Приток сточных вод по часам суток определяется теми же факторами, что и коэффициенты неравномерности. Сравнение натурных графиков притока по различным городам указывает на их большую индивидуальность, поэтому при проектировании очистных сооружений для существующих канализаций необходимо изучение фактического режима поступлений сточных вод.
Состав и концентрация городских сточных вод определяются в основном нормой водоотведения, количеством и характером производственных стоков.Загрязнения в сточных водах находятся в виде нераство-ренных примесей, суспензий, коллоидов и растворов. Все эти вещества могут быть минеральными и органическими. В составе сточных вод содержится также большое количество бактерий.
Благодаря содержанию азота, фосфора и калия сточные воды являются хорошим удобрением.При расчете сооружений в случае отсутствия анализов фактического стока средние величины загрязнений следует принимать (от 1 жителя в сутки): взвешенных веществ—65 г; осадка—40 г, считая по сухому веществу; биохимическую потребность в кислороде—40 г.
Температура сточных вод является важным фактором, влияющим на ход как механической, так и биологической очистки. Осаждение осадка в отстойниках происходит лучше при более высоких температурах.По американским данным, при температуре сточных вод 4,4е время отстаивания следует увеличить на 40% по сравнению с обычным, которое установлено для температуры 15,5°.
Загрязнения производственных сточных вод принимаются по анализам фактического стока, а для проектируемых предприятий— по анализам аналогичных производств. Для возможности проведения предварительных расчетов ниже приводите» табл. 10 загрязнений по основным видам промышленности, составленная на основании обработки ряда анализов сточных вод различных промышленных предприятий в различных городах и по литературным источникам. Таблица содержит усредненные данные, в ней приводятся цифры колебания состава сточных вод на различных производствах. Там, где это оказалось возможным, даны средние расчетные цифры, в отдельных случаях приведены минимальные или максимальные значения.
На качество естественных вод и воды в водоеме (куда производится выпуск очищенных стоков) оказывает влияние количество растворенных солей кальция и магния. Эти соли придают воде жесткость.Величина жесткости, эквивалентная щелочности воды, называется карбонатной жесткостью.
Наилучшей формой поперечного сечения стержней является прямоугольная, так как в этом случае общая ширина и вес решетки получаются меньшими.Вместе с тем практикой эксплуатации установлено, что решетками с прямоугольными стержнями задерживается наибольшее количество отбросов. Поэтому не следует допускать установки решеток с другой формой стержней.
Задержанные решетками отбросы обычно подвергают дроблению и затем сбрасывают в поток сточных вод. На крупных зчистных станциях для дробления применяют канализационные молотковые дробилки, изготовляемые заводом «Волопри-бор». Производительность этих дробилок равна ¡000 кг в час, число оборотоз—1450 в минуту, необходимая мощность мотора— 45—60 кет и выше. Вес дробилки без электромотора — 2000 кг.
Решетки как правило размещаются в отапливаемых и вентилируемых помещениях, оборудованных грузоподъемными устройствами. Кратность обмена воздуха обычно принимается равной 5, температура помещения 12°.Пол в здании решеток в соответствии с требованиями НиТУ 141—56 должен устраиваться на 0,5 м выше расчетного уровня воды в канале; при наличии транспортера для отбросов эта величина соответственно увеличивается.
Песколовки служат для задержания крупных минеральных частиц, главным образом песка. Песок и другие тяжелые вещества при понижении скорости потока осаждаются, образуя донные наносы в каналах и трубах. На очистных сооружениях выпадение в отстойниках песка вместе с осадком приводит к затруднениям при его выпуске и засорам иловых труб, могущим повлечь за собой нарушение работы отстойников.
Наблюдения за работой различных типов песколовок проводились в 1939 г. М. М. Дворецким и в 1948 г. А. А. Карпинским. Наблюдая за работой щелевой и горизонтальной песколовок, работавших в одинаковых условиях, М. М. Дворецкий установил, что щелевая дает пониженный, (на 28%) эффект осаждения песка по сравнению с горизонтальной песколовкой, но она не задерживает тряпок.
Жироловки устанавливают на очистных сооружениях пртг наличии в сточных водах большого количества жиров.Нефть и смазочные масла должны улавливаться до поступления их со сточными водами в городскую канализацию. Поступление этих продуктов в метантенки, биофильтры и аэротен-ки вызывает расстройство работы сооружений.
Последний опыт эксплуатации советских и ряда зарубежных установок показывает, что предварительная аэрация сточных вод уменьшает загниваемость, снижает БПК сточных вод и увеличивает осадимость взвешенных веществ.
