- •Федеральное агентство морского и речного транспорта
- •Введение
- •Задание на курсовой проект
- •2. Расчет изменений расходов и показателей качества сточных вод по часам суток
- •3. Расчет усреднителей сточных вод.
- •4. Определение необходимой глубины очистки сточных вод.
- •5. Разработка технологической схемы очистки сточных вод
- •6. Расчет сооружений по очистке сточных вод
- •7. Разработка технологической схемы обработки осадков сточных вод
- •8. Расчет сооружений по обработке осадков сточных вод
- •8.3. Расчет сооружений по обработке осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила
- •8.3.1. Расчет радиальных уплотнителей
- •8.3.2. Расчет метантенков
- •8.3.3.Расчет центрифуг
- •9. Описание работы технологических схем очистки сточных вод и обработки осадка
4. Определение необходимой глубины очистки сточных вод.
В исходных данных предусмотрено расположение выпуска сточных вод за пределами населенного пункта. Поэтому необходимая глубина очистки стоков, в соответствии с требованиями "Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами", может быть определена с учетом их разбавления в водном объекте. Следовательно, эта задача будет иметь два этапа решения:
- расчет разбавления сточных вод при их выпуске в водный объект;
- расчет показателей качества нормативно чистых сточных вод.
4.1. Расчет разбавления сточных вод при их выпуске в водный объект.
В курсовом проекте предполагается выпуск сточных вод в реку. Поэтому для определения кратности разбавления сточных вод используется методика Фролова – Родзиллера, изложенная в [2].
Расчет разбавления сточных вод начинаем с идентификации речного потока по М.Ф. Скрибному (табл. 2.1. [2]). В связи с недостаточностью исходных данных для определения коэффициента шероховатости ложа реки произведем идентификацию с некоторыми допущениями. Условно будем считать:
1 - распределение по масштабу:
- при средней ширине реки B=350 м – средняя река;
2 - по условиям течения:
коэффициент извилистости реки
= |
l |
= |
720 |
= 1,11 |
ln |
650 |
где: l – расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа по фарватеру реки l=720 м;
ln – расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа по прямой ln =650 м;
= 1,11; 1,1 < 1,11 < 1,25 – сравнительно благоприятные условия;
3 - по скорости течения:
vср = |
Q |
= |
618,34 |
= 0,18 (м/с) |
BсрHср |
350*10 |
здесь: Q – расход речного потока Q = 19.5 км3/год = 618,34 м3/с; Нср – средняя глубина реки Нср = 10 м;
vср = 0,18, при средней скорости течения 0,1 < 0,18< 0,3 м/с – река со средней скоростью течения;
По таблице 2.1 [2] определяем характеристику русла и коэффициент шероховатости ложа реки. Принимаем – средняя река с сравнительно благоприятными условиями течения, со средним течением.
Принятый коэффициент шероховатости ложа реки nш = 0,035.
Далее выполняется расчет кратности разбавления сточных вод при их выпуске в реку в летних условиях:
- Коэффициент у, определяемый по формуле:
у=1,3*√ пш= 1,3* √0,035 = 0,243
- Коэффициент Шези:
С = |
1 |
Ry = |
1 |
10 0,243 = 50 |
nш |
0,035 |
где, R – гидравлический радиус речного потока, в летних условиях принимается равным средней глубине реки, Нср = R = 10 м.
- Коэффициент турбулентной диффузии, м2/с,
D = |
gvсрHср |
= |
9,81*0,18*10 |
= 0,006 |
37nшС 2 |
37*0,035*502 |
здесь, g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
- Коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке
3√ |
D |
=1,11*1* 3√ |
0,006 |
= 0,187 |
q |
1,26 |
где, q – расход смешанных сточных вод q = 108725 м3/сут = 1,26 м3/с.
– коэффициент, учитывающий расположение выпуска сточных вод, в данном случае выпуск у берега = 1.
- Коэффициент смешения:
- Кратность разбавления:
Теперь произведем расчет кратности разбавления сточных вод в зимний период для различных периодов ледостава:
- Коэффициент, учитывающий влияние ледового покрова:
здесь, nл – коэффициент шероховатости нижней поверхности льда, принимается по П.Н. Белоконю.
