Интенсификация работы сооружений механической очистки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной работе производится реконструкция уже существующих очистных сооружений с расчетным расходом сточных вод 69150 м3/сут. За 8 лет эксплуатации произошло уменьшение расхода сточных вод на 20%, а концентрация загрязняющих веществ увеличится на 15%. Требуется проверить существующие сооружения на пропуск фактических расходов с обеспечением требуемой степени очистки сточных вод.

Существующие инженерные системы водоснабжения и водоотведения (канализации) находятся в стадии долгое время. К основным причинам низкой надежности систем водоснабжения и канализации относятся: проекты существующих систем выполнены по устаревшим нормативным документам; в эксплуатации находятся сооружения, проектирование и строительство которых выполнены по устаревшим типовым проектам; на очистных сооружениях сточных вод используются недостаточно эффективные процессы биологической и биохимической очистки; высокий износ сетей и сооружений, многие из которых эксплуатируются без выполнения каких-либо капитальных ремонтов в течение многолетней работы; сравнительно низкий уровень эксплуатации систем водоснабжения и канализации; неадекватность принятой в расчёты модели реальным условиям системы.

Целью расчетно-графической работы являются анализ и оценка работы сооружений механической очистки, а также выявление недостатков их работы и предложение вариантов реконструкции.

Необходимо провести общий анализ работы сооружений механической очистки очистных сооружений сточных вод, в результате которого определить фактический расход и качественные характеристики сточных вод.

Очистные сооружения с течением времени стали работать не эффективно, что сказалось на качестве очистки сточных вод.

Для достижения поставленных целей необходимо:

определить допустимые концентрации на выпуске из очистных сооружений;

сопоставить фактические значения концентраций загрязняющих веществ на выпуске очистных сооружений с нормативными значениями;

оценить эффективности работы сооружений механической очистки при пропуске фактического расхода;

провести интенсификацию и реконструкцию сооружений механической очистки.

Для достижения поставленных целей используется современная литература и справочники.



1. Общая характеристика объекта реконструкции

Объектом реконструкции являются очистные сооружения которые были построены в 2013 году. Проектная производительность очистных сооружений 69150 м3/сут . Очистные сооружения включают в себя механическую, биологическую очистку и обеззараживание, а также сооружения по обработке осадков.

Очистка осуществляется на:

мелкопрозорчатых решётках марки RSM11 (3 рабочих и 1 резервная с общей шириной 900 мм, толщина стержней 6 мм и числом прозоров 219),

аэрируемых песколовках с 2 отделениями (L = 15 м, B = 3 м, H = 1,5 м каждая, расчетная глубина песколовки Hs=1 м),

первичных радиальных отстойниках (4 типовых отстойника диаметром 40 м, полная строительная высота H = 3,7 м).

аэротенках-вытеснителях с регенерацией N2-902-179 (в количестве 4 шт, с числом коридоров - 4, рабочая глубина - 5 м, ширина коридоров - 6 м, длина секции аэротенка - 63 м, общий расход воздуха составляет м3/ч).

вторичныех радиальных отстойниках (диаметром 40 м, глубина зоны отстаивания - 3,65 м, полная строительная высота - 4,35 м в количестве 3 шт.).

Для обеззараживания сточных вод используется 2 электролизерные установки с пропускной способность - 100 м3/сут; расчётным объёмом - 1350 м3; числом отделений - 3 шт; шириной - 6 м; длиной - 24 м; глубиной - 3,2 м. В качестве смесителя применяется лоток Паршаля, контактный резервуар длнной лотка L = 6,6 м, пропускной способностью - 32-80 м3/сут, шириной - 9 м, общей длиной смесителя - 13,97 м.

Для уплотнения осадка используется 2 радиальных гравитационных илоуплотнителя диаметром 18 м. Для сбраживания осадка - 2 метантенка 902-2-208, диаметром 15 м. Образующийся биогаз расходуется для производства электроэнергии, которая расходуется для нагрева загружаемого осадка и обогрева метантенка. Для уплотнения смеси промытого осадка и воды предусматривается 2 радиальных илоуплотнителя. Для обезвоживания осадка - 2 рабочих и 1 резервный барабанные вакуум-фильтры марки БАУ-10.

