8715

раз сточная вода при выпуске в водоём разбавляется речной водой, участвующей в смешении.

Коэффициент разбавления определяется по формуле Фролова-Родзиллера

[6]:

где:

– коэффициент разбавления;

– средний расход сточной воды, м3/с;– расход реки, м3/с;

– коэффициент смешения.

В ряде формул при определении необходимой степени очистки встречается множитель · . Для упрощения его выражают через коэффициент разбавления:

Пример определения коэффициента разбавления приведен в п. 10.2.3 настоящего пособия.

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПЕРЕД ВЫПУСКОМ В ВОДОЕМ

При определении необходимой степени очистки необходимо руководствоваться «Правилами охраны поверхностных вод» [4]. Согласно их требованиям к составу и свойствам воды водных объектов после выпуска в них сточных вод необходимая степень очистки последних определяется по следующим показателям:

—взвешенным веществам;

—биохимической потребности в кислороде; расчет производится на 2 случая:

∙«по БПК» (при нормировании БПК речной воды);

∙o «по кислороду» (при нормировании концентрации растворенного кислорода в речной воде);

20

— вредным токсическим веществам.

При определении степени очистки сточных вод задача сводится к установлению допустимой концентрации загрязняющего вещества, с которой сточная вода может быть выпущена в водоем (Сст).

Степень очистки, т.е. остаточная концентрация загрязнений в очищенной воде (Соч) определяется как разность между исходной концентрацией загрязняющих веществ (Сисх)1 и концентрацией, с которой сточные воды могут быть сброшены в водоем (Сст) при соблюдении нормативов качества воды водоема (Снор) с учетом вида его использования, т.е.

В процентном выражении необходимая степень очистки может быть определена по формуле:

Величина допустимой концентрации загрязняющего вещества в сточной воде при выпуске в водоем зависит от расходов речной и сточной воды, коэффициента смешения, категории водоема, фоновой концентрации загрязняющего вещества в водоеме до выпуска сточных вод и после выпуска в расчетном створе с учетом нормативных требований.

7 ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА, С КОТОРОЙ СТОЧНЫЕ ВОДЫ МОГУТ БЫТЬ ВЫПУЩЕНЫ В ВОДОЕМ

Исходя из баланса загрязняющего вещества при выпуске сточных вод в водоем, можно записать уравнение (см. рисунок 5.1):

Из уравнения в общем виде получаем формулы для определения предельно допустимой концентрации загрязняющего вещества в сточной воде при выпуске в водоем:

·

ст = нор + ( нор − ф), мг/л (7.0.2)

или

1Сисх соответствует расчетной концентрации взвешенных веществ в сточной воде ′ и расчетной величине БПК сточных вод ′ (см. Раздел 10 настоящего пособия).

21

где:

– среднесекундный расход сточной воды, м3/с;

– расход реки для наиболее маловодного месяца, м3/с;

Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в реке до выпуска сточных вод, мг/л;

Снор – нормативная концентрация загрязняющего вещества согласно [4], мг/л;

– коэффициент разбавления.

По вышеприведенным формулам определяются предельно допустимые концентрации в сточной воде взвешенных веществ и вредных токсических веществ.

Эти же формулы положены в основу расчета предельно допустимой концентрации легко (биологически) окисляемых веществ, выпускаемых в природный водоем, определяющей предельно допустимую к выпуску БПК сточной воды.

7.1 Определение необходимой степени очистки по концентрации взвешенных веществ

Предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в сточной воде согласно [4] определяется условием, что после выпуска сточных вод в водоем содержание взвешенных веществ в расчетном створе не должно увеличиваться больше, чем на 0,25 мг/л для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и на 0,75 мг/л для водоемов для купания, спорта и отдыха населения. Аналогичные требования предъявляются для водоемов рыбохозяйственного значения (см. таблицу 3.1). Расчет ведется по формуле (7.0.3). При этом:

где:

– величина нормативной надбавки содержания взвешенных веществ (0,25 мг/л или 0,75 мг/л), мг/л.

Если подставить в формулу (7.0.3) значение нор из формулы (7.1.1), то получим:

22

7.2 Определение предельно допустимой величины БПК при ее нормировании в воде водоема (расчет «по БПК»)

Допустимая к выпуску концентрация «загрязнителя» в сточной воде определяется по формуле (7.0.3).

