Для уничтожения патогенных микробов и исключения заражения водоемов этими микробами сточные воды перед спуском в водоем должны обеззараживаться.
Обеззараживание сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, рекомендуется производить ультрафиолетовым излучением. Допускается обеззараживание хлором или другими хлорсодержащими реагентами (хлорной известью, гипохлоритом натрия, получаемым в виде продукта с химических предприятий, электролизом растворов солей или минерализованных вод, прямым электролизом сточных вод и др.) при обеспечении обязательного дехлорирования обеззараженных сточных вод перед сбросом в водный объект [1, п. 9.2.11.2].
УФ-обеззараживание
При соблюдении критериев качества сточных вод, поступающих на обеззараживание УФ-облучением, согласно табл. 26 [9, п. 4.2, табл. 1; 22, приложение 4], допускаются: взвешенные вещества – до 10 мг/л, БПК5 – до 10 мг/л, ХПК – до 50 мг/л.
Таблица 26
Допустимые значения показателей
для различных методов обеззараживания сточных вод
| № п/п | Показатели | Метод обеззараживания | ||
| хлорирование | озонирование | УФО | ||
| Взвешенные вещества, мг/л | ||||
| Цветность, град. | ||||
| рН | 6,5-8,5 | не влияет | ||
| ХПК, мг О2/л | ||||
| БПК5, мг О2/л |
Фактическое содержание взвешенных веществ в сточных водах, прошедших полную биологическую очистку, составляет 10–15 мг/л. Содержание взвешенных веществ в сточных водах, при которых обеспечивается обеззараживание до требований [10, п. 6.8, приложение 1] дозой облучения 30 мДж/см2 [9, п. 4.5], составляет:
средние значения – 10 ÷ 20 мг/л;
максимальные значения – до 30 мг/л.
Расчет УФ-установок следует производить в следующей последовательности.
Определяем максимальный суточный расход
(163)
| где Kсут.max | – | коэффициент суточной неравномерности, следует принимать в пределах 1,1–1,3 [11, п. 2.2]. |
м3/сут.
Подбор УФ-оборудования осуществляется на максимальный часовой расход по формуле
, (164)
| где Kgen.max | – | максимальный часовой коэффициент неравномерности; Kgen.max=ƒ(qср.с), принимается по [1, табл. 1, 16, табл. 2] для qср.с. |
Для qср.с = 0,488 м3/с = 488 л/с → Kgen.max = 1,503.
м3/ч.
Количество рабочих установок определяем по формуле
, (165)
| где Qусл | – | «условная» производительность установки, м3/ч, определяется по [14] или нижеприведенным данным. |
| Наименование установки | «Условная» производительность Qусл, м3/ч |
| ОС-18А | |
| ОС-36А | |
| УДВ-120А350 | |
| УДВ-216А350 | |
| модуль 88МЛВ-36А300-М | |
| модуль 88МЛВ-36А350-М |
Принимаем 2 рабочих и 1 резервную установки УДВ-120А350.
При проектировании УФ-комплексов для проведения технического обслуживания рабочего УФ-оборудования, в частности, химической промывки предусматривается резервное оборудование: для УФ-комплексов на базе корпусного УФ-оборудования – одна резервная УФ-установка, для УФ-комплексов на базе лоткового УФ-оборудования – один резервный УФ-модуль.
Корпусные установки
Компоновка нескольких корпусных установок выполняется таким образом, чтобы любую из них можно было бы вывести из работы для обслуживания без остановки процесса обеззараживания. На входе и выходе каждой установки устанавливаются задвижки. Предусматривается общий отводящий и подводящий коллекторы. Важным требованием при проектировании УФ-установок корпусного типа является их затопленность. Минимальный слой воды над установкой при Qmin должен составлять 0,5 м.
