47

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный строительный университет»

Л.А.Долженко

Водоотведение и очистка сточных вод.

Проектирование и расчет городских очистных сооружений

Утверждено научным редакционно – издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Ростов-на-Дону

2015

УДК 628

Л88

Рецензент:

Управляющий директор ОАО институт

«Ростовский Водоканалпроект»

Тайвер А.И.

Долженко Л.А.

Л88 Водоотведение и очистка сточных вод. Проектирование и расчет городских очистных сооружений: учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. — Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2015. — 138с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы механической и биологической очистки, доочистки и обеззараживания городских сточных вод, а также обработки осадков. Даны рекомендации по расчету сооружений для удаления азота и фосфора из городских сточных вод с использованием процессов нитрификации, денитрификации и дефосфатизации.

Приведены минимально необходимые справочные данные по выбору сооружений и оборудования.

Предназначено для самостоятельной подготовки студентов по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» профиль подготовки «Водоснабжение и водоотведение» по дисциплине «Водоотведение и очистка сточных вод».

УДК 628

© Ростовский государственный

строительный университет, 2015

©Долженко Л.А., 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение	5
1.Состав и содержание курсового проекта	6
2. Определение производительности станции и характеристик поступающих сточных вод	9
2.1 Определение расчетных расходов сточных вод	9
2.2. Определение концентраций загрязнений сточных вод	11
3.Выбор технологической схемы очистки городских сточных вод и обработки осадков	13
4.Блок механической очистки сточных вод	14
4.1. Выбор приемной камеры	14
4.2 Решетки	15
4.2.1 Расчет стержневых решеток	16
4.2.2 Подбор решеток тонкой очистки	17
4.2.3.Оборудование для обработки отбросов с решеток	18
4.2.4.Здание решеток	20
4.3. Песколовки	21
4.3.1 Расчет горизонтальной песколовки с прямолинейным движением воды	23
4.3.2 Расчет горизонтальной песколовки с круговым движением воды	23
4.3.3 Расчет аэрируемой песколовки	25
4.3.4 Расчет тангенциальной песколовки	29
4.3.5 Расчет вертикальной песколовки	30
4.4. Сооружения по обработке песка из песколовок	30
4.4.1. Расчет песковых площадок	30
4.4.2.Расчет песковых бункеров	31
4.4.3. Подбор пескопромывателей	32
4.5. Выбор измерительных устройств	33
4.6. Первичные отстойники	34
4.6.1 Характеристики первичных отстойников	35
4.6.2 Расчет первичных отстойников	36
4.6.3 Удаление сырого осадка	39
5.Блок биологической очистки	40
5.1 Схемы биологической очистки городских сточных вод	40
5.2 Расчет аэробной зоны	44
5.3 Расчет аэротенка-нитрификатора в присутствии органических веществ	47
5.4. Расчет аэротенка-нитрификатора в присутствии органических веществ при биолого-реагентном удалении фосфора	50
5.5. Расчет аноксидной зоны (денитрификатора)	53
5.6. Расчет анаэробной зоны	56
5.7. Конфигурация сооружения биологической очистки 5.8. Расчет системы аэрации	57 58
5.9. Подбор перемешивающих устройств	64
5.10. Расчет вторичных отстойников	66
6.Блок доочистки сточных вод	67
6.1 Фильтры доочистки биологически очищенных сточных вод	67
6.1.1. Расчет фильтров с зернистой загрузкой	68
6.1.2.Подбор механических фильтров	71
6.1.3. Специальные фильтры	74
6.2 Биолого-фильтрационные сооружения	77
6.2.1. Расчет аэрируемых фильтров	77
6.2.2. Расчет денитрификатора с фиксированной загрузкой	78
6.2.3. Расчет биореактора с ершовой загрузкой	80
6.2.4. Расчет ершово- антрацитового биореактор	83
6.2.5. Фильтр-биореактор с псевдоожиженной загрузкой	84
6.3. Расчет биологических прудов	84
7.Обеззараживание очищенных сточных вод	87
7.1. Подбор УФО оборудования	87
7.2. Обеззараживание хлорреагентами	89
8.Обработка осадков станций очистки городских сточных вод	93
8.1. Характеристики осадков городских сточных вод	93
8.2.Уплотнение (сгущение) избыточного активного ила	95
8.2.1.Расчет гравитационных илоуплотнителей	95
8.2.2. Расчет флотационных илоуплотнителей	98
8.2.3. Подбор механических уплотнителей (сгустителей)	99
8.3.Сооружения для стабилизации осадков	101
8.3.1.Расчет аэробных минерализаторов	101
8.3.2.Расчет метантенков	103
8.4.Механическое обезвоживание осадков	107
8.4.1. Подбор оборудования для обезвоживания	107
8.4.2. Кондиционирование осадков	114
8.4.3. Расчет иловых площадок	116
8.5. Сушка осадка	118
8.5.1. Термическая сушка	118
8.5.2. Компостирование	120
8.6. Обеззараживание и утилизация осадков	121
9.Проектирование генерального плана очистных сооружений	124
9.1.Выпуски очищенных сточных вод в водоемы	124
9.2.Выбор санитарно-защитной зоны очистных сооружений	126
9.3.Компоновка генерального плана очистной станции	127
Библиографический список	135

Введение

Настоящее учебное пособие имеет цель—внедрение в учебный процесс и практику проектирования инновационных технологий очистки сточных вод населенных пунктов (поселений) и может служить методическим пособием для практической работы специалистов, занимающихся решением проблем в данной области.

Современное проектирование водоохранных объектов основано на технологическом нормировании на основе наилучших доступных технологий, по которому очистные сооружения систем водоотведения должны внедрять технологии, обеспечивающие комплексное предотвращение и (или) минимизацию негативного воздействия на окружающую среду [1].

Наилучшая доступная технология — технология, основанная на современных достижениях науки и техники, направленная на снижение негативного воздействия на окружающую среду и имеющая установленный срок практического применения с учетом экономических и социальных факторов [4].

К критериям выбора наилучших доступных технологий при проектировании объектов водоотведения относятся:

• наименьшие воздействия на окружающую среду в расчете на объем сточных вод или массу загрязнений в единицу времени;

• экономическая эффективность внедрения и эксплуатации;

• наличие ресурсо- и энергосберегающих методов;

• использование малоотходных или безотходных процессов;

• период внедрения технологии.

Выбранная технологическая схема очистки сточных вод и обработки осадков должна соответствовать основным нормативным требованиям [1].

При проектировании городских очистных сооружений необходимо решать следующие важнейшие экологические проблемы [5]:

1) в области подпроцессов очистки сточных вод:

• очистка сточных вод от органических загрязнений, соединений азота, соединений фосфора;

• обеззараживание очищенных вод;

2) в области подпроцессов обработки осадка:

• стабилизация осадков;

• сокращение массы осадков;

• обеззараживание, дегельминтизация и утилизация осадков.

Информационно-технический справочник наилучших доступных технологий по очистке сточных вод централизованных систем водоотведения городов включает описание технологических процессов, оборудования, технических способов и методов, определенных в качестве наилучших доступных технологий, федеральным органом исполнительной власти, уполномоченным Правительством Российской Федерации [4].

1.Состав и содержание курсового проекта

Для выполнения проекта студенту выдаются исходные данные:

А) данные о численности населения города, степени благоустройства жилых домов и принятых нормах водоотведения;

Б) вид производства, данные о численности работающих и режиме работы промышленных предприятий, а также количестве производственных сточных вод;

В) характеристика водоема—приемника сточных вод или требования к качеству очищенных сточных вод по всем лимитированным показателям.

В состав проекта входят расчетно-пояснительная записка и чертежи. В записке приводятся все расчеты с необходимыми пояснениями, схемами и рисунками. Общий объем пояснительной записки должен оставлять не более 50 страниц текста. Текст записки выполняется на одной стороне листа бумаги белого цвета формата А4 (210 х 297мм). Цвет шрифта — черный, шрифт Times New Roman, кегль не менее 12, рекомендуется — 14, через 1 или 1,5 интервала; красная строка с отступом 1,25 мм. Размеры полей: справа — не менее 10 мм, сверху и снизу — не менее 20 мм, слева — не менее 30мм.

