8 Норми технологічного режиму

Норми технологічного режиму за стадіями виробництва представлені в таблиці 8.1.

Таблиця 8.1 - Норми технологічного режиму за стадіями виробництва

Операція	Час, год	Температура, оС	Кількість компонентів, тис м3/доб	Інші показники
Затримання крупних забруднень на решітках		Температура навколишнього середовища	Вода,що надходить на очисні споруди – 5,0	Кут нахилу решіток 60 о Розмір прозору решіток 16 мм
Видалення мінеральних домішок в пісколовках	не < 30 с	-//-		Е =20 % (для фракцій піску > 0,25 мм) Зольність не < 70 %
Відстоювання води в біокоагуляторах та первинних відстійниках	1,5	-//-		Е = 50 % Сзв.реч. не > 100 мг/дм3 φ = 95 %
Біологічна очистка в аеротенках	12	5-30		Скисню=2-6 мг/дм3 САМ=1,5-3 г/дм3 pH= 6,5-8,5 Сзв.реч. не > 100 мг/дм3
Відокремлення активного мулу від очищенної води	не < 2	Температура навколишнього середовища		φ=99,7 %
Знезараження води гіпохлоритом натрію	не < 0,5	-//-		Сраб.розч. NaOCl=1 %

9 Конструктивні розрахунки апаратів

9.1 Решітки-дробарки

У зв’язку з тим, що максимальна витрата стічних вод на очисних спорудах складає 208,3 м³, у відповідності з таблицею 2 [] обираємо марку і кількість решіток-дробарок. В результаті була обрана решітка-дробарка марки РД-400 із наступними технічними характеристиками:

• максимальна виробничість – 480 м³/год;

• ширина щілинних отворів – 10 мм;

• сумарна площа щілинних отворів в барабані F=0,119 м²;

• діаметр барабану – 400 мм;

• частота обертів барабану – 31 хв^-1;

• мощність електродвигуна – 0,8 кВт.

Кількість робочих агрегатів приймаємо рівною N=1, резервних - 1.

Максимальна секундна витрата стічних вод складає:

(9.1)

де q_max.год – максимальна годинна витрата , м³/год.

За формулою 9.2 визначаємо швидкість руху води в щілинних отворах:

(9.2)

Це значення швидкості знаходиться в припустимих межах для обраної марки решітки-дробарки (1-1,2 м/с).

9.2 Пісковловлювачі

На очисних спорудах м.Селидове застосовують пісковловлювачі типу горизонтальні з круговим рухом рідини. Приймаємо 2 відділення пісковловлювачів n=2.

За формулою 9.3 визначимо необхідну площу живого перерізу одного відділення пісковловлювача ω:

(9.3)

де υ_s – швидкість руху води, м/с визначається за табл.3.1 [].

Розрахуємо довжину окружності піскоуловлювача по середній лінії:

(9.4)

де K_s – коефіціент, що приймають за таблицею 3.2 [];

H_s – розрахункова глибина піскоуловлювача, м (табл.3.1 []);

u₀ – гідравлічна крупність піску, мм/с (табл.3.2 []).

За наступною формулою визначимо діаметр піскоуловлювача:

(9.5)

Розрахуємо тривалість протікання стічних вод у піскоуловлювачі при максимальному притоці:

(9.6)

Тривалість протоку (Т) повинна бути більшою за 30 с. Розраховане Т=47 с, що задо вольняє вимогам.

За формулою 2.5 знаходимо величину зовнішнього діаметра піскоуловлювача:

D = D₀ + B_ж , (9.7)

де B_ж – ширина кільцевого жолоба, м (обирається по табл.5 []).

D = 4,5 + 1,4 = 5,9 м.

Приймаємо типовий проект № 902-2-27 піскоуловлювача з діаметром 6 м.

Далі розраховуємо об’єм бункера одного відділення піскоуловлювача. Для цього попередньо необхідно знайти обсяг осаду, що накопичується в піскоуловлювачі:

(9.8)

де N_пр – приведене населення, що розраховують за формулою 9.9;

q_ос – питома кількість піску, дм³/(доб∙люд) (по табл 3.1 []).

(9.9)

де Q – добова витрата стічної води, м³/доб;

а – норма водовідведення, що складає 170 дм³/(доб∙люд).

