Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)» Институт естественных и точных наук Факультет «Химический» Кафедра «Экология и химическая технология» ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД Г. КОПЕЙСК ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ по дисциплине «Очистка природных и сточных вод» ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 10 ПЗ КП Нормоконтролер, к.х.н., доцент кафедры «ЭкиП» ______________ Крупнова Т.Г _____________________2018г. Руководитель, к.х.н., доцент кафедры «ЭкиП» ________________ Крупнова.Т.Г ______________________2018 г. Автор работы, студент группы ЕТ–434 ________________ Катаевой Д.А. ______________________2018 г. Работа защищена с оценкой ____________________________ ________________ Крупнова Т.Г ______________________2018 г. Челябинск 2018 АННОТАЦИЯ Катаева Д.А. – Проект реконструкции очистных сооружений городских сточных вод – Челябинск: ЮУрГУ, ЕТ – 434, 73 с., 39 рис., библиограф. список – 22 наим. Цель курсового проекта – провести анализ работы очистных сооружений сточных вод г. Копейск. Задача курсового работа – рассмотреть современные методы технологий водоочистки сточных вод, провести анализ существующих очистных сооружений сточных вод, внести предложения по улучшению работы очистных сооружений г. Копейск. Настоящая работа посвящена теме очистки воды на очистных сооружениях сточных вод от минеральных и органических загрязняющих веществ в соответствии с нормативными требованиями. Изучены схемы технологических процессов, технические способности оборудования, проанализированы методы, применяемые при очистке сточных вод централизованных систем, выявлены недостатки в работе очистных сооружений сточных вод г. Копейск, даны рекомендации по улучшению существующего положения. ЮУрГУ 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист Разраб. Провер. № докум. Катаева Д.А. Крупнова Т.Г. Реценз. Н. Контр. Утверд. Крупнова Т.Г. Подпись Дата Очистные сооружения г.Копейск Лит. Лист 2 ЮУрГУ Листов ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ........................................................................... 5 1.1 Методы очистки бытовых сточных вод .................................................. 5 1.2 Способы и сооружения механической очисткисточных вод ................ 5 1.3 Физико-химическая очистка сточных вод ............................................ 27 1.4 Биологическая очистка сточных вод ..................................................... 28 1.5 Обработка и утилизация осадков бытовых очистка сточных вод ...... 41 1.6 Методы обеззараживания сточных вод................................................. 47 1.7 Примеры реализованных проектов реконструкции ОСК в РФ .......... 49 2 СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ........................................................ 53 2.1 Краткая характеристика очистных сооружений канализации г. Копейск ..................................................................................................................... 53 3 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РЕКОНСТРУКЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ........................................ 55 4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ................................................................................. 57 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................................. 70 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................... 72 ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 3 ВВЕДЕНИЕ Одной из важнейших проблем городских территорий является организация очистки городских сточных вод и обработки осадков, образующихся на очистных сооружениях. В Российской Федерации многие очистные сооружения городских сточных вод устарели как морально, так и физически; а используемое оборудование имеет критическую степень износа и требует замены в кратчайшие сроки. Кроме того, применяемые технологии очистки воды часто не отвечают требованиям современного экологического законодательства. Отметим, что в технологии очистки сточных вод наиболее сложной и окончательно не решенной во всем мире проблемой является обработка и утилизация осадков. В данной работе рассмотрена работа очистных сооружений сточных вод города Копейск (Челябинская область), даны рекомендации по улучшению их работы. Цель работы: проанализировать существующую систему очистки городских сточных вод на территории Челябинской области и выявить ряд проблем и предложить улучшения. Задачи: 1) Проанализировать работу существующих очистных сооружений сточных вод. 2) Выявить причины отклонений качества очистки сточных вод. 3) Предложить вариант реконструкции очистных сооружений сточных вод и технологию обработки осадков. 4) Провести технический расчет существующей системы очистки городских сточных вод. 5) Провести технический расчет предлагаемой системы очистки городских сточных вод. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Биологический метод очистки бытовых сточных вод Очистка сточных вод – это обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них загрязняющих веществ. В ходе процесса очистки образуется очищенная вода и отход, содержащий загрязняющие вещества в высоких концентрациях. Как правило, это уже твердый отход пригодный для захоронения или утилизации (табл.1). Таблица 1 – Методы обработки сточных вод Чаще всего используются комбинации данных методов. Применение того или иного метода очистки сточных вод в каждом конкретном случае определяется характером загрязнений и требованиями к очищенной воде [1]. Выбор оптимального метода очистки сточной воды – достаточно сложная задача, что обусловлено многообразием находящихся в воде загрязняющих веществ и высоким требованиями, предъявленными к очищенной сточной воде. При выборе метода очистки загрязняющих веществ учитывают не только их состав, но и требования к очищенной воде. Для приготовления технической воды или обеспечения условий сброса очищенных сточных вод в водоем большое значение имеет экономическая оценка методов очистки сточной воды. Экономическое преимущество имеют, как правило, замкнутые системы использования воды. Применяемые методы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных сточных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в окружающую среду. В настоящее время требования к степени очистки сточных вод повышаются. В связи с этим их подвергают дополнительной более глубокой очистке (доочистке). В процессе очистки предусматривают также обработку осадков сточных вод и обеззараживание сточных вод перед сбросом в водоем [2]. 1.1.1.1 Решетки Для процеживания сточных вод применяют решетки. Они задерживают грубые примеси размером 5 и более мм (крупные, нерастворенные, плаЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 5 вающие загрязнения). Попадание таких отходов в последующие очистные сооружения может привести к засорению труб и каналов, поломке движущихся частей оборудования, т. е. к нарушению нормальной работы. Эффективное удаление крупноразмерных загрязнений из сточных вод при их прохождении через решетки позволит обеспечить нормальную эксплуатацию песколовок, первичных отстойников, метантенков и трубопроводов подачи осадков на метантенки, а также повысить качество очистки стоков. Решетки – это первый элемент технологической схемы очистки сточных вод. Решетки представляют собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных металлических стержней круглой или чаще прямоугольной формы поперечного сечения (60×10 мм). Стержни устанавливают вертикально или наклонно к потоку под углом 60–70о к горизонту. Ширина прозоров решеток (расстояние между стержнями) составляет 16 мм. Вода движется самотеком [1]. Решетки бывают различных типов: − подвижные или неподвижные; − устанавливаемые вертикально или наклонно; − с ручной или механизированной очисткой от отбросов (механическая очистка производится движущимися граблями, зубцы которых входят в прозоры, снятые отбросы поступают на конвейер); – решетки-дробилки (комбинированные механизмы), измельчают задерживаемые примеси без извлечения их из сточных вод. На рисунке 1.1 приведена схема решетки с ручной очисткой. Рисунок 1.1 – Схема решетки: 1 – решетка; 2 – контейнер для твердых отходов; 3 –пол; 4 –канал притока сточных вод [4] Решетки, требующие ручной очистки, устанавливают в случае, если количество загрязнений не превышает 0,1 м3/сут. При большем количестве загрязнений устанавливают решетки с механическими граблями. Отбросы сбрасывают на дренирующие площадки или дырчатые желоба, а затем вывозят в закрытых контейнерах в специально отведенные места и обеззараживают [4]. В современных конструкциях самоочищаемых решёток вероятность засорения сведена к минимуму за счёт применения вместо одной нескольких грабель, закреплённых на двух цепях. Для удовлетворения потребности в малых или больших прозорах изготавливаются решётки с прозорами 5–50 мм. Для сооружений небольшой производительности до 10 000 м3 /сут рекомендуются мелкопрозорные или шнековые (барабанные) решётки. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 6 Для полностью автоматизированного удаления твёрдых частиц из сточных вод используются самоочищающиеся барабанные решетки HUBER ROTAMAT. Принцип действия барабанных решеток основан на технологии, позволяющий объединить в одной установке сразу несколько функций – задержание, промывку, транспортировку, обезвоживание и выгрузку отбросов. Барабанная решетка ROTAMAT может устанавливаться в канале или резервуаре под углом 35. Через открытую торцевую сторону сточные воды поступают в корзину решетки и протекает сквозь ее прутья. При этом в зависимости от величины прозора удерживаются находящиеся в стоках, оседающие или взвешенные вещества. Ковер из задержанных отбросов, покрывающий поверхность решетки может создавать дополнительное фильтрующее действие, при котором задерживаются более мелкие частицы, чем прозор решетки. Когда в результате налипания материала на поверхность решетки возникает определенный уровень воды перед решеткой (или перепад уровней), включается движущаяся по кругу внутри корзины граблина с гребенкой, установленная на центральной оси. Зубья гребенки, полностью проходящие сквозь кольца решетки, очищают барабан решетки, извлекают из решетки весь мусор и при верхнем вертикальном положении гребенки сбрасывают его в расположенный по центру желоб с отводящим шнеком. Благодаря вращению транспортировочного шнека задержанные отбросы извлекаются из желоба. Задержанный мусор обезвоживается до 45% сухого вещества и уплотняется выгружающим шнеком. Выгрузка обезвоженных отбросов осуществляется через выгружной патрубок в подставленный контейнер или следующее приспособление для транспортировки отбросов. Отжатая вода собирается в кожухе, окружающем зону прессования и отводится по гибкому прозрачному шлангу обратно в корзину решетки. Для очистных сооружений производительностью более 10000 м3 /сут применяют грабельные и многоступенчатые решётки. Грабельные решётки предназначены для удаления больших (больше 8мм) отходов из городских сточных вод, а также применяются на насосных станциях перекачки стоков и на очистных сооружениях. Грабельная решётка представляет собой набранное из стержней фильтрующее полотно, вставленное в раму. Стержни из фасонного проката имеют близкую к каплевидной форму сечения, что улучшает гидравлические характеристики фильтрующего полотна. Также фильтрующее полотно решётки может быть набрано из стержней с прямоугольной формой сечения. Прозор между стержнями фильтрующего полотна может устанавливаться от 5 до 70 мм. Самоочищающиеся ступенчатые решётки тонкой очистки обеспечивают очень малую потерю напора, что является преимуществом для установки решёток в уже существующие каналы. Принцип их работы основан на том, что загрязнения, находящиеся на решётке, посредством подвижной ступени, работающей в круговом цикле, снимаются с неподвижной ступени, перемещаются и укладываются на следующую, более высокую, неподвижную ступень. Так шаг за шагом до линии сброса загрязнений. При таком вращении нижняя ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 ступень на короткое время очищается от образующихся на решётке загрязнений. При поступательном движении во время каждого цикла только малая часть ковра из отсева транспортируется вверх. Это минимизирует «прорыв» воды через решётку, который может произойти при использовании традиционной решётки. Риск блокировки песком или щебнем исключён конструкцией, поскольку подвижные части никогда не открывают прозор больше фактической ширины щели. Дополнительным оборудованием для таких решеток является система «непрерывный мешок», когда в контейнере или закрытом бункере образуется закрытый, гигиенический, удобный, без запаха мешок с отходами, состоящий из 100% полиэтилена [6]. 1.1.1.2 Песколовки Песколовки устанавливаются на всех очистных сооружениях независимо от их производительности. При выборе типа песколовки технологические параметры определяются на задержание частиц песка диаметром не более 0,15 мм [1]. Тип песколовки необходимо выбирать с учетом пропускной способности очистной станции, состава очищаемых производственных сточных вод и местных условий строительства. Число отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, при этом все отделения должны быть рабочими. Песколовки устраивают из сборных железобетонных унифицированных элементов. В системах очистки наибольшее применение нашли песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением воды, круглой формы с тангенциальным подводом воды и аэрируемые. Конструкцию сооружения выбирают в зависимости от количества сточных вод и концентрации твердых примесей. Непосредственно для очистки бытовых сточных вод подходят песколовки с круговым движением воды (рисунок 1.3). Они являются разновидностью горизонтальных песколовок. Сточная вода подводится к ним и отводится из них по лоткам. Такая конструкция упрощает выгрузку осадка. Рисунок 1. 3 – Схема песколовки с круговым движением воды: 1 – гидроэлеватор; 2 – трубопровод для отвода всплывающих примесей; 3 – желоб; 4 – затворы; 5 – подводящий лоток; 6 – пульпопровод; 7 – трубопровод рабочей ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 9 жидкости; 8 – камера переключения; 9 – устройство для сбора всплывающих примесей; 10 – отводящий лоток; 11 – полупогружные щиты [7] В песколовках с круговым движением воды гашение энергии потока происходит при резких поворотах потока. Более сложной проблемой остается проток части жидкости через песковый приямок и выпадение в нем органических примесей. Распределение потоков воды и определение продолжительности протока выявляется при трассировании сооружения. Проверка параметров работы песколовок заключается в измерении расхода воды на каждое отделение и скорости движения воды гидрометрическими вертушками, определении высоты наполнения лотков и рабочих отделений, оценке гидравлической крупности песка до и после песколовки. Удаление песка из песковых приямков гидроэлеваторами затруднено при засорении отверстий элеваторов либо при недостаточных величинах напоров и расходов воды. Гидромеханическое удаление песка из горизонтальных песколовок требует проверки равномерности выхода жидкости из отверстий распределительной системы и достаточной для псевдоожижения слоя песка скорости восходящего потока воды (0,0065 м/с). Наладку этой системы целесообразно проводить на чистой воде и отмытой порции песка с песковых площадок (либо привозного песка). Возможность выноса песка при гидромеханическом удалении проверяют непрерывным отбором проб на выходе из песколовки. Следует обратить внимание персонала на то, что более целесообразно удалять песок при низких скоростях движения воды и малом наполнении лотков. 