Гудков Механическая очистка городских сточных вод 2003

V. Аэрируемые песколовки

1. Назначается количество отделений песколовок n (не менее двух), исходя из расхода на одно отделение не более 40–50 тыс. м3/сут.

2.По формуле (3.1) определяется необходимая площадь живого сечения одного отделения песколовки ω.

3.Принимается соотношение ширины B и глубины H песколовки α (в пределах 1–1,5) и определяются сами значения глубины и ширины:

H =	ω	, м;	(3.22)
	α

B = αH, м.

4.Полученная ширина B округляется до ближайшего целого значения.

5.Рассчитывается длина песколовки Ls:

L =	1000Ks Hsvs	, м,	(3.23)
s	u0

где Ks – коэффициент, принимаемый по табл. 3.2; Hs – расчетная глубина песколовки, м, равная H/2; u0 – гидравлическая крупность песка, мм/с (табл. 3.2).

6.По рассчитанной ширине и длине принимается типовая песколовка или проектируется индивидуально. В табл. 6 Приложений приведены основные показатели аэрируемых песколовок.

7.По формуле (3.6) находится суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках wсут.

8.По формулам (3.7, 3.8) рассчитываются объем бункера сбора осадка одного отделения песколовки W и глубина бункера hб.

9.Определяется расход промывной воды при гидромеханическом удалении песка qh:

qh = vhlscbsc, л/с,

(3.24)

где vh – восходящая скорость смывной воды в лотке, принимаемая равной 0,0065 м/с; lsc – длина пескового лотка, равная длине песколовки за вычетом длины пескового приямка (бункера):

lsc ≈ Lsc – B, м; bsc – ширина пескового лотка, равная 0,5 м.

10.Определяется напор в начале смывного трубопровода H0:

					v2
H	0	=	5,4h +	5,4	тр	, м,	(3.25)
			0		2g

где h0 – максимальная высота слоя песка в начале пескового лотка, равная 0,2–0,5 м; vтр – скорость воды в начале смывного трубопровода, равная 3 м/с.

11.Рассчитывается общий расход воздуха для аэрирования песколовок Qair:

Qair = JaBLn, м3/ч,

(3.26)

где Ja – интенсивность аэрации, равная 3–5 м3/(м2·ч).

Песковые площадки

1. Определяется годовой объем песка, задерживаемого в песколовках:

21

Wгод = 365Nпрqос/1000, м3/год,

(3.27)

где qос – удельное количество песка, принимаемое по табл. 3.1 в зависимости от типа песколовок; Nпр – приведенное население, чел.

2.	Рассчитывается рабочая площадь песковых площадок Sр:
	Sр = Wгод/hгод, м2,	(3.28)
где hгод – годовая нагрузка на площадки, равная не более 3 м3/(м2 год).
3.	Находится общая площадь песковых площадок Sобщ:
	Sобщ = (1,2…1,3)Sр, м2.	(3.29)

Песковые бункеры

1. По формуле (3.6) находится суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках wсут.

2. Определяется необходимый объем бункеров Wb:

Wb = wсутT, м3,

(3.30)

где T – продолжительность хранения песка в бункерах, равная 1,5–5 сут.

3. Рассчитывается объем одного бункера W1:
W =	π		D3	+	D	(D2 +	D	+ 1)	, м3,
1	4			3

где D – диаметр бункера, равный 1,5–2 м.

4. Находится количество бункеров nb:

nb = Wb/W1.

Количество бункеров должно быть не менее двух.

3 . 7 . При м ер ы ра сч ета

ПРИМЕР 3.1

(3.31)

(3.32)

Исходные данные. Суточный расход сточной воды Q = 75 000 м3/сут; максимальный секундный расход qmax = 1,41 м3/с; минимальный секундный расход qmin = 0,72 м3/с; норма водоотведения составляет a = 250 л/(сут·чел).

Задание. Рассчитать горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды.

Расчет. Принимаем два отделения песколовок: n = 2. По табл. 3.1 выбираем скорость движения сточных вод в песколовке vs = 0,3 м/с (при максимальном притоке). По формуле (3.1) рассчитываем необходимую площадь живого сечения одного отделения песколовки:

ω =	1,41	2
		= 2,35 м .
	2 0,3

По табл. 3.1 выбираем расчетную глубину песколовки Hs = 0,8 м, по табл. 3.2 принимаем гидравлическую крупность песка u0 = 18,7 мм/с и коэффициент

Ks = 1,7.

