Практикум к решению задач Основы экологии 2004

31

Практическая работа № 5

Расчет отстойников

1 Теоретическая часть

Улавливание из сточных вод нерастворенных загрязнений выполняют отстойники, которые подразделяют на отстойники периодического действия (контактные) и непериодического действия (проточные). В практике очистки сточных вод применяют в основном отстойники непрерывного действия.

По направлению движения жидкости в сооружении отстойники подразделяют на два основных типа: горизонтальные и вертикальные. Для очистки сточных вод широко используют также радиальные отстойники, которые являются разновидностью горизонтальных отстойников.

1 – подводящий лоток; 2 – распределительный лоток; 3 – полупогружные доски; 4 – сборный лоток осветленной воды; 5 – лоток для сбора и удаления плавающих веществ; 6 – отводной лоток; 7 – трубопровод для удаления осадка

Рисунок 1.1 – Схема горизонтального отстойника

В зависимости от назначения в технологической схеме очистной станции отстойники подразделяют на первичные и вторичные. Первичные отстойники служат для предварительного осветления сточных вод, поступающих на биологическую или физико-химическую очистку. Вторичные – для осветления сточных вод, прошедших биологическую или физико-химическую очистку.

Выбор типа и количества отстойников при проектировании производится на основании технико-экономического их сравнения с учетом местных условий. Отстойники различных типов целесообразно применять при следующих условиях: вертикальные отстойники – при производительности очистной станции до 20000 м3/сут; горизонтальные – при производительности очистной станции выше 15000 м3/сут; радиальные – при производительности очистной станции выше 20000 м3/сут.

При расчете горизонтальных отстойников (рисунок 1.1) вначале следует определить ширину отделений В отстойника, м:

32

где q – максимальный расход сточных вод, м3/с; n – количество отделений;

h1 – глубина проточной части отстойника, м;

v – средняя скорость движения сточных вод, м/с. Длину отстойника рекомендуется определять по формуле

где k – коэффициент, равный 0,5;

uo – скорость осаждения расчетных частиц (соответствующая заданному эффекту осветления воды) взвесей в мм/с, определяемая по формуле

h

где t – продолжительность отстаивания воды в цилиндре высотой h=500мм, соответствующая заданному эффекту осветления воды;

α – коэффициент, учитывающий влияние температуры воды на ее

вязкость;

n – коэффициент, зависящий от свойств взвесей;

ω – вертикальная турбулентная составляющая скорости движения сточных вод, мм/с (принимаемая по таблице 1.1).

Таблица 1.1

Радиус R вертикальных, радиальных и с вращающимися сборнораспределительными устройствами отстойников:

nπkuo

где k – коэффициент, зависящий от типа отстойника (0,35 – для вертикальных; 0,45 – для радиальных; 0,85 – с вращающимся сборнораспределительным устройством);

uо – скорость осаждения расчетных частиц взвесей, определяемая также по формуле (1.3).

33

Проверку скорости движения воды на половине радиуса радиального

где R – радиус отстойника.

В случае различия значений υф и υ необходимо повторить расчет величиныR.

На рисунке 1.2 представлена схема вертикального отстойника, в который очищаемая сточная вода поступает по трубопроводу 5 в кольцевую зону, образованную цилиндрической перегородкой 2 и корпусом 6 отстойника. В процессе вертикального движения сточная вода встречает на своем пути отражательное кольцо 7 , направляющая поток воды во внутреннюю полость перегородки 2, а твердые частицы оседают в шламосборник 8. Очищенная сточная вода поступает в кольцевой водосборник 3 и через трубопровод 1 выводится из отстойника. Осадок, скапливающийся в шламосборнике 8, периодически удаляется из него через трубопровод 4. Вертикальные отстойники рассчитывают так же, как и горизонтальные.

Широкое применение для очистки производственных сточных вод находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью.

Очищаемая сточная вода (рисунок 1.2) по входному патрубку 1 с расширяющимся диаметром сечения на выходе поступает в отстойник и движется в радиальном направлении. Увеличение выходного диаметра патрубка обеспечивает при заданном расходе уменьшение скорости истечения сточной воды из трубопровода и, следовательно, увеличение вероятности ламинарного осаждения твердых частиц в отстойнике. Очищенная сточная вода по отводящим трубопроводам 2 направляется для дальнейшей обработки, а шлам направляется в шламосборник 3 вращающимся скребком 5 и через канал 4 периодически удаляется из отстойника.

Количество задержанного осадка (по массе) Qсух, т/сут, определяют по формуле

где W – влажность осадка, %; ρо – плотность осадка.

Отстойники всех типов выполняют из монолитного или сборного железобетона. В отдельных случаях они могут быть кирпичными.

Таблица 1.2

35

1.1 Расчет горизонтального отстойника

1. Рассчитывается средний секундный расход qср, м3/с, сточных вод на очистную станцию

2. Максимальный секундный расход q, м3/с, сточных вод

q=qср∙Кобщ . (1.9)

3.Ширина отделения отстойника рассчитывается по формуле 1.1. Количество отделений n принимается (n=2; 4; 6; 8 и т. д., см. таблицу исходных данных задачи №1).

4.Принимается окончательная ширина отделения отстойника, которая не должна превышать 9м.

