Усреднитель сточных вод: расчёт под пиковый расход и пиковую нагрузку

Что делает усреднитель сточных вод

Усреднитель сточных вод стоит между приёмной частью и тем процессом, который он защищает. Он принимает сток с той скоростью, с какой тот приходит, и отдаёт его со скоростью, которую способна переработать последующая ступень, — так эти два потока развязываются. На городских очистных сооружениях приток колеблется в течение суток, на промышленном объекте — по графику смен или залповыми сбросами.

У него две задачи, и считают их по-разному. Усреднение расхода сглаживает скорость поступления воды; усреднение нагрузки сглаживает массу загрязнителя, приходящую за час. Перемешиваемый резервуар делает и то и другое отчасти, но объекту, который борется с залповым сбросом крепкого стока, нужен объём, рассчитанный по массе, а не по литрам.

Взамен резервуар даёт меньшие и более стабильные сооружения: биологическую ступень, которую не нужно строить под пиковый час, дозирующее оборудование, работающее с постоянной подачей, и залп по pH или температуре, который приходит разбавленным, а не волной.

Пиковый расход сточных вод: что стоит за цифрой

Пиковый расход — не одно число. Их как минимум три, и расчёт, который называет одно из них, не говоря какое, ещё не расчёт. Первое — пиковый час сухой погоды, утренний или вечерний максимум, под который рассчитывают большинство городских сооружений. Второе — пиковые сутки, наибольший объём за 24 часа. Третье — максимум дождливой погоды: инфильтрация и приток после дождя, которые в общесплавной или повреждённой канализации могут многократно увеличить пик сухой погоды, одновременно разбавляя его крепость.

Коэффициент, который превращает средний расход в пиковый, — тема таблицы коэффициента неравномерности, и ведёт он себя везде одинаково: чем меньше обслуживаемое население, тем больше коэффициент. У промышленного объекта коэффициента неравномерности в городском смысле нет; у него есть график смен, который читают по собственной записи.

Для расчёта важен не самый большой расход в записи, а наибольший расход, который не может поглотить последующая ступень; разница между ними и есть то, ради чего нужен резервуар.

Усреднение расхода при очистке сточных вод: что именно сглаживается

Оно растягивает поступление воды на большее число часов и при этом не удаляет нагрузку: те же килограммы БПК за сутки всё равно приходят, просто распределены ровнее. Станет от этого нагрузка легче или тяжелее, зависит от того, как концентрация и расход движутся вместе в вашей канализации.

В городской канализации расход и концентрация обычно растут вместе: утренний максимум — это и самый крепкий сток, поэтому выравнивание расхода выравнивает и массовую нагрузку. Промышленный сброс часто ведёт себя наоборот: крепкая партия приходит малым объёмом и в час, не связанный с бытовым максимумом. Растянуть её на большее число часов — значит распределить массу, а не уменьшить её; биологии это обычно и нужно, но сама масса не исчезает. Там, где проблема в нагрузке, а не в расходе, объём приходится считать по кривой массы.

Перемешивание по мере наполнения даёт второй эффект: усреднение тянет пики расхода и концентрации вниз одновременно, что помогает в городской службе и может мешать там, где крепкий поток нужно держать отдельно, а не разбавлять. Таблица расчётного качества исходного стока приводит показатели, на которые обычно проектируют сооружения.

Расчёт по кривой массы, а не по проценту

Метод, который отвечает на вопрос по существу, — кривая накопленного объёма. Отложите накопленный объём притока по времени за расчётные сутки, проведите линию накопленного объёма, который уходил бы при постоянном отборе, и наибольшее вертикальное расстояние между этими линиями и есть ёмкость, которую должен вмещать резервуар: на столько приток когда-либо обгоняет отбор.

Ценность ответа решают три практических момента. Запись должна охватывать худшие сутки, а не типичную неделю: у резервуара, рассчитанного на средние сутки, не остаётся запаса на тот день, ради которого его покупали. Интервал должен быть достаточно мелким, чтобы показать пик. А там, где записи нет, кривую приходится строить по населению, норме и коэффициенту неравномерности и считать её предварительной, пока у сооружений не появится собственный расходомер.

В проектной практике часто называют отправный диапазон порядка 10–30 % суточного расхода для городских сооружений или объём, равный нескольким часам среднего расхода. Читайте это как отправный метод, а не как спецификацию: это проверка здравого смысла для ответа по кривой массы, а не его замена, и общесплавная канализация, высокая инфильтрация и промышленные залповые сбросы сдвигают нужный объём от середины диапазона.

Время пребывания в усреднителе

Время пребывания в усреднителе — это объём, делённый на расход, то есть результат расчёта, а не его исходные данные: назвать сначала от шести до двенадцати часов и подогнать под это число объём резервуара — верный способ спроектировать усреднение вон из сооружений. Посчитать его всё равно стоит: оно говорит, что ещё будет делать резервуар. Долгое время пребывания в тёплом климате превращает неаэрируемый резервуар в отстойник, а затем в гнилостный: твёрдые частицы накапливаются, появляется сульфид. Короткое время на объекте с резким промышленным пиком не сглаживает его вовсе. Таблица «Объём резервуара и время пребывания» показывает, как время пребывания превращается в объём резервуара.