- Приведенный коэффициент шероховатости ложа реки:
- Приведенный гидравлический радиус речного потока, м.:
Rпр0,5Hср 0,5 5 м.
- коэффициент упр :
упр = 1,3*√ nш.пр
упр010 = 1,3*√ 0,018103= 0,006
упр1020 = 1,3*√ 1,7103= 0,05
упр2060 = 1,3*√ 3,3103= 0,07
упр6080 = 1,3*√ 7103= 0,11
упр80100 = 1,3*√ 14103= 0,15
- Приведенный коэффициент Шези:
- Коэффициент турбулентной диффузии, м2/с:
- Коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке:
- Коэффициент смешения:
- Кратность разбавления сточных вод:
n(0-10) = |
q+(0-10) Q |
| ||
q |
| |||
n(0-10) = |
1,26+0,15104 *618,34 |
= 1,007 | ||
1,26 | ||||
n(10-20) = |
1,26+0,18104 *618,34 |
= 1,009 | ||
1,26 | ||||
n(20-60) = |
1,26+0,25104 *618,34 |
= 1,01 | ||
1,26 | ||||
n(60-80) = |
1,26+0,34104 *618,34 |
= 1,017 | ||
1,26 | ||||
n(80-100) = |
1,26+0,45104 *618,34 |
= 1,02 | ||
1,26 |
Результаты расчетов сведены в таблицу 5.
Таблица 5
Разбавление сточных вод при их выпуске в реку
№
п/п
|
Параметр
|
Значения параметров
| ||||||
летний
период
|
зимний период
| |||||||
периоды ледостава, сут
| ||||||||
0 - 10
|
10 - 20
|
20 - 60 |
60 - 80
|
80 - 100
| ||||
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
| |
1. |
Средняя скорость течения vср, м/с |
0,18 | ||||||
2. |
Коэффициент извилистости реки
|
1,11 | ||||||
3. |
Коэффициент шероховатости нижней кромки льда nл |
--- |
1,007 |
1,009 |
1,01 |
1,017 |
1,02 | |
4. |
Коэффициент шероховатости ложа реки nш (приведенный коэффициент шероховатости ложа реки nш.пр) |
0,035 |
0,018103 |
1,7103 |
3,3103 |
7103 |
14103 | |
5. |
Коэффициент упр (приведенные коэффициент упр) |
0,243 |
0,006 |
0,05 |
0,07 |
0,11 |
0,5 | |
6. |
Гидравлический радиус речного потока R (приведенный гидравлический радиус речного потока Rпр), м
|
10 |
5 | |||||
7. |
Коэффициент Шези С (приведенный коэффициент Шези Спр) |
50 |
56094,6 |
637,53 |
339,17 |
170,5 |
90,9 | |
8. |
Коэффициент турбулентной диффузии D, м2/с
|
0,006 |
4,2107 |
3,4104 |
6,3104 |
1,2103 |
2103 | |
9. |
Коэффициент
|
0,187 |
0,008 |
0,072 |
0,088 |
0,11 |
0,13 | |
10. |
Коэффициент смешения |
0,009 |
0,15104 |
0,18104 |
0,25104 |
0,34104 |
0,45104 | |
11. |
Кратность разбавления n
|
5,4 |
1,007 |
1,009 |
1,01 |
1,017 |
1,02 |
4.2. Расчет показателей качества нормативно чистых сточных вод
Величины показателей качества нормативно чистых сточных вод определяются для летнего и зимнего периода. Поэтому в расчетах используются значения кратностей разбавления сточных вод, полученные для названных периодов (для зимнего периода принимается в качестве расчетного наименьшее значение кратности разбавления), а именно:
- для летнего периода nл = 5,4,
- для зимнего периода nз = 1,007.
Концентрация взвешенных веществ, мг/л:
- в летний период
Сст.л = Сф + плСу
- в зимний период
Сст.з = Сф + пзСу ,
где: Сф – фоновая концентрация взвешенных веществ в воде водного объекта, Сф = 5,0 мг/л (характеристика водного объекта);
Су – допустимое увеличение концентрации взвешенных веществ в воде водного объекта по отношению к фоновой концентрации в контрольном створе, принимаемое в зависимости от вида водопользования. Для водных объектов культурно-бытового вида водопользования Су = 0,75 мг/л.
