Politechnika Świętokrzyska Rok akademicki 2006/07

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

ĆWICZENIE PROJEKTOWE

Z PRZEDMIOTU

,,OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW 2''

I. OPIS TECHNICZNY:

Celem ćwiczenia było przeprowadzenie bilansu ilościowego i jakościowego ścieków, a także zaprojektowanie urządzeń do oczyszczania ścieków dla jednostki osadniczej o liczbie mieszkańców 7800. Na terenie jednostki znajduje się fabryka sukna. Łączna ilość ścieków dopływająca do oczyszczalni wynosi 1400 m³/d.

Ścieki doprowadzane są do oczyszczalni kanałem o średnicy 300 mm. Pierwszym elementem oczyszczania ścieków jest krata koszowa z mechanicznym usuwaniem skratek typu KK. Skratki gromadzone są w pojemniku na odpady o pojemności 1,1 m³, który opróżniany jest co 6 dni. Następnym urządzeniem jest piaskownik szczelinowy. Zatrzymany piasek w piaskowniku trafia na poletko ociekowe. Po tych urządzeniach ścieki trafiają do pompowni skąd płyną do dwóch osadników Imhoffa o objętości każdego z nich 410,54 m³ i wymiarach: średnica 10 m, wysokość 7,04 m. Kolejnym urządzeniem jest złoże biologiczne. Po etapie biologicznego oczyszczania ścieki trafiają do osadnika pionowego typu OPiP-9,0 o wymiarach 9 x 9 m. Z tego urządzenia ścieki kierowane są do odbiornika, którym jest rzeka.

II. BILANS JAKOŚCI I ILOŚCI ŚCIEKÓW:

Godz.	Ścieki bytowo - gospodarcze				Wody infiltracyjne		Ścieki z przemysłu - fabryka sukna				Ścieki dopływające do oczyszczalni Qmiesz
		Qs [%]	Qs [m^3/h]	SBZT5 [g/m^3]	Łs [kg/h]	Qi [%]	Qi [m^3/h]	Qp [%]	Qp [m^3/h]	SBZT5 [g/m^3]	Łp [kg/h]	Qmiesz [m^3/h]	SBZT5 [g/m^3]	Łmiesz [kg/h]
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
0 - 1	1,20	13,10	120	1,57	4,17	2,36	3,50	8,75	430	3,76	24,21	220	5,33
1 - 2	1,20	13,10	230	3,01	4,17	2,36	2,40	6,00	460	2,76	21,46	269	5,77
2 - 3	1,20	13,10	200	2,62	4,16	2,35	1,80	4,50	350	1,58	19,96	210	4,20
3 - 4	1,20	13,10	140	1,83	4,17	2,36	3,30	8,25	430	3,55	23,71	227	5,38
4 - 5	1,20	13,10	140	1,83	4,17	2,36	3,80	9,50	600	5,70	24,96	302	7,53
5 - 6	3,10	33,85	240	8,12	4,16	2,35	8,90	22,25	700	15,58	58,45	405	23,70
6 - 7	4,80	52,42	390	20,44	4,17	2,36	5,90	14,75	600	8,85	69,52	421	29,29
7 - 8	7,40	80,81	300	24,24	4,17	2,36	3,80	9,50	430	4,09	92,67	306	28,33
8 - 9	7,95	86,81	320	27,78	4,16	2,35	3,40	8,50	430	3,66	97,67	322	31,44
9 - 10	7,95	86,81	270	23,44	4,17	2,36	2,40	6,00	460	2,76	95,17	275	26,20
10 - 11	7,95	86,81	320	27,78	4,17	2,36	1,80	4,50	350	1,58	93,67	313	29,36
11 - 12	6,30	68,80	390	26,83	4,16	2,35	3,40	8,50	430	3,66	79,65	383	30,49
12 - 13	3,60	39,31	390	15,33	4,17	2,36	3,80	9,50	600	5,70	51,17	411	21,03
13 - 14	3,60	39,31	360	14,15	4,17	2,36	8,90	22,25	700	15,58	63,92	465	29,73
14 - 15	3,80	41,50	300	12,45	4,16	2,35	5,90	14,75	600	8,85	58,60	363	21,30
15 - 16	5,60	61,15	380	23,24	4,17	2,36	3,80	9,50	430	4,09	73,01	374	27,33
16 - 17	6,20	67,70	380	25,73	4,17	2,36	3,40	8,50	430	3,66	78,56	374	29,39
17 - 18	6,20	67,70	370	25,05	4,16	2,35	2,40	6,00	460	2,76	76,06	366	27,81
18 - 19	6,20	67,70	350	23,70	4,17	2,36	1,80	4,50	350	1,58	74,56	339	25,28
19 - 20	5,25	57,33	360	20,64	4,17	2,36	3,40	8,50	430	3,66	68,19	356	24,30
20 - 21	3,40	37,13	380	14,11	4,16	2,35	3,80	9,50	600	5,70	48,98	404	19,81
21 - 22	2,20	24,02	320	7,69	4,17	2,36	8,90	22,25	700	15,58	48,63	478	23,27
22 - 23	1,25	13,65	240	3,28	4,17	2,36	5,90	14,75	600	8,85	30,76	394	12,13
23 - 24	1,25	13,650	160	2,18	4,16	2,35	3,80	9,50	430	4,09	25,50	246	6,27
Σ	100%	1092 m^3/d	327 g/m^3	357,04 kg/d	100%	56,55 m^3/d	100%	250 m^3/d	551 g/m^3	137,63 kg/d	1398,55 m^3/d	354 g/m^3	494,67 kg/d

