Проектирование очистных сооружений с биологической очисткой городских сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»

(ФГБОУ ВПО ВСГУТУ)

Факультет сервиса, технологий и дизайна

Кафедра «Технология кожи, меха. Водные ресурсы и товароведение»

Контрольная работа

по дисциплине: «Проектирование сооружений по очистке природных и сточных вод»

на тему: Проектирование очистных сооружений с биологической очисткой на 5950 м³/сут. городских сточных вод

Исполнитель: студентка очной формы обучения группы Б1102

Ангапова Лилия Андреевна

Улан-Удэ, 2015



Введение

Биологическая очистка сточных вод, основанная на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания и минерализовать их в процессах своей жизнедеятельности, предназначена для снижения загрязнения промышленных и коммунальных сточных вод, и переработки образующихся при этом вторичных отходов - осадков и активного ила. Среди биологических методов защиты окружающей среды биологические методы очистки сточных вод исторически первыми получили развитие и в настоящее время наиболее широко используются. По объему перерабатываемых потоков биологическая очистка сточных вод является самой крупнотоннажной технологией и используется на подавляющем большинстве очистных сооружений: производственных и городских, локальных, придомовых и др. очистка сточная вода отстойник

Цель и нормативы биологической очистки сточных вод

Биологическую очистку сточных вод, как и любую другую проводят с целью удаления из них взвешенных и растворимых органических и неорганических соединений до концентраций, которые не превышают заранее регламентированные (ПДК).

Основные показатели эффективности биологической очистки

Наиболее часто для оценки показателя общей загрязненности сточных вод органическими соединениями используют показатели ХПК и БПК.
ХПК - химическое потребление кислорода - величина, определяемая по методике, при которой вещества, присутствующие в сточных водах, химически окисляются 0,25% K₂Cr₂O₇ при кипячении пробы в течение 2 ч в 50% об. Растворе H₂SO₄. Для полноты окисления органических веществ применяется катализатор - Ag₂SO₄. Большинство органических соединений в таких условиях окисляется до H₂O и CO₂, однако ряд соединений (пиридин, бензол и его гомологи, нафталин) в этом режиме окисляются не полностью. Кроме ХПК по бихроматной окисляемости (ХПК_Cr) используют также ХПК по перманганатной окисляемости (ХПК_Mn) - окисление загрязнений с помощью KMnO₄. Эта методика более простая в исполнении, но при ее использовании количество окисляемых органических соединений существенно меньше, чем при окислении бихроматом. БПК - биохимическое (биологическое) потребление кислорода - количество кислорода, которое потребляется микроорганизмами адаптированного ила при аэробном биологическом разложении органических веществ, содержащихся в сточных водах, при стандартных условиях инкубации за определенный интервал времени.

При этом кислород, затрачиваемый на нитрификацию, при определении БПК не учитывается. В зависимости от длительности биологического разложения различают БПК за 5 - 20 суток и полное окисление: БПК5, БПК20, БПКполн.. БПК5 обычно определяют для стоков, содержащих легко усвояемые загрязнения - углеводы, низшие спирты. Для стоков химических производств с большим спектром органических загрязнений определяют БПКполн.. Однако это определение может быть затруднено тем, что по мере снижения концентрации органического загрязнения начинают протекать процессы нитрификации с потреблением кислорода, поэтому БПКполн. часто определяют за время 15-20 суток, до начала нитрификации



1. Технико-экономическое обоснование

Цель проекта - проектирование очистных сооружений с биологической очисткой (первичные отстойники) для городских сточных вод. Географическое расположение станции с биологической очисткой - Челябинская область. Климат умеренно континентальный. °.

Для решения поставленной цели необходимо выбрать тип проектируемого отстойника.

Сточные воды, освобожденные в песколовках от песка и крупных минеральных взвешенных частиц, направляются в первичные отстойники, которые предназначены для задержания гораздо более мелких взвесей. Отстаивание основано на способности грубодисперсных нерастворенных примесей оседать па дно отстойника под действием гравитационной силы и всплывать на его поверхность под действием архимедовой.

В зависимости от назначения отстойников, в технологической схеме очистных сооружений они подразделяются на первичные и вторичные. Первичными называются отстойники, входящие в состав сооружений механической очистки, а вторичными -- отстойники, устраиваемые в составе сооружений биологической очистки для отделения активного ила от биологически очищенных сточных вод.

Обычно на сооружениях устанавливаются одинаковые конструкции первичных и вторичных отстойников, которые различаются, как правило, только объемом, поскольку у вторичных он предусматривается несколько большим, так как осадок, в виде уплотненного активного ила, более чувствителен к гидравлическим перегрузкам, чем сырой осадок. На сооружениях очистки сточных вод применяется в основном четыре типа отстойников: вертикальные, радиальные, горизонтальные и двухъярусные. Двухъярусные отстойники устанавливаются на очистных сооружениях небольшой производительности, они предназначены для гравитационного отстаивания нерастворимых примесей и сбраживания сырого осадка.