Состав пояснительной записки.

1. Подсчитать расходы сточных вод и обосновать график притока сточных вод на очистные сооружения.

2. Вычислить средние концентрации загрязнений сточных вод, поступающих на очистные сооружения по основным ингредиентам. Технологическое нормирование станций очистки городских сточных вод определяет, так называемые показатели биологической очистки, к которым относятся взвешенные вещества, БПК₅, формы азота и фосфор фосфатов. Определить эквивалентное число жителей.

3. Определить количество и качество производственных сточных вод по справочной литературе и принять решение о возможности приема их на очистные сооружения.

4. Определить допустимые концентрации загрязнений в очищенных сточных водах, при сбросе в водоем—приемник сточных вод.

5. Выбрать и обосновать методы очистки сточных вод от населенного пункта, состав и технологическую схему очистки сточных вод и обработки осадков. Определить размер санитарно-защитной зоны для сооружений.

6. Рассчитать и описать сооружения для очистки и дезинфекции сточных вод, а также сооружения по обработке осадков. Подобрать необходимое технологическое оборудование с указанием заводов-изготовителей. Обосновать высотное расположение сооружений относительно друг друга; рассчитать диаметры или сечения соединяющих их коммуникаций и технологических трубопроводов. При разработке конструкций и зданий следует максимально использовать типовые проекты сооружений.

7. Дать характеристику выпуску очищенных сточных вод в водоем. Установить размер санитарно-защитной зоны очистных сооружений.

Примерный состав и рубрикация разделов пояснительной записки к курсовому проекту.

Титульный лист

Задание на проектирование

содержание

введение

1. Определение расходов и концентраций загрязнений сточных вод

1.1. Определение расхода сточных вод от населенного пункта

1.2. Определение концентраций загрязнений от жилой застройки

1.3. Определение расходов сточных вод от промышленного предприятия

1.4. Характеристика сточных вод промышленного предприятия

1.5. Определение концентраций загрязняющих веществ, поступающих на очистные сооружения

1.6. График притока сточных вод на очистные сооружения

2. Характеристика места сброса очищенных сточных вод

3. Выбор технологической схемы очистки сточных вод и обработки осадков

4. Проектирование и расчет сооружений для очистки сточных вод

4.1. Приемная камера

4.2. Решетки

4.3. Песколовки

4.4. Сооружения для обработки песка

4.5. Измерительные устройства

4.6. Сооружение для биологической очистки

4.6.1.Расчет аэробной зоны

4.6.2. Расчет аноксидной зоны

4.6.3. Расчет анаэробной зоны (при биологическом удалении фосфатов)

4.6.4.Расчет системы аэрации и перемешивания иловой смеси

4.6.5. Реагентное хозяйство (при биолого-химическом способе удаления фосфатов)

4.7. Вторичные отстойники

4.8. Доочистка сточных вод

4.9. Обеззараживание сточных вод

5. Проектирование и расчет сооружений для обработки осадков

5.1. Илоуплотнители

5.2. Метантенк/Аэробный минерализатор

5.3. Подбор оборудования для механического обезвоживания осадков

5.4. Реагентное хозяйство для кондиционирования осадков

5.5. Аварийные иловые площадки

5.6. Площадки компостирования

6. Вспомогательные здания и сооружения

7. Выпуск сточных вод

8. Санитарно-защитная зона

Список используемой литературы

Графическая часть курсового проекта.

1. Генплан (компоновка) очистных сооружений в стандартных масштабах 1:500, 1:1000 или 1:200 с указанием всех основных и вспомогательных сооружений и зданий, технологических трубопроводов и лотков между сооружениями, дорог, въездов, ограждения, озеленения. Указываются размеры зданий и сооружений, размеры площадки очистных сооружений и строительные отметки. В табличной форме приводится экспликация зданий и сооружений, а также условные обозначения трубопроводов.

2. Профили движения сточных вод и осадков по указанию руководителя проекта строятся в указанном выше горизонтальном масштабе, вертикальный масштаб 1:100 (1:50).

3. Технологические чертежи по указанию руководителя проекта общего вида одного из очистных сооружений, сооружений по обработке осадков или оборудования выполняются в масштабе 1:100 или 1:50.

Графическая часть курсового проекта выполняется с использованием системы автоматизированного проектирования AutoCAD. Чертежи выполняются на листах стандартного формата А1 (841х594 мм). Чертежи выполняют с соблюдением правил графического оформления, установленных масштабов и условных обозначений, предусмотренных требованиями Системы проектной документации для строительства (СПДС), Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Размеры даются обязательно в одинаковых единицах измерения:

• на планах и разрезах в мм;

• на генпланах в м с точностью до 0,1;

• высотные отметки проставляются в м с точностью до 0,01.

Все надписи должны быть выполнены стандартным шрифтом ГОСТ или Arial, рекомендуемая высота букв:

• для общих заголовков—25—30 мм;

• для заголовков второго уровня, диаграмм, таблиц—15—20 мм;

• для поясняющих надписей и обозначений—8—12 мм;

• для букв и цифр на поле чертежа—4—6 мм.

Объем графической части проекта—1,5—2 стандартных листа А1.

Пояснительная записка и графическая часть курсового проекта представляется в виде распечатки на бумажном носителе и на электронном носителе (дискета или компакт-диск).

Проект выполняется студентом самостоятельно в объеме, определенном заданием на проектирование, с полной ответственностью за принимаемые решения. В процессе защиты курсового проекта студент должен доказать обоснованность принятых технологических решений и доложить результаты расчетов. При оценке знаний студента учитывается качество разработки проекта и графического оформления, использование современных методов проектирования и расчета сооружений, подбор современного энергосберегающего оборудования оборудование [1].

2. Определение производительности станции и характеристик поступающих сточных вод

В соответствие с исходными данными принимаем неполную раздельную систему канализации, состоящую из подземных трубопроводов и каналов, предназначенных для отведения смеси бытовых сточных вод от жилой застройки города, бытовых и душевых вод и загрязненных производственных вод от промышленных предприятий на очистные сооружения [2]. Отведение, очистка и сброс дождевых вод в данном проекте не рассматриваются.

Для выбора технологической схемы и конструкций очистных сооружений необходимо выполнить предварительные расчеты по определению расходов и концентраций сточных вод, поступающих на очистные сооружения.

2.1 Определение расчетных расходов сточных вод

Для проектирования очистных сооружений необходимо иметь данные о количестве сточных вод и режиме их поступления по часам суток. Методика расчета расходов сточных вод и режимов их поступления в течение суток используется как при выполнении курсовых проектов по водоотводящей сети и насосным станциям [2,6].

Общий суточный расход сточных вод, поступающих на очистные сооружения, Q_сут, м³/сут.

, (1)

где Q_быт — среднесуточный расход хозяйственно-бытовых сточных вод;

Q_пр — среднесуточный расход производственных сточных вод, принимается по заданию.

При проектировании систем канализации населённых пунктов расчётное удельное среднесуточное (за год) водоотведение бытовых сточных вод от жилых зданий принимаем равным расчётному удельному среднесуточному (за год) водопотреблению согласно СП 31.13330. 2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» [3] без учёта расхода воды на полив территорий и зелёных насаждений.

Количество сточных вод от предприятий местной промышленности, обслуживающих население, а также неучтённые расходы допускается принимать дополнительно в размере 5% от суммарного среднесуточного водоотведения населённого пункта [2].

Среднесуточный расход сточных вод от жилой застройки определяют по формуле:

, (2)

где q_в — норма водоотведения, (принимается по заданию, л/ чел.∙сут);

N — число жителей (принимается по заданию, чел.).

Суммарный среднесуточный расход на производстве складывается из расходов производственных сточных вод от технологических процессов и хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих от туалетов, комнат приготовления пищи, отдыха и от душевых кабин:

Q_.пр.= Q_ПСВ+ Q_х-б.+Q_.душ., м³/сут , (3)

где —расход производственных сточных вод, м³/сут;

Q_сут.х-б. — расход бытовых сточных вод от предприятия, м³/сут;

Q_душ — расход сточных вод от душевых кабин, м³/сут.

