Строительные работы

Проектирование генеральных планов очистных станций



Вспомогательные устройства и объекты очистных станций

К числу вспомогательных устройств очистных станций относятся коммуникации сточной воды и осадков, распределительные устройства, измерительные устройства.

На очистную станцию сточные воды поступают по самотечному или напорному трубопроводу. Для приема жидкости из насосной станции перед очистными сооружениями производительностью до 100 м/ч устраивают приемную камеру в виде колодца из железобетонных колец диаметром 1 м. В нее сверху вводятся один или два напорных трубопровода. При расходе сточных вод 100-250 м/ч приемная камера делается прямоугольной размерами в плане 1,5X1,0 м.

Сточные воды между очистными сооружениями движутся, как правило, самотекам по открытым лоткам. Лотки устраиваются железобетонными, перекрываемыми в зимнее время съемными щитами. Размер лотков определяют исходя из скорости течения, равной 0,4 м/с при минимальном притоке и 1,0 м/с - при максимальном притоке с коэффициентом 1,4. Строительную высоту лотков принимают на 0,1-0,15 м больше расчетной глубины слоя воды в них. Минимальные уклоны лотков составляют 0,004-0,005. Гидравлически наиболее выгодны прямоугольные живые сечения лотков, ширина которых равна двум глубинам.

В отдельных случаях на очистных станциях приходится транспортировать воду в трубах. Скорости ее протока в трубопроводах должны быть выше, чем в открытых лотках, во избежание образования отложений.

Осадки из отстойных сооружений удаляются по иловым трубам под гидростатическим напором самотекам, а также насосами, гидроэлеваторами, эрлифтами. Минимальный уклон труб, лотков при самотечном удалении осадков составляет 0,01. Наименьшие скорости движения осадков в напорных трубах принимаются в пределах 0,9-1,5 м/с при их влажности соответственно 97-92%.

Поток сточных вод на очистной станции должен равномерно распределяться по однотипным сооружениям и группам сооружений. При этом надо стремиться к тому, чтобы наряду с жидкостью пропорционально распределялись и находящиеся в ней взвешенные вещества.

Деление потока осуществляется разветвлением лотков и устройством распределительных камер. Неравномерность распределения воды лотками на 2-4 части достигает ±10%. Более точным является деление потока в распределительных камерах на 4, 6, 8 частей с водосливами, установленными на одинаковых отметках. Наибольшая точность при этом обеспечивается при подводе воды к камере дюкером снизу.

На очистных станциях необходимо измерять расходы сточных вод, осадков, растворов реагентов, воздуха для аэрации. Желательно предусматривать возможность измерения не только общих расходов, но и расходов по отдельным сооружениям, узлам. Более точное измерение расходов воды может быть осуществлено в напорных трубопроводах, менее точное - в открытых лотках (типа лотка Вентури).

Для определения расхода жидкости в напорных трубах применяют в основном расходомеры переменного перепада, состоящие из сужающего устройства, дифманометра и соединительных линий. Наряду с этим могут быть попользованы индукционные расходомеры, а для чистых жидкостей - ротаметры.

При измерении расхода загрязненных жидкостей в качестве сужающих устройств применяют трубы Вентури и сегментные диафрагмы, а для защиты соединительных линий от загрязнения - непрерывную промывку соединительных линий чистой водой, продувку их воздухом, а также использование отстойных сосудов. Для измерения расхода очищенных вод устанавливают расходомеры со стандартными диафрагмами, соплами и трубами Вентури. Наибольшее распространение в системах водоотведения получили стальные сварные трубы Вентури условным проходом от 200 мм и выше (типовые конструкции серии 3.902-6). Измерение расходов в напорных трубах осуществляется в соответствии с "Правилами измерения расхода жидкостей, газов, паров стандартными диафрагмами и соплами" Госстандарта РФ.

Для определения расходов сточных вод с содержанием взвешенных веществ более 3 г/л или агрессивных по отношению к материалу труб Вентури и расходов осадков используются индукционные расходомеры с условным диаметром от 80 мм и выше. Расход воздуха измеряется с помощью стандартных диафрагм, труб Вентури и напорных трубок. Последние практически не создают потерь напора, но для их установки требуются прямые участки труб значительной длины при скорости воздуха в трубе более 5 м/с.