1.1.1.3 Первичные отстойники Отстойник является основным сооружением механической очистки сточных вод. Отстойники применяются для задерживания нерастворенных загрязнений. По характеру движения воды (по конструктивным признакам) отстойники делятся на три вида: – горизонтальные; – вертикальные; – радиальные. Первичные отстойники применяют для выделения из сточных вод нерастворимых веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность. Достигаемый эффект осветления по взвешенным веществам составляет 40–60% при продолжительности отстаивания 1–1,5 ч. Процесс также сопровождается одновременным снижением величины БПК в осветленной сточной воде на 20–40% от исходного значения. Выбор типа и конструкции отстойников зависит от количества и состава сточных вод, поступающих на очистку, характеристик образующегося осадка (уплотняемость, транспортируемость) и от местных условий строительной площадки очистных сооружений. В каждом конкретном случае выбор типа ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 11 отстойников должен определяться в результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов. Число отстойников принимают не менее двух, но и не более четырех[1]. Классификация и виды отстойников: − по характеру работы: периодического действия (контактные) и непрерывного действия (проточные); − по технологической роли: первичные, вторичные, третичные (для доочистки), илоуплотнители, осадкоуплотнители; − по направлению движения потока воды: вертикальные, горизонтальные, радиальные, наклонные тонкослойные; − по способу выгрузки осадка: со скребковыми механизмами, илососамы, гидросмывом [3]. 1) Горизонтальные отстойники (рисунок 1.6) разделены продольными перегородками на несколько отделений. Вода в таких отстойниках движется горизонтально. В отстойнике происходит гравитационное осаждение взвешенных частиц за счет резкого (по сравнению с подводящим каналом) снижения скорости движения жидкости. Максимальная скорость движения воды в горизонтальном отстойнике составляет 0,7 мм/с. Осадок сгребается в иловый приямок скребковым механизмом и удаляется насосами, гидроэлеваторами, грейферами или под гидростатическим давлением. Угол наклона стенок приямка принимают равным 50–60о. Днище отстойника имеет уклон к приямку не менее 0,005. Горизонтальный отстойник (рисунок 1.6) по сравнению с радиальным имеет более высокий расход железобетона на единицу строительного объема. 1 2 3 4 5 Рисунок 1.6 – Схема горизонтального отстойника очистных сооружений: 1 – водоподводящий лоток, 2 – привод скребкового механизма, 3 – скребковый механизм, 4 – водоотводящий лоток, 5 – отвод осадка. 2) Вертикальный отстойник применяется для осветления бытовых сточных вод, содержащих грубодисперсные примеси. Он представляет собой круглый или квадратный в плане железобетонный резервуар с коническим или пирамидальным днищем соответственно. Отстойник имеет достаточно большую глубину (около 7 м), но меньшую по сравнению с горизонтальным отстойником занимаемую площадь. Диаметр отстойника колеблется в пределах 4–9 м. Отстойники просты по конструкции и удобны в эксплуатации, недостатком их является большая глубина сооружений, что ограничивает их максимальный диаметр. Наиболее распространены отстойники с впуском воды через центральную трубу с раструбом. Сточные воды поступают в центральную круглую трубу, ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 12 оканчивающуюся раструбом и отражательным щитом, движутся сверху вниз, затем поднимаются по кольцевому пространству между центральной трубой и стенкой отстойника. Осаждение происходит в восходящем потоке, скорость которого составляет 0,5–0,6 м/с. Интенсивное разделение жидкой и твердой фаз происходит на повороте потока в нижней части отстойника. Высота зоны осаждения 4–5 м. Осветленные воды сливаются через кольцевой водослив в сборный лоток. Вертикальный отстойник имеет самый низкий эффект осветления (на 10–20% ниже, чем в горизонтальных отстойниках). Его применяют на станциях небольшой производительности (менее 20000 м3/сут) [8]. 3) В радиальных отстойниках сточная вода подается в центр отстойника и движется радиально от центра к периферии. Скорость воды в центре – максимум и минимум на периферии. Скребками иловый осадок перемещается в приямок, который находится на вращающейся ферме. В диаметре радиальные отстойники составляют 18–50 м. Устанавливаются на очистных сооружениях, где расход сточных вод более 20000 м³/сут. Эффект осветления достигает 50–55 %. Плюсы радиальных отстойников – простота эксплуатации. Минусы – уменьшение коэффициента объемного использования из-за высоких градиентов скорости в центральной части. Решение этой проблемы – отстойники с периферийным впуском воды. Сточная вода поступает в водораспределительный канал, который расположен на периферии отстойника, затем движется в центр и далее к водоотводящему кольцевому желобу. Движение воды происходит равномерно по всему сечению отстойника. 1.1.1.4 Вторичное отстаивание Для задержания активного ила, поступающего вместе с очищенной водой из аэротенков, или для отмершей биопленки, поступающей с водой из биофильтров применяют вторичные отстойники. Вертикальные отстойники применяют для очистных сооружений небольшой пропускной способности, а для больших и средних станций – горизонтальные и радиальные вторичные отстойники [1]. Вторичные отстойники по типовым размерам идентичны первичным отстойникам и различаются, в основном, по оборудованию удаления уплотнённого активного ила [6]. Активный ил из отстойников следует удалять непрерывно под гидростатическим давлением. Во вторичный радиальный отстойник иловая жидкость подводится к центру конического распределительного устройства. Осветленная вода собирается в желоба по периметру отстойника. Под действием гидростатического давления активный ил удаляется самотеком в иловую камеру. Скребковые механизмы могут применяться только в радиальных отстойниках. Это обусловлено тем, что активный ил обладает высокой текучестью и при прохождении скребка переваливается через него. Поэтому в горизонтальных отстойниках со скребковыми механизмами эффективность удаления осадка очень низкая. 1.1.1.5 Фильтры Фильтрационные установки применяются для глубокой очистки (доочистки) сточных вод после физико-химической или биологической ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 14 очистки для последующего извлечения тонкодиспергированных веществ, пыли, масел, смол, нефтепродуктов и др. [8]. Бывают фильтры с зернистой загрузкой и сетчатые барабанные. Классификация фильтров с зернистой загрузкой: − по направлению потока: с нисходящим, восходящим, горизонтальным потоком; − по конструкции: однослойные, двухслойные, аэрируемые, каркаснозасыпные; − по виду фильтрующего материал: керамзит, мраморная крошка, кварцевый песок, пенополиуретан, полистирол и т.д. Сетчатые барабанные фильтры применяют для глубокой очистки в качестве самостоятельных сооружений – это микрофильтры. Фильтры, установленные перед зернистыми фильтрами глубокой очистки – это барабанные сетки. Сетчатые барабанные фильтры следует применять для удаления из воды крупных плавающих и взвешенных примесей (барабанные сетки) и для удаления указанных примесей и ила (микрофильтры). В зависимости от требуемой степени очистки и условий применения они могут оснащаться сетчатым полотном с ячейками различной крупности и дополнительно оборудоваться бактерицидными лампами. В связи с различной крупностью ячеек сетчатого полотна сетчатые барабанные фильтры условно подразделяются на микрофильтры и барабанные сетки, имеющие индексы: МФМ и БСМ – микрофильтры и барабанные сетки модернизированные; МФБ н БСБ – то же, с дополнительным оборудованием бактерицидными лампами для облучения поверхности барабана. Барабанные фильтры являются механическим и самоочищающимися. Вода подается на внутреннюю часть барабана. Под воздействием сил гравитации вода проходит через фильтровальный экран барабана. Разница уровней воды внутри/снаружи барабана обеспечивает процесс фильтрации. Твердые частицы оседают на стенках фильтровального экрана и поднимаются путем вращения барабана к месту промывки. Вращение может быть прерывистым или постоянным, в зависимости от типа регулирования. Вода из промывочных форсунок под давлением попадает на внешнюю сторону экрана. Весь загрязняющий материал вымывается и попадает на шламовый поддон. Из шламового поддона он вымывается наружу водой под действием сил гравитации. Микрофильтры используют, если допустима меньшая степень очистки по сравнению с зернистыми фильтрами. В них применяют сетки галунного сплетения из нержавеющей стали. Промывка таких фильтров производится постоянно. Содержание взвешенных веществ не должно превышать 40 мг/л. Зернистые фильтры с нисходящим потоком – однослойный фильтр. Загрузка состоит из кварцевого песка с поддерживающим слоем из гравия. Для регенерации предусмотрена водяная или водо-воздушная промывка. Зернистые фильтры с восходящим потоком – фильтрование воды снизу вверх улучшает условия работы фильтра вследствие убывающей крупности зерен загрузки вдоль потока. Фильтрующая загрузка состоит из речного песка и подстилающего слоя гравия. Плюсы – исключается заиливание мелких слоев, ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 увеличивается грязеёмкость фильтра. Минусы – заиливание дренажа. Регенерацию проводят водо-воздушной промывкой. В двухслойных фильтрах, так же как и в фильтрах с восходящим потоком, используется принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зерен загрузки, что достигается при движении воды сверху вниз через загрузку, состоящую из слоев различных по плотности материалов. В верхних слоях загрузки может быть использован дробленый антрацит или керамзит, в нижних – кварцевый песок. Подстилающий слой состоит из гравия. Двухслойная загрузка обеспечивает более равномерное распределение загрязнений по высоте фильтра, увеличивает продолжительность работы. Промывка фильтра производится водой снизу-вверх. Минусы – сложность создания двухслойной загрузки, завышенный строительный объем фильтра, возможность уноса зерен верхнего слоя загрузки [4]. 1.1.1.6 Комбинированная установка GLA для механической очистки сточных вод Предназначена для полной механической очистки сточных вод на малых и средних водоочистных установках. Комбинированная установка механической очистки может устанавливаться на станциях перекачки сточных вод и в зданиях очистных сооружений. Отличается высокой надёжностью и простотой в эксплуатации. Установка предназначена для извлечения из производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод крупных и средних отбросов, песка с последующей их механизированной выгрузкой на транспортирующее устройство или в мусоросборник. Другое направление применения комбинированных установок механической очистки - защита оборудования от попадания твёрдых включений и бесперебойную работу установок дальнейшей очистки сточных вод, таких как резервуар-усреднитель, отстойник, нефтеотделитель и прочие. Установка предназначена для использования в сточных водах с рН=6,5÷8,5. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 Производительность комбинированной установки механической очистки GLA может составлять от 1 до 10л/сек. Установка изготавливается из коррозионностойкой стали AISI304. Комбинированная установка механической очистки подбирается в зависимости от требуемой пропускной способности, состава сточных вод и геометрических размеров подводящих каналов. Установка оборудована двумя камерами, благодаря которым сточные воды проходят через две ступени очистки: Процеживание на механической решётке; Отстаивание в камере пескоулавливания. Установка предусматривает фланцевое соединение, не нуждается в обустройстве камеры гашения, так как функцию камеры гашения выполняет встроенная система аэрации на входе в установку, которая применяется для удаления запахов. Горизонтальная решётка состоит из рабочей части, где сточные воды проходят через прозоры решётки (экрана) размерами от 1до 8 мм, в зависимости от исполнения установки и состава исходного стока, и части сбора отбросов, назначение которой - собирать и транспортировать, и очищать решётку, с помощью щёток, установленных на маховике. Уловленные отбросы транспортируются на выпуск. Сточная вода из блока механической очистки поступает в блок сепарации песка (камеру пескоулавливания), где частицы, имеющие диаметр более 0,2 мм осаждаются на дно под действием силы гравитации. Уловленный песок, транспортируется эрлифтом, работающим от компрессора, таким образом, происходит аэрация удаляемого осадка. Отбросы и песок сбрасываются через лоток в одноразовые мешки и далее на утилизацию. или утилизируются, вывозятся на ТБО. Пример№1* Станция очистки сточных вод Южное Бутово с проектной производительностью 80 тыс. м³/сут., была построена в соответствии с Генеральной схемой развития канализации до 2010 года. Концепция, предусматривает частичную децентрализацию очистных сооружений г. Москвы и переход к строительству станций малой производительности на присоединённых территориях за пределами МКАД. Децентрализация призвана разгрузить перегруженную систему канализации Москвы, уменьшить затраты на транспортировку сточных вод и повысить качество очищенных сточных вод. Очистные сооружения Южное Бутово предназначены для очистки хозяйственнобытовых сточных вод, поступающих от микрорайонов многоэтажной и коттеджной застройки Южное Бутово, а также прилегающих районов г. Москвы, с активно ведущимся жилищным строительством. Предприятие сертифицировано по DIN EN 9001:2000 РОСС. Количество стоков, поступающих на очистку, в последние годы колеблется от 60 000 до 80 000 м³/сут. Очистные сооружения рассчитаны на приём сточных вод примерно от 250 000 человек населения с максимальной пиковой нагрузкой в 5300 м³/ч. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 На очистных сооружениях обеспечивается эффективное удаление взвешенных и органических веществ, азота и фосфора, а также осуществляется обеззараживание очищенных сточных вод. В решении этих задач используется технология SymBio – метод полной биологической очистки с глубоким удалением азота и фосфора. Технологические процессы на данных очистных сооружениях включают: биологическую очистку с глубоким удалением азотоcодержащих и фосфорных соединений (приемная камера, решетки, аэрируемые песколовки-жироловки, фосфорные бассейны, аэротенки), доочистку (песчаные фильтры) с обеззараживанием воды ультрафиолетом (УФустановки канального типа). Технологический процесс полностью автоматизирован. Отличительной чертой технологии очистки сточных вод станции «Южное Бутово» от принятой на московских очистных сооружениях является отсутствие первичных отстойников. Сточная вода после пескожироловки, смешанная с возвратным активным илом, направляется на сооружения биологической очистки воды. На очистных сооружениях предусмотрена обработка осадка (избыточного активного ила), включающая уплотнение и механическое обезвоживание (фильтр-прессы) с применением реагентов (хлорное железо и известь). Обезвоженный осадок утилизируется совместно с обезвоженными осадками Люберецких очистных сооружений производственного управления «Мосочиствод» МГУП «Мосводоканал». Пример№2 Курьяновские очистные сооружения (КОС) проектной мощностью2,2 млн.