По направлению движения основного потока воды в отстойниках они делятся на два основных типа: горизонтальные (разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники) и вертикальные.

В горизонтальных отстойниках поток сточных вод подается и направляется горизонтально, в радиальных сточные воды по трубе снизу направляются наверх в центр отстойника и распределяются от центра к периферии также горизонтально, а в вертикальных -- сточные воды подаются сверху вниз и поднимаются к водопереливу сложными вертикальными потоками.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из нескольких отделений. Количество отделений или отстойников рекомендуется не менее двух, чтобы был резерв при ремонте и возможность поочередного использования при снижении нагрузок.

Горизонтальные отстойники широко распространены на очистных сооружениях различной производительности, их рекомендуется применять для осветления сточных вод объемом свыше 15 тыс. м3/сутки, и они хорошо зарекомендовали себя па сооружениях большой производительности.

Принцип действия горизонтального отстойника представлен в приложении А.

В горизонтальный отстойник сточные воды по подводящему лотку поступают в торцевую часть через ряд отверстий, окна и т.п. Для гашения скорости потока и равномерного его распределения на впуске в отстойнике устанавливается распределительное устройство или жестко закрепленная доска, которая обычно располагается над первым приямком. Иногда дополнительно с той же целью используются решетчатые щиты, которые располагаются сразу за погруженной доской. Затем вода поступает в отстойную часть и перемещается с очень малой скоростью (необходимо, чтобы поддерживались скорости горизонтального движения ниже скоростей гравитационного отстаивания), затем отводится через выпускной водослив в сборный лоток у противоположной торцевой стенки отстойника. В начале горизонтального отстойника, где выпадает большее количество осадка, размещают один или несколько приямков, объем которых зависит от конструкции отстойников и способов удаления ила. Приямки могут быть расположены в начале и конце отстойника, а осевшие частицы сгребаются в них с помощью скребков, совершающих поступательные движения от одного приямка к другому. Применяются скребковые механизмы разных типов: цепные, тележечные.

Плавающие вещества собираются скребковым механизмом при обратном ходе и удаляются через поворотную трубу с щелевидными прорезями или верхний ряд скребков выступает над поверхностью воды, сгребая всплывшие частицы к специальному желобу, расположенному перед выпускным водосливом, и оттуда в колодцы илопровода.

Сырой осадок, как правило, хорошо переносит анаэробные условия (в отличие от активного ила во вторичных отстойниках), поэтому непрерывная работа скребков и отгрузка осадка не требуется. Скребки в первичных отстойниках включают периодически за 1-1,5 ч до выгрузки осадка, а выключают перед началом выгрузки. Осадок периодически (2-3 раза в сутки) откачивают. Диаметр иловых труб по расчету -- не менее 200 мм. Осадок удаляется погружными насосами, гидроэлеваторами и эрлифтами. Объем иловой части отстойников принимают равным двухсуточному объему выпадающего осадка (при механизированном удалении осадка объем иловой части можно принимать равным восьмичасовому объему выпадающего осадка).

Отношение длины отстойника к его ширине равно от 3 : 1 до 5 : 1 при глубине слоя жидкости от 2,0 до 2,5 м. Днище отстойника слегка наклонено к иловому приямку, уклон зависит от типа скребкового устройства и не должен быть менее 0,01.

Горизонтальные отстойники относятся к наиболее эффективным конструкциям, так как в них создаются очень благоприятные гидродинамические условия для осаждения взвешенных веществ. Удовлетворительно работающие горизонтальные отстойники задерживают до 60 % нерастворимых примесей. Кроме того, прямоугольные конструкции этих отстойников занимают меньшую площадь, чем круглые. Но у горизонтальных отстойников есть ряд недостатков: высокая стоимость монтажа; скребковый механизм имеет несколько опор и много движущихся частей, что приводит к поломке (наиболее уязвимы цепи); малая длина водослива, что создает гидравлические перегрузки в торцовых частях отстойника. По этой причине для горизонтальных отстойников очень важна равномерность впуска и выпуска сточных вод. Впуск сточных вод иногда сложно отрегулировать, так как погружённая доска жестко крепится. Иногда она закреплена слишком низко, в результате чего поступающие сточные воды направляются резко вниз к приямку и вымывают из него осадок. В этом случае доску следует поднять и закрепить на нужной высоте. В отстойной части поток сточных вод должен направляться по центру отстойника, в случае его отклонения также требуется регулировка положения погруженной доски или установка решетчатых щитов.