1. Obliczenie długości sieci kanalizacyjnej:

gdzie:

w - wskaźnik przewidywanej długości sieci kanalizacyjnej; w = 2,9 mb/M ( dla liczby

mieszkańców LM < 10 000)

km

2. Obliczenie długości sieci kanalizacyjnej poniżej poziomu wód gruntowych:

km

3. Bilans ścieków:

• Średnia dobowa ilość ścieków bytowo - gospodarczych (socjalnych):

dm³/s

Na podstawie obliczonego średniego dopływu ścieków socjalnych przyjąłem N_og = 1,9.

• Średnia dobowa ilość ścieków pochodząca z dopływu wód infiltracyjnych:

gdzie:

q_inf. - jednostkowy wskaźnik dopływu wód infiltracyjnych dla rur PVC;

q_inf. = 10 m³/km*d

L_i - długość sieci kanalizacyjnej poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej

m³/d

• Średnia dobowa ilość ścieków z przemysłu (z fabryki sukna):

Q_{d śr (przem.)} = 250 m³/d

• Średnia dobowa ilość ścieków dopływających do oczyszczalni (Q_miesz.):

m³/d

• Maksymalny dobowy przepływ ścieków:

m³/d

• Maksymalny i minimalny godzinowy przepływ ścieków (odczytałem z tabeli):

Q_{h max} = 97,67 m³/h

Q_{h min} = 19,96 m³/h

• Średni przepływ z godzin dziennych:

Q _{h dz} - średni przepływ z godzin dziennych jest to przepływ obliczany z kolejnych 12

godzin dziennych o największym przepływie ścieków

m³/h

• Średni godzinowy przepływ ścieków:

m³/h

• Współczynniki nierównomierności godzinowej:

• Bilans BZT₅:

• Średni dobowy ładunek BZT₅:

kg/d

• Ładunek BZT₅ z godzin dziennych:

kg/h

• Średnie dobowe stężenie BZT₅:

g/m³

• Stężenie BZT₅ z godzin dziennych:

g/m³

• Bilans zawiesiny ogólnej:

Założenia:

• jednostkowy ładunek zawiesiny:
  g/M*d

• stężenie zawiesiny w wodach infiltracyjnych: S_inf. = 0

• średnie stężenie zawiesiny ogólnej w zakładzie przemysłowym:

