2.5. Особенности расчета общесплавных и полураздельных сетей водоотведения и разделительных камер.

Гидравлический расчет бытовой и дождевой сетей полураздельной системы водоотведения

Г лавный общесплавной коллектор, рассчитывается на пропуск суммы расходов производственно-бытовых стоков и расхода от предельного дождя:

где qmix- расчетный расход смеси стоков в главном коллекторе,

qcit- макс расч расход производственных и бытовых стоков с учетом коэффициента неравномерности,

- сумма предел расходов дожд вод, подаваемых в главный коллектор от каждой разделит камеры, располож до рассчитываемого участка.

Предельный расход дождевых вод в главном коллекторе может быть определен двумя способами:

1 способ — путем пересчета всей дождевой сети на случай выпадения дождя предельной интенсивности, т.е. определяются расходы, скорости и наполнения при рассчитанных ранее (на пропуск расчетного дождевого расхода) диаметрах и уклонах труб. Этот способ расчета трудоемкий, поскольку требует определения времени протока и расхода на всех расчетных участках дождевой сети.

2 способ — более простой, с использованием коэффициента разделения:

где qr- расчетный расход дождевых вод, подходящий к разделительной камере.

Коэффициент разделения определяется по зависимостям и таблицам, приведенным в СНиП 2.04.03-85.

Трубопроводы главного общесплавного коллектора рассчитываются на полное их заполнение. Расчет ведется в табличной форме. После того, как был выбран диаметр и уклон главного коллектора, его проверяют на пропуск расхода в сухую погоду - Если величина наполнения и скорость потока при соответствуют требованиям СНиП, то диаметр и уклон подобраны правильно. Если же скорость в сухую погоду получилась меньше допустимой, необходимо увеличить уклон. Сопряжение труб производится шелыга в шелыгу. При этом следует проверять, чтобы в сети не было подпора в сухую погоду.

Гидравлический расчет общесплавной системы водоотведения

Расчетный расход смеси стоков на участках общесплавной системы до первого ливнеспуска опред-ся как сумма расходов производственно-бытовых стоков и дождевых вод от дождя расчетной интенсивности qr.

Расчетный расход на участках главного коллектора после первого и каждого послед ливнеспуска следует определять по формуле:

_, где qr- расход дождевых вод с бассейна стока между последним ливнеспуском и расчетным сечением.

- сумма несбрасываемых расходов дождевых вод в водоем через ливнеспуски. Несбрас расходы приравниваются к предельным. Предельные расходы от ливнеспусков определяются также, как и при расчете полураздельной системы, по коэффициенту разделения.

Разделительные камеры, конструкции и расчет

Разделит камеры, устраиваемые на дождевой сети полураздел системы водоотведения, аналогичны по конструкции ливнеспускам, которые имеются в общесплавной системе. Поэтому их иногда объединяют под общим названием - ливнесбросные камеры. При полной раздельной сети камеры устраиваются:1. на дождевой сети или перед ОС для сброса вод при интенсивных дождях

2. на сооружениях для самостоятельной очистки дождевых вод.

При полураздельной системе:

1. на дождевых сетях перед присоединением к главным коллекторам при интенсивных дождях для сброса ливневых вод

2. перед ОС для временного сброса бытовых, производственных и дождевых вод при больших расходах в регулирующие резервуары для последующей подачи на ОС.

О сновные требования к ливнеспускам: отвод без сброса наиболее загрязнённой части СВ; малозасоряемость отводных и сбросных устройств.

По принципу работы разделительные камеры можно подразделить на следующие основные типы (см. рис):

• с водосливами различной конфигурации (прямолинейными (1), боковыми одно- и двухсторонними, криволинейными боковыми, кольцевыми и т.д.),

• с различной дальностью отлета струи (типа донного слива, с вертикальной разделительной стенкой(2)),

• с сифонами, механическими устройствами, с отверстием (3) и др.

* комбинированные.

Камеры с водосливами

Камеры с вертикальными разделительными стенками в зависимости от конструкции камеры бывают: перелетевший через стенку поток ударяется о дно лотка и: • или удаляется целиком на сброс в водоем, • или раздел-ся на два противопол потока: один направ-ся в ливнеотвод, другой - на очистку (в случае отверстия в стенке). Расстояние между вертикальной стенкой и подводящим коллектором а определяется по формуле

2.13. Классификация биохимических процессов деструкции загрязняющих веществ СВ, суть процессов и экономическая оценка их применимости. Основные принципы очистки СВ в аэротенках и основные характеристики активного ила. Регенераторы активного ила.

