Реконструкция отделения биохимической очистки сточных вод города Руза, производительностью 10000 м3/сут

Расстояние между пластинами

Диаметр труб входа и выхода воды в отстойник.

Скорость воды в трубе принимаем

Число вводов воды в аппарат

Принимаем трубу 325х7 мм

3.3.5 Механический расчет вторичного отстойника

Ширина резервуара

Длина резервуара

Высота резервуара

Резервуар подземный, высота засыпки

Объемная масса грунта

Угол внутреннего трения

Район строительства - Москва

Данные для проектирования:

Бетон тяжелый класса В20

Расчетное сопротивление на осевое сжатие

Расчетное сопротивление бетона для предельных состояний второй группы

Арматура класса А-III

Расчетное сопротивление растяжению рабочей продольной арматуры

Модуль упругости арматуры

Расчет и конструирование стеновой панели производим, опираясь на следующие данные для проектирования:

Высота фундамента

Глубина заделки стеновой панели в фундамент

Назначаем толщину стеновой панели

Высота стеновой панели

Выделим для расчета вертикальную полосу шириной 1м.

Нагрузки на стеновую панель

Горизонтальная нагрузка от давления воды на уровне защемления стены

, где

- коэффициент надежности по нагрузке для жидкостей

- объемная масса воды (плотность)

Определим высоту эквивалентного слоя обсыпки

Временная нагрузка на поверхность грунта



Горизонтальная нагрузка от давления грунта и временной нагрузки на уровне верха стеновой панели (от давления грунта обсыпки)

, где

- коэффициент надежности по нагрузке для насыпных грунтов

Сумма высот обсыпки и эквивалентного слоя

Горизонтальная нагрузка от давления грунта обсыпки на уровне заделки стеновой панели в днище резервуара

, где

Определим внутренние расчетные усилия в стеновой панели от давления воды

Изгибающий момент на уровне защемления стены



Максимальный изгибающий момент в пролете от уровня верха стены на расстоянии

Поперечная сила на уровне защемления

Вычислим внутренние расчетные усилия от давления грунта:

изгибающий момент на уровне защемления стены

максимальный изгибающий момент в пролете от уровня верха стены на расстоянии

поперечная сила на уровне защемления



Расчет прочности стеновой панели по первой группе предельных состояний.

Стеновую панель на прочность по нормальным сечениям рассчитываем как плиту с одиночной арматурой с шириной расчетной полосы

Толщина защитного слоя бетона

Рабочая высота сечения

В расчете по прочности из двух расчетных схем принимаем большие значения изгибающего момента

Рассмотрим сечение в уровне защемления

Определим:

- для бетона



Характеристика сжатой зоны бетона

, где

для тяжелого бетона

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

При

- расчетное сопротивление растяжению арматуры класса А-III

- предельное напряжение в арматуре сжатой зоны

Тогда

Площадь рабочей вертикальной арматуры

По приложению 4 назначаем диаметр и шаг арматуры: 4ф14 А-III с Аs1=6,16кв.см и шагом 250мм (с обеих сторон стеновой панели).

Сечение в пролете:

Тогда

Площадь рабочей вертикальной арматуры

По приложению 4 назначаем диаметр и шаг арматуры: 2ф14 А-III с Аs2=3,08кв.см и шагом 500мм (с обеих сторон стеновой панели).

Отдельные стержни арматуры ф14 А-III объеденим в сварные сетки поперечной арматурой ф14 А-I (из условия свариваемости (прил.5) с шагом 250мм.

Расчет прочности стеновой панели по второй группе предельных состояний.

Проверим прочность стеновой панели из условия отсутствия наклонных трещин в сечениях стеновой панели:

- максимальная поперечная сила

так как бетон тяжелый

Условие выполнено, следовательно, класс бетона удовлетворяет условию прочности по трещиностойкости.

Определим ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента:

, где

- коэффициент для изгибаемых элементов

- коэффициент, учитывающий продолжительное действие постоянных и длительных нагрузок для конструкций из тяжелого бетона при попеременном водонасыщении и высушивании;

при применении стержневой арматуры



Условие по раскрытию трещин выполняется.

