4.5. Основы расчета очистных сооружений

Гидравлические, гидрологические и санитарно - технические расчеты очистных сооружений обычно состоят из следующих разделов:

- определение расходов загрязненных дождевых вод;

- определение объемов всех видов вод, которые поступают на очистное сооружение;

- определение параметров очистного сооружения;

- определение объемов загрязнений, подлежащих задержанию в очистном сооружении;

- статические расчеты сооружения.

Основными исходными данными для расчета очистных сооружений являются площадь водосборного бассейна, расчетные расходы сточных вод и гидравлические параметры коллектора, а также концентрации загрязненных поверхност­ных (дождевых и снеговых) вод и принятая степень их очистки.

1. Расчет очистных сооружений прудов-отстойников

Расчетный объем сточных вод следует определять как сумму дождевых вод и других вод, протекающих по коллектору дождевой канализации. Среднегодовые объемы дождевых вод (м³ с 1 га), поступающих на очистные сооружения можно определить по формуле:

W_d = 2,5· Н_ж· К_д, (4.5)

где Н_ж - среднегодовое количество дождевых осадков (мм), определяемое по данным ближайшей метеостанции; К_д - коэффициент, учитывающий объем дождевых вод, направленных на очистное сооружение, который принимается по таблице 4.5 в зависимости от значения q₂₀ в формуле (2.17).

Таблица 4.5

_{Зависимость коэффициента К3, от q}20

q20, л\с с 1 га	20	40	60	80	100	150	200
Кд	0,9	0,8	0,78	0,7	0,65	0,53	0,45

Среднегодовое количество талых вод, направляемых на очистное сооружение, определяется по зависимости (м³ с 1 га):

, (4.6)

где средний многолетний слой весеннего стока (мм), определяемый по картам изолиний (см. рис. 2.9); К_в - коэффициент, учитывающий объем талых вод , поступающих на очистное сооружение, определяется по таблице 4.6.

Таблица 4.6

Значения коэффициента К_в от района весеннего стока

Вероятность превышения, Р,%	Значения коэффициента Кв для различных районов весеннего стока
	1	2	3	4
50	0,56	0,66	0,8	1,0
20	0,47	0,56	0,69	0,77
10	0,40	0,47	0,63	0,56
4	0,35	0,41	0,54	0,47
2	0,30	0,37	0,47	0,40

Карта районирования весеннего стока приведена на рис.4.12.

Формулой 4.6 учитывается, что часть воды от таяния снега (~ 20 % ) не поступает на очистное сооружение, так как с городских территорий часть снега вывозится.

Для приближенных расчетов объем моечных вод можно принимать равным W_M= 150 ... 200 м³ с 1 га в год.

Необходимо отметить, что расходы и объемы дождевых вод, определяемые по вышеприведенным зависимостям, соответствуют водосборным бассейнам со средними условиями застройки, в которых площадь водонепроницаемых поверхностей (кровля, дороги, тротуары) составляет 35...45 %.

Рис. 4.12 .Карта районирования весеннего стока

Для других условий застройки в выражение 4.5 вводятся коэффициенты К_з согласно таблице 4.7.

Таблица 4.7

Значения коэффициента К_з при доле (%) водонепроницаемых покрытий

Процент водонепроницаемых покрытий на водосборном бассейне	10	30	40	60	80	100
Кз	0,4	0,8	1,0	1,4	1,8	2,2

Приближенно среднегодовой объем вод с одного гектара, поступающий на очистное сооружение, равен

W_o = W_d + W_т + W_M, (4.7)

При известной площади водосбора можно определить объем воды, поступающей на очистное сооружение (м³/год):

, (4.8)

где F - площадь водосбора, га.

Параметры проточной части прудов-отстойников или очистных сооружений закрытого типа можно определить по следующим зависимостям:

; (4.9)

; (4.10)

; (4.11)

, (4.12)

где Q_p – расчетный расход сточных вод (расчетный расход коллектора), м³ /с; скорость воды в проточной части, которая не должна превышать 0,01 м/с; Т_от – время отстоя воды, для прудов-отстойников - не менее 2 ч, для сооружений закрытого типа- 1 ч.; – живое сечение проточной части, м²; h_np - глубина проточной части, м; В - ширина проточной части, м; l - длина проточной части, м; К_l – коэффициент, учитывающий увеличение длины за счет успокоительного участка, принимаемый равным 1,1... 1,2; L - общая длина проточной части и успокоительного участка, м.