S_{d śr (przem.)} = 500 g/m³

• Średni dobowy ładunek zawiesiny ogólnej w ściekach socjalnych:

kg/d

• Średni dobowy ładunek zawiesiny ogólnej w ściekach z zakładu przemysłowego:

kg/d

• Średni dobowy ładunek zawiesiny ogólnej w mieszaninie:

kg/d

• Ładunek zawiesiny ogólnej z godzin dziennych:

kg/h

• Średnie dobowe stężenie zawiesiny ogólnej:

g/m³

• Stężenie zawiesiny ogólnej z godzin dziennych:

g/m³

• Bilans azotu ogólnego (N_og):

Założenia:

• jednostkowy ładunek azotu ogólnego:
  g/M*d

• stężenie azotu ogólnego w wodach infiltracyjnych: S_inf. = 0

• stężenie azotu ogólnego w zakładzie przemysłowym: S_{d śr (przem.)} = 0

• Średni dobowy ładunek azotu ogólnego w ściekach socjalnych:

kg/d

Ł_{d śr miesz.} = Ł_{d śr (soc.)} = 109,2 kg/d

• Ładunek azotu ogólnego z godzin dziennych:

kg/h

• Stężenie azotu ogólnego z godzin dziennych:

g/m³

• Bilans fosforu ogólnego (P_og):

Założenia:

• jednostkowy ładunek fosforu ogólnego:
  g/M*d

• stężenie fosforu ogólnego w wodach infiltracyjnych: S_inf. = 0

• stężenie fosforu ogólnego w zakładzie przemysłowym: S_{d śr (przem.)} = 0

• Średni dobowy ładunek fosforu ogólnego w ściekach socjalnych:

kg/d

Ł_{d śr miesz.} = Ł_{d śr (soc.)} = 31,2 kg/d

• Ładunek fosforu ogólnego z godzin dziennych:

kg/h

• Stężenie fosforu ogólnego z godzin dziennych:

g/m³

TABELARYCZNE ZESTAWIENIE WARTOŚCI OBLICZONYCH ORAZ PRZYJĘTYCH DO WYMIAROWANIA

		Jednostka	Wartość obliczona	Wartość przyjęta do wymiarowania
PRZEPŁYWY ŚCIEKÓW	Qd śr	m^3/d	1398,55	1399
		Qd max	m^3/d	1957,97	1958
		Qh max	m^3/h	97,67	97,7
		Qh min	m^3/h	19,96	20,0
		Qh dz	m^3/h	77,89	77,9
		Qh śr	m^3/h	58,27	58,3
	BZT5	Łd śr	kg/d	494,67	495
		Łh dz	kg/h	27,30	27,3
		Sd śr	g/m^3	354	354
		Sh dz	g/m^3	350	350
	ZAWIESINA OGÓLNA	Łd śr	kg/d	476	476
		Łh dz	kg/h	26,58	26,6
		Sd śr	g/m^3	340	340
		Sh dz	g/m^3	341	340
	AZOT OGÓLNY	Łd śr	kg/d	109,2	110
		Łh dz	kg/h	6,10	6,1
		Sh dz	g/m^3	78	78
	FOSFOR OGÓLNY	Łd śr	kg/d	31,20	32
		Łh dz	kg/h	1,74	1,8
		Sh dz	g/m^3	22	22

III. OBLICZENIE I WYMIAROWANIE ZŁÓŻ

BIOLOGICZNYCH:

• DOBÓR ŚREDNICY KANAŁU DOPROWADZAJĄCEGO ŚCIEKI:

Q_{h max} = 97,7 m³/h = 97,7 : 3,6 = 27,10 dm³/s

Q_{h min} = 20,0 m³/h = 20 : 3,6 = 5,60 dm³/s

Q_obl. = (1,7 ÷2,0) * Q_{h max}

Q_obl. = 1,7 * 27,10 = 46,1 dm³/s

Q_obl. = 2,0 * 27,10 = 54,2 dm³/s

Q_obl. = 46,1 - 54,2 dm³/s

Założono spadek kanału: i_k = 5 ‰.

	d [m]	H [cm]	V [m/s]
Qh max = 27,10 dm^3/s	0,30	14,20	0,76
Qh min = 5,60 dm^3/s	0,30	6,00	0,62
Qobl. = 54,0 dm^3/s	0,30	22,10	0,98