Расчет и конструирование днища резервуара

Для сбора нагрузок рассмотрим фрагмент днища резервуара под колонну одной из стенок

По конструктивным требованиям назначим минимальный вылет

Полная нагрузка на колонну состоит из

- нагрузка от покрытия, засыпки, снеговая нагрузка

- собственный вес ригеля

- собственный вес колонны

Собственный вес днища резервуара под каждой колонной

Нагрузка на фундамент

Суммарная рабочая высота из конструктивных требований

толщина днища

защитный слой бетона

высота капители

высота подколонника

Давление колонны от нормальной нагрузки при среднем коэффициенте безопасности

Коэффициент характера нагружения днища

Максимальные изгибающие моменты в двух направлениях

Расчет днища по первому предельному состоянию выполним в соответствии с гл. 3.2.6. [12] в виде определения площади сечения арматуры.

Максимальный изгибающий момент в рассматриваемых точках.

для арматуры днища

Принимаем по приложению 4 арматуру 8 ф12 А-III с As=9.05кв.см с шагом 125мм

В другом направлении принимаем для

арматуру 3 ф12 А-III с As=3.39кв.см с шагом 333мм

Верхнюю сетку С-2 подбираем по максимальному моменту Му2. Площадь арматуры получается также 3.301кв.см, следовательно также используем арматуру 3 ф12 А-III с As=3.39кв.см с шагом 333мм.

3.4 Фильтр

3.4.1 Назначение

Вода, поступающая на полное осветление на фильтры после выхода из вторичных отстойников, должна содержать не более 8-12 мг/л взвешенных веществ. Помимо взвешенных частиц фильтры должны задерживать большую часть микроорганизмов и микрофлоры и понижать цветность воды до допускаемой.

Очистка фильтрованием происходит в результате двух одновременно протекающих процессов: прилипания частиц взвеси к поверхности зерен фильтрующего материала и ранее прилипшим загрязнениям и их отрыва под действием гидродинамического давления потока жидкости. В результате действия этих двух факторов происходит продвижение фронта загрязнений в толще фильтра. Накопление загрязнений приводит к уменьшению размера пор, увеличению истинной скорости фильтрации и росту гидравлического сопротивления фильтрующего материала, то есть к повышению уровня жидкости перед фильтром. Вместе с тем увеличение истинной скорости фильтрации приводит к повышению гидродинамического давления потока жидкости на скоплениях загрязнений, их отрыву и переносу в последующие по ходу движения слои загрузки.

3.4.2 Техническая характеристика фильтра

Аппарат предназначен для полного осветления сточных вод. Производительность по воде 10000 м³/сут.

Среда в аппарате - сточная вода.

Концентрация взвешенных веществ:

- начальная С_н = 10 мг/л;

- конечная С_к = 3 мг/л.

Рабочие условия процесса:

- pH 6,5-8,5;

- рабочий диапазон температур: 6-25 ⁰С;

- давление атмосферное;

- среда не токсичная, невзрыво- и непожароопасная;

- абразивный износ материала в результате движения твердых нерастворимых частиц.

- габаритные размеры установки, мм - 5450х4800х3160.

3.4.3 Исходные данные

Расход сточной воды

Начальная концентрация твердых частиц

Эффективность очистки в фильтре

3.4.4 Технологический расчет безнапорного фильтра

Заданная производительность станции, оборудованной безнапорными фильтрами с зернистой однородной загрузкой, Q = 10 000 м³/сут. Однако она велика для одно фильтра, поэтому по ходу расчета будет необходимо определить число однотипных фильтров.

Суммарная площадь всех скорых фильтров находится по формуле:

где Т = 24 ч - продолжительность работы в течение суток;

- расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации;

n = 2 - число промывок каждого фильтра за сутки;

- интенсивность промывки;

t1 = 0,1 ч - продолжительность промывки;

t2 = 0,33 ч - время простоя фильтра в связи с промывкой.

Число фильтров должно быть:

Принимаем 5 фильтров площадью:

размером в плане 4,0х4,0 м.

B = 4 м - ширина фильтра;

L = 4 м - длина фильтра.

Тогда площадь одного фильтра составит

f_ф = 16 м²

Уточняем скорость фильтрования

Скорость фильтрования при форсированном режиме:

где N₁ - число фильтров, находящихся в ремонте.

Следовательно, скорость фильтрования при форсированном режиме отвечает требованиям табл. 34 [1].

Подбор состава загрузки

Загрузка фильтра принята согласно данным табл. 32 и 34 [8]. Высота фильтрующего слоя Нф=700 мм с минимальным диаметром зерен 0,5 мм и максимальным 1,2 мм. Эквивалентный диаметр зерен dэ=0,7 мм, а коэффициент неоднородности Кн=2.Поддерживающие слои имеют общую высоту 500 мм и крупность зерен 2-32 мм. (см.табл.33 Кожинов)

Расчет распределительной системы.

