Таблица 2.2. Типовые круглые септики

Таблица 2.2. Типовые круглые септики

Расчетная БПК₅ сточных вод после септика

L_ex=3,2^.40^0,85=74 мг/л.

Подбираем типовой септик объемом 12 м³ по типовому проекту

902-3-73-3.87.

Таблица 2.3. Показатель типовых прямоугольных септиков

Производи-тельность, м3/сут	Размеры, м		Рабочая глубина, м	Сметная Стоимость, тыс.грн.	Площадь застройки, м2	Полезная емкость, м3
	ширина	длина
0,45	1,1	1,1	1,35	0,65	1,65	1,4
0,74	1,1	1,85	1,35	0,75	2,73	2,6
1,5	1,1	3,1	1,35	1,66	7,8	5,1
3,0	1,5	6,0	1,35	2,22	14,62	11,8
6,0	1,5	6,0	1,35	3,8	26,0	23,5
12,0	1,5	6,0	1,7	4,49	26,0	29,1

Пример 2. Рассчитать двухъярусный септик для очистки сточных вод пионерлагеря по исходным данным примера 1.

Объем иловой части септика м³ .

Объем отстойной части W_ос= 7,5^. 2 = 15 м³ .

Общий объем W = 15 + 3,4 = 18,4 м³.

По этим данным конструируем сооружение.

2.2. Фильтрующие колодцы

При расходе сточных вод, не превышающем 1 м³/сут, удобно пользоваться фильтрующими колодцами. Их применяют в супесчаных грунтах из условий нагрузки 40 л/сут сточных вод на 1 м³ фильтрующей поверхности и 80 л/сут при песчаных грунтах. Под фильтрующей поверхностью понимается дно и боковая площадь стенок колодца на высоту фильтра в зоне обеспечения фильтрующего контакта колодца с грунтом.

Фильтрующие колодцы строят вне зоны источников питьевого водоснабжения. 3она распространения сточных вод не должна достигать радиуса депрессионной воронки источника питьевого водоснабжения. В отдельных случаях устройство этих сооружений должно быть согласовано с органами санитарного надзора.

Высокая фильтрующая способность грунта представляет собой опасность при устройстве колодца питьевой воды вблизи фильтрующего колодца, поскольку первый более глубок и в него могут попадать загрязнения из сточных вод. Самый большой гарант очистки воды в фильтрующих колодцах - строительство фильтрующего слоя в верхних слоях почвы, но не менее чем на 1 м до уровня грунтов вод. Естественный почвенный фильтр задерживает загрязнения сточных вод за счет биологической сорбции. Затем происходит окисление, а также разложение патогенных бактерий. Для отвода сточных вод применяют фильтрующие колодцы с дном и без него. Типовые проекты, применяемые в нашей стране, рекомендуют фильтрующие колодцы с устройством фильтрующего дна. Фильтрующие колодцы строят круглыми и прямоугольными из кирпича, бетона или железобетонных колец диаметром 1,5-2 м глубиной до 2 м. Значение перфорации в стенках колодца составляет 20-ЗО мм. Днище и стенки колодца обсыпают щебнем крупностью 4О-54 мм. Вовнутрь колодца засыпают этот же фильтрующий материал толщиной до 1 м. Колодец перекрывают плитой со встроенным люком, что обеспечивает доступ в колодец для его обслуживания и в случаях заиливания поверхности загрузочного материала. Перед фильтрующими колодцами необходимо предусматривать септик.

Надежность работы колодца зависит от точности расчетов по нахождению необходимой полезной площади фильтрации, определяемой и поглощающей способностью грунта и давлением столба жидкости в колодце. Необходимую площадь фильтрации целесообразно в каждом конкретном случае определять с учетом местных условий, гидрогеологии района. Пробные обследования выполняют следующим образом:

испытывают грунт на просачивание, затем в него отводят сточные воды, для чего берут пробный шурф толщиной до 30 см и площадью 30  30 см и заполняют водой, выжидая до тех пор, пока первая порция сточной воды не просочится в грунт. При многократном (до пяти) наполнении такого образца водой измеряют время понижения уровня жидкости на 10 мм. Учитывая надбавку на заиливание, допустимую нагрузку, л/м²,.сут), определяют по формуле

Испытания фильтрующих колодцев показали высокую эффективность почвенной очистки сточных вод на этих сооружениях. Результаты работы представлены в табл. 2.4.