По формуле (3.2) определяем длину песколовки:

22

L = 1000 1,7 0,8 0,3 = 21,8 м.

s	18,7

По формуле (3.3) рассчитываем ширину одного отделения песколовки:

B = 2,35/0,8 = 2,94 м.

Принимаем ширину песколовки равной B = 3 м.

По формуле (3.4) проверяем скорость течения воды в песколовке при мак-

	симальном и минимальном притоке:
	vmax =			1,41		= 0,29 м/c;
			3	2	0,8
	vmin =			0,72		= 0,15 м/c.
			3	2	0,8

Рассчитанные значения скоростей находятся в допустимом диапазоне.

По формуле (3.5) находим продолжительность протекания сточных вод в песколовке при максимальном притоке:

T = 21,8/0,294 = 74,3 с.

Рассчитанная продолжительность протока больше 30 с. Приведенное население составляет:

Nпр = 1000Q/a = 1000·75 000/250 = 300 000 чел.

По табл. 3.1 принимаем удельное количество песка qос = 0,02 л/(сут·чел) и по формуле (3.6) определяем суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках:

wсут = 300 000·0,02/1000 = 6 м3/сут.

Принимаем интервал времени между выгрузками осадка из песколовки Tос = = 2 сут и по формуле (3.7) рассчитываем объем бункера одного отделения песколовки:

W = 6·2/2 = 6 м3.

По формуле (3.8) определяем глубину бункера песколовки: hб = 6/32 = 0,67 м.

По формуле (3.9) находим высоту слоя осадка на дне песколовки:

	hос =		3	6	= 0,14 м.
		3	2	21,8

По формуле (3.10) рассчитываем полную строительную высоту песколовки:

Hстр = 0,8 + 0,14 + 0,5 = 1,44 м.

Итак, принимаем к проектированию горизонтальную песколовку с основными размерами B H L = 3 1,44 21,8 м.

ПРИМЕР 3.2

Исходные данные. Суточный расход сточной воды Q = 25 000 м3/сут; мак-

23

симальный секундный расход qmax = 0,45 м3/с; норма водоотведения составляет a = 170 л/(сут·чел).

Задание. Рассчитать горизонтальные песколовки с круговым движением во-

ды.

Расчет. Принимаем два отделения песколовок: n = 2. По табл. 3.1 выбираем скорость движения сточных вод в песколовке vs = 0,3 м/с.

По формуле (3.1) рассчитываем необходимую площадь живого сечения одного отделения песколовки:

ω =	0,45	2
		= 0,75 м .
	2 0,3

По табл. 3.1 выбираем расчетную глубину песколовки Hs = 0,5 м, по табл. 3.2 принимаем гидравлическую крупность песка u0 = 18,7 мм/с и коэффициент Ks = 1,7.

По формуле (3.2) определяем длину окружности песколовки по средней линии:

L = 1000 1,7 0,5 0,3 = 13,6 м.

s	18,7

По формуле (3.11) определяем средний диаметр песколовки:

D0 = 13,6/3,1416 = 4,3 м.

По формуле (3.12) рассчитываем продолжительность протекания сточных вод в песколовке при максимальном притоке:

T = 3,1416·4,3/0,3 = 45,5 с.

Рассчитанная продолжительность протока больше 30 с.

По табл. 5 Приложений при общей пропускной способности двух отделений 450 л/с принимаем ширину кольцевого желоба песколовки Bж = 1,5 м.

По формуле (3.13) находим наружный диаметр песколовки:

D = 4,3 + 1,5 = 5,8 м.

Принимаем к проектированию песколовки диаметром D = 6 м. Приведенное население составляет:

Nпр = 1000Q/a = 1000·25 000/170 ≈ 147 000 чел.

По табл. 3.1 принимаем удельное количество песка qос = 0,02 л/(сут·чел) и по формуле (3.6) определяем суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках:

wсут = 147 000·0,02/1000 = 2,94 м3/сут.

Принимаем интервал времени между выгрузками осадка из песколовки Tос = = 2 сут и по формуле (3.7) рассчитываем объем бункера одного отделения песколовки:

W = 2,94·2/2 = 2,94 м3.