В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра, так и для сбора профильтрованной воды.

Интенсивность промывки была принята равной w = 12,5 л/(с, тогда количество промывной воды, необходимой для одного фильтра:

,



где f_ф - площадь одного фильтра;

Принимаем скорость промывной воды в коллекторе

,

Тогда диаметр коллектора распределительной системы будет равен

Диаметр коллектора распределительной системы по очищенной воде:

Принимаем распределительный коллектор диаметром

D_кол = 357 мм. И изготавливаем его из трубы ф377х10 мм.

Площадь фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распределительной системы при расстоянии между ними m = 0,27 м и наружном диаметре коллектора Dк = 377 мм:

Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление:

Скорость движения воды в ответвлениях

,

Диаметр труб ответвлений:



Принимаем ответвления изготовленными из трубы ф 95х4 мм.

Пересчет скорости движения воды в ответвлениях

В верхней части ответвлений вертикально устанавливаем колпачки на патрубки диаметром 20мм.

Отношение площади всех патрубков для установки распределительных колпачков всех патрубков в ответвлениях распределительной системы Уfо к площади поперечного сечения общего коллектора Fкол принимается по СНиП равным а=0,35.

Площадь сечения коллектора

Принимаем диаметр отверстия в патрубке (с учетом стенки)

d₀ = 16 мм,

Толщина стенки стальной трубы ответвления

д_тр = 4 мм

Суммарная площадь отверстий для одного фильтра

или 350 см²

При диаметре отверстия в патрубке 16мм площадь отверстия составит



Общее число патрубков (и, соответственно, колпачков) в распределительной системе каждого фильтра

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстоянии между осями ответвлений 0.27 м

Принимаем с каждой их двух сторон коллектора по 15 ответвлений.

Число отверстий, приходящееся на каждое ответвление

Принимаем n_о1 = 6.

При длине каждого ответвления

шаг оси отверстий будет:

На каждом патрубке устанавливается колпачек (см. [11] с 201)

Расчет устройства для сбора и отвода воды при промывке фильтра

Загрязненная вода при промывке скорых фильтров собирается и отводится по желобам, размещенным над поверхностью фильтрующей загрузки. Конструкция желобов должна предотвращать помехи нормальному расширению загрузки фильтра при поступлении промывной воды и препятствовать выносу зерен загрузки вместе с промывной водой.

Эти условия определяют выбор формы и размеров желоба, высоту его расположения над поверхность фильтра и допустимые расстояния между соседними желобами.

Принимаем 3 желоба. Расстояние между осями составляет 4м/3 = 1,333 м (рекомендуемое расстояние не более 2,2 м).

Расход промывной воды на 1 желоб:

Определим ширину желоба

где

К = 2 - для желобов с полукруглым основанием

a = 1,5 - отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины

Высота прямоугольной части желоба



Принимаем

Полезная высота желоба

Принимаем

Конструктивная высота желоба (с учетом толщины стенки)

Радиус полукруглого основания

Площадь сечения желоба

Скорость движения воды в желобе

При высоте фильтрующего слоя

h_ф = 700 мм

и относительном расширении фильтрующей загрузки в % (табл.37 [8])

е = 45%

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки



Так как конструктивная высота желоба hк=0,44 м, т.е. более 0,303 м, нужно принять Dhж=0,5 м с тем, чтобы расстояние от низа желоба до верха загрузки фильтра было 0,05 - 0,06 м.

Определение расхода воды (в %) на промывку фильтра.

Продолжительность работы фильтра между двумя промывками при продолжительности рабочего фильтроцикла T₀ = 12 ч и продолжитель-ности сброса первого фильтра в сток t3 = 0,17 ч.

Расход воды (в %) на промывку фильтра

Определение потерь напора при промывке.

Потери напора слагаются из следующих величин:

потери напора в распределительной системе фильтра:

где v_кол - скорость движения воды в коллекторе, м/с;

v_р.т. - скорость движения воды в распределительных трубах, м/с;

потери напора в фильтрующем слое высотой Нф по формуле А.И. Егорова [8]:

где a и b - параметры, равные для песка крупностью 0,51,0 мм а = 0,76 и b = 0,0017;

потери напора в гравийном поддерживающем слое высотой Н_п.с. = 500 мм по формуле проф. В.Т. Турчинова [8]:

Принимаем суммарные местные сопротивления равными h_м = 1 м

Суммарные потери напора составят:

Высоту уровня воды в аппрате (от его дна) следует принять больше суммы потерь напора, для того чтобы столб жидкости позволял преодолеть гидравлическое сопротивление аппарата.