Знайдене значення підставляємо до формули 2.6:

Знайдемо об’єм бункеру одного відділення піскоуловлювача:

(9.10)

Визначимо висоту конічної частини бункера піскоуловлювача:

(9.11)

Розрахуємо повну будівничу висоту піскоуловлювача:

H_буд = H_s + h_k + 0,5 , (9.12)

H_буд = 1 + 0,1 + 0,5 = 1,6 м.

9.3 Первинні відстійники

На очисних спорудах використовують первинні вертикальні відстійники. По формулі 9.13 визначимо гідравлічну крупність:

(9.13)

де H_set – глибина проточної частини у відстійнику, м (табл.4.3 []);

K_set – коефіціент використання обсягу проточної частини відстійника (табл.4.3 []);

t_set – тривалість відстоювання, для міських стічних вод цю величину приймають по табл.4.2 [];

h₁ – глибина шару, що дорівнює 0,5 м;

n₂ – показник ступеню, для міських стічних вод цю величину визначають по рис.4.14 [].

Далі приймаємо кількість відділень відстійника рівне n=10.

Розраховуємо діаметр центральної труби:

(9.14)

де q_max – максимальна секундна витрата стічних вод, м³/с;

v_en – швидкість руху робочого потоку в центральній трубі, що дорівнює 0,03 м/с.

Визначимо діаметр відстійника по наступній формулі:

(9.15)

де v_tb – швидкість турбулентної складаючої, мм/с, що приймають по табл.4.4 [].

За розрахованим значенням діаметру відстійника по табл.8 [] обираємо типовий проект за номером 902-2-166 із збірного залізобетона з діаметром 9 м.

Розраховуємо діаметр раструба і відображального щита. Діаметр раструба дорівнює:

(9.16)

Діаметр відображального щита знаходимо за формулою:

(9.17)

Далі розрахуємо висоту щілини між низом центральної труби і поверхнею відображального щита:

(9.18)

де v_щ – швидкість руху в щілині, що дорівнює 0,02 м/с.

Визначимо загальну висоту циліндричної частини відстійника:

(9.19)

де Н₂ – висота нейтрального шару між низом відображального щита і шаром осаду, що дорівнює 0,3 м;

Н₃ – висота борта відстійника, що дорівнює 0,5 м;

Розрахуємо висоту конічної частини наступним чином:

(9.20)

де α – кут нахилу конічного днища (50 º).

Тоді загальна висота відстійника буде розраховуватись так:

Н = Н_ц + Н_к , (9.21)

Н = 4,12 + 5,36 = 9,48 м.

Ще необхідно визначити кількість осаду, що виділяють при відстоюванні за добу:

(9.22)

де Q – добова витрата стічних вод, м³/доб;

p_mud – вологість осаду, що дорівнює 95 %;

γ_mud – щільність осаду (1 г/см³).

_{9.4 Аеротенк}

Для конструктивного розрахунку аеротенку приймаються наступні вихідні дані: L_en=250 мг/дм³ (БСК вихідної стічної води); L_ex=15 мг/дм³ (БСК очищеної води); q_w=5000 м³/доб=208,3 м³/год (витрата стічних вод); a_i=1,5 г/дм³ (доза активного мулу).

Апарат, для якого наведені розрахунки – аеротенк-витиснювач з регенератором. Розрахунок цього апарату виконується згідно з [9].

Визначимо ступінь рециркуляції активного мулу в аеротенку за формулою (9.23).

(9.23)

де a_i — доза мулу в аеротенці, г/дм³;

J_i — муловий індекс, см³/г, приймається J_i =100 см³/г.

Величина БСК води, що надходить у початок аеротенка-витиснювача L_mix визначається за формулою (9.24) з врахуванням розбавлення циркуляційним мулом:

, (9.24)

Час перебування стічних в аеротенку розраховують за формулою (9.25), в якому значення констант і коефіцієнтів знаходять за табл. 40 [9] (для міських стічних вод) і мають наступні значення: ρ_max=85 мг/(ггод), K_i=33 мг/дм³; K₀=0,626 мг/дм³; φ=0,07 дм³/г; s=0,3. При L_eх=15 мг/дм³ коефіцієнт K_p=1,5. Концентрація кисню приймається рівною С_о=2 мг/дм³.

(9.25)

Доза мулу в регенераторі визначається залежністю:

(9.26)

Питома швидкість окислення визначається за формулою (9.27), де величини констант і коефіцієнтів приймаються такі ж, як і в формулі (9.25).

(9.27)

Тривалість окислення забруднень розраховують за формулою:

(9.28)

Тривалість регенерації мулу розраховують так:

t_r = t_o - t_at, (9.29)

t_r = 18,0 – 6,48=11,52 год.

Тривалість перебування в системі аеротенк-регенератор розраховують наступним чином:

t = (1+R_i)∙t_ato+Ri∙t_r, (9.30)

t = (1+ 0,18)∙6,48 +0,18∙11,52 = 9,72 год.

Об’єм аеротенку знаходять за такою формулою:

W_at = t_atv(1+R_i)q_W , (9.31)

W_at = 6,48∙(1+0,18)∙208,3 = 1593 м³.

А об’єм регенератору за формулою (9.32):

Wr = t_r R_iq_w , (9.32)

Wr = 11,52∙0,18∙208,3= 432 м³.

Для уточнення мулового індексу визначаємо середню дозу мулу в системі аеротенк-регенератор за наступною формулою:

, (9.33)

Визначемо також навантаження на мул:

(9.34)

За таблицею 41[9] при q_i=347 мг БСК/г доб, J_i=75 см³/г. Ця величина відрізняється від прийнятої раніше J_i=100 см³/г.

Уточнюємо ступінь рециркуляції з урахуванням J_i=75 см³/г по формулі (9.23):

Так як ця величина відрізняється від раніше розрахованої, то уточнюємо й інші величини за формулами (9.24)-(9.34).

Тоді L_mix дорівнює за формулою (9.24):

Період перебування стічної води в аеротенку за формулою (9.25):

Доза мулу в регенераторі за формулою (9.26):

Питома швидкість окислення за формулою (9.27):

Тривалість окислення забруднень (за формулою 9.28):

Тривалість регенерації мулу за формулою (9.29):

t_r = 22,9 – 6,72= 16,18 год.

Об’єм аеротенку за формулою (9.30):

W_at = 6,72∙(1+0,13)∙208,3 = 1582 м³.

Об’єм регенератору за формулою (9.31):

Wr = 16,18∙0,13∙208,3= 438 м³.

Середня доза мулу в системі аеротенк-регенератор за формулою (9.32):

Навантаження на мул за формулою (9.33):

Тепер можна розрахувати загальний об’єм аеротенку і регенератору за формулою:

W=W_at + W_r , (9.35)

W= 1582+438=2020 м³.

Таким чином, регенератор складає 22 % об’єму аеротенка в цілому. Цієї умови дотримуються в тому випадку, коли буде застосований 4-коридорний аеротенк, який дозволяє відвести один коридор під регенератор.

За таблицею 4.2 [5] підбираємо односекційний, n_at=1, 4-коридорний,m_at=4, аеротенк глибиною H_atv=3,2 м, шириною коридору B_atv=4,5 м. Довжина секції становить:

(9.36)

Приймається типовий проект аеротенка 901-2-178 [5] з проектною довжиною секції l_at=42 м, об’ємом однієї секції 2070 м³ (W_at=2070 м³), що відповідає розрахунковим значенням, незначно їх перевищуючи.

Розраховуємо систему аерації. В аеротенках-витискувачах аератори розташовують нерівномірно відповідно до зниження забруднень. Приймається пневматична система аерації з дрібнобульбашковими аераторами. Визначається питома витрата повітря, м³/м³:

(9.37)

де q₀ – питома витрата кисню повітря, мг на 1 мг знятої БСК приймається при очищенні до L_ex=15-20 мг/дм³, q₀ = 1,1;

K₁ – коефіціент, що враховує тип аерато­ра і приймається для дрібнобульбашкової аерації в залежності від співвідношення площей аерованої зони і аэро­тенка f_az /f_at за таблицею 5.3 [5]. Для попереднього розрахунку приймається f_az/f_at=0,25, К₁ = 1,79;

K₂ – коефіціент, що залежить від глибини занурення аераторів h_a і приймається по табл. 5.4 [5], при цьому h_a=H_atv-0,3=3,2-0,3, H_atv =2,9 м;

K₃ — коефіціент якості води, для міських стічних вод дорівнює 0,85;

K_T – коефіціент, що враховує температу­ру стічних вод, що слід розраховувати за формулою:

(9.38)

де T_w —температура води влітку, °С.

C_a — розчинність кисню повітря в во­ді, мг/дм³, визначається за формулою:

(9.39)

де C_T — розчинність кисню у воді в залежності від температури і атмосфер­ного тиску [5];

h_a — глибина занурення аератора, м;

C₀ — середня концентрація кисню в аэротенці, мг/дм³; в першому наближенні С₀=2 мг/дм³.

Розрахуємо необхідні величини. Знайдемо коефіцієнт К_Т за формулою (9.38):

Знайдемо розчинність кисню у воді (С_а) за формулою (9.39):

Тоді питома витрата повітря можна знайти за формулою (9.37):

Витрата повітря розраховується на забезпечення потреби в кисні в години максимального припливу рідини в аеротенк:

Q_air=q_w∙q_air, (9.40)

Q_air=208,3∙9,93 = 2068,4 м³/год.

За знайденими значеннями q_air і t_at обчислюється середня інтенсивність аерації:

J_a= q_air∙H_at/ t_at , (9.41)

J_a= 9,93∙3,2/ 6,72= 4,73 м³/(м²∙год).

Якщо обчислена інтенсивність аерації вища J_a,max для прийнятого значення К₁, необхідно збільшити зону аерації; якщо менша J_a,min – для прийнятого значення К₂ – слід збільшити витрату повітря, прийнявши J_a,min за таблицею 5.4 [5].

Оскільки отримана інтенсивність аерації J_a,min< J_a< J_a,max, площа зони аерації і значення інтенсивності аерації залишаються без змін.

Нині найбільше розповсюдження отримали пневматичні аератори – диспергатори повітря. В таблиці 5.6 [5], наведено порівняльні характеристики аераторів, отримані на основі повідомлень різних виробників.

Приймаємо трубчастий аератор АКВА-ЛАЙН як найбільш продуктивний. Трубчасті аератори складаються з опірного каркаса циліндричної форми і покриття, яке виконує роль диспергатора, з просвітом між ними. Диспергатор АКВА-ЛАЙН виконується у вигляді циліндричної оболонки з пористого поліетилену, яка забезпечує дрібнобульбашкову аерацію з найбільшою витратою повітря і найбільшою ефективністю створення кисню.

Визначимо N, необхідну кількість аераторів АКВА-ЛАЙН:

N=Q_air / Q_ma, (9.42)

де Q_air – необхідна розрахункова витрата повітря, м³/год;

Q_ma – витрату повітря на один аератор приймаємо 14 м³/год.

Тоді необхідна кількість аераторів буде такою:

N=2068,4 / 14= 148.

Уточнимо необхідну кількість аераторів, N_ma, з обрахуванням їх продуктивності: 1 м аератора АКВА-ЛАЙН забезпечує 4 м² площі аеротенка дрібнобульбашковою аерацією:

N_ma=l_atv∙n_at∙B_atv∙m_at/4, (9.43)

N_ma=42∙1∙4,5∙4/3= 189.

Приймаємо кількість аераторів – 189.

9.5 Вторинний відстійник

Спочатку розрахуємо навантаження води на поверхню відстійника за формулою:

(9.44)

де H_set – робоча глибина відстійника, м (за табл.4.3 []);

a_i – доза активного мулу в аеротенку, що дорівнює 1,5 г/дм³;

a_t – необхідна концентрація мулу в проясненій воді, не менш ніж 10 мг/дм³;

K_ss – коефіціент використання обсягу зони відстоювання, що для радіальних відстійників складає 0,4;

J_i – муловий індекс, см³/г.

Далі приймаємо кількість відділень відстійника, їх чотири (n=4). Розрахуємо площу одного відділення:

(9.45)

де q_w – максимальна годинна витрата води, м³/год.

Визначимо діаметр відстійника за формулою:

(9.46)

За таблицею 9 [] обираємо вторинний відстійник із найближчим до розрахованого значення діаметром, який дорівнює 18 м.

Далі визначаємо загальну висоту відстійника за формулою:

(9.47)

де Н₁ – висота борта над шаром води, що дорівнює 0,3-0,5 м;

Н₂ – висота нейтрального шару (від дна на виході), що дорівнює 0,3 м;

Н₁ – висота шару мулу, що дорівнює 0,3-0,5 м.

Розрахуємо кількість осаду (активного мулу), що утворюється у відстійнику:

(9.48)