Основная часть содержащихся в сточных водах взвешенных веществ (нерастворенные примеси) удаляется из них путем отстаивания.Количество выпадающего осадка зависит от общего содержания взвешенных веществ в сточных водах, температуры и вязкости жидкости, удельного веса и размеров частиц взвешенных веществ и продолжительности отстаивания.
Двухъярусные отстойники, или эмшеры, применяются для отстаивания сточной жидкости, сбраживания и уплотнения выпавшего осадка. Они представляют собой круглые или прямоугольные в плане резервуары, в верхней части которых располагаются осадочные желоба, работающие как горизонтальные отстойники. Выпазший осадок из желобов проваливается через щели в нижнюю септическую часть, где происходит его сбраживание и за счет большой глубины — уплотнение. Сброженный осадок выпускается по иловой трубе диаметром 200мм под напором 1,5—1,8 м со дна, которое делаемся коническим (рис. 26).
Метантенками называются специальные резервуары, предназначенные для сбраживания осадка первичных отстойников и избыточного активного ила. Интенсификация процесса сбраживания достигается путем подогрева и перемешивания содержимого метантенка.
Жидкий осадок к местам сушки или утилизации в качестве удобрения передается по напорным трубопроводам. Для перекачки используются обычные канализационные насосы.Движение осадка влажностью 99% не отличается от движения воды. Удельный вес сухого осадка от 1,09 до 1,25, что даже при влажности 90% дает объемный вес осадка 1,009—1,02.
Для обезвоживания осадка используются специальные дренированные участки, называемые иловыми площадками. Естественная сушка на земляных дренирующих площадках является наиболее дешевым средством обезвоживания и применяется повсюду.
Осадок, направляемый на обезвоживание, для уменьшения щелочности и снижения расхода реагентов подвергается предварительной промывке тремя объемами воды и последующему отстаиванию в течение 10—13 часов в радиальном отстойнике диаметром 20 м, высотой у стенки 3,0 м; глубина отстойника в центре — 3,2 м, приямок—1,5 м3. Смешение воды и осадка происходит в аэрируемом смесителе в течение 10 минут. Расход воздуха — 0,5 Л13/ж3 смеси. Отстойник оборудован скребком, вращающимся со скоростью один оборот в час.
Полями орошения называются земельные участки, специально приспособленные для очистки сточных вод и одновременного выращивания сельскохозяйственных культур. На полях орошения используются удобрительные, увлажнительные и температурные свойства сточных вод.
Кроме того, на одного человека приходится 1—2 г азота органического , 8,5—9 г хлоридов пищевого пайка и 1,8—4,4 г сульфатов. Содержание углерода — около 5 г на человека в сутки. Содержание в сточных водах вещества, выраженное в мг/л, зависит от нормы водоотведения. Большая водораство-римость питательных элементов обеспечивает их усвоение растениями.
Поля подземного орошения имеют большие преимущества а санитарном отношении, так как при таком способе орошения, не загрязняются поверхность почвы и урожай. Этот способ орошения получил большое распространение в Германии. Увлажнители из дренажных гончарных трубок, фильтрующих воду через стыки, работают от 3 до 8 и более лет. Для орошения применяются также трубы из битума, имеющие отверстия сверху. Глубина заложения труб 0 35—0,70 м, расстояние-между ними—1,0—6,0 м. Прокладка труб производится при помощи специальных машин, формующих одновременно до трех труб.
Санитарная оценка полей орошения по анализу фильтрата указывает на высокую степень очистки (минерализации) сточных вод и достаточную эффективность по задержанию микробиального загрязнения и яиц гельминтов. Однако сама почва, являющаяся фильтром, а также продукты, получаемые с полей, даже при нормальной их работе могут служить источником заражения. Степень санитарной опасности зависит от •сроков орошения и выживания отдельных видов микроорганизмов в условиях полей. Наибольшей выживаемостью отличаются яйца гельминтов. По данным профессора 3. Г. Васильковой, в почве на глубине 2 см они могут выжить в течение полутора .лет; под тенью растений яйца аскарид в условиях Московской и Харьковской областей выживают 2—3 месяца. На иловых площадках отдельные яйца сохраняют свою жизнеспособность до двух лет, в водоеме они не погибают в течение года. Загрязнение яйцами аскарид особенно интенсивно происходит осенью и зимой, что зависит от биологии аскарид; оно наблюдается не только на сооружениях канализации, но и во всех населенных пунктах, их окрестностях и водоемах, особенно там, где не организована ликвидация нечистот. Отмечается также большое загрязнение яйцами гельминтов дворов и огородов при населенных пунктах и деревнях, не применяющих орошения сточными водами. Очевидно, что вероятность заражения при применении стачных вод выше, поэтому при орошении сточными водами необходимо соблюдение ряда санитарных требований.
