Расчеты ПАЗВС. Конструкции и технологические инструкции ПАЗВС

Лекция №8

Расчеты ПАЗВС. Конструкции и технологические инструкции ПАЗВС

Определение расчетных расходов и концентраций загрязнений в смешанном потоке сточных вод. Определение коэффициента смешения

Для расчета схемы очистных сооружений необходимо знать среднесуточный, среднечасовой, максимально часовой, максимально- и минимально-секундные расходы сточных вод. Расчетные расходы должны определяться по суммарному графику притока сточных вод как при подаче их насосными станциями, так и при самотечном их поступлении.

1. Среднесуточный расход сточных вод, м³/сут,

Q_ср.сут =Q _{ср. сут,1} + Q_{ср. сут,2 ……}Q_{ср. сут,n},

где Q _{ср. сут,1}; Q_{ср. сут,2}; Q_{ср. сут,n} – среднесуточные расходы сточных вод отдельных потоков.

2. Среднечасовой расход, м³/ч,

,

где t – время работы предприятия в сутки, ч.

3. Максимально-часовой расход, м³/ч,

,

где ;

и т.д.

Здесь k_ч1, k_ч2 … k_ч,n – часовые коэффициенты неравномерности отдельных потоков сточных вод.

4. Максимально-секундный расход, л/с,

.

5. Определение концентраций загрязнений в смешанном потоке сточных вод, мг/л:

где Q₁, Q₂, Q_n – количество сточных вод отдельных потоков;
С₁, С₂, С_n – концентрации загрязнений сточных вод отдельных потоков.

При выпуске сточных вод в проточный водоем полного смешения не происходит. Фактически в смешении участвует только часть расходов реки. Степень смешения будет зависеть от соотношения расходов речной и сточной воды, от скорости течения в реке, ее глубины, извилистости, от устройства выпуска сточных вод и расстояния от шеста выпуска до расчетного створа.

Для более точного учета расхода реки, участвующего в смешении со сточной водой, вводят так называемый коэффициент смешения

,

где g – коэффициент смешения; – расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа, принимаемого в одном километре до пункта ближайшего водопользования, м; е – основание натурального логарифма; a – коэффициент, учитывающий влияние гидравлических факторов; Q_ст и Q_р – расходы речной и сточной воды, м³/с.

,

где j – коэффициент извилистости реки; e – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (для берегового выпуска ‑ 1; для выпуска в фарватер – 1,5); Е – коэффициент турбулентной диффузии водоема, м.

Для равнинных рек Е находят по формуле Потапова

,

где V_ср – средняя скорость в реке, м/с; Н_ср – средняя глубина

Расчет решеток

Исходные данные для расчета

1. Скорость в канале перед решеткой – не менее 0,7 м/с и не более 1,2¸1,4 м/с.

2. Скорость движения сточной воды при максимальном притоке допускается в прозорах механизированных решеток 0,8÷1,0 м/с. В реальных условиях могут быть одновременно выключены из работы два агрегата. Поэтому при одной или двух рабочих решетках рекомендуется принимать скорость 0,6 м/с, при трех рабочих – 0,8 м/с, при четырех – 0,9 м/с по максимальному притоку.

3. Ширина прозоров решеток 16 мм.

Число рабочих решеток определяется расчетом и зависит от типа решеток. Количество резервных агрегатов устанавливается в зависимости от количества рабочих: до трех – 1 резервная, свыше трех – 2 резервные.

Определение расчетного расхода:

,

,

где q_p – расчетный расход в общем канале, л/с; – расчетный расход в одной решетке, л/с; K_u – коэффициент интенсификации, равен 1,4; n – число решеток, принимается ориентировочно.

Определение числа прозоров решетки:

,

где Н_р – глубина воды в камере решетки, м (принимается конструктивно приблизительно равной глубине воды в общем канале Н_к= 0,8÷3 м); u_p – скорость воды в прозорах между стержнями, м/с; b – ширина прозоров, мм; К₃ – коэффициент запаса, учитывающий стеснение потока граблями и задержанными загрязнениями, равен 1,05.

Ширина решетки, мм,

,

где S – толщина стержней решетки, принимается 6 или 8 мм, в зависимости от типа решеток.

Подбирается типовой проект (табл. П1).

Подсчитывается фактическая скорость в прозорах решетки (м/с), которая не должна выходить за пределы, рекомендованные выше.