Средний расход хозяйственно – бытовых сточных вод по каждой смене определяется по формуле:

для работающих в условиях с повышенным тепловыделением (в горячих цехах)

, (4)

для работающих в обычных условиях (в холодных цехах)

, (5)

где 45, 25 — нормы водоотведения, соответственно в цехах с повышенным тепловыделением и в холодных цехах, л/чел в смену;

N_г, N_х — количество работающих в цехах, соответственно с повышенным тепловыделением и в остальных.

Расход воды на одну душевую сетку составляет 500 л/ч при коэффициенте неравномерности равным 1 [3]. Количество сточных вод, поступающее в систему водоотведения от душевых сеток, определяется по формуле:

Q_{см душ}=q_дс∙m_д∙45/1000∙60, (6)

где q _дс—норма расхода воды на одну душевую сетку;

45—- время работы душа, мин;

m— количество душевых сеток, определяемое по формуле

, (7)

где N_см—максимальное количество людей в смену;

n—количество людей, приходящихся на одну душевую сетку, чел.;

Р — процентное отношение работающих, пользующихся душем к общему числу работающих.

Для определения общего расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения, суммируем поступающие расходы по каждому часу. Производительность очистных сооружений составляет сумма почасовых расходов сточных вод по всему городу.

Среднечасовой расход:

. (8)

Среднесекундный расход:

. (9)

Расчетные максимальные и минимальные расходы сточных вод могут быть определены как произведение среднесуточных (за год) расходов бытовых сточных жилой застройки и производственных сточных вод на общий коэффициент неравномерности K_общ, принимается по табл. 1.

Таблица 1

Общие коэффициенты неравномерности притока сточных вод

Общий коэффициент неравномерности притока сточных вод	Средний расход сточных вод, л/с
	5	10	20	50	100	300	500	1000	5000 и более
максимальный при 1% обеспеченности	3,0	2,7	2,5	2,2	2,0	1,8	1,75	1,7	1,6
минимальный при 1% обеспеченности	0,2	0,23	0,26	0,3	0,35	0,4	0,45	0,51	0,56

Общие коэффициенты притока сточных вод, приведенные в таблице, допускается принимать при количестве производственных сточных вод, не превышающем 45% общего расхода. 1%-ная обеспеченность предполагает возможное увеличение (уменьшение) расхода в среднем 1 раз в течение 5-6 сут.

Распределение расходов сточных вод населенных пунктов по часам суток принимается на основании графиков водоотведения [6]. При подаче всех сточных вод на очистные сооружения насосной станцией распределение притока по часам суток определяется по режиму работы насосной станции.

2.2. Определение концентраций загрязнений сточных вод

Количество загрязняющих воду веществ, поступающее на очистные сооружения от одного жителя, необходимо принимать по табл. 2 [2].

Таблица 2

Количество загрязняющих веществ, приходящихся на одного жителя

Показатель	а, количество загрязняющих веществ на одного жителя, г/сут
Взвешенные вещества	65
БПК5 неосветленной жидкости	60
Азот общий	13
Азот аммонийных солей	10,5
Фосфор общий	2,5
Фосфор фосфатов Р-РО4	1,5

Концентрацию загрязняющих веществ (мг/л) по каждому показателю определяем по заданному удельному водоотведению на одного человека q_в (л/сут чел) по формуле:

(10)

Для городских сточных вод допускается использовать следующие коэффициенты пересчета БПК₅ в БПК_п неосветленная — 1,2.

Расход производственных сточных вод в курсовом проекте принимается по исходным данным. Концентрации загрязнений производственных сточных вод промышленных предприятий следует определять:

• по имеющимся проектам, с анализом балансовых схем крупных предприятий, возможности повторного использования очищенных сточных вод;

• по предприятиям-аналогам;

• по укрупненным нормам расхода воды и количества сточных вод на единицу продукции или сырья [7].

На основании «Правил приема производственных сточных вод в городскую канализацию» [8], студент принимает решение о приеме производственных сточных вод на очистные сооружения без очистки или с локальной очисткой, описывая примерную схему требующихся сооружений. В дальнейших расчетах используются только допустимые концентрации производственных сточных вод

На городские очистные сооружения поступает смесь бытовых и производственных сточных вод, следовательно, определяем средневзвешенную концентрации загрязнений сточных вод, поступающих на очистные сооружения, по всем видам загрязнений: взвешенные вещества, органические по БПК_п, соединениям азота и фосфора:

, мг/л. (11)

Влияние производственных сточных вод на состав общего расхода сточных вод может учитываться через эквивалентное число жителей (ЭЧЖ) - такое число жителей, которое вносит такое же количество загрязнений, что и данный расход производственных сточных вод [2].

Эквивалентное количество жителей определяется по взвешенным веществам N_взв и по органическим веществам N_БПК по формуле:

(12)

где С_псв — концентрация загрязняющего вещества в производственных сточных водах (взвешенные вещества, БПК₂₀, фосфор, азот), мг/дм³;

а —количество загрязняющего вещества, принимаем по табл.2.

Сумма расчетного населения и эквивалентного числа жителей называют приведенным (условным) числом жителей. Приведенное количество жителей

. чел. (13)

3.Выбор технологической схемы очистки городских сточных вод и обработки осадков

Степень очистки сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, должна отвечать требованиям действующих правил охраны поверхностных вод и прибрежных вод морей, а повторно используемой — санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям потребителя [9]. При этом следует учитывать степень смешения и разбавления сточных вод водой водного объекта и фоновые содержания загрязняющих веществ в нем.

В состав технологической схемы очистки сточных вод входит четыре основных блока [5]:

• блок механической очистки — для удаления крупных отбросов, песка, жиров и сырого осадка;

• блок биологической очистки — для удаления основной части органических загрязнений и соединений азота и фосфора;

• блок доочистки или глубокой очистки (биологические или физико-химические методы);

• блок обеззараживания сточных вод.

На выбор технологической схемы очистки сточных вод и обработки осадков влияют следующие факторы [11]:

• расход сточных вод и режим их поступления на очистные сооружения;

• состав загрязнений сточных вод, с учетом специфики размещенных в населенном пункте промышленных предприятий;

• требования к качеству очистки сточных вод с учетом экологической обстановки в области охраны водных ресурсов;

• рельеф местности;

• возможности утилизации осадков сточных вод;

• целесообразность использования блочно—модульных схем компоновки очистных сооружений для возможной реконструкции или расширения станции.

Все сточные воды поселений, отводимые в водные объекты, должны подвергаться биологической очистке от органических загрязнений [1].

При очистке сточных вод объектов с периодическим пребыванием с эквивалентным числом жителей (ЭЧЖ) до 500 условных жителей по согласованию с контролирующими органами допускается использование физико-химической очистки с последующей доочисткой [2].

При ЭЧЖ более 500 условных жителей должна осуществляться биологическая очистка от соединений азота.

При ЭЧЖ более 5000 условных жителей должны применяться специальные методы удаления фосфора.

Выбор технологической схемы осуществляется с использованием базы данных по наилучшим доступным технологиям (НДТ) раздел «Водоотведение», подраздел «Очистные сооружения канализации» [10].

Подбор оборудования должен проводиться с учетом минимизации энергозатрат.

Для обеззараживания очищенных сточных вод наиболее экологически безопасным методом является ультрафиолетовое облучение на установках, рекомендованных для очищенной сточной воды. Вместо хлорирования жидким хлором целесообразно применять обработку гипохлоритом натрия, полученным в электролизных установках заводского изготовления.

Для снижения загрязнения окружающей природной среды при проектировании очистных сооружений следует предусматривать мероприятия по предотвращению загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и подземных вод[5].

Осадки, образующиеся в процессе очистки сточных вод (песок, осадок первичных отстойников, избыточный активный ил и др.), должны подвергаться обработке, обеспечивающей возможность их утилизации в сельском хозяйстве или в промышленном производстве. Для неутилизируемых осадков должна быть предусмотрена обработка в сооружениях, обеспечивающих их складирование в условиях, предотвращающих загрязнение окружающей среды.