Способы измерения расходов воды в открытых лотках и каналах изложены в "Правилах измерения расхода жидкости при помощи стандартных водосливов и лотков". В них нормированы водосливы с тонкой стенкой (треугольные, прямоугольные, трапецеидальные), водосливы с широким порогом (прямоугольного профиля, треугольного профиля), лотки Вентури, Паршаля.

Расход воды при оценке его водосливами или лотками определяется измерением величины напора над гребнем водослива или над дном лотка. Измеряется напор в успокоительных колодцах, нишах, соединенных с каналом отверстиями (трубками). Для этого в качестве первичных приборов используются поплавковые, буйковые или чаще всего пьезометрические уровнемеры в качестве вторичных - приборы дифференциально-трансформаторной или ферродинамической систем. С их помощью значительно упрощается обработка результатов измерений, повышается их точность и надежность, создается возможность устанавливать суммарный расход за любой период времени.

Приближенное определение расхода воды может быть осуществлено и в обычном лотке с помощью тарированной рейки. Для потоков с устойчивым руслом существует постоянная однозначная зависимость между расходом и глубиной потока. Установив однажды эту зависимость в виде кривой, в дальнейшем достаточно измерять лишь глубину потока и по кривой получать соответствующий расход. Тарирование рейки (построение кривой) производят измерением расхода с помощью гидрометрической вертушки, водосливов. При этом рейка должна устанавливаться в расположенном рядом с лотком и соединенным с ним кармане. Водослив следует устанавливать в прямолинейном лотке выше кармана на расстоянии не менее 2-3 м.

Более подробно принципы устройства и техника измерения расходов жидкости, включая автоматизацию, рассматриваются в специальном курсе.

Для нормальной эксплуатации очистной станции необходимо предусматривать вспомогательные объекты: лабораторию, мастерские, гараж, котельную, материальные склады, административные помещения, комнаты дежурного персонала. В составе объектов очистной станции должны быть также вспомогательные помещения: гардеробные, душевые, туалеты, помещения для сушки и стирки спецодежды, буфет, красный уголок. Они размещаются по возможности в отдельном здании, а на малых станциях блокируются с производственными помещениями.

При проектировании площадки очистной станции предусматриваются мероприятия по благоустройству и озеленению территории. Площадь озеленения принимается не менее 15-20%. Вертикальная планировка территории очистной станции должна обеспечить отвод поверхностных вод.

К местам расположения технологического оборудования очистных сооружений и на сетях следует устраивать удобные подходы, площадки, лестницы и при необходимости ограждения.

Территория очистной станции должна ограждаться забором и хорошо освещаться. Тип ограждения назначается исходя из местных условий.

Генеральные планы очистных станций и высотное расположение объектов

Выбор площадки для строительства очистной станции производится в увязке с проектом планировки и застройки канализуемого объекта с учетом решений его внешних коммуникаций (дорог, систем газо-, тепло- и электроснабжения) и согласованного места выпуска очищенных сточных вод.

Площадку для строительства станции очистки надлежит располагать по возможности с подветренной стороны для господствующих ветров теплого периода года по отношению к жилой застройке и ниже населенного пункта по течению реки с учетом размеров санитарно-защитных зон. При вынужденном размещении очистной станции с наветренной стороны размеры санитарно-защитной зоны увеличиваются до двух раз. Площадка должна иметь уклон, обеспечивающий самотечное движение сточной воды по сооружениям и отвод поверхностных вод. Она должна располагаться на территории, не затопляемой паводковыми водами, с низким уровнем грунтовых вод.

Рациональное размещение основных и вспомогательных объектов очистной станции на местности для выполнения технологической задачи с наилучшими технико-экономическими показателями называется генеральным планом станции. Генеральный план составляется в масштабах 1: 500 или 1: 1000 на топографическом плане местности с горизонталями через 0,25-1 м. На него наносят основные и вспомогательные сооружения, коммуникации, дороги, элементы благоустройства.

При проектировании генерального плана необходимо учитывать следующие требования:

1) обеспечение самотечного движения сточных вод и по возможности осадка по сооружениям станции;

2) доступность сооружений и устройств для ремонта и обслуживания;

3) минимальную протяженность коммуникаций (лотков, каналов, трубопроводов);

4) обеспечение подъезда автотракторной и грузоподъемной техники к группам сооружений и отдельным сооружениям;

5) возможность строительства очистной станции по очередям и ее расширения в случае увеличения притока сточных вод;

6) соблюдение санитарных требований, правил противопожарной профилактики и техники безопасности.

