Определение необходимой степени очистки сточных вод

Для оценки работы сооружений по очистке сточных вод основными показателями являются БПК, ХПК, перманганатная окисляемость, содержание биогенных элементов, реакция среды, температура.

Количество загрязнений, находящихся в бытовых сточных водах, по отдельным ингредиентам определяют по таблице 25 СНиП 2.04.03-85. Концентрация загрязнений бытовых сточных вод определяют по формуле:

,

где а – количество загрязнений, приходящихся на 1 чел/сут; q – норма водоотведения.

Концентрацию загрязнений, содержащихся в городских сточных водах, поступающих на очистные сооружения, определяют по уравнению:

,

где Р_быт, Q_быт – концентрация загрязнений и расход бытовых сточных вод,г/м³; Р_пр, Q_пр – концентрация загрязнений и расход производственных сточных вод отдельных предприятий, г/м³.

Для расчета разбавления в реках применяют коэффициент смешения, определяемый по методу Фролова-Родзиллера:

,

 

где Q – расход воды (при 95 %-ной обеспеченности) в створе реки у места выпуска сточных вод, м³/с; q – расход сточных вод, м³/с; L_ф=L∙φ – длина русла от места выпуска сточных вод до расчетного створа, м; α – коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения.

Коэффициент α вычисляют по формуле:

,

где ξ – коэффициент, учитывающий место расположения выпуска (для берегового выпуска ξ =1, для руслового ξ =1,5); φ – коэффициент извилистости русла, определяемый как отношение длины русла от выпуска до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между выпуском и расчетным створом (φ=L_ф/L); Е – коэффициент турбулентной диффузии, который находят по формуле:

,

где v_{ср –} средняя скорость течения воды в реке на участке между выпуском и расчетным створом, м/с; Н_ср – средняя глубина реки на том же участке, м.

Кратность разбавления перед расчетным пунктом водопользования определяется по формуле:

.

При проектировании очистных сооружений и определении необходимой степени очистки необходимо учитывать способность самоочищения водоемов. Необходимую степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, находят по следующим показателям: количество взвешенных веществ, потребление растворенного кислорода и допускаемая БПК смеси речных и сточных вод,

В «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами) различают две категории водоемов: питьевого и культурно-бытового водопользования (участки водоемов, используемые в качестве источника питьевого водоснабжения и водоемы, используемые для купания, спорта и отдыха населения) и водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей (воспроизводство и сохранения ценных пород рыб и водоемы, используемые для других рыбохозяйственных целей).

Определение необходимой степени очистки сточных вод по содержанию взвешенных веществ. Предельно допустимое содержание взвешенных веществ m, г/м³, в спускаемых в водоем сточных водах определяют по формуле:

,

где b – содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод, г/м³; p – допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод (в зависимости от водопользования); Q, q – расходы соответственно реки и сточных вод, м³/сут.

Необходимую степень очистки по взвешенным веществам, %, определяют по формуле:

,

где C_en – концентрация взвешенных веществ в сточных водах до очистки.

Расчёт необходимой степени очистки сточных вод по растворённому воде водоёма кислороду.

В соответствии с правилами спуска сточных вод в воде водоёма после смешения её со сточной водой содержание растворённого кислорода должно быть не ниже 4мг/л, а для рыбохозяйственных водоёмов I вида – 6мг/л.

Допустимая БПК_полн сточных вод,сбрасываемых в водоём, исходя из условий минимального содержания растворённого кислорода, выражается уравнением:

где 0,4 – коэффициент для перерасчёта БПК_полн в двухсуточное, L_ст и L_p –полное биохимическое потребление кислорода соответственно сточными водами и речной водой, г/м³; Q – расход воды в реке, м³/сут; О_р – содержание растворённого кислорода в речной воде до места спуска сточных вод, г/м³; О – минимальное содержание кислорода в воде, принимаемое равным 4 или 6 г/м³.

Требуемая степень очистки по БПК_полн составляет

,

 

 

L_общ – усреднённая концентрация по органическим соединениям осветлённых.

Определение необходимой степени очистки сточных вод по БПК_полн смеси сточных вод и воды водоема. Расчёт необходимой степени очистки сточных вод по БПК_полн учитывает самоочищение сточных вод в водоёме за счёт биохимических процессов, а также разбавление сточных вод водами водоёма. Допустимую БПК_полн сточной жидкости при выпуске её в водоём определяют по формуле:

где k_ст, k_p – константы скорости потребления кислорода сточной и речной воды; L_п.д – предельно-допустимая БПК_полн смеси речной и сточной воды в расчётном створе; для водоёмов питьевого и культурно-бытового водопользования I и II категории эта величина принимается соответственно 3 и 6 мг/л; L_p – БПК_полн речной воды и места выпуска сточных вод, мг/л; t – продолжительность перемещение воды от места выпуска сточных вод до расчётного створа, равная отношению расстояния по фарватеру от места выпуска сточных вод до расчётного створа к средней скорости течения воды в реке на данном участке υ_ср.сут.