м3/сут, являющиеся крупнейшими в Европе, обеспечивают прием и очистку хозбытовых и промышленных сточных вод северо-западного, западного, южного, юго-восточного районов Москвы (60% территории города) и, кроме того, ряда городов и населенных пунктов Подмосковья. Состав КОС включает в себя три самостоятельно функционирующих блока по очистке сточных вод: старая станция (КОСст.) с проектной производительностью 1,0 млн. м3 в сутки, I-й блок Новокурьяновских очистных сооружений (НКОС-I) – 600 тыс. м3в сутки и II-й блок Новокурьяновских очистных сооружений (НКОС-II) – 600 тыс. м3 в сутки. КОС работают по технологической схеме полной биологической очистки, в том числе на реконструированных сооружениях НКОС-I и НКОС-II с удалением биогенных элементов: первая ступень – механическая очистка, включающая процеживание воды на решетках, улавливание минеральных примесей в песколовках и отстаивание воды в первичных отстойниках; вторая ступень – биологическая очистка воды в аэротенках и вторичных отстойниках. Часть биологически очищенных сточных вод подвергается доочистке на скорых фильтрах и используется для нужд промышленных предприятий вместо водопроводной воды. Со сточными водами на КОС поступает большое количество различных видов отбросов: предметы быта горожан, отбросы пищевых производств, пластиковая тара и полиэтиленовые пакеты, а также строительный и прочий ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 мусор. Для их удаления на КОС используются механизированные решетки с прозорами 10 мм. Второй ступенью механической очистки сточных вод являются песколовки - сооружения, служащие для удаления минеральных примесей, содержащихся в поступающей воде. К минеральным загрязнениям, находящимся в сточных водах, относятся: песок, глинистые частицы, растворы минеральных солей, минеральные масла. На КОС эксплуатируются различные типы песколовок – вертикальные, горизонтальные и аэрируемые. Пройдя первые две ступени механической очистки, сточные воды поступают в первичные отстойники, предназначенные для осаждения из сточной воды нерастворенных примесей. Конструктивно все первичные отстойники на КОС открытого типа и имеют радиальную форму, при различных диаметрах – 33, 40 и 54 м. Осветленная сточная вода после первичных отстойников подвергается полной биологической очистке в аэротенках. Аэротенки –открытые железобетонные сооружения прямоугольной формы, 4-х коридорного типа. Рабочая глубина аэротенков старого блока составляет 4 м, аэротенков НКОС – 6 м. Биологическая очистка сточных вод осуществляется с помощью активного ила при принудительной подаче воздуха. Иловая смесь из аэротенков поступает во вторичные отстойники, где происходит процесс разделения активного ила от очищенной воды. Вторичные отстойники конструктивно подобны первичным отстойникам. Весь объем сточной воды, очищенной на КОС, поступает на сооружения доочистки. Производительность отделения процеживания составляет 3 млн. м3/сут, что позволяет весь объем биологически очищенной воды пропустить через плоские щелевые сита. Часть воды после процеживания проходит фильтрацию на скорых фильтрах и используется для технических нужд в качестве оборотного водоснабжения. Лист ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата 15 Начиная с 2012 года все сточные воды, прошедшие полный цикл очистки на Курьяновских очистных сооружениях, подвергаются ультрафиолетовому обеззараживанию перед сбросом в р.Москва (производительность 3 млн.м3/сут). Благодаря чему показатели бактериальной загрязненности биологически очищенной воды КОС достигли нормативных значений, что благотворно сказалось на качестве воды р.Москвы и санитарноэпидемиологического состояния акватории в целом. Осадки, образующиеся на различных этапах очистки сточных вод, поступают на единый комплекс по обработке осадка, в составе которого входят: ленточные сгустители для снижения влажности осадка, метантенки для сбраживания и стабилизации осадка в термофильном режиме (50-530С), декантерные центрифуги для обезвоживания осадка с применением флокулянтов. Обезвоженный осадок вывозится сторонними организациями за пределы территории очистных сооружений в целях обезвреживания/утилизации и/или использования для производства готовой продукции. Пример №3 Люберецкие очистные сооружения (ЛОС) мощностью 3 млн.м3/сут, являющиеся крупнейшими в Европе, обеспечивают прием и очистку хозбытовых и промышленных сточных вод Северо-Западного, Северо-Восточного и Восточного районов города Москвы, а также городов лесопарковой зоны: Химки, Долгопрудный, Мытищи, Балашиха, Реутово, Железнодорожный, Люберцы. Люберецкие очистные сооружения работают по традиционной технологической схеме полной биологической очистки: первая ступень – механическая очистка, включающая процеживание воды на решетках, улавливание минеральных примесей в песколовках и отстаивание воды в первичных отстойниках; вторая ступень – биологическая очистка воды в аэротенках и втоЛист ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата 15 ричных отстойниках. Происходящие здесь процессы сродни процессам самоочищения в естественных водоемах – реках и озерах, однако скорость процессов многократно увеличена благодаря специально разработанным технологиям. Технологическая схема очистки сточных вод Люберецких очистных сооружений Комплекс ЛОС включает в себя 3 самостоятельно функционирующих блока по очистке сточных вод: Старая станция (ЛОСст.) с проектной производительностью 1,50 млн. м3 в сутки, I-й блок Новолюберецких очистных сооружений (НЛОС-1) – 1 млн. м3 в сутки и II-й блок Новолюберецких очистных сооружений (НЛОС-2) – 500 тыс. м3 в сутки. Особенностью ЛОС является введенный в 2006 г. эксплуатацию блок удаления биогенных элементов, где происходит глубокое удаление азота и фосфора. Кроме того, в 2007 г. введены в эксплуатацию сооружения ультрафиолетового обеззараживания, производительностью 1 млн.м3/сут очищенных сточных вод. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 Со сточными водами на ЛОС поступает большое количество различных видов отбросов: предметы быта горожан, отбросы пищевых производств, пластиковая тара и полиэтиленовые пакеты, а также строительный и прочий мусор. Для их удаления на ЛОС используются два вида механизированных решеток с прозорами 5 и 6 мм. Второй ступенью механической очистки сточных вод являются песколовки - сооружения, служащие для удаления минеральных примесей, содержащихся в поступающей воде. К минеральным загрязнениям, находящимся в сточных водах, относятся: песок, глинистые частицы, растворы минеральных солей, минеральные масла. Пройдя первые две ступени механической очистки, сточные воды поступают в первичные отстойники, предназначенные для осаждения из сточной воды нерастворенных примесей. Конструктивно все первичные отстойники на ЛОС открытого типа и имеют радиальную форму, при различных диаметрах – 40 и 54 м. Осветленная сточная вода после первичных отстойников подвергается полной биологической очистке в аэротенках. Аэротенки –открытые железобетонные сооружения прямоугольной формы, 2-х, 4-х коридорного типа. Биологическая очистка сточных вод осуществляется с помощью активного ила при принудительной подаче воздуха. Иловая смесь из аэротенков поступает во вторичные отстойники, где происходит процесс разделения активного ила от очищенной воды. Вторичные отстойники конструктивно подобны первичным отстойникам. Осадки, образующиеся на различных этапах очистки сточных вод, поступают на единый комплекс по обработке осадка. Осадки, образующиеся на различных этапах очистки сточных вод, поступают на единый комплекс по обработке осадка, в составе которого ленточные сгустители для снижения влажности осадка, метантенки для сбраживания и стабилизации осадка в термофильном режиме (50-530С), ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 декантерные центрифуги для обезвоживания осадка с применением флокулянтов. Обезвоженный осадок вывозится сторонними организациями за пределы территории очистных сооружений в целях обезвреживания/утилизации и/или использования для производства готовой продукции. 1.1.2 Физико-химический очистка сточных вод К физико-химической очистке сточных вод относится реагентное удаление фосфора. Физико-химические методы удаления фосфатов из сточных вод основаны, как правило, на использовании реагентов традиционных минеральных коагулянтов (солей алюминия, железа или извести). Для улучшенного удаления фосфора используются реагенты (коагулянты). Удаление фосфора происходит в основном путем сорбции фосфатов на хлопьях гидроксида железа или алюминия. Возможны различные точки введения реагента в аэротенк, перед первичным отстаиванием (если оно применяется), либо в возвратный ил. Теоретически возможно достижение концентрации фосфора фосфатов ниже 0,2 мг/л, однако, при достижении концентрации ниже 0,7–1 мг/л увеличивается необходимое соотношение реагентов и фосфора. Величина 0,5–0,7 мг/л является оптимальной. Использование метода с опцией реагентного удаления фосфора применимо при любых масштабах сооружений. Реагентное удаление фосфора приводит к существенному увеличению эксплуатационных затрат, прежде всего, по следующим статьям: – на приобретение реагентов, – на обработку, перекачку, обезвоживание, вывозку и размещение дополнительного количества осадка, образующегося за счет включения гидроксида железа или алюминия в его сухое вещество; – на эксплуатацию узла хранения реагента, приготовления и дозирования его раствора [9]. 1.1.3 Биологическая очистка сточных вод Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения природных водоемов. Есть несколько типов биологических сооружений: биофильтры, биологические пруды и аэротенки, и метанреакторы. Биологический метод очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве источника питания, в результате чего происходит их окисление загрязняющих веществ. Биологическая очистка сточных вод представляет собой результат функционирования системы активный ил − сточная вода [6]. Типы очистных сооружений биологической очистки: − очистка происходит в условиях, близких к естественным; ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 16 − очистка происходит в искусственно созданных условиях. К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через почву – это поля орошения и поля фильтрации и сооружения, которые представляют собой водоемы – биологические пруды с проточной водой. В таких сооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет проникновения его через поверхность воды или за счет механической аэрации. К этому типу сооружений относят аэротенки, биофильтры и аэрофильтры, здесь процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов. При повышенных требованиях к очистке биологически очищенную воду очищают дополнительно. Наиболее широкое распространение в качестве сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители. Снижение концентрации трудноокисляемых веществ возможно методом сорбции, например, активированным углем и химическим окислением или путем озонирования. Концентрацию солей можно снижать методами обессоливания [2]. 1.1.3.1 Аэротенки Бытовые сточные воды имеют специфический состав, поэтому их необходимо искусственно подпитывать биогенными элементами и разбавлять, дифференцировать подачу воздуха, активного ила и сточной жидкости в аэротенки, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между количеством вводимых загрязнений, воздухом и активным илом. Для очистки бытовых сточных вод чаще используются аэротенки, так как они лучше других сооружений могут регулировать режим работы при изменении состава стока и имеют большую пропускную способность на единицу объема сооружения. При БПКполн менее 500 мг/л применяют обычные аэротенки с подачей сточной воды и активного ила в начало аэротенка. При содержании ядовитых и трудно окисляемых веществ в сточных водах, а также при БПКполн более 500 мг/л применяют аэротенки-смесители. Их конструкция позволяет выравнивать скорость потребления кислорода и концентрацию загрязнений по длине аэротенка. Используется двухступенчатая схема очистки сточных вод в аэротенках, которая обеспечивает более устойчивую работу сооружений при колебании расходов сточных вод и концентрации загрязнений. В каждой ступени аэротенка развивается специфическая микрофлора, способная окислять соответственно поступающие органические загрязнения. Обычно в качестве I ступени применяют аэротенки-смесители, в качестве II ступени–аэротенкивытеснители. В этой схеме часть объема аэротенков выделяют под регенераторы, которые обеспечивают более устойчивую работу. В них поддерживают более высокую концентрацию активного ила, чем в самом аэро-тенке, что ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 17 позволяет увеличить скорость потребления кислорода и уменьшить период аэрации. Каждая ступень имеет самостоятельные регенераторы, которые занимают 25–50 % общего объема аэротенков. Иногда во II ступени регенераторы не предусматривают и после I ступени аэротенков устраивают вторичные отстойники (перед II ступенью), что удорожает строительство сооружений. Однако двухступенчатая схема аэротенков обеспечивает устойчивый эффект очистки и поэтому экономически оправдывается. Для I ступени предложены также аэротенки-отстойники, которые могут работать при дозе активного ила до 8 г/л, что позволяет сократить общий объем аэротенков. Недостатком двухступенчатой схемы является необходимость устройства промежуточных вторичных отстойников и связанной с ними системы распределительных лотков. Однако этот недостаток компенсируется более высоким и устойчивым эффектом очистки сточных вод. Некоторые виды бытовых сточных вод содержат поверхностно-активные и другие вещества, которые способствуют пенообразованию в аэротенках. Необходимость борьбы с пенообразованием вызвана тем, что при обильном образовании пены, на которой сорбируется активный ил, происходит его вынос из аэротенка (особенно при ветре) и, следовательно, доза ила в аэротенке падает и нарушается процесс очистки. Кроме того, пена препятствует прониканию кислорода воздуха из атмосферы в толщу воды в аэротенке. Наиболее распространены гидравлические способы гашения пены. Одним из основных способов интенсификации работы сооружений биологической очистки бытовых сточных вод является повышение дозы активного ила в зоне аэрации. Для этого необходимо применять способы отделения ила, обеспечивающие его быстрый возврат в зону аэрации. С этой целью используют напорный флотационный илоотделитель, позволяющий повысить скорость разделения иловых смесей. МИСИ им. В. В. Куйбышева разработана конструкция биоокислителяфильтротенка (рис. 1). При неходной величине БПКполн 1500–2000 мг/л, дозе активного ила 12–25 г/л, периоде аэрации 3–5 ч достигается эффект очистки 90%. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 Рис. 1. Фильгротенк радиального типа 2 – наружная боковая стенка; 2 – зона аэрации; 3 – лоток циркулирующего активного ила; 4 – лоток поступающей сточной воды; 5 – фильтровальные на-садкн; 6– камера дегазации; 7 – струенаправляющая перегородка; 8 – зона отстаивания; 9 – сборный лоток очищенной воды; 10 – ферма илососов; 11 – мостик; 12 – эрлифт; 13 – камера управления; 14 – воздуховод; 15 – трубопровод избыточного активного ила; 16 – иловая камера; 17 – трубопровод циркулирующего активного ила; 18 – илососы; 19 – трубопровод очищенных сточных вод; 20 – клапаны отведения иловой смеси; 21 – трубопровод поступающей сточной воды В фильтротенке радиального типа зона аэрации имеет вид кольцевого резервуара, в центральной части которого устроена зона отстаивания с периферийным впуском осветляемой иловой смеси и центральным сбором осветленной воды. На наружной боковой стенке имеется кольцевой лоток для впуска и распределения поступающей сточной воды и кольцевой лоток для впуска и распределения возвратного активного ила. На внутренней боковой стенкг, являющейся общей для зон аэрации и отстаивания, размещены фильтровальные насадки с запорной арматурой и системой отводящих патрубков осветленной иловой смеси и трубопроводов для подачи сжатого воздуха. Воздух подается для продувки в целях восстановления рабочих свойств фильтровальных насадок. Осветление концентрированной иловой смеси, поступающей в зону отстаивания из зоны аэрации, обеспечивается сетчатой фильтровальной перегородкой, попеременно работающей в режимах фильтрования и обратной продувки сжатым воздухом. Сточные воды некоторых производств имеют концентрацию по БПКполн Ю–30 г/л, по ХПК 30–40 г/л. Воды с такой концентрацией загрязнений нельЛист ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата 19 зя подавать на аэротенки, а разбавить сток до необходимой степени часто невозможно. Для предварительной очистки таких высококонцентрированных стоков применяют биохимическую очистку в анаэробных условиях. Таким методом очищают стоки некоторых предприятий пищевой и фармацевтической промышленности, а также фабрик первичной обработки шерсти. Технологическая схема очистки высококонцентрированных сточных вод в анаэробных условиях включает следующие процессы (рис. 2): а) задержание крупных примесей на решетках и в песколовках; б) усреднение состава стоков по расходу и концентрации; в) нагрев стока до температуры 35 °С; г) сбраживание в двухступенчатых метантенках с рециркуляцией осадка. После метантенков следует проводить дегазацию сброженных сточных вод с последующим отстаиванием. Доочистка таких вод производится в одно- или двухступенчатых аэротенках. Рис. 2. Схема станции анаэробного сбраживания с доочисткой в аэротенках Часть 2 Биологическую очистку производственных сточных вод следует применять в тех случаях, когда эти воды содержат органические примеси, которые после предварительной обработки могут окисляться в результате биохимических процессов. Биологическим путем могут быть окислены почти все органические загрязнения. Следует, однако, иметь в виду, что для окисления некоторых органических веществ, содержащихся в сточных водах в больших количествах (например, фенола), потребуется весьма длительный период, вследствие чего биологическая очистка при этих условиях была бы экономически нецелесообразной. Поэтому иногда прибегают к предварительному уменьшению содержания органических веществ (например, путем разбавления водой). Последующая биологическая очистка сточных вод становится втаких случаях уже рентабельной. Производственные сточные воды разбавляют обычно городскими или хозяйственно-фекальными водами. Для биологической очистки может быть использован любой из существующих способов биологической очистки бытовых сточных вод: очистка на полях орошения или фильтрации, на биофильтрах, аэрофильтрах или Лист ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата 20 аэротенках при условии соблюдения, однако, следующих основных требований: 1) из производственных сточных вод должны быть удалены жировые и смолистые вещества; 2) концентрация ядовитых веществ (циан, анилин, фенол, пикриновая кислота, древесный спирт) и солей тяжелых металлов (меди, цинка, висмута, хрома, ртути и др.) не должна превышать допустимых для биологического процесса пределов; 3) реакция сточных вод должна находиться в пределах рН = 6–9; 4) если сточные воды содержат минеральные или волокнистые вещества, их следует удалить из стоков при помощи специальных устройств; 5) до биологической очистки сточные воды необходимо подвергнуть предварительному отстаиванию. Особенно вредное влияние на микроорганизмы, осуществляющие биологическое окисление, оказывает содержание в сточных водах ядовитых веществ в недопустимых концентрациях. Если содержание ядовитых веществ превышает допустимую их концентрацию, производственные сточные воды следует разбавлять хозяйственнофекальными водами. Рис. 1. Схема биологической очистки производственных сточных вод 1 – отстойник; 2 – смеситель; 3 – окислитель; 4– вторичный отстойник; 5 – насосная станция; б – выпуск очищенной воды На рис. 1 показана схема биологической очистки производственных сточных вод на аэротенках. Отличие этой схемы от схемы очистки бытовых сточных вод на аэротенках состоит в том, что поступающие на аэротенки производственные сточные воды для доведения содержания в них загрязнений до допустимой концентрации разбавляются очищенной циркуляционной водой. Вода подается насосами, устанавливаемыми после вторичного отстойника. По-видимому, является наиболее эффективной для снижения содержания фосфора. Остаточное количество фосфора после обработки в аэротенках и вторичных отстойниках может быть удалено на скорых фильтрах с обработкой сточных вод химическими реагентами - солями алюминия и железа, полиэлектролитами. Расходы реагентов определяются опытным путем. Наименьший расход реагентов наблюдается при введении их в биологически очищенные сточные воды перед скорыми фильтрами путем использования метода контактного коагулирования. При загрязнениях, характерных для бытовых сточных вод (содержание общего фосфора 15–20 мг/л в пересчете на РО3-4, фосфатов 7–9 мг/л), введением максимально допустимых доз коагулянта снижают содержание фосфора на 90 %; остаточное содержание фосфора в очищенной воде в этом случае составляет 2–3 мг/л, а фосфатов 0,2 – 0,4 мг/л. Одновременно с этим благоЛист ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата 22 даря коагулированию достигается весьма высокая эффективность глубокой очистки: содержание взвешенных веществ в фильтрате 3 мг/л, снижение БПК5 до 60–80 % и ХПК до 40–60 %. Лучшим реагентом для химико-биологического извлечения фосфора считается сернокислый алюминий. При использовании этого коагулянта помимо удаления фосфора достигается более полное удаление бактерий, чем при применении других коагулянтов. При этом величина рН остается в пределах нормы для биологической очистки сточных вод. В качестве коагулянтов при введении их перед аэротенком можно применять отходы производств, содержащие двухвалентное железо. Добавление в аэротенк кислых растворов солей трехвалентного алюминия, или железа может разрушить активный ил, если в результате гидролиза алюминия щелочность воды снизится до, нуля, поэтому для сточных вод с низкой щелочностью рекомендуется их подщелачивание. Учитывая, что нитрификация снижает щелочность, биологический процесс очистки сточных вод, сочетающийся с химическим осаждением фосфора, в низкощелочных водах рекомендуется вести до стадии нитрификации. В НИИ КВОВ разработаны технологические схемы очистки сточных вод от соединений фосфора с введением коагулянта. Опыты показали, что доза реагента зависит от начальной концентрации фосфора в сточных водах. При содержании фосфора до 10 мг/л необходимая доза реагента должна отвечать соотношению А1: Р =1:1, при содержании фосфора в исходных сточных водах более 10 мг/л доза реагента должна быть увеличена в 1,5 раза. С увеличением концентрации фосфора в поступающей сточной воде эффективность его химического осаждения понижается и стабилизируется при значении 10 мг/л - Стабильная величина составляет 70 % при добавлении реагента в соотношении А1 : Р = 1:1 и 80 % при увеличении его дозы в 1,5 раза. Процесс химического осаждения фосфора протекает в течение первых 4–6 ч контакта, что вполне согласуется с продолжительностью обработки сточных вод в окислителе и денитрификаторе. Пример№4 Цех очистных сооружений канализации г. Оренбурга расположен в Центральном районе города, на правом берегу реки Урала на расстоянии 1,1 км от места слияния с рекой Сакмарой. Очистные сооружения канализации (ОСК) предназначены для очистки городских (смесь производственных и хозяйственно-бытовых) сточных вод г. Оренбурга методом полной биологической очистки. ОСК были спроектированы в две очереди суммарной производительностью 300 тыс. м3 /сут согласно проекту реконструкции очистных сооружений. Проектная мощность первой очереди составляет 171,5 тыс. м3 /сут, второй – 128,5 тыс. м3 /сут. Фактическая производительность ОСК города за последние пять лет в среднем составляет 177 тыс. м3 /сут. Режим работы очистного сооружения круглосуточный. Сточные воды, поступающие на ОСК, классифицируются как смешанные, на долю хозяйственнобытовых стоков приходится 85%, промышленных – 15%. Очистка сточных вод ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 осуществляется в несколько этапов. Производственные и хозяйственнобытовые стоки города Оренбурга поступают в приёмный резервуар городских очистных сооружений. В приёмном резервуаре происходит усреднение стоков по входящим концентрациям и неравномерному притоку сточных вод. Далее стоки поступают на мелкопрозорные решётки для механической очистки с целью отделения от крупного мусора и отходов. Принцип действия решёток состоит в фильтрации сточной жидкости через специально сформированный слой отбросов на ступенчатых пластинах с прозором 6–8 мм. Сточные воды после решёток самотеком направляются в горизонтальные песколовки, где происходит выделение из сточных вод крупных загрязнений минерального происхождения, например песка. Из песколовок стоки попадают в общую для двух очередей строительства распределительную чашу первичных отстойников и далее – в первичные радиальные отстойники. Сточная вода из распределительной чаши первичных отстойников поступает в центральную часть отстойника. Выпавший осадок скребками сдвигается в приямок отстойника, из которого удаляется в метантенки при помощи насосов, установленных в расположенной рядом насосной станции сырого осадка. Осветлённая вода поступает в круговой сборный лоток, на котором установлена переливная кромка. Плавающие вещества (жиры, нефтепродукты) удаляются с поверхности отстойников по отводящей трубе в жировой колодец. Осветлённые в первичных отстойниках сточные воды отводятся в распределительную камеру аэротенков. Биологическая очистка сточных вод в аэротенках происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила, образующегося вследствие биохимических процессов в очистных сооружениях. Перемешивание сточных вод и ила происходит с помощью воздуха в аэрируемых зонах. Воздух в аэротенки нагнетают воздуходувками. Он обеспечивает жизнедеятельность сообществ микроорганизмов, которые участвуют в биологической очистке сточных вод. С помощью погружных смесителей в неаэрируемых зонах аэротенка осуществляется поддержание иловой смеси во взвешенном состоянии. Далее иловая смесь направляется во вторичный отстойник. Вторичный отстойник предназначен для разделения иловой смеси на активный ил и очищенную сточную воду. Из первичных отстойников избыточный уплотнённый ил и сырой осадок направляются в метантенки, в которых происходит процесс термофильного сбраживания в анаэробных условиях. Полученный в результате сбраживания осадок перекачивается на иловые поля по илопроводу. После вторичных отстойников очищенную сточную воду направляют на обеззараживание при помощи хлора. После обеззараживания очищенная вода сбрасывается в р. Урал. В результате процесса очистки сточных вод образуется осадок и задерживаются отбросы: – крупные отбросы задерживаются на решётках и удаляются в автоматическом режиме; – песок удаляется гидроэлеватором из песколовок на песковые площадки; – осадок из нижней части первичных отстойников удаляется с помощью насосов в метантенки, далее на иловые поля; жиры, поверхностно-активные вещества и др. – поступают через жироуловители в метантенки, далее на иловые поля; – активный ил удаляется из нижней части вторичных отстойников илососами, значительная часть активЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 ного ила возвращается в аэротенки на следующий цикл очистки (возвратный активный ил), а часть активного ила, равная величине суточного прироста ила, отправляется на илоуплотнитель для уплотнения [2]. Исследование сточных вод канализации города Оренбурга проводили по гидрохимическим и микробиологическим показателям. Среди гидрохимических показателей определялось содержание взвешенных веществ, хлоридов, фосфатов, сульфатов, ионов аммония, нитрит- и нитрат-ионов, ионов железа, цинка, меди, АПАВ, фенолов, нефтепродуктов, сухого остатка, БПКполн. Среди микробиологических показателей оценивали количество термотолерантных колиморфных бактерий (ТКБ), общих колиморфных бактерий (ОКБ) и колифагов 1.1.3.2 SBR-реактор Для очистки средних объемов (более 1000 м3 /сут.) хозяйственнобытовых, а также близких к ним по составу промышленных сточных вод, предлагается использовать SBR-технологию. Применение этой технологии является решением при создании эффективных и компактных очистных сооружений, принципиально отличающихся от традиционных сооружений проточного действия тем, что процесс биологической очистки происходит последовательно во времени в одной емкости – реакторе SBR (Sequencing Batch Reactor – Реактор Переменного Действия или Последовательно-Циклический Реактор). Полный временной период от наполнения до опустошения реактора SBR (цикл работы), как и длительность отдельных стадий процесса, можно регулировать в зависимости от желаемой степени очистки и состава сточной воды поступающей на очистку. Принцип SBR-технологии позволяет очищать сточные воды до нормативных показателей для сброса в водоемы, при относительно небольших затратах и небольшой занимаемой площади. Полностью автоматизированная система управления позволяет изменять любые параметры и, таким образом, регулировать качество очищенной воды при минимальном количестве обслуживающего персонала [11]. Отстаивание ила происходит во время остановки аэрации, а чтобы удалить отстоявшуюся воду, используется устройство для слива. Различные стадии обработки выполняются через заранее определённые и запрограммированные промежутки времени и образуют полный цикл. Типичный цикл состоит из пяти последовательных операций, объединённых в три фазы процесса обработки: – подача (исходной сточной или уже отстоянной) воды; – биологическая обработка (аэрация-перемешивание в реакторе); – отстаивание (отделение ила); – опорожнение (слив очищенной воды); – удаление избытка осадка. Последняя стадия может быть пропущена за счёт удаления избытка осадка в конце периода опорожнения. Цикл может продолжаться от четырёх до двенадцати часов и даже дольше, в зависимости от концентрации органических загрязнений в обрабатываемой воде. Длительность цикла и его техноЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 логических операций меняется в зависимости от концентрации органических загрязнений в поступающих сточных водах и поставленной цели обработки сточной воды: удаление только углеродосодержащих компонентов, либо углеродосодержащих компонентов и азотных соединений, либо ещё и соединений фосфора. В этом одном биореакторе подача сточных вод и выпуск очищенной воды осуществляются периодически. Чтобы сделать возможным постоянный приём сточных вод, нужно добавить второй реактор, цикл работы которого сдвинут по отношению к первому на половину полного цикла, а чтобы непрерывным. Преимуществами SBR-технологии являются: – принципиальное отсутствие вторичных отстойников и рециркуляции ила; – устойчивость к колебаниям расхода и загрязнённости поступающих сточных вод; – превосходные условия для осветления, хороший иловый индекс и малое содержание взвешенных веществ в осветлённой воде; – простота и компактность конструкции, что даёт значительный выигрыш при строительстве [6]. Биологическая очистка хозяйственно - бытовых сточных вод является самым эффективным и оптимальным способом очистки. Наиболее эффективные на сегодняшний день из современных аэробных технологий это SBR– реакторы (sequencing batch reactor-- аэробные реакторы циклического действия), в которых в одной емкости происходит чередование аэробных и аноксидных процессов очистки сточных вод с разным количеством растворенного кислорода. Технологии очистки сточных вод с SBR– реакторами получили в последние 10 лет широкое применение в странах восточной и центральной Европы при модернизации действующих очистных сооружений [1,2]. Наряду со строительством новых, технологии очистки сточных вод с SBR – реакторами позволяют использовать действующие емкостные сооружения: канализационные насосные станции, отстойники, аэротенки и др. в качестве SBR – реакторов. Аэробный процесс биологической очистки сточных вод позволяет удалять как органические загрязнения, так и другие биогенные вещества (соединение азота и фосфора). Как известно, классическая схема биологической очистки сточных включает в себя размещаемые на огромных территориях большое количество емкостных сооружений, в которых последовательно идут аэробные и анаэробные процессы очистки сточных вод. Для строительства таких сооружений требуется привлечения огромных инвестиций. Реакции денитрификации и дефосфатации в SBR-реакторах проходят в аноксидных условиях с изменением концентрации и количества биомассы, поскольку становится возможна работа аэробного активного ила с большой концентрацией биомассы.