Механическая очистка сточных вод


А. Г. ГУДКОВ






                МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД




    Учебное пособие

Второе издание, переработанное и дополненное









Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2019

УДК628.33
ББК38.761.2

    Г93


Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. кафедры водоснабжения и водоотведения ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ) Говорова Ж. М.; канд. техн. наук, инженер-инспектор Инспекции строительного контроля РУЗКС ЗВО Министерства обороны РФ Приемышев Ю. Р.







    Гудков, А. Г.
Г93 Механическая очистка сточных вод : учебное пособие / А.Г. Гудков. -2-е изд., перераб. и доп. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. -188 с.
       ISBN 978-5-9729-0311-5

        Рассмотрены вопросы проектирования и расчета основных сооружений механической очистки бытовых, производственных и поверхностных сточных вод. Приведены подробные примеры расчета распространенных очистных конструкций.
        Для студентов, обучающихся по направлениям высшего образования «Строительство» и «Водоснабжение и водоотведение», а также для аспирантов и инженерно-технических специалистов.


УДК 628.33
ББК38.761.2









ISBN 978-5-9729-0311-5 © Гудков А. Г., 2019
                        © Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
                        © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019

  ВВЕДЕНИЕ


    Очистка сточной воды от содержащихся в ней загрязнений, как правило, проводится в несколько стадий. Общим принципом последовательности расположения очистных сооружений на канализационной станции очистки является удаление из сточной воды загрязнений по их уменьшающейся крупности.
    В схеме очистной станции сооружения механической очистки могут располагаться как до, так и после сооружений биологической очистки. В первом случае они служат для извлечения наиболее грубых загрязнений, которые встречаются в бытовых, производственных и атмосферных стоках — кусочков дерева, текстиля, остатков фруктов, синтетических материалов, волокон, костей, битого стекла, песка, взвешенных веществ, масло- и нефтепродуктов и др. Кроме этого, для глубокой очистки сточной воды от мелкодисперсных примесей могут быть использованы механические фильтры.
    На промышленных предприятиях во многих случаях применяются усреднители, которые позволяют достичь выравнивания количества стоков и концентраций в них загрязняющих веществ.
    Одновременное проведение процессов отстаивания и сбраживания образующегося при этом осадка достигается в комбинированных сооружениях — септиках, двухъярусных отстойниках или осветлителях-перегнивателях.
    Данное учебное пособие предназначено в первую очередь студентам, обучающимся по профилю высшего образования «Водоснабжение и водоотведение», для изучения методов и сооружений механической очистки хозяйственно-бытовых, производственных и поверхностных стоков, однако может быть полезно также специалистам в области проектирования инженерных систем водоотведения.
    В учебном пособии приводятся теоретические основы очистки сточной воды методами отстаивания и фильтрования, рассказывается о проектировании и расчете решеток, песколовок, отстойников, фильтров, нефтеловушек, гидроциклонов, центрифуг, усреднителей, комбинированных сооружений по очистке стоков и обработке осадков. Для каждого из перечисленных сооружений приведены методики и примеры расчета.
    Приложения, приведенные в конце учебного пособия, содержат табличный материал с основными параметрами работы и конструкционными размерами типовых сооружений и установок заводского изготовления.
    Второе издание дополнено материалами для конструирования и расчета регулирующих, аккумулирующих резервуаров и отстойников очистки поверхностного (атмосферного) стока. Устаревшие установки и сооружения заменены, обновлены технические характеристики.
    Кроме того, методики проектирования сооружений приведены в соответствие действующей нормативной основе — актуальным сводам правил по проектированию и строительству, а также пособиям к ним. При расчете отдельных сооружений, для которых отсутствуют утвержденные методики, использованы формулы и зависимости, составленные непосредственно автором пособия.

3

■ Глава 1.