Микроорганизмы обладают особыми свойствами, из которых следует выделить три основных, широко используемых для целей очистки:

1.способность потреблять в качестве источников питания самые разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для получения энергии и обеспечения своего функционирования.

2.свойство быстро размножаться.

3. Способность образовывать колонии и скопления, которые сравнительно легко можно отделить от очищенной.

Современные воззрения на процессы биохим изъятия и окисления орган соединений основыв-ся на двух кардинальных положениях теории ферментативной кинетики:

1. фермент и субстрат вступают во взаимодействие друг с другом, образуя фермент-субстратный комплекс, который в результате одной или нескольких трансформаций приводит к появлению продуктов, которые не встречают энергетических препятствий для усвоения их клеткой.

Е+S↔ES где Е - фермент (энзим); S - субстрат; ES - субстрат-ферментный комплекс.

2. Уже на этапе изъятия субстрата клетка взаимодействует с субстратом с образованием относительно непрочного соединения, называемого "фермент-субстратным комплексом". С каждой молекулой фермента ( с каждым её каталитическим центром) реагирует одна молекула субстрата, причем реакция носит обратимый характер: Являясь промежуточным соединением, этот комплекс подвергается дальнейшим ферментативным преобразованиям. В простейшем случае в результате трансформации комплекса образуется продукт реакции - Р и незатронутый реакцией фермент Е, т.е. E+S↔ES →E+P

Чаще всего распаду комплекса предшествует его химическое преобразование (активирование), которое составляет ещё одну (или несколько) промежуточную стадию (стадий), что выражено уравнением Михаэлиса-Ментен. E+S↔ES→ES' →E+P

Ферменты делятся на шесть классов по характеру реакций, катализирующих:

1. окислительные и восстановительные процессы;

2. перенос различных химических групп от одного субстрата к другому;

3. гидролитическое расщепление химических связей субстратов;

4. отщепление от субстрата химической группы или присоединение таковой;

5. изменение в пределах субстрата;

6. соединение молекул субстрата с использованием высокоэнергетических соединений

Классификация процессов деструкции:

Процессы биохим окисления у микроорганизмов делят на три группы в завис от конечного числа электронов, которые отщепляются от субстрата:

1. Если акцептором (объект, получающий (принимающий) что-либо от другого объекта, называемого донором) является кислород, то этот процесс называют клеточным дыханием. Аэробная диссимиляция субстрата - углеводов, белков, жиров является многостадийным процессом, включающим первоначальное расщепление сложного углеродсодержащего вещества на более простые единицы, подвергающиеся, в свою очередь, дальнейшей последовательной трансформации. В условиях аэробного метаболизма около 90% потребляемого кислорода используется на дыхательный путь получения энергии клетками микроорганизмов.

2. если акцептор водорода органическое вещество, то процесс окисления наз брожением. Брожение является процессом неполного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов в условиях без кислорода, в результате которого образуются различные промежуточные частично окисленные продукты, такие как спирт. До 97% орган субстрата может превращаться в такие побочные продукты и метан.

3. если акцептором водорода является неорганическое вещество типа нитратов, сульфатов и пр., то процесс называют анаэробным дыханием, или просто анаэробным. Ферментативное анаэробное расщепление белков и аминокислот называют гниением.

Из-за малого выхода энергии при бродильном типе метаболизма, осуществляющие его микробиальные клетки должны потреблять большее количество субстрата, чем клетки, получающие энергию за счет дыхания, что объясняет более эффективный рост клеток в аэробных условиях по сравнению с анаэробными.

Экономическое обоснование: По расчетам некоторых специалистов, при концентрации растворенных орган загрязнений, оцениваемых показателем БПКполн до 1000 мг/л наиболее выгодно применение аэробных методов очистки. При концентрациях БПКполн от 1000 до 5000 мг/л экономические показатели аэробных и анаэробных методов будут практически одинак. При концентрациях же свыше 5000 мг/л более целесообразным будет применение анаэробных методов. Однако, при этом следует принимать во внимание не только концентрацию загрязнений, но и расходы сточных вод, а также тот факт, что анаэробные методы приводят к образованию таких конечных продуктов, как метан, аммиак, сероводород и др. и не позволяют получить качество очищенной воды, сопоставимое с качеством очистки аэробными методами. Поэтому при высоких концентрациях загрязнений применяется сочетание анаэробных методов на первой ступени (или первых ступенях) очистки и аэробных методов на последней ступени очистки.