В общем, процесс биологической очистки в SBRреакторах может быть охарактеризован, как контакт загрязнений с оптиЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 мальным количеством микроорганизмов активного ила и подачи оптимального количества растворенного кислорода в течение определенного периода времени с последующим эффективным отделением очищенной воды от активного ила и его удаления. Циклом работы SBR-реактора называют время необходимое для: заполнения реактора, протекания биохимических процессов, отделения активного ила (осадка) от очищенных сточных вод. Сооружения биологической очистки сточных вод с SBR-реакторами могут иметь различную конфигурацию от одного и более реакторов и накопительных резервуаров. На рис. 1 представлена принципиальная схема сооружений биологической очистки сточных вод с SBR-реакторами Рис. 1: схема сооружений биологической очистки сточных вод с SBRреакторами сточные воды перед поступлением на SBR-реакторы проходят механическую очистку от грубых засоров в решетках и от минеральных веществ в песколовках. Для обеспечения требуемого режима работы SBRреактора сточные воды могут поступать предварительно в уравнительный (накопительный) резервуар, который может иметь мешалку и насос для подачи в реактор (рис. 2). ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 Рис.2: Насосная станция в накопительном резервуаре очистных сооружениях в г. Хайнувке. SBR-реактор (рис. 3) представляет собой емкостное сооружение круглой или прямоугольной формы с системой аэрации, мешалками, насосами откачки избыточного ила, устройством для отвода очищенных сточных вод (декантером) комплексом контрольно-измерительных датчиков и приборов. Рис. 3:SBR-реакторы на очистных сооружениях г. Сокулка Продолжительность фаз цикла очистки (от 4 до 8 часов) обеспечивается с помощью системы автоматизированного управления. Технологические и технические параметры процесса должны быть взаимоувязаны: объем SBRреакторов, количество и качественный состав загрязнений, их окисляемость, время контакта загрязнений с активным илом, седиментационные свойства активного ила и др. В первой фазе цикла к активному илу за короткое время добавляют исходные сточные воды. В этой фазе без аэрации и перемешивания происходит денитрификация и некоторая обратное растворение фосфора, что улучшает седиментационные свойства активного ила. Затем следует фаза перемешивания, которая служит для продолжения и окончания денитрификации. Во время фазы аэрации происходит удаление углерода, активность бактерий достигает максимума. Сточные воды не поступают в этой фазе и происходит чистый процесс нитрификации. Продолжительность этой фазы составляет приблизительно 50% всего цикла. На последующей фазе седиментации в статических условиях (все оборудование отключено) происходит разделение очищенных сточных вод от осадка посредством декантера, а осадок с помощью насоса направляют в илоуплотнитель. 1.2 Способы обработки осадков сточных вод [8] Осадки сточных вод – это суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (реагентной) очистки. Обезвреживание осадков сточных вод является острой проблемой крупных городов. По сравнению с очисткой сточных вод обработка осадков представляет значительно большую технологическую и экологическую сложность. Операции по обработке и утилизации осадков сточных вод затруднены из-за их различного состава и высокой влажности. Для обработки осадков сточных вод применяют следующие методы: ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 26 1) Уплотнение (сгущение) связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении удаляется в среднем 60% влаги, масса осадка при этом сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил. Для уплотнения применяют следующие методы. а) Гравитационный метод является наиболее распространенным, применяется для избыточного активного ила и сброженных осадков. Метод основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей применяются вертикальные и радиальные отстойники. Метод сам по себе малоэффективен, поэтому для интенсификации процесса применяют: – коагулирование (с помощью хлорного железа); – перемешивание (с помощью стержневых мешалок); – совместное уплотнение различных видов осадков; – термогравитационный метод (нагревание осадка до 80 – 90оС). б) Флотационный метод основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вместе с ними на поверхность (осадки предварительно смешивают с водой). Всплывшие частицы удаляются с помощью скребкового транспортера, на дне камеры устанавливается второй транспортер для удаления выпавшего осадка. в) Центробежный способ осуществляется в гидроциклонах, центрифугах, сепараторах различных конструкций. г) Вибрационный метод. д) Фильтрационный метод. 2) Стабилизация осадков проводится с использованием микроорганизмов двумя способами. а) Анаэробное сбраживание проводится в септиках, двухярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. б) Аэробная стабилизация осадков – это процесс окисления органических веществ аэробными микроорганизмами в присутствии кислорода воздуха. Метод применяется для активного ила или смеси осадков из первичных отстойников и активного ила. Для аэробной стабилизации осадков могут применяться любые емкостные сооружения (переоборудованные отстойники, аэротенки). Осадки в течение нескольких суток аэрируют воздухом. Использование метода возможно на станциях производительностью до 50 тыс. м3/сут. 3) Обезвоживание осадков – процесс снижения влаги до 70 – 80%. Различают два вида обезвоживания. а) Обезвоживание на иловых площадках. б) Механическое обезвоживание осадков является более совершенным методом. Оно осуществляется с использованием специальных установок: – вакуум-фильтров; – фильтр-прессов; – центрифуг и сепараторов. 4) Термическая сушка осадков – это процесс снижения влаги до 5 – 40%. Он является заключительным этапом для подготовки осадков к утилизации ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 27 или ликвидации путем сжигания. В процессе термической сушки происходит обеззараживание и уменьшение массы осадков. Осадки должны быть предварительно обезвожены механическим способом. Процесс осуществляется в сушилках барабанного типа или со встречными струями осадка и сушильного агента (теплоносителя). В качестве сушильного агента обычно используются топочные газы, горячий воздух, перегретый пар. Влажность осадков после сушки составляет 30–35%. Этот метод позволяет отказаться от строительства громоздких метантенков и иловых площадок. Однако он является экономически оправданным в том случае, если осадок затем используется в качестве удобрения, поскольку при этом сохраняются все органические вещества. 1.2.1 Центрифуги Центрифугирование – разделение фаз в поле центробежных сил. Основным достоинством метода центрифугирования осадков сточных вод является простота, экономичность и управляемость процессом [8]. Центрифугирование для очистки сточных вод используется реже, чем методы осаждения и фильтрования. Это связано с тем, что центрифугиро-вание является процессом энергоемким. В центрифугах поле центробежных сил обеспечивается за счет вращения корпуса. Центрифуги используются для удаления мелкодисперсных осадков из сточных вод. Применение центрифуг наиболее целесообразно и экономически оправдано в следующих случаях: – для локальной очистки производственных сточных вод, когда выделенный осадок представляет собой ценный продукт, предназначенный для дальнейшего использования; – при мелкодисперсном составе загрязнений в воде, когда для ее очистки не могут быть применены реагенты; – для сокращения площади, на которой размещают установку; – для обработки (обезвоживания) осадков сточных вод. Центрифуги бывают отстойные и фильтрующие. В процессах очистки сточных вод фильтрующие центрифуги используют для разделения грубодисперсных систем, отстойные – для разделения труднофильтрующих-ся тонко- и грубодисперсных суспензий, а также для классификации суспензий по размерам и плотности частиц [7]. Среди отстойных центрифуг для очистки сточных вод наибольшее распространение получили центрифуги типа ОГШ (осадительные горизонтальные со шнековой выгрузкой осадка). Схема центрифуги представлена на рисунке 1.11. Принцип работы центрифуги заключается в том, что обезвоживание осадков происходит в горизонтальном цилиндрическом барабане, снабжённом шнековым конвейером. Подаваемый в жидком виде осадок поступает в барабан через стационарную подающую трубу и плавно разгоняется входным ротором. Центробежные силы, величина которых может быть более 3000G, приводят к осаждению твёрдых частиц на стенке барабана. Конвейер вращается в том же направлении, что и барабан, но с другой скоростью, тем самым перемещая твёрдые частицы в коническую часть барабана, где за счёт создаЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 28 ния большого гидравлического давления происходит более полное обезвоживание осадка, который в виде сухого кека выгружается из центрифуги. Разделение происходит по всей длине цилиндрической части барабана, а очищенная жидкость выходит из барабана, перетекая через регулируемые сливные окна [6]. 1 2 3 11 4 5 7 6 10 8 9 Рисунок 1.11 – Схема устройства центрифуги шнекового типа: 1 – защитное устройство; 2 – редуктор; 3, 8 – опоры; 4 – кожух; 5 – шнек; 6 – цилиндроконический ротор; 7 – питающая труба; 9 – выгрузочные окна; 10 – камера для выгрузки осадка; 11 – камера для отвода фугата. 1.2.2 Илоуплотнители Уплотнители применяются в тexнoлoгии oбpaбoтки ocaдкoв пepeд coopужeниями oбeзвoживaния или cбpaживaния для уплoтнeния, умeньшeния в oбъeмe пoдaвaeмoй в ниx cмecи. Ocaдки, oчeнь cильнo paзбaвлeнныe пocлe oбpaбoтки вoды нa oчиcтныx coopужeнияx (coдepжaниe вoды oт 99 дo 99,8 %), уплoтняютcя дo влaжнocти 90–96 %, нo пpи этoм ocтaютcя жидкими, и, cлeдoвaтeльнo, coxpaняeтcя вoзмoжнocть иx пepeкaчивaния. Илoуплoтнитeли иcпoльзуют для уплoтнeния избытoчнoгo aктивнoгo илa aэpoтeнкoв, извлeкaeмoгo из cтoчнoй жидкocти вo втopичныx oтcтoйникax. Флoтaтopы для уплoтнeния избытoчнoгo aктивнoгo илa peкoмeндуeтcя пpимeнять в тexнoлoгичecкиx cxeмax oбpaбoтки ocaдкoв пepeд cбpaживaниeм в мeтaнтeнкax, пepeд тeплoвoй oбpaбoткoй и мexaничecким oбeзвoживaниeм. Пpeимущecтвo флoтaциoнныx уплoтнитeлeй, пo cpaвнeнию c гpaвитaциoнными, зaключaeтcя в cлeдующeм: – умeньшaeтcя oбъeм coopужeний для уплoтнeния aктивнoгo илa в peзультaтe coкpaщeния вpeмeни пpeбывaния вo флoтaтope, пo cpaвнeнию c нeoбxoдимым вpeмeнeм пpeбывaния в гpaвитaциoнныx уплoтнитeляx; – coкpaщaeтcя oбъeм избытoчнoгo aктивнoгo илa зa cчeт увeличeния кoнцeнтpaции дo 4–6 %, чтo в cвoю oчepeдь пpивoдит к coкpaщeнию зaтpaт нa пocлeдующую eгo oбpaбoтку [7]. 1.2.3 Метантенк Метантенк (рисунок 1.12) конструктивно представляет собой железобетонный или стальной вертикальный резервуар цилиндрической формы, диаметром от 10 до 24 м, с герметичным перекрытием и коническим днищем. В метантенках обычно сбраживают сырой осадок из первичных отстойников. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29 Для ускорения процесса брожения применяется подогрев ила при двух температурных режимах: – мезофильном (до 30–35оС); – термофильном (50–55оС). Время обработки составляет 10–20 суток, однако путем изменения параметров процесса его можно снизить до 4–7 суток. В процессе анаэробного сбраживания осадков образуется биогаз, который отводится из метантенка через специальное устройство, накапливается в газгольдерах, а затем применяется для бытовых и промышленных целей. Его можно направлять в котельные очистных сооружений для сжигания в качестве топлива [9]. 1 2 3 4 5 6 7 9 8 Рисунок 1.12 – Схема метантенка: 1 – газовый колпак для сбора газа; 2 – газопровод от газового колпака; 3 – пропеллерная мешалка; 4 – трубопровод для загрузки; 5 - трубопроводы для удаления иловой воды или выгрузки сброженного осадка с разных уровней; 6 – инжектор подачи острого пара для подогрева содержимого метантенка и перемешивания; 7 – трубопровод выгрузки суспензии твердофазных продуктов сбраживания (например, сброженного осадка); 8 – циркуляционная труба; 9 – трубопровод для опорожнения метантенка [8]. 1.2.4 Иловые площадки Обезвоживание на иловых площадках, которые представляют собой участки земли (карты) глубиной 0,7–1 м, окруженные со всех сторон земляными валиками и оборудованные системой дренажа. Их устраивают на естественном или искусственном основании. Часто используют песчаное основание, при этом слой песка является первичным дренирующим материалом. Ил напускается слоями толщиной 0,2–0,25 м. Осадок теряет влагу за счет испарения, большая часть влаги фильтруется через грунт. Дренажная система иловых площадок обычно включает: – верхний слойпеска высотой 15–23 см; – нижний слой гравия высотой 20–46 см [8]. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 30 Дренажные трубы используют керамические или пластмассовые. Осадок наливается в заданном количестве по отдельным площадкам (картам), где последовательно происходят процессы отделения части иловой воды (с ее сливом, либо дренированием), подсушка в результате испарения влаги, промораживание и оттаивание, с дополнительным отделением воды. Иловую воду после уплотнения направляют на очистные сооружения. Технически метод применим для сооружений практически любой производительности. Однако, в современных условиях он должен ограничиваться небольшими очистными сооружениями (до 15 тыс. ЭЧЖ). Для сооружений более высокой производительности метод должен применяться лишь в качестве резервного по отношению к механическому обезвоживанию, либо при условии вышеописанной многократной интенсификации. Метод требует больших площади, многократно превышающих промплощадку очистных сооружений, на которых образуется подсушиваемый осадок. В сухое жаркое время года подсушенный осадок может загораться подобно торфу [9]. 1.3 Обеззораживанеи хлором Обеззараживание сточных вод хлором и его соединениями При насыщении воды хлором образуется хлорная вода, которая обладает сильными окислительными свойствами. Взаимодействие хлора с водой протекает по реакции: Cl2+ H2O = HCl +HClO При этом образуется небольшое количество соляной и хлорноватистой кислот, т. к. равновесие реакции сильно сдвинуто влево. Равновесие реакции можно сдвинуть вправо (в сторону образования продуктов) при проведении процесса в щелочной среде и повышением температуры раствора. Хлорноватистая кислота – сильный окислитель. В щелочной среде или на свету она легко отдает кислород. Количество активного хлора, вводимого на единицу объема сточной воды, называют дозой хлора и выражают в г/м3. В зависимости от условий (категории водоема, степени очистки сточных вод и т. п.) для дезинфекции сточных вод необходимы разные дозы хлора. Согласно СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» дозу хлора для дезинфекции сточных вод принимают: · после механической очистки – 10 г/м3; после механический и химической очистки при эффективности отстаивания свыше 70% и неполной биологической очисти – 5 г/м3; · после полной биологической, физико-химической и глубокой очистки – 3 . г/м3. Фактически для полной очистки сточных вод обычно достаточно дозы хлора 2-5 г/м3. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 30 Для обеспечения бактерицидного эффекта хлора необходимо обеспечить хорошее смешение хлора с водой. Контакт хлора с водой должен составлять не менее 30 минут. Жидкий хлор на станции очистки воды поставляют в баллонах емкостью 20-50 л, на крупные очистные сооружения – в бочках или цистернах. Давление хлора в баллоне при 180С составляет 500 кПа. Количество остаточного хлора в обработанной воде должно составлять 0,5-1 г/м3. Установки для хлорирования Сооружения для хлорирования состоят из хлораторной, смесителя и контактного резервуара. Хлораторные установки размещают в отдельно стоящих зданиях. В хлораторной размещаются: расходный склад хлора, помещение для приготовления и дозирования хлора для приготовления хлорной воды. Хлораторы бывают напорными и вакуумными. Наиболее широкое распространение получили вакуумные хлораторы. Хлораторы имеют запорный вентиль, фильтр, редукционный клапан, снижающий давление до 20 кПа, манометры до и после редуктора, регулирующий вентиль. В дозаторной размещают рабочий и резервный хлораторы. Жидкий хлор из баллона испаряют в специальной емкости. Хлор-газ проходит через фильтр и поступает в хлоратор, где смешивается с водой. Полученная хлорная вода направляется в контактный резервуар для смешения со сточными водами. Контактные резервуары Для получения необходимого бактерицидного эффект смесь хлорной воды со сточной выдерживают в течение 20-30 минут в специальных контактных резервуарах (по конструкции схожи с вертикальными и горизонтальными отстойниками). При дезинфекции сточных вод хлором происходит коагуЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 30 ляция взвеси и ее осаждение в контактных резервуарах. Поэтому для предотвращения выноса из контактных резервуаров взвешенных веществ скорость движения воды в них принимается такой же, как и во вторичных отстойниках. В схемах с биофильтрами контактные резервуары устанавливают после вторичных отстойников из-за большого выноса взвешенных примесей. При дезинфекции жидким хлором объем осадка после механической очистки составляет 0,08 л на человека в сутки, после аэротенков – 0,03 л, после биофильтров – 0,05 л. Влажность осадка в среднем составляет 96%. Удаление осадка из контактных резервуаров осуществляют под гидростатическим давлением. Условия оптимальной работы резервуара достигаются при соотношении длины резервуара к ширине не менее 40:1. Это соотношение выдерживается в прямоугольных коридорных и кольцевых резервуарах. Дезинфекция хлорной известью и гипохлоритом натрия Для приготовления и дозирования раствора хлорной извести используют установку, состоящую из баков для растворения хлорной извести и приготовления концентрированного раствора, содержащего 10-15% активного хлора. Этот раствор пропускают через растворные баки, в которых его разбавляют до 2-3%. Этот раствор дозируют в смеситель для смешения со сточной водой. Оттуда сточная вода подается в контактный резервуар. Гипохлорит натрия получают электролизом раствора поваренной соли. В России серийно выпускаются непроточные электролизные установки ЭН с графитовыми электродами пропускной способностью до 100 кг/сут по активному хлору. Достаточная эффективность обеззараживания очищенной сточной воды гипохлоритом натрия наступает при его концентрации 1,5-3 3,5 мг/л (в зависимости от хлоропоглощаемости). Содержание остаточного хлора при этом составляет 0,3-0,5 мг/л. Эффективность обеззараживания зависит от температуры только при малых дозах гипохлорита. Продукты электролиза в некоторой степени способствуют ускорению процессов коагулирования и осаждения взвешенных веществ. 2 СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ 2.1 Краткая характеристика очистных сооружений канализации г. Копейск В настоящее время городские сточные воды г. Копейска проходят механическую очистку на решетках, песколовках и в первичных отстойниках. Крупные загрязнения задерживаются на решетках с ручным удалением отбросов, которые установлены в лотках перед песколовками и после них. Минеральные вещества задерживаются в двух песколовках с круговым движением воды. Осадок из песколовок перекачивается с помощью гидроэлеватора на две песковые площадки для обезвоживания. Площадки оборудованы вертикальным и горизонтальным дренажом. Дренажная вода поступает в первичные отстойники. Первичное отстаивание производится в 6 вертикальных отстойниках, отстойники круглые в плане, диаметром 7,0 м каждый (рис. 2.1). После первичного отстаивания стоки распределительными лотками разделяются на три потока. По первому лотку сточные воды из 4-х отстойников (с 1-ого по 4-й) в количестве 41 % от общего расхода направляются по распределительным лоткам в аэротенки. Биологическая очистка проводиться в аэротенках вытеснителях длиной 37,3 м и рабочей глубиной 3,15 м. Воздух для аэрации подается из воздуховодной станции. Аэраторы выполнены из пластмассовых труб. Из аэротенков вода поступает в 4 вторичных вертикальных отстойника первой очереди диаметром 7,0 м каждый, где происходит отстаивание, и затем очищенная вода направляется в контактные резервуары. По второму лотку сточные воды после первичного отстаивания в количестве 54 % направляются сразу в 4 четыре вторичных отстойника второй очереди (без биологической очистки). Диаметр отстойников 9,0 м каждый. После отстаивания стоки смешиваются со стоками, прошедшими биологическую очистку, и поступают в контактные резервуары. По третьему лотку стоки в количестве 5 % от общего расхода прошедшие только первичное отстаивание смешиваются с очищенными стоками из контактного резервуара и сбрасываются в оз. Курлады. Обеззараживание сбрасываемых сточных вод производится с помощью газообразного хлора. Хлорная вода подается в контактные резервуары. Осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил из вторичных отстойников подается в метантенки, где происходит мезофильное сбраживание последнего, после чего осадок направляется на иловые площадки для обезвоживания. Иловая вода после иловых площадок подается насосами в голову очистных сооружений на песколовку. В настоящее время иловые площадки занимают значительные площади, вывоз осадка с них в достаточных объемах не производится. Налажен приборный учет количества сточных вод, поступающих на ОСК. Расход измеряется с помощью лотка Вентури, выполненного в прямоугольном проводящем лотке, по которому сточные воды после песколовок поступают в первичные отстойники. Над лотком установлен прибор ЭХО-Р. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 53 Выпуск сточных вод ведется в мелководную часть озера. Выпуск очищенных сточных вод производится из контактных резервуаров по трубопроводу диаметром 600 мм. Сточные воды, прошедшие очистку только в первичных отстойниках, отводятся по трубопроводу диаметром 800 мм. Далее трубопроводы объединяются и одним общим выпуском сбрасываются в озеро. Водовыпускное устройство для транспортировки сточных вод к месту выпуска представляет собой канаву шириной 3 м и глубиной 1,5 м. Тип выпуска – береговой. Рисунок 2.1 – Схема существующих очистных сооружений сточных вод г. Копейск. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 54 3 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РЕКОНСТРУКЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С учетом высокой скорости возведения нового жилья в г. Копейске производительность новых очистных сооружений следует принять 55 тыс. м³/сут. Схема предлагаемых очистных сооружений представлена на рисунке 39. Она включает в себя следующие блоки: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. здание с решетками и песколовками; аэратенк с выделенными зонами; илоуплотнитель; метантенки; газгольдер; центрифуги; отстойники; УФ. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 55 Рисунок 3 – Схема предлагаемых очистных сооружений Для механической очистки сточных вод предлагается применять компактную комбинированную установку механической очистки, состоящую из ступенчатой решетки с шириной прозоров 5 мм, системы промывки отбросов от органики, системы обезвоживания и уплотнения отходов, аэрируемой песколовки. Далее поток направляется на аэратенк-вытеснитель, который необходим с целью удаления азота и фосфора до современных требований. Для достижения нормативных показателей предлагается в дополнение к аэратенкувытеснителю химическую очистку сточных вод путем введения коагулянта Ferix 3, используемого на ряде российских водоканалов [3]. От зоны дефосфотизации аэратенка образуется химический активный ил. Он направляется в флотационный илоуплотнитель, размещенный на базе вторичных отстойников 1 и 2 очереди, активный ил от мембранной зоны аэратенка-вытеснителя также направляем туда. Обработанный ил из илоуплотнителя, а также осадок из контактных резервуаров направляют в метантенки где происходит мезофильное сбраживание с образованием 4008,8 м3/сут биогаза. Образующийся в метантенках биогаз направляется в газгольдер и расходуется на нужды станции. Осадок, образующийся в метантенках, обезвоживается на центрифугах, после чего возможно производить его компостирование и использовать как удобрение в городском хозяйстве. Часть воды из аэратенков-вытеснителей, в объеме необходимом населению будет подвергаться обработке гипохлоритом натрия в контактных резервуарах и направляться на хозяйственные нужды населения. Невостребованная вода после аэратнеков-вытеснителей может без дополнительного обеззараживания сбрасываться в водоем. Иловая вода от илоуплотнителей, метантенков и центрифуг повторно направляется на очистку в аэратенки-вытеснители. Для решения проблемы осадков, которые в настоящее время размещены на иловых площадках, предлагается применять технологию геотубирования, которая успешно используется в г. Санкт-Петербурге [4]. Ее реализация позволит устранить неприятные запахи от складирования осадка; создать резервную систему обработки осадка на случай выхода из строя оборудования на комплексе обработки канализационных очистных сооружений; осуществить перераспределение складированного осадка, минимизировав территории площадью 10–15% от участка, занимаемого в настоящее время. ЮУрГУ – 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 37 4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 4.1 Расчет существующей станции очистных сооружений 4.1.1 Исходные данные для проектирования и требуемая эффективность очистки Существующие очистные сооружения проектированы на 17000 м3/сут. Средний секундный расход: qсред.сек. = qсред.сек. = Q ср.сут. 24 · 3600 (1) 18000 = 0,21м3 /с 24 · 3600 Максимальный часовой расход: qсред.час. = 720 м3 /ч Общий коэффициент неравномерности водоотведения 𝐾неравн. = 1,2. Тогда максимальный секундный расход: qмакс.сек. = qср · K неравн. = 0,2 · 1,2 = 0,24 м3 /с (2) Максимальный часовой расход: qмакс. = 864 м3 /ч Эффективность очистки сточной воды рассчитывается по формуле: Э= Сст.в − Сндс Сст.в (3) Таблица 4.1 – Эффективность очистки сточных вод Наименование Сст.в , мг/л Сндс , мг/л Эффективность, % Лист Лист Изм. Изм. Лист Лист № № докум. докум. Подпись Подпись Дата Дата ЮУрГУ– –ЕТ 18.03.02.2018.133-814-13 ПЗПЗ КПСЗ ЮУрГУ 05.03.06.16.1442-452-10 37 35 Взвешенные веще180.7 7.28 96.0 ства БПКполн 101.7 3 97.0 Азот аммонийный 98 0,5 99.0 NH4+ Азот нитратный 13.1 40 0 NO3 Азот нитритый 1.54 0.08 94.8 NO2Фосфор фосфатов 4.5 0,2 95.5 3PO4 Эффективность очистки сточной воды по всем показателям представлена в таблице 4.1. За проектные значения принимаем Сндс , Сст.в – исходная концентрация сточной воды. Определим эквивалентое число жителей 𝑁эчж , исходя из удельного водоотведения на одного жителя по взвешенным веществам. Nэчж = c · Q , nзагр (4) где nзагр = 65 г/сут – количество загрязняющих воду взвешенных веществ на одного жителя (принимается по табл. 25 [3]); Q = 18000 м3/сут – производительность ОСК; с = 180.7 мг/л – концентрация взвешенных веществ, поступающих на ОСК. Тогда по формуле (4): Nэчж = 180 · 18000 = 49847 чел 65 4.1.2 Решетки-дробилки Хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды самотеком по железобетонному коллектору поступают через приемную камеру в приемный резервуар. Приемный резервуар оборудован решетками-дробилками. Загрязненные решетки скребками очищают вручную. Загрязнения собирают в ведра с последующим складированием в контейнер. На станции установлены 2 решетки дробилки со следующими техническими характеристиками: Максимальная производительность – 421 м3/ч; Ширина щелевых отверстий – 11мм; Площадь щелевых отверстий – 0,119 м2 ; Диаметр барабана – 400 мм; Частота вращения – 32 мин−1 ; Скорость движения в прозорах – 1–1,2 м/с; Мощность электродвигателя – 0,8 кВт. ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 36 По формуле определяется скорость течения воды в щелевых отверстиях: 𝑣= qмакс.сек. , N·F (5) где qмакс.сек. – максимальный расход сточной воды, м3/с; N – число рабочих решеток дробилок, шт; F – суммарная площадь щелевых отверстий в барабане решеткидробилки, м2 . 0,21 𝑣= = 1.1 м/с 2 · 0,119 Это значение находится в допустимых пределах для выбранной марки решетки-дробилки (l–1,2 м/с). 4.1.3 Тангенциальные песколовки Средний часовой максимальный расход на очистную станцию qмакс.час = 850 м3/ч На станции установлены два отделения песколовки. Нагрузка на 1 м2 площади q0 = 110 м3 /м2 [13]. Площадь каждого отделения тангенциальной песколовки вычисляется по формуле: F= qмакс.час. , n · q0 (6) где F – площадь отделения песколовки в плане; qмакс.час – максимальный расход сточных вод; n – число отделений; 𝑞0 – нагрузка на песколовку по воде. Тогда по формуле (6): F= 850 = 3,86 м2 2 · 110 Диаметр каждого отделения должен быть: 4·F D=√ π (7) 4 · 3,86 𝐷=√ = 2,21 м 3,14 Глубина песколовки принята равной половине диаметра [13], т.е. ℎ1 = 1,12 м. Для накопления осадка служит конусное основание песколовки. Высота его h2 = √D2 − h12 = √2,212 − 1,122 = 1,91 м. ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 37 Объем конусной части расчитывается по формуле: Vконуса Vконуса π · D2 · h2 = 3·4 (8) 3,14 · 2,212 · 1,91 = = 2,43 м3 12 Задерживаемое количество песка в песколовках вычисляется исходя из расхода 0,02 л/(сут⋅чел), влажности 60 % и плотности 1,5 т/м3 [13]. Объем улавливаемого осадка за сутки равен: Vпеска в сут. = Vпеска в сут. = Nэчж · 0,02 1000 (9) 49847 · 0,02 = 0,996 м3 /сут 1000 Заполнение конусной части песколовки осадком происходит за период: t= Vконуса V t= (10) 2,43 = 2,43сут 0,996 4.1.4 Песковые площадки На станции 2 песковые площадки. Годовой объем песка, задерживаемого в песколовках: Wгод = 0,996 · 365 = 363,54 м3 /год Годовая нагрузка на площадку равна hгод =3 м3/(м2⋅год). По формуле рабочую площадь песковых площадок: Sр = Wгод hгод Sр = 364,54 = 121,18 м2 3 (11) По формуле рассчитывается общая площадь песковых площадок Sобщ: ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 38 Sобщ = 1,2 ∙ Sр = 1,2 · 121,18 = 145,42 м2 Объем дренажных вод: Vдр.вод = Vос · pп · 20 pв (12) (13) где 𝑉ос - объем осадка; pп – плотность песка, pп =1,5 т/м3 ; pв – плотность воды, pв = 1,0 т/м3 . Vдр.вод = 0,996 · 1,5 · 20 = 29,88 м3 /сут 1,0 4.1.5 Первичный отстойник Средняя скорость движения воды в отстойнике 𝑣 = 5 мм/с и глубина проточной части сооружения H1 = 4,2 м. Ширина отделения отстойника B1 = 9 м. Средняя скорость потока в пределах рабочей длины отстойника 𝑣 = 0,005 м/с. Условная гидравлическая крупность при Н1 = 4,2 м: 𝑢= 𝑢= H1 H n t1 · ( 1 ) h1 (14) 4,2 = 0,0010 м/с 4.2 0.33 2000 · ( ) 0.5 Требуемая продолжительность осветления воды в цилиндре высотой ℎ1 = 500 мм по таблице 4.2 [4] будет 𝑡1 = 2000 с. при концентрации взвешенных веществ 180.7 мг/л. В соответствии с рисунком 4.14 [4] n = 0.33. Длина отстойника L1 = 18 м. Концентрация взвешенных веществ и БПКполн после первичных отстойников очищается на 50 % и 24 % соответственно, тогда: Св.