• OBLICZENIA I DOBÓR KRATY:

1. Obliczenie dobowej ilości skratek:

m³/d

gdzie:

v_i - jednostkowa objętość skratek: v_i = 8 dm³/M*a

RLM_zaw.og. - równoważna liczba mieszkańców liczona dla zawiesiny ogólnej

gdzie:

τ_{i zaw. og.} = 60 g/M*d

m³/d

2. Obliczenie dobowego ciężaru skratek:

kg/d

gdzie:

V - objętość dobowa skratek

c_s - ciężar skratek: c_s = 200 kg/m³

kg/d

Liczba skratek dla 6 dni: 0,17 * 6 = 1,02 m³

Do gromadzenia skratek przewidziano pojemnik na odpady o pojemności 1,1 m³. Przyjęto 2 pojemniki w tym 1 rezerwowy. W dnie pojemnika wykonane są otwory w celu odprowadzenia odcieków. Skratki należy przesypywać wapnem chlorowanym w celu dezynfekcji.

3. Obliczenie równoważnej liczby mieszkańców liczonej dla BZT₅:

gdzie:

τ_{i BZT5} = 65 g/M*d

Dobrano kratę koszową typu KK z mechanicznym usuwaniem skratek (rys. nr 1).

Dobrano piaskownik szczelinowy (rys. nr 2).

• OBLICZENIE OSADNIKA IMHOFFA:

Rysunek: Przekrój poprzeczny przez korytko przepływowe

w osadniku Imhoffa

1. Obliczenie powierzchni wymaganej w rzucie:

[m²]

gdzie:

Q_{h dz} - średni przepływ z godzin dziennych jest to przepływ obliczany z kolejnych 12

godzin dziennych o największym przepływie ścieków; Q_{h dz} = 77,9 m³/h

q_h - obciążenie hydrauliczne; q_h = 1,5 m/h

m²

2. Obliczenie wysokości części trapezowej przekroju poprzecznego koryta:

[m]

gdzie:

b_k - szerokość koryta przepływowego; b_k = 2,5 m

α - kąt pochylenia dolnej części koryta względem poziomu; α = 50^°

m

m

3. Obliczenie wysokości części prostokątnej przekroju poprzecznego koryta:

Przyjęto h_p = 1,0 m

4. Obliczenie powierzchni przekroju poprzecznego koryta przepływowego:

[m²]

f_k = 2,5 * 1,0 + 0,22 * 2,5² * tg 50^° = 4,14 m²

5. Obliczenie liczby osadników oraz długości każdego z nich:

gdzie:

t - czas przepływu ścieków; t = 1,5 h

L - długość osadnika

n - liczba osadników

n_k - liczba koryt przepływowych w jednym osadniku

m

Przyjęto 2 osadniki (n = 2) o długości każdego z nich L = 10 m.

6. Obliczenie rzeczywistej powierzchni przekroju poprzecznego koryta przepływowego:

[m²]

m²

7. Obliczenie rzeczywistej wysokości części prostokątnej przekroju poprzecznego

koryta:

[m]

m

8. Obliczenie całkowitej wysokości koryta:

[m]

gdzie:

h_z - wysokość położenia górnej krawędzi koryta ponad zwierciadłem ścieków; h_z = 0,5 m

h_c = 0,5 + 0,51 + 1,0 + 0,5 = 2,51 m

9. Sprawdzenie warunku (liczba Reynoldsa):

gdzie:

υ = 1,31 * 10 ^-6 m²/s

V - prędkość przepływu ścieków w korycie przepływowym

[m/s]

R_h - promień hydrauliczny

[m]

m/s

m

10. Obliczenie powierzchni osadnika:

[m²]

gdzie:

D = L = 10 m

m²

11. Obliczenie powierzchni koryt przepływowych jednego osadnika:

[m²]

F_k = 10 * 2 * 2,5 = 50 m²

12. Obliczenie powierzchni wolnej (nie zajętej przez koryta przepływowe):

[m²]

f_w = 0,2 * 78,54 = 15,71 m²

13. Obliczenie rzeczywistej powierzchni wolnej nie zajętej przez koryta przepływowe:

[m²]

f_{w rz} = 78,54 - 50 = 28,54 m²

f_{w rz} > f_w
28,54>15,71

14. Obliczenie objętości osadnika:

[m³]

gdzie:

