Определение коэффициента смешения

Для определения необходимых требований по основным показателям необходимо знать значение коэффициента смешения сочных вод с водой водоема, куда будут сбрасываться очищенные сточные воды. При спуске сточных вод в проточные водоемы коэффициент смешения определяется по полуэмпирической зависимости:

= (6)

где - расход воды (при 95% обеспеченности) в створе реки у места выпуска, ;

q – расход сточных вод, ;

L – расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа по течению (фарватеру) реки, м, определяемое как расстояние до ближайшего пункта водопользования (), уменьшенное на 1 км:

= 15 м,

L = 15 – 1 =14 м,

= 14 – 2 = 12 м

α – коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смещения:

α = ξφ (7)

где ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод в водоем (при самотечном выпуске у берега ξ = 1, при выпуске в фарватере реки ξ = 1,5);

φ – коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния от места выпуска расчетного створа по фарватеру (L) к расстоянию между этими же пунктами по прямой ():

φ =

φ = = 1,17

E – коэффициент турбулентной диффузии, определяемый для равнинных рек по формуле:

E = = = 0,0057

тогда коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения будет равен:

α = 1,5 × 1,17 × = 0,56

Коэффициент смешения равен:

= = 0,051

 

 

Определение необходимой степени очистки сточных вод

Степень очистки сбрасываемых в водоем сточных вод определяется по количеству взвешенных веществ, допустимой величине БПК и количеству растворенного в водоеме кислорода.

Связь между санитарными требованиями к условиям выпуска сточных вод в водоемы и необходимой степенью очистки сточных вод перед спуском их в водоем выражается неравенством:

× q + × γ × ≤ (γ × + q) (9)

где - концентрация загрязнения сточных вод после очистки, мг/л;

- концентрация загрязнения в воде водоема выше выпуска, мг/л;

- предельно допустимая концентрация загрязнений в воде водоема, мг/л;

q – расход сточных вод, сбрасываемых в водоем, /с.

Из неравенства (9) концентрация вредных веществ, которая должна быть получена в результате очистки сточных вод определяется выражением:

≤ () + (10)

Степень необходимой очистки сточных вод определяется по формуле:

Э = × 100 % (11)

Допустимая концентрация взвешенных веществ в сбрасываемых сточных водах в соответствии с выражением (10) определяется по формуле:

= p () - (12)

где p – допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в воде водоема после сброса сточных вод (p = 0,75);

– содержание взвешенных веществ в водоеме до выпуска сточных вод, г/ .

= 0,75 × () – 0,2 = 2,53

Допустимая БПК сточных вод, подлежащих сбросу в водоем, рассчитывается на основании баланса биохимической потребности в кислороде смеси речной воды и сточных вод в расчетном створе по формуле:

= () + (13)

где и - константы скорости биохимического потребления кислорода сточной водой и речной водой соответственно;

- предельно допустимое значение смеси речной и сточной воды в расчетном створе, мг/л;

- воды в водоеме до места выпуска сточных вод, мг/л;

t – время движение сточных вод до расчетного створа, сут, которое можно выделить из соотношения:

t = (14)

t = = = 0,0002 сут

Тогда:

= + = 14,10

Степень необходимой очистки сточных вод:

= × 100 = 99,6 %,

= × 100 = 97,9 %.

Допустимая нагрузка сточных вод на водный объект по содержанию в нем растворенного кислорода определяется по следующей формуле:

= () – 10, (15)

где - содержание растворенного кислорода в воде водоема до выпуска сточных вод;

– минимальное допустимое содержание растворенного кислорода в воде водоема.

Необходимая степень очистки по БПК определяется по формуле (11), в которой в качестве принимается меньшее из значений БПК, вычисленных по формулам (13) и (15).

= (5,7– 0,4 × 3 - 4) – 10 = 54,6

Определение состава очистных сооружений в соответствии со

СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения».