в = 180.7 ∙ 0,5 = 90,35 мг/л; БПКполн = 101.7 ∙ 0,76 = 77,29 мг/л. Общий объем проточной (рабочей) части сооружений: Vотст. = 4 · 9 · 4,2 · 19 = 2872 м3 Масса уловленного осадка: ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 39 Gсух = Gсух = С0 · Э · k · Q 1000 ∙ 1000 (15) 180,7 ∙ 0,5 ∙ 1,2 ∙ 18000 = 1,95 т⁄сут 1000 ∙ 1000 Количество выпавшего осадка в первичных отстойниках для бытовых сточных вод составляет 0,8 дм3 /сут на одного человека. При влажности Wос=95% и плотности рос= 1 т/м 3 объем осадка: Vос = 100 · Gсух (100 − Wос )pос (16) 100 · 1,84 = 36,8 м3 /сут (100 − 95) · 1 4.1.6 Расчёт аэротенков Аэротенк-смеситель без регенераторов, так как значение БПКполн < 150 мг/л. Доза активного ила a i 3 г/л, концентрация растворенного кислорода С о 3 мг/л. по таблицы 40 [13] назначаем константы, необходимые для расчета: – максимальную скорость окисления max 85 мг БПКполн/(гч); – константу, характеризующую свойства загрязнений K l 33 мг БПКполн/л; Vос = – константу, характеризующую влияние кислорода K O 0,625 мг O2/л; – коэффициент ингибирования 0,07 л/г; – зольность ила для городских сточных вод s =0,3; По формуле 3.8 [3] рассчитываем удельную скорость окисления: ρ = ρmax Lt · C 1 ( ) Lt · C + K t · C + K o · Lt 1 + φ · a (17) где Lt = 15 мг/л – БПКполн очищенных сточных вод. Тогда по формуле (17): ρ = 85 15 · 3 1 ( ) = 20,7 мг БПКполн /г · ч 15 · 3 + 33 · 3 + 0,625 · 15 1 + 0,07 · 3 По формуле 3.7 [3] продолжительность аэрации в аэротенке-смесителе: La − Lt 77,29 − 15 = = 1,43 ч ai · (1 − s) · p 3 · (1 − 0,3) · 20,7 Нагрузка на l г беззольного вещества ила в сутки: t= (18) ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 40 qил = qил = 24 · (La − Lt ) a · (1 − s) · t (19) 24 · (77,29 − 15) = 495,16 мг/(г · сут) 3 · (1 − 0,3) · 1,43 По таблице 3.1 [3] интерполяцией находим иловый индекс, который соответствует рассчитанной нагрузке на активный ил: Ji = 80 + (80 − 95) · (495 − 400) = 94,3 см3 /г (400 − 500) Степень рециркуляции активного ила по формуле 3.4 [4]: Ri = 3 = 0,39 1000 −3 94,3 На очистной станции установлены 4 отделения аэротенка-смесителя. Ширина коридора B2 = 9 м, рабочая глубина аэротенка H2 = 2,2 м, длина аэротенка L2 = 39 м. Вместимость аэротенка: Vаэр. = 4 · 2,2 · 39 · 9 = 3089 м3 Удельный расход воздуха D рассчитываем по формуле D= Z · (La − Lt ) , k1 · k 2 · n1 · n2 · (Cр − С) (20) где Z = 1.1 мг/мг – удельный расход кислорода воздуха, мг на мг снятой БПКполн . На станции установлен мелкопузырчатый аэратор из керамических фильтросных пластин, а отношение площади фильтросов к площади аэротенка f/F = 0,1. В этом случае коэффициент, учитывающий тип аэратора, k1 =1,47 (таблица 3.3 [3]), а коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора, k 2 = 1,54 (таблица 3.4 [3]). Подсчитаем коэффициент n1 , учитывающий температуру сточных вод: n1 = 1 + 0,02 · (Tср − 20), (21) где Tср = 21° – среднемесячная температура сточных вод за летний период. n2 – коэффициент качества сточных вод; для городских сточных вод n2 = 0,85 [3]. n1 = 1 + 0,02(21 − 20) = 1,02 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ 451 Растворимость кислорода воздуха в сточной воде определяется по формуле: ha Cр = (1 + (22) )C , 20,6 T где ℎ𝑎 = 4,3 м; 𝐶𝑇 = 8,84 мг/л при температуре 21 °С (см. таблице 3.5 [3]). Cр = (1 + 1,54 ) 8,84 = 9,5 мг/л 20,6 Тогда удельный расход воздуха D по формуле (20): D= 1.1 · (77,29 − 15) = 2,71 м3 /м3 1,47 · 2,64 · 1,02 · 0,85 · (9,5 − 2) Общий расход воздуха: Dобщ = Q · D = 18000 · 2,71 = 48780 м3 /сут (23) 4.1.7 Расчет вторичного горизонтального отстойника Рабочая глубина отстойной части H3 = 4,2 м, ширина отделения отстойника B3 = 9 м, длина отстойника L3 = 18 м. По формуле (4.49) [4] paccчитывается нагpузка воды на поверхность отстойника: 4,5 · 0,45 · 4,20,8 qssa = = 1,1 м3 /(м2 · ч) , 0,5−0.01·15 (0,1 · 94,3 · 3) где K set = 0,5 – коэффициент использования объема (по таблице 4.3 [4]); Количество отделений отстойников n=4. По формуле 4.50 [6] определяется площадь одного отделения отстойника после аэротенков: q 850 F= = = 193,2 м2 (24) n · qssa 4 · 1,1 По формуле 4.54 [4] рассчитываем количество осадка (активного ила) для отстойников после аэротенков: 18000 · (1000 · 3 − 15) = 10746 м3 /сут (100 − 99,5) · 1 · 104 По формуле 4.9 [4] рассчитываем вместимость приямка одного отстойника для сбора осадка: Q ос = 1 Wос = · (9 − 0,5) · (81 + 0,5 · 9 + 0,25) · tan 50= 144,77 м3 6 ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 42 По формуле 4.10 [4] стойника: находим период между выгрузками осадка из от- Т = 24 · 4 · 144,77 = 1,29ч 10746 Содержание взвешенных веществ в воде после аэротенков С0 = 90,35 мг/л. Содержание взвешенных веществ в осветленной воде С1 = 14 мг/л. Эффект осветления воды рассчитывается: Э= (С0 − С1 ) · 100 (90,35 − 14) · 100 = = 85 % С0 90,35 (25) Количество взвешенных веществ, уловленных вторичным отстойником: Свзвеш.вещест = 90,35 − 14 = 76,35 мг/л Масса уловленного осадка по формуле (15): Gсух = 76,35 ∙ 0,85 ∙ 1,2 ∙ 18000 = 1,40 т/сут 1000 ∙ 1000 Влажность осадка Wос = 95 %. Объем уловленного осадка отстойниками при плотности его ρ = 1 т/м3 по формуле (16): 100 ∙ 1,40 = 28м3 /сут (100 − 95)1 4.1.8 Расчет хлораторной установки Доза хлора для дезинфекции вод Дхл =3 г/м3 . Расход хлора за 1 ч при максимальном расходе: Vос = qхл. = Дхл · qмакс.час 850 =3· = 2,55 кг/ч 1000 1000 (26) Расход хлора в сутки: qсут 18000 кг =3· = 54 1000 1000 сут В хлораторной установлены два хлоратора. Один хлоратор рабочий, а другой – резервный. Определим, сколько баллонов-испарителей необходимо иметь для обеспечения полученной производительности в 1 ч: qхл.сут. = Дхл · nбал = qхл 2,55 = ≈ 4 штук, Sбал 0,7 (27) где 𝑆бал = 0,7 кг/ч – выход из одного баллона (таблица 5.1 [3]). На станции баллоны 40 л, содержащие 50 кг жидкого хлора. Всего за 1 сутки используется ≈ 1 баллон. Запас хлора будет достаточен для работы в течение 12: 1= 12 сут. Для обеспечения контакта хлора со сточной водой запроектирован контактный резервуар. Объем резервуаров: T 30 Vк.р = qмакс.час · = 850 · = 425 м3 , (28) 60 60 где T = 30 мин – продолжительность контакта хлора со сточной водой. 4.1.9 Расчет аэробного стабилизатора Общее суточное количество избыточного активного ила и сырого осадка по объему ∑ Vос= 36,8 + 28 = 64,8 м3/сут, по содержанию сухого вещества ∑Gсух = 1,95 + 1,4 = 3,35 т/сут . Среднее количество поступающего сухого вещества (с учетом распада): 𝑅 З (1 − )] = 100 100 30 27 = (1,4 + 1,95) [1 − (1 − )] = 1,38 т/сут 100 100 𝑃 = ∑𝐺сух [1 − (29) где R = 30 % – распад беззольного вещества; З = 27 % – средняя зольность поступающей смеси. Количество отделений n = 4, ширина аэробного стабилизатора B4 = 9 м, длина аэробного стабилизатора L4 = 12 м, рабочая глубина H4= 2,2 м. Расход смеси поступающей в уплотнитель определяем по формуле: P · 1000 1,38 ∙ 1000 = = 69 м3 /сут C1 20 Объем зоны уплотнения по формуле: Q1 = V3 = Q1 123,5 τ3 = 6 = 17,25 м3 , 24 24 (30) (31) где τ3 = 6 ч – время пребывания смеси в осадкоуплотнителе. Объем уплотненной смеси по формуле: 4𝑉3 (100 − 99,8) 4 ∙ 17,25 ∙ (100 − 99,8) = 100 − 𝑊см 100 − 97 3 = 4,6 м /сут, (32) Vуплот.осадка = где Wсм = 97 % – влажность уплотненной смеси. 4.1.10 Расчет иловых площадок ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 43 Производительность по осадку 8,24 м3/сут. Осадок поступает из аэробного стабилизатора. В соответствии со СНиП [13] принимают площадки на естественном основании без дренажа с нагрузкой 1,2 м3/м2 в год и климатическим коэффициентом К = 0,9. Расчетная нагрузка на иловые площадки, в соответствии с формулой: Нр = 2·К = 2·0,9 = 1,8 м3/м2 в год (33) Годовое количество осадка определяем: Q Г = Q ср сут · 365 = 8,24 ∙ 365 = 3007,6 м3 (34) Площадь одной карты рассчитывается по формуле, принимая залив на 1 карту 3х-суточного количества осадка: Q ср сут · τ 8,24 ∙ 3 = = 82,4 м2 (35) h1 0,3 На существующей станции расположено 8 иловых площадок. Общая площадь иловых площадок: Sобщ = 82,4 · 8 = 859,2 м2 . fр = 4.2 Расчет предлагаемых сооружений на станции 4.2.1 Исходные данные для проектирования и требуемая эффективность очистки Так как проектная производительность станции будет 18000 м3/сут, то средний секундный расход: qср.сек. = 18000 м3 /сут = 0.21 м3 /сек Максимальный секундный расход сточной воды 𝑞макс.сек. определяется по формуле (2): 𝑞макс.сек. = 0.21 · 1.2 = 0.252 м3 /сек Максимальный часовой расход: qмакс.час. = 850 м3/ч Эквивалентое число жителей, исходя из удельного водоотведения на одного жителя по БПК5 , рассчитывается по формуле: Nэчж = БПК5 · Q ср.сут. , 𝑛загр (36) где nзагр= 60 г/сут – количество загрязняющих воду БПК5 на одного жителя; Q ср.сут. = 18000 м3/сут – фактическая производительность ОСК; ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 44 БПК5 – биохимическое потребление кислорода, то есть количество кислорода, израсходованное за 5 суток в аэробных условиях на окисление органических веществ. И определяется по формуле: БПК5 = БПКполн 101,7 = = 84,75 1,2 1,2 (37) 84,75 · 18000 = 25425 чел. 60 Nэчж = 4.2.2 Решетки Для механической очистки предлагаю установить барабанную решетку HUBER ROTAMAT . Общая техническая информация решетки: Ширина прозоров – 6 мм; Диаметр барабана – 600 мм; Максимальная производительность – 7–192 тыс.м3 /сут; Промывка отбросов от органики; Обезвоживание отбросов до 45 % сухого вещества Удельное количество задерживаемых отбросов составляет: 25 л = 0,0015 л/ЭЧЖсут Nэчж (38) a · Nэчж 8 · 25425 = = 0,557 м3 /сут 1000 · 365 1000 · 365 (39) q= Отбросы с решеток: 𝑊= a = 8 л/год – количество отбросов на 1 человека в год [13]. При их плотности ρ = 750 кг/м3 масса загрязнений составляет: М = 0,557·0,75 = 0,42 т/сут Принимаем две барабанные решетки HUBER ROTAMAT. 4.2.3 Тангенциальные песколовки Для очистки сточных вод от минеральных, нерастворимых загрязнений в виде песка, примем одну песколовку, а нагрузку на 1 м2 площади 𝑞0 = 110 м3 /м2 в 1 ч [13]. Площадь отделения тангенциальной песколовки вычисляем по формуле (6): F= 500 = 4,54 м2 1 · 110 Диаметр каждого отделения по формуле (7): ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 45 4 · 4,54 D=√ = 2,4 м 3,14 Глубину песколовки принимаем равной половине диаметра [13], т.е. h1 = 1,2 м. Для накопления осадка служит конусное основание песколовки. Высота его h2 = √D2 − h12 = √2,42 − 1,22 = 2,08 м Объем конусной части рассчитывается по формуле (8): Vконуса 3,14 · 2,42 · 2,08 = = 3,13 м3 12 Задерживаемое количество песка в песколовках принимаем 0,02 л/(сут⋅чел) влажностью 60 % и плотностью 1,5 т/м3 [13]. Объем улавливаемого осадка за сутки будет равен по формуле (9): Vпеска в сут. = 25425 · 0,02 = 0,508 м3 1000 Заполнение конусной части песколовки осадком будет происходить за период по формуле (10): 3,13 t= = 7 сут 0,508 Согласно расчетам, размеры предлагаемой песколовки аналогичны размерам существующих песколовок. И с учетом большой производительности сточных вод, примем только одну песколовку рабочую, а вторую – резервную. 4.2.4 Расчет аэротенка-вытеснителя Расчету принимаем аэротенки-вытеснители без регенерации, так как БПКполн поступающих сточных вод La < 150 мг/л. Доза активного ила 𝑎𝑖 = 2,5 г/л, концентрация растворенного кислорода С = 3 мг/л. по табл. 40 [13] назначаем константы, необходимые для расчета: – максимальную скорость окисления pmax = 85 мг БПКполн/(гч); – константу, характеризующую свойства загрязнений K i = 33 мг БПКполн/л; – константу, характеризующую влияние кислорода K 0 = 0,625 мг O2/л; – коэффициент ингибирования φ = 0,07 л/г; – зольность ила для городских сточных вод s = 0,3; Определим степень рециркуляции активного ила по формуле, приняв для предварительного расчета иловый индекс J = 100 см3 /г и дозу ила a = 3 г/л: 2,5 𝑅= = 0,33 1000 − 2,5 100 ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 46 Подсчитаем БПКполн поступающих в аэротенк-вытеснитель сточных вод с учетом рециркуляционного расхода по формуле: L′a = (La + Lt · R) (101,3 + 15 · 0,33) = = 80 мг/л 1+R 1 + 0,33 (40) Продолжительность аэрации в аэротенках-вытеснителях вычисляется по формуле: t= 1+φ·a La · [(C0 + K 0 ) · (La − Lt ) + K i · C0 · ln ] · K r , pmax · C0 · a · (1 − s) Lt (41) где Kr – коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания; при полной биологической очистке до Lt = 15 мг/л Кr = 1,5. t= 1 + 0,07 · 2,5 80 · [(3 + 0,625) · (80 − 15) + 33 · 3 · ln ] · 1,5 85 · 3 · 2,5 · (1 − 0,3) 15 = 1,58 ч Объем аэротенка-вытеснителя с учетом рециркуляционного расхода по формуле: V = t · (1 + R) · qрасч.час. = 1,58 · (1 + 0,33) · 850 = 11786,19 м3 (42) Определим нагрузку на l г беззольного вещества ила в сутки: qил = 24 · (La − Lt ) 24 · (80 − 15) = = 470,16 мг/(г · сут) a · (1 − s) · t 3 · (1 − 0,3) · 1,58 (43) По табл. 3.2 [3] находим, что при полученном значении qил иловый индекс для городских сточных вод J = 90,5 см3 /г. При новом значении степень рециркуляции: 2,5 𝑅= = 0,3 1000 − 2,5 90,5 Уточним БПКполн поступающих в аэротенк сточных вод La, продолжительность аэрации t, объем аэротенка-вытеснителя и нагрузку на 1 г беззольного вещества ила: L′a = (La + Lt · R) (101,3 + 15 · 0,3) = = 81,4 мг/л 1+R 1 + 0,3 (44) ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 47 t= 1 + 0,07 · 2,5 81,4 · [(3 + 0,625) · (81,4 − 15) + 33 · 3 · ln ] · 1,5 85 · 3 · 2,5 · (1 − 0,3) 15 = 1,61 ч V = 1,61·(1+0,3)·850 = 1409.5 м3 Эти величины практически не отличаются от скорректированных величин J=100 см3 /г и R=0,33 и, следовательно, в дальнейшем уточнении расчетных параметров нет необходимости. По табл. 3.7 [3] подбираем 1секцию двухкоридорного аэротенкавытеснителя (типовой проект 902-2-195) с шириной каждого коридора 4,5 м, длиной 39 м, рабочей глубиной 3,2 м и объемом секции 1123 м3 Поскольку режим вытеснения в нашем случае не обеспечивается (соотношение длины коридоров аэротенка к ширине равно 17,3, что менее 30), необходимо осуществить секционирование коридоров. Принимаем в каждой секции аэротенка по шесть ячеек. Секционирование осуществляется установкой в коридорах аэротенков легких вертикальных перегородок с отверстиями в нижней части. Скорость движения иловой смеси в отверстиях перегородок принимается не менее 0,2 м/с. Принимаем пневматическую систему аэрации с мелкопузырчатыми аэраторами и по формуле (3.20) [3] определяем удельный расход воздуха D, приняв удельный расход кислорода воздуха Z=1,1 мг/мг. Коэффициент k 1, учитывающий тип аэратора, найдем по табл. 3.3; приняв отношение f/F=0,1, получим k1= 1,47. Коэффициент k2, зависящий от глубины погружения аэратора ha, находим go табл. 3.4 [3]. Принимаем аэраторы из фильтросных труб и при ℎ𝑎 = 𝐻 − 0,3 = 3,2 − 0,3 = 2,9 м находим 𝑘2 = 2,07. Температурный коэффициент n1 вычисляем по формуле (3.21) [3]: n1 = 1 + 0,02 · (Tср − 20) = 1 + 0,02 · (20 − 20) = 1 (45) Коэффициент качества воды для городских сточных вод n2=0,85. Растворимость кислорода в воде найдем по формуле: Ср = (1 + ha 2,9 ) · Сt = (1 + ) · 9,02 = 10,3 мг/л , 20,6 20,6 (46) где С𝑡 − растворимость кислорода воздуха в воде в зависимости от температуры и давления; принимается по табл. 3.5 [3]. Удельный расход воздуха D рассчитываем по формуле: ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 48 Z · (La − Lt ) 1.1 · (81,4 − 15) = = k1 · k 2 · n1 · n2 · (Cр − С) 1,47 · 2,07 · 1 · 0,85 · (10,3 − 3) = 3,86 м3 /м3 (47) D= По найденным значениям D и t вычисляем среднюю интенсивность аэрации по формуле: J=D· H 3,2 = 3,86 · = 7,7 м3 /(м2 · ч) t 1,61 (48) 4.2.5 Реагенты для химического удаления фосфора Остаточное значение фосфора фосфатов Р = 1 мг/л. Необходимо очистить до значения 0,2 мг/л. 𝑄𝑃 = (1 − 0,2) ∙ 18000 = 14400 г м3 = 14,40 кг/м3 На каждый килограмм фосфора необходимо 3 кг ила в сутки. 𝑄ил1 = 𝑄 ∙ 3 = 14,40 ∙ 3 = 43,2 кг сухого ила Также необходимо добавить железо в активный ил. При использовании реагентов следует предусматривать следующие соотношения для достижения концентрации фосфора фосфатов менее 1 мг/л с использованием железа – 2,7 кг железа/кг осажденного фосфора. Для получения концентраций фосфора фосфатов менее 0,5 мг/л необходимо увеличить указанное соотношение не менее, чем в два раза, менее 0,2 мг - не менее, чем в три раза. 𝑄𝐹𝑒 = 8,1 ∙ 3 = 24,3 кг/сут Добавляем реагент Ferix-3 (фирмы Kemira) в анаэробный реактор. Сульфаты железа Kemira – эффективные первичные коагулянты, основанные на трёхвалентном железе (Fe3+), отлично подходят для подготовки питьевой воды и обработки канализационных стоков, а также обработки осадков. Продукты предотвращают образование запаха устранением образования сульфида водорода. Содержание трёхвалентного железа в продукте – 19-21%. Продукты растворимы в воде до концентрации примерно 10% по железу (около 36% Fe2(SO4)3). Объем поставки сульфата железа Ferix-3, водный раствор, наливом в автоцистерне – 21 тонна (около 15м3). Поставки сульфата железа наливом осуществляются с завода-изготовителя ЗАО «Кемира Эко» в СанктПетербурге. 