 

, сут.

С известным допущением

k_ст=k_p=k₁

В этом случае значение k₁ можно принять по табл.

 

Значения k₁ при температуре воды t

t, oC	k1	t, oC	k1	t, oC	k1
	0,04		0,08		0,12
	0,05		0,09		0,13
	0,06		0,10		0,14
	0,07		0,11		0,15

 

 

Очистка сточных вод

Расчет горизонтальной песколовки производиться следующим образом:

1. Определяется необходимая площадь живого сечения одного отделения песколовки ω, м²:

,

где q_max – максимальный секундный расход сточных вод, м³/с; v_s – скорость течения воды.

2. Рассчитывается длина песколовки L_s, м:

L_s= 1000K_sH_sv_s/u_o,

где K_s – Коэффициент, принимаемый по СНиП; H_s – расчетная глубина, м, принимаемая по СНиП; u_o – гидравлическая крупность песка, мм/с, принимаемая по СНиП.

3. Рассчитывается ширина одного отделения песколовки B, м:

B=ω/H_s.

Полученная ширина B округляется до ближайшего целого значения.

4. По рассчитанной ширине и длине принимается типовая песколовка или проектируется индивидуально. В Приложении II приведены основные типоразмеры песколовок.

5. Определяется скорость течения сточных вод в песколовке при максимальном (v_max)и минимальном (v_min) притоке:

,

где q_min – минимальный секундный расход сточных вод, м³/с.

Полученные скорости должны находиться в пределах 0,15-0,3 м/с.

6. Рассчитывается продолжительность протекания сточных вод в песколовке Т при максимальном притоке:

T=L_s/v_max, c.

Продолжительность притока Т должна быть не менее 30 с.

7. Находиться суточный объем осадка, накапливаемого в песколовках W_сут,м³/сут:

W_сут =N_npq_oc/1000,

где q_oc – удельное количество песка, л/(сут∙чел), принимается по СНиП; N_np – приведенное население, чел.

 

Расчет горизонтальных отстойников сводиться к следующему:

1. Определяется значение гидравлической крупности u_o, мм/с:

,

где H_set - глубина проточной части в отстойнике, м, (СНиП); K_set - коэффициент использования объема проточной части отстойника (СНиП); t_set - продолжительность отстаивания (СНиП); h₁ - глубина слоя, равная 500 мм; n₂ - показатель степени (СНиП).

2. Рассчитывается суммарная ширина всех отделений отстойника :

,

где q_max – максимальный секундный расход сточной воды, м³/с; v_w – скорость рабочего потока, мм/с (СНиП).

3. Принимается ширина B_set одного отделения отстойника (в пределах 2H_set - 5H_set). Рекомендуется выбрать ширину отделения, кратную 3 м. В приложении II приводятся основные параметры типовых первичных горизонтальных отстойников.

Определяется число отделений отстойника n (должно быть не менее двух):

,

4. Проверяется скорость рабочего потока v_w, м/с:

,

Скорость должна быть в пределах, указанных в СНиП. Если это условие не выполняется, то изменяют глубину проточной части и скорость рабочего потока пересчитывают.

5. Определяется длина отстойника L_set, м:

,

где v_tb – скорость турбулентной составляющей, мм/с, принимаемой по СНиП.

6. Рассчитывается полная строительная высота отстойника на выходе Н, м:

H=H_set +H₁ +H₂,

где Н₁ – высота борта над слоем воды, равная 0,3-0,5 м; Н₂ – высота нейтрального слоя (от дна на выходе), равная 0,3 м.

7. Определяется количество осадка Q_mud, выделяемого при отстаивании за сутки, м³/сут:

,

где Q – суточный расход сточных вод, м³/сут; C_en – начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающих в отстойник, мг/л; C_ex – допустимая конечная концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, мг/л; p_mud –влажность осадка, равная 94-96%; γ_mud – плотность осадка, равная 1 г/см³.

8. Определяется вместимость приямка одного отстойника для сбора осадка W_mud, м³:

,

где α – угол наклона стенок приямка, равный 50-55⁰.

9. Определяется период между выгрузками осадка из отстойника Т, ч:

Т=24п∙W_mud/Q_mud, ч.

Рассчитанный период должен быть: при удалении осадка под гидростатическим давлением – не более 48 ч, при удалении осадка механическим способом – не более 8 ч.

