Расчет песковых бункеров

3.5.3 Расчет песковых бункеров.

Песковые бункеры предусмотрены для подсушивания песка, удаляемого из песколовок. Они расположены в здании, на эстакаде, приспособленной для погрузки песка в автотранспорт.

Конструктивно бункеры представляют собой цилиндрические железобетонные резервуары с коническим днищем.

Полезный объем одного бункера определен по формуле:

W_ос * T

W_бунк = ¾¾¾¾, м³, (3.18)

n

где W_ос - суточный объем осадка, задерживаемого в песколовках, м³/сут;

T - время хранения осадка в бункерах, согласно [1], принимаем T = 5сут;

n - число бункеров, принимаем n = 2.

 1.08 * 5

W_бунк = ¾¾¾ = 2.7 м³.

2

Принимаем диаметр бункера D = 1.6 м и определяем высоту усеченного конуса:

 D - d₀

 h_ус = ¾¾¾ * tg a, м, (3.19)

2

где d₀ = 0.5 м, а a ³ 60°.

1.4 - 0.5

h_ус = ¾¾¾¾ * tg 60° = 0.78 м.

 2

Высота цилиндрической части бункера, м, определена по формуле:

4 * [W_бунк - 1/12 * p * h_ус * (D² + D * d₀ + d₀²)]

h_цил = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾. (3.20)

p * D²

4 * [2.7 - 1/12 * 3.14 * 0.78 * (1.4² + 1.4 * 0.5 + 0.5²)]

h_цил = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 1.37 м.

3.14 * 1.4²

Строительная высота бункера составит:

H_стр = h_б + h_цил + h_ус = 0.3 + 1.37 + 0.45 = 2.12 м. (3.21)

где h_б - высота борта бункера, принимаем h_б = 0.3 м.

3.5.4. Расчет первичных отстойников.

В качестве первичных отстойников в проекте предусмотрены отстойники с вращающимися сборно-распределительным устройством конструкции Скирдова. Их применяют для очистки бытовых и производственных сточных вод, содержащих до 500 мг/л взвешенных веществ. Отстойники данного типа приняты с учетом дальнейшего развития поселка. Конструкция отстойников обеспечивает условия отстаивания сточных вод близкие к статическим, в связи с чем пропускная способность этих отстойников выше пропускной способности обычных в среднем на 40%.

Расчетное значение гидравлической крупности определено по формуле:

 1000 * H_set * K_set

 U₀ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾, мм/с (3.22)

H_set * K_set n₂

 t_set * (¾¾¾¾)

 h₁

где H_set - глубина проточной части в отстойнике, м; согласно табл.31 [1] H_set = 0.8 - 1.2;

K_set - коэффициент использования объема проточной части отстойника; согласно табл.31 [1] K_set = 0.85;

t_set - продолжительность отстаивания, с, соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторном цилиндре в слое h₁; принимается по табл. 2.2 [12]; при Э = 70%, = 3600 с;

n₂ - показатель степени, зависящий от агломерации взвеси в процессе охлаждения; принят по черт. 2. [1] n₂ = 0.31.

1000 * 1 * 0.85

U₀ = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 0.2 мм/с.

0.85 * 1 _0.31

3600 * (¾¾¾)

0.5

Диаметр отстойника с вращающимися сборно-распределительным устройством определен по формуле:

_________________

 /  4 * q_max

 D = / ¾¾¾¾¾¾¾¾¾, м,  (3.23)

 Ö n * p * K * (U₀ - V_tb)

где V_tb - турбулентная составляющая, мм/с, принимаемая по табл.32 [1] в зависимости от скорости потока в отстойнике V_w, мм/с; для отстойника с вращающимся сборно-распределительным устройством V_tb = 0.

________________

/ 4 * 255

D = / ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 29.8 м.

Ö 2 * 3.14 * 0.85 * 0.2

Принимаем типовой отстойник D = 30 м.

Производительность одного отстойника, м³/ч, определена по формуле (33) [1]:

 q_set = 2.8 * K_set * (D_set² - d_en²) * (U₀ - V_tb),  (3.24)

где d_en - диаметр впускного устройства, м.

q_set = 2.8 * 0.85 * (30² - 1²) * 0.31 = 424.2 м³/ч.

Период вращения распределительного устройства составит:

1000 * H_set * K_set

T = ¾¾¾¾¾¾¾, с. (3.25)

U₀

1000 * 1 * 0.85

T = ¾¾¾¾¾¾¾ = 4250 с = 1ч. 11мин.