Расчет песколовок

Исходные данные для расчета

1. Скорость течения сточных вод при максимальном притоке – 0,3 м/с, при минимальном – 0,15 м/с.

2. Гидравлическая крупность задерживаемого песка, соответствующая диаметру осаждаемых частиц 0,2 – 0,25 мм, равна соответственно 18,7 мм/с и 24,2 мм/с.

3. Расчетная глубина песколовок принимается равной
0,25 – 1,0 м.

4. Продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке должна быть не менее 30 с.

Расчет

1. Длина песколовки, м:

,

где k – коэффициент, равный 1,7 при U₀=18,7 мм/с и 1,3 при U₀=24,2 мм/с; U₀ – гидравлическая крупность песка, мм/с; Н_р – расчетная глубина песколовок, м; u – скорость течения сточных вод при расчетном расходе, м/с.

2. Площадь поверхности песколовки, м²:

,

где q_р – максимальный приток сточных вод, л/с.

3. Ширина песколовок, м,

,

где n – число песколовок.

4. По вычисленным значениям В и L принимается типовой проект (табл. П2) и в случае необходимости уточняются расчетные величины.

5. Производится проверка минимальной скорости в песколовке:

,

,

где Н_min – наполнение в песколовке, м; принимается равным наполнению в подводящем канале при q_min. Н_min = 0,25 м.

6.3.2. Горизонтальные песколовки с круговым
движением сточной жидкости

Исходные данные для проектирования и расчетные формулы для песколовок с круговым движением те же, что и для горизонтальных песколовок с прямолинейным движением жидкости.

Размеры песколовок определяются по обычным геометрическим формулам:

1. Ширина лотка песколовки, м,

.

2. Средний диаметр песколовки, м,

,

3. Наружный диаметр песколовки, м,

D_н = D_ср. + В_л.

4. Подбирается типовой проект песколовки и все размеры приводятся в соответствии с ним (табл. П3).

Расчет отстойников

Расчет отстойников всех типов производится по кинетике выпадения взвешенных веществ с учетом необходимого эффекта осветления.

1. Необходимый эффект осветления сточной воды, %,

,

где С₁ – начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде, мг/л; С₂ – допустимая концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, мг/л.

2. Расчетная продолжительность отстаивания сточной воды в отстойнике, соответствующая заданному эффекту осветления, с,

,

где t – продолжительность отстаивания в эталонном цилиндре, с, соответствующая заданному эффекту осветления и принимаемая для основных видов взвесей по табл. 4; Н_р – глубина проточной части отстойника, мм; h – глубина воды в эталонном цилиндре, принимаемая равной 500 мм; n – коэффициент, зависящий от свойств взвешенных веществ: для коагулирующих взвешенных – 0,25; для мелкодисперсных минеральных
(с удельным весом 2¸3 г/см³) – 0,4; для структурных тяжелых
(с удельным весом 5¸6 г/см³) – 0,6.

3. Гидравлическая крупность взвешенных частиц, мм/с,

,

где k – коэффициент, зависящий от типа отстойника: для горизонтальных отстойников – 0,5; для вертикальных с центральным впуском воды – 0,35; a – коэффициент, учитывающий влияние температуры на вязкость воды: для t=20 °С равен 1,0; w – вертикальная составляющая скорости движения воды в отстойнике, мм/с, имеет следующие значения:

u, мм/с
w, мм/с		0,05	0,1	0,5

u – средняя расчетная скорость в проточной части: для горизонтальных – 5¸10 мм/с; для вертикальных – 0,0 мм/с.

Горизонтальные отстойники

1. Длина отстойника, м,

.

2. Подбирается тепловой проект (табл. П4) и определяются фактические параметры процесса отстаивания – u_ф и t_ф.

3. Фактическая скорость в проточной части отстойника, мм/с,

где Н – глубина проточной части отстойника, м; В – ширина отстойника, м.

4. Фактическое время пребывания воды в отстойнике, ч,

,

где V_ф – фактический объем отстойника, м³.

Таблица 4. Продолжительность отстаивания сточных вод в эталонном цилиндре в зависимости
от эффекта осветления

Эффект осветления, %

Продолжительность отстаивания взвешенных веществ, с

коагулирующих

мелкодисперсных минеральных

структурных тяжелых

при их концентрации, мг/ л

–

–

–

–

–

–

–

–

40

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Примечание. Продолжительность отстаивания дана для температуры воды 20 °С.