5.Фактическая скорость движения воды в отстойнике, м/с

υф=q/n∙B∙h1 . (1.10)

6. Длина отстойника определяется по формуле 1.2 с учетом фактической скорости движения воды. Скорость осаждения расчетных частиц Uо рассчитывается по формуле 1.3; коэффициент α выбирается по таблице 1.2;

КН n

значение величины в расчетах первичных отстойников для бытовых

h

сточных вод надлежит принимать по таблице 1.3.

7.Количество улавливаемого осадка, его масса рассчитывается по формуле 1.6.

8.Объем улавливаемого осадка отстойниками при плотности его ρ=1,0т/м3 и влажности Wос=95% определяется по формуле 1.7.

1.2 Расчет радиального отстойника

1.Рассчитывается средний секундный расход сточных вод на очистную станцию (см. расчет горизонтального отстойника).

2.Максимальный секундный расчет сточных вод (см. расчет горизонтального отстойника).

4. По формуле 1.3 рассчитываем Uо, мм/с. В начале расчета величину Uо и затем R следует определить при ω=0.

5. Радиус отстойника по формуле 1.4 (при ω=0).

36

6.Принимаем типовой радиальный отстойник. Диаметры типовых отстойников: 18; 24; 30; 40; 54 метров.

7.Фактическую скорость в отстойнике вычисляют по формуле 1.5.

8.Перерасчет отстойника проводится лишь в том случае, если υф оказывается значительно больше υ, при этом следует уточнить Uо и R с учетом полученного υф и ω.

9.По результатам перерасчета принимаем типовой отстойник диаметром Д, м, в котором фактическая скорость υф, мм/с.

10.Количество улавливаемого осадка по формуле 1.6.

11.Объем осадка по формуле 1.7 (плотность осадка ρ=1 т/м3, влажность

Wос=95%).

2 Решение задач

Задача №1 Рассчитать горизонтальные отстойники для очистной станции города

производительностью Qср.сут, м3/сут. Содержание взвешенных веществ в воде Со,мг/л. Требуемый эффект осветления воды Э, %. Определить массу и объем задержанного осадка.

Задача №2 Рассчитать радиальные отстойники для очистной станции города

производительностью Qср.сут, м3/сут. Содержание взвешенных веществ в воде Со,мг/л. Требуемый эффект осветления воды Э, %. Коэффициент n, зависящий от свойств взвеси, равен 0,25. Определить массу и объем задержанного осадка.

37

38

Практическая работа № 6

Расчет песколовок

1 Теоретическая часть

Для улавливания из сточных вод песка и других минеральных нерастворенных загрязнений применяют песколовки. Они подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с вращательным движением жидкости; бывают и аэрируемые.

Горизонтальные и аэрируемые песколовки используют при расходах более 10 000 м3/сут. Конструктивной разновидностью горизонтальных песколовок являются горизонтальные песколовки с круговым движением воды. Они имеют круглую форму в плане. Их рекомендуется применять при сравнительно небольших расходах – до 70 000 м3/сут. Тангенциальные песколовки также имеют форму в плане, и они рекомендуются при небольших расходах – до 50 000 м3/сут. Вертикальные песколовки велики по размеру и работают неэффективно, поэтому они находят применение в исключительных случаях – при соответствующем обосновании.

а – продольный разрез; б – поперечное сечение

Рисунок 1.1 – Схема горизонтальной песколовки

Расчет горизонтальных песколовок производят по следующим формулам. Вначале определяют площадь живого сечения одного отделения по формуле

где q – максимальный расход сточных вод; ν - средняя скорость движения воды;

39

n – количество отделений, затем размеры отделения в поперечном сечении. Длину песколовки вычисляют по формуле (рисунок 1.1)

где h1 – глубина проточной части песколовки;

u0 – гидравлическая крупность песка расчетного диаметра (см. таблицу 1.1);

k – коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок, значения которого приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Значения коэффициента k в формуле (1.2)

При иных расчетных параметрах значение коэффициента k можно вычислить по формуле

где ω - вертикальная турбулентная составляющая, определяемая по формуле

При работе горизонтальных песколовок следует принимать ν = 0,3 м/с, расчетный диаметр частиц песка 0,2–0,25 мм. Продолжительность движения сточных вод должна быть не менее 30 секунд, изменение расхода по суткам и часам суток вызывает изменение скорости движения воды в песколовках, поэтому возникает необходимость в дополнительных устройствах, обеспечивающих поддержание в песколовках постоянной скорости движения воды, равной оптимальной величине ν = 0,3 м/с.

40

а – продольный разрез; б – поперечный разрез; 1 – рабочая зона; 2 – аэратор; 3 – песковый лоток; 4 – смывной трубопровод

Рисунок 1.2 – Схема аэрируемой песколовки, оборудованной гидромеханической системой

Известно много методов поддержания в песколовках постоянной скорости. Наиболее простой из них заключается в устройстве на выходном канале неподтопленного водослива с широким порогом без донного выступа, размеры которого вычисляют по формулам:

где Р – перепад между дном песколовки и порогом водослива; b – ширина водослива;

hмакс и hмин – глубины воды в песколовке соответственно при максимальном qмакс и минимальном qмин расходах и скорости движения воды

0,3м/с; kq = qмакс/qмин;

m – коэффициент расхода водослива, зависящий от условий бокового сжатия, равный 0,35–0,38.

Расчет аэрируемых песколовок производят также по формулам (1.1), (1.2) и данным таблицы 1.1. Расчетная глубина песколовки h1 принимается равной половине ее гидравлической глубины (рисунок 1.2)

При расчетных параметрах, не указанных в таблице 1.1, коэффициент k следует определять по формуле