Принципы осв в аэротенках и показатели АИ:

В аэрационных сооружениях микробиальная масса пребывает во взвешенном в жидкости состоянии в виде отдельных хлопьев, представ собой скопления микроорганизмов, простейших и более высокоорганизованных представителей фауны (черви, личинки насекомых), а также водных грибов и дрожжей. Этот биоценоз организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде, получил название активного ила. Доминирующая роль в нем принадлежит различным группам бактерий - одноклет подвижным микроорганизмам, способным не только извлекать из воды растворенные и взвешенные в ней органические вещества, но и самоорганизовываться в колонии — хлопья, сравнительно легко отделимые затем от очищенной воды отстаиванием или флотацией. Размер хлопьев зависит как от вида бактерий, наличия и характера загрязнений, так и от внешних факторов — температуры среды, гидродинамических условий в аэрационном сооружении и пр.

Хлопьеобразующая способность активного ила зависит главным образом от наличия питательных веществ: при слишком высоком их содержании происходят рассеивание колоний; при их недостатке, размеры хлопьев ила уменьшаются и ухудшаются его седиментационные свойства. Бактерии имеют такую высокую скорость воспроизводства, что в условиях избыточного питания и отсутствия внешних сдерживающих их рост факторов 1 мг бактерий за 1 сут может привести к образованию десятков тонн живой микробиальной массы. Собственно на этой способности к быстрому размножению и, следовательно, высокой скорости потребления питательных веществ и основано использование биологических методов очистки сточных вод.

Роль других микроорганизмов и простейших в активном иле заключается в поддержании определенного равновесия видового и количественного состава ила, хорошо приспособленного к тем или иным условиям, господствующим в аэрационном сооружении, а также полноты протекания биохимических превращений, которым подвергаются органические соединения.

Г рафик характеризующий принципы биологической очистки

I - лаг-фазу, или фазу адаптации, которая наблюдается сразу по­сле введения микробиальной культуры в контакт с питательной средой, и в которой практически не происходит прироста биомассы. Длительность этой фазы зависит как от природы органических веществ и степени адаптированности микроорганизмов к ним, так и от условий, в которые вносится микробиальная масса;

II - (фазу ускоренного роста) мик­роорганизмов, в которой избыток питательных веществ и отсутствие (или весьма незначительное присутствие) продуктов обмена веществ способст­вуют поддержанию максимально возможной в данных условиях скорости размножения клеток, определяемой лишь биологической сущностью про­цесса их воспроизводства;

III - фазу замедленного роста, в которой скорость роста биомассы начинает все более сдерживаться по мере истощения питательных веществ и накопления продуктов метаболизма в культуральной среде;

IV - фазу нулевого роста (или прекращения роста), в которой на­блюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы, свидетельствующее о равновесии между наличием питательных веществ и накопленной биологической массой;

V - фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления), в кото­рой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ве­дущие к снижению общего количества биомассы в биологическом реакто­ре. Эта фаза характерна для стабилизатора.

Показатели АИ: 1. Нагрузка загрязнений на ил - количество поступающих со сточной водой загрязнений, приходящееся на единицу массы беззольного вещества ила в единицу времени. Выражается эта величина обычно в мг или г загрязнения (ХПК, БПК или любого другого загрязнения) на 1 г сухого вещества ила в 1 ч или в 1 сут. q_i=L_en/a_i(1-S)t_at; Len – БПК на входе, а_i – доза ила; S – зольность, %; tat – период аэрации в часах

По нагрузкам: менее 150мг/г – низкие нагрузки, 150-350 – средние, 400-900 – высокие нагрузки

2. Чтоб учесть, что не все БПК снижается при очистке, ввели понятие «удельная скорость изъятия загрязнений» - это количество загрязнений, которое может быть снято одним граммом беззольного вещества активного ила в данных условиях: q_i=24(L_en-L_ex)/a_i(1-S)t_at

3. Массу ила в аэрационном сооружении выражают через его концентрацию в иловой смеси в граммах сухого вещества ила в 1 л или в 1 м³ иловой смеси. Концентрацию активного ила, поддерживаемую в эксплуатационном режиме аэрационного сооружения, называют дозой активного ила. a_i=m_i/v_i; m_i –масса сухого вещества, v_i – объем иловой смеси. Доза ила показывает его окислительную способность

4. Иловый индекс - объем, мл, приходящийся на 1 г сухого вещества активного ила после 30-минутного отстаивания иловой смеси. J_i=V_i/m_i. Значение илового индекса зависит от концентрации активного ила в иловой смеси. Иловый индекс характеризует седиментационную способность активного ила, т.е. предрасположенность ила к оседанию. Хорошо оседающий ил имеет иловый индекс от 90 до 120мл/г; допустимое значение 60-150; минерализованный ил 60-90. Как перегрузка, так и недогрузка активного ила приводит к резкому увеличению илового индекса, названному «вспуханием» (при более 150 мл/г).

