Глава 3.Схема водоснабжения из артезианских источников и очистки сточных вод
3.1 Схема хозяйственно-питьевого водоснабжения с водозабором из артезианских скважин
Схема хозяйственно-питьевого водоснабжения с водозабором из артезианских скважин показана на рис. 152.
Рис. 152. Схема хозяйственно-питьевого водоснабжения с водозабором из артезианских скважин:
1 — артезианские скважины, 2 —резервуар, 3 — насосные станции, 4 — трубопроводы, 5 —водонапорная башня, 6 — городская сеть водопровода
Вода из артезианских скважин 1 подается в резервуар 2, откуда насосами станции 3 по трубопроводам 4 подается в водонапорную башню 5 и по городской разводящей сети 6 трубопроводов поступает в здания. Для забора подземных вод применяют и другие типы водозаборных сооружений: шахтные колодцы, горизонтальные водосборы, трубчатые колодцы и др.
Городскую сеть водопровода, предназначенную для транспортирования воды и распределения ее между потребителями по всему городу, прокладывают по кольце вой (замкнутой) или тупиковой (разветвленной) схеме.
Кольцевая сеть (рис. 153) состоит из системы смежных замкнутых контуров или колец с боковыми ответвлениями.
Рис. 153. Схема городской кольцевой водонапорной сети
Тупиковая сеть (рис. 154) представляет собой магистральную линию с боковыми ответвлениями, предназначенными для питания отдельных потребителей.
Рис. 154. Схема городской тупиковой водонапорной сети
Преимущество кольцевой сети заключается в том, что она обеспечивает, питание каждой точки с двух сторон. Вследствие этого возможно бесперебойное водоснабжение в случае аварии на каком-либо участке кольца, который выключают для ремонта. Кроме того, в кольцевой сети вода все время движется, что препятствует замерзанию ее в зимнее время. Благодаря этим достоинствам наибольшее применение получили кольцевые водопроводные сети.
3.2 Схема очистки сточных вод
Очистку сточных вод осуществляют последовательно на ряде сооружений. Механическая очистка, как правило, предшествует биологической очистке. Вначале сточные воды очищают от нерастворенных,; а затем уже от растворенных органических загрязнений. Химической! очистке подвергают преимущественно производственные сточные воды,] В случае применения биологической очистки химическую могут проводить до и после биологической. Физико-химические методы очистки можно осуществлять до биологической очистки (коагуляция, флотация, электролиз и др.) и после нее (сорбция, экстракция, эвапорация,, ионный обмен, кристаллизация и др.).
В комплексе станций по очистке сточных вод предусматривается' определенный набор сооружений.
Решетки — это первое устройство в схеме очистных сооружений Они представляют собой вертикально или наклонно поставленные на пути движения сточны хвод прутья с прозорами различной величины в зависимости от требуемой степени очистки. Прутья решеток бывают прямоугольными, реже — круглыми. Угол наклона решетки к горизонту составляет 60—70°. По способу удаления задержанных примесей раз личают решетки с очисткой ручным способом и механизированные.
Простейшие решетки устанавливают при количестве снимаемых отбросов менее 0,1 м3/сут. Их очищают вручную металлическими граблями. Примеси сбрасывают на дренирующие площадки или дырчатые желоба, а затем вывозят в закрытых контейнерах в специально отведенные места и обеззараживают.
Решетки с механизированной очисткой применяют при большом количестве отбросов (более 0,1 м3/сут). Впереди неподвижной решетки располагают 2—4 отдельные граблины, закрепленные на двух бесконечных тяговых цепях, которые перемещаются электроприводом со скоростью 0,3—0,4 м/мин. Задержанные отбросы направляются в установленную рядом с решеткой молотковую дробилку, после которой измельченная масса сбрасывается в подводящий канал перед решеткой.
Находят применение комбинированные решетки-дробилки (коминуторы), которые одновременно задерживают и перемалывают крупные примеси сточных вод.
Песколовки представляют собой резервуары, в которых сточные воды протекают в течение короткого периода времени и с небольшими скоростями (0,15—0,3 м/с}, обеспечивающими выпадение тяжелых веществ, в основном песка. На песколовках задерживается (осаждается) до 65 % песка, содержащегося в сточных водах. Применяют песколовки на очистных сооружениях производительностью 100 м3/суг п более.
Песколовки могут быть горизонтальные с прямоточным движением поды, горизонтальные с круговым движением воды, тангенциальные (имеют круглую форму в плане и подвод воды по касательной — танциально) и аэрируемые. В аэрируемых песколовках можно создать такую скорость, при которой исключается выпадение в осадок органических веществ.