Аэротенки

9.2.7.1 Аэротенки (непрерывно работающие сооружения аэробной биологической очистки со свободноплавающим илом) допускается применять как в виде отдельно расположенных сооружений, так и в виде комбинированных установок, где аэротенки совмещены с илоотделителями, либо другими сооружениями (аэротенки - отстойники, аэротенки - биофильтры, мембранные биореакторы и др.).

9.2.7.2 При БПК₅ поступающей в аэротенки сточной воды более 200 мг/л, а также при наличии в воде повышенных концентраций токсичных веществ при использовании аэротенков допускается предусматривать регенерацию активного ила, если это не противоречит применению технологии биологического удаления азота и фосфора.

9.2.7.3 Число секций аэротенков следует принимать не менее двух (все рабочие). Для станций очистки сточных вод производительностью до 100 м³/сут допускается одна секция аэротенка.

9.2.7.4 Рабочую глубину аэротенка рекомендуется принимать 3 - 6 м. Допускается использование большей глубины, включая башенные и шахтные аэротенки. При использовании коридорной конструкции аэротенка соотношение ширины коридора к рабочей глубине рекомендуется принимать в пределах от 0,5:1 до 2:1. В аэротенках не коридорной конструкции соотношение ширины и глубины рекомендуется определять исходя из гидродинамических и конструктивных соображений. Высоту борта аэротенка над поверхностью воды необходимо принимать не менее 0,5 м.

9.2.7.5 Для удаления соединений азота в аэротенках следует предусматривать специальные мероприятия, в том числе:

выделять отдельные зоны с аэрацией и без аэрации (аноксидные зоны), обеспечивая рециркуляцию в последние иловой смеси (и/или возвратного ила), содержащей нитраты, образованные в аэробных зонах;

обеспечивать периодическое чередование аэробных и аноксидных условий;

обеспечивать необходимые окислительно-восстановительные условия путем поддержания оптимальной концентрации растворенного кислорода;

концентрацию растворенного кислорода для одновременного протекания аноксидных и аэробных процессов.

9.2.7.6 В аноксидных зонах (либо при аноксидных условиях) следует обеспечивать перемешивание для предотвращения осаждения активного ила. Перемешивание рекомендуется осуществлять электромеханическими мешалками. Допускается при обосновании осуществлять перемешивание воздухом, обеспечив минимальное растворение в иловой смеси кислорода воздуха, либо рециркулирующего газа, а также с помощью пневмомеханических, гидравлических и других подобных устройств. Допускается осуществлять перемешивание путем создания в двух и более коридорах аэротенка продольного циркуляционного потока со скоростью, достаточной для поддержания ила во взвешенном состоянии.

Рециркуляцию иловой смеси между зонами, необходимую для реализации выбранной технологической схемы, допускается осуществлять погружными низконапорными насосами, обеспечивающими минимально необходимый напор. При малых расходах рециклов (менее 50 м³/ч) для рециркуляции из аэробной зоны допускается использование эрлифтов.

9.2.7.7 Для осуществления процесса улучшенного биологического удаления фосфора следует организовывать в аэротенках анаэробные зоны, в дополнение к аноксидным и аэробным, обеспечивая в них наименьшее содержание не только растворенного кислорода, но и нитратов, также принимать меры по предотвращению избыточного растворения кислорода в сточной воде, поступающей на такие сооружения, избегая значительных перепадов потока на водосливах, столкновений потоков и т.п. Биологическое удаление фосфора рекомендуется предусматривать совместно с биологическим удалением азота.

При использовании технологий совместного биологического удаления азота и фосфора объемы анаэробной, аноксидной и аэробной зон (либо периоды с аноксидными и аэробными условиями), а также конфигурацию расположения зон рекомендуется определять при помощи методов математического моделирования.

9.2.7.8 При расчете аэротенков в качестве расчетного расхода допускается принимать среднечасовое поступление сточной воды в часы максимального притока за период ее обработки.

Расход циркулирующего активного ила при расчете рабочего объема аэротенков не учитывается.

