Материал: Белов БЖД

Бытовые сточные воды, образующиеся в раковинах, санитарных узлах, душевых и тому подобном, содержат крупные примеси (остатки пищи, тряпки, песок, фекалии и т.п.); примеси органического и минерального происхождения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях; различные, в том числе болезнетворные бактерии. Концентрация указанных примесей в бытовых сточных водах зависит от степени их разбавления водопроводной водой.

Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имеющихся на поверхности грунтов, на крышах и стенах зданий и т.п. Основными примесями поверхностных сточных вод являются механические частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические стружки, пыль, сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, используемые в двигателях транспортных средств).

При выборе схемы станции очистки и технологического оборудования необходимо знать расход сточных вод и концентрацию содержащихся в них примесей, а также допустимый состав сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Допустимый состав сточных вод рассчитывают с учетом «Правил охраны поверхностных вод». Эти правила предназначены для предупреждения избыточного загрязнения сточными водами водных объектов. Правила устанавливают нормы на ПДК веществ, состав и свойства воды водоемов.

Расчет допустимой концентрации примесей в сточных водах, сбрасываемых в водоемы, проводят в зависимости от преобладающего вида примесей сточных вод и характеристик водоема.

При преобладающем содержании взвешенных веществ их допустимая концентрация в очищенных сточных водах

Со≤Св+nПДК,

где Св– концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м³,п –кратность разбавления сточных вод в воде водоема, характеризующая часть расхода воды водоема, участвующую в процессе перемешивания и разбавления сточных вод; ПДК – предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в воде водоема, кг/м³.

При преобладающем содержании растворенных веществ допустимая концентрация каждого из них в очищенных сточных водах

Соi≤n(Cmi-Cвi)+Свi

где Свi–концентрацияi-го вещества в воде водоема до сброса в него сточных вод, кг/м ; С_mi–максимально допустимая концентрация того же вещества в воде водоема с учетом максимальных концентраций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе лимитирующих показателей вредности, кг/м³:

Кратность разбавления сточных вод в воде водоема

n=(Со-Св)/(С-Св),

где Со– концентрация загрязняющих веществ в сбрасываемых сточных водах, кг/м³; Сви С –концентрации тех же веществ в воде водоема до и после сброса в них сточных вод, кг/м³.

Для водоемов с направленным течением кратность разбавления

n=(Qв+mQp)Qв,

где Qв–объемный расход сточных вод, сбрасываемых в водоем с объемным расходомQр, м³/4;т –коэффициент смешения, показывающий долю расхода воды водоема, участвующей в процессе смешения:

где

–коэффициент, характеризующий гидравлические условия смешения, м^1/3;ψ– коэффициент,.характеризующий месторасположение выпуска сточных вод (для берегового выпуска (φ = 1; для выпуска в сечении руслаψ= 1,5); (φ =L/Ln –коэффициент извилистости русла;L –длина русла реки от сечения выпуска до расчетного створа,M,Ln –расстояние между этими же параллельными сечениями в нормальном направлении, м;DТ–коэффициент турбулентной диффузии в водоеме, м²/c;DT=gHWMCш (g–ускорение свободного падения, м/с²; Н–средняя глубина водоема по длине смешения, м;W–средняя по сечению водоема скорость течения на расстоянииLот места выпуска сточных вод, м/с; Сш=40...44 м^0,5/с–коэффициент Шези [6.8];М– функция коэффициента Шези, равная 22,3).

Условия смешения сточных вод с водой озер и водохранилищ существенно отличаются от условий их смешения в реках и каналах. Концентрация примесей сточных вод в начальной зоне смешения уменьшается более существенно, однако, полное их перемешивание происходит на значительно больших расстояниях от места выпуска, чем в реках и каналах. Расчет разбавления сточных вод в озерах и водохранилищах проводят в соответствии с [6.8].

6.4. Средства защиты гидросферы

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очищенных сточных водах. При этом необходимо иметь в виду, что требуемые эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточных вод. С этой целью применяют усреднение концентрации примесей или расхода сточных вод, а в отдельных случаях и по обоим показателям одновременно. Для этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители,выбор и расчет которых зависит от параметров изменяющихся по времени сбросов сточных вод. Выбор объема усреднителя концентрации примесей сточной воды зависит от коэффициента подавленияkn=(Cmax-Ccp)(Cд-Сср), где Сmах– максимальная концентрация примесей в сточной воде, кг/м³; Сcр– средняя концентрация примесей в сточной воде на входе в очистные сооружения, кг/м³; Сд–допустимая концентрация примесей в сточной воде, при которой обеспечивается нормальная эксплуатация очистных сооружений, кг/м³.