0.2

Количество осадка, выделяемого при отстаивании определено по формуле:

Q_сут^вв * K_см * Э^вв

W_ос = ¾¾¾¾¾¾¾¾, м³/сут, (3.26)

(100 - p_m) * r * 10⁶

где Q_сут - суточный расход сточных вод, поступающих на сооружения, м³/сут;

p_m^вв - влажность осадка, p_m = 95%;

r - плотность осадка, r = 1 т/м³.

13775.7 * 255.4 * 70

W_ос = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 49.3 м³/сут.

(100 - 95) * 1 * 10⁶

Высота слоя осадка принята 0.3 м.

Высота нейтрального слоя воды - 0.7 м.

Высота отстойника составит:

H_стр = 0.3 + 1 + 0.7 = 2 м.

Объем приямка определен по формуле:

W_пр = W_ос *Т = 49.3 * 2 = 98.5 м², (3.27)

где T - время пребывания осадка в приямке, сут; согласно п.6.66. [1] T = 2 сут.

Выгрузку осадка рекомендуется производить один раз в сутки, но не реже одного раза в 2 суток под гидростатическим давлением.

После реконструкции, в период дождя производительность одного отстойника составит:

Q_max.ч^д 1803.2

q_set = ¾¾¾ = ¾¾¾ = 901.6 м³/ч.

n 2

Выразим из формулы (4.24) гидравлическую крупность частиц осаждающихся в отстойнике во время дождя:

901.6

U₀ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 0.42 мм/с.

 2.8 * 0.85 * (30² - 1²)

Из формулы (4.22) находим продолжительность отстаивания в данных условиях:

1000 * 1 * 0.85

t_set = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 1717 c.

0.85 * 1 _0.31

0.42 * (¾¾¾)

0.5

При такой продолжительности отстаивания эффект осветления составляет Э = 63%. Поэтому первичные отстойники не подвергаются реконструкции.

3.5.5. Расчет аэротенков.

К проектированию приняты аэротенки-смесители с рециркуляцией активного ила. Аэротенки-смесители согласно [11] применяют при БПКполн < 1000 мг/л при значительных колебаниях расхода и состава стока. Так как БПКполн поступающей в аэротенки воды больше 150 мг/л, предусматривается регенерация активного ила.

Первоначально определяем степень рециркуляции активного ила, ориентировочно приняв дозу ила в аэротенке a_i = 3.5 г/л и иловый индекс I_i = 90 см³/г:

a_i 3.5

R_i = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 0.46. (3.28)

 1000/I_i - a_i 1000/90 - 3.5

Продолжительность окисления органических загрязняющих веществ определена по формуле (54) [1]:

L_en - L_ex

 t₀ = ¾¾¾¾¾¾¾¾, ч, (4.29)

R_i * a_r * (1 - s) * r

где L_en - БПКполн. поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;

L_ex - БПКполн. очищенной воды, мг/л;

s - зольность ила, принимаемая по табл. 40 [1]; для городских сточных вод s = 0.3;

r - удельная скорость окисления, мг БПКполн. на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч, определяемая по формуле:

L_ex * C₀ 1

 r = r_max * ¾¾¾¾¾¾¾¾ * ¾¾¾¾,  (3.30)

L_ex * C₀ + K₀ * L_ex 1 + j * a_r

здесь r_max - максимальная скорость окисления, мг/(г*ч), принимаемая по табл. 40 [1]; для городских сточных вод r_max = 85;

C₀ - концентрация растворенного кислорода, мг/л; по опыту эксплуатации принимаем С₀ = 2 мг/л;

K₁ - константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, мг БПКполн./л, и принимаемая по табл. 40 [1]; для городских сточных вод K1 = 33 мг БПКполн./л;

K₀ - константа, характеризующая влияние кислорода, мг О₂/л, и принимаемая по табл. 40 [1]; для городских сточных вод K₀ = 0.625 мг О₂/л;

j - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, л/г, принимаемый по табл. 40 [1]; для городских сточных вод j = 0.07 л/г.

a_r - доза ила в регенераторе, г/л, предварительный подсчет дозы ила произведен по формуле:

a_r = a_i * (1/2 * R_i + 1) = 3.5 * (1/2 * 0.46 + 1) = 4.31 г/л. (3.31)

15 * 2 1

r = 85 * ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ * ¾¾¾¾¾¾ = 18.6 мг.