Расчет очистных сооружений рекомендуется производить двумя путями [12]:

а) первоначально по расчетному расходу подбирать сооружения по типовым проектам определенных размеров, и затем проверять их соответствие нормативным требованиям;

б) рассчитывать сооружение по расчетному расходу, а затем принимать конструкцию по типовому проекту, размеры которой близки к расчетной.

4.Блок механической очистки сточных вод

Сооружения механической очистки (решетки, песколовки, первичные отстойники) перед биологической очисткой проектируются по СП 32.13330.2012 [2]. В качестве отдельных элементов механической очистки сточных вод могут быть приняты сертифицированные изделия от фирм-производителей оборудования или типовые проекты сооружений.

При проектировании сооружений механической очистки сточных вод производительностью до 10000 м³/сут рекомендуется максимально использовать готовые модули заводского изготовления, где в один комплекс объединены решётка тонкой очистки, шнековый промывочный пресс, песколовка с системой удаления и отмывки песка от органических соединений. Они размещаются в зданиях, хотя есть и варианты для открытой установки [10].

4.1. Выбор приемной камеры

Приемная камера предназначается для приема сточных вод, поступающих на очистные сооружения канализации, гашения скорости потока жидкости и сопряжения трубопроводов с открытым лотком [15]. Камеры предусматриваются на поступление сточных вод по одному или двум трубопроводам и располагаются в насыпи высотой до 5 м.

Тип и размеры приемной камеры выбираются в зависимости от пропускной способности, диаметра и количества напорных трубопроводов (табл. 3).

Таблица 3

Пропускная способ-ность, л/с	На один трубопровод			На два трубопровода
	диаметр трубопровода, мм	марка приемной камеры	размеры камеры А´В´Н, мм	диаметр трубопровода, мм	марка приемной камеры	размеры камеры А´В´Н, мм
31	200	ПК-1-20	1000´ 1000´ 1200	2´150	ПК-2-15	1000´ 1500´ 1200
55	250	ПК-1-25а		2´200	ПК-2-20
83	250	ПК-1-25б		2´250	ПК-2-25
134	400	ПК-140а		2´300	ПК-2-30а
182	400	ПК-140б		2´300	ПК-2-30б
280	500	ПК-1-50		2´400	ПК-2-40
393	600	ПК-1-60	1500´ 1500´ 1600	2´500	ПК-2-50	1000´ 1000´ 1200
476	600	ПК-1-60		2´600	ПК-2-60а
610	700	ПК-1-70		2´600	ПК-2-60б	1600´ 2500´ 1600
750	700	ПК-1-70		2´700	ПК-2-70
917	800	ПК-1-80		2´800	ПК-2-80
1140	900	ПК-1-90		2´800	ПК-2-80
1390	1100	ПК-1-110	2000´ 2000´ 2000	2´900	ПК-2-90	2000´ 3200´ 2000
1810	1200	ПК-1-120		2´1100	ПК-2-110
2210	1200	ПК-1-120		2´1200	ПК-2-120а
2450	1400	ПК-1-140		2´1200	ПК-2-120б
2920	1400	ПК-1-140		2´1200	ПК-2-120б

4.2 Решетки

В составе станций очистки сточных вод устанавливают оборудование для измельчения или извлечения грубодисперсных примесей, необходимое для обеспечения нормальной работы сооружений и оборудования, предотвращения аварий [9].

Для задержания грубых отбросов на канализационных очистных сооружениях применяются различные типы оборудования:

• реечные (стержневые) решетки с ручной и механизированной очисткой с прозорами от 16 мм до до 5—6 мм;

• ступенчатые решетки с прозорами до 3мм;

• дуговые (стержневые) с прозорами до 5—6 мм;

• ленточные фильтрующие устройства с прозорами от 1,5 до10мм;

• решетки-дробилки (мюнчеры);

• шнековые (барабанные) решетки с прозорами от 0,5 до 6мм.

При количестве отбросов менее 0,1 м³/сут допускается установка решеток с ручной очисткой. Допускается не предусматривать решетки в случае подачи сточных вод на станцию очистки насосами при установке перед насосами решеток с прозорами не более 16 мм или решеток-дробилок, при этом: длина напорного трубопровода не должна превышать 500 м и на насосных станциях предусматривается вывоз задержанных на решетке отбросов [14].

Дополнительно к рабочему оборудованию устанавливают резервные решетки и предусматривают устройство обводной линии для пропуска воды в случае аварийного засора решеток. Количество резервных решеток определяется по табл.4.

Таблица 4

Характеристика решеток	Число решеток
	рабочих	резервных
С механизированными граблями и с прозорами шириной мм:	1 и более	1
св.20
16—20	До 3	1
	Св. 3	2
Решетки-дробилки,
на трубопроводах	До 3	1
на каналах	До 3 Св. 3	1 2
С ручной очисткой	1	—

Потери напора в решетках определяют величину перепада дна лотка до и после решеток и могут быть указаны в паспорте оборудования.

4.2.1 Расчет стержневых решеток

Решетки грубые (общий синоним — решетки) с прозорами не менее 16мм предназначены для выделения крупных включений и устанавливаются в лотках [16]. Такие решетки не снижают средневзвешенную концентрацию взвешенных веществ в поступающих на них сточных водах [12].

Для решеток с прозорами шириной b, м, справедливо соотношение:

q = ω∙V_p=b∙h∙n∙V_p, (14)

где q — максимальный расход сточных вод, м³/с;

ω — площадь живого сечения прозоров всей решетки, м²;

V_p — скорость движения воды в прозорах механизированных решеток принимают 0,8-1,0 м/с во избежание продавливания отбросов.

h — глубина воды перед решеткой, м;

n — число прозоров.

Количество прозоров в решетках, необходимых для пропуска поступающих сточных вод, составит:

n = q∙K_cm/b∙h∙V_p, (15)

где К_cm — коэффициент, учитывающий стеснение потока механическими граблями, принимается равным 1,05 - 1,1.

Общая ширина решетки равна:

B = s(n-l) + b∙n, м, (16)

где s — толщина стержней.

Исходя из общей ширины решеток, можно подобрать необходимое количество рабочих решеток (табл.4).

Потери напора в решетках следует принимать в 3 раза большими, чем для чистых решеток. Потери напора в решетке, м, определяются по формуле

h_{м =} ξ∙kV_р²/2g, м, (17)

где k—коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора из-за засорения решетки (рекомендуется принимать k = 3);

ξ — коэффициент сопротивления, зависящий от формы стержней

ξ = β(s/b)^4/3 (18)

где β — коэффициент для прямоугольных стержней, равный 2,42, для круглых - 1,72.

Тип и количество единиц оборудования можно определить по паспортным данным оборудования и расчетному расходу сточных вод.

Технические характеристики решетки механической поворотной типа МГТ завода «Водмашоборудование» (г.Воронеж) приведены в табл. 5 [15].

Таблица 5

Технические характеристики	МГ7Т	МГ8Т	МГ9Т	МГ10Т	МГ11Т	МГ12Т
Пропускная способность сточных вод, куб.м/сутки	18000 35000	75000 95000	20000 40000	65000 77500	50000 60000	80000 100000
Прозоры решетки граблей, мм	16 28	16 28	16 28	16 28	16 28	16 28
Ширина канала в месте установки, мм	950	1570	1040	1200	1200	1790
Глубина канала, мм	1400	2000	1200	2000	1600	2000

4.2.2 Подбор решеток тонкой очистки

Решетки тонкой очистки, процеживающие устройства и сита имеют величину прозоров менее 16 мм и могут снижать концентрацию органических (по БПК_п) и взвешенных веществ до 30% [17]. При этом улучшаются условия эксплуатации последующих сооружений, а при определенных условиях - отказ от применения первичных отстойников. Для надежной работы решеток тонкой очистки допускается применение двухступенчатых схем процеживания (грубые и тонкие решетки).

Учитывая сложную конструкцию решеток, подбор решеток заводского изготовления необходимо производить по характеристикам оборудования фирм поставщиков [17].

Технические характеристики ступенчатой решетки тонкой очистки ООО "РИОТЭК" (г.С.-Петербург) приведены в табл. 6.