5. Возраст ила, под которым понимается средняя продолжительность его пребывания в сооружениях биологической очистки. Характеризуется величинами достаточной метаболической активности и хорошей седиментац способностью. Возраст оказывает влияние на биохимические процессы и на осаждение ила. Должен поддерживаться в определенных пределах. Высоконагружаемые 2-5 суток, низконагруженные 6-12 суток; 8 суток – глубоко минерализованный. Чем сложнее состав сточной воды, тем выше возраст ила. Высокая степень метаболической активности 3-4 сут.

6. Прирост. Часть потребляемых илом органических загрязнений идет на построение новых бактериальных клеток, активный ил развивается и его масса увеличивается. Это увеличение называется приростом. ПР=0,3L_en+0,8C_по^вв

Возраст ила, сут, может быть выражен формулой: B_u=(V_аэр*a_i+V_отст.*a’_i)/(Q_ср.сут*ПР) , где Vаэр, Vотст.- объемы соответственно аэротенков, отстойных зон сооружений илоотделения, м³; a_i - средняя концентрация активного ила в иловой смеси в аэротенках и каналах, г/л (кг/м³) ; а’_i - средняя концентрация активного ила во вторичном отстойнике, г/л(кг/м³);

7. Степень рециркуляции, это когда часть ила возвращается в аэротенк, объем ила, направляемого в регенератор 30-70%: чем выше доза и иловый индекс, тем большие объемы следует возвращать R_i=a_i/(1000/J_i-a_i), J_i – иловый индекс.

При малом проценте рециркуляции ил загнивает, и увеличивается нагрузка на аэротенк, при большом % недоуплотняется ил.

Регенерация активного ила:

Регенерация ила – восстановление свойств ила, освобождение от токсинов и тд. Чтоб регенерация действовала, надо 3 условия:

1. В регенератор должен поступать только ил без сточной воды.

2. активный ил должен подаваться непосредственно в регенератор.

3. в регенератор должно поставляться в 2 раза больше воздуха, чем в другие части аэротенка.

Регенератор может быть как в виде отдельного сооружения так и как секция в аэротенке.

Процессы в регенераторе: 1. процесс окисления сложноокисляемой органики на иле и процесс удаления сложноокисленных и нерастворимых примесей. 2. процесс восстановления активного ила.

Регенерация требует увеличения времени пребывания ила в системе до 8-18 часов, что значительно дольше, чем в самом аэротенке. Концентрация ила в регенераторе в 2-2,5 раза больше, чем в аэротенке. Ил находиться без воды в регенераторе, что позволяет уменьшить объем аэрационных сооружений по сравнению с объемом при осуществлении процесса только в аэротенке на 15-20%. Если процесс регенерации удовлетворителен, то происходит восстановление окислительных свойств ила и освобождение ила от токсинов, также окисляются трудноокисляемые вещества (фенолы и тд.)

Применение регенераторов приводит к повышению эффективности работы аэротенков так как:

1. доза ила большая.

2. Увеличивается число активно функционирующих бактерий.

3. улучшаются седиментационные характеристики ила за счет снижения удельной нагрузки на ил, флокулообразование и вытеснение нитчатых форм микроорганизмов.

4. повышается снабжение воздухом, повышенное перемешивание ила и снабжение его кислородом.

5. окислительная мощность аэротенков больше, общая масса ила и его возраст больше, поэтому возможна нитрификация и повышение устойчивость к залповым сбросам.

6. в регенераторе понижается прирост ила и улчшаются влагоотдающие свойства, следовательно значительная экономия на системах по обработке осадка.

Применение регенерации: Одноступенчатая очистка без регенерации применяется при БПК не более 150мг/л, 150-200 и при наличии токсических производственных примесей применяют одноступенчатую с регенерацией ила. 2х ступ без регенерации ила: 500-1000, 1ступень - смесители, 2я – вытеснители.