Действующие типовые проекты 902-3-0,74.87 предусматривает строительство одинарных фильтрующих колодцев (рис. 2.2,а— на расход 0,5 м³/сут) и двойных (рис. 2.2,6 — на расход 1 м³/сут). При этом, как правило сточные воды, поступающие на фильтрующие колодцы, предварительно осветляются в односекционных (рис. 2.2,д - при расходе 0,5 м³ /сут) и двухсекционных септиках (рис. 2.2,ж). Сточные воды поступают в септики по трубопроводам диаметром 150 мм (рис. 2.2). Удовлетворительные условия эксплуатации септиков обеспечивают надежный режим работы фильтрующего материала, исключая его заиление. Осветленные сточные воды поступают в колодец, где через фильтрующий материал проходят в естественный фильтр (грунт). Технические характеристики применяемых железобетонных фильтрующих колодцев приведены в табл. 2.6 и 2.7.

в- схема расположения по высоте; г — деталировка движения жидкости; д - компоновочная схема с одинарным септиком; е -то же, с двухсекционным септиком; 1-септики ; 2-фильтрующие колодцы; 3-

загрузка.

Таблица 2.6. Технико-экономические показатели фильтрующих колодцев из железобетона и кирпича

Q, m3/ сут	Грунт	F, m2		d, m		Число колодцев		Объем загрузки		Стоимость, тыс. грн.
		круглых	прямоуг- ольных	круглых	прямоуг- ольных	круглых	прямоуг- ольных	круглых	прямоуг- ольных
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
0,5	Песок	6,47	6,5	1,5	11,5	1	1	4,1	3,9	0,44 0,63
	Cупесь	12,94	13	1,5	11,5	2	2	8,2	7,8	0,8 1,12
1,0	Песок	12,94	1,5	1,5	1.1,5	2	2	8,2	7,8	0,86 1,19
	Cупесь	28,2	24	2	2.2	3	2	18,8	15,9	1,27 1,5

0пределяем расход воды: m³/сут.

Необходимая площадь фильтрующего материала F=Q/q_н .

2.3. Подземная фильтрация сточных вод

Подземную фильтрацию сточных вод в песчаных и супесчаных грунтах выполняют при расположении оросительных труб выше уровня грунтовых вод не менее чем на 1 м.

Учитывая, что оросительные трубы укладывают на глубине 0,6-0,9 м, в период вегетации значительное количество сточных вод

(в виде питательных веществ и влаги) усваивается корневой системой растений, а неусваиваемая их часть проходит биологическую фильтрацию через слой почвы и попадает в грунтовые воды.

Значительные капитальные затраты на укладку дренажа и постоянная угроза заиливания перфорации оросительных труб не всегда делают систему подземной фильтрации удобной для применения.

Сооружения подземной фильтрации бывают с естественной фильтрующей загрузкой (грунт), получившие название поля подземной фильтрации, и с искусственной фильтрующей загрузкой (песчано—гравийные фильтры и фильтрующие траншеи).

К сооружениям естественной очистки такие относятся земледельческие поля орошения.

Процессы биологической очистки сточных вод на этих сооружениях аналогичны всем биологическим процессам изъятия загрязнений, поэтому на процесс изъятия влияют общеизвестные факторы. По данным ВОДГЕО и АКХ им. К.Ц.Памфилова, процессы минерализации загрязнений в сооружениях естественной очистки происходят в фильтрующих грунтах, расположенных непосредственно у оросительных труб. Такое представление о механизме процесса удаления загрязнений дало возможность усовершенствовать методику расчета этих систем - в расчетах стали учитывать нагрузку на длину оросительных труб, а не на площадь фильтрации.

Подземная фильтрация в качестве полной биологической очистки сточных вод применяется на расход до 12 м³/сут, в отдельных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании до 25 м³/сут [ 2;12].

Нагрузки на 1 м погонной длины оросительных труб применяются в зависимости от гидрогеологических и климатических условий. Для песчаных грунтов нагрузка составляет 16…30 л/сут на 1 м погонной длины, а супесчаных грунтов - 8...16. Оросительную сеть устраивают из керамических или из асбестоцементных перфорированных труб (см. рис. 2.2). Диаметр труб составляет 100—150 мм, значение перфорации ~15 мм, шаг 200 мм (см.рис,2.2,г) .Во избежание заиливания перфорацию (пропилы) направляют вниз, трубы укладывают на подушки из хорошо фильтрующего материала, например щебня, c уклоном 0,001...0,00З в сторону течения жидкости. В супесчаных грунтах трубы укладывают горизонтально, причем оросительных труб должно быть не менее двух каждая длиной не более 20 м.

Рис. 2.3 – Схема устройства полей подземной фильтрации:

а - продольный разрез; б - план; в - распределительная камера с качающимся желобом; г - укладка оросительных труб, продольный разрез; д - тоже, поперечный разрез при укладке на слой щебня; е - схема расположения септиков с полями подземной фильтрации на расход 3 м³ /сут; ж - тоже, на расход 6 м³/сут; з - тоже, на расход 12 м³/сут.