Для уменьшения объёма осадка предусмотрены 4 барабанные сушилки диаметром 1 м, длиной 3 м. Присутствуют 4 резервные иловые площадки размером 48х50м.

С течением времени изменилось численность населения, а расход сточных вод уменьшился на 20 % .

Фактический расход Qфакт, м3/сут, составил:

м3/сут.

Среднесекундный расход , м/с,

,

= 0,640 м3/с = 640 л/с.

В зависимости от среднесуточного расхода бытовых сточных вод [1] определяется коэффициент общей неравномерности притока сточных вод и устанавливается распределение расхода сточных вод по часам суток ().



,

,

В связи с течение времени качественный состав сточных вод изменился на 15 %.

Качественная характеристика сточных вод сведена в таблице 1.

Таблица 1 - Качественная характеристика сточных вод.

Наименование показателя	Проектные концентрации, мг/дм3	Фактические концентрации, мг/дм3
ХПК	639,5	735,4
БПК5	339,6	390,5
Взвешенные вещества	357,9	411,6
Аммонийный азот	42,6	49,0
Азот общий	60,9	70,0
Фосфор	9,6	11,0



2. Анализ эффективности работы очистных сооружений

Определение допустимых концентраций на выпуске из очистных сооружений

Допустимые концентрации по взвешенным веществам БПК5, ХПК, азоту аммонийному, азоту общему и фосфору определяются в зависимости от эквивалента населения.

Эквивалент населения, Nэкв, чел, определяется по формуле

где Qрасч - суммарный среднесуточный расход производственных хозяйственно бытовых сточных вод, м3/сут;

a - количество загрязняющих веществ, оцениваемых по БПК5, вносимых одним человеком в сточные воды, г/челсут;

- концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, оцениваемых по БПК5, г/м3.

чел

Степень удаления загрязняющих веществ в процессе очистки сточных вод должна соответствовать допустимым значениям показателей и концентраций загрязняющих веществ в составе сточных вод с коэффициентом 0,85 [1].

Расчёт сведён в таблицу 2.



Таблица 2 - Допустимые значения показателей и концентрации загрязняющих веществ

Наименование показателя	Допустимые значения концентраций Cобщ, мг/дм3	Собщ0,85, мг/дм3
Фосфор общий	2	1,7
Азот общий	20	17
Аммонийный азот	10	8,5
Взвешенные вещества	20	17
БПК5	15	12,75
ХПК	70	59,5

2.1 Сопоставление фактических значений концентрации загрязняющих веществ на выпуске очистных сооружений с нормативными значениями

Сравнительная характеристика фактических концентраций загрязняющих веществ на выпуске очистных сооружений с нормативными значениями приведено в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнительная характеристика фактических значений концентра ций загрязняющих веществ и нормативных значений

Наименование показателей	Фактическая концентрация загрязняющих веществ на выпуске, мг/дм3	Нормативные значение концентраций на выпуске, мг/дм3
Фосфор общий	3	1,7
Азот общий	26	17
Аммонийный азот	14	8,5
Взвешенные вещества	20,5	17
БПК5	17	12,75
ХПК	71	59,5

Исходя из значений сравнительной характеристики, приведенной в таблице 3, делаем вывод, что фактические концентрации превышают нормативные по всем показателям, следовательно, очистные сооружения работают неэффективно.

Выпуск с повышенными концентрациями может приводить к эвтрофикации водоемов, в которые производится сброс очищенных сточных вод. Могут ухудшаться свойства воды, возможно губительное воздействие на высшую растительность и обитателей водоемов.