9.2.7.9 При расчете аэротенков следует определять, как минимум:

для всех типов технологий - время нахождения сточной жидкости в различных технологических зонах и объемы этих зон, расходы технологических рециклов, необходимое количество кислорода и расход воздуха с учетом характеристик используемой аэрационной системы, прирост избыточного активного ила;

для всех технологий, предусматривающих окисление аммонийного азота - аэробный возраст ила (отношение массы сухого вещества ила в аэрируемых зонах к ежесуточной массе сухого вещества выводимого избыточного ила);

для технологий биологического удаления фосфора - предельную эффективность этого процесса для данной сточной воды и расчетного возраста ила.

9.2.7.10 Необходимо обеспечивать возраст ила, достаточный для надежного протекания процесса нитрификации. При расчетной концентрации азота аммонийного после аэротенков менее 0,5 мг/л аэробный возраст ила рекомендуется принимать не менее 8 сут или уточнять методом математического моделирования, или экспериментально.

9.2.7.11 При расположении зон с различным кислородным режимом (анаэробным, аноксидным, аэробным) в пределах одного коридора (без применения продольных циркуляционных потоков) рекомендуется разделять зоны друг от друга перегородками с проемами, обеспечивающими прохождение потока иловой смеси и всплывающих веществ к концу аэротенка, а также позволяющими осуществлять беспрепятственное опорожнение всех зон.

В конце открытых каналов, отводящих иловую смесь на вторичные отстойники, рекомендуется предусматривать устройства по сбору и удалению пены, которая может образовываться на поверхности аэротенков.

9.2.7.12 Тип аэраторов в аэротенках следует выбирать с учетом технико-экономических характеристик (в том числе с учетом затрат электроэнергии на аэрацию) и надежности.

9.2.7.13 Расход воздуха, требуемый для очистки сточных вод в аэротенках при использовании пневматической аэрации, следует принимать по расчету на основании потребности процесса в кислороде при необходимой эффективности удаления загрязняющих веществ, используемой технологии, удельной эффективности растворения кислорода воздуха используемыми аэраторами, глубины аэротенка, температуры сточных вод, коэффициента качества сточных вод (альфа-фактор), с учетом соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка, минимально допустимого расхода на перемешивание. Количество используемых аэраторов необходимо определять расчетом по данным производителей с учетом зависимости эффективности растворения кислорода от нагрузки на аэраторы.

Оборудование для механической и пневмомеханической аэрации подбирать по данным организаций-производителей и проектных организаций.

9.2.7.14 При определении расчетной потребности сооружений биологической очистки в кислороде следует учитывать потребление кислорода на окисление органических веществ и соединений азота (аммонийного и органического), с учетом использования кислорода нитратов и коэффициента часовой неравномерности поступления сточных вод.

9.2.7.15 В качестве воздухоподающего оборудования допускается применять воздуходувки, газодувки и нагнетатели, струйные аэраторы, механические и пневмомеханические аэраторы. Рабочее давление воздухоподающего оборудования нагнетательного типа следует принимать в соответствии с заглублением аэраторов, потерями напора в коммуникациях и аэраторах (с учетом их сопротивления на конец расчетного срока службы), а также с учетом сезонных и климатических факторов, влияющих на физические свойства воздуха.

При использовании технологий биологического удаления азота и фосфора рекомендуется предусматривать гибкое, либо ступенчатое управление системой подачи воздуха в аэротенки с использованием средств автоматизации.

Коллекторы и сети

12.4.2.1 Ожидаемые деформации земной поверхности для проектирования защиты безнапорных трубопроводов канализации должны быть заданы:

на площадях с известным на момент разработки проекта положением горных выработок - от проведения заданных очистных выработок;

на площадях, где планы проведения выработок неизвестны, - от условно задаваемых выработок по одному наиболее мощному из намечаемых к отработке пластов или выработок на одном горизонте;

в местах пересечений трубопроводами границ шахтных полей, охранных целиков и линий выхода на поверхность тектонических нарушений - суммарными от выработок в пластах, намечаемых к отработке в ближайшие 5 лет.