По формуле (3.14) определяем высоту бункера (конической части) песко-

24

ловки:

	hк =	12	2,94		= 0,54 м.
		3,1416(4,32 +	0,42 +	4,3 0,4)

По формуле (3.15) рассчитываем полную строительную высоту песколовки:

Hстр = 0,5 + 0,54 + 0,5 = 1,54 м.

ПРИМЕР 3.3

Исходные данные. Суточный расход сточной воды Q = 14 000 м3/сут; максимальный секундный расход qmax = 0,28 м3/с; норма водоотведения составляет a = 190 л/(сут·чел).

Задание. Рассчитать тангенциальные песколовки.

Расчет. Исходя из расхода на одно отделение не более 15 тыс. м3/сут, принимаем два отделения песколовок: n = 2. Принимаем нагрузку на песколовку по воде при максимальном притоке равной q0 = 100 м3/(м2·ч). По формуле (3.16) определяем площадь каждого отделения песколовки:

F =	3600 0,28	= 5,04 м2.
	2 100

По формуле (3.17) рассчитываем диаметр каждого отделения песколовки:

D =	4 5,04	= 2,53 м.
	3,1416

Принимаем диаметр песколовки D = 3 м.

По формулам (3.18) рассчитываем глубину h1 и высоту бункера (конусной части) h2 песколовки:

h1 = 3/2 = 1,5 м;

h2 = 32 − 1,52 = 2,6 м.

Приведенное население составляет:

Nпр = 1000Q/a = 1000·14 000/190 ≈ 74 000 чел.

По табл. 3.1 принимаем удельное количество песка qос = 0,02 л/(сут·чел) и по формуле (3.6) определяем суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках:

wсут = 74 000·0,02/1000 = 1,48 м3/сут.

По формуле (3.19) находим период между выгрузками осадка из песколовок:

T	=	2 3,1416 32 2,6		= 8,3 сут.
ос		12	1,48

По формуле (3.20) рассчитываем полную строительную высоту песколовки:

Hстр = 1,5 + 2,6 + 0,5 = 4,6 м.

25

ПРИМЕР 3.4

Исходные данные. Суточный расход сточной воды Q = 8500 м3/сут; максимальный секундный расход qmax = 0,16 м3/с; норма водоотведения составляет a = 210 л/(сут·чел).

Задание. Рассчитать вертикальные песколовки.

Расчет. Исходя из расхода на одно отделение не более 10–15 тыс. м3/сут, принимаем два отделения песколовок: n = 2.

Принимаем нагрузку на песколовку по воде при максимальном притоке равной q0 = 80 м3/(м2·ч). По формуле (3.16) определяем площадь каждого отделения песколовки:

	F =	3600 0,16	= 3,6 м2.
		2 80

По формуле (3.17) рассчитываем диаметр каждого отделения песколовки:

D =	4 3,6	= 2,14 м.
	3,1416

Принимаем диаметр песколовки D = 2 м.

Принимаем продолжительность пребывания воды в песколовке t = 140 с, по табл. 3.2 для диаметра задерживаемых частиц песка 0,2 мм выбираем гидравлическую крупность песка u0 = 18,7 мм/с. Скорость восходящего потока воды в песколовке равна v = u0 = 18,7 мм/с.

По формулам (3.21) определяем глубину h1 и высоту бункера (конусной части) песколовки h2:

h1 = 140·18,7/1000 = 2,6 м; h2 = 2 3 2 = 1,7 м.

По формуле (3.20) рассчитываем полную строительную высоту песколовки:

Hстр = 2,6 + 1,7 + 0,5 = 4,8 м.

ПРИМЕР 3.5

Исходные данные. Суточный расход сточной воды равен Q = 157 000 м3/сут; максимальный секундный расход qmax = 2,65 м3/с; норма водоотведения составляет a = 250 л/(сут·чел).

Задание. Рассчитать аэрируемые песколовки.

Расчет. Исходя из расхода на одно отделение не более 40–50 тыс. м3/сут, принимаем четыре отделения песколовок: n = 4. По табл. 3.1 выбираем скорость движения сточных вод в песколовке vs = 0,12 м/с.

По формуле (3.1) рассчитываем необходимую площадь живого сечения одного отделения песколовки:

ω =	2,65	2
		= 5,52 м .
	4 0,12

Принимаем соотношение ширины B и глубины H песколовки α = 1,25.