2.2 Выводы и рекомендации

Очистные сооружения с течением времени стали работать не эффективно, что сказалось на качестве очистки сточных вод. При эксплуатации очистных сооружений расход сточных вод уменьшился с 69150 м3/сут до 55320 м3/сут, а концентрация загрязняющих веществ в сточной воде увеличилась на 15%

Повышенное содержание азота аммонийного в сточных водах (концентрация увеличилась с 42,6 мг/дм3 до 49,0 мг/дм3) приводит к нарушению экологического баланса, в частности, значительному возрастанию количества планктона и чрезмерному размножению водорослей, а также гибели рыб.

Увеличение содержания фосфора (концентрация увеличилась с 9,6 мг/дм3 до 11 мг/дм3) вызывает цветение сине-зеленых водорослей. Это ведет к деградации и гибели водных экосистем. Также может наблюдаться увеличение фито- и зоопланктона.

Повышение показатели ХПК (с 639,5 мг/дм3 до 735,4 мг/дм3) и БПК5 (с 339,6 мг/дм3 до 390,5 мг/дм3) указывают на высокий процент органики. Слабоокисляемые и неокисляемые примеси являются ядом для животных и рыб. Легкая органика также далеко не безобидна, в водоемах она вытягивает весь кислород из воды, в результате организмам и рыбам становится нечем дышать и они гибнут.

Изменения в работе очистных сооружений приводит к снижению степени очистки сточных вод, разрушению сооружений, частому ремонту устаревшего технологического оборудования.

Перечисленные факторы позволяют сделать выводы о необходимости реконструкции существующих очистных сооружений.



3. Оценка эффективности работы сооружений механической очистки при пропуске фактического расхода

3.1 Оценка работы решёток

Проверка скорости течения сточной воды в прозорах решетки

,

где qmax - максимальный секундный расход сточных вод, м3/с;

Kст - коэффициент, учитывающий стеснение прозоров отбросами, принимаем Kст = 1,1 [3];

n1 - количество прозоров в одной решетке;

N - количество рабочих решеток.

hк - глубина воды перед решеткой (наполнение), м;

b - ширина прозоров решётки, м.

Глубина воды перед решеткой, м, рассчитывается по формуле

,

м.

Рассчитанная скорость находится в диапазоне 0,8-1 м/с.

3.2 Оценка работы песколовки

Проверка скорости течения сточной воды в песколовки при максимальном притоке:

,

м/с.

Рассчитанная скорость соответствует нормативной (0,15-0,3 м/с).

м/с.

Для перекачки пескопульпы был установлен эрлифт, но со временем устарел и имеет ряд недостатков таких как:

низкий КПД, соответственно, и невысокая экономичность;

большая глубина погружения;

невозможность подачи жидкости в горизонтальном и слабонаклонном трубопроводах.

В связи с этим, требуется замена на гидроэлеватор.

3.3 Оценка работы первичных отстойников

Начальная концентрация взвешенных веществ, Cввпеск, мг/дм3, определяется по формуле

(9)



где		-	концентрация взвешенных веществ в городских сточных водах, =411,6 мг/дм3;
	Эвв	-	эффект удаления взвешенных веществ в решетках и песколовках, Эвв = 20 %.

Степень очистки, Э, %, определяется по формуле

,

где Сгсв - концентрация загрязняющих веществ в составе городских сточных вод, поступающих на очистные сооружения, мг/дм3;

Сдоп - допустимая концентрация загрязняющих веществ на выпуске очистных сооружений, мг/дм3;

Концентрация по БКП5 в составе сточных вод, поступающих в отстойник, CБПК5, мг/дм3, определяется по формуле

(11)

где		-	концентрация взвешенных веществ в городских сточных водах, оцениваемая по БПК5, = 390,5 мг/дм3;
	ЭБПК5	-	эффект удаления БПК5 в решетках и песколовках, ЭБПК5 = 15 %.



Значение гидравлической крупности, U0, мм/с, определяется по формуле

где	Hset	-	глубина проточной части в отстойнике, принимаем Hset = 3,1 м;
	Kset	-	коэффициент использования объема проточной части отстойника, принимаем Kset = 0,5;
	tset	-	продолжительность отстаивания, принимаем tset = 2047 с;
	h1	-	глубина слоя, принимаем h1 = 0,5 м;
	n2	-	показатель степени, принимаем n2 = 0,17 [3].