M - liczba mieszkańców; M = RLM_{zaw. og.} = 7933

v_kfm - jednostkowa objętość komory fermentacyjnej wraz z magazynowaniem

[m³]

gdzie:

V_{OS śr} - średnia jednostkowa obliczeniowa objętość osadu; V_{OS śr} = 0,68 dm³/M*d

T_f - czas fermentacji; T_f = 90 dni

V_{OS f} - średnia jednostkowa objętość osadu przefermentowanego; V_{OS f} = 0,47 dm³/M*d

T_m - czas magazynowania; T_f = 90 dni

v_kfm = 0,68 * 90 + 0,47 * 90 = 103,5 m³

m³

Objętość jednego osadnika:
m³

15. Obliczenie wysokości części stożkowej osadnika:

Ścianki części stożkowej nachylone są pod kątem α = 30^◦.

[m]

m

16. Obliczenie objętości części stożkowej osadnika:

[m³]

gdzie:

P_g - pole podstawy górnej części stożkowej osadnika

P_d - pole podstawy dolnej części stożkowej osadnika

m³

17. Obliczenie wysokości części prostokątnej osadnika:

[m³]

m³

[m]

m

18. Obliczenie całkowitej wysokości komory fermentacyjno - magazynowej osadnika:

[m]

m

19. Obliczenie całkowitej wysokości osadnika:

[m]

m

20. Określenie redukcji BZT₅ i zawiesiny ogólnej czyli tzw. sprawności:

gdzie:

t - czas zatrzymania w osadniku; t = 1,5 h

- dla BZT₅:

a = 0,018

b = 0,02

- dla zawiesiny ogólnej:

a = 0,0075

b = 0,014

• dla BZT₅:

• dla zawiesiny ogólnej:

• OBLICZENIE OSADNIKA PODŁUŻNEGO:

1. Obliczenie objętości części przepływowej:

[m³]

gdzie:

t - czas przepływu; t = 1,5 h

Q_{h dz} - średni przepływ z godzin dziennych jest to przepływ obliczany z kolejnych 12

godzin dziennych o największym przepływie ścieków; Q_{h dz} = 77,9 m³/h

V_p = 77,9 * 1,5 = 116,85 m³

2. Obliczenie powierzchni osadnika w rzucie:

[m²]

gdzie:

q_h - obciążenie hydrauliczne; q_h = 1,66 m/h

m²

3. Obliczenie średniej głębokości czynnej:

[m]

m

Przyjęto H_śr = 1,50 m.

4. Obliczenie wysokości całkowitej:

[m]

gdzie:

h_z - wysokość komory obiektu ponad zwierciadło ścieków; h_z = 0,5 m

h_os - wysokość strefy osadu i zgrzebła zgarniacza; h_os = 0,5 m

H = 1,50 + 0,5 + 0,5 = 2,50 m

5. Obliczenie przekroju poprzecznego części przepływowej:

[m²]

gdzie:

v_p - prędkość pozioma; v_p = 0,01 m/s

m²

6. Obliczenie szerokości osadnika:

[m]

m

Przyjęto B = 3 m

7. Obliczenie rzeczywistego przekroju poprzecznego części przepływowej:

[m²]

= 3 * 1,50 = 4,50 m²

8. Obliczenie prędkości poziomej:

[m/s]

m/s

9. Obliczenie długości osadnika:

[m]

Przyjęto n = 1

m

Przyjęto L = 22,5 m.