В данном случае концентрация «загрязнителя» органического происхождения, относящегося к «неконсервативным» веществам, будет снижаться по пути перемещения воды от места выпуска до расчетного створа по известной закономерности (см. раздел 4, формула 4.0.1). Поэтому в расчетном створе через суток БПК смеси сточной и речной воды (фона) составит:

где:

ст – БПКполн. сточных вод, мг/л;ф – БПКполн. речной воды, мг/л;

ст – константа, характеризующая скорость потребления кислорода органическими веществами сточной воды. Для городских сточных водст = 0,08 – 0,12 (среднее значение ст = 0,1);

ф – то же для органических веществ речной воды. Для речной водыф = 0,1 (при Т = 20о ).

Поскольку формула (7.1.2) дается для расчетного створа (рисунок 5.1), то при определении БПК она имеет вид:

где:

нор – нормативная БПКполн речной воды после выпуска сточной воды в расчетном створе.

Согласно [5, 6] нор в расчетном створе должна быть не более 3 мг/л или не более 6 мг/л в зависимости от категории водоема (см. таблицу 3.1).

Таким образом, подставив в выражение (7.2.3) значения ст и ф из формул (7.2.1) и (7.2.2), получим:

Поскольку значения констант разбавленной бытовой и речной воды почти одинаковы, то для городских сточных вод без особой погрешности можно

23

считать, что ст = ф = 0, 1. Тогда предельно допустимая БПК, с которой сточная вода может быть выпущена в водоем определяется по формуле:

7.3 Определение допустимой БПК на случай нормирования в водоеме содержания растворенного в воде кислорода (расчет «по кислороду»)

Согласно рекомендациям [7] при нормировании содержания растворенного кислорода в расчетном створе реки предельно допустимую концентрацию легко-окисляемых веществ по БПК в сточной воде определяют по формуле, в которой учитываются не только биохимические процессы окисления органических загрязнений, протекающих в водоемах, но и процессы реаэрации за счет поступления кислорода из атмосферы. Пополнение кислорода в водоемах за счет реаэрации находится в прямой зависимости от дефицита кислорода и чем больше его недостает в воде, тем интенсивнее он поступает из атмосферы. Потребление кислорода в водоемах на биохимические процессы окисления органических загрязнений идет постоянно.

Предельно допустимая БПКполн, с которой сточная вода может быть выпущена в водоем при нормировании содержания растворенного кислорода в водоеме летом, определяется по формуле:

где:

– коэффициент разбавления;

Кст = 0,1 – константа скорости потребления кислорода сточной водой, зависящая от температуры;

К2 – константа реаэрации.

Согласно [8] для рек со скоростью течения меньше 0,5 м/с К2 = 0,2–0,25.

Вкурсовом проектировании рекомендуется принимать К2 = 0,2.

= 9, 17 – растворимость кислорода в воде при Т = 20оС (см. таблицу 7.1), мг/л;

нор – нормируемое содержание кислорода в расчетном створе (см. таблицу 3.1), мг/л;

24

ф – содержание кислорода в речной воды до выпуска сточных вод (фоновая концентрация), мг/л;

ст – содержание кислорода в сточной воде, нор = 0 мг/л;

ф – БПКполн речной воды до выпуска сточных вод (фоновая концентрация), мг/л

Таблица 7.1 — Растворимость кислорода в воде при давлении 760 мм

Пример расчета необходимой степени очистки городских сточных вод перед выпуском в водоем приведен в п. 10.2 настоящего пособия.

8МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД. СХЕМЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ К ИХ ПРИМЕНЕНИЮ

8.1Методы очистки сточных вод

Сточные воды содержат различные минеральные и органические загрязнения, присутствующие в растворенном и нерастворенном состоянии, также в стоках содержатся загрязнения бактериологического происхождения. Нерастворенные вещества могут быть в грубодисперсном, тонкодисперсном и коллоидном состояниях.

Методы, применяемые для очистки сточных вод, разделяются на три группы:

1)механические;

2)физико-химические;

3)биологические.

Для ликвидации бактериального загрязнения сточных вод производится их обеззараживание (дезинфекция).

Для очистки городских сточных вод в основном применяют методы механической и биологической очистки.