Производительность одного отстойника, q1, м3/сут,

(13)

где Dset - диаметр отстойника, м;

vtb - скорость турбулентной составляющей, принимаем vсв = 0 мм/c;

- диаметр центральной трубы, м.



Производительность 4 отстойников, qn, м3/сут,

Qset = qset ? nотст, (14)

где nотст - количество отстойников.

Qset = 33476,9 ? 4 = 133907,6 м3/сут.

Производительность отстойников слишком велика для данного расхода сточных вод (53480 м3/сут), поэтому сокращаем количество рабочих первичных отстойников до 2.

Qset = 33476,9 ? 2 = 66953,8 м3/сут.

3.4 Выводы и рекомендации

Расчетная скорость в решетках соответствует нормативному поэтому решетки не требуют замены. В песколовках скорость соответствует нормативной. Для перекачки пескопульпы был установлен эрлифт, но со временем устарел и имеет ряд недостатков таких как:

низкий КПД, соответственно, и невысокая экономичность;

большая глубина погружения;

невозможность подачи жидкости в горизонтальном и слабонаклонном трубопроводах. В связи с этим, требуется замена на гидроэлеватор.

Проектная производительность отстойников больше (133907,6 м3/сут), чем фактическая производительность (53480 м3/сут) поэтому требуется сократить количество рабочих первичных отстойников до 2.



4. Интенсификация и реконструкция сооружений механической очистки

4.1 Замена приёмной камеры

Со временем приёмная камера была разрушена. Для усреднения расхода и количества загрязнений, очистной станции, принимаем одну приёмную камеру с расходом мі/час:

Размеры приёмной камеры:

B=2300; A=2000; H1=1600; H=2000; b=800; h=750; h1=900; l1=1200; l=1000.

4.2 Интенсификация работы песколовок

Общее количество осевшего песка в сутки Q, м3/сут,

,

где	Nпр	? -	количество песка, осаждаемого в песколовке, приходящегося на одного человека в сутки. Для горизонтальной песколовки = 2•10-5 м3/чел•сут [3]. приведенное число жителей.



Количество перекачиваемого разжиженного песка за 1 час G2, м3/ч, равно

где	t	?	время откачки разжиженного песка, равное = 25 мин = 0,42 ч.

Расход рабочей жидкости G1, м3/ч, определяется по формуле

где	u	?	коэффициент инжекции, равный 0,83.

Напор, создаваемый гидроэлеватором h, м, определяется по формуле

где	hг спул	? ?	геометрическая высота подъема пульпы, равная hг= 1,3 м; плотность пульпы, равная спул = 1,03 т/м3.



Необходимый напор рабочей жидкости Н, м, определяется по формуле

Диаметр сопла dc, мм, определяется по формуле

Принимаем диаметра равный 40 мм.

Диаметр горловины dг, мм, определяется по формуле

Принимаем диаметра равный 50 мм

Длина камеры смешения связана с диаметром горловины отношением

lк = (5 ч 8) • dг,

lк = 5 • 50 = 250 мм .

Длина диффузора lд, мм, определяется по формуле



где		?	диаметр выходного отверстия диффузора, равного внутреннему диаметру пульпоотводной трубы, мм. dв = (2ч3) • dг , (25)
	б	?	угол конусности, равный 12 0. dв = 3 • 50 = 150 ,

Принимаем lд = 60 мм.

Наружный диаметр сопла dсн, мм, определяется по формуле

dсн = dс + 2 • д, (26)

где	д	?	толщина стенок трубы, равная 1 мм.

dсн = 40 + 2 • 1 = 42 мм.

Диаметр камеры смешения в плоскости, проходящей через конец сопла dк, мм, определяется по формуле

где	,	?	коэффициенты, равные 0,5 и 0,9 соответственно.