Расчет полей подземной фильтрации заключается в определении длины оросительных труб. Затем, согласно типовому проекту 9О2-З-072.87 подбирается соответствующая технологическая схема. На полях подземной фильтрации осветленные воды подвергаются полной биологической очистке. При этом достигается глубокий эффект изъятия загрязнений. Качественные данные основных показателей (результаты работы КМИ для нагрузки 33 л/сут на 1 м погонной длины дрены) приведены в табл. 2.8.

Поля фильтрации - это специально спланированные прямоугольной формы участки земли, на которые подается осветленная сточная жидкость после септиков, либо двухъярусных и других типов отстойников.

Поля фильтрации предназначены для полной биологической очистки с высоким эффектом. После биологической очистки взвешенные вещества должны составлять 98,5—99%; БПК₂₀ — 97,5—98%. Работа полей фильтрации основывается на самоочищающей способности почвы и ограничивается геологическими характеристиками грунтов. Во избежание заиливания грунта (снижения коэффициента фильтрации) нагрузки гидравлические и органические незначительны. Поэтому даже при малых объемах обрабатываемой жидкости требуются значительные территории земельных площадей. Механизм изъятия загрязнений аналогичен другим сооружениям подземной фильтрации лишь с разницей в скорости окисления органических соединений. Разложение органических загрязнений происходит во взаимодействии биоплёнки, образующейся на поверхности фракций грунта, и растворенного кислорода, поступающего с осветленной жидкостью. Поля фильтрации устраивают вниз по течению грунтовых вод от населенного пункта не ближе чем 300 м — для супеси и 500 м для песчаных грунтов.

Поля фильтрации разделяют валиками на отдельные карты площадью до 1,5 га (длина в 2—4 раза превосходит ширину). Кроме того, предусматриваются дополнительные поля фильтрации, коммуникации и соответствующее обслуживание в зависимости от их полезной площади [12]. Эта величина составляет 100—40% при площадях фильтрации 0,3.. .1 га и более, что связано с весенним таянием снегов. Данные по нагрузке на поля фильтрации, определяемые, прежде всего, геологией и составом сточных вод, приведены в табл. 2.9.

Окислительные процессы при необходимости ускоряют устройством дополнительной вентиляции, а отвод излишней воды дренажной системы на глубине ~1,5 м. Очищенные дренажные воды могут быть использованы в сельском хозяйстве с целью орошения пахотных земель или же сброшены в водоемы.

Поля орошения устраивают на землях колхозов и совхозов по согласованию с органами здравоохранения и сельского хозяйства. Как правило, это сточные воды от бытовых объектов или смесь бытовых и промышленных. Эти воды должны иметь слабую концентрацию загрязнений, не иметь токсичных, поверхностно-активных веществ и компонентов, тормозящих рост сельскохозяйственных культур. Качественные характеристики сточных вод в данном случае должны быть согласованы с медицинской службой.

С целью обеспечения максимальной скорости фильтрации под поля орошения отводится относительно ровный рельеф местности с незначительным уклоном в пределах 0,001...0,01 неосвоенных участков с хорошо фильтрующими грунтами и глубиной залегания грунтовых вод не более 2 м. При необходимости параллельно с полями орошения могут быть устроены поля фильтрации, регулирующие пруды-накопители или резервные поля орошения. Ориентировочные данные по нагрузкам на поля орошения сведены в табл. 2.10.

Грунты	Нагрузка в климатической зоне увлажнения
	среднего	недостаточного	неустойчивого	избыточного
Песчаные
Супесчаные
Легко- и средне-суглинистые
тяжелосуглинистые

Регулирующие пруды-накопители наряду с аккумуляцией неочищенной жидкости успешно снижают концентрацию загрязнений в сточных водах. Причем преимущественно в теплый период года происходит интенсивное потребление кислорода микроорганизмами в объеме воды. При длительном фотосинтезе и поверхностной аэрации развиваются зоопланктоны, которые дополнительно очищают пруды-накопители, потребляя разлагающиеся органические вещества и кишечные палочки. В этот период при длительном контакте указанных фаз происходит не только естественная биохимическая очистка, но и снижается концентрация яиц гельминтов.

На орошаемых полях рекомендуется, в основном, посев многолетних трав с целью использования их в качестве витаминной муки, сенажа, силоса. На этих площадях ограничено или полностью запрещено выращивание овощей или других культур, предназначенных для питания.

Оросительные тру6опроводы проектируют аналогично коммуникациям полей фильтрации из пластмассовых асбестоцементных труб на основе гидравлических расчетов, определяющих диаметры по таблице Шевелева. Полезную площадь полей орошения рассчитывают по уравнению . С учетом резервных участков полей , где К_р - коэффициент, учитывающий расход на резервные участки, принимается в зависимости от температуры воздуха: при 5 ⁰С - 1; 10 - 0,75 и 16 °С - 0,5; q_p - норма нагрузок на резервные поля [12].

