УДК 628.32

РАСЧЕТ ЛОКАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ АВТОПАРКОВКИ

Клевеко Владимир Иванович1, Пикулева Валерия Олеговна2
1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, доцент кафедры Строительного производства
2Пермский национальный исследовательский политехнический университет, магистр ГСХ 15-1м

Аннотация
В статье представлены устройство и принципы ЛОС(локальные очистные сооружения), а так же конструктивное описание подземных резервуаров.
Выполнен расчет систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты, поверхностные сточные воды с проезжей части автомобильных дорог I категории, поступающие в сеть дождевой канализации.

Ключевые слова: , , , ,


Библиографическая ссылка на статью:
Клевеко В.И., Пикулева В.О. Расчет локальных очистных сооружений для автопарковки // Современная техника и технологии. 2017. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2017/05/13326 (дата обращения: 02.10.2017).

Локальные очистные сооружении (ЛОС) – это такие сооружения или канализационные устройства, которые предназначены для глубокой и полной очистки хозяйственно-бытовых жидких отходов, ливневых, промышленно-технических или любых других стоков.

ЛОС обычно представляют собой целый комплекс очистных установок и всевозможных систем для того, чтобы принимать и очищать не только бытовые или хозяйственные стоки, но и сбросы в жидком виде от различных производств, промышленных предприятий или организации, а также сточные воды от ливневой канализации, талые или грунтовые воды.

Локальные очистные сооружения принято относить к разряду двух типов сооружений:

  • состоящие в составе городской централизованной канализационной сети – обрабатывают сточные воды и направляют их в городские канализационные сети;
  • являющиеся автономным образованием – обслуживает канализационную систему той или иной автономной канализации пансионата, санатория, частного дома, т.е. тех зданий, которые расположены на большом расстоянии от централизованной городской канализационной сети, к которой нет никакой возможности подключиться.

Промышленные ЛОС, судя по названию, обрабатывают и перерабатывают сточные воды, отходящие от различного вида производств, заводов, фабрик или каких-либо цехов, то есть, промышленных предприятий.

Они представляют собой городские канализационные масштабные сооружения, построены на специально отведенных местах за городской чертой, окружены санитарной зоной, на территории которой нельзя проживать, устраивать пикники и прочие мероприятия по отдыху.

Такие сооружения обязательно обслуживаются специальным техническим персоналом, оборудованием, и некоторые устройства системы требуют электропитания: насосы, аэротенки и прочие приспособления для чистки стоков.

Локальные очистные сооружения как автономные образования имеют уже гораздо меньшие габаритные размеры и, соответственно, наименее масштабные задачи. Такие ЛОС призваны обслуживать объекты сброса сточных хозяйственно-бытовых и промышленных отходов значительно меньших объемов, параметров и значений.


Рисунок 1. Городские канализационные ЛОС

ЛОС автономного образования выглядят менее масштабно, чем ЛОС городских сетей, а потому и называются несколько иначе:

  • септики;
  • аэротенки;
  • биофильтры.

Эти установки обязательно должны дополняться фильтрационными сооружениями или приспособлениями, чтобы очищенная вода достигала наиболее высокой оценки очистки от 98 до 100%. Самостоятельно эти ЛОС могут существовать лишь для неполного цикла очищения сточных вод.[4]

Принцип работы ЛОС

Большинство ЛОС работают на многоступенчатом способе очищения сточных вод:

  • механической;
  • биологической;
  • физико-химической;
  • доочистительной.

В городских ЛОС первой ступенью всегда является механическая, где происходит улавливание и отстаивание механическим способом нерастворимых или плохо растворимых частиц, которые тяжелее водной массы.

Если ЛОС обслуживает ливневую канализацию или промышленную, то на первом этапе стоки будут очищаться от песка, камней, полиэтилена, стекла, волокнистых частиц и прочих видов мусора.

Механическая очистка стоков

Механическая обработка канализационных вод призвана обрабатывать исключительно «черные» стоки – так называемые первичные канализационные хозяйственно-бытовые или промышленные стоки, попадающие в первый отсек канализационного очистного сооружения.