Таблица 6

Параметры	РС-240	РС-500	РС-630	РС-1000	РС- 1000К	РС-1000L	РС-1200L	РС-1560	РС-1900
Ширина решетки -ширина канала (бака), мм	240	| 500	630	1060	953	953	1161	1560	1903
Общая высота, мм	1225	1320	1580	2530	2800	2950	2950	4420	4850
Длина, мм	735	850	1160	1440	1660	1730	1735	2420	2310
Ширина прозоров, мм	1	2-5	2-5	2	5	5	5	4	6
Толщина фильтрующих пластин, мм	1	2	3	3	3	3	3	3	3
Номинальная производительность по сточной жидкости, м3/ч,	30	150	280	970	1000	2000	2440	2500	5900

При выборе других типов решеток необходимо использовать каталоги оборудования других фирм [10].

Комбинированные решетки-дробилки типа РД, РДК завода «Водмашоборудование» (г.Воронеж) применяются для задержания и дробления отбросов без извлечения их из потока сточной воды, при этом полностью механизируется процесс грубой механической очистки сточных вод [17].

4.2.3.Оборудование для обработки отбросов с решеток

Нормы съема отбросов, расстояние между оборудованием, вспомогательное и грузоподъемное оборудование следует определять согласно паспортным данным оборудования, с учетом содержания грубодисперсных примесей в сточных водах. Количество отбросов, задерживаемых решетками из городских сточных вод, в зависимости от ширины прозоров может составлять при ширине прозоров от 5 до 80 мм, соответственно от 25 до 1,5 л/ЭЧЖ в год, при средней плотности отбросов 750 кг/м3.

Объём улавливаемых загрязнений, м³/сут:

, (19)

где N_пр – приведённое количество жителей;

а – удельное количество отбросов, л/год на 1 человека.

Масса улавливаемых загрязнений, кг/сут:

М₃ = V₃ρ, (20)

где ρ – плотность отбросов, задерживаемых решётками, ρ = 750 кг/м³.

Масса улавливаемых загрязнений в час, кг/ч:

, (21)

где К – коэффициент неравномерности поступления отбросов, принимаемый равным 2.

Задержанные отбросы допускается [2]:

• измельчать в дробилках со сбросом в канал перед решетками (за исключением того, если на станции применяются метантенки);

• собирать в контейнеры с герметичными крышками и вывозить в места обработки твердых бытовых и промышленных отходов;

• обезвоживать и направлять для совместной термической обработки с осадками станции очистки сточных вод;

• использовать при компостировании.

Рекомендуется осуществлять отмывку отбросов с решеток технической водой с последующим прессованием и обеззараживанием. При этом с промывной водой возвращается часть органики, необходимая для интенсификации процессов биологической очистки.

Помимо промывки и прессования отходов узел решёток оборудуется системой обеззараживания отбросов:

• добавление негашеной извести;

• добавление хлорной извести (СаОCl₂);

• использование гуанидиновых препаратов.

Характеристики шнекового промывочного пресс MEVA приведены в табл. 7.

Таблица 7

Модель	SWP 15	SWP 20	SWP 25	SWP 30	SWP 40
Объем отбросов, м3/ч	0,6	1	1,5	2	2,5
Двигатель	DN 150	DN 200	DN 250	DN 300	DN 400
Общая длина (мм)	1260-1560	1560-4260	1560-4260	1630-4330	2170-3670
Загрузочное отверстие В (мм)	300-600	300-3000	300-3000	300-3000	500-2000
Общая высота (мм)	650	975	975	1000	1100

Обезвоживание отбросов можно осуществлять с помощью гидравлического пресса и мацератора с корзиночной центрифугой. Решётки могут поставляться в комплекте со спиральным транспортёром, шнековым или гидравлическим прессом (табл.8).

Таблица 8

Модель	Тип гидравлического пресс-транспортера
	ГПТ-250	ПТГ-300	ПТГ-300*
Габариты пресс-транспортера, мм	2983x370x215	2938x523x470	3900x1725x502
Габариты масляной станции*, мм	1438x1060x500	1438x1060x500	_
Мощность электродвигателя, кВт	11	11	5,5
Максимальная производительность,м3/ч	6	8,3	4,75
Масса, кг	740	865	580

* Масляная станция установлена на корпусе пресс-транспортера.

Накопление и перевозку отбросов следует предусматривать в герметически закрывающихся контейнерах. При накоплении отбросов свыше 2 суток необходима их пересыпка обеззараживающим реагентом в контейнере по мере накопления. Накопление отбросов свыше 5 суток запрещается.

Снятые отбросы по транспортеру могут направляться в дробилку для измельчения. Исходя из рассчитанной массы отбросов, подбирают марку и количество дробилок. При количестве отбросов свыше 1 т/сут, кроме рабочей, необходимо предусматривать резервную дробилку. Измельченные отбросы могут сбрасывать в поток сточной воды перед решеткой или направлять на переработку.

На очистных сооружениях небольшой производительности для удобной и гигиенической утилизации отходов с решёток рекомендуется система «непрерывный мешок», когда спрессованные отбросы в контейнере или закрытом бункере размещаются в закрытом полиэтиленовом мешке.

4.2.4.Здание решеток

Решетки и вспомогательное оборудование размещают в отдельном отапливаемом помещении (16°С) с кратностью обмена воздуха 5 [17].

Перед входом в здание решеток подводящий канал разветвляется на потоки по числу установленных решеток. Для предотвращения поступления холодного воздуха в помещение через подводящие и отводящие каналы на разветвлениях вначале устанавливаются щитовые затворы типа шандора, а затем затворы с электродвигателями. С помощью этих затворов, а также затворов, установленных за решетками, можно также выключить из работы тот или иной канал.

Чтобы исключить возможность затопления здания решеток при максимальном притоке сточных вод, пол здания располагают выше расчетного уровня сточной воды в канале не менее чем на 0,5 м.

Вокруг решеток должен быть обеспечен проход шириной, м, не менее:

• с механизированными граблями — 1,2 (перед фронтом — 1,5);

• с ручной очисткой — 0,7;

• решеток-дробилок, устанавливаемых на каналах, — 1.

Для монтажа и ремонта решеток, дробилок и другого оборудования необходимо предусматривать установку подъемно-транспортного оборудования. Для перемещения контейнеров подъемно-транспортное оборудование должно быть с электроприводом.

Размеры здания решеток ориентировочно можно принять по типовым проектам в зависимости от производительности очистной станции Q, м³/сут,:

• от 1400 до 17000 — 6×12×5,7 м;

• от 17000 до 32000 — 6×18×5,4 м;

• от 100000 до 140000 — 9×30×7,8 м;

• от 140000 до 280000 — 9×36×7,8 м.

Здание решеток оборудовано хозяйственно-питьевым и техническим водопроводом, а также канализацией для отведения бытовой воды в сеть промышленной площадки. Вентиляция приточно-вытяжная с механическим побуждением. Напряжение в электросети 380/220 В.

Сортировочная площадка устанавливается непосредственно около корпуса решетки. К площадке на ее уровне или ниже примыкает лоток бункера дробилки или другое оборудование.

4.3. Песколовки

Песколовки необходимо предусматривать в составе станции биологической очистки городских и близких к ним по составу производственных сточных вод, производительностью более 100м³/сут. [2]. Тип песколовки следует принимать с учетом производительности станции очистки и компоновочных решений.

В зависимости от направления потока сточной воды песколовки применяют:

• горизонтальные с прямолинейным движением воды,

• горизонтальные с круговым движением воды,

• аэрируемые,

• тангенциальные,

• вертикальные.

Число песколовок принимать не менее двух, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими. До и после каждой песколовки необходимо предусматривать затворы, отключающие ее на периоды минимального притока и время ремонта.

В песколовках с плоским дном устанавливается оборудование по удалению задержанного песка с днища песколовки [10]:

• система гидросмыва;

• придонный цепной скребок;

• придонные скребки с возвратно-поступательным движением;

• скребок на ферме с возвратно-поступательным движением;

• песковой насос на ферме с возвратно-поступательным движением;

• горизонтальный шнек в продольном приямке.

Для удаления задержанного песка из песколовки применяется следующее оборудование:

• гидроэлеватор;

• стационарный песковой насос;

• шнековый транспортер.