Отстойники применяют для очистки сточных вод, прошедших песколовки. В зависимости от места и назначения в схеме очистных сооружений различают первичные и вторичные отстойники. Скорость движения сточной воды в отстойниках принимается 0,5—0,7 м/с.
Первичные отстойники предназначены для осветления сточной воды, прошедшей песколовку и направляемой на биологическую очистку или в водоем.
Вторичные отстойники служат для улавливания активного ила, выносимого из аэротенков, или биологической пленки с биофильтров.
В зависимости от направления движения сточных вод различают горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники.
Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар, состоящий из нескольких отделений (двух и более). Сточная жидкость поступает в торцевую часть, равномерно распределяется по ширине при помощи поперечного лотка с водосливом и движется горизонтально вдоль отстойника. Осветленная сточная вода поступает и лоток, расположенный на противоположном конце отстойника. Около обоих лотков располагаются полупогруженные перегородки, передняя из которых служит для распределения поступающей жидкости по глубине отстойника, а задняя — для удержания всплывающих веществ. Для сбора и удержания этих веществ у передней перегородки устанавливают поперечный сливной желоб.
В начале горизонтального отстойника, где выпадает большое количество осадка, устраивают один или несколько приямков, объем которых зависит от конструкции отстойников и способа удаления ила. Для сгребания осадка устанавливают скребковый механизм. Наиболее распространенным способом удаления осадка является выдавливание его гидростатическим напором воды, равным 1,5 м. В некоторых случаях выпавший осадок откачивают плунжерными насосами.
Горизонтальные отстойники применяют при производительности очистных сооружений более 15000 м3/сут.
Вертикальные отстойники представляют собой круглый резервуар (реже квадратный или многоугольный) с конусным или пирамидальным днищем. Сточная вода поступает в вертикальную трубу с раструбом в нижней части.
Под вертикальной трубой располагается отражательный щит, который изменяет направление движения воды с вертикального нисходящего сначала на горизонтальное, а затем на вертикальное восходящее при котором происходит осаждение нерастворенных веществ.
Осветленная вода переливается через круговой водослив в сборный лоток и отводится из отстойника. Выпавшая взвесь, накапливающаяся в отстойной части, периодически выпускается по иловой трубе. Всплывающие вещества (корка) удерживаются кольцевой полупогруженной перегородкой и через специальный лоток и трубу удаляются в иловый колодец. Высота зоны осаждения — 2,7—3,8 м.
Вертикальные отстойники проще по конструкции и в эксплуатации, чем горизонтальные, однако эффект осветления (очистки) в них на 25—30 % ниже, чем в горизонтальных и радиальных.
Вертикальные отстойники рекомендуется применять в тех случаях, когда производительность очистных сооружений достигает 50 ООО м3/сут.
Радиальный отстойник представляет собой круглый резервуар сравнительно большого диаметра — от 16 до 30—40 м и глубиной — 0,1—0,15 диаметра.
Сточная жидкость подается по трубопроводу или лотку в вертикальную центральную трубу (сверху или снизу), из которой изливается в отстойную часть. Осветленная жидкость сливается через круговой водослив, установленный по окружности отстойника, в сборный лоток. Перед водосливом устраивают полупогруженную кольцевую стенку, удерживающую всплывающие вещества, которые отводятся из отстойника по специальной трубе. Дну отстойника придают уклон к центру, где устраивают иловый приямок для накопления выпадающего осадка, который удаляют под гидростатическим давлением или насосами.
Радиальные отстойники обеспечивают высокий эффект очистки сточных вод, их применяют при производительности более 20 000 м3/сут.
Все отстойники выполняют обычно из железобетона, радиальные могут быть смешанной конструкции — кирпичные с бетонным днищем.
При содержании в сточных водах взвешенных веществ более 300 мг/л и необходимости снизить их концентрацию в большей степени, чем могут снизить первичные отстойники, или при наличии примесей производственных сточных вод, оказывающих неблагоприятное влияние на процессы биологической очистки и эксплуатацию последующих очистных сооружений, применяются преаэраторы, биокоагуляторы и осветлители.
Преаэраторы устанавливают перед первичными отстойниками с' с целью предварительной аэрации — насыщения сточных вод воздухом. При установке аэраторов эффективность задержания загрязнений в отстойниках увеличивается на 10—15 %
Биокоагулятор — это вертикальный отстойник со встроенными преаэраторами. Сточная вода через трубу подается в камеру, где расположены фильтросы, к которым подается сжатый воздух. Одновременно в камеру добавляют до 50 % ила из вторичных отстойников.