26

По формулам (3.22) определяем значения ширины и глубины:

H =	5,52	= 2,1 м;
	1,25

B = 1,25·2,1 = 2,63 м.

Принимаем ширину B = 3 м.

Принимаем расчетную глубину песколовки Hs = H/2 = 1,05 м, по табл. 3.2 принимаем гидравлическую крупность песка u0 = 18,7 мм/с и коэффициент Ks = = 2,25.

По формуле (3.23) рассчитываем длину песколовки:

L = 1000 2,25 1,05 0,12 = 15,2 м.

s	18,7

Итак, принимаем к проектированию аэрируемую песколовку с основными размерами B× H× L = 3× 2,1× 15,2 м.

Приведенное население составляет:

Nпр = 1000Q/a = 1000·157 000/250 = 628 000 чел.

По табл. 3.1 принимаем удельное количество песка qос = 0,03 л/(сут·чел) и по формуле (3.6) определяем суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках:

wсут = 628 000·0,03/1000 = 18,84 м3/сут.

Принимаем интервал времени между выгрузками осадка из песколовки Tос = = 2 сут и по формуле (3.7) рассчитываем объем бункера одного отделения песколовки:

W = 18,84·2/4 = 9,42 м3.

По формуле (3.8) определяем глубину бункера песколовки: hб = 9,42/32 = 1,05 м.

Рассчитываем длину пескового лотка: lsc ≈ Lsc – B = 15,2 – 3 = 12,2 м, затем по формуле (3.24) находим расход промывной воды при гидромеханическом удалении песка:

qh = 0,0065·12,2·0,5 = 0,0396 л/с.

Принимаем максимальную высоту слоя песка в начале пескового лотка h0 = 0,3 м и по формуле (3.25) определяем напор в начале смывного трубопровода:

	H0 =	5,4 0,3 +	5,4		32		= 4,1 м.
				2	9,81

Принимаем интенсивность аэрации Ja = 3 м3/(м2·ч), по формуле (3.26) рассчитываем общий расход воздуха для аэрирования песколовок:

Qair = 3·3·15,2·4 = 547,2 м3/ч.

27

ПРИМЕР 3.6

Исходные данные. Суточный расход сточной воды на очистной станции составляет Q = 11 000 м3/сут; тип песколовок – горизонтальные; норма водоотведения равна a = 140 л/(сут·чел).

Задание. Рассчитать песковые площадки для обезвоживания песка из песколовок.

Расчет. Приведенное население равно:

Nпр = 1000Q/a = 1000·11 000/140 ≈ 79 000 чел.

По табл. 3.1 принимаем удельное количество песка qос = 0,02 л/(сут·чел). По формуле (3.27) рассчитаем годовой объем песка, задерживаемого в песколовках:

Wгод = 365·79 000·0,02/1000 = 576,7 м3/год.

Принимаем годовую нагрузку на песковые площадки, равную

hгод = 3 м3/(м2 год).

По формуле (3.28) находим рабочую площадь песковых площадок:

Sр = 576,7/3 = 192,2 м2.

По формуле (3.29) рассчитываем общую площадь песковых площадок:

Sобщ = 1,2·192,2 ≈ 230 м2.

ПРИМЕР 3.7

Исходные данные. Суточный расход сточной воды на очистной станции составляет Q = 58 000 м3/сут; тип песколовок – аэрируемые; норма водоотведения равна a = 190 л/(сут·чел).

Задание. Рассчитать песковые бункеры для обезвоживания песка из песколовок.

Расчет. Приведенное население равно:

Nпр = 1000Q/a = 1000·58 000/190 ≈ 305 000 чел.

По табл. 3.1 принимаем удельное количество песка qос = 0,03 л/(сут·чел) и по формуле (3.6) определяем суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках:

wсут = 305 000·0,03/1000 = 9,15 м3/сут.

Принимаем продолжительность хранения песка в бункерах T = 3 сут, по формуле (3.30) определяем необходимый объем бункеров:

Wb = 9,15·3 = 27,45 м3.

Принимаем диаметр бункера D = 1,5 м и по формуле (3.31) рассчитываем объем одного бункера:

W	=	π		23	+	2	(22 +	2 + 1)	= 9,95 м3.
1		4				3

По формуле (3.32) находим количество бункеров: nb = 27,45/9,95 = 2,76 ≈ 3.