Способ удаления осадка следует выбирать в зависимости от конструкции сооружения и количества осадка [13].

При проектировании песколовок следует принимать общие расчетные параметры для песколовок различных типов по табл. 9, 10 [14].

Таблица 9

Диаметр задерживаемых	Гидравлическая крупность	Значение Ks в зависимости от типа песколовок и отношения ширины В к глубине Н аэрируемых песколовок
частиц песка, мм	песка u0, мм/с	Горизон-тальные	аэрируемые
			В:Н = 1	В:Н = 1,25	В:Н = 1,5
0,15	13,2	1,9	2,62	2,50	2,39
0,20	18,7	1,7	2,43	2,25	2,08
0,25	24,2	1,3	—	—	—

Таблица 10

Диаметр задерживаемых	Гидравлическая крупность песка	Скорость движения сточных вод vs, м/с, в песколовках
частиц песка, мм	u0, мм/с	горизонтальная	аэрируемая
0,05—0,10	2,0—5,9	0,10—0,15	0,02—0,05
0,15	13,2	0,15—0,20	0,05—0,10
0,20—0,25	18,7—24,2	0,15—0,30	0,08—0,12

Песколовки желательно рассчитывать на гидравлическую крупность удаляемого песка не более 0,15 мм [2]. Для горизонтальных песколовок продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке должна составить не менее 30 с [14].

Объем песковых приямков следует принимать из расчета на накопление не более двухсуточного объема выпадающего песка. Угол наклона стенок приямка к горизонту — не менее 60°. Количество задерживаемого песка в зависимости от типа песколовки принимаем по табл.11.

Таблица 11

Песколовка	Гидравлическая крупность песка u0, мм/с	Количество задерживае­мого песка, л/чел.-сут	Влажность песка, %	Содержание песка в осадке, %
Горизонтальная	18,7—24,2	0,02	60	55—60
Аэрируемая	13,2—18,7	0,03	—	90—95
Тангенциальная	18,7—24,2	0,02	60	70—75

Суточное количество песка, задерживаемого в песколовках

, м³/сут, (22)

где Р — количество песка на одного человека, л/чел∙сут.;

N_прив— приведенное количество жителей по взвешенным веществам (ф.13).

4.3.1 Расчет горизонтальной песколовки с прямолинейным движением воды

Песколовки выполняются в виде горизонтальных железобетонных резервуаров прямоугольной формы в плане. В начале песколовки располагается песковой бункер в форме перевернутой пирамиды. Осажденный песок, выпавший по длине песколовки на плоском горизонтальном днище, сгребается с помощью различных скребковых механизмов в бункер песколовки, откуда его откачивают гидроэлеватором или песковым насосом [9].

Для горизонтальных песколовок с прямолинейным движением воды разработаны типовые проекты песколовок с механизированным удалением песка.

По производительности очистной станции ориентировочно выбираем число отделений и ширину отделения песколовки по табл. 12 [15].

Таблица 12

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды

Пропускная способность, тыс. м3/сутки	Число отделений	Размеры, м
		длина	ширина отделения	наполнение (глубина проточной части)
25	2	9	1,25	0,55
50	2	15	2,8	0,55
70	2	15,8	3	0,58
100	3	18	3	0,55
140	2	18	4,5	0,67
200	3	18	4,5	0,65
280	4	18	4,5	0,67

Площадь живого сечения одного отделения песколовки ω, м²:

ω = q_макс.с / v_s∙ n, (23)

где v_s —скорость движения сточных вод: v_s ≤ 0,3 м/с при максимальном притоке сточных вод, v_s ≥ 0,15 м/с при минимальном притоке (табл.10);

n —число песколовок или их отделений.

Находим расчётную глубину песколовки H_S

H_S (24)

Расчетная длина песколовки L_s, м:

(25)

где К_s — коэффициент, принимаемый в зависимости от типа песколовок и диаметра задерживаемых частиц (табл. 9);

u₀ — гидравлическая крупность песка, подлежащего задержанию (табл.10).

Длина горизонтальных песколовок принимается конструктивно с учетом расчетной длины и округляется до стандартного значения (кратно 3м). Определив длину песколовки, проверим продолжительность пребывания сточных вод в песколовке, она должна быть не менее 30 секунд при максимальном притоке:

Т = L_s/ v_s ≥ 30. (26)

Объем осадочной части песколовки W, м³:

W= р N_пр∙ Т_ос /1000, (27)

где р —объем задерживаемого песка влажностью 60% и плотностью 1500 кг/м³ на одного жителя в сутки (табл.11);

Т_ос —период между чистками песколовок, принимается Т_ос ≤ 2 сут во избежание загнивания осадка;

Объем бункера одного отделения песколовки, м³:

(28)

Глубина бункера песколовки, м:

. (29)

Полная строительная высота песколовки, м:

. (30)

Для расчета сооружений по обработке песка определим суточный расход песка по ф.22.

4.3.2 Расчет горизонтальной песколовки с круговым движением воды

Песколовки представляют собой круглый резервуар с коническим днищем. Внутри песколовки находится кольцевой желоб, заканчивающийся внизу щелевым отверстием. Длина песколовки — это длина кольцевого желоба по средней линии.

По расчетному расходу сточных вод подбираем число отделений и размеры песколовки (табл.13, рис.1) [15].

Таблица 13

Песколовки горизонтальные с круговым движением воды

Производи-тельность, тыс. мЗ/сут.	Число отделений	Основные размеры				Номер типового проекта
		диаметр	ширина желоба	глубина	Расстояние между центрами
1.4—2,7	2	4	0.5	2	6000; 6500	9022-331
2.7-4.2			0.5			Тип11
4,2—7			0.8			Тип III
7—10			0.8			Тип IV
10—17		6	1,0	3	10000; 11000	Тип V
17—25			1.4			Тип VI
25—40			1.5			Тип VII
40—64			1.6			Тип VI11

По принятым размерам вычисляем длину окружности песколовки по средней линии L_s, м [18].

Скорость движения сточных вод принимаем по табл.10. Рассчитаем время пребывания сточных вод при минимальном и максимальном притоке в песколовке:

. (31)

Продолжительность пребывания должна быть не менее 30 с.

По формулам (27), (28) рассчитаем объем осадочной части и объем бункера одного отделения песколовки.

Находят высоту бункера (конической части) песколовки, м:

, (32)

где d — диаметр нижнего основания бункера, равный 0,4 м.

Определяют полную строительную высоту песколовки, м:

. (33)

4.3.3 Расчет аэрируемой песколовки

Аэрируемые песколовки проектируют в виде горизонтальных резервуаров, разделенных на секции. Вдоль одной из стенок на расстоянии 20 - 80см от дна по всей длине песколовки устанавливают аэраторы. Аэраторами могут служить трубы с отверстиями диаметром 3 — 5мм. Работа аэраторов состоит в подаче воздуха, который создает вращательное движение потока в песколовке. В аэрируемых песколовках осуществляется осаждение и отмывка песка от органических примесей, которые поддерживаются во взвешенном состоянии и не выпадают в осадок. Осадок из аэрируемых песколовок содержит до 90 — 95 % песка, а при долгом хранении не загнивает [13].

Количество отделений аэрируемой песколовки и ширину отделения принимаем самостоятельно (табл.9) или по типовому проекту (табл. 14, рис.2) [15].

Таблица 14

Основные параметры аэрируемых песколовок

Пропускная способность, тыс. м3/сутки	Число отде-лений	Размеры, м				Расход воздуха на аэрацию м3/ч, при интенсивности аэрации 3м3/(м2 • ч)
		ширина отделения	глубина	длина	Отношение В/Н
70	2	3	2,1	12	1,34	200
100	3	3	2,1	12	1,34	300
140	2	4,5	2,8	18	1,5	460
200	3	4,5	2,8	18	1,5	690
280	4	4,5	2,8	18	1,5	920

Для аэрируемых песколовок принимаем следующие правила [14]:

установку аэраторов из дырчатых труб — на глубину 0,7 H_s вдоль одной из продольных стен над лотком для сбора песка;

интенсивность аэрации — 3—5 м³/(м² × ч);

поперечный уклон дна к песковому лотку — 0,2—0,4;

впуск воды — совпадающий с направлением вращения воды в песколовке, выпуск — затопленный.