15 * 2 + 33 * 2 + 0.625 * 15 1 + 0.07 * 4.31

294.7 - 15

t₀ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 10.84 ч.

0.46 * 4.31 * (1 - 0.3) 18.6

Продолжительность обработки воды в аэротенке определена по формуле:

2.5 L_en’ 2.5 206.58

t_at = ¾¾ lg ¾¾ = ¾¾ lg ¾¾¾ = 1.52 ч, (3.32)

 __ L_ex ___ 15

Ö a_i Ö 3.5

где L_en’ - БПКполн. поступающих в аэротенк сточных вод с учетом рециркуляционного ила, определенное по формуле:

 L_en + L_t * R 294.7 + 15 * 0.46

 L_en’ = ¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾ = 206.58 мг/л

1 + R 1 + 0.46

Продолжительность регенерации ила определена по формуле:

t_r = t₀ - t_at = 10.84 - 1.52 = 9.32 ч. (3.33)

Расчетная продолжительность пребывания в системе ‘’аэротенк-регенератор’’ составляет:

t_at-r = (1 + Ri) * tat + Ri * tr, ч (3.34)

t_at-r = (1 + 0.46) * 1.52 + 0.46 * 9.32 = 6.51 ч.

Объем аэротенка определен по формуле (58) [1] и составляет:

W_at = t_at * (1 + R_i) * q_w, м³, (3.35)

W_at = 1.52 * (1 + 0.46) * 918.87 = 2039 м³.

Вместимость регенераторов определена по формуле (58) [1] и составляет:

W_r = t_r * R_i * q_w  (3.36)

W_r = 9.32 * 0.46 * 918.87 = 3940 м³.

Общий объем аэротенка с регенератором определю по формуле:

W = W_at + W_r = 2039 + 3940 = 5979 м³. (3.37)

Для уточнения величины принятого ранее илового индекса I_i, определена средняя доза ила в системе ‘’аэротенк-регенератор’’:

(1 + R_i) * t_at + R_i * t_r * a_r

 a_ср = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾, г/л. (3.38)

t_at-r

 (1 + 0.46) * 1.52 + 0.46 * 9.32 * 4.31

a_ср = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 3.18 г/л,

 6.51

и нагрузку на ил, мг БПКполн. на 1 г беззольного вещества ила в сутки, по формуле (53) [1]:

24 * (L_en - L_ex) 24 * (294.7 - 15)

q_i = ¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 463.23 мг/г. (3.39)

a_ср * (1 - s) * t _at-r 3.18 * (1 - 0.3) * 6.51

По табл. 41 [1] при этом значении q_i для городских сточных вод I_i = 89.5 см³/г, что отличается от ранее принятого I_i = 90 см³/г.

С учетом скорректированного значения I_i по формуле (52) [1] уточняется величина коэффициента рециркуляции:

3.5

R_i = ¾¾¾¾¾¾ = 0.46.

 1000/89.5 - 3.5

Поскольку полученное значение степени рециркуляции не отличается от предыдущего, то принимаем R_i = 0.46 для отстойников с илососами и дальнейшее уточнение расчетных параметров не производим.

Так как в данном случае для регенерации ила требуется 66% объема всего аэротенка:

(W_r/W) 100% = (3940/5979) = 66%,

то по табл. 3.6 [12] подбираем две секции трехкоридорных аэротенков-смесителей (типовой проект 902-2-268) с шириной каждого коридора 6 м, длиной 42 м, рабочей глубиной 5 м и объемом каждой секции - 3780 м³. Общий объем аэротенков - 7560 м³. Из общего объема каждой секции один коридор выделяется под аэротенк и два под регенератор. Фактическое время пребывания обрабатываемой воды в системе ‘’аэротенк-регенератор’’ составляет:

 t_ф = W_общ/q_w = 7560/918.87 = 8.23 ч. (3.40)

Для расчета вторичных отстойников уточняется доза ила в аэротенке:

 W_общ * a_i.mix

a_i = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾, г/л, (3.41)

W_atm + (1.2 * R_i + 1) * W_r

7560 * 3.5

a_i = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 6.07 г/л.

