2. Гидравлический расчет лотков и трубопроводов на территории очистной станции водоотведения

Взаимное высотное расположение отдельных очистных сооружений станции определяется гидравлическим расчетом, который производится на основании разрабатываемого генплана станции. Цель расчета заключается в определении размеров подводящих и отводящих лотков и трубопроводов, уклонов и скоростей течения воды в них, а также в вычислении отметок поверхности воды и дна в лотках и сооружениях.

Размеры лотков и трубопроводов (дюкеров) на территории очистной станции определяются при гидравлическом расчете по таблицам [4, 5] из условия пропуска согласно требованиям СНиП [1] максимального секундного расхода с коэффициентом 1,4, т. е. q_л = 1,4 q_макс. При этом следует иметь в виду, что при определении расчетных расходов в лотках и трубах на соответствующих участках необходимо учитывать также циркулирующую воду (на станциях с биофильтрами с рециркуляцией) и циркулирующий активный ил (на станциях с аэротенками и биоблоками).

Гидравлический расчет коммуникаций станции выполняют по наиболее длинному пути движения сточных вод от приемной камеры до выпуска в водоем, который разбивается на расчетные участки расстановкой расчетных точек (обычно арабскими цифрами) в местах изменения расхода стоков, входа в сооружение и выхода из него, в местах изменения типа коммуникаций (лоток/труба и наоборот).

Распределительные лотки на очистных станциях обычно принимаются прямоугольного сечения; отношение глубины потока воды в них Н к ширине лотка В принимается в пределах Н/В = 0,5...0,75, причем гидравлически наивыгоднейшее соотношение этих величин равно 0,5. Размеры лотков не должны быть менее 0,2х0,2 м; различных по ширине лотков на станции желательно иметь не более 3-4 сортаментов.

Минимальные скорости движения воды в лотках не должны быть менее «самоочищающих», при которых не происходит выпадения транспортируемой взвеси. Оптимальные скорости протока зависят от характера сточной жидкости и согласно [6, 10] принимаются в пределах, указанных в таблице 1. Во избежание больших потерь напора максимальные значения скоростей желательно принимать не более 1-1,5 м/с.

Таблица 1

Рекомендуемые скорости движения воды в лотках

Наименование жидкости	Скорость, м/с
Сырая сточная	0,9-1
Прошедшая песколовку	0,75-1
Осветленная	0,6-1
Очищенная	0,5-1

Подбор диаметров труб (дюкеров) производится из следующих условий: наполнение труб принимается полным (Н/d =1), минимальный диаметр – 0,15 м. Скорости движения воды в дюкерах согласно требованию СНиП [1] должны быть не менее 1 м/с. При транспортировании очищенной воды скорости в дюкерах могут быть несколько уменьшены.

При определении отметок высотного расположения сооружений очистной станции особое внимание должно уделяться подсчету потерь напора в коммуникациях станции и в самих очистных сооружениях. Так как длина коммуникаций очистных станций сравнительно невелика, то потери напора на местные сопротивления в них обычно значительно превышают потери напора по длине лотков и труб. Из этого следует, что точный учет местных сопротивлений при проектировании высотной схемы очистной станции имеет первостепенное значение.

Суммарные потери напора на расчетных участках следует определять по формуле:

,

где h_дл — потери напора по длине, м;

h_м — местные потери напора, м;

i — гидравлический уклон, определяемый с помощью таблиц для гидравлического расчета канализационных сетей [4, 5];

— длина расчетного участка, м;

— средняя скорость движения воды, м/с;

g — ускорение силы тяжести, м/с²;

— коэффициент местных сопротивлений, значения которых для наиболее часто встречающихся в практике случаев, согласно [6], приведены в приложении 1.

Таблица 2

Потери напора в очистных сооружениях

Наименование сооружений	Потери напора, м
1. Решетки	0,05-0,3
2. Песколовки	0,1-0,25
3. Отстойники: - двухъярусные - радиальные - вертикальные - горизонтальные - осветлители	0,1-0,4 0,4-0,6 0,4-0,6 0,1-0,3 0,6-0,7
4. Аэротенки, биоблоки	0,25-0,5
5. Биофильтры: - со спринклерными оросителями - с реактивными оросителями	Hзагр*+2,5 Hзагр*+Н+0,6
6. Контактные резервуары	0,1-0,4
7. Измерительный лоток: ершовый смеситель	0,3-0,4
типа лоток Паршаля	0,3Hл**
8. Блок ультрафиолетового обеззараживания	0,1-0,4

* H_загр — высота загрузки биофильтра; H — напор необходимый для работы оросителя [8]; **Н_л — глубина слоя воды в лотке перед измерительным лотком.

Потери напора в самих очистных сооружениях должны быть либо найдены расчетом, либо при ориентировочных расчетах могут быть приняты по табл. 2 [2, 3, 7, 10]. При определении отметок воды в сооружениях горизонтального типа (песколовках, двухъярусных и горизонтальных отстойниках, аэротенках) половина величины потерь напора (табл.2) принимается на входе в сооружение, а вторая – на выходе из него. Уровень воды в емкостных сооружениях принимается горизонтальным.

