий обеззараживания, например, хлорирования и озонирования. Величина Nр определяется главным образом количеством микроорганизмов, связанных с взвешенными веществами.

Рис. 3 - Зависимость коли-индекса сточной воды от дозы УФ облучения. Кривая обеззараживания

В настоящее время в ходе исследований и промышленной эксплуатации ультрофиолетовых систем установлено, что основными показателями, влияющими на эффективность обеззараживания, являются содержание взвешенных веществ и коэффициент пропускания сточных вод на длине 254 нм.

Кроме концентрации взвешенных частиц необходимо учитывать функцию распределения частиц по размеру (ФРЧР) в очищенных сточных водах, подающихся на УФ обеззараживание. Влияние взвешенных веществ и ФРЧР сказывается в том, что с увеличением содержания взвешенных веществ и среднего размера частиц растет число бактерий, находящихся внутри и на поверхности частиц. Такие бактерии с трудом поддаются обеззараживанию любым дезинфектантом, так как доступ дезинфектанта внутрь частиц затруднен.

Как уже упоминалось выше, другим важным показателем является поглощение УФ излучения рядом растворенных в воде веществ. При этом интенсивность излучения резко падает по мере проникновения луча в глубь жидкости. Ослабление интенсивности излучения описывается законом Бугера-Ламберта-Бера: I=I0e-ah, где I0 - интенсивность ультрофиолетового излучения, падающего на поверхность воды, I - интенсивность на глубине h, a- коэффициент поглощения водой УФ излучения.