 1259 + (1.2 * 0.46 + 1) * 2521

Гидравлическая нагрузка на вторичные отстойники определена по формуле (67) [1] и составляет:

4.5 * K_ss * H_set^0.8

q_ssa = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾, м³/(м² * ч), (3.42)

(0.1 * I_i * a_i)^{0.5 - 0.01 * At}

где A_t - концентрация ила в осветленной воде, следует принимать A_t ³ 10 мг/л по [1]; принимаем A_t = 15 мг/л.

4.5 * 0.85 * 1^0.8

q_ssa = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 0.94 м³/(м² * ч).

(0.1 * 90 * 6.07)^{0.5 - 0.01 * 15}

Расчет системы аэрации.

Принята мелкопузырчатая пневматическая система аэрации с применением керамических фильтросных пластин размером 300 ´ 300 ´ 35 мм, с удельным расходом воздуха q_пл = 80 - 120 л/мин.

Удельный расход воздуха q_air, м³/м³, очищаемой воды при пневматической системе аэрации определен по формуле:

 q₀ * (L_en - L_ex)

 q_air = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾. (3.43)

 K₁ * K₂ * K_т * K₃ * (C_a - C₀)

где q₀ - удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг БПКполн, принимаемый при очистке до БПКполн 15 - 20 мг/л - 1.1;

K₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка f_az/f_at по табл. 42 [1]; принимаем в первом приближении f_az/f_at = 0.1 K₁ = 1.47;

K₂ - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов h_a и принимаемый по табл. 43 [1];

K₂ = 2.8 при h_a = H - 0/3 = 5 - 0.3 = 4.7 м;

K_т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который определен по формуле (62) [1]:

 K_т = 1 + 0.02 * (T_w - 20) = 1 + 0.02 * (12 - 20) = 0.84 (3.44)

здесь T_w - среднемесячная температура воды за летний период, °С;

K₃ - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0.85;

C_a - растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определяемая по формуле (63) [1]:

 C_a = (1 + h_a/20.6) * C_т,  (3.45)

здесь С_т - растворимость кислорода воздуха в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, определяемая по формуле:

475 - 26.5 * С_s 475 - 26.5 * 3

 С_т = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 8.7, (3.46)

33.5 + T_w 33.5 + 12

где C_s - солесодержание воды, г/л; С_s = 3 г/л.

С_a = (1 + 4.7/20.6) * 8.7 = 10.68 мг/л.

1.1 * (294.7 - 15)

q_air = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 12.06 м³/м³.

 1.47 * 2.8 * 0.84 * 0.85 * (10.68 - 2)

Интенсивность аэрации определена по формуле:

q_air * H_at 12.06 * 5

I_a = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 39.67 м³/(м² * ч), (3.47)

 t_at 1.52

где H_at - рабочая глубина аэротенка, м.

Проверка:

I_a.min < I_a > I_a.max

При этом I_a.max принимается по табл. 42 [1], в зависимости от соотношения f_az/f_at, а I_a.min - по табл.43 [1], в зависимости от глубины погружения аэратора h_a. Поскольку полученная интенсивность аэрации I_a > I_a.max, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны. Принимаем f_az/f_at = 0.35, тогда K₁ = 1.92.

1.1 * (294.7 - 15)

q_air = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 9.23 м³/м³.

1.92 * 2.8 * 0.84 * 0.85 * (10.68 - 2)

 9.23 * 5

I_a = ¾¾¾¾ = 30.37 м³/(м² * ч).

 1.52

Проверка:

I_a.min < I_a < I_a.max.

где I_a.min = 3.15 м³/(м² * ч),

I_a.max = 35 м³/(м² * ч).

Общее количество воздуха W_в, м³/ч, подаваемое в аэротенки, определено по формуле:

 W_в = q_air * q_w = 9.23 * 918.87 = 8564 м³/ч.

Прирост активного ила определен по формуле:

 P_i = 0.8 * C_cdp + K_g * L_en, мг/л,  (3.48)

где C_cdp - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л;

 С * (100 - Э) 255.4 * (100 - 70)

C_cdp = ¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾ = 76.62 мг/л;

100  100

K_g - коэффициент прироста; для городских и близких к ним по составу производственных сточных вод K_g = 0.3.

P_i = 0.8 * 76.62 + 0.3 * 294.7 = 149.7 мг/л.

В аэротенках-смесителях пневматические аэраторы размещаются вдоль одной стены коридора, равномерно по всей длине. В регенераторах аэраторы размещаются неравномерно по длине: в первой половине - в два раза больше, чем во второй.