Сст.л =5,0+5,4*0,75= 9,05 (мг/л)
Сст.з = 5,0+1,007*0,75= 5,76 (мг/л).
Величина БПКполн, мг/л:
Lст = nLнр 10kстt (n1)Lф 10(kcm - kф )t
kф kф 20 [1,12(Т 1)0,03820 , здесь:
Lнр – норматив на БПКполн в воде водного объекта, определяемый в зависимости от вида водопользования. Для водных объектов культурно-бытового водопользования Lнр = 6,0 мг/л;
kст – константа скорости потребления кислорода органическими веществами, содержащимися в сточной воде, сут-1. kст =0,0045 сут-1;
t – время перемещения воды от выпуска сточных вод до контрольного створа, сут.:
t = |
l |
= |
720 |
= 0,05; |
24∙3600∙vср |
24∙3600∙0,18 |
Lф – фоновое значение БПКполн в воде водного объекта, мг/л. Lф =3,0 мг/л;
kф20 - константа скорости потребления кислорода органическими веществами, содержащимися в воде реки, при температуре 20 ºС, сут-1. kф20 =0,0001 сут-1;
Т – фактическая фоновая температура воды в реке, ºС. Т = 20 ºС;
kф - константа скорости потребления кислорода органическими веществами, содержащимися в воде реки, с учетом фактической фоновой температуры, сут-1;
- в летний период величина БПКполн, мг/л:
kф 0,0001* [1,12*(20 1)0,03820 = 0,0001
Lст = 5,4*6*100,0045*0,05 (5,41)* 3*10(0,0045 -0,0001 )*0,05 = 19,2
- в зимний период величина БПКполн, мг/л:
kф 0,0001* [1,12*(20 1)0,03820 = 0,00011
Lст = 1,007*6*100,0045*0,05 (1,0071)* 3*10(0,0045 -0,0001 )*0,05 = 6,0
Температура, ºС:
Допустимое изменение температуры воды водного объекта после выпуска в него очищенных сточных вод для водных объектов питьевого и культурно-бытового назначения не должно повышаться более чем на 3 ºС по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца за последние 10 лет.
Тст = Тф + пТу ,
где:
Тф – фоновое значение температуры воды в реке, Тф = 20 ºС;
Ту – допустимое увеличение температуры воды в контрольном створе, в летнее время Ту≤3 ºС;
- летний период
Тст = 20+5,4*3=36,2 ºС
- зимний период
Тст = Тф + пТу = 4 + 1,007*3 = 7 ºС
Концентрация растворенного кислорода, мг/л:
Для водных объектов культурно-бытового вида водопользования концентрация растворенного кислорода в воде должна быть не ниже 6 мг/л в летний и 4 мг/л в зимний периоды.
- в летний период
b = a – (a – bф)∙10-K2 t |
+ |
bcm |
n – Aл |
|
Aл = |
Ксм*[ Lст+(n-1)* Lф] |
(10-Kст t-10-K2 t) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
|
(К2 -Ксм) | ||||||
Ксм= - |
1 |
lg |
Lст+(n-1)*Lф |
| |||
t |
Lст*10-Kст t +(n-1)*Lф∙10-Kф t |
|
где: а - растворимость кислорода в воде при расчетной температуре (табл. 2.4 [2]), при Тф = 20 ºС а =9,02 мг/л;
bф - фоновая концентрация кислорода в воде реки, bф = 5,0 мг/л;
bст - содержание кислорода в смешанной сточной воде, bст = 1,0 мг/л;
К2 - константа аэрации (табл. 2.5 [2]), К2 = 0,5;
Ксм - константа скорости потребления кислорода смесью сточных вод и воды водоёма, сутки-1.