Очистная станция должна быть компактной, с коэффициентом застройки площади не менее 0,6-0,7. Необходимо рассматривать возможность блокировки сооружений. Разрывы между одноименными сооружениями при расположении на местности с относительно малым уклоном принимаются равными 2-3 м, между группами разноименных сооружений - в пределах 5-10 м (при применении биофильтров, учитывая насыпь, - 15-20 м), между очистными сооружениями и иловыми площадками - 25-30 м.

Число отдельных секции и сооружений должно обеспечивать, возможность отключения части их для осмотра или ремонта без значительного ухудшения качества очистки. Минимальное число сооружений или их секций должно составлять не менее двух, максимальное - не более 6-8. Вспомогательные и обслуживающие помещения на станции рекомендуется объединять в минимальном числе зданий.

Самотечный режим движения сточной воды и осадка на очистной станции обеспечивается правильным высотным расположением сооружений. Оно же определяет и объем земляных работ. Сооружения, развитые в высоту (вертикальные отстойники, двухъярусные отстойники, осветлители-перегниватели, метантенки и т.п.), рекомендуется располагать наполовину выше уровня земли. При этом грунт из котлована полностью может быть использован на обсыпку сооружений для их утепления. Иловые площадки нужно размещать по возможности на уровне поверхности земли. Во многих случаях отметки карт иловых площадок предопределяют высотное расположение очистных сооружений.

Для самотечного движения сточной воды по всем сооружениям очистной станции необходимо, чтобы отметка поверхности воды в подводящем коллекторе (приемной камере) превышала отметку воды в водоеме при высоком горизонте на величину, достаточную для компенсации всех потерь напора по пути движения воды по сооружениям с учетом запаса в 1-1,5 м. Этот запас необходим для обеспечения свободного истечения воды из оголовка выпуска в водоем.

Потери по пути движения воды складываются из трех составляющих: линейные потери на трение при движении сточной воды по трубам и лоткам; местные потери в коммуникациях, водосливах, контрольно-измерителыных устройствах и потери в сооружениях очистной станции, обусловленные их конструктивными особенностями.

Линейные потери определяются произведением длины участка лотка на перепад высот. Местные потери зависят от коэффициента местного сопротивления и скорости движения жидкости. Потери на сооружениях для предварительных расчетов принимаются в следующих размерах, м:

Решетки...0,1-0,25

Песколовки...0,1-0,25

Двухъярусные отстойники...0,1-0,25

Горизонтальные отстойники...0,1-0,25

Вертикальные отстойники...0,4-0,5

Радиальные отстойники...0,4-0,6

Осветлители...0.6-0,7

Биофильтры со спринклерной системой орошения...Н + 2,5

Биофильтры с реактивными оросителями...Н+1,5

Аэротенки...0,5-0,8

Смесители...0,1-0,4

Контактные резервуары...0,1-0,3

Песчаные фильтры...Н+2

Барабанные сетки...0,2-0,3

Здесь Н - высота загрузки очистного сооружения. Общая величина потерь напора на очистных станциях полной биологической очистки в схемах с аэротенками составляет примерно 8 м. в схемах с биофильтрами - до 12 м.

Для определения взаимного высотного расположения сооружений очистной станции одновременно с разработкой генерального плана составляются профили движения воды ("по воде") и осадка ("по осадку"). Горизонтальный масштаб этих профилей принимают таким же, как и для генплана, а вертикальный - 1: 50 или 1: 100. Профиль "по воде" представляет собой развернутый разрез, выполненный по самому длинному пути движения воды от приемной камеры до выпуска в водоем. Профиль "по осадку" начинается от выпуска осадка из первичных отстойников и проводится по всем сооружениям для обработки осадка. При применении иловых площадок он заканчивается присоединением дренажных трубопроводов к главному коллектору или другому устройству в голове очистных сооружений.

Ниже приводятся некоторые примеры решений генеральных планов станций биологической очистки сточных вод в искусственных условиях, предназначенных для использования в системах водоотведения на военных объектах.

На рис.1 показан примерный генеральный план очень малой очистной станции с применением аэротенка-отстойника полного окисления с механической аэрацией типа КУ-12. Кроме очистной установки заводского изготовления в состав станции входят решетка с ручной очисткой, смеситель, контактный резервуар, иловые площадки, а также производственно-вспомогательное здание, включающее хлораторную, электрощитовую и бытовые помещения.