Отметка уровня воды над УФ-установкой корпусного типа Zуф, м, определяется по формуле
, (166)
| где Zв.к. | – | отметка уровня воды в верхней камере, м; |
| ∑hв.к.-уф | – | сумма потерь напора на участке от верхней камеры до УФ-установки, м, складывается из потерь напора по длине, на местные сопротивления и в установке рассчитывается по уравнению: |
, (167)
| h1 | – | потери напора на трение по длине. |
, (168)
| здесь A0 | – | удельное сопротивление труб данного диаметра и материала, определяется по [12]; |
| q | – | максимальный секундный расход, м3/с; |
| l | – | длина трубопровода, м; |
| hместн. | – | потери напора на местных сопротивлениях. |
. (169)
| где ∑ξ | – | сумма потерь местных сопротивлений, которые следует принимать по справочным данным по табл. 7.5 [13]; |
| V | – | скорость движения потока в трубе, м/с; |
| g | – | ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2. |
В курсовом и дипломном проектировании потери напора на местные сопротивления можно ориентировочно принять в размере 20¸50 % от потерь напора по длине:
hместн. = (1,2 ÷ 1,5)h1, (170)
где hуф – потери напора в УФ-установках, принимаются по табл. 27.
Таблица 27
Корпусное и лотковое оборудование УФО сточных вод
| Макс. суточный расход Qmax сут, м3/сут | Часовой коэффициент неравномерности | Макс. часовой расход Qmax час, м3/ч | Корпусное оборудование | Лотковое оборудование | |||||||
| Тип установки | Кол-во установок | Потери напора при максимальном часовом расходе, см | Минимальные размеры сооружений в плане, м | Кол-во установок, шт. | Потери напора при макс. часовом расходе, см | Минимальные размеры сооружений в плане, м | |||||
| рабочих | резервных | рабочее | резервное | ||||||||
| 1,55 | 322,9 | ОС-18А | 4,0 | 5,7×6,0 | – | – | – | – | |||
| 1,45 | 604,2 | ОС-36А | 4,0 | 5,7×7,0 | – | – | – | – | |||
| 1,36 | 2833,3 | УДВ-120А350 | 4,0 | 10,5×18,0 | 1 канал по 3 секции (по 2 модуля 88МЛВ-36А300-М) | 1 модуль 88МЛВ-36А300-М | 6,4 | 6,0×9,0 | |||
| 1,34 | 5583,3 | УДВ-120А350 | 11,0 | 12,0×19,5 | 2 канала по 3 секции (по 2 модуля 88МЛВ-36А300-М) | 1 модуль 88МЛВ-36А300-М | 6,2 | 9,6×12,0 | |||
| 1,33 | 13854,2 | УДВ-120А350 | 10,0 | 15,0×33,0 | 1 канал по 4 секции (по 2 модуля 88МЛВ-36А350-М) | 1 модуль 88МЛВ-36А350-М | 10,5 | 15,0×15,0 |
Отметка уровня воды в нижней камере определяется по формуле
, (171)
| где ∑hуф-н.к | – | сумма потерь напора на участке от УФ-установки до нижней камеры, складывается из потерь напора по длине и на местные сопротивления, рассчитывается: |
. (172)
Модульные установки
Тип используемого оборудования для УФ-обеззараживания сточных промышленных и бытовых вод станции определяется расходом воды, который необходимо обеззаразить.
Модули горизонтального типа используются в случае небольших расходов и малых скоростей в каналах. Использование вертикальных модулей наиболее эффективно при расходах через канал больше 1000 м3/ч.
Для модулей, как горизонтальных, так и вертикальных, важным является поддержание требуемого уровня воды в канале, для предотвращения оголения ламп или затопления модулей. Для этих целей предназначена система поддержания уровня воды в канале, которая бывает двух видов:
– регулирование с помощью переливной стенки (разветвленный водослив);
– автоматическая система контроля уровня и расхода (АСКУР).
Переливная стенка используется в случае, когда расход воды через канал не превышает 1000–1500 м3/ч и скорости в канале не выше 0,5 м/с.
Уровень воды над переливной стенкой вычисляем по формуле
, (173)
| где ∆hпс | – | потери напора на переливной стенке, м; |
| Q | – | расход воды через канал, м3/с; |
| m | – | коэффициент расхода воды через переливную стенку (m = 0,3); |
| b | – | периметр переливной стенки, м; |
| g | – | ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2. |
Чтобы не допустить подтапливания переливной стенки, необходимо чтобы уровень воды после переливной стенки был ниже ее верхней кромки на величину 2∆hпс.