Пиковая нагрузка и случай, когда она не совпадает с пиковым расходом

Там, где нагрузка приходит залпами, определяющим ограничением становится масса, а не объём, и строить нужно кривую накопленной массы против накопленной производительности очистки. Считывание то же: наибольший разрыв между тем, что пришло, и тем, что процесс успел бы переработать, и есть ёмкость, которую должен обеспечить резервуар, — здесь как объём при той концентрации, до которой резервуар перемешивается.

Два ответа часто расходятся, и тогда у проекта три варианта: рассчитать один резервуар по большей из двух величин; разделить задачи между резервуаром расхода и резервуаром нагрузки; или уменьшить залп в источнике — силами предприятия выше по потоку, усредняющего свой сброс, или изменением технологии, после которого крепкий сток перестаёт приходить одной порцией. Третий обычно самый дешёвый.

Перемешивание, аэрация и отбор в усреднителе сточных вод

Неперемешиваемый резервуар — это отстойник с регулятором уровня: твёрдые частицы осаждаются, полезный объём падает, и, когда резервуар наконец опорожняют, он отдаёт процессу концентрированную порцию. Перемешивание поддерживает содержимое однородным, поэтому на выходе получается представительная проба того, что пришло. Чем его обеспечивают — погружными мешалками, решёткой грубого барботажа или перекачкой по кругу, — зависит от твёрдых частиц в потоке и от того, должно ли содержимое оставаться аэробным.

Аэрация — отдельный вопрос. Она нужна там, где содержимое иначе загниёт, то есть при долгом пребывании, тёплом климате, высокой органической крепости или сульфиде во входящем стоке, и это самый дешёвый способ держать резервуар одновременно перемешанным и аэробным. Бесплатной она не бывает: аэрируемый резервуар потребляет кислород, а аэрация без реальной задачи — это текущие затраты без отдачи.

Схема отбора решает, какая часть расчётного объёма окажется полезной. У резервуара, опорожняемого насосом с постоянной подачей, усреднение работает только до нижнего уровня отключения, а объём ниже этой отметки — мёртвый. Переменный отбор, отбор по производительности последующей ступени или пара резервуаров, опорожняемых поочерёдно, меняют то, сколько объёма действительно доступно.

Типичные ошибки

• Считать по проценту от суточного расхода, за которым нет записи расходов: процент — это проверка ответа, а не метод.
• Грубые записи расходов. Пиковый расход сточных вод может длиться двадцать минут и всё равно раствориться в суточной сумме.
• Считать отбор постоянным, тогда как это лишь допущение считывания по кривой массы.
• Забыть мёртвый объём ниже нижнего уровня отключения и запас над высоким уровнем.
• Ставить резервуар перед решётками и удалением песка, которые защищают его мешалки и насосы.
• Оставлять резервуар без перемешивания, а потом винить процесс в залпах.
• Допускать, чтобы время пребывания в усреднителе выросло до загнивания резервуара, не предусмотрев нужную для этого аэрацию.
• Путать усреднение расхода при очистке сточных вод с усреднением нагрузки: объём, который сглаживает литры, — не тот объём, который сглаживает килограммы.

Самопроверка перед фиксацией объёма

• Есть ли запись расходов за худшие сутки и худший сезон, а не за типичную неделю?
• Достаточно ли мелок интервал, чтобы показать самый короткий значимый пик?
• Снята ли требуемая ёмкость с кривой накопленного объёма?
• Построена ли также кривая нагрузки, если на объекте залповый сброс или сброс по сменам?
• Что из двух определяет расчёт — расход или нагрузка, — и рассчитан ли резервуар именно по нему?
• Достаточно ли хорошо перемешивает усреднитель сточных вод, чтобы удерживать твёрдые частицы во взвеси при выбранном времени пребывания?
• Нужна ли аэрация, чтобы содержимое не загнило, и учтены ли её текущие затраты?
• Какая часть номинального объёма полезна между нижним уровнем отключения и аварийным высоким уровнем?

От записи расходов к резервуару

Объём берут из эксплуатационных данных объекта, а не из таблицы: запись расходов за худшие сутки, которых можно ожидать, снятая по накопленной кривой против отбора, который способна принять последующая ступень. Таблица «Объём резервуара и время пребывания» показывает, что даёт время пребывания в пересчёте на объём резервуара, руководство по подбору и расчёту станции разбирает тот же вопрос от расчётного расхода и норматива сброса, а страница контейнерной станции очистки сточных вод описывает блочную форму той же задачи. Там, где усреднительный объём и биологическую ступень берут вместе, объём и расчётный график расхода подтверждают с заводом по вашей записи расходов и анализу исходного стока, а не берут из таблицы.