Потери напора в распределительных чашах считаются отдельно для первичных и вторичных отстойников (см.п.4).

Сопряжение труб и лотков при гидравлическом расчете высотного положения очистных сооружений следует производить с учетом местных потерь напора либо «по воде», либо «по дну» канала. При этом перепад «по воде» в точках сопряжения не должен быть меньше величины местных потерь напора, имеющихся в начале последующего участка; отметки дна лотков, так же как и отметки поверхности воды должны понижаться в направлении движения воды и только в отдельных случаях в точках сопряжения они могут оказаться одинаковыми.

Гидравлический расчет высотного расположения сооружений на очистных станциях с биофильтрами рекомендуется начинать с определения положения биофильтра. Биофильтры, как правило, располагают водонепроницаемым дном на поверхности земли — это определяет отметку дна биофильтров; отметки высотного положения всех остальных сооружений при гидравлическом расчете определяют уже в зависимости от принятой отметки дна биофильтра. При этом, однако, следует следить за тем, чтобы остальные сооружения были частично заглублены в грунт, а частично находились в подсыпке и опирались на нетронутый грунт.

Гидравлический расчет высотного расположения сооружений на станциях с аэротенками (биоблоками) рекомендуется начинать с определения положения аэротенков, которые, как наиболее грандиозные сооружения, обычно располагают наполовину заглубленными в грунт — этим определяется отметка воды в них. Отметки высотного положения всех остальных сооружений определяются также как и в схемах с биофильтрами при гидравлическом расчете уже в зависимости от принятой отметки воды в аэротенках.

Указанная выше методика расчета высотного положения очистных сооружений требует от проектировщика определенных навыков в гидравлическом расчете и достаточно большого внимания. Во избежание ошибок студентам, еще не обладающим такими навыками, можно рекомендовать производить гидравлический расчет высотной схемы станции первоначально от какой-то условной отметки в приемной камере очистных сооружений, а затем, исходя из данных выше рекомендаций, устанавливать желательные действительные отметки либо дна биофильтров, либо поверхности воды в аэротенках, после чего находить поправку к условным отметкам для пересчета их в действительные.

После окончания расчета высотной установки очистной станции составляются профили движения воды по наиболее длинному пути от приемной камеры очистных сооружений до выпуска в водоем в соответствии с требованиями ГОСТ [14]. Масштабы профилей движения воды по очистным сооружениям и коммуникациям рекомендуется принимать: горизонтальный — в масштабе плана 1:500 (1:1000); вертикальный — 1:100.

Илопроводы на территории очистной станции устраиваются из труб и открытых лотков. Последние обычно применяются для распределения осадка на иловых площадках. Расчет илопроводов так же, как и расчет лотков и труб по движению, воды, должен производиться с учетом местных сопротивлений. Величина гидравлического уклона в илопроводах должна определяться по графикам — см. [6, с. 85-86], в зависимости от диаметра илопроводов и расхода ила в них. В целях упрощения, гидравлический расчет илопроводов допускается производить без учета местных сопротивлений в них, но при этом рекомендуется принимать гидравлический уклон илопроводов равным 0,01, чтобы обеспечить их нормальную работу. Диаметр илопроводов обычно принимают равным 200 мм.

После окончания расчета илопроводов, также составляются профили движения ила от первичных и вторичных отстойников до сооружений для обработки (сушки) осадка.

После построения профилей по воде и илу определяют границы насыпей и выемок и наносят их на генплан очистных сооружений; при этом вокруг сооружений должны предусматриваться площадки для прохода шириной около 2 м; откосы насыпей и выемок обычно принимают 1:1. Далее на генплан очистной станции наносят дороги и проезды ко всем зданиям и сооружениям. Ширину дорог при одностороннем движении обычно принимают 3,5 м, а при двухстороннем – 5-6 м, закругления при сопряжении дорог – не менее 8 м [11]. Затем на генплан станции наносят вспомогательные трубопроводы, а именно: хозяйственно-противопожарный водопровод В1, теплосети Т, бытовую канализацию К1, воздуховоды, хлоропровод, пескопровод и так далее.

На очистной станции обычно предусматриваются обводной коллектор для отведения сточных вод, обеспечивающий отвод сточной воды до и после механической очистки к колодцу на выпуске в водоем.

На генплане в соответствии с ГОСТ [11] указывают места озеленения и границы территории станции (ограждающий забор); а также приводят условные обозначения трубопроводов и экспликацию зданий и сооружений.

Для практического ознакомления студентов с методикой расчета высотной установки очистных канализационных сооружений в разделах 3 и 4 приводятся примеры такого расчета для станций с биофильтрами, аэротенками и биоблоками. Другие примеры аналогичных расчетов также приведены в литературе [8, 9].