28

4. ОТСТОЙНИКИ

Отстаивание является самым простым, наименее трудоемким и дешевым методом выделения из сточной воды грубодиспергированных примесей, плотность которых отличается от плотности воды. Под действием силы тяжести загрязнения оседают на дно или всплывают на поверхность.

4 . 1 . Кла ссификац ия и виды отстой ны х соор ужений

Отстойные сооружения, используемые на очистных сооружениях канализации, классифицируются:

!по характеру работы: подразделяются на периодического действия (контактные) и непрерывного действия (проточные);

!по технологической роли: делятся на первичные отстойники (для осветления сточной воды), вторичные отстойники (для отстаивания воды, прошедшей биологическую очистку) и третичные отстойники (для доочист-

ки), илоуплотнители, осадкоуплотнители;

!по направлению движения потока воды: бывают вертикальные, горизон-

тальные, радиальные (разновидности: с центральным, периферийным и с радиальным подвижным впуском воды) и наклонные тонкослойные (в зависимости от схемы движения воды и осадка бывают прямоточными, противоточными и перекрестными);

!по способу обеспечения флокуляции взвешенных веществ: активная

флокуляция (достигается путем аэрации, механического перемешивания или реагентной обработкой) и пассивная флокуляция (разновидности: в свободном объеме или в контактной среде);

!по способу выгрузки осадка: сооружения со скребковыми механизмами, илососами и гидросмывом.

4 . 2 . Пер ви чн о е о светл ени е сточ ной во ды

Первичные отстойники располагаются в технологической схеме непосредственно после песколовок и предназначены для выделения взвешенных веществ из сточной воды. Основной характеристикой работы первичных отстой-

ников является эффективность осветления (отстаивания), которая определя-

ется из выражения:

Э = 100 C1 − C2 , %,

C1

где C1 – начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде; C2 – допустимая конечная концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, принимаемая в соответствии с нормами или технологическими требованиями.

В большинстве случаев эффект осветления составляет 40–60%, что приводит также к снижению величины БПК в осветленной сточной воде на 20–40%. Для станций полной биологической очистки концентрация взвешенных ве-

29

ществ в воде после первичных отстойников не должна превышать 150 мг/л во избежание повышенного прироста активного ила или биопленки.

Закономерности первичного осветления

Основным параметром, который используется при расчете первичных отстойников, является скорость осаждения частиц – гидравлическая крупность.

Скорость одиночного осаждения u частиц шарообразной формы в условиях ламинарного режима (Re ≤ 2) описывается формулой Стокса:

u =	d 2	(ρ ч −	ρ в)g	,
		18η

где d – диаметр частицы; ρч – плотность частицы; ρв – плотность воды; η – динамическая вязкость чистой воды.

При отстаивании сточных вод наблюдается стесненное осаждение, которое сопровождается столкновением частиц, трением между ними и изменением скоростей. Скорость стесненного осаждения меньше скорости одиночного осаждения и для шарообразных частиц одинакового размера может быть рассчитана по формуле Стокса с дополнительными параметрами, которые учитывают влияние концентрации взвешенных частиц и реологические свойства системы:

u =	d 2	(ρ ч − ρ	в)gε	,
		18η с

где ηс – динамическая вязкость сточной воды; ε – объемная доля жидкой фазы.

Для нешарообразных частиц в эти формулы подставляют эквивалентный диаметр частиц:

dэ = Vч π ,

где Vч – объем частицы.

Однако взвешенные вещества, содержащиеся в городских сточных водах, имеющие преимущественно органическое происхождение, представляют собой полидисперсную агрегативно-неустойчивую систему. Частицы неоднородны, имеют хорошие адгезионные свойства и способность к агломерации при осаждении. Различают агломерацию частиц в условиях перикинетической (или диффузионной) коагуляции и ортокинетической (или гравитационной) флокуляции.

Перикинетическая коагуляция имеет место при разрушении коллоидных систем, размеры частиц которых не превышают 0,1 мкм. Кинетика такого процесса описывается формулой Смолуховского:

nt =	n0		,
	1+ 4π D	rn t
		мол 0

где n0 – начальная концентрация частиц; nt – конечная концентрация частиц через период времени t; r – расстояние между центрами агрегатирующихся частиц; Dмол – коэффициент молекулярной диффузии.

Для основной массы грубодиспергированных частиц с размером 1–

30