        СПОСОБЫ И СООРУЖЕНИЯ
        МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

    В городских сточных водах содержится большое количество нерастворимых и малорастворимых веществ с размером частиц более 0,1 мкм, которые образуют с водой дисперсные системы — суспензии и эмульсии. Такие системы являются кинетически неустойчивыми и в определенных условиях способны разрушаться — выпадать в осадок или всплывать на поверхность воды.
    Механическая очистка — это выделение из сточных вод находящихся в них нерастворенных грубодисперсных примесей, имеющих минеральную и органическую природу. Для этого применяются следующие методы:
    ■ процеживание — задержание наиболее крупных загрязнений и частично взвешенных веществ на решетках, ситах или процеживателях;
    ■ пескоулавливание — выделение из сточных вод под действием силы тяжести тяжелых минеральных примесей в песколовках;
    ■ отстаивание — выделение из стоков взвешенных веществ в отстойниках (для задержания мелких оседающих веществ), а также всплывающих эмульсий в нефтеловушках, масло- и смолоуловителях;
    ■ центрифугирование и гидроциклонирование — выделение взвешенных веществ в поле центробежных сил, создаваемых в гидроциклонах и центрифугах;
    ■ фильтрование — задержание очень мелкой суспензии во взвешенном состоянии на сетчатых и зернистых фильтрах.
    При неравномерном образовании производственных сточных вод перед подачей на очистные сооружения их усредняют по расходу и концентрации в усреднителях различной конструкции.
    Метод отстаивания вместе со сбраживанием осадков используется в комбинированных сооружениях для очистки небольших количеств сточной воды — септиках, двухъярусных отстойниках и осветлителях-перегнивателях.
    В настоящее время как самостоятельный метод механическую очистку применяют редко. Такая возможность существует, если при использовании только механической очистки по заданным условиям выпуска в водоем обеспечивается необходимое качество воды (для производственных сточных вод — повторный возврат в технологический процесс).
    В целом механическую очистку используют как предварительный этап перед биологической очисткой или в качестве доочистки (глубокой очистки) стоков.

4

   Глава 2.

        РЕШЕТКИ И РЕШЕТКИ-ДРОБИЛКИ


    §2.1 . Решетки


    Крупноразмерные отбросы, содержащиеся в сточных водах (остатки пищи, бумага, тряпки, упаковочные материалы и др.), в процессе транспортирования по сетям адсорбируют значительное количество жира, органических соединений и песка. В результате образуются многокомпонентные органо-минеральные составляющие, которые способны значительно осложнить работу песколовок, отстойников, трубопроводов и сооружений по стабилизации осадка. Количество таких крупноразмерных загрязнений, вносимых от одного жителя за сутки, составляет примерно 20 г.
    Решетки применяются для задержания из городских сточных вод крупных и волокнистых материалов и являются сооружениями предварительной очистки. Основным элементом решеток является рама с рядом металлических стержней, расположенных параллельно друг другу и создающих плоскость с прозорами , через которую процеживается вода. Для устройства решеток применяют стержни прямоугольной, прямоугольной с закругленной частью, круглой и другой форм (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Профили стержней решеток

    Стержни прямоугольной формы применяют чаще других. Толщина стрежней обычно равна 6-10 мм, ширина прозоров между стержнями обычно принимается не более 16 мм. На городских очистных станциях рекомендуются к использованию решетки с прозорами не более 10 мм. Решетки с прозорами шириной более 16 мм применяются в насосных станциях и на очистных сооружениях дождевых стоков.
    Для решеток конструкций отечественного и зарубежного производства толщина стержней (пластин) составляет 3-10 мм, ширина прозоров 3-16 мм. Решетки устанавливают в расширенных каналах, называемых камерами. Движение воды происходит самотеком.
    Решетки могут быть вертикальными и наклонными, а также подвижными и неподвижными. Для удобства съема загрязнений решетки часто устанавливают под углом к горизонту ц =60-70°. Простейшие конструкции решеток предусматривают очистку от отбросов ручными граблями (рис. 2.2).


5

А-А

Рис. 2.2. Решетка с ручной очисткой

    При большом количестве улавливаемых отбросов (более 0,1 м³/сут) их удаление и подъем из воды производится механическими способами, например цепью с граблинами (рис. 2.3). Задержанные загрязнения подвергаются дроблению на специальных дробилках, а затем или сбрасываются в поток воды, или транспортируются в метантенки на сбраживание. Без дробления задержанные отбросы могут направляться:
    - в места захоронения (полигоны твердых бытовых или промышленных отходов);
    - на совместную термическую обработку и компостирование с осадками сточных вод.
    Размер решеток определяется из условия обеспечения в прозорах решеток оптимальной скорости 0,8-1,0м/с при максимальном притоке сточных вод. При большей скорости уловленные загрязнения «продавливаются» через решетки. При меньшей скорости в уширенной части канала перед решеткой начинают выпадать в осадок крупные фракции песка.
    Исходя из общей ширины решеток подбирают необходимое количество рабочих решеток, дополнительно устанавливают 1-2 резервные решетки и предусматривают обводной канал для пропуска воды в случае аварийного засора решеток. До и после каждой решетки устанавливаются запорные устройства (шиберы) для перекрытия потока.