𝑄ил2 = 24,3/0,1 = 243 кг/сут ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 49 Дополнительный прирост избыточного активного ила следует принимать при улучшенном биологическом удалении фосфора - 3 кг сухого вещества/кг удаленного общего фосфора и 2,5 кг сухого вещества/кг добавленного железа 4.2.6 Вторичный горизонтальный отстойник Принимаем количество отделений отстойников n=2. По формуле (4.49) [4] paccчитывается нагpузка воды на поверхность отстойника: 4,5 · 0,45 · 4,20,8 𝑞𝑠𝑠𝑎 = = 1,98 м3 /(м2 · ч) , (0,1 · 94,3 · 3)0,5−0.01·15 По формуле (24) определяем площадь одного отделения отстойника после аэротенков: F= 500 2·1,98 = 126 м2 Принимаем ширину отделения Bset = 9 м. По формуле (4.51) [4] находим длину отстойника: Lset = 500 2·9 = 20 м По формуле 4.52 [4] рассчитываем полную строительную высоту отстойника: Н=3+0,5+0,2+0,5=4,2 м По формуле 4.54 [4] рассчитываем количество осадка (активного ила) для отстойников после аэротенков: Q ос = 18000 · (1000 · 3 − 15) = 10746 м3 /сут 4 (100 − 99,5) · 1 · 10 По формуле 4.9 [4] рассчитываем вместимость приямка одного отстойника для сбора осадка: 1 Wос = · (9 − 0,5) · (81 + 0,5 · 9 + 0,25) · tan 50= 144,77 м3 6 По формуле 4.10 [4] стойника: находим период между выгрузками осадка из от- Т=24·2·144,77/7164 = 0,97 ч Содержание взвешенных веществ в воде после аэротенков С0 = 180,7 мг/л. Допустимое содержание взвешенных веществ в осветленной воде С1 = 7,28 мг/л. Требуемый эффект осветления воды рассчитывается по формуле (25): (180,7 − 7,28) · 100 Э= = 96 % 180,7 ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 50 Количество взвешенных веществ, уловленных вторичным отстойником: Свзвеш.вещест = 180,7 − 7,28 = 173,42 мг/л Масса уловленного осадка по формуле (15): 𝐺сух = 173,42 ∙ 0,95 ∙ 1,2 ∙ 18000 = 3,55 т/сут 1000 ∙ 1000 Влажность осадка Wос = 99,7 %. Объем уловленного осадка отстойниками при плотности его ρ = 1 т/м3 по формуле (16): 100 ∙ 3,55 = 1183,4 м3 /сут (100 − 99,7)1 4.2.7 УФ-установки обеззараживания Для оббезараживания выбираем УФ-установку с параметрами, представленными в таблице 13. Таблица 4.2 – Параметры УФ-установки. Наи ПроПоДу Ма ГабаУ Блок меноизвотребл. патруб- сса, кг ритные Ф прование дительмощ ка, разме- датмывки ность, ность Мм ры, м чик 3 м /час Вт ОДВ 2000 2500 600 59 0,7х1,3 + + – 2000А 0 0 х2,2 Оборудование обеспечивает УФ дозу не менее 16 мДж/см2, средняя доза в оборудовании достигает 30 мДж/см2, при качестве обеззараживаемой воды: цветность – не более 35 град, содержание железа – не более 1 мг/л, мутность – не более 2 мг/л по каолину, коли-индекс – не более 10 000 КОЕ/литр. Ресурс бактерицидных УФ ламп – 12000 часов. Оборудование изготавливается из нержавеющей стали. Для разбавления используется промывная вода. Ресурс бактерицидных УФ ламп составляет 12000 часов. Периодичность их замены составит: 𝑉ос = 18000 = 2,04 года 365 · 24 т.е. каждых два года. Общее количество УФ ламп в 15 установках обеззараживания 2000 штук. Для одной промывки блока обеззараживания требуется 200 г щавелевой кислоты. Промывка производится каждые полгода. Для промывки 15 блоков обеззараживания затрачивается 6 кг щавелевой кислоты ежегодно. Лампы нужно время от времени заменять и промывать. 4.2.8 Расчет аэробного стабилизатора Общее суточное количество осадка ∑ 𝑉ос = 790,4 м3/сут, по содержанию сухого вещества ∑Gсух = 2,37 т/сут. 𝑛= ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 51 Среднее количество поступающего сухого вещества (с учетом распада): 𝑅 З ∙ (1 − )] = 100 100 30 27 = 2,37 ∙ [1 − ∙ (1 − )] = 1,85 т/сут, 100 100 𝑃 = ∑𝐺сух [1 − (49) где R = 30 % – распад беззольного вещества; З = 27 % – средняя зольность поступающей смеси. Количество отделений n = 2, ширина аэробного стабилизатора B4 = 9 м, длина аэробного стабилизатора L4 = 12 м, рабочая глубина H4= 2,2 м. Объем зоны уплотнения по формуле: 𝑉3 = ∑ Vос 790,4 𝜏3 = ∙ 6 = 197,6 м3 , 24 24 (50) где 𝜏3 = 6 ч – время пребывания смеси в осадкоуплотнителе. Объем уплотненной смеси: 4 ∙ 790,4 ∙ (100 − 99,8) = 210 м3 /сут, 100 − 97 где 𝑊см = 97 % – влажность уплотненной смеси. 4.2.9 Илоуплотнитель Максимальный приток избыточного активного ила: 𝑉уплот.осадка = 𝑄ил м3 = 210 = 8,75 м3 /ч сут Принимаем 1 илоуплотнитель вертикального типа. Согласно по таблице 58 [13] принимаем продолжительность уплотнения t = 10 ч, скорость v=0,07 мм/с. Высота проточной части по формуле: ℎ = 3,6 · 𝑣 · 𝑡 = 3,6 · 0,07 · 10 = 2,52 м Максимальный расход жидкости составит: (51) 97 − 95 м3 𝑞ж = 8,75 · = 1 100 − 95 ч Полезная площадь илоуплотнителя: Fпол = 1/ (0,07·3,6) = 4,0 м2 Площадь поперечного сечения центральной трубы равен: ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 52 53 𝑓тр = 𝑄ил 210,8 = = 0,58 м2 , 3600 · 𝑣тр 3600 · 0,1 (52) где 𝑣тр - скорость движения жидкости в вертикальной трубе, равная 0,1 м/с. Общая площадь илоуплотнителя: 𝐹общ = 4,0 + 0,58 = 4,58 Диаметр илоуплотнителя определяется по формуле, где n – число илоуплотнителей: 𝐷= √ 4 · 𝐹общ 4 · 422,41 = √ = 2,41 м 𝜋·𝑛 3,14 · 1 (53) Объем ила после уплотнения определяется по формуле 6.36 [3]: 100 − 97 𝑉 = 210,8 · = 126,48 м3 /сут 100 − 95 4.2.10 Центрифуга Исходя из заданного фактора разделения, по табл. 19 [4] находим центрифугу ОГШ-352К6 (диаметр ротора 𝐷𝑐𝑓 = 350 мм, длина ротора 𝐿𝑐𝑓 = 630 мм, и рассчитываем объем ванны ротора центрифуги: 2 𝑊𝑐𝑓 = 0,25 · 𝜋 · 𝐷𝑐𝑓 · 𝐿𝑐𝑓 = 0,25 · 3,14 · 0,123 · 0,63 = 0,06 м3 (54) Определяем ее объемную производительность по формуле (8.6) [4]: 𝑄𝑐𝑓 = 3600 · 0,06 · 0,4 = 2,16 м3 /ч 40 По формуле (8.7) [4] рассчитываем количество рабочих центрифуг: n = 15/2,16 ≈ 2 Количество фугата составляет: 110 м3 /сут ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 54 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном проекте проанализирована существующая схема очистки сточных вод г. Копейск и выявлены причины очистки сточных вод. Произведен расчет существующей и предлагаемой технологических схем. Предложен вариант реконструкции станции очистки сточных вод с применением технологии и глубокого удаления азота и фосфора. Реконструкция позволит снизить концентрации загрязняющих веществ до следующих значений: БПКполн – 2,8 мг/л; азот аммонийный – 0,25 мг/л; азот нитратов – 15,7 мг/л; фосфор фосфатов – 0,18 мг/л. Осадки, хранящиеся на иловых площадках, предлагается обезвоживать и уплотнять. ЮУрГУ – 18.03.02.18.133-434-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 54 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1.СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. М, 2012. 83 с. 2.Трунов П.В. Особенности процесса очистки сточных вод в погружных мембранных биореакторах // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.93. К.: Техніка, 2010. С.133 – 137. 4.Соловьева Е.А. Совершенствование технологии удаления азота и фосфора в комплексе по очистке сточных вод и обработке осадка: автореферат диссертации на соискание ученой степени. СПб, 2009. 15с. 5. Ткаченко Е.А. Методика определения основных технологических параметров сооружений систем водоснабжения и водоотведения, очистки сточных вод и обработки осадка, Москва , 2014. – 366 с. 6. Пугачев Е.А. Процессы и аппараты обработки осадков сточных вод. – Москва, 2010. – 208 с. 7. Методы инженерной защиты поверхностных вод от промышленных стоков. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. Москва, 2013 – 93 с. 8. Справочник наилучших эффективных технологий очистки стоков: Учебное пособие. – Москва, 2014 – 201 с. 9. Рублевская, О.Н. Технологии и методы обработки осадка сточных вод»Директор Дирекции систем водоотведения ГУП «Водоканал СанктПетербурга / О.Н. Рублевская // Чистая вода - 2010: материалы конференции, Екатеринбург, 2010 – с.15–20. 10. Анализ зарубежного опыта проектирования систем биологической очистки на канализационных очистных сооружениях. Астана, 2011- 12 с. 11. Аргель. Профессиональное оборудование для очистки воды. – http://www.vo-da.ru/ 12. СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. – М., 2012. – 83 с. 13. Рублевская О.Н. Технологии и методы обработки осадка сточных вод» Директор Дирекции систем водоотведения ГУП «Водоканал СанктПетербурга // Чистая вода – 2010: материалы конференции, Екатеринбург, 2010. С.15 – 20. 14. П.Р. Таубе, А.Г. Баранова. Химия и микробиология воды. Москва, 1983, 142 с. 15. Соловьева, Е.А. Совершенствование технологии удаления азота и фосфора в комплексе по очистке сточных вод и обработке осадка: автореферат диссертации на соискание ученой степени / Е.А. Соловьева. – СПб, 2009. – 15с. 16. Пугачев, Е.А. Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов компьютерных информационных технологий / Е.А. Пугачев, В.И. Алексеев, Т.Е. Винокурова. – АСВ, 2003. – 176 с. 17. Щеголькова Н.М., Малые водоканалы сегодня: подходы к проблемам Водоочистка – 2013. № 5 (65). с.68–71. ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18. Расширение и реконструкция канализационных очистных сооружений г. Шадринска производительностью 30 тыс. м3/сут. Положительное заключение государственной экспертизы, 2010. 19. Соловьева, Е.А. Совершенствование технологии удаления азота и фосфора в комплексе по очистке сточных вод и обработке осадка: автореферат диссертации на соискание ученой степени / Е.А. Соловьева. – СПб, 2009. – 15с. 20. Алексеев В.И., Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов компьютерных информационных технологий: учебное пособие / В.И. Алексеев, Т.Е. Винокуров, Е.А. Пугачев. – М.: АСВ, 2003. – 176 с. 21. Гофман, В.Р. Экономика природопользования: учебное пособие / В.Р. Гофман. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. – 102с ЮУрГУ 18.03.02.18.133-434-13 ПЗ КП Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист ПРИЛОЖЕНИЕ А Таблица А.1 – Динамика изменения концентрации взвешенных веществ в процессе очистки сточных вод. Дата Начальная конКонечная концентраНорматив. центрация. ция. С, мг/л. Неочищенные стоВыпуск в реку ки. Урал. С1 , мг/л. С2 , мг/л. 01.01.2013 174 11 7,28 01.02.2013 172 8 01.03.2013 172 10 01.04.2013 174 8 01.05.2013 168 10 01.06.2013 161.7 12 01.07.2013 167.4 10 01.08.2013 165 10 01.09.2013 160 10 01.10.2013 148 14 01.11.2013 162.3 10 01.12.2013 180.7 8 01.01.2014 160 8 01.02.2014 166 8 01.03.2014 180 10 01.04.2014 180 14 01.05.2014 130 10 01.06.2014 134.3 8 Максимум 180.7 14 С, мг/л 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Начальная концентрация Конечная концентрация 01.06.2014 01.05.2014 01.04.2014 01.03.2014 01.02.2014 01.01.2014 01.12.2013 01.11.2013 01.10.2013 01.09.2013 01.08.2013 01.07.2013 01.06.2013 01.05.2013 01.04.2013 01.03.2013 01.02.2013 01.01.2013 Норматив Рисунок A.1 – Диаграмма изменения концентрации взвешенных веществ в процессе очистки сточных вод. ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 57 Таблица A.2 – Динамика изменения концентрации фосфора фосфатов в процессе очистки сточных вод Дата Начальная конценКонечная концентра- Норматив. трация. ция. С, мг/л. Неочищенные стоки. Выпуск в реку Урал. С1 , мг/л. С2 , мг/л. 01.01.2013 3.5 3.1 0.2 01.02.2013 3.1 3.0 01.03.2013 3.1 3.1 01.04.2013 3.2 1.8 01.05.2013 4.0 1.7 01.06.2013 3.5 2.4 01.07.2013 3.3 1.9 01.08.2013 1.7 0.5 01.09.2013 3.438 1.608 01.10.2013 3.200 2.300 01.11.2013 3.379 2.931 01.12.2013 5.114 3.072 01.01.2014 3.183 2.797 01.02.2014 2.990 2.392 01.03.2014 4.546 3.448 01.04.2014 3.077 1.861 01.05.2014 3.098 1.98 01.06.2014 3.255 2.555 Максимум 4.546 3.448 С, мг/л 6 5 4 3 Начальная концентрация 2 Конечная концентрация 1 Норматив 01.06.2014 01.05.2014 01.04.2014 01.03.2014 01.02.2014 01.01.2014 01.12.2013 01.11.2013 01.10.2013 01.09.2013 01.08.2013 01.07.2013 01.06.2013 01.05.2013 01.04.2013 01.03.2013 01.02.2013 01.01.2013 0 Рисунок А.2 – Диаграмма изменения концентрации фосфора фосфатов в процессе очистки сточных вод ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 58 Таблица А.3 – Динамика изменения концентрации азота аммонийного в процессе очистки сточных вод Дата Начальная конценКонечная конценНорматив. трация. трация. С, мг/л. Неочищенные стоки. Выпуск в реку Урал. С1 , мг/л. С2 , мг/л. 01.01.2013 87.3 4.88 0.5 01.02.2013 59 3.1 01.03.2013 98 2.72 01.04.2013 94 3.6 01.05.2013 95 2.6 01.06.2013 77.8 4.435 01.07.2013 84.6 2.5 01.08.2013 88.2 2.9 01.09.2013 65.25 2.12 01.10.2013 55 2.8 01.11.2013 83.25 2.53 01.12.2013 88 3.825 01.01.2014 65 2.3 01.02.2014 49 0.7 01.03.2014 78.25 3.38 01.04.2014 91.87 2.72 01.05.2014 79.5 2.17 01.06.2014 85.75 2.48 Максимум 98 4.435 С, мг/л 120 100 80 60 Начальная концентрация 40 Конечная концентрация 20 Норматив 01.01.2013 01.02.2013 01.03.2013 01.04.2013 01.05.2013 01.06.2013 01.07.2013 01.08.2013 01.09.2013 01.10.2013 01.11.2013 01.12.2013 01.01.2014 01.02.2014 01.03.2014 01.04.2014 01.05.2014 01.06.2014 0 Рисунок А.3 – Диаграмма изменения концентрации иона аммония ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 59 Таблица А.4 – Динамика изменения концентрации нитритов в процессе очистки сточных вод Дата Начальная конКонечная конНорматив. центрация. центрация. С, мг/л. Неочищенные Выпуск в реку стоки. Урал. С1 , мг/л. С2 , мг/л. 01.01.2013 0.65 0.56 0.08 01.02.2013 0.33 0.77 01.03.2013 0.36 0.11 01.04.2013 1.19 0.13 01.05.2013 1.3 0.12 01.06.2013 0.62 0.56 01.07.2013 0.60 0.23 01.08.2013 0.17 0.14 01.09.2013 1.29 0.74 01.10.2013 0.69 0.2 01.11.2013 0.61 0.15 01.12.2013 0.46 0.2 01.01.2014 0.66 0.17 01.02.2014 0.59 0.16 01.03.2014 1.36 0.47 01.04.2014 1.19 0.14 01.05.2014 1.54 0.45 01.06.2014 0.93 0.24 Максимум 1.54 0.77 С, мг/л 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Начальная концентрация Конечная концентрация 01.06.2014 01.05.2014 01.04.2014 01.03.2014 01.02.2014 01.01.2014 01.12.2013 01.11.2013 01.10.2013 01.09.2013 01.08.2013 01.07.2013 01.06.2013 01.05.2013 01.04.2013 01.03.2013 01.02.2013 01.01.2013 Норматив Рисунок А.4 – Диаграмма изменения концентрации нитритов в процессе очистки сточных вод ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 60 Таблица А.5 – Динамика изменения БПКполн в процессе очистки сточных вод Дата Начальная конКонечная конНорматив. центрация. центрация. С, мг/л. Неочищенные Выпуск в реку стоки. Урал. С1 , мг/л. С2 , мг/л. 01.01.2013 53.5 2.9 3 01.02.2013 69 2.8 01.03.2013 61 2.4 01.04.2013 15 3.35 01.05.2013 37 5.64 01.06.2013 36.2 2 01.07.2013 70.4 2.9 01.08.2013 88.2 2.9 01.09.2013 52.5 3 01.10.2013 67 4 01.11.2013 49.2 3.4 01.12.2013 101.7 4.7 01.01.2014 71.5 2.7 01.02.2014 54 3.7 01.03.2014 94 3.2 01.04.2014 94 2.7 01.05.2014 92 3.5 01.06.2014 58 1.4 Максимум 101.7 5.64 С, мг/л 120 100 80 60 Начальная концентрация 40 Конечная концентрация 20 Норматив 01.06.2014 01.05.2014 01.04.2014 01.03.2014 01.02.2014 01.01.2014 01.12.2013 01.11.2013 01.10.2013 01.09.2013 01.08.2013 01.07.2013 01.06.2013 01.05.2013 01.04.2013 01.03.2013 01.02.2013 01.01.2013 0 Рисунок А.5 – Диаграмма изменения БПКполн в процессе очистки сточных вод ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 61 Таблица А.6 – Динамика изменения концентрации нитратов в процессе очистки сточных вод Дата Начальная конценКонечная концентраНорматив. трация. ция. С, мг/л. Неочищенные стоки. Выпуск в реку Урал. С1 , мг/л. С2 , мг/л. 01.01.2013 0.92 48.7 40 01.02.2013 0.6 48 01.03.2013 0.7 42.6 01.04.2013 2.3 47 01.05.2013 2.7 43 01.06.2013 2 41 01.07.2013 2.5 40 01.08.2013 13.1 31 01.09.2013 3.9 22 01.10.2013 3.8 20 01.11.2013 3 38 01.12.2013 1.1 49 01.01.2014 3.5 40 01.02.2014 5.1 37 01.03.2014 1.8 40 01.04.2014 0.76 42 01.05.2014 4.7 47 01.06.2014 5.5 38 Максимум 13.1 49 С, мг/л 60 50 40 30 Начальная концентрация 20 Конечная концентрация 10 Норматив 01.06.2014 01.05.2014 01.04.2014 01.03.2014 01.02.2014 01.01.2014 01.12.2013 01.11.2013 01.10.2013 01.09.2013 01.08.2013 01.07.2013 01.06.2013 01.05.2013 01.04.2013 01.03.2013 01.02.2013 01.01.2013 0 Рисунок А.6 – Диаграмма изменения концентрации нитратов в процессе очистки сточных вод ЮУрГУ – ЕТ 05.03.06.16.1442-452-10 ПЗ СЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 62