Кромка водослива сборного лотка горизонтального отстойника должна быть установлена строго горизонтально. Отклонение отметок гребня водослива от горизонтали допускается не более ±1 мм. Это требование относится и к круглым отстойникам по всему периметру перелива и на первый взгляд кажется чрезмерно жестким, однако оно обусловлено необходимостью соблюдения горизонтальности потоков для эффективного гравитационного отстаивания взвешенных частиц.

Снижение гидравлической нагрузки на водосливах влияет на структуру потока воды в отстойниках и на вынос взвешенных веществ из них. Поэтому поперек отстойника помещается несколько двусторонних переливов или увеличивается длина сборного лотка и водослива вдоль боковых стен отстойника.

Объемы горизонтальных отстойников используются не полностью за счет того, что скребки не доходят до торцовых стен, что способствует также образованию зон залежей осадка и его всплыванию за счет брожения в первичных отстойниках или загнивания ила во вторичных. Лучшее решение этой проблемы -- устройство преаэрации на входе в горизонтальный отстойник, что позволит ликвидировать залежи осадка и улучшить агломерацию взвешенных частиц, поступающих в отстойник.
Ликвидировать залежи, образующиеся на выходе из отстойника в углах и вдоль боковых стен отстойников, куда не достают скребки, можно только вручную при помощи шеста с металлической метелкой.

Исходные данные при проектировании очистных сооружений с биологической очисткой:

1. Число жителей города - 20 тыс. чел.

2. Норма водоотведения - 200 л/чел. в сутки

3. Расход промышленных стоков 1,95 тыс. м³/сут

4. Объём сточных вод - 5950 м³/сут

5. Состав вод:

-хозяйственно - бытовые сточные воды - 67% по объёму;

-производственные сточные воды - 33% по объёму.

6. Концентрация взвешенных веществ, поступающих в сточной воде - 250мг/л

7. БПК_полн - 300мг/л

8. Иловый индекс 100 см³/г (1г активного ила соответствует 100 см³.)

9. Доза в аэротенке - 2г/дм³

10. Необходимая степень очистки сточных вод перед их выпуском в водоём:

-взвешенные вещества - 12,1 мг/дм³;

-БПК_полн - 2,8 мг/л.

11. Утилизация осадков сточных вод предусматривается в цехе механического обезвоживания, на случай аварии предусмотрены иловые карты.



2. Расчетная часть. Расчёт первичных отстойников

Для первичных отстойников сточных вод выбран горизонтальный тип отстойника.

Содержание взвешенных веществ в воде С₀=250 мг/дм³.

Требуемый эффект осветления - 50%.

Средний секундный расход сточной воды равен (1):

q_{cp = ,} (1)

где

q_ср - средний секундный расход сточной воды, м³/c;

Q - cуточный расход сточных вод, м³/сут;

86400 - количество секунд в секундах.

q_{cp =}=0,068м³/с

Общий максимальный секундный расход сточной воды (2):

q_max=q_cpK, (2)

где q_ср - средний секундный расход сточной воды, м³/c;

К - общий максимальный коэффициент неравномерности (можно принять по таблице 1 (см. приложение Б))

Согласно таблице 1 (приложение) общий максимальный коэффициент неравномерности, К=2,1

q_max=0,0681,7=0,117м³/с

Принимаем среднюю скорость движения воды в отстойнике v=5 мм/с и глубину проточной части сооружения H=2,5 м.

При восьми отделениях отстойника ширина каждого (В) из них определяется по формуле (3):

B=, (3)

где

q_max - максимальный секундный расход сточной воды, м³/c;

n - число отделений;

Н₁ - глубина проточной части отстойника, м;

v - средняя скорость потока в пределах рабочей длины отстойника, м/с

B==1,17 м

Принимаем ширину отделения равной 1,2 м. Скорость движения воды в отстойнике будет равна (4):

v_cp===0,005м/c, (4)

Определим условную гидравлическую крупность при Н₁=2,5м и t=20^oC,

соответствующей требуемому эффекту осветления воды. Требуемая продолжительность осветления воды (t_set) в цилиндре с высотой h₁=500мм берётся из таблицы СНиП (см. приложение Б, табл. 2), она (согласно СНиП 1974г.) соответствует t_set=2160с (см. приложение Б, табл.3). В соответствии с рис.2 (см. приложение А), n=0,26. Тогда гидравлическая крупность равна(5):

u_o===0,00076 м/с, (5)



Так как температура сточной воды в зимнее время в производственных условиях отличается от температуры, при которой определялась кинетика отстаивания в уравнение необходимо внести поправку, позволяющую определить реальную гидравлическую крупность( ) (6):

=, (6)

где

- динамическая вязкость воды в лабораторных условиях;

µ_t - динамическая вязкость воды в производственных условиях;

u_o - гидравлическая крупность взвешенных веществ, м;

v - средняя скорость потока в пределах рабочей длины отстойника, м/с

µ_lab= 0,0101; µ_t=0,0131.