10. Obliczenie rzeczywistej powierzchni osadnika:

[m²]

m²

11. Obliczenie rzeczywistego obciążenia hydraulicznego:

[m/h]

m/h

12. Sprawdzenie warunków:

L > 30 m

L = 22,5 < 30 m warunek nie spełniony

warunek spełniony

warunek spełniony

13. Sprawdzenie warunków hydraulicznych:

I warunek:

gdzie:

υ = 1,31 * 10 ^-6 m²/s

m/s

R_h - promień hydrauliczny

[m]

m

warunek spełniony

II warunek:

warunek spełniony

14. Obliczenie głębokości:

• na dopływie:

[m]

gdzie:

i - spadek; i = 2 %

m

• na odpływie:

[m]

m

15. Obliczenie wysokości i głębokości części osadowej:

[m]

gdzie:

b = 0,5 m

α = 60^°

m

16. Obliczenie objętości części osadowej:

[m³]

m³

17. Doprowadzenie ścieków do komory osadnika odbywa się otworami w ścianie o

średnicy d = 0,1 m. Są one rozłożone równomiernie tak aby prędkość wylotowa nie

była mniejsza od V₁ = 0,8 m/s.

17.1. Obliczenie sumy powierzchni otworów wlotowych:

[m²]

m²

17.2. Obliczenie liczby otworów:

otwory

17.3. Obliczenie odległości pomiędzy otworami:

[m]

m

18. Obliczenie wymaganej długości przelewów:

[m]

gdzie:

q_L = 50 m³/m*h

m

19. Obliczenie obciążenia hydraulicznego przy rzeczywistej długości krawędzi:

[m³/m*h]

m³/m*h

20. Określenie redukcji BZT₅ i zawiesiny ogólnej czyli tzw. sprawności:

gdzie:

t - czas zatrzymania w osadniku; t = 1,5 h

- dla BZT₅:

a = 0,018

b = 0,02

- dla zawiesiny ogólnej:

a = 0,0075

b = 0,014

• dla BZT₅:

• dla zawiesiny ogólnej:

• OBLICZENIE ZŁÓŻ BIOLOGICZNYCH:

1. Obliczenie stopnia recyrkulacji (wielkość recyrkulacji):

gdzie:

S_o - stężenie BZT₅ w ściekach zalecane przy ich doprowadzeniu na złoże; S_o = 150 g/m³

S_k - stężenie końcowe, z którym ścieki mogą być wprowadzone do odbiornika; S_k = 25 g/m³

S_p - stężenie BZT₅ w ściekach po oczyszczaniu wstępnym

gdzie:

S - stężenie BZT₅ w ściekach surowych; S = 354 g/m³

η - procent redukcji BZT₅ w osadniku; η = 31,25 % = 0,3125

S = 354 * (1 - 0,3125) = 243 g/m³

2. Obliczenie ładunku BZT₅ doprowadzonego na złoże:

[kg BZT₅/d]

gdzie:

Q_{d śr} = 1399 m³/d

Ł_BZT5 = 1399 * (1+0,74) * 0,15 = 365 kg BZT₅/d

3. Obliczenie sprawności złoża:

4. Obliczenie sprawności złóż biologicznych w zależności od obciążenia q_v:

[kg BZT₅/m³ * d]

kg BZT₅/m³ * d

5. Obliczenie wymaganej objętości złóż biologicznych:

[m³]

m³

6. Obliczenie średnicy złoża:

q_h
0,8 m/h

[m²]

m²

[m]

m

7. Obliczenie głębokości czynnej złoża:

[m]

m

• OBLICZENIE OSADNIKA PIONOWEGO:

1. Obliczenie powierzchni klarowania:

[m²]

gdzie:

Q_{d śr} = 1399 m³/d

R = 0,74

m²

Przyjęto OPIP o powierzchni klarowania F_kl = 79,8 m² oraz o wymiarach 9,0 x 9,0 m.

IV. RYSUNKI:

Rys. nr 1: Schemat kraty koszowej z mechanicznym usuwaniem skratek typu KK.

Rys. nr 2: Schemat piaskownika szczelinowego.

Rys. nr 3: Osadnik Imhoffa - rzut i przekrój. Skala 1 : 50.

Rys. nr 4: Złoże biologiczne. Skala 1:50

Rys. nr 5: Osadnik pionowy typu OPiP. Skala 1 : 50.

Rys. nr 6: Plan sytuacyjno - wysokościowy. Skala 1 : 500.

Rys. nr 7: Profil. Skala 1 :
.

3

---