Площадь замораживания, м²

,

где t_н - время намораживания, сут; - коэффициент, предусматривающий уменьшение скорости фильтрации зимой; принимается для легких суглинков - 0,3; супеси - 0,45 и песков - 0,55; h_н - высота слоя намораживания принимается, как правило, 0,5… ,0,6 м, но не более 1 м; h_oc - слой зимнего осадка, м; ₀- плотность льда (0,9 т/м³).

Сточные воды на поля орошения подают в наивысшую точку через распределительный колодец и далее в сеть распределительной системы каждой карты в отдельности. Внутри карт устраивают распределительные борозды, по которым распределяются сточные воды.

2.4. Биопруды

Биологические пруды устраивают в слабофильтрующих грунтах с устройством ровного горизонтального дна. Форму в плане биопрудов принимают с учетом способа аэрации (преимущественно прямоугольную).

Биологические пруды предназначены для очистки малых количеств слабо концентрированных и концентрированных сточных вод в естественных условиях. Они применяются также как сооружения доочистки сточных вод, прошедших обработку на установках искусственной очистки и для очистки условно чистых промышленных сточных вод. Изъятие загрязнений в прудах осуществляется за счет жизнедеятельности микроорганизмов, поступающих после сооружений искусственной биологической очистки, а также зоопланктонов, развивающихся непосредственно в самих биопрудах. Развивающиеся водоросли интенсифицируют процесс обмена кислорода, что положительно сказывается на жизнедеятельности микроорганизмов. Кроме того, кислород поступает через свободную поверхность за счет естественной аэрации, теплового массообмена (глубина прудов 0,4.. .0,6 м). Плохо подобранный гидравлический режим течения потоков жидкости в биопрудах (образование застойных зон) ухудшает условия переноса кислорода в толщу воды. В свою очередь недостаток кислорода ухудшает процесс окисления биоразлагаемого субстрата. Как правило, сооружения с низкой окислительной мощностью громоздки и требуют больших земельных площадей, что не всегда выгодно хозяйствам. Однако простота и удобство в эксплуатации и обслуживании дают возможность широко использовать эти сооружения.

На эффективность работы биоценоза влияет температура сточной жидкости в водоеме. Биологические пруды очень подвержены влиянию температуры воздуха. Это связано с большим зеркалом свободной поверхности, обеспечивающим контакт жидкости и воздуха. С одной стороны, происходит интенсивный перенос кислорода воздуха в жидкость, с другой — этот процесс регулируется температурным состоянием среды. В летний период работа микроценоза более эффективнее, чем в зимний. В районах с отрицательными температурами биологические пруды покрываются льдом, что создает дополнительные трудности в процессах массообмена. Некоторые разновидности микроорганизмов в этот период цистируются и выжидают более благоприятных условий или погибают вовсе. Поэтому температурные условия ограничивают применение данных сооружений биологической очистки до средней и южной зон нашей страны. Влияние температуры на процессы окисления определяют по известной формуле Стритера -Вельца.

Результаты расчета температурной константы К_Т приведены в табл. 2.14, где расчетная формула К_т =К₂₀^,1,047^Т-20 ; К₂₀=0,1- естественная аэрация; К₂₀= 0,7 — искусственная аэрация.

Таблица 2.14. Значение температурной константы для биологических прудов

Площадь свободной поверхности водоема

F_lag=[QC_p(L_en-L_ex)]/[K_lag(C_p-C)Za],

где C_p - растворимость кислорода воздуха в воде (см. разд. “Аэротенки”); K_lag — коэффициент использования пруда (при соотношении ширины к длине 1:1…1.3 равно 0,35); С — остаточная концентрация кислорода в очищенной воде после прудов; ориентировочно С 2 мг/л с согласования санэпидемслужбы в каждом отдельном случае; Z_a - атмосферная реакция, при К_lag = 1 значение Z_a принимается 3...4 г/(м^{2 .} сут).

Расчетная глубина прудов h_h=(Qt_lag)/F_lag.

Необходимый объем сооружений W=Qt_lag.

Необходимая площадь поверхности зеркала воды

где C_м - растворимость кислорода в воде при атмосферном давлении, принимаемая в зависимости от температуры по справочным данным.

Окончательно м².

Необходимый объем биопрудов W = 1500^. 27,6 = 41400 м³. Рабочая глубина биопрудов h_n= 1,52 м.

Сопоставление опытных данных с расчетными свидетельствует о том, что данная методика расчета с достаточной точностью позволяет определять основные технологические и конструктивные параметры этих сооружений.