6.4.2. Расчет элементов вертикального отстойника
с впуском воды через центральную трубу

1. Радиус отстойника, м,

.

2. Подбирается типовой проект (табл. П5).

3. Фактическое время пребывания в отстойнике, ч,

,

где V_ф – фактический объем отстойной части отстойника, м³.

4. Диаметр центральной трубы, м,

где q_p – расчетный расход, л/с; u_ц.тр – скорость сточной воды в центральной трубе, мм/с (принимается не более 30 мм/с).

5. Диаметр и высота раструба центральной трубы, м,

.

6. Диаметр отражательного щита, м,

.

7. Высота отражательного щита, м,

,

где j – угол наклона поверхности отражательного щита к горизонту, рекомендуется принимать равным 17°.

8. Высота конуса, м,

,

где D – диаметр отстойника, м; d – диаметр нижнего основания конической части отстойника, принимается равным 0,5 м; a – угол наклона стенок днища к горизонту, рекомендуется принимать равным 50°.

6. Объем конусной части отстойника, м³,

.

7. Общая высота отстойника, м,

,

где h_стр – высота строительного борта, принимается равной 0,3 м.

Исходные данные для проектирования

1. Количество осветлителей принимается не менее двух. При этом они должны быть рабочими.

2. Диаметр осветлителя не более 9 м.

3. Объем камеры флокуляции рассчитывается на пребывание в ней сточной воды не менее 20 мин.

4. Глубина камеры флокуляции 4¸5 м.

5. Скорость движения воды в зоне отстаивания
u_отст = 0,8¸1,5 мм/с.

6. Длина центральной трубы 2¸3 м (без раструба).

7. Скорость движения сточной воды в центральной трубе
u_ц.тр = 0,5÷0,7 м/с.

8. Диаметр нижнего сечения камеры флокуляции рассчитывается исходя из выходной скорости u_вых = 8¸10 мм/с.

Расчет фильтров

Расчет скорых фильтров состоит в определении их количества при заданных технологических параметрах. Для напорных принимаются типовые проекты фильтров (табл. П8), для безнапорных количество фильтров определяется из условия, что площадь одного фильтра составляет 40÷60 м².

Количество фильтров должно быть не менее 4 (2 рабочих + 1 резерв + 1 ремонт).

Расход воздуха

1. Удельный расход воздуха, м³(воз)/м³(ст.вод),

,

где z – удельный расход кислорода на 1 мг снятой БПК (для полной очистки принимается равным 1,1 мг/мг, для неполной – 0,9 мг/мг); К₁ – коэффициент, учитывающий тип аэратора: для мелкопузырчатых аэраторов (фильтросных пластин и пористых керамических труб) принимается в зависимости от отношения площади аэрируемой зоны к площади аэротенка – f/F (табл. 6); К₂ – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора, принимается по табл. 7; n₁ – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод: n₁ = 1 + 0,02(t_ср – 20); t_ср – среднемесячная температура воды за летний период, °С; n₂ – коэффициент, учитывающий отношение скорости переноса кислорода в иловой смеси к скорости переноса его в чистой воде, принимается в зависимости от f/F (табл. 6).

;

– растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л,

– растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, в зависимости от температуры; h – глубина погружения аэратора, м; С – средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л, принимается равной 2.

Таблица 6. Значения коэффициентов К₁ и n₂ и максимальной
интенсивности аэрации

f/F	К1	Imax, м3/м2·ч	n2
0,05	1,34		0,59
0,1	1,47		0,59
0,2	1,68		0,64
0,3	1,89		0,66
0,4	1,94		0,72
0,5	2,00		0,77
0,75	2,13		0,88
1,0	2,30		0,99

2. Интенсивность аэрации, м³/(м²·ч),

>I_min.

Если вычисленная интенсивность аэрации будет меньше минимальной, то принимаем I = I_min и пересчитываем удельный расход воздуха:

.

Таблица 7. Значения коэффициента К₂ и минимальной интенсивности аэрации

h, м	К2	Imin, м3/(м2·ч)
0,5	0,4
0,6	0,46
0,7	0,6
0,8	0,8
0,9	0,9
	2,08
	2,52	3,4
	2,92	3,0
	3,3	2,5

3. Часовой расход воздуха, м³/ч, считая на максимальный часовой приток сточных вод,

Q_в = Д·Q_max.ч.

4. Подбирается типовой проект воздуховодных станций (табл. П10).