Коэффициент полезного действия гидроэлеватора зс , %,

4.3 Интенсификация работы первичных радиальных отстойников

Для улучшения работы отстойников необходимо принять следующие меры:

1) замена водосливов на новые;

2) замена механизмов сгребания осадка.

Примем зубчатый регулируемый водослив. Он предназначен для выравнивания поверхности отстойника и улучшения распределения сточных вод по длине водосборного лотка, а также уменьшения выноса взвешенных веществ за счет снижения скорости движения сточных вод. Материал водослива: нержавеющая сталь.

Для более эффективного сгребания осадка принимаем илоскреб. Он предназначен для сгребания осадка, который выпадает на дно радиального отстойника к центральному приямку, а также для удаления плавающих веществ с поверхности. Представляет собой вращающийся механизму со скребковыми крыльями и периферийным приводом. Сделан из нержавеющей стали.



Заключение

В ходе работы произведен общий анализ работы сооружений механической очистки очистных сооружений сточных вод, в результате которого определены фактический расход и качественные характеристики сточных вод. концентрация очистной радиальный отстойник

Очистные сооружения с течением времени стали работать не эффективно, что сказалось на качестве очистки сточных вод. При эксплуатации очистных сооружений расход сточных вод уменьшился с 69150 м3/сут до 55320 м3/сут, а концентрация загрязняющих веществ в сточной воде увеличилась на 15%.

Наблюдается повышенное содержание азота аммонийного в сточных водах (концентрация увеличилась с 42,6 мг/дм3 до 49,0 мг/дм3, фосфора (с 9,6 мг/дм3 до 11 мг/дм3), повышение показатели ХПК (с 639,5 мг/дм3 до 735,4 мг/дм3) и БПК5 (с 339,6 мг/дм3 до 390,5 мг/дм3).

Изменения в работе очистных сооружений приводит к снижению степени очистки сточных вод, разрушению сооружений, частому ремонту устаревшего технологического оборудования, на основе чего сделаны выводы о необходимости реконструкции существующих очистных сооружений.

Также проведена оценка эффективности работы сооружений механической очистки при пропуске фактического расхода, на основе чего сделан вывод об необходимости повышения эффективности работы сооружений, для этого необходимо принять следующие меры:

1) Со временем приёмная камера была разрушена. Для усреднения расхода и количества загрязнений очистной станции, необходимо принять новую из сборного железобетона с размерами B=2300 мм; A=2000 мм; H1=1600 мм; H=2000 мм; b=800 мм; h=750; h1=900; l1=1200 мм; l=1000 мм;

2) замена эрлифта на гидроэлеватор в связи со следующими факторами:

низкий КПД, соответственно, и невысокая экономичность;

большая глубина погружения;

невозможность подачи жидкости в горизонтальном и слабонаклонном трубопроводах;

3) уменьшение количества рабочих первичных отстойников до 2.

4) интенсификация работы отстойников путем установки зубчатых водо-сливов, а для более эффективного сгребания осадка установка илоскреба.

Осуществление данных мероприятий позволит улучшить качественные и количественные показатели очистных сооружений.

После реконструкции работа существующей очистной станции станет бо-лее надежной, стабильной и эффективной, что подтверждено расчетами.



Список литературы

1 Новикова, О. К Технология очистки сточных вод : учеб. пособие / О. К. Новикова ; М-во трансп. и коммуникаций Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. - Гомель : БелГУТ, 2020. - 302 с.

2 Ковалева, О.В. Технология очистки городских сточных вод : учеб.-метод. пособие по выполнению курсового проекта. В 2 ч. Ч. 1. Механическая очистка / О.В. Ковалева, О. Б. Меженная. - Гомель : БелГУТ, 2010. - 58 с.

3 Лукиных, А.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского / А.А. Лукиных, Н.А. Лу-киных - М.: Стройиздат, 2012. - 160 с.

4 СН 4.01.02-2019 Канализация. Наружные сети и сооружения. - Минск : Минстройархитектуры, 2020. - 68 с.

Размещено на Allbest.ru