Первый этап задержки и уловления мусора, позволяет ему не просто накапливаться в резервуарах через специальные решетки, но также и скапливается в резервуарах, корзинах и емкостях.

После того как тряпки, полиэтилен и прочий мусор накопится в корзинах, он отправляется в буккер, откуда вывозится на специальные полигоны или в цеха, оборудованные дробилками, которые мелко дробят мусор.

После дробления мусор может проходить следующие этапы сухой очистки. Тяжелые по весу камни, стекла, песок осаждаются на дне резервуаров, которые называются отстойниками-песколовками.

А вот вода, очищенная от крупных фракций мусора, перетекает в другой отсек, где проходит следующий этап механической обработки – очищение от плотных по структуре веществ типа нефтепродуктов и масел.

Благодаря легковесности жиров и нефтепродуктов, эти взвеси всплывают на поверхность, направляются потоками воздуха в специальные емкости, где накапливаются, образуя корку, а затем легко удаляются тем же механическим способом.

Отстойники для жироулавливания используются разного плана и параметров. Это могут быть широкомасштабные горизонтальные сооружения прямоугольной формы, изготовленные из железобетона или кирпича. А могут быть и круглые, цилиндрические приспособления в виде колодцев, пристроенных к приемным резервуарам.

Именно такие колодцы удобнее всего применять для жироулавливания потому, что в таких колодцах лучше всего жировые отложения накапливаются и поднимаются кверху, образуя корку, откуда потом и удаляются. Эти колодцы представляют собой конусообразные емкости с устроенными по периферии сборными желобами, по которым стекают в емкость нефтепродукты и жировые включения.

Биологическая очистка стоков

Вода, которая уже прошла очищение от тяжелых стоков называется «серыми» стоками. Эти серые стоки теперь обязательно должны пройти биологическую обработку колониями бактерий, которые способны переработать канализационную жидкость до такой степени, что она превратится в ил и воду.

Выглядят такие установки в виде септиков-отстойников, внутри или возле которых не установлены какие-либо дополнительные конструкции или устройства, как круглые искусственные пруды или открытые резервуары с активным илом, в котором содержаться необходимые микроорганизмы, обеспечивающие естественный ход очищения сточной воды.

Здесь очищение стоков происходит не до конца, а потому степень очистки после биологических прудов не высока. К тому же в зимнее время очищение на таких прудах при помощи бактерий невозможно, поэтому зимой применяются такие приспособления как аэротенки или биофильтры.

Органическая среда, присутствующая в активном иле, весьма требовательна к стокам, которые имеют следующие нежелательные включения или содержание:

  • обязательное наличие в стоках питательных для бактерий веществ – воды должны быть грязными и содержать органические отходы, а агрессивная химическая среда стоков может убить жизнетворные бактерии некоторых видов;
  • нежелательные типы загрязнений должны максимально отсутствовать в стоках, которые необходимо обработать бактериям – к таким загрязнениям может относиться хлорсодержащие, щелочные, кислотные и другие агрессивные химические вещества;
  • обязательно должна выдерживаться необходимая для жизнедеятельности температура сточных вод – при температуре ниже +5˚С и выше +60˚С множество видов бактерий погибают;
  • для аэробных бактерий обязательна оптимальная концентрация кислорода, а для анаэробных – практически полное отсутствие кислорода.

Локальные биофильтры в обязательном порядке содержат биосубстрат колоний бактерий, которые расположены в самом фильтре. Биологическая очистка стоков проходит также как и механическая, в несколько стадий, при которых идет постепенное очищение от таких веществ, содержащихся в воде, как: БПК (биологическое потребление кислорода), ХПК (химическое потребление кислорода), аммонийный азот, нитраты, нитриты, и прочие вредные вещества, которые наличествуют в очищаемых стоках.

Наиболее показательным преимуществом аэротенков и биофильтров по сравнению с искусственными прудами-отстойниками или септиками, является их высокая производительность в плане очистки стоков до наивысшей степени – 100%.