Физико-химические методы очистки используются главным образом для очистки стоков промышленных предприятий в бессточных системах или на локальных очистных сооружениях при выпуске промстоков в городскую канализацию.

25

8.1.1 Механическая очистка

Механическая очистка служит для выделения из сточных вод нерастворенных загрязнений механическими способами, которые включают: процеживание, отстаивание, фильтрацию, флотацию и извлечение под действием центробежной силы в гидроциклонах.

При очистке городских сточных вод, в основном, используется процеживание и отстаивание. Вода, поступающая на очистные сооружения, последовательно проходит решётки, песколовки, первичные отстойники и направляется на биологическую очистку, а осадок из первичных отстойников совместно с илом из вторичных отстойников поступает на сооружения обработки осадка.

8.1.2 Биологическая очистка

Биологическая очистка служит для ликвидации органических загрязнений путем биохимического окисления с помощью аэробных и анаэробных микроорганизмов.

Существующие сооружения биологической очистки делятся на два типа:

1)сооружения, в которых биологическая очистка происходит в условиях, близких к естественным (поля фильтрации, биологические пруды);

2)сооружения, в которых очистка производится в искусственно созданных условиях (биофильтры, аэротенки).

Очистка в естественных условиях может протекать путем фильтрации через почву (поля орошения и поля фильтрации) или производится в биологических прудах. В настоящее время биологические пруды, как самостоятельные очистные сооружения, не проектируются, а применяются только для доочистки сточных вод, прошедших биологическую очистку. Из сооружений почвенной очистки в настоящее используются только поля фильтрации. Поля фильтрации надлежит предусматривать, как правило, при наличии свободных земельных участков с уклоном рельефа, не превышающим 0,02, характеризующимися хорошо фильтрующими грунтами: песок, супеси и легкие суглинки.

Поля фильтрации не допускается устраивать на землях, непосредственно граничащих с местами выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород и карстов, не перекрытых водоупорным слоем.

Очистка в искусственных условиях производится на специальных инженерных сооружениях, которые по технологии очистки можно разделить на две подгруппы:

—сооружения, где процессы очистки аналогичны процессам самоочищения почв (биофильтры);

—сооружения, где процессы аналогичны процессам самоочищению воды в природных водоемах (аэротенки).

26

Очистка в биологических очистных сооружениях протекает в основном

вдве фазы:

1)фаза адсорбции, когда загрязнения адсорбируются на частицах почвы (поля фильтрации), на планктоне в прудах, на биологической пленке, которой покрыт загрузочный материал биофильтров и на частицах активного ила в аэротенках и

2)фаза минерализации, когда при наличии кислорода под действием аэробных микроорганизмов, использующих в качестве питательных веществ и источника энергии, растворенные органические вещества, происходит их минерализация.

В процессе очистки микроорганизмы активного ила и биопленки, контактируя с органическими веществами сточных вод, разрушают их при помощи различных ферментов.

После биофильтров и аэротенков необходимо устанавливать вторичные отстойники для задержания выносимых с водой частиц биопленки и активного ила. Основная часть активного ила, составляющая 30–60% от расхода сточной воды, возвращается из вторичных отстойников в аэротенк, а излишки ила, получаемые за счет прироста биомассы, направляются на сооружения по обработке осадка. Также на обработку осадка подается ил из вторичных отстойников после биофильтров.

8.2 Обработка осадка

Сооружения по переработке осадка составляют обособленную группу и ставят своей задачей обработку осадка до таких кондиций, которые облегчали бы его дальнейшую утилизацию. Процесс обработки осадка включает уплотнение, минерализацию, обезвоживание (или сушку) и вывоз автотранспортом для утилизации в качестве органических удобрений или для технической рекультивации нарушенных земель.

Минерализация органических веществ происходит в результате их перегнивания (сбраживания). Процесс перегнивания проходит в две фазы:

I фаза – фаза кислого брожения с образованием кислот жирного ряда (уксусной, масляной и др.);

II фаза – фаза метанового брожения при дальнейшем разложении органики до выделения метана и углекислоты.

Перегнивание ила производится или в простейших гнилостных камерах – септиках1 (при расходе до 25 м3/сут. от малых населенных мест), или в двухъярусных отстойниках (при расходе до 10 тыс. м3/сут.), или

1В септиках обеспечивается только I фаза кислого брожения.

