Практикум к решению задач Основы экологии 2004

где α B/H.

При расчете аэрируемых песколовок следует принимать: ν = 0,08–0,12 м/с, расчетный диаметр частиц песка 0,15–0,2 мм; В/Н = 1–1,5; интенсивность аэрации 3–5 м3/м2 в 1 ч; поперечный уклон дна (к песковому лотку) 0,3–0,4.

Расчет тангенциальных песколовок ведут по формуле

где Q – максимальный расход сточных вод, м3/ч; q0 – нагрузка на песколовку по воде, м3/м2 ч; F – площадь отделения песколовки в плане, м2; n – количество отделений.

Расчет тангенциальных песколовок может быть произведен также по формуле

Из сравнения формул (1.8) и (1.9) следует, что нагрузка на песколовку q0 равна гидравлической крупности песка расчетного диаметра u0,выраженной в м/ч.

При расчете тангенциальных песколовок следует принимать: глубину равной половине диаметра сооружения, расчетный диаметр песка 0,2–0,25 мм.

С учетом изложенного нагрузка на сооружение должна равняться (при u0 = 18,7 мм/с):

На наиболее совершенные конструкции тангенциальных песколовок нагрузка допускается равной q0 =110–130 м3/м2 ч.

Для выгрузки осадка из горизонтальных и аэрируемых песколовок обычно применяют механические скребки цепного и тележечного типов. Осадок сгребается в бункер, как правило, располагаемый в начале сооружения, и затем откачивается гидроэлеватором или насосом.

Пример - Рассчитать горизонтальные песколовки для очистной станции производительностью Qср.сут= 140 000 м3/сут. Общий коэффициент неравномерности Кобщ = 1,15.

Решение. Средний секундный расход на очистную станцию составит

Максимально секундный расход равен

qмакс = qсрКобщ = 1,62 1,15 = 1,86 м3/с.

Принимаем три рабочих и одно резервное отделение песколовки (выгрузка осадка предполагается механизмом). Площадь живого сечения каждого отделения определяют по формуле (1.1)

Принимаем глубину проточной части h1 = 0,7 м. Ширина отделений будет

равна

В ω/h1 2,07/0,7 2,96м.

Принимаем ширину отделения В = 3,0 м. При этом наполнение в песколовке при максимальном расходе будет равно

h1 ω/B 2,07/3,0 0,69м.

При расчетном диаметре частиц песка d=0,20 мм, u0 = 18,7 мм/с и К = 1,7 (см. таблицу 1.1).

Длина песколовки по формуле (1.2) равна

Для сгребания осадка в бункер, расположенный в начале песколовки, предусматривается скребковый механизм.

Геометрическую глубину песколовок принимают

Нп = h1 + hл + 0,7 = 0,69 + 0,2 + 0,7 = 1,59 м.

Ширину отводящих каналов принимают: от одной песколовки – b1=1000мм, от всех песколовок – b2 = 1600 мм.

Для поддержания в песколовке водослив с широким порогом без донного выступа.

Минимальный расход на песколовку будет равен

Минимальное наполнение при скорости ν = 0,30 м/с должно быть равно

Отношение максимального расхода к минимальному

Перепад между дном песколовки и порогом водослива определим по формуле (1.5)

Потерями напора от песколовки до водослива пренебрегают.

При норме водоотведения n = 300 л/чел сут приведенное количество жителей

Объем осадка, улавливаемый за сутки, равен

где 0,02 – количество улавливаемого осадка за сутки на одного человека,л.

44

2 Решение задач

Задача №1 Рассчитать песколовку для очистной станции производительностью

Qср.сут.,м3/сут, с коэффициентом неравномерности Кнр. Определить ширину водослива и суточный объем осадков V, м3/с.

45

Практическая работа № 7

Биологические фильтры

1 Теоретическая часть

Биологический фильтр – сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей: фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар круглой или прямоугольной формы в плане; водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра; дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды; воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Биологическая очистка заключается в окислении остающихся в воде после механической или физико-химической очистки органических загрязнений с помощью микроорганизмов, способных в процессе своей жизнедеятельности осуществлять минерализацию органических веществ. Биологическая очистка сточных вод может происходить в условиях близких к естественным (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), и в искусственно созданных условиях (биологические фильтры и аэротенки). Процессы окисления в биофильтре протекают значительно интенсивнее.

46

при подаче сжатого воздуха через трубопровод 1 и опорную решетку 6 в направлении, противоположном фильтрованию. Очищенная от органических примесей вода выводится из фильтра через трубопровод 7.

Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

По конструктивному признаку биофильтры делятся на биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой. В свою очередь, биофильтры с объемной загрузкой (гравий, шлак, керамзит, щебень и др.) делятся на:

-капельные биофильтры, имеющие крупность фракции загрузочного материала 20 – 30 м и высоту слоя загрузки 1 – 2 м;

-высоконагружаемые биофильтры (крупность фракции загрузочного материала 40 – 60 мм и высота загрузки 2 – 4 м;

-биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60 – 80 мм и высота загрузки 8 – 16 мм.

Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяют на:

-биофильтры с жесткой засыпной загрузкой, в качестве загрузки

используют керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100 – 600 кг/м3, пористость 70 – 90%, высота слоя загрузки 1 – 6 м;

-биофильтры с жесткой блочной загрузкой; блочные загрузки выполняют из различных видов пластмассы (гофрированные, плоские листы или

пространственные элементы), а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40 – 100 кг/м3, пористость 90 – 97%, высота слоя загрузки 2 – 16 м. Плотность асбестоцементной загрузки 200 – 250 кг/м3, пористость 80 – 90%, высота слоя загрузки 2 – 6 м;

-биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон,

капрон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки 5 – 60 кг/м3, пористость 94 – 99%, высота слоя загрузки

3 – 8 м.

Капельные биофильтры применяют при расходах сточных вод до 1000м3/сут, а высоконагружаемые и большой высоты – до50 тыс. м3/сут. Плоскостные биофильтры с засыпной и мягкой загрузкой рекомендуется

применять при расходах до 10 тыс. м3/сут, с блочной загрузкой – до 50 тыс. м3/сут.

По технологической схеме работы биофильтры могут быть одноступенчатые и двухступенчатые, при этом режим работы назначается как с рециркуляцией, так и без нее.

К биофильтрам с плоской загрузкой следует отнести и погружные дисковые биофильтры, которые используют для очистки бытовых и производственных сточных вод при расходах до 1000 м3/сут. Диски выполняются из пластмасс, асбестоцемента или металла, и они имеют диаметр 0,6 – 3 м. Расстояние между дисками 10 – 20 мм, частота вращения вала с дисками 1 – 10 мин-1.

47

Капельные биофильтры в зависимости от расхода сточных вод и среднегодовой температуры воздуха размещают в неотапливаемых помещениях; допустимая величина БПКполн сточных вод, подаваемых на биофильтр, составляет 20 мг/л; гидравлическая загрузка 1 – 3 м3/м3 в сутки.

Расчет капельных биофильтров производят в такой последовательности: определяют коэффициент К:

где Lа, Lt – БПКполн сточных вод (поступающей и очищенной).

По среднезимней температуре сточных вод Т и значению К (таблица 1.1) определяют высоту биофильтра Н и гидравлическую нагрузку q; если полученное значение К превышает значения, приведенные в таблице 1.1, необходимо вводить рециркуляцию и расчет производить по методике расчета высоконагружаемых биофильтров с рециркуляцией;

по расходу очищаемых сточных вод Q, м3/сут, и гидравлической нагрузке q,м3/м2∙сут, вычисляют общую площадь биофильтров в м2:

Примечание - Первые цифры – значения К для высоты биофильтра Н=1,5 м, далее Н=2 м.

Биофильтры устраивают в виде отдельных секций. Число и размеры секций зависят от способов распределения сточной воды по поверхности, условий их эксплуатации и др.; число секций должно быть не менее 2 и не более 6 – 8; все секции должны быть рабочими.

Биофильтры с плоскостной загрузкой следует размещать в закрытом помещении; высоту биофильтра назначают в зависимости от требуемой степени очистки; допустимая величина БПКполн поступающих сточных вод при полной биологической очистке 250 мг/л, при неполной очистке – не ограничивается; величина гидравлической нагрузки зависит от необходимой степени очистки и величины органических загрязнений в поступающей сточной воде.

Расчет биофильтров с плоскостной загрузкой ведется по БПК5 в такой последовательности:

48

в зависимости от требуемой величины БПК5 очищенных сточных вод Lt,мг/л, по таблице 1.2 находят критериальный комплекс η.

Таблица 1.2 – Значение η при различной величине Lt

В миллиграммах на литр

где Sуд – удельная поверхность загрузочного материала, м2/м3; La – БПК5 поступающих сточных вод, мг/л.

Необходимый объем загрузки биофильтра V, м3, и площадь F, м2, определяют по формулам:

где Q – расход сточных вод, м3/сут.

F=V/H. (1.7)

Затем определяют число биофильтров и их конструктивные размеры. Для биофильтров круглой формы определяют их диаметр

49

где n – количество секций биофильтров.

Впрактике проектирования применяют биофильтры прямоугольной формы

вплане с разрезами сторон 3×3; 3,6×4; 9×12; 12×12; 15×15; 12×18 м и др. с

высотой слоя загрузки 2,3; 3 и 4, а также круглой формы в плане диаметром 6, 12, 24 и 30 м и высотой слоя загрузки 2, 3 и 4.

2 Решение задач

Задача №1 Рассчитать количество секций капельного биофильтра (А×В=9×12 м) при

следующих исходных данных: расход сточных вод Q, м3/сут; БПКполн поступающих сточных вод La, мг/л; БПКполн очищенных сточных вод Т, Lt, мг/л; среднезимняя температура сточных вод Т, оС; среднегодовая температура воздуха Тв=5оС.

Задача №2 Рассчитать биофильтр с плоскостной загрузкой при следующих исходных

данных: расход сточных вод Q, м3/сут; БПК5 поступающих сточных вод Lа, мг/л;

БПК5 очищенных сточных вод Lt, мг/л; среднезимняя температура сточных вод Т,оС.