При kn≥5 объем усреднителя (м³)

V=kпΔQτ3,

где ΔQ–превышение расхода сточной воды при переменном сбросе, м^3/с;τз – продолжительность переменного сброса, с; приkn < 5V =ΔQτ3/ln[kп/(kп-1)].

После расчета объема усреднителя выбирают необходимое число секций, исходя из условия ΔQh/V≤. Wд,гдеh–высота секции усреднителя, м;Wд= 0,0025 м/с –допустимая скорость движения сточной воды в усреднителе.

В соответствии с видами процессов, реализуемых при очистке, целесообразно [6.5] существующие методы классифицировать на механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка.Для очистки сточных вод от взвешенных веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. В вертикальных или наклонных решетках,ширина прозоров .обычно составляет 15...20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверхности решеток используют ручную или механическую очистку. Последующая обработка удаленного осадка требует дополнительных затрат и ухудшает санитарно-гигиенические условия в помещении. Эти недостатки устраняются при использовании решеток-дробилок, которые улавливают крупные взвешенные вещества и измельчают их до 10 мм и менее. В настоящее время используют несколько типоразмеров таких решеток, например, РД-200 производительностью 60 мЭ/ч и диаметром сетчатого барабана 200 мм.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод целлюлозно-бумажных и текстильных предприятий используют валокноуловители, например с использованием перфорированных дисков или в виде движущихся сеток с нанесенным на них слоем волокнистой массы.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках и жироуловителях. Для расчета этих очистных устройств необходимо знать скорость свободного осаждения (всплывания) примесей (м/с)

Wo=gd²₄(P4-PB)/(18m),

где g–ускорение свободного падения, м/с²;d4,–средний диаметр частиц, м; рч и рв –плотности частицы и воды, кг/м³;m–динамическая вязкость воды. Па/с.

Песколовкииспользуют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размером более 0,25 мм.В зависимости от направления движения сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые. На рис. 6.15 показана схема горизонтальной песколовки, ее длина (м)

L=αhW/Wo

где W–скорость движения воды в песколовке,W=0,15. ..0,3 м/с; α – коэффициент, учитывающий влияние возможной турбулентности и неравномерности скоростей движения сточной воды в песколовке α=1,3...1,7.

Рабочую глубину песколовки hвыбирают из условияh/W≤τпр, гдеτпр–время пребывания воды в песколовке,τпр= 30...100 с. Ширина песколовки (м)

где Q –расход сточной воды, мУс;п –число секций в песколовке.

Отстойникииспользуют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов. В зависимости от направления движения потока сточной воды применяют горизонтальные, радиальные или комбинированные отстойники. При расчете отстойников определяют, как правило, его длину и высоту. Существуют различные методики расчета длины отстойников. На рис. 6.16 представлена расчетная схема горизонтального отстойника [6.5]. В первой зоне длинойl1(м) имеет место неравномерное распределение скоростей по глубине отстойника

где Н–рабочая высота отстойника, м;hо=0,25H–высота движущегося слоя сточной воды в начале отстойника, м; β = (0,018...0,02)Wx;Wx –горизонтальная составляющая скорости движения воды, м/с.

Во второй зоне длиной l2(м) скорость потока сточной воды постоянна. В этой зоне основная часть примесей должна осесть (всплыть) в иловую часть (на поверхность) отстойника, поэтому

Рис 6.15. Схема горизонтальной

песколовки.

1 – входной патрубок; 2– корпус песколовки;3–шламосборник;4–выходной патрубок

где h1– максимально возможная высота подъема частицы в первой зоне, м. В третьей зоне длинойl3(м) скорость потока увеличивается и условия осаждения частиц ухудшаются

l3=H/tgα,

где α –угол сужения потока воды в выходной части отстойника; α =25…30˚.

Для расчета общей длины отстойника l=l1+l2+l3 задают расход сточной воды и размеры поперечного сечения отстойника.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Открытые гидроциклоныприменяют для выделения из сточной воды крупных твердых примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Такие гидроциклоны имеют большую производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 м. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от состава примесей (материала, размера, формы частиц и др), а также от конструктивных и геометрических характеристик гидроциклона

Открытый гидроциклон (рис. 6.17) состоит из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, патрубка 3для отвода очищенной воды и шламоотводящей трубы4.Существуют открытые гидроциклоны с нижним отводом очищенной воды, а также гидроциклоны с внутренней цилиндрической перегородкой.

Производительность (м³/с) открытого гидроциклонаQ= 0,785qD², гдеq– удельный расход воды; для гидроциклона с внутренней цилиндрической перегородкойq=7,15wo(wo–скорость свободного осаждения частиц в воде, м/с);D – диаметр цилиндрической части гидроциклона, м.

Конструктивная схема напорного гидроциклона аналогична схеме циклона для очистки газов от твердых частиц. Производительность напорного гидроциклона