 

ЗАДАЧИ

 

Задача 2.1. Определить средний секундный расход в коллекторе бытовой канализации, отводящем сточные воды от населенного пункта к канализационной насосной станции, для подачи их на очистные сооружения, если количество обслуживаемых коллектором жителей N. При этом известно, что а,% населения проживает в жилых домах с внутренним водопроводом, канализацией и газоснабжением, в,% - в домах с внутренним водопроводом, канализацией и ванными с газовыми колонками и с,% - в зданиях с центральным горячим водоснабжением. Нормы водоотведения принимаем в соответствии со СНиП.

N варианта
N, чел.
а, %
в, %
с, %

 

Задача 2.2. Подобрать диаметр трубопровода, если известен расход.

В соответствии с требованиями СНИП и по таблицам Шевелева, для намечаемого диаметра подбираем уклон и наполнение.

 

N варианта
q, л/с

 

Задача 2.3. Диаметры внутриквартальной и уличной трубы соответственно равны d, мм и D, мм. Уклон отводной внутриквартальной линии i₀; L; l/n. Дана разность отметок и перепад между лотками. Определить начальную минимальную глубину заложения уличного коллектора.

N варианта
d, мм
D, мм
i0	0,007	0,005	0,006	0,008	0,007	0,005	0,008	0,007	0,005	0,008
L, м
(Zk-Zy), м	0,5	0,6	0,65	0,7	0,75	0,55	0,62	0,72	0,48	0,53
	0,2	0,3	0,25	0,35	0,4	0,45	0,28	0,37	0,44	0,6
l/n, м	25/2,5	30/2	40/3	45/3	48/2	20/2	35/3	42/2	34/2	42/3

 

Задача 2.4. Определить диаметр трубопровода для пропуска расхода q, л/с. Рельеф местности плоский.

N варианта
q, л/с

 

 

Задача 2.5. Определите диаметр d для пропуска расхода q, л/с при известном уклоне i.

 

N варианта
q, л/с	0,23	0,31	0,24	0,32	0,28	0,25	0,33	0,26	0,41	0,27
i	0,005	0,006	0,008	0,009	0,004	0,005	0,007	0,006	0,008	0,009

 

 

Задача 2.6. Водоем второго вида; значит р =0,75 мг/л. Известно: b – содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска в него сточных вод, мг/л; q и Q – расход сточных и речных вод; С_en – концентрация взвешенных веществ в сточной воде, мг/л. Предел допускаемого содержания взвешенных веществ в сточных водах будет без учета коэффициента смешения. Определить степень очистки по взвешенным веществам.

N варианта
b, мг/л
Q, м3/с
q, м3/с	0,23	0,31	0,24	0,32	0,28	0,25	0,33	0,26	0,41	0,27
Cen, мг/л

 

Задача 2.7. Определить степень очистки сточных вод по растворенному в воде водоема кислороду, если водоем первого вида.

 

N варианта
О2, мг/л
Ор, м3/с
q, м3/с	0,23	0,31	0,24	0,32	0,28	0,25	0,33	0,26	0,41	0,27
Lp, мг/л	3.0	3.1	2.9	3.3	3.2	3.0	3.1	3.3	3.2	2.9
Len, мг/л

 

Задача 2.8. Определить концентрацию загрязнений по взвешенным веществам и по БПК_полн в сточных водах, поступающих на городские очистные сооружения. В городе имеется два района с различной степенью благоустроенности. Норма водоотведения для первого района q₁ л/(чел.-сут.), а для второго q₂ (л/(чел.-сут).В городе находятся хлопчатобумажный комбинат, химко-фармацевтический и машиностроительные заводы. Расход бытовых сточных вод, поступающих из первого района Q₁ м³/сут, из второго – Q₂ м³/сут. Расход производственных сточных вод, м³/сут, поступающих в городскую канализационную сеть, составляет от хлопчатобумажного комбината Q_х, химико-фармацевтического завода Q_ф и машиностроительного завода Q_м, Концентрация загрязнений, мг/л, по взвешенным веществам и по БПК_полн равна в сточных водах хлопчатобумажного комбината С_х и L_х, химико-фармацевтического завода С_ф и L_ф и машиностроительного завода С_м и L_м.

 

N варианта
q1
q2
Q1
Q2
Qx
Qф
Qм
Сх
Lx
Cф
Lф
Cм
Lм

 

Задача 2.9. По данным гидрометеорологической службы среднемесячный расход воды в реке при 95%-ной обеспеченности составляет в расчетном створе Q, м³/с. На участке реки от места выпуска сточных вод до расчетного створа средняя скорость течения равна v, м/с при глубине H, м. Извилистость русла на участке φ. Выпуск сточных вод с расходом q, м³/с проектируется у берега, т.е. ζ=1. Расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру составляет L, км. Определить степень смешения сточных вод в водоеме у расчетного створа.