В результате принимаем общую высоту уровня жидкости от дна аппарата 2,9 м. С учетом запаса высоты стенки во избежание перелива принимаем высоту стенок фильтра 3 м.

Определим диаметр штуцера подачи загрязненной воды в фильтр

При скорости в штуцере v_ш = 1 м/с

Принимаем для этого штуцера трубу ф 180х5.

Определим диаметр штуцера отвода промывной воды из кармана фильтра (принимаем 2 штуцера для отвода воды)

При скорости в штуцере v_ш = 2 м/с



Принимаем для этого штуцера трубу ф 273х5.

3.4.5 Механический расчет фильтра

Ширина резервуара

Длина резервуара

Высота резервуара

Резервуар подземный, высота засыпки

Объемная масса грунта

Угол внутреннего трения

Район строительства - Москва

Данные для проектирования:

Бетон тяжелый класса В20

Расчетное сопротивление на осевое сжатие

Расчетное сопротивление бетона для предельных состояний второй группы

Арматура класса А-III

Расчетное сопротивление растяжению рабочей продольной арматуры

Модуль упругости арматуры

Расчет и конструирование стеновой панели производим, опираясь на следующие данные для проектирования:

Высота фундамента

Глубина заделки стеновой панели в фундамент

Назначаем толщину стеновой панели

Высота стеновой панели

Выделим для расчета вертикальную полосу шириной 1м.

Нагрузки на стеновую панель

Горизонтальная нагрузка от давления воды на уровне защемления стены

, где

- коэффициент надежности по нагрузке для жидкостей

- объемная масса воды (плотность)

Определим высоту эквивалентного слоя обсыпки

Временная нагрузка на поверхность грунта

Горизонтальная нагрузка от давления грунта и временной нагрузки на уровне верха стеновой панели (от давления грунта обсыпки)

, где

- коэффициент надежности по нагрузке для насыпных грунтов

Сумма высот обсыпки и эквивалентного слоя

Горизонтальная нагрузка от давления грунта обсыпки на уровне заделки стеновой панели в днище резервуара

, где

Определим внутренние расчетные усилия в стеновой панели от давления воды

Изгибающий момент на уровне защемления стены

Максимальный изгибающий момент в пролете от уровня верха стены на расстоянии

Поперечная сила на уровне защемления



Вычислим внутренние расчетные усилия от давления грунта:

изгибающий момент на уровне защемления стены

максимальный изгибающий момент в пролете от уровня верха стены на расстоянии

поперечная сила на уровне защемления

Расчет прочности стеновой панели по первой группе предельных состояний.

Стеновую панель на прочность по нормальным сечениям рассчитываем как плиту с одиночной арматурой с шириной расчетной полосы

Толщина защитного слоя бетона

Рабочая высота сечения

В расчете по прочности из двух расчетных схем принимаем большие значения изгибающего момента

Рассмотрим сечение в уровне защемления

Определим:



- для бетона

Характеристика сжатой зоны бетона

, где

для тяжелого бетона

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

При

- расчетное сопротивление растяжению арматуры класса А-III

- предельное напряжение в арматуре сжатой зоны

Тогда

Площадь рабочей вертикальной арматуры

По приложению 4 назначаем диаметр и шаг арматуры: 4ф14 А-III с Аs1=6,16кв.см и шагом 250мм (с обеих сторон стеновой панели).

Сечение в пролете:

Тогда

Площадь рабочей вертикальной арматуры

По приложению 4 назначаем диаметр и шаг арматуры: 2ф14 А-III с Аs2=3,08кв.см и шагом 500мм (с обеих сторон стеновой панели).

Отдельные стержни арматуры ф14 А-III объеденим в сварные сетки поперечной арматурой ф14 А-I (из условия свариваемости (прил.5) с шагом 250мм.

Расчет прочности стеновой панели по второй группе предельных состояний.

Проверим прочность стеновой панели из условия отсутствия наклонных трещин в сечениях стеновой панели:

- максимальная поперечная сила

так как бетон тяжелый

Условие выполнено, следовательно, класс бетона удовлетворяет условию прочности по трещиностойкости.