АСКУР используется в каналах с расходами больше 1000 м3/ч и скорости в каналах до 1 м/с. Он представляет собой металлический щит, через верхнюю кромку которого переливается вода. Щит перемещается в вертикальной плоскости, изменяя в зависимости от расхода слой переливающейся через него воды, но сохраняет прежним общий уровень воды в канале.
Особую роль АСКУР играет в регулировании уровня в многоканальных станциях. На этих станциях возникает такой важный вопрос как выравнивание расхода по каналам, что возможно реализовать с помощью АСКУР и математических методов управления с максимальной погрешностью 10 %.
Планы и разрезы станции УФ-обеззараживания для производительности от 5 до 250 тыс. м3/сут представлены в [14].
Хлораторная
Расход хлора на обеззараживание D, м3/ч, определяется по формуле
D = Qрасч × DCl, (174)
| где Qрасч | – | расчетный расход, м3/ч; |
| DCl | – | доза активного хлора, принимаемая по [16, п. 6.223] и равная: 3,0 г/м3 – при полной биологической очистке; 5,0 г/м3 – при неполной биологической очистке. |
Согласно [16, п. 6.223, примечание 2], хлорное хозяйство должно обеспечивать возможность увеличения расчетной дозы хлора в 1,5 раза без изменения вместительности складов реагентов.
D'max.ч = Dmax.ч . 1,5, кг/ч. (175)
После определения увеличенной расчетной дозы хлора принимаем хлоратор. Наиболее часто используемые ЛОНИИ-100, ЛОНИИ-100КМ, АХВ-1000 и др.
Определим объем Wск, т, складируемого хлора
, (176)
где Т = 7¸30 сут – время хранения реагента на складе.
Контактные резервуары
Контактные резервуары предназначаются для обеспечения контакта хлора или другого дезинфицирующего реагента со сточной водой. В качестве контактных резервуаров применяются горизонтальные и вертикальные отстойники. Продолжительность контакта хлора со сточной водой принимают 30 минут при максимальном ее притоке. При этом учитывается и то время, в течение которого вода контактирует с хлором, находясь в каналах и трубах, отводящих ее в водоем.
Определяем объем воды W, м3, поступающий на контактные резервуары:
W = qmax × (t – tвып), (177)
| где t | – | время контакта воды с хлором с учетом времени прохождения воды от контактных резервуаров до выпуска в водоем, с [16, п. 6.228]; |
| Vвып | – | скорость движения воды на выпуске в водоем, V = 1¸2 м/с; |
| tвып | – | время движения от контактного резервуара до выпуска. Определяется отношением длины выпуска, принимаемой по ситуационному плану, к скорости движения воды на выпуске в водоем, с. |
, (178)
Количество резервуаров N, шт., определяем по формуле
, (179)
где w1 – объем одного контактного резервуара, м3.
Контактные резервуары бывают ячейковые и прямоугольные. Их размеры приведены в [20].
Для обеспечения равномерного распределения воды, ячейковых контактных резервуаров должно быть четное количество – два или четыре. В ином случае принимаются прямоугольные контактные резервуары.
Дехлорирование
Хлорирование относится к наиболее распространенным методам обеззараживания сточных вод и является наиболее простым технологическим решением. В результате хлорирования возможно образование нескольких десятков высокотоксичных веществ, включая канцерогенные, мутагенные, с величинами ПДК на уровне сотых и тысячных мг/л. Появление таких веществ в сточных водах после хлорирования ужесточает условия сброса в водоем, влияет на здоровье населения при водопользовании.
При отведении хлорированных сточных вод в водоем поступают значительные концентрации хлора. В результате может иметь место гибель водных биоценозов (планктона, сапрофитной микрофлоры) и практически полное прекращение процессов самоочищения, в том числе и от патогенной микрофлоры. Решить эту проблему можно путем адекватного дехлорирования обеззараженных хлором стоков перед их сбросом в водоемы [1, п. 9.2.11.2].
Небольшой избыток хлора убирается аэрированием; большее количество – добавками восстанавливающего агента – дехлора (тиосульфата или сульфита натрия, дисульфита натрия, аммиака, сернистого ангидрида, активированного угля).