Площадь живого сечения песколовки ω, м²:

ω = q_макс.с / v_s∙ n, (34)

где v_s – поступательная скорость движения сточных вод (табл.10).

Рассчитываем высоту слоя воды

Н = ω / В (35)

Проверяется рекомендуемое соотношение В/Н (табл.9).

Длина песколовки рассчитывается по формуле (25). Данные для расчета принимаем для аэрируемой песколовки по табл. 9,10.

Н_р для аэрируемых песколовок принимаем равной половине высоты:

Н_р = Н / 2. (36)

Расход воздуха V, м³/ч, на аэрацию:

V = I ∙ В ∙ l ∙ n, (37)

где I – интенсивность аэрации: I = 3 —–5 м³/(м²∙ч).

Рис. 1. Компоновка песколовок с круговым движением воды пропускной способностью 1400—64 000 м³/сутки:

1 — гидроэлеватор, 2 — трубопровод для отвода всплывающих примесей 3 — желоб, 4 — поверхностные затворы с ручным приводом, 5 — подводящий лоток, 6 — пульпопровод

Рис.2. Аэрируемая песколовка с гидромеханическим удалением песка:

1 — отражательные щиты, 2 — воздуховод; 3— трубопровод для гидросмыва; 4 — смывной трубопро­вод со спрысками, 5 — аэраторы, 6 — песковой лоток, 7— песковой бункер; 8 — гидроэлеваторы, 9 — задвижки, 10— отделение песколовки, 11 — щитовые затворы

Высота слоя осадка в песколовке

м. (38)

Сгребание песка с горизонтальной поверхности производится гидромеханическим способом (гидросмыв), либо скребками, либо шнековым транспортером.

При удалении осадка из песколовки гидромеханическим способом, в песковом лотке шириной 0,5 -0,6м, расположенном вдоль одной из продольных стен песколовки, прокладывается трубопровод гидросмыва со спрысками. Дно песколовки имеет поперечный уклон 0,2–0,4 в сторону пескового лотка для сползания в него песка и тангенциально присоединяется к круглому в плане сборнику песка, работающему по схеме безнапорного гидроциклона и расположенному у входа воды в песколовку. Глубина пескового лотка рассчитывается на перевод выпавшего песка в псевдоожиженное состояние. В каждом лотке укладывается один смывной трубопровод.

Высота зоны накопления осадка должна быть не менее

м, (39)

где К_г — коэффициент запаса, К_г=1,5;

i —относительное расширение песка при смыве; принимается, равным 0,1 —0,2.

Объем песка, удаляемого при одной операции гидросмыва, м³

(40)

где n —-количество отделений песколовок, шт.

m —количество операций гидросмыва за сутки, принимается равным 0,5 —2 раз/сут.

Толщина слоя песка в песковом лотке песколовок, м

(41)

где l_s — длина пескового лотка, м

b_sc — ширина пескового лотка, м

К₁ — коэффициент, учитывающий попадание песка в песковой лоток, принимается равным 0,7¸0,9.

Расход промывной воды, м³/с

, (42)

где V_n —скорость в начале смывного трубопровода, принимается 2,5 —3,5м/с.

Диаметр смывного трубопровода принимается по расходу q_n и скорости V_n.

Общее число спрысков на смывном трубопроводе, штук

(43)

Расстояние между спрысками принимается 0,3 —0,5 м.

Напор в начале смывного трубопровода, м

(44)

Объем осадочной части и объем бункера одного отделения песколовки, глубину бункера рассчитываем по формулам (27—29). Полную строительную высоту песколовки по формуле (30).

4.3.4 Расчет тангенциальной песколовки

Песколовки имеют круглую форму в плане; подвод воды осуществляется по касательной (тангенциально), что вызывает вращательное движение воды. В тангенциальной песколовке происходит частичное отмывание песка от органических веществ. Для сокращения объема пескового бункера до минимума удаление задержанного песка целесообразно производить с помощью шнека [15].

Назначают количество отделений песколовок n (не менее двух), исходя из расхода на одно отделение не более 15 тыс. м³/сут.

Определяют площадь каждого отделения тангенциальной песколовки м²,

, (45)

где q₀ — нагрузка на песколовку при максимальном притоке, равная 130м³/(м²∙ч).

Рассчитывают диаметр каждого отделения, м:

(46)

Диаметр песколовки не должен превышать 6 м.

Размеры бункера (конусной части) песколовки

— глубина h₁, м,

(47)

—высота h₂, м:

(48)

Объем конусной части, м³:

(49)

Находят период заполнения конусной части песколовки осадком, сут:

(50)

Определяют период между выгрузками осадка, сут:

(51)

Рассчитывают полную строительную высоту песколовки:

_. (52)

По формуле (22) рассчитывают суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках.

4.3.5 Расчет вертикальной песколовки

Вертикальные песколовки принимаются по расчетному расходу сточных вод по паспортам фирмы изготовителя оборудования или рассчитываются аналогично тангенциальным песколовкам по нагрузке на зеркало воды по формуле (45). Вертикальные песколовки применяются при малых расходах [10]. Характеристики вертикальных песколовок ООО «KUNST» (Чехия) оборудованы кольцевым сборным лотком и погружным насосом для удаления песка приведены в табл.15.

Вертикальные песколовки чаще располагаются в здании решеток.

Таблица 15

Модель	LPV-0,8-K	LPV-1,0-K	LPV-1,2-K	LPV-1,5-K	LPV-1,7-K
Диаметр, мм	800	1000	1200	1500	1700
Расход, мин/макс, л/сек	1,2 — 19	2 — 33	4 — 50	6,5 — 78	8,8 — 106
Глубина лотка, мм	200	200	200	300	300

Общая высота — 4500мм.

4.4. Сооружения по обработке песка из песколовок

Для обезвоживания песка (без его отмывки) допускается использовать песковые площадки или бункеры. Дренажную воду из сооружений для обезвоживания песка следует возвращать в поток очищаемых сточных вод перед решетками. Для отмывки от органических примесей и обезвоживания удаляемого из песколовок песка следует предусматривать специальное оборудование (пескопромыватели и т.п.) [2]. Для подготовки песка к использованию как строительного материала, он обрабатывается на виброгрохотах, дегельминтизируется и обеззараживается пропариванием.

4.4.1. Расчет песковых площадок

Для подсушивания песка, поступающего из песколовок, необходимо предусматривать площадки с ограждающими валиками высотой 1—2 м. Они располагаются по возможности ближе к песколовкам па дренирующих грунтах. Количество карт—не менее двух. Нагрузку на площадку надлежит предусматривать не более 3м³/м² в год при условии периодического вывоза подсушенного песка в течение года. Допускается применять накопители со слоем напуска песка до 3м в год. Удаление воды осуществляется через регулируемые водосливы с переменной отметкой порога или с помощью дренажной системы. Для съезда автотранспорта на песковые площадки надлежит устраивать пандус c уклоном 0,12 — 0,2.

Годовое количество песка

, м³/год, (53)

где Р − количество задерживаемого в песколовках песка, л/чел∙сут.

Полезная площадь песковых площадок, м²

, (54)

где h −годовой слой напуска песка, м.

Площадь одной карты, м²

, (55)

где m − количество песковых площадок (m³2).

По площади одной карты устанавливают размеры карты (В и L)с учетом съезда транспорта для выгрузки подсушенного песка..

Общая площадь песковых площадок

S_общ= (1,2—1,3)×S_пол, м², (56)

где 1,2—1,3 − коэффициент, учитывающий площадь, занимаемую валиками, подъездами и др.

Количество дренажных вод, отводимое за сутки с песковых площадок, при разбавлении песка в пульпе 1:20 по его массе, составит:

, м³/сут. (57)

где r − объемная масса песка (r =1,5 т/м³).

Дренажные воды от песковых площадок направляются по хозяйственно-бытовой сети канализации в голову очистных сооружений.