При устройстве полей орошения почвенные условия играют большую роль: почвы характеризуются порозностыо и структурой. В крупнозернистых почвах, несмотря на хорошую аэрацию ее на большую глубину, сточная жидкость быстро просачивается ниже корневой системы, и значительная часть содержащихся в ней питательных веществ безвозвратно теряется для растений. На тяжелых суглинистых и глинистых почвах ввиду их слабой проницаемости не обеспечиваются необходимые токи воды и воздуха и растения практически не получают необходимых питательных веществ, а переработка жидкости идет главным образом за счет испарения.
Суглинки . Супеси . . Пески . .Подвод воды к картам производится оросительной сетью, состоящей из магистральных распределительных каналов и картавых оросителей. Отвод прошедшей через почву очищенной воды осуществляется при помощи отводной осушительной сети. Осушительная сеть, отводя излишнюю влагу, способствует проникновению воздуха в осушенный слой, без которого не может происходить очистка сточных вод. Для нормальной работы полей необходимо осушение верхнего слоя почвы на глубину 1,2—1,5 м. Для возможности производства сельскохозяйственных и ремонтных работ и вывоза урожая на полях предусматривается сеть дорог.
Устройство полей сельскохозяйственного орошения основано на широком применении комплексной механизации обработки почвы и нарезки временной оросительной сети. Орошение на них производится при помощи небольшого количества постоянных напорных или самотечных магистральных и распределительных трубопроводов или закрытых каналов, прокладываемых по водоразделам, и временных оросительных каналов (или передвижных поливных трубопроводов), выводных борозд и поливной сети (борозд, полос и ложбин), нарезаемых ежегодно одновременно с посевом. Орошаемая территория в соответствии с севооборотом и рельефом местности разбивается на отдельные равновеликие участки (поля) площадью от 12 до 15 га. Рекомендуется длину поля принимать не менее 400 м. При малых площадях полей разбивка на поля севооборота не производится, а вся территория используется под одну или несколько культур; ежегодные посевы проводятся с соблюдением севооборота. Участки полей в своей пониженной части ограждаются валиками высотой 0,5—0,8 м, не допускающими поверхностного стока по тальвегам или оврагам в .водоем; откосы валиков назначаются от 1 : 4 до 1 : 5 для удобства переезда. Так как нагрузка на поля принимается в соответствии с поглощающей способностью почвы, никаких осушительных или отводных Каналов на полях этого типа не предусматривается.
Площадь полей орошения рассчитывается по среднесуточным нормам нагрузки в м3/га, принимаемым в зависимости от грунтовых и климатических условий и произрастающих культур. НиТУ 141—56 для местностей со среднегодовым количествам осадков от 300 до 500 мм и при уровне грунтовых вод не выше 1,25 м для коммунальных полей рекомендуют пользоваться специальной таблицей норм.
Годовая оросительная норма (м3/га в год) вносится на поля орошения за несколько (от 3 до 16) поливов, поэтому единовременная подача сточных вод производится на небольшую часть территории полей и поливная норма (м3/га за один полив) значительно превышает среднесуточные расчетные нормы.
Удобрительные свойства очищенных сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, по сравнению с отстоенной жидкостью мало снижаются, так как при очистке происходит главным образом перевод одних видов соединений в другие. Уменьшение количества общего азота происходит на 7—11%, аммонийного — на 10%, калия — на 3%, фосфора — на 68%. Однако использование очищенных сточных вод для орошения осуществляется сравнительно редко.
Поля фильтрации применяются как резервные участки при полях орошения (в этом случае они принимают нагрузку в то время, когда сточные воды нельзя подать на поля орошения) и как самостоятельные очистные сооружения. Обычно поля фильтрации не предназначаются для посадки растений, однако, стремясь повысить рентабельность полей, их часто отводят под влаголюбивые культуры (травы, кормовые культуры и иву).
Эффективность прудов в летнее время при нормальной нагрузке по санитарным анализам показывает уменьшение количества бактерий более чем в 100 раз, понижение окисляемости на 90%, снижение органического азота на 88%, аммиака—на 97%, БПК-до 98%.