Рис.1. Генеральный план очистной станции с установкой КУ-12

I - установка КУ-12; II - ершовый смеситель; III - контактный резервуар; IV - хлораторная; V - электрощитовая; VI - бытовые помещения; VII - иловые площадки.

Трубопроводы: 1 - поступающих сточных вод; 2 - очищенных сточных вод; 3 - обеззараженных сточных вод в водоем; 4 - дренажных вод; 5 - хлорного раствора; 6 - канализации из бытовых помещений; 7 - водопровода; 8 - аварийного сброса; 9 - электрокабель.

На рис.2 представлен примерный генеральный план очистной станции с применением аэротенка-отстойника полного окисления с пневматической среднепузырчатой аэрацией заводского изготовления типа КУ-100. Состав дополнительных и вспомогательных сооружений станции аналогичен представленным на рис.1, кроме решетки-дробилки РД-100, заменившей решетку с ручной очисткой.


Рис.2. Генеральный план очистной станции с установкой КУ-100

I - приемная камера; II - решетка-дробилка; III - установка KУ-100; IV - ершовый смеситель; V - контактный резервуар; VI - воздуходувная станция; VII - хлораторная и санузел; VIII - электрощитовая; IX - иловые площадки.

Трубопроводы: 1 - поступающих сточных вод; 2 - очищенных сточных вод; 3 - очищенных и обеззараженных сточных вод; 4 - избыточного стабилизированного активного ила; 5 - дренажных вод; 6 - хлорного раствора; 7 - собственной канализации; 8 - водопровода; 9 - аварийного сброса; 10 - сжатого воздуха.

На рис.3 показан вариант очистной станции производительностью 200 м3/сут с использованием биологических фильтров с пластмассовой загрузкой для районов со среднегодовой температурой воздуха 3-6 °С. Каждый биофильтр имеет в плане восьмигранную форму с длиной грани 1 м, высоту загрузки 3,6 м и объем 18 м3. Загрузка выполнена блочной из чередующихся гофрированных и плоских листов полиэтилена или поливинилхлорида толщиной 1-2 мм. Пластмассовые блоки применяют трех типоразмеров высотой 0,3 м. Блоки первых двух типов прямоугольной в плане формы с размерами соответственно 995x590 и 995X675 мм, а блоки третьего типа - прямоугольный треугольник с размерами катетов 695 и 674 мм. Ограждающие конструкции биофильтра выполнены из листов полиэтилена или поливинилхлорида и скреплены металлическим каркасом.

В технологической схеме станции применен один контактный резервуар, что не совсем удобно, лучше иметь два.

На примере этого генплана видно влияние высоты биофильтров на размеры обваловки первичных отстойников, что существенно отражается на компоновочном решении генерального плана и размерах территории очистной станции.


Рис.3. Генеральный план очистной станции производительностью 200 м/сут с биофильтрами с пластмассовой загрузкой (упрощенный вариант)

I - песколовки; II - двухъярусные отстойники; III - биофильтры с пластмассовой загрузкой; IV - смеситель; V - вторичные отстойники; VI - контактный резервуар; VII - иловые площадки; VIII - песковая площадка; IX - иловая насосная станция с хлораторной и бытовыми помещениями.

Трубопроводы: 1 - поступающих сточных вод; 2 - напорный осадка из вторичного отстойника; 3 - самотечный сброженного осадка; 4 - дренажных вод; 5 - самотечный осадка из вторичных отстойников и контактных резервуаров; 6 - хлорной воды; 7 - водоснабжения; 8 - осадка из песколовок (пульпы); 9 - бытовых вод собственной канализации; 10 - аварийный; 11 - очищенных вод.

На рис.4 представлена схема генерального плана современной станции биологической очистки сточных вод производительностью 7000 м3/сут. Основные технологические элементы станции скомпонованы в одном блоке емкостных сооружений: аэротенк с пневматической аэрацией, первичный и вторичный отстойники, аэробный стабилизатор, контактный резервуар. В производственном корпусе располагаются воздуходувная, иловая насосная станция, насосная станция технической воды, трансформаторная, санузел, лаборатория, служебные помещения и др. На схеме для лучшего представления о принятой принципиальной технологии очистки сточных вод и обработки осадка трубопроводы различного назначения не показаны, сохранены лишь главные потоки очищаемой сточной жидкости и осадка.