Рис. 2.3. Решетка с механическими граблями:
1 — решетка; 2 — бесконечная цепь; 3 — граблины; 4 — конвейер

6

    Решетки размещают в отапливаемых и вентилируемых помещениях. В месте установки на дне камеры выполняется уступ, равный величине потерь напора в решетке hₚ (рис. 2.3). Между решетками для их обслуживания предусматривают проходы шириной не менее 1,2 м для механических решеток и 0,7 м для решеток с ручной очисткой.
    Решетки с механизированной очисткой имеют марки РГМ (грабельные), РМН (механизированные наклонные), РДГ (дуговые гидравлические), РСМ (ступенчатые механические), РКМ (крючковые механические) и другие.

Дробление отбросов
    Количество отбросов, задерживаемых на решетках— 16-50 л на 1 000 м³ воды, их влажность равна 80 %, зольность 7-8 %, плотность средняя 750 кг/м³. Удельное количество задерживаемых отбросов зависит от ширины прозоров решеток.

Таблица 2.1

Продуктивность решеток с прозорами различной ширины

Ширина прозоров, мм           5-10 16-20 25-30 40-50 60-80
Удельное количество отбросов,  25    8     3    2,3   1,5 
л/(жит-год)                                               

     Для дробления отбросов, извлеченных из сточной воды, применяют молотковые дробилки, которые работают при подаче в них технической воды (после первичных или вторичных отстойников) из расчета 40 м³ на1т отбросов.


    §   2.2. Решетки-дробилки


    Существуют конструкции решеток, совмещенные с дробилками — решетки-дробилки, в которых измельчение уловленных отбросов происходит под водой.
    Решетки-дробилки типа РД состоят из вращающегося щелевого барабана с режущими пластинами и резцами, неподвижного корпуса с трепальными гребнями и приводного механизма (рис. 2.4). Измельчение отбросов происходит при взаимодействии пластин и резцов с трепальными гребнями корпуса.


Рис. 2.4. Решетка-дробилка марки РД:
1 — щелевой барабан; 2 — приводной механизм; 3 — отводной дюкер

7

     §2.3  . Расчет решеток и решеток-дробилок

Решетки
     По таблицам гидравлического расчета каналов прямоугольного сечения [9] в соответствии с максимальным секундным расходом сточной воды qₘₐₓ (м³/с) и скоростью течения воды vK = 0,6-0,8 м/с определяют размеры подводящего канала перед решетками BK х Нк, его уклон iK и наполнение hK, м.
   I. Решетки с ручной очисткой
   1.  Определяется необходимое число прозоров в решетках n:
n = qmax      ,                          (2.1)
                                h ■ v ■ b нк v p
где b — ширина прозоров решетки, м, принимается в пределах 0,01-0,016 м;
   vₚ — скорость движения воды в прозорах решетки, равная 0,8-1,0 м/с.
   2.  Рассчитывается общая ширина решеток Вр:
Bₚ = S(n -1) + b ■ n, м,                 (2.2)
где S — толщина стержней решетки, которая принимается равной 0,006-0,01 м.
   3.     Принимается число решеток N, рассчитывается ширина Вj и количество прозоров n 1 в каждой из них:
B₁ = Bₚ IN, м;п₁ = n / N, шт.               (2.3)
   4.     Проверяется действительная скорость движения воды в прозорах решетки Vj,:
V =---qrnsx---, м/с.                     (2.4)
p h ■ n₁ ■ b ■ N к 1
     Скорость vр должна быть в пределах 0,8-1 м/с. Если это условие не соблюдается, принимают другие параметры или количество решеток и расчет повторяют.
   5.     Назначается количество резервных решеток: при количестве рабочих до трех — 1, более трех рабочих — 2.
   6.     Определяются геометрические размеры камеры одной решетки (рис. 2.2). Рассчитываются размеры входной и выходной частей канала 1₁ и 1₂:
l₁ = B—B, м; l₂ = 0,51₁, м,                 (2.5)
                             2tg9
где ф — угол расширения канала, равный 20°;
   B — стандартная ширина канала (0,4; 0,6; 0,8; 1; 1,25; 1,4 мит. д.).
   7.  Определяется длина расширенной части канала l:
l = 1,8B + h.. I tga, м,                 (2.6)
где hₓ — глубина воды (наполнение) в подводящем канале, м;
   a — угол наклона решетки к горизонту, град.