4.4.2.Расчет песковых бункеров

Песковые бункеры предусмотрены для подсушивания песка, удаляемого из песколовок. Конструктивно бункеры представляют собой цилиндрические металлические или железобетонные резервуары с коническим днищем, рассчитываемые на накопление песка в течение 1,5—5 суток и снабжаемые системой подачи пульпы, гидроциклонами диаметром 300 мм для промывки песка отвода дренажной воды и выгрузки песка. Для эффективности работы гидроциклона перед ним необходимо обеспечить напор пульпы 0,2 МПа. Песок из бункера непосредственно выгружают в автомашины, а дренажную воду отводят в начало сооружений.

В зависимости от климатических условий бункер следует размещать в отапливаемом здании или на эстакаде, приспособленной для погрузки песка в автотранспорт, предусматривая его обогрев.

Определим необходимый объем бункеров, м³:

, (58)

где Т – время хранения осадка в бункерах, сут.

Объем одного бункера, м³:

, (59)

где D — диаметр бункера, принимаем равный 1,5–2 м.

Определим количество бункеров:

(60)

Число бункеров должно быть не менее двух.

Количество дренажных вод, отводимое за сутки с песковых бункеров, при разбавлении песка в пульпе 1:20 по его массе, определим по формуле (57).

4.4.3. Подбор пескопромывателей

Пескопромыватели представляют собой вихревую камеру круглой или пирамидальной формы с механическим побуждением потока и выгрузочным шнеком, в котором осуществляется как промывка, так и обезвоживание [10, 21]. Для отмывки песка от органических примесей используют также гидроциклонные установки, в которых подача песчаной пульпы в гидроциклон непосредственно из песколовки производится через верхний впускной патрубок. Технологическими параметрами при подборе оборудования являются производительность по песчаной пульпе, производительность по песку и объёму выгружаемого песка (табл.16).

Таблица 16

Установка по промывке песка swa

Модель	SWA 9	SWA 12	SWA 14	SWA 21	SWA 28
Расход песковой пульпы, л/сек	7-9	8-12	10-14	13-21	20-28
Выход песка, м3/час	0.3	0.5	0.3	1	1
Двигатель мешал-ка/шнек (кВт)	0.37/0.55	0.37/0.55	0.37/0.55	0.37/1.1	1.1/1.1
Общая длина, мм	3359	4212	3614	4446	6160
Общая высота, мм	2482-2582	3198-3448	2680-2776	3204-3354	3085-3585
Общая ширина, мм	1613	1900	1913	2330	2250

4.5. Выбор измерительных устройств

Для контроля за работой очистной станции возникает необходимость в измерении расхода сточных вод. Для этой цели используют: лотки Вентури (применяются при производительности от 600 до 240000м³/сут.), лотки Паршаля (табл.17) [15]. Для измерения малых количеств воды используются: водосливы с порогом различного профиля (треугольного, прямоугольного).

Таблица 17

Расчетные данные лотков Паршаля

Расчетный расход qмакс.с , л/с	Ширина горловины, мм	Подводящий лоток		Отводящий лоток
		Ширина В, мм	Высота Н, м	Ширина В, мм	Высота Н, м	Длина l, м
83,5	230	300	0,32	300	0,26	1,7
431,0	230	450	0,42	450	0,38	4,0
486,0	500	600	0,66	600	0,60	7,4
1090,0	1000	900	0,63	900	0,59	7,4
2130,0	1000	1200	1,00	1200	0,80	8,9
3720,0	1500	1500	1,15	1500	0,85	10,2

В настоящее время широкое распространение получили расходомеры индукционного и ультразвукового типа [10]. Расходомер устанавливают после песколовок на напорном водоводе перед распределительной чашей первичных отстойников. Например, ультразвуковой расходомер US-800 измеряет расход хозяйственно-фекальных, бытовых и промышленных сточных вод и подбирается в зависимости от диаметра условного прохода трубопровода от 15 до 1400мм (табл.18). При установки расходомера необходимо устраивать прямой участок, равный 10 Д_у до него и 3 Д_у после. Расходомер разработан с учетом особенностей эксплуатации приборов учета в РФ, имеет встроенную защиту от перенапряжения и помех в сети, первичный преобразователь из нержавеющей стали, должен быть полностью заполнен жидкостью в месте измерения.

Таблица18

Ультразвуковой расходомер US-800

ДУ, мм	200	300	400	500	700	800	1000	1200	1400
Q макс м3/ч	1350	3060	5440	8500	16660	21760	34000	48960	666400
Q мин  м3/ч	4	10	12	16	20	32	36	48	56

Рекомендуется устанавливать расходомеры для учета расхода воды на входе и выходе очистной станции, расхода избыточного и циркулирующего ила.

4.6. Первичные отстойники

Сооружения осветления сточных вод рекомендуется применять на очистных сооружениях производительностью свыше 5000 м³/сутки. При обосновании допускается отказ от стадии осветления бытовых сточных вод. В этом случае прозоры процеживающих решеток должны быть не более 10 мм, а время пребывания в песколовках — не менее 10 мин.

Первичные отстойники не применяется при биологической очистке от биогенных элементов сточных вод, имеющих низкое соотношение органических веществ к азоту и к фосфору. Для повышения эффективности процесса биологического удаления фосфора процесс отстаивания в первичных отстойниках проводят с рециркуляцией осадка, что приводит к развитию процессов кислого брожения с выделением летучих жирных кислот (ЛЖК).

Тип первичного отстойника (вертикальный, радиальный, горизонтальный, двухъярусный, тонкослойный и др.) следует выбирать с учетом производительности станции, компоновки сооружений, рельефа площадки, уровня грунтовых вод.

При производительности станции до 30000м³/сут рекомендуется принимать блочную компоновку (первичные и вторичные отстойники, аэротенки, аэробный минерализатор, контактные резервуары) по типовым проектам. В этом случае отстойники будут квадратные (вертикальные) или прямоугольные (горизонтальные) в плане, при этом днище отстойника выполняется в виде двух или четырех иловых приямков пирамидальной формы с самостоятельным выпуском осадка из каждого.

Число отстойников рекомендуется принимать исходя из условия надежности их действия при ремонте одного из них, но не менее двух. При минимальном числе эксплуатируемых единиц (секций) отстойников их расчетный объем необходимо увеличивать так, чтобы перегрузка одного отстойника (секции) при расчетном расходе не превышала 25%.

Основные конструктивные параметры отстойников следует принимать по нормативным документам [2]:

• впуск исходной и сбор осветленной воды равномерно по периметру впускного и сборного устройств;

• высоту нейтрального слоя на 0,3 м выше днища на выходе (для первичных отстойников),

• угол наклона конического днища вертикальных отстойников и стенок осадочных приямков горизонтальных и радиальных отстойников - 50-55°;

• высоту борта отстойника над поверхностью воды надлежит принимать 0,3 м;

• для удержания всплывших веществ перед водосбросным устройством следует предусматривать полупогружные (не менее 0,3 м) перегородки и удаление плавающих веществ;

• кромку водослива на водоприемных (сборных) лотках необходимо предусматривать регулируемой по высоте.

При обосновании в целях улучшения биологического удаления фосфора допускается осуществлять в отстойниках частичную ацидофикацию.В этом случае надлежит предусматривать соответствующие мероприятия, включая увеличенное время пребывания осадка, его рециркуляцию или взмучивание[2].

4.6.1 Характеристики первичных отстойников

Вертикальные отстойники применяют на станциях пропускной способностью до 20000 м³/сут. Они представляют собой круглые в плане резервуары диаметром 4 —9 м с коническим днищем, образующим емкость для накопления осадка. К вертикальным относятся отстойники, имеющие в плане квадратную форму со стороной 6 —15м, днище выполняется в виде четырех иловых приямков пирамидальной формы с самостоятельным выпуском осадка. Союзводоканалпроект разработал типовые проекты первичных и вторичных отстойников с впуском воды через центральную трубу (табл.19) [15].

Таблица 19

Основные параметры первичных вертикальных отстойников

Железобетон	Диаметр, м	Высота, м			Номер типового проекта
		проточной части	осадочной части	общая
Монолитный	4	4,1	1,8	5,9	902-2-19
	6	4,1	2,8	6,9	902-2-20
Сборный	6	4.2	3,3	7,5	902-2-165
	9	4,2	5,1	9,3	902-2-166