Рекомендуется принимать ширину проточной части или отдельных секций для прудов - отстойников не более 40 м, а для сооружений закрытого типа не более 4 м. Расчетные параметры проточной части подвергаются расчетному обоснованию на осаждение твердых взвешенных частиц по следующим зависимостям:

; (4.13)

; (4.14)

, (4.15)

где и_ср – средняя скорость осаждения частиц, мм/с; Р_о – вертикальная составляющая скорости осаждения, мм/с; и₀ – гидравлическая крупность осаждаемых частиц, мм/с (обеспечивающая выпадение таких частиц), которая принимается в зависимости от диаметра частиц согласно таблицы 4.8.

Таблица 4.8

Значения гидравлической крупности для различных диаметров частиц

d, мм	u0, мм/с	d, мм	u0, мм/с	d, мм	u0, мм/с
0,01 0,03 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40	0,07 0,62 1,73 6,92 15,6 21,6 32,4 43,2	0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,50	54,0 64,8 73,2 80,7 87,5 94,4 125,6	2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00	152,9 176,5 192,5 208,5 222,5 236,5 249,5

Общая длина проточной и успокоительной частей или длина отсека для задержания нефтепродуктов должны быть проверены на всплытие нефтяных частиц по формуле:

(4.16)

где и_тin – скорость всплытия частиц нефтепродуктов, см/с; коэффициент, учитывающий турбулентность потока.

Длина очистного сооружения должна обеспечить всплытие частиц нефтепродуктов с крупностью 80... 100 мкм для прудов отстойников и 100... 120 мкм для сооружений закрытого типа. Соответственно скорость всплытия частиц нефтепродуктов при крупности (мкм):

120 – и_тin = 0,102 см/с;

100 – u_min = 0,071 см/с;

80 – и_тin = 0,0465 см/с.

Коэффициент принимается в зависимости от отношения v/и_тin

при v/и_тin = 20 – =1,75;

при v/и_тin =15 – =1,65.

При определении параметров очистного сооружения закрытого типа с фильтрами доочистки коэффициент следует принимать равным 1,2. Необходимо иметь в виду, что ширину отсека в прудах-отстойниках для задержания нефтепродуктов следует принимать не менее 6 м. Объем загрязнений, задержанных в очистных сооружениях за год, необходимо определять, исходя из начального содержания загрязнений в воде, принятой степени очистки и объема поступающей воды. Необходимо учитывать, что объем задержанных загрязнений следует отдельно определять для дождевых вод, а также других вод, направляемых на очистное сооружение. Объем твердого стока, поступающего в сооружение за год (м³с га), можно определить по зависимости:

, (4.17)

где С – начальное содержание взвешенных частиц, тонн на 1000 м³ воды; Э – степень очистки воды, в % от начального содержания частиц; W₀ - объем воды, поступающей на очистное сооружение за год, тыс. м³ с 1 га; у— плотность осадка, т /м³; F - площадь водосбора, га.

Глубину осадочной части h_oc (глубина осадка) сооружения необходимо определять по суммарному объему твердого стока от видов поступающих вод и чистоты очистки.

Как правило, расчеты ведут отдельно для периода весеннего снеготаяния (талые воды) и для теплого периода (дождевые и моечные воды). При работе очистных сооружений в зимний период необходимо учитывать объем твердого стока, поступившего в сооружения за это время. Наряду с этим следует учитывать неравномерность слоя осадка в сооружении по площади. Полученную глубину осадочной части рекомендуется увеличить на 30 %. Полная глубина сооружения определяется как сумма глубины осадочной и прочной частей:

h_n= h_oc+ h_np (4.18)

Запас над расчетным уровнем воды принимается равным:

- для прудов - отстойников – 0,5 м;

- для сооружений закрытого типа – 1,0 м.

Из гидравлических расчетов следует, что сумма всех потерь напора при прохождении расчетного расхода воды от распределительной камеры на коллекторе до выпуска в низовой участок коллектора или в водоем не должна превышать разности горизонтов воды в указанных местах. Потери напора определяются по известным гидравлическим зависимостям для местных сопротивлений и по длине (если такие участки имеются), притом потери напора в мусоро- и нефтеуловителях при скорости течения воды 0,01 м/с и меньше можно не учитывать, а потери напора в фильтрах сооружений закрытого типа следует принимать ориентировочно в пределах 0,125...0,50 м.