Расчет биофильтров

1. Определяется коэффициент К:

· без рециркуляции ;

· с рециркуляцией ,

где L_a – БПК_полн исходной сточной воды, мг/л; – БПК_полн исходной сточной воды, предельная для данной конструкции биофильтра, мг/л; L_t – БПК_полн очищенной сточной воды.

2. В зависимости от типа фильтра по справочным данным (табл. 8) определяются рекомендуемые значения высоты биофильтра (Н), гидравлической нагрузки (q), удельного расхода воздуха (В), нагрузка по БПК.

3. Для биофильтров с рециркуляцией определяются БПК_полн смеси исходной и рециркуляционной сточных вод, мг/л, и коэффициент рециркуляции - n:

L_см=K×L_t;

.

4. Необходимая площадь биофильтров:

· без рециркуляции ;

· с рециркуляцией ,

где Q – расчетный расход сточных вод, м³/сут; q – гидравлическая нагрузка, м³/(м²×сут).

5. Максимальный часовой расход воздуха, м³/ч,

Д_в.ч.= Q_мах.ч.×В,

где Q_мах.ч – максимально-часовой расход сточных вод, м³/ч;
В – удельный расход воздуха, м³/м³.

На эти расходы должны быть подобраны типовые проекты воздуходувных станций (табл. П11).

Капельные фильтры наиболее просты по конструкции и загружаются материалами мелких фракций, имеющими развитую макропористую поверхность. Объем загрузки таких фильтров отличается повышенной концентрацией микроорганизмов.

1. БПК_полн сточных вод, поступающих на капельные биофильтры, должна быть не более 220 мг/л, а при большей величине БПК следует предусматривать рециркуляцию.

2. Окислительная мощность капельного биофильтра составляет 0,15÷0,3 кг/м³сут.

3. Крупность фракции загрузочного материала составляет 25÷40 мм.

4. Высоту фильтра (Н) и гидравлическую нагрузку (q) определяют с учетом среднезимней температуры сточной воды (t °C) и вычислительного значения K (табл. 8).

Таблица 8. Параметры капельного биофильтра

Гидрав-лическая нагрузка, м3/(м2×сут)	Значения K в зависимости от температуры сточной воды, высоты биофильтра и гидравлической нагрузки
t=8 °С	t=10 °С	t=12 °С	t=14 °С
Н=1,5 м	Н=2 м	Н=1,5 м	Н=2 м	Н=1,5 м	Н=2 м	Н=1,5 м	Н=2 м
	8,0	11,6	9,8	12,6	10,7	13,8	11,4	15,1
1,5	5,9	10,2	7,0	10,9	8,2	11,7	10,0	12,8
	4,9	8,2	5,7	10,0	6,6	10,7	8,0	11,5
2,5	4,3	6,9	4,9	8,3	5,6	10,1	6,7	10,7
	3,8	6,0	4,4	7,1	6,0	8,6	5,9	10,0

Высоконагружаемые биофильтры отличаются от капельных большей окислительной мощностью, равной 0,75÷2,25 кг/м³сут, обусловленной лучшим обменом воздуха и незаиляемостью загрузки. Достигается это применением загрузочного материала повышенной крупности – 40÷70 мм, увеличением рабочей высоты до 2¸4 м и гидравлической нагрузки до 10–30 м³/(м²×сут).

Высоконагружаемые биофильтры могут быть с естественной и искусственной аэрацией. Особенностью аэрофильтров является специальная конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала загрузки воздухом.

Подбор количества и диаметра аэрофильтров можно производить по табл. 9 и 10.

Таблица 9.Площадь загрузки аэрофильтров

Количество аэрофильтров в группе	Диаметр аэрофильтров, м
Площадь загрузки группы аэрофильтров, м2
	–
	–	–
	–	–
	–	–