==0,00058м/с

Вертикальную турбулентную составляющую определяем по формуле(6):

щ=0,05=0,05005=0,00025 м/c, (7)

Длина отстойника (L) определяется по формуле (8):

L=, (8)

где

L - длина отстойника, м;

V_cр - средняя скорость потока в пределах рабочей длины отстойника, м/с;

H₁ - глубина проточной части отстойника, м;

щ - вертикальная турбулентная составляющая, м/с;

К_set - коэффициент использования объёма отстойника (для горизонтального отстойника К_set=0,5)

L==75,75м

Рассмотрим вариант отстойников с глубиной 3,0 м, тогда (9):

B==2,64 м, (9)

Принимаем ширину отделения 2,5 м и находим:

v_cp===0,005м/c, (4)

u_o===0,00087м/с, (5)

==0,00067м/с, (6)

щ=0,05=0,05005=0,00025 м/c, (7)

L==71,42м, (8)

Согласно расчёту первичных отстойников общий объём проточной (рабочей) части сооружения составит (10):

а) при глубине проточной части Н₁=2,5м:

V_отст=81,172,575,75=1772,55м³, (10)

б) при глубине проточной части Н₁=3м:

V_отст=80,975371,42=1671,23м³, (10)

Следовательно, второй вариант с глубиной 3,0м целесообразнее, и он принимается за основной (для последующего применения).

Осадок сгребается, а приямок механизмом тележечного типа и удаляется из бункера под гидростатическим напором, равным 1.

Согласно п.6.63 СНиП 2.04.03-85 в отстойниках горизонтального типа необходимо предусмотреть высоту нейтрального слоя на 0,3м выше днища (на выходе из отстойника).

Общая высота отстойника на выходе составит(11):

H=H₁+H₂=3,0+0,3=3,3м, (11)



Заключение

В данном проекте был последовательно решен комплекс вопросов по обоснованию необходимости, экономической и технической возможности сооружений биологической очистки. Разработан вариант конструкции и компоновки первичных отстойников с последующей детальной разработкой.

При помощи справочно-методической литературы произведены расчеты исходя из относительной дешевизны и простоты конструкции. Были рассчитаны: общая высота отстойника - 3,3м, длина отстойника - 71,5м, объём проточной (рабочей) части - 1671м³, глубина проточной части 3м, присутствует 8 отделений отстойника.

В результате выполнения расчетных и графических заданий получили практические знания и навыки проектирования сооружений



Список использованных источников

1 СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения», 1985г.

2 СНиП 2.32-74 «Строительные нормы и правила. Канализация, Наружные сети и сооружения», 1974г.

3 http://injstroj.ru/pervichnye-otstojniki-gorizontalnye-otstojniki/ (07.05.2015)

4 http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-109-kanalizacia/79.html (07.05.2015)

5 http://www.gaps.tstu.ru/win-1251/lab/sreda/ope/ob_ecol_html/otstoi.html (07.05.2015)



Приложение А

Рисунок 1. Схема горизонтального отстойника и направление движения в нем потока сточных вод

Рисунок 2. Зависимость n от начальной концентрации взвешенных веществ



Приложение Б

Средний расход сточных вод, дм3/c	Общий коэффициент неравномерности
	Общий максимальный коэффициент неравномерности, К	Общий минимальный коэффициент неравномерности, Кm
5	2,5	0,38
10	2,1	0,45
20	1,9	0,5
50	1,7	0,55
100	1,6	0,59
300	1,55	0,62
500	1,5	0,66
1000	1,47	0,69
5000 и более	1,44	0,71

Таблица 1. Общие коэффициенты неравномерности притока бытовых сточных вод города.

Эффект осветления, Э,%	Продолжительность отстаивания городских сточных вод tset, в слое h1=500мм при концентрации взвешенных веществ, мг/л
	200	300	400
20	600	540	480
30	960	900	840
40	1440	1200	1080
50	2160	1800	1500
60	7200	3600	2700
70	-	-	7200

Таблица 2. Продолжительность отстаивания городских сточных вод.

Данные для температуры t=20oC	Э, %
	20	30	40	50	60	70
По СНиП 1974 г.	300	540	650	900	1200	3600
По СНиП 1985 г.	600	960	1140	2160	7200	-

Таблица 3. Данные продолжительности отстаивания городских сточных вод при С₀=200мг/л по СНиП разных годов редакции.

Размещено на Allbest.ru