При определении объемов мероприятий по защите необходимо принимать максимальные значения ожидаемых деформаций с учетом коэффициента перегрузки согласно СП 21.13330.

12.4.2.2 Для безнапорной канализации допускается применять керамические, железобетонные, хризотилцементные и пластмассовые трубы, а также железобетонные лотки или каналы.

Выбор типа труб необходимо производить в зависимости от состава сточных вод и горно-геологических условий строительной площадки или трассы трубопровода.

12.4.2.3 Для сохранения безнапорного режима в трубопроводе уклоны участков при проектировании продольного профиля необходимо назначать с учетом расчетных неравномерных оседаний (наклонов) земной поверхности исходя из условия

(29)

где i_p - необходимый для сохранения безнапорного режима работы строительный уклон трубопровода;

- наименьший допустимый уклон трубопровода при расчетномнаполнении;

i_gr - расчетные наклоны земной поверхности на участке трубопровода, принимаемые согласно 12.4.2.3.

12.4.2.4 При невозможности обеспечить необходимый уклон безнапорного трубопровода, например, по условиям рельефа местности или в условиях заданной разности отметок начальной и конечной точек проектируемого трубопровода, а также у границ шахтных полей, охранных целиков и тектонических нарушений:

трассу трубопровода следует предусматривать в направлении больших уклонов или в зоне меньших ожидаемых наклонов земной поверхности;

увеличить диаметр трубопровода;

уменьшить расчетное наполнение трубопровода;

предусматривать станции перекачки сточных вод в тот же или другой трубопровод за пределами зоны неблагоприятных наклонов земной поверхности.

Станции перекачки сточных вод необходимо сооружать при строительстве трубопровода, если горные работы намечены на ближайшие 5 лет, и непосредственно перед горными работами при более поздних сроках их осуществления.

12.4.2.5 Стыковые соединения труб следует предусматривать податливыми, работающими как компенсаторы, за счет применения эластичных заделок.

Условие, при котором сохраняется герметичность стыковых соединений безнапорного трубопровода, определяется выражением

Δ_lim  Δ _k + Δ _s, (30)

где Δ_lim - допускаемая (нормативная) осевая компенсационная способность податливого стыкового соединения труб, принимаемая для труб, см:

керамических - 4;

железобетонных раструбных - 5;

хризотил цементных муфтовых - 6;

Δ _k - необходимая осевая компенсационная способность стыка, см, определяемая расчетом в зависимости от ожидаемых деформаций земной поверхности и геометрических размеров принимаемых труб;

Δ _s - величина оставляемого при строительстве зазора между концами труб в стыке, принимаемая в размере не менее 20 % значения Δ_lim.

12.4.2.6 Несущая способность поперечного сечения трубы при растяжении Р_р должна удовлетворять условию:

Р_p  Р_Е + Р_i,(31)

где Р_е - максимальное продольное усилие в отдельной секции трубы, вызываемое горизонтальными деформациями грунта;

P_i - максимальное продольное усилие в отдельной секции трубы, вызываемое появлением уступа на земной поверхности.

При несоблюдении условий (30) и (31) необходимо:

применить трубы меньшей длины или другого типа;

изменить трассу трубопровода, проложив ее в зоне меньших ожидаемых деформаций земной поверхности;

повысить несущую способность трубопровода устройством в его основании железобетонной постели (ложа) с разрезкой на секции податливыми швами.

12.4.2.7 Разность отметок входного и выходного колодцев дюкера следует назначать с учетом неравномерных оседаний земной поверхности, вызываемых проведением очистных горных выработок.

12.4.2.8 Расстояние между канализационными колодцами на прямолинейных участках трубопроводов канализации в условиях подрабатываемых территорий необходимо принимать не более 50 м.

12.4.2.9 При необходимости пересечения трубопроводом канализации площадей, где возможно образование локальных трещин с уступами или провалов, следует предусматривать напорные участки и надземную ее прокладку.