На рис.5 приведен генеральный план очистной станции производительностью 7000 м3/сут с высоконагружаемыми биофильтрами и метантенками. В решении генерального плана станции предусмотрена блокировка производственных сооружений административных помещений, связанных общим технологическим процессом. В здании решеток размещены две вертикальные механизированные решетки и одна дробилка Д-3, а также насос для подачи воды к гидроэлеваторам песколовок. Песколовки здесь горизонтального типа с круговым движением воды. Для обезвоживания песка предусмотрено устройство бункеров, в которых производится отмывка песка с последующей погрузкой на автомашины.


Рис.4. Схема генерального плана очистной станции производительностью 7000 м3/сут (с основными коммуникациями по воде и осадку)

1 - приемная камера; 2 - здание решеток; 3 - водоизмерительный лоток; 4 - песколовки; 5 - распределительная камера; 6 - первичные отстойники; 7 - аэротенки; 8 - вторичные отстойники; 9 - контактные резервуары; 10 - аэробные стабилизаторы осадков; 11 - производственный корпус (воздуходувная, насосная, трансформаторная, щитовая, санузел, лаборатория, служебные помещения и др.);12 - хлораторная; 13 - котельная; 14 - склад угля; 15 - склад шлака.

На станции используются первичные отстойники вертикального типа из сборных железобетонных элементов. Осадок из них удаляется под гидростатическим давлением по самотечному трубопроводу в сборный резервуар, откуда насосами подается в загрузочную камеру метантенков. Емкость сборного резервуара осадка из первичных и вторичных отстойников рассчитана на 15-минутную производительность насоса.

В проекте предусмотрены типовые высоконагружаемые биофильтры с реактивными оросителями. В качестве вторичных отстойников и контактных резервуаров применены вертикальные отстойники.

Для сбраживания осадков из первичных и вторичных отстойников используются метантанки. Сушка сброженных осадков производится на иловых площадках, которые располагаются за пределами основной территории очистной станции.


Рис.5. Генеральный план очистной станции с высоконагружаемыми биофильтрами производительностью 7000 м3/сут

I - здание решеток; II - песколовки горизонтальные с круговым движением воды; III - водоизмерительный лоток; IV,VII,VIII,XI - распределительные камеры; V - первичные вертикальные отстойники; VI - высоконагружаемые биофильтры; IX - вторичные вертикальные отстойники; X - ершовый смеситель; XII - контактные резервуары; XIII - метантенки; XIV - резервуар избыточной биопленки из вторичных отстойников; XV - резервуар рециркуляционной воды для биофильтра; XVI - блок производственно-вспомогательных помещений (иловая и циркуляционная насосные станции, насосное оборудование метантенков. котельная, электрощитовая, лаборатория, управление, бытовые помещения и др.); XVII - хлораторная со складом хлора; XVIII - помещения для бункеров песка; IXX - аварийный лоток.

Трубопроводы: 1 - сырого осадка из первичных отстойников; 2 - избыточной биопленки из вторичных отстойников; 3 - биопленки и осадка из контактных резервуаров; 4 - всасывающий сырого осадка, биопленки и осадка из контактных резервуаров; 5 - подачи осадков на метантенки; 6 - подачи сброженных осадков на иловые площадки; 7 - подачи воды на рециркуляцию; 8 - подачи сточной воды на биофильтры; 9 - хлоропровод; 10 - подачи осветленной воды к насосу гидроэлеваторов; 11 - напорный рабочей воды к гидроэлеваторам; 12 - подачи пульпы из песколовок на обезвоживание; 13 - подачи дробленого мусора; 14 - теплоснабжения; 15 - дренажной воды из песковых бункеров; 16 - бытовой канализации; 17 - хозяйственно-противопожарного водопровода.

В блок производственно-вспомогательных помещений входят насосная станция для подачи осветленной сточной жидкости и рециркуляционного расхода воды на биофильтры, иловая насосная станция, щитовая, трансформаторная подстанция, котельная, диспетчерская, мастерские ремонта оборудования и приборов химическая и бактериологическая лаборатории, склад, бытовые помещения.

Более производительные очистные станции характерны для средних и крупных городов. В практике капитального строительства военных объектов они не встречаются.