Таблица 10. Параметры аэрофильтра

В, м3/м2	Н, м	Значения коэффициента К при среднезимней температуре сточной воды Т, °С
8 °С	10 °С	12 °С	14 °С
Гидравлическая нагрузка q, м3/(м2 сут)
		3,02	2,32	2,04	3,38	2,5	2,18	3,76	2,74	2,36	4,3	3,02	2,56
	5,25	3,53	2,89	6,2	3,93	3,22	7,32	4,64	3,62	8,95	5,25	4,09
	9,05	5,17	4,14	10,4	6,25	4,73	11,2	7,54	5,56	12,1	9,05	6,51
10		3,69	2,89	2,58	4,07	3,11	2,76	4,5	3,36	2,93	5,09	3,67	3,16
	6,1	4,24	3,56	7,08	4,74	3,94	8,23	5,33	4,36	9,9	6,04	4,84
	10,1	6,23	4,9	12,3	7,18	5,68	15,1	8,45	6,88	16,4	10,0	7,42
		4,32	3,38	3,01	4,76	3,72	3,28	5,31	3,98	3,44	5,97	4,31	3,7
	7,25	5,01	4,18	8,35	5,55	4,78	9,9	6,35	5,14	11,7	7,2	5,72
	12,0	7,35	5,83	14,8	8,5	6,92	18,4	10,4	7,69	23,1	12,0	8,83

Биофильтры с пластмассовой загрузкой. Пластмассовая загрузка имеет большую пористость (73¸99 %) по сравнению с загрузкой из фракционных материалов, благодаря чему обеспечивается условие обтекания биологической пленки воздухом и соответственно повышается производительность сооружений.

Наибольший технико-экономический эффект может быть получен при использовании биофильтров с пластмассовой загрузкой для неполной биологической очистки, а также при очистке сточных вод от небольших городов и промышленных предприятий. Пластмассовая загрузка может также успешно применяться при реконструкции и расширении станций очистки сточных вод с биофильтрами согласно СНИП. БПК_полн сточных вод, подаваемых на биофильтры с пластмассовой загрузкой, следует принимать не более 250 мг/л, рабочую высоту загрузки 3¸4 м и предусматривать естественную аэрацию.

При расчете биофильтров с пластмассовой загрузкой гидравлическую нагрузку и допускаемую нагрузку по БПК₅ можно определять по табл. 11 и 12 в зависимости от заданной степени очистки, температуры сточной воды и высоты слоя загрузки.

Таблица 11. Допустимая нагрузка на биофильтры с пластмассовой загрузкой

Степень очистки, %	Гидравлическая нагрузка, м3/м2сут, при высоте слоя загрузки, м
При среднезимней температуре сточной воды, °С
	6,3		7,5	8,2	8,3	9,1		10,9
	8,4	9,2			11,2	12,3	13,5	14,7
	10,2	11,2	12,3	13,3	13,7		16,4	17,9

Таблица 12.Допустимая нагрузка по БПК₅ на биофильтры
с пластмассовой загрузкой

БПК5 очищенной воды, мг/л	Нагрузка по БПК5, кг/м3сут, при высоте слоя загрузки, м
При среднезимней температуре сточной воды 0 °С
10¸12	13¸15	16¸20	10¸12	13¸15	16¸20
	1,15	1,3	1,55	1,5	1,75	2,1
	1,35	1,55	1,86	1,8	2,1	2,5
	1,65	1,85	2,2	2,1	2,4	2,9
	1,85	2,1	2,5	2,45	2,85	3,4
	2,15	2,5	3,0	2,9	3,2	4,0

Исходные данные для расчета отстойника

1. Время нахождения в отстойнике – 2 ч;

2. Скорость течения жидкости в горизонтальном и радиальном отстойниках – 2¸5 мм/с;

3. Гидравлическая крупность – 0,4 ¸ 0,5 мм/с.

Исходные данные для расчета флотаторов - отстойников

1. Высота флотационной камеры Н_к – 1,5;

2. Скорость движения воды во флотационной камере u_к – 3 мм/с;

3. Продолжительность пребывания во флотационной камере t_к – 5¸7 мин;

4. Высота флотатора-отстойника H_ф – 3 м;

5. Скорость движения воды в отстойной зоне u_ф – 1,3 мм/с;

6. Время пребывания во флотаторе-отстойнике t_ф – 20 мин.

Расчетные параметры

1. Диаметр флотационной камеры, м,

,

где Q_ф – расход сточных вод, поступающих на один флотатор, м³/ч.

2. Диаметр флотатора-отстойника, м,

.

3. Подбираем типовой проект (табл. П9) и проверяем расчетные параметры.

4. Количество образующейся пены, м³/ч,

,

где Q – расход сточных вод, м³/ч; С, С₁ – начальное и конечное содержание загрязнений, мг/л; 0,95 – объемная масса пены, т/м³; 90 – обводненность пены, %.

Лекция №8

Расчеты ПАЗВС. Конструкции и технологические инструкции ПАЗВС