Практика орошения сельскохозяйственных земель указывает на целесообразность производства планировочных работ. На. спланированных участках облегчается применение механизированной обработки, получается более равномерное увлажнение почвы, повышается производительность труда орошалыци-ков, увеличивается коэфффициент использования земельной площади, урожай становится выше, и он созревает одновременно и, как правило, значительно раньше, чем на неспланиро-ванной площади. Расходы воды на неспланированные участки обычно превышают проектные, что может привести к поднятию уровня грунтовых вод, заболачиванию и засолению почвы.
Биофильтры представляют собой сооружения, наполненные отсортированным, неразмокающим, морозоустойчивым, крупнозернистым материалом (щебнем, хорошо пережженным шлаком без включений несгоревших частиц и др.), который орошается с поверхности сточной жидкостью. В загрузочном материале по всей его толще развивается биологическая пленка (активный ил), которая при контакте со сточной жидкостью задерживает и затем перерабатывает содержащиеся в ней органические загрязнения. Часть этих загрязнений окисляется пленкой при помощи кислорода воздуха, другая часть идет на прирост массы бактерий биологической пленки.
Большое влияние на работу аэрофильтров оказывает также предварительная очистка сточных вод, так как при плохой работе отстойников аэрофильтры получают дополнительную нагрузку, и прирост ила значительно увеличивается. Практически весь вынесенный ил переходит в осадок. Поэтому для нормальной работы аэрофильтров необходимо предварительное отстаивание жидкости в течение 1,5—2 час. Хорошие результаты дают биокоагуляция и предварительная очистка в аэротенках.
Аэротенком называется очистное сооружение, представляющее собой резервуар, через который протекает сточная жидкость, смешанная с активным илом и подвергающаяся аэрации от специальных воздуходувок или механических аэраторов.
Для отделения активного ила от очищенной воды, прошедшей аэротенки, смесь ила и воды направляется во вторичные отстойники. Последние проектируются вертикальными, а для больших расходов сточных вод — радиальными. Нагрузка на отстойники находится в зависимости от предельной концентрации активного ила в аэротенках.
Вторичные отстойники после аэротенков с 50-процентной регенерацией работают лучше, чем такие отстойники после аэротенков с 25-процентной регенерацией. Время пребывания активного ила во вторичных отстойниках определяет его концентрацию, с которой он поступает в регенераторы, аэротенки и илоуплотнители. Однако необходимо учитывать, что в отстойниках ввиду недостатка кислорода он теряет свою активность; ухудшение качества ила возрастает с увеличением времени пребывания его во вторичном отстойнике.
В настоящее время действуют «Правила безопасности при эксплуатации водопроводно-канализационных сооружений», утвержденные приказом № 30 министра коммунального хозяйства РСФСР 30 марта 1956 г. (Изд. МКХ РСФСР, 1957 г.). Правила охватывают комплекс мероприятий по технике безопасности и связанной с ней промышленной санитарии. В соответствии с правилами все работающие на очистных сооружениях канализации должны быть обеспечены горячим душем и помещением для сушки спецодежды, все производственные здания должны иметь надежно действующую вентиляцию с необходимой кратностью обмена; эти же требования зафиксированы Правилами устройства и эксплуатации сооружений по очистке городских сточных вод ГСИ СССР 1959 г.
Современное оборудование очистных сооружений канализации должно предусматривать возможность автоматизации их работы при максимальном отказе от применения ручного труда, что в значительной степени сокращает контакт обслуживающего персонала со сточной жидкостью и уменьшает численность персонала, а также повышает степень использования рабочего объема сооружений и улучшает качество очистки.
Все сооружения и оборудование сначала испытываются в работе на чистой воде, и только после ликвидации всех дефектов допускается подача сточной жидкости. С приемом на очистные сооружения сточных вод начинается технологический пуск сооружений, который должен производиться при тщательном лабораторном контроле. Он необходим не только при пуске сооружений биологической очистки, но и при пуске сооружений механической очистки.
Хлорирование является основным методом дезинфекции сточных вод. Другие методы дезинфекции (бактерицидные лучи, ультразвук и пр.) пока не получили практического применения.На канализационных очистных станциях применяется жидкий хлор, а на мелких установках — хлорная известь. Достаточным санитарным эффектом хлорирования считается снижение количества бактерий на 95—99%.
При хлорировании хлор растворяется в воде и образует соляную и хлорноватистую кислоты С12+(Н20 = НО + НОС. Хлорноватистая кислота как соединение нестойкое распадается на соляную кислоту и свободный кислород, являющийся сильным окислителем, оказывающим дезинфицирующее действие.