27

осветлителях-перегнивателях (при расходе до 30 тыс. м3/сут.), или в метантенках (при расходе свыше 10 тыс. м3/сут.).

Для минерализации осадка может применяться аэробный метод. Осадок продувается воздухом на сооружениях, аналогичных аэротенкам, и под действием аэробных микробов минерализуется. В этом случае сооружения проще и безопаснее в эксплуатации, а конструктивное их решение проще и дешевле в сравнении с метантенками.

Этот метод получил название «аэробная минерализация осадка», причем, как подтверждает практика, целесообразнее подвергать аэробной минерализации избыточный активный ил.

Обезвоживание ила производится как путем естественной сушки, так и механическим путем.

Естественная сушка осадка осуществляется на иловых площадках. Конструкция иловых площадок (на естественном или искусственном основании, с дренажом, каскадные, уплотнители и т.п.) согласно п. 9.2.14.38 [1], предусматривается в зависимости от гидрогеологических и климатических условий и рельефа местности.

Для механического обезвоживания осадков рекомендуется использовать центрифуги и ленточные фильтр-прессы. При обосновании допускается использовать камерные фильтр-прессы, шнековые прессы и другое оборудование.

При проектировании сооружений механического обезвоживания осадка предусматриваются резервные (аварийные) иловые площадки (на 20% годового расхода осадка).

Механически обезвоженные осадки могут подвергаться термосушке, в результате чего осадок обеззараживается, значительно снижается его объем и влажность и облегчаются условия его дальнейшей утилизации.

8.3 Выбор метода очистки сточных вод

Выбор метода очистки зависит от необходимой степени очистки, характера загрязнений сточных вод и конкретных местных условий. В отдельных случаях может проектироваться только механическая очистка с обязательной дезинфекцией очищенной воды. В основном же для очистки городских сточных вод применяется биологическая очистка, предопределяющая наличие сооружений механической очистки.

Выбранный метод очистки и состав очистных сооружений подлежит обязательному согласованию с органами по использованию и охране природных водоемов: Государственной санитарной инспекцией, Бассейновой речной инспекцией и Рыбоохраной.

Выбор схемы очистных сооружений и их состава производится на осно-

28

вании технологического и экономического обоснования.

9 СХЕМЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Схема очистных сооружений представляет собой технологически связанный комплекс сооружений механической, биологической очистки, обеззараживанию сточных вод и обработки осадка. Схема выбирается на основании расхода сточных вод, характера загрязнений, необходимой степени очистки, а также технико-экономических обоснований.

Относительно очистки городских сточных вод, которая предусматривает выпуск очищенных стоков в поверхностные проточные водоемы, основным требованием эффективности рассматривается обеспечение полной биологической очистки.

В зависимости от способа биологической очистки существует две группы схем очистных сооружений в искусственно связанных условиях:

–схемы с биофильтрами;

–схемы с аэротенками.

Различие между схемами внутри этих групп зависит от характера сооружений механической очистки и обработки осадка.

9.1 Схемы очистных сооружений с биофильтрами

Схемы с биофильтрами по технико-экономическим соображениям рекомендуются для очистных станций производительностью до 50 тыс. м3/сут.

Для очистки городских сточных вод применяются высоконагружаемые биофильтры (капельные биофильтры используются в малой канализации). Высоконагружаемые фильтры, как правило, проектируются с искусственной вентиляцией и могут работать в двух режимах: без рециркуляции и с рециркуляцией. Если БПКполн сточной воды не превышает 300 мг/л, то биофильтры проектируются без рециркуляции, когда БПКполн более 300 мг/л предусматривается рециркуляция.

Рециркуляция – это частичное разбавление сточной воды, поступающей на биофильтры, очищенной, для снижения БПКполн и облегчения процесса биологической очистки.

Рециркуляция должна производиться нехлорированной водой, чтобы не погубить аэробные микробы и не нарушить биологический процесс очистки. Поэтому место забора воды для рециркуляции производится из канала очищенной воды после вторичных отстойников до смешения с хлором (при использовании хлорирования для обеззараживания очищенных сточных вод).

В зависимости от сооружений по осветлению воды и обработке осадка наибольшее распространение получили две схемы:

29