Осветлители проектируют в виде вертикальных отстойников с внутренней камерой флокуляции, с естественной аэрацией за счет разницы уровней воды в распределительной чаше и осветлителе.
Осветлители-перегниватели являются комбинированными сооружениями, состоящими из перегнивателя и осветлителя с естественной аэрацией, концентрически располагаемого внутри перегнивателя.
Во всех сооружениях механической очистки эффективность осветления сточной жидкости с возрастанием скорости движения ее через данное сооружение снижается. Скорость движения может увеличиваться в связи с уменьшением полезного объема песколовки или отстойника вследствие выпадения взвесей на дно и несвоевременного их удаления, о чем необходимо помнить при проверке работы очистных сооружений. Осадок из песколовки удаляется не реже чем раз в двое суток.
На сооружения биологической очистки (поля фильтрации, поля орошения, биологические пруды, биологические фильтры или аэротенки) сточные воды поступают после механической очистки.
Полями фильтрации называются специально спланированные земельные участки, предназначенные для биологической очистки предварительно осветленных сточных вод.
Сущность процесса биологической очистки сточных вод на полях состоит в том, что в процессе фильтрации через почву органические загрязнители задерживаются на ней, образуя биологическую пленку, населенную большим количеством микроорганизмов. Пленка адсорбирует коллоидные и растворенные вещества, мелкую взвесь, и они при помощи аэробных бактерий в присутствии кислорода воздуха переходят в минеральные соединения. Атмосферный воздух хорошо проникает в почву на глубину 0,2—0,3 м, где и происходит наиболее интенсивное биохимическое окисление. Азот аммонийных солей превращается в нитриты и нитраты, а органический углерод — в углекислоту. На большой глубине, куда проникновение воздуха затруднено, окисление происходит за счет денитрификации, т. е. за счет кислорода, выделяющегося при разложении нитритов и нитратов. Практически процесс очистки сточных вод происходит в слое до 1,5 м.
Бытовые сточные воды, очищенные на полях фильтрации, имеют БПК 10—15 мг/л.
Поля фильтрации состоят из спланированных земельных участков, называемых картами. Каждая карта по периметру ограничена земляными валиками. Подаваемая на поля сточная жидкость распределяется по отдельным картам системой открытых лотков или каналов, называемых разводными каналами.
Сбор и отвод профильтровавшейся (очищенной) жидкости осуществляется с помощью дренажа, который может быть открытым — в виде канав, расположенных по периметру карт, или закрытым — в виде комбинации открытых канав и труб, заложенных на территории карты на глубине 1,2—2,0 м. Система дренажных канав, называемых осушительными канавами, и закрытых труб образуют осушительную сеть. Для подъезда транспорта к картам на территории полей устраивают дороги.
Сточная жидкость поступает на поля фильтрации самотеком или перекачивается насосной станцией в наиболее высокую точку полей, где устраивается распределительный колодец, а оттуда самотеком по отдельным картам системой самотечных разводящих каналов.
Поля орошения отличаются от полей фильтрации тем, что их используют не только для очистки сточной воды, но и для выращивания сельскохозяйственных культур. При этом сточные воды служат для растений одновременно источником влаги и удобрения. Сточные воды по поверхности карт распределяются в соответствии с выращиваемыми на них сельскохозяйственными культурами: в борозды между грядами или поливом по полосам.
Кроме обычных полей фильтрации, в песчаных или супесчаных грунтах можно устраивать подземные поля фильтрации. При этом оросительную сеть из гончарных или асбестоцементных труб диаметром 75—100 мм укладывают на искусственном основании из гравия, мелкого шлака, щебня, крупнозернистого песка толщиной до 0,5 м на глубине минимально возможной, но исключающей механическое повреждение труб.
Гончарные трубы укладывают с зазорами между ними 15—20 мм. Над стыками труб помещают не размокающий материал — толь, рубероид и др. В асбестоцементных трубах делают снизу пропилы шириной 1,5 мм на половину диаметра трубы на расстоянии 0,1—0,2 м друг от друга. Для притока воздуха на концах оросительных труб имеются стояки диаметром 100 мм, возвышающиеся над уровнем земли на 0,5—0,8 м. Расстояние между параллельными оросительными трубами должно быть 1,5—2,5 м. Очищенная сточная вода не собирается в осушительную сеть, а просачивается в грунт.