Расходные склады могут быть как подземными, так и наземными. При хранении жидкого хлора в баллонах склады обычно оборудуются стеллажами, основные .проходы между которыми должны быть не менее 1,5 м; вспомогательные проходы назначаются шириной не менее >0,7 ж. Баллоны могут также храниться в вертикальном положении и в штабелях высотой не более 1,5 м. Количество баллонов Е-40 в складе, по правилам Госгортехнадзора, должно быть не более 3000, при размещении в изолированных секциях—по 500 шт.
Время контакта хлора со сточной жидкостью в контактном резервуаре принимается равным 30 мин., учитывая при этом и время протока ее по выпуску до водоема. Смешение хлорной воды с очищенной жидкостью производится путем введения ее на перепаде, реже осуществляются специальные устройства.
Для перекачки сточных вод активного ила и осадка используются центробежные насосы.Характеристики насосов задаются заводами-изготовителями в виде графиков С —Н, (2—г], <2—N (<3—расход в л/сек, Н — напор в м, г]—к. п. д., N—мощность в кет).
При отсутствии специальных таблиц подсчет потерь напора может быть произведен по модулям (М), вычисленным для диаметров труб от 100 до 2000 мм и приведенным в табл. 69.Значения £, отнесенные к 1 пог. м труб для различных диаметров, приведены в табл. 69. Величины М и 5 даны в табл. 69 :при /г = 0,012 и л=0,013.
Удобна для пользования номограмма гидравлического расчета прямоугольных лотков, составленная Мосводоканалпроек-том по полной формуле Павловского при п = 0,013 (см. рис. 103 з кинце книги).Водосливы. На распределительных каналах и в замерных камерах применяются незатопленные водосливы с тонкой стенкой (рис. 93); реже употребляются затопленные водосливы и истечение из-под щита.
Лоток Паршаля устанавливается на прямом участке канала и состоит из суженной части и переходов на сужение и расширение и сопрягающих раструбов с подводящим и отводным каналами. Дно перехода на сужение осуществляется без уклона, дно суженной части должно иметь падение в 0,225 м, а дно перехода на расширение — подъем 0,15 м.
Равномерность распределения сточных вод между отдельными сооружениями имеет большое значение для их работы. Ввиду того что состав сточной жидкости неоднороден, для равномерной нагрузки на сооружения важ но обеспечить равные расходы, на каждое сооружение и равное количество загрязнений. Поэтому нельзя достигнуть равномерного распределения жидкости по сооружениям при помощи произвольно расположенных лоткоч и шиберов. При компоновке сооружений важно добиться симметрии в расположении сооружений, что облегчает автоматическое распределение между ними сточных вод и загрязнений.
Компоновка очистных сооружений диктуется их производительностью, рельефом местности и формой отведенной площадки. Число сооружений зависит от Соотношения расходов по очередям. Принятое количество единиц сооружений должно обеспечивать возможность отключения части из них для осмотра и ремонта. Для небольших сооружений оно должно быть не менее двух. Применение крупных единиц удешевляет строительство, упрощает разводку и эксплуатацию. Количество сооружений, краткое 2, 4 или 3, облегчает условия разводки.
Набор и размеры подсобных помещений устанавливаются при проектировании в зависимости от фактической необходимости.Ниже приводятся основные показатели имеющихся типовых проектов обслуживающих помещений, разработанных Гипро-коммунводоканалом.
Очищенные сточные воды выпускают в реку при помощи берегового или руслового выпускного сооружения.Выбор стзора выпуска диктуется местоположением очистных сооружений. При русловых выпусках оголовок обычно размещается в фарватере, в зоне максимальных глубин. На прямолинейном участке реки фарватер проходит -по ее середине. а на криволинейном участке — ближе к вогнутому берегу. Наличие поворота реки обеспечивает относ стока (к вогнутому берегу) и ускоряет перемешивание.
Выпуск сточных вод в море осуществляется в большинстве случаев после механической очистки, а иногда и совсем без очистки. Сточные воды, имея меньший удельный вес, сразу не смешиваются с морской водой и всплывают на поверхность моря, образуя на ней пятно, отличающееся по цвету и хорошо видимое на большом расстоянии. Естественно, что такой выпуск желательно удалить от берега и вывести на доста1очную глубину. Большое заглубление трубопровода выпуска диктуется, кроме того, условиями устойчивости сооружения. Поэтому морские выпуски, как правило, проектируются глубоководными.