8

   8.  Находится общая длина камеры решетки L:
L = l-y +12 +1, м.                    (2.7)
   9.  Рассчитывается величина уступа hₚ в месте установки решетки (рис. 2.2):
v2
hₚ = ^p-pP, м,                        (2.8)
2 g
где Р — коэффициент увеличения потерь напора вследствие засорения решетки, равный 3;
   Qр — коэффициент местного сопротивления решетки, определяется по формуле:
^ p = р • sina •( Ь ;.                  (2.9)
здесь a — угол наклона решетки к горизонту, град.;
   Р — коэффициент, зависящий от формы стержней и определяемый в соответствии с таблицей ниже.
Таблица 2.2

Коэффициент р для стержней различной формы

                    Прямоугольная форма с              
Прямоугольная форма закругленной лобовой  Круглая форма
                           частью                      
       2,42                 1,83              1,79     

   10  .Рассчитывается объем Wₒₘ₆ и масса снимаемых отбросов за сутки Ротб: Wom6 = ЧотбNpeq /365000, м³/сут;
Ротб = 750^отб /1000, т/сут,               (2.10)
где дотб — удельное количество отбросов, зависящее от ширины прозоров решетки, л/(життод), (п. 2.1); чел;
   Nₚₑq — эквивалентная численность жителей (ЭЧЖ) по органическим загрязнениям:
С„„ WV
N     ВПК⁵ ст , усл.жит,                   (2.11)
peq 365 • 60          ,
где СВПК₅ — среднее значение БПК₅ в поступающей на очистку сточной воде, мг О₂/л;
   ]\\т — среднегодовой объем сточных вод, м³.

   II  . Решетки с механизированной очисткой
   1.     По таблице 1 Приложений подбирается марка решеток (ширина прозоров не более 10 мм) и паспортная производительность q^ ₁, л/с. Определяется число решеток ^еш:
Nреш qmicx / qреш 1, шт.                 ⁽².¹²⁾

9

    Число рабочих решеток должно быть не меньше двух.
   2.     По формулам (2.10, 2.11) рассчитывается объем И'отб и масса снимаемых отбросов Ротб.
   3.     Исходя из рассчитанной массы отбросов, по таблице 3 Приложений подбирается марка и количество дробилок.
   4.    Определяется расход технической воды, подводимой к дробилкам:
Qоmб = 40РОт₆, м³/сут.                  (2.13)


Решетки-дробилки
   1.     Исходя из максимального расхода сточной воды qₘₐₓ, по таблице 2 Приложений подбираются марка и количество решеток-дробилок. По табл. 2.3 назначается число резервных агрегатов.
   2.    Определяется скорость течения воды v в щелевых отверстиях:
v = qmx-, м/с,                      (2.14)
F ■ N
где qₘₐₓ — максимальный расход сточной воды, м³/с;
   N — число рабочих решеток-дробилок, шт.;
   F — суммарная площадь щелей в барабане решетки-дробилки, м².
    Скорость v должна быть в пределах, характерных для выбранной марки решетки-дробилки (таблица 2 Приложений).
Таблица 2.3

Количество резервных решеток-дробилок

Решетки-дробилки, устанавливаемые     Число решеток       
                                     рабочих    резервных
- натрубопроводах                      1-3          1    
- наканалах                       1-3; больше 3    1;2   

   § 2.4. Примеры расчета


ПРИМЕР 2.1

                  Задание: подобрать решетки с ручной очисткой


     Исходные данные. На очистную станцию канализации направляется сточная вода с суточным расходом Q = 5 000 м³/сут и максимальным секундным расходом qₘₐₓ = 98 л/с. Среднее значение БПК₅ в поступающих стоках составляет СБПК₅= 360 мг О₂/л. Среднегодовой объем сточных вод равен \\\т = 1 800 тыс. м³.
     Расчет. По таблицам гидравлического расчета каналов прямоугольного сечения [9] подбираем размеры подводящего канала перед решетками шириной Вк = 0,4 м, уклоном 1к = 0,001, наполнением йк = 1,03-Вк = 0,41 м. Скорость в канале составляет vK = 0,6 м/с.

10