Биологические пруды представляют собой земляные резервуары (пруды), предназначенные для биологической доочистки сточных вод. В районах со средней годовой температурой +10°С они предусмотрены для круглогодичной работы, а в средней полосе СССР — для сезонной работы. Биологические пруды устраивают только в сочетании с другими очистными сооружениями.
Пруды состоят из 3—5 последовательно расположенных секций на местности с уклоном, чтобы вода постепенно проходила все секции. Отделяют одну секцию от другой земляными валами шириной по верху 1—1,5 м. В первой секции устанавливают поперечные стенки из фашин или плетня, которые задерживают плавающие вещества и улучшают распределение жидкости. В последней секции устраивают шахтные водосбросы для выпуска очищенной воды. Здесь же можно разводить рыбу, так как вода в ней содержит растворенный кислород.
Площадь пруда обычно составляет 0,5—2,5 га, а время пребывания сточных вод в зависимости от нагрузки колеблется от 2,5 до 10 сут.
Применяются аэрируемые пруды и циркуляционные каналы, в которых процесс биологической очистки интенсифицируется подачей воздуха. Сточная вода попадает сюда без предварительного отстаивания: за счет аэрации она перемешивается с водой, находящейся в пруду.
Глубина таких прудов — 2—4 м. Аэрация осуществляется с помощью механических аэраторов на поплавках, эрлифтных устройств или дырчатых труб, располагаемых у дна пруда.
Продолжительность пребывания сточной воды в аэрируемых прудах — не менее 6 сут, величина БПКб очищенной воды — не более 40—50 мг/л. На дне пруда происходит аэробное и анаэробное сбраживание осадка, который удаляют не реже одного' раза в 5 лет.
Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) предусматриваются для полной биологической очистки. ЦОК представляет собой замкнутое искусственное сооружение глубиной 1—1,5 м, в котором с помощью механического аэратора осуществляется непрерывная циркуляция сточных вод в течение 24—48 ч. При этом, как и в прудах, происходят выпадение и перегнивание осадков и минерализация растворенных примесей сточных вод.
Биологические фильтры — такие очистные сооружения, в которых биологическая очистка сточных вод осуществляется при фильтрации их через слой крупнозернистого материала. Поверхность зерен этого материала в процессе фильтрации покрывается биологической пленкой, заселенной аэробными бактериями и низшими организмами, осуществляющими адсорбцию и окисление органических загрязнений сточных вод.
Внутри биофильтра происходят те же процессы, что и при очистке сточных вод на полях фильтрации и орошения, однако благодаря искусственно созданным благоприятным условиям для жизнедеятельности микроорганизмов процессы протекают гораздо интенсивнее. Поэтому площадь биофильтров значительно меньше площади полей фильтрации.
Биологический фильтр представляет собой прямоугольный или круглый резервуар из кирпича, бетона, камня с двойным дном. На верхнее дырчатое дно в виде колосниковой решетки с общей площадью отверстий не менее 5—8 % площади фильтра укладывают фильтрующую загрузку из гальки, щебня прочных горных пород, керамзита, пластмассовых блоков или колец и др. Нижнее сплошное дно располагается на расстоянии 0,4—0,6 м от дырчатого и служит для сбора профильтровавшейся воды. Дну придают уклон к сборным лоткам, «ленки биофильтра возвышаются на 0,5 м над уровнем загрузки, которая в зависимости от заданного снижения БПК может иметь высоту 1—4 м.
Сточная вода подается на биофильтры после осветления в первичных отстойниках и распределяется по поверхности загрузки
с помощью дырчатых желобов, спринклеров, качающихся желобов или реактивных оросителей.
Биологические фильтры, в которых очищаемые сточные воды почти непрерывно фильтруются через слой загрузки, называют биофильтрами непрерывного действия — сточная жидкость подается на их поверхность равномерно через небольшие интервалы времени. По производительности биофильтры непрерывного действия делятся на капельные, высоконагружаемые и башенные. По способу подачи в них воздуха и те и другие могут быть подразделены на биофильтры с естественной вентиляцией и биофильтры с искусственной вентиляцией (аэрофильтры).
Капельные биофильтры применяют для полной биологической очистки небольших количеств сточных вод (до 1000 м3/сут). Нагрузку на 1 м3 фильтрующего материала принимают невысокую (0,5— 1,0 м3/сут), поэтому фильтр обеспечивает почти полное биохимическое окисление загрязнений и снижение БПКго очищенной воды до 15 мг/л. Высота капельных биофильтров должна составлять 1—2 м; крупность загрузки — 30—50 мм, а в нижнем поддерживающем слое высотой 0,2 м —от 60 до 100 мм.