Определим ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента:

, где

- коэффициент для изгибаемых элементов

- коэффициент, учитывающий продолжительное действие постоянных и длительных нагрузок для конструкций из тяжелого бетона при попеременном водонасыщении и высушивании;

при применении стержневой арматуры

Условие по раскрытию трещин выполняется.

Расчет и конструирование днища резервуара

Для сбора нагрузок рассмотрим фрагмент днища резервуара под колонну одной из стенок

По конструктивным требованиям назначим минимальный вылет

Полная нагрузка на колонну состоит из

- нагрузка от покрытия, засыпки, снеговая нагрузка

- собственный вес ригеля

- собственный вес колонны

Собственный вес днища резервуара под каждой колонной

Нагрузка на фундамент

Суммарная рабочая высота из конструктивных требований

толщина днища

защитный слой бетона

высота капители

высота подколонника

Давление колонны от нормальной нагрузки при среднем коэффициенте безопасности



Коэффициент характера нагружения днища

Максимальные изгибающие моменты в двух направлениях

Расчет днища по первому предельному состоянию выполним в соответствии с гл. 3.2.6. [12] в виде определения площади сечения арматуры.

Максимальный изгибающий момент в рассматриваемых точках.

для арматуры днища



Принимаем по приложению 4 арматуру 8 ф12 А-III с As=9.05кв.см с шагом 125мм

В другом направлении принимаем для

арматуру 3 ф12 А-III с As=3.39кв.см с шагом 333мм

Верхнюю сетку С-2 подбираем по максимальному моменту Му2. Площадь арматуры получается также 3.301кв.см, следовательно также используем арматуру 3 ф12 А-III с As=3.39кв.см с шагом 333мм.



4. Заключение

Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в природе, и в обеспечении жизни человека. В промышленности воду используют как сырье и источник энергии, как хладоагент, растворитель, экстрагент, для транспортировки сырья и материалов и др.

Одно из наиболее серьезных опасений вызывает недостаток питьевой воды, ее качественные изменения, несоответствие санитарно-гигиеническим требованиям, серьезные последствия недоброкачественной питьевой воды для здоровья населения.

В общем объеме подаваемой воды 68 % занимают поверхностные водоемы. Ухудшение их состояния объясняется рядом причин, и главным образом:

- сокращением годового стока рек;

- неудовлетворительным состоянием зон санитарной охраны, в том числе постоянными нарушениями требуемых режимов в этих зонах.

Вышесказанное объясняет актуальность выполненной работы в которой разработано оборудование для отделения биохимической очистки сточных вод г. Рузы производительностью 10 000 м³/сут.

В рамках данной работы освещен вопрос тенденций в использовании современных штаммов микроорганизмов, и приемов для повышения эффективности их использования а так же спроектированы следующие аппараты: аэротенк, вторичный отстойник, безнапорный фильтр. Пояснительная записка содержит технологические и механические расчеты аппаратов, а также разделы по технико-экономическим показателям, по безопасности жизнедеятельности, по выбору конструкционных материалов и защите от коррозии и по экологической безопасности.



Список использованной литературы

1. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справ. Л.:Машиностроение, 1970.

2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.:Химия, 1991.

3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987.

4. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.:ГОСЭНЕРГОИЗДАТ, 1965.

5. Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии» М., «Химия», 1973 г.

6. Ч.Л. Монгайт, И.Д. Родзилер «Методы очистки сточных вод»,М., 1984 г.

7. Плановский А.Н., Николаев П.И. «Процессы и аппараты химической технологии» М., «Химия» , 1972 г.

8. Кожинов, В.Ф. Очистка питьевой и технической воды / В.Ф. Кожинов. - М.: БАСТЕТ, 2008.

9. Позин, М.Е. Расчеты по технологии неорганических веществ / М.Е. Позин. - Л.: Химия, 1977.

10. Продан, В.Д. Расчеты железобетонных резервуаров: методические указания / В.Д. Продан. - М.: МГУИЭ, 2007.

11. Родионов, А.И. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проектирования технологических процессов / А.И. Родионов, Ю.П. Кузнецов, Г.С. Соловьев. - М.: Химия, Колосс, 2005.

12. Яров, В.А. Проектирование железобетонных резервуаров / В.А. Яров, О.П. Медведева. - М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 1997.

13. Гудков, А.Г. Биологическая очистка городских сточных вод: учебное пособие / А.Г. Гудков. - Вологда: ВоГТУ, 2002.

Размещено на Allbest.ru