К тому же в биофильтрах, как и в аэротенках, стоки могут спокойно обрабатываться и зимой, а на прудах такая обработка невозможна в виду низких температур. Зато преимуществом септиков или очистительных прудов является неприхотливость их конструкций и сравнительная дешевизна установки и ее эксплуатации. [5]

Физико-химическая обработка стоков

После биологической очистки значительно осветленная вода попадает на такие сооружения, где она подвергается непосредственной обработке всевозможными химическими составами.

Этот этап очистки необходим потому, что в воде после обработки бактериями могут еще оставаться мелкие растворенные частицы, которые не пригодны для переработки бактериями.

Этими веществами могут быть: остатки нефтепродуктов, остатки продуктов распада пищевых отходов, кусочки нерастворенных частиц любого материала и другие мелкие включения.

После того как они к себе притянули частички они начинают слипаться друг с другом, образуя комки, а в некоторых случаях хлопья. Образовавшиеся комки и хлопья с успехом осаждаются на дно емкости ЛОС.

Химическая обработка стоков происходит в два этапа:

  • смешение с реагентами;
  • хлопьеобразование.

При смешении с реагентами создаются специальные рН условия, а также требуемая жесткость воды, чтобы эффект захвата частиц и образования комков или хлопьев коагулянтами или флокулянтами был наиболее эффективен.

Смешение реагентов с водой происходит либо при помощи гидравлических механизмов, либо при помощи механических усилий.

Вода, таким образом, еще более осветляется и очищается и попадает в следующие резервуары для прохождения полного цикла очищения. Накопившиеся хлопья и комки из камеры удаляются и утилизируются. [6]

Доочистка стоков

На последнем этапе доочистки стоков осветленная или очищенная на 95-98% вода проходит окончательную обработку через специальные сорбирующие фильтры, достигая после обработки 100% степени очистки.

На этапе доочистки вода проходит:

  • дезинфекцию – удаление остатков бактерий, которые вредны для здоровья человека при помощи хлора или УФ-лучей;
  • обеззараживание – удаление химических веществ в виде остатков реагентов при помощи хлора или УФ-лучей;
  • микрофильтрация – прочистка от мелких остатков реагентов или бактерий;
  • фильтрация через сорбционные фильтры – вода очищается путем отделения от нее сорбционными веществами остатков вредных частиц или молекул.

Очищенная и обезвреженная вода полностью соответствует всем санитарным и экологическим нормам и может свободно использоваться в технических, хозяйственных работах, кроме пищевой промышленности и употребление такой воды как питьевой (она непригодна для питья). Также такую воду можно спокойно сбрасывать в водоемы, пруды или реки – она совершенно безвредна для окружающей природной среды.

Очистные сооружения ливневых стоков

Сточные воды имеют в своем составе достаточно много примесей природного состава, а также и химические включения, если на пути протекания ливневой канализации попадаются различные поверхности с содержанием химических покрытий или составов.

Все ЛОС для ливневых канализаций имеют достаточно высокую продуктивность и могут очищать стоки до 98%, что составляет наивысшую оценку по очищению стоков.

Также канализационные сооружения включают в себя и емкости-отстойники, где образуется осадок не только от твердых частиц типа камней, стекол, веток деревьев и прочего мусора, но также и мелких частиц, которые намываются путем движения потоков талых и ливневых вод.

Кроме бытовой ливневой канализации существует также и промышленная ливневая канализация. Такие ЛОС очищают стоки не только дождевых или талых вод, но и другие.

Например, эти очистные сооружения могут обслуживать такие объекты, как: автомойки, промышленные предприятия, заводские территории, парковочные площадки и автостоянки, территории развлекательных центров, территории бизнес центров, территории комплексов для отдыхающих и туристов и территории поселков и частных домов, в том числе.


Рисунок 2. промышленная ливневая канализация

Системы ливневых канализаций состоят из следующих элементов: распределительный колодец, пескоуловитель, нефтеуловитель или масло-бензоотделитель, сорбирующий фильтр, контрольный колодец для отбора проб очищенной воды.