N варианта
Q	31,1	35,0	29,0	34,0	32,5	33,5	33,0	28,0	27,0	31,5
v	0,64	0,55	0,60	0,61	0,62	0,63	0,58	0,59	0,57	0,58
H	1,2	1,5	1,1	1,4	1,3	1,6	1,7	1,15	1,25	1,8
φ	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,15	1,25	1,35	1,45	1,0
q	0,65	0,75	0,64	0,63	0,68	0,69	0,67	0,70	0,71	0,65
L	3,5	4,0	3,6	3,7	3,9	4,1	3,8	4,2	3,4	3,3

 

Задача 2.10. Найти разбавление сточных вод для глубинного сосредоточенного выпуска в проточное озеро, если скорость течения v,м/с; средняя глубина в месте выпуска H, м; расчетный расход сточных вод Q, м³/с. Расчетный створ водопользования расположен на расстоянии L, м.

 

N варианта
v	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04	0,045	0,01	0,015	0,022	0,028
H
Q	0,32	0,33	0,31	0,34	0,30	0,35	0,32	0,33	0,34	0,35
L

 

Задача 2.11. В реку с расходом q, м³/с. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах, поступающих на очистную станцию, С_en, мг/л. Участок водоема, в который сбрасываются очищенные сточные воды, относится ко II категории водоемов питьевого и культурно-бытового водопользования. Концентрация взвешенных веществ в реке до спуска сточных вод b, г/м³. Коэффициент смешения а.

 

N варианта
q	0,3	0,25	0,31	0,34	0,29	0,28	0,27	0,32	0,33	0,26
Cen
b	5,0	4,8	5,1	4,9	5,5	5,4	5,3	4,7	5,2	4,7
a	0,75	0,73	0,68	0,69	0,74	0,72	0,70	0,71	0,74	0,76
Q

 

Задача 2.12. Найти необходимую степень очистки сточных вод по БПК_полн для водоема, отнесенного ко II категории водоемов питьевого и культурно-бытового водопользования при следующих условиях. Расход сточных вод q, м³/с, расход воды в водоеме Q, м³/с; средняя скорость движения воды в реке v, м/с; средняя глубина реки H, м, выпуск сточных вод проектируется у берега, следовательно ζ=1. Расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до расчетного створа L, км; извилистость русла на расчетном участке выражена слабо, т.е. φ =1. Константа скорости потребления кислорода сточной водой k_ст =0,16; Константа скорости потребления кислорода речной водой k_р =0,1, БПК_полн речной воды до места выпуска сточных вод L_р, мг/л.

 

N варианта
q	0,6	0,9	0,8	0,7	0,5	0,65	0,82	0,73	0,69	0,72
Q
v	0,64	0,65	0,63	0,60	0,61	0,62	0,59	0,58	0,57	0,56
H	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,1	1,0	1,7	1,8	1,9
L	3,5	3,1	3,2	3,3	3,4	3,6	3,7	3,8	3,0	3,9

 

Задача 2.13. Расход очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоем, равен q, м³/с, Расход воды в реке Q, м³/с. Коэффициент смешения а. Содержание растворенного кислорода в природной воде до места выпуска сточной О_р, мг/л. Определить, какова степень очистки сточных вод по содержанию растворенного кислорода, если БПК_полн сточной воды , мг/л, а БПК_полн в речном створе , мг/л.

 

N варианта
q	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	0,9	0,8	1,5	0,7	1,6
Q
a	0,4	0,5	0,6	1,7	0,8	0,45	0,55	0,65	0,85	0,9
Op	6,5	6,4	6,3	6,2	6,1	6,0	5,9	5,8	5,7	5,6

 

Задача 2.14. Какова должна быть температура сбрасываемых в водоем сточных вод, если максимальная летняя температура природной воды до места выпуска сточной равна t, ⁰С, кратность разбавления стоков составляет п?

N варианта
t
n

 

Задача 2.15. Рассчитать горизонтальные песколовки для очистной станции производительностью Q_ср.сут, м³/сут.

 

N варианта
Q

 

Задача 2.16. Рассчитать горизонтальные отстойники для очистной станции производительностью Q_ср.сут, м³/сут. Содержание взвешенных веществ в воде С₀, мг/л. Требуемый эффект осветления воды Э, %.

 

N варианта
Q
C0
Э

 

Задача 2.17. Рассчитать радиальные отстойники для очистной станции производительностью Q_ср.сут, м³/сут. Содержание взвешенных веществ в воде С₀, мг/л. Требуемый эффект осветления воды Э, %.

 

N варианта
Q
C0
Э