Ксм= - |
1 |
lg |
3+(5,4-1)*3 |
| |||||||||||||||
0,05 |
3*10-0,0045*0,05+(5,4-1)*3*10-0,0001*0,05 |
| |||||||||||||||||
Ксм= |
-20*lg |
16,2 |
= - 0,009 |
| |||||||||||||||
2,99+13,19 |
| ||||||||||||||||||
|
Aл = |
-0,009*[3+(5,4-1)* 3] |
(10-(0,0045*0,05)- 10-(0,5*0,05)) | ||||||||||||||||
|
(0,5-(-0,009)) | ||||||||||||||||||
|
Aл = |
-0,15 |
*0,005 |
= -0,0015 |
| ||||||||||||||
|
0,509 |
| |||||||||||||||||
b = 9,02 – (9,02 – 5)* 10-0,5*0,05 |
+ |
1 |
= 5,41<6 |
| |||||||||||||||
5,4+0,0015 |
|
- в зимний период
b =(1- |
1 |
) * [bф- Lф*(1-10-Kф t)]+ |
bcm |
| |||||||||
n |
n – Aз |
| |||||||||||
Aз= |
Lст-Lф |
* (1-10-Kст t) |
| ||||||||||
n |
| ||||||||||||
Aз= |
3,002-3 |
* (1-10-0,0045*0,05) |
=2∙10-3 |
| |||||||||
1,007 |
| ||||||||||||
b =(1- |
1 |
) * [5- 3*(1-10-0,00011*0,05)]+ |
1 | ||||||||||
1,007 |
1,007 – 2∙10-3 | ||||||||||||
b = 0,007* |
4,9+ |
1 |
= 1,04<4 |
| |||||||||
1,007 – 2∙10-3 |
|
Активная реакция среды (рН):
Расчетное значение должно быть больше 6,5 и меньше 8,5.
pH = pK1 + |
[НСО3ˉ ] – ([Ск.ст.] + 0,273[Сщ.ст])/n | ||||
[СО2св] + ([Ск.ст.] - [Сщ.ст])/n | |||||
[СО2св] = |
[НСО3ˉ ] |
| |||
10 pHф – рК1 |
|
|
здесь: рК1 - отрицательный логарифм первой константы диссоциации угольной кислоты (табл. 2.6 [2]);
- в летний период рК1= 6,38
- в зимний период рК1= 6,55
[НСО3ˉ ] – фоновая концентрация бикарбонатов, [НСО3ˉ ] = 3,0 мг.экв./л;
[СО2св] – концентрация углекислого газа в воде реки, мг.экв./л;
[Ск.ст.] – концентрация кислот в смешанных сточных водах, [Ск.ст.] = 75,6 мг.экв./л.
[Сщ.ст] –концентрация щелочей в смешанных сточных водах, [Сщ.ст]=193,61 мг.экв./л.
- в летний период
[СО2св] = |
3,0 |
= 0,36 |
|
| |||
10 7,3 – 6,38 |
|
| |||||
pH = 6,38 + |
3,0 – (75,6 + 0,273*193,61)/5,4 |
= 5,42 |
| ||||
0,36 + (75,6 – 193,61)/5,4 |
|
- в зимний период
[СО2св] = |
3,0 |
= 0,53 |
| ||
10 7,3 – 6,55 |
| ||||
pH = 6,55 + |
3,0 – (75,6 + 0,273*193,61)/1,007 |
= 5,48 | |||
0,53 + (75,6 – 193,61)/1,007 |
Результаты расчетов сведены в таблицу 6, при этом:
- для концентрации растворенного кислорода в летний и зимний периоды приведены значения, соответствующие нормативному содержанию в воде водного объекта культурно-бытового вида водопользования;
- для активной реакции среды в летний и зимний период – фоновое значение, чтобы не нарушить кислотно-щелочной баланс реки.
Таблица 6
Показатели качества нормативно чистой сточной воды
№ п/п |
Показатель качества |
Значение показателя качества | |
в летний период |
в зимний период | ||
1 |
Концентрация взвешенных веществ, мг/л |
9,05 |
5,76 |
2 |
Величина БПКполн, мг/л |
19,2 |
6,0 |
3 |
Температура, ºС |
36,2 |
7 |
4 |
Концентрация растворенного кислорода, мг/л |
6 |
4 |
5 |
Активная реакция среды (рН) |
7,3 |
7,3 |
6 |
Coli-индекс, шт/л |
1000 |