Все эти конструкции могут быть монтированы и установлены как в виде раздельных емкостей, собранных в единую канализационную систему, так и находиться внутри одной большой емкости, которая называется станцией глубокой очистки ливневых стоков.

При монтаже всегда должны выполняться все условия, которые не просто сохранят сооружение от всевозможных вредных воздействий, но также и дадут отличную возможность ему работать наиболее длительное время без сбоев. [8]

Конструктивное описание подземных резервуаров ЛОС, предназначенных для сбора очистки поверхностных дождевых сточных вод, отводимых с площадки проектируемой автопарковки для стадиона в г.Краснодар

При проектировании строительных конструкций учтены геологические, гидрогеологические и сейсмические условия площадки строительства, способы возведения сооружения, которые рассматриваются в разделе организации строительства, а также требования всех действующих нормативных документов.

Конструкции подземных резервуаров ЛОС запроектированы из монолитного железобетона В20; F100; W6. Армирование выполнено отдельными стержнями стержневой арматурой класса АI(А240) и АIII (А400) по ГОСТ 5781-82. Поперечное сечение резервуаров имеет сложное пространственное построение.

Внутренние размеры и габариты помещений назначены исходя из их технологической взаимосвязи и предназначения, габаритных размеров и производительности размещаемого в них технологического оборудования.

Конструктивно сечение резервуаров представляет собой замкнутую многопролетную раму. Опирание плиты перекрытия на стены – шарнирное. Примыкание стен к плите днища – жесткое.

Конструктивная жесткость узлов примыкания обеспечивается соответствующим армированием. Толщина стен и плит днища и перекрытия приняты 300 мм.

В основании плиты днища предусмотрено устройство щебеночной подготовки (втрамбовыванием щебня фр. 20-40 мм в грунт основания) толщиной 100 мм. Поверх щебеночной выполняется устройство бетонной подготовки (кл. В7,5) толщиной δ=100 мм.

Для защиты от негативного влияния инфильтрации атмосферных осадков и подъема уровня грунтовых вод в конструкции подземного железобетонного резервуара предусмотрено устройство замкнутого контура гидроизоляции – нанесением по подготовленной бетонной поверхности осмотического гидроизоляционного состава на цементной основе Российского производства типа «Idrosilex PRO» за 2 раза. Данная гидроизоляция обладает высокой механической прочностью и растяжимостью и не требует устройства защитных слоев после ее нанесения при установке арматуры днища и выполнения обратной засыпки пазух котлованов и на плите перекрытия.

Подземный резервуар ЛОС выполнен в виде двух сблокированных смежными стенами конструктивно независимых объемов, разделенных деформационным сейсмическим осадочным швом толщиной 30 мм на два раздельных блока.

Разделение на два раздельных конструктивных объема продиктовано технологической компоновкой очистного сооружения из двух разнозаглубленных технологических групп помещений, значительной длиной подземного резервуара (около 30 м), что не допустимо при сейсмичности 8 баллов и особенностью инженерно-геологического строения грунтового напластования в основании днища разнозаглубленных секций. [3]

Расчет очистных сооружений

В соответствии с Рекомендациями по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты, поверхностные сточные воды с проезжей части автомобильных дорог I категории, поступающие в сеть дождевой канализации, имеют следующие показатели по концентрации загрязнений у дождеприемника:

  • взвешенные вещества в дождевых стоках – 400 мг/л;
  • БПК5 – до 30 мгО2/дм3.
  • нефтепродукты – 40 мг/л.

Во время продолжительного дождя только первые порции поверхностного стока имеют высокие показатели по загрязняющим веществам. Далее в сеть поступают условно чистые воды с незначительным содержанием загрязняющих веществ.

В соответствии с п. 2.20 СНиП 2.04.03-85 максимальный, подлежащий очистке расход дождевого стока, отправляемый на очистку qlim, определен согласно п. 2.11 при периоде однократного превышения интенсивности предельного дождя Рlim = (0,05 – 0,1) года, обеспечивающем отведение на очистку не менее 70% годового объема поверхностных сточных вод.

