CC BY
48Труды Инсторфа 9 (62)
41
УДК 553.97:628.3 Торопчин М.А.
Торопчин Михаил Андреевич, к. т. н., доцент кафедры природообустройства и экