Водоотведеніе

Обычно  определяют количество задерживаемого песка и относят его 1000 м³ сточных вод. Крупность частиц может быть разнообразной, но в большинстве случаев частицы диаметром менее 0.25 мм составляет около 40% от общего количества песка. Традиционный способ оценки работы песколовок заключается в определении количества песка в осадке первичных отстойников.

Песок в сточных водах находится  в свободном и агрегатно-связанном  состоянии. Связанные частицы песка  осаждаются с меньшей скоростью, чем свободные.

Количество  песка определяют по сумме задержанного в песколовках и оставшегося  в осадке первичных отстойников.

1.  Конструкции песколовок

 

В настоящее время, исходя из требований современного оборудования устанавливаемого на очистных сооружениях, требуется  задержание песка крупностью 0.1-0.15 мм и отмывка его от органических примесей.

Эффективность работы песколовок по содержанию песка  в осадке первичных отстойников на уровне 1-3%.

Этим  условиям соответствуют песколовки с механическим разрушением частиц агрегатно-связаного песка с помощью турбинных или пропеллерных мешалок или аэрируемые песколовки.

В объеме сооружения над аэратором  происходит разрушение агрегатов, вода приобретает достаточно большую  скорость движения v_пов в поверхностном слое 0.5-0.6 м/с. Соударение потока со стенкой песколовки способствует выделению песка из агрегатов. В нисходящем потоке наблюдается формирование вращательного контура с треугольной эпюрой распределения скорости воды. В успокоенном потоке над пляжем песок осаждается в придонную область и транспортируется в песковой лоток.

Часть контура над пляжем определяет эффективность  задержания песка. Этот процесс зависит  от донной скорости v_дн. При v_дн = 0.25 м/с задерживаются частицы с гидравлической крупностью 20-25 мм,  при v_дн = 0.2 м/с задерживаются частицы с гидравлической крупностью 13-18 мм, а при донной скорости v_дн= 0.15 м/с задерживаются частицы с гидравлической крупностью 10-15 мм.   

Дальнейшее  снижение скорости приведет к увеличению содержания органических примесей в осадке. Оптимальным соотношением ширины В и глубины Н песколовки считается вариант полигонального контура, приближающегося к круговому с мягкими поворотами потока.

2.  Технология работы аэрируемых песколовок

 

Всю песколовку можно разделить на несколько  частей, каждая и которых отвечает за тот или иной процесс выделения песка.

Интенсивность аэрации назначается исходя из условий  отделения песка крупностью 0.2-0.3 мм. Всплывающие вещества удаляются  специальным оборудованием, установленным  в местах понижения аэрации и  успокоения движения воды.

Концевая  часть песколовки предназначена  для улавливания мелких частиц песка, и интенсивность аэрации принимается в зависимости от придонной скорости v_дн.

Для увеличения продолжительности пребывания воды в песколовке рекомендуется использовать двухкоридорные песколовки.

3.  Расчет аэрируемой песколовки

 

По  отношению к массе поступающих  взвешенных веществ вес песка  составляет 8-10%.

Эффект  осветления взвесей составляет 60%, поэтому  начальное содержание песка по отношению к оседающей взвеси составляет 13-17%.

Спиральное  движение воды в песколовке при частом повторении цикла вращения обеспечивает отделение песка. При относительно постоянной длительности цикла вращения воды эффект задержания песка будет зависеть от количества циклов или в конечном счете от общей длительности пребывания воды в песколовке t_s. Значение t_s принимается по требуемому количеству песка в осадке, а объем песколовки и количество задержанного песка по максимальному секундному расходу.

Продолжительность пребывания воды в песколовке определяется по формуле:

     (3.1)

Где – начальное содержание песка по отношению к взвеси, принимается 20%.

- содержание песка в осадке  первичных отстойников, ориентировочно принимается 2%.

 

Определяем  объем суммарный объем песколовок:

      (3.2)

 

Задаемся  количеством песколовок и количесвом секций в одной песколовке: принимаем 2 песколовки по 2 секции.

Определяем объем одной секции песколовки:

      (3.3)

Где – количество секций.

 

Ширина  секции должна быть кратна 3. Принимаем  ширину равной 3 м. Принимаем соотношение  В:Н=2. Тогда площадь одной секции будет равна:

      (3.4)

 

Определяем  длину секции

      (3.5)

 

Уточняем  время нахождения воды в песколовке:

      (3.6)

 

Определяем  содержание песка в осадке:

     (3.7)

 

Для расчета количества песка используется величина начального веса осадка по анализу  осаждаемости.

На  решетках задерживается 5% взвешенных веществ. Следовательно, на решетка содержание взвешенных веществ составит 229.9 мг/дм³

При отстаивании в покое в осадок выпадает от 70 до 75% взвешенных веществ.

В первичном отстойнике эффект осветления Э=60%

Теоретическое содержание взвешенных веществ:

 

Содержание  песка в первичных отстойниках  составляет 2%.

 

В песколовке задерживается 24.8 мг/дм³ песка.

Количество  песка, задерживаемого на песколовках  в течение суток, составит:

(3.8)

Где – количество песка, задерживаемого на песколовке, мг/дм³

-  суточный расход  станции, м³/сут

 

Объем песка, выделяемого в течение  суток, составит:

       (3.9)

Где = 1500 кг/м³ – плотность влажного песка.

 

4. Расчет аэрационной системы

 

Аэрация в песколовках производится при  помощи среднепузырчатых аэраторов в виде дырчатых труб с отверстиями 5-6 м. Количество отверстий определяют по скорости выпуска воздуха, которая не должна превышать 15-20 м/с. Обычно отверстия рекомендовано располагать по обе стороны трубы в нижней ее части под градусом α=120⁰.

Аэраторы выполняются из перфорированных труб с отверстиями диаметром 3-5мм, расположенных на глубине 0.7Н. Интенсивность аэрации равна I = 4м³/(м²×час); поперечный уклон дна к песковому лотку – 0.3; впуск воды – совпадающий с направлением вращения воды в песколовке, выпуск – затопленный.

Расход воздуха составит:

    (3.10)

 

 

Осадок  удаляют гидроэлеваторами, не останавливая при этом песколовку.

4. Первичные отстойники

 

Принципы  расчета заключаются в определении  времени и скорости осаждения взвешенных веществ в лабораторных сосудах в условиях покоящейся жидкости и переносе полученных результатов на расчет отстойников в проточном режиме.

Принципиальная  схема отстойника представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Принципиальная схема первичного отстойника

На  участке l₁ происходит формирование струй воды и описание процесса на этом участке затруднительно. На участке l₂ вода движется упорядоченно. Для расчетов используется параметр продолжительности протока, т.н. скорость движения воды по радиусу, является переменным. На участке l₃ поток воды сужается, и скорость движения резко возрастает.

Данное  явление зависит от высоты слоя воды в отстойнике и скорости подхода  воды к кромкам водосборного лотка. Кроме того, учитывается высота стояния осадка и режим его откачки.

Особенность эксплуатации отстойников заключается  в частоте выгрузки осадка в течение  суток и концентрации твердых  веществ в осадке.

В составе органических нерастворенных веществ в выпавшем осадке удаляется  значительная часть загрязнений, оцениваемых  в виде ХПК, БПК, органического азота  и фосфора.

В технологии биологической очистки  сточных вод с денитрификацией  и дефосфотированием требуется значительное количество легкоокисляемого органического субстрата для восстановления азота и миграции фосфора из клеток ила и обратно. Потребность в добавке органических веществ составляет 8-15 г БПК₅ на 1 г восстановленного азота. 

Осадок  первичных отстойников содержит легкодоступные органические вещества, извлекаемые из него в ходе кислородного брожения.

В отстойнике организуется постоянная циркуляция осадка, а часть отстойника выделяется под сбраживатель.  При этом увеличивается вынос мелких частиц взвеси, снижается эффект осветления, осветленная вода приобретает темноватый оттенок, вследствие образования сульфидов железа.

1.  Расчет первичных отстойников

 

На  очистной стации имеется 2 отстойника диаметром 24м. При реконструкции требуется расширение узла.

Определяем  объем отстойников, существующих на станции.

      (4.1)

Где - количество отстойников на станции,

 – диаметр, существующих  отстойников, м

 – глубина проточной  части.

 

Рассчитаем  отстойники, требуемые для очистки  увеличившегося расхода сточных вод.

     (4.2)

Определяем  время нахождения сточной воды в отстойнике:

     (4.3)

 

- содержание взвешенных веществ  после решеток и песколовок. Составит 229.9 мг/дм³.

- содержание взвешенных веществ  в осветленной воде, с учетом  величины эффекта осветления, равной для первичных отстойников 65%, составит:

    (4.4)

 

 

Определяем  требуемый объем всех отстойников:

      (4.5)

 

Определяем  недостающий объем отстойников  с учетом существующих:

      (4.6)

 

Находим площадь недостающих отстойников:

      (4.7)

Проточная глубина отстойников диаметром 18-30 м составляет 2.7-2.6 м за вычетом  осадочной части 0.7-0.8 м.

 

Принимаем 4 дополнительных отстойника. Площадь одного отстойника составит:

       (4.8)

 

Определим диаметр дополнительных отстойников:

      (4.9)

 

Принимаем типовые отстойники диаметром D=54 м.

Определяем  площадь отстойника и глубину отстойной части.

      (4.10)

 

      (4.11)

 

Глубина отстойной части составит:

       (4.12)

 

Проводим  детальный расчет по формуле:

  (4.13)

- зольность осадка в долях  от единицы. Для городских сточных  вод принимается равной 0.3.

Определяется  расход воды на один отстойник:

      (4.14)

Где – количество отстойников, дополнительно вводимых в эксплуатацию в процессе реконструкции.

 

      (4.15)

 

Нагрузка  на один отстойник составит:

     (4.16)

 

Определяем  объем проточной части отстойника:

      (4.17)

 

Определяем  время пребывания воды в отстойнике:

       (4.18)

 

 

 

 

Определяем  фактический эффект очистки:

     (4.19)

 

5. Биологическая очистка

1.  Принципы биологического удаления азота и фосфора

 

Технология  последовательного двухстадийного окисления азота обусловлена условиями существования бактерий-нитрификаторов, не терпящих присутствия в воде легкоокисляемых органических веществ.

На  стадии окисления углерода они ингибированы и включаются в активную деятельность только после окисления 60-70% органических загрязнений.

Выделение части объема аэротенка и периода аэрации на прохождение нитрификации снижает расчетные нагрузки на ил в 1.5-2 раза.

Удельная  скорость очистки зависит от глубины  окисления азота, а не только от наличия  кислорода и степени снижения БПК.

Нитрификаторы окисляют аммонийный азот до нитратов, а потом до нитритов.

Микроорганизмы  активного ила способны использовать окислы азота в качестве источника  дыхания при отсутствии молекулярного  кислорода или низкой его концентрации.

Для восстановления азота необходимо наличие  энергетических субстратов в виде легкоокисляемых органических веществ. В ходе реакции восстановления азота происходит прирост массы активного ила и увеличение количества карбонатов. Повышение карбонатной щелочности положительно отражается на ходе нитрификации, когда в технологической схеме денитрификатор расположен перед нитрификатором.

Денитрификация  может осуществляться за счет накопления загрязнений в активном иле и  примесей в осветленных или неосветленных сточных водах, и за счет органических кислот, получаемых в результате кислого брожения осадков.

На  рост денитрифицирующих организмов оказывает влияние количество усваиваемых  органических веществ и обеспеченность нитратным азотом. Аммонийный азот существенно не воздействует на процесс  денитрификации. Процесс денитрификации ингибируется в присутствии растворенного  кислорода.

В отличие от азота, который выводится  из системы в газообразном состоянии при денитрификации, фосфор распределяется между илом и очищенной водой.

Биологически  не связанное с использованием реагентов  удаление фосфора заключается только в выводе его в составе избыточного активного ила. С увеличением массы избыточного активного ила возрастает масса удаляемого фосфора, но это входит в противоречие с накоплением в иле нитрифицирующих бактерий, в результате их вывода вместе с приростом ила. Поэтому для увеличения вывода фосфора необходимо увеличить его содержание в клеточном веществе бактерий.