Определение среднегодового объема поверхностных сточных вод

Среднегодовой объем поверхностных сточных вод (Wг) в м3 определяется по формуле (4) п.7.2.1 «Свод правил…»

Wг = Wд +Wт+Wм

,где Wд ,Wт ,Wм – среднегодовой объем дождевых, талых и поливо-моечных вод соответственно, м3.

Дождевые и талые сточные воды с территории промплощадки очищаются на локальной установке и собираются в сборнике чистых стоков. Полив территории осуществляется водой из данного сборника. В связи с этим объем поливомоечного стока в общий объем стока с территории не включается.

Среднегодовой объем дождевых Wд и талых Wт вод, стекающих с площадки АЗС определяется по формуле (5), (6) п.7.2.2 «Свод правил…»

Wд = 10хhддхF

Wд = 10хhттхF

,где F – площадь стока, F=16 га (с учетом перспективной застройки);

hд – слой осадков, за теплый период года, определяется по СП 131.13330, hд = 393 мм;

hт – слой осадков, за холодный период года, определяется по СП 131.13330, hт = 293 мм;

ψд – общий коэффициент стока дождевых вод, определяется как средневзвешенная ведичина в зависимости от постоянных значений коэффициента стока ψi для площадей стока с разными видами поверхностей, согласно указаниям п.п. 7.2.3.-7.2.4 таб.7 «Свод правил…». Расчет общего коэффициента стока дождевых вод (ψд).

ψт – общий коэффициент стока талых вод, согласно п.7.2.5 «Свод правил…», ψт= 0,5.

Таблица 3 – Расчет общего коэффициента стока дождевых вод (ψд)

Вид поверхности или площади водосбора

Площадь, Fi, га Доля покрытия от общей площади стока, Fi/F Коэффициент стока, ψi Fi ψi /F

Кровли и асфальтобетонные покрытия

14,4

0,90

0,8

0,72

Газоны

1,6

0,10

0,1

0,01

∑ Fi=16    

ψд=0,73

Wд = 10хhддхF= 10х368х0,73х16=42982,4 м3/год

Wт = 10хhттхF= 10х293х0,5х16=23440 м3/год

Общий годовой объем поливомоечных вод (Wм),
м3, стекающих с площади стока, определяется по формуле:

Wм = 10Fм Yм,

,где т − удельный расход воды на мойку дорожных покрытий (как правило, принимается 0,2−1,5 л/м2 на одну мойку);

среднее количество моек в году (для средней полосы России составляет около 150);

Fм − площадь твердых покрытий, подвергающихся мойке, га(7,92 м2);

Yм − коэффициент стока для поливомоечных вод (принимается равным 0,5).

Wм = 10хm хkх Fмх Yм= 10х0,2х150 х7,92х0,5=1188 м3/год

Тогда средний годовой объем поверхностных сточных вод с территории составляет:

Wг = Wд +Wт +Wм = 42982,4+23440+1188=67610,4 м3/год

Определение расчетных объемов поверхностных сточных вод при отведении на очистку

Объем дождевого стока от расчетного дождя (Wоч) в м3 определяется по формуле (8) п.7.3.1 «Свод правил…»

Wоч = 10хhaхFxψmid

,где F – площадь стока, F = 16 га;

ha – максимальный слой осадков за дождь, ha = 10 мм;

ψmid – средний коэффициент стока для расчетного дождя, (определяется как средневзвешенная величина в зависимости от постоянных значений коэффициента стока ψi для разного вида поверхностей по данным таблицы 14 п.7.4.7 «Свод правил…»). Расчет ψmid приведен в таблице 4.

Таблица 4 – Расчет среднего коэффициента стока дождевых вод (ψmid)

Вид поверхности или площади водосбора

Площадь, Fi, га

Доля покрытия от общей площади стока, Fi/F

Коэффициент стока, ψi

Fi ψi /F

Кровли и асфальтобетонные покрытия

14,4

0,9

0,95

0,855

Газоны

1,6

0,1

0,10

0,01

∑ Fi=30 га

ψmid=0,865


Таким образом общий объем составляет:

Wоч = 10х10х16×0,865=1384 м3.

Максимальный суточный объем талых вод

Максимальный суточный объем талых вод (Wт.сут) в середине периода снеготаяния определяется по формуле(9) п.7.3.5 «Свод правил…»

Wт.сут = 10хhт.р.хах ψтхFхКу

где F – площадь стока, F = 16 га;

hт.р – слой осадка заданной повторяемости, hт.р= 5,5 мм ( определяется по карте районирования снегового стока)


а – коэффициент, учитывающий неравномерность снеготаяния, а = 0,8

Ку = 1-Fу/F = 1- Fу/F=1-8/16= 0,5;

,где Fу – площадь, очищаемая от снега

Wт.сут = 10х5,5х0,8х0,5х16х0,5 =176м3/сут. [2]

Объем резервуара накопителя поверхностных сточных вод составляет W=1400м3

Производительность очистных сооружений рассчитываемая по дождевому стоку Q ос,д л/c определяется по формуле:

Q Ос.Д = Wос,д×Wтп /3.6(Tоч-Tотст-Tтп)

где: QОс Д − расчетный расход поверхностного стока при отведении на очистку (расчетная производительность блока очистки сооружений поверхностных сточных вод), л/с;

Wоч − объем дождевого стока от расчетного дождя, отводимого на очистные сооружения, м3;

Wт.п − суммарный объем загрязненных вод, об-разующихся при обслуживании технологичес-кого оборудования очистных сооружений в те¬чение нормативного периода переработки объ¬ема дождевого стока от расчетного дождя, м3;

Точ − нормативный период переработки объема дождевого стока от расчетного дождя, отводимого на очистные сооружения с селитебных территорий и предприятий, ч;

Тотст − минимальная продолжительность отстаивания поверхностных сточных вод в аккумулирующем резервуаре, ч;

Тт.п − суммарная продолжительность технологических перерывов в работе очистных сооружений в течение нормативного периода переработки объема дождевого стока от расчетного дождя, ч.

Q Ос.Д = 1400-60/3.6×(24-4-1) =19,6 л/с. [1]

Выводы:

  1. Выполненные расчеты для сбора и очистки поверхностных дождевых сточных вод, отводимых с площадки проектируемой автопарковки для стадиона в г.Краснодар показали, что производительность локальных сооружений должна быть не менее 19,6 л/с.
  2. В соответствии с полученными расчетами были предложена конструкция локальных сооружений автономного образования с механической очисткой.

Библиографический список
  1. СНиП 2.04.03-85* «Канализация. Наружные сети и сооружения», Актуализированная редакция, СП 32.13330.2012.
  2. СНиП 2.04.02-85 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», Актуализированная редакция, СП 31.13330.2012.
  3. ГОСТ 9.602-2005 «Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии».
  4. Кунахович В.А. О локальных очистных сооружениях//Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. –2011. – № 8 (44). – С. 60-63.
  5. Каримова М.Т. Локальные очистные сооружения//Вестник КГУСТА. – 2011. – № 1. – С. 131-135.
  6. Ким А.Н., Захаревич М.Б., Романова Ю.В. Актуальные проблемы поверхностного стока с территории городов и практические пути их решения//Вестник гражданских инженеров. –2014. – № 1 (42). – С. 87-94.
  7. Варюшина Г.П. Особенности сбора и очистки промышленно-дождевых сточных вод автотранспортных предприятий//Водоснабжение и санитарная техника. – 2014. – № 7. – С. 43-48.
  8. Андреев А.В., Свиридов В.В. Методы совершенствования технологии очистки стоков с автомобильных дорог//Международный научно-исследовательский журнал. – 2015. – № 5-2 (36). – С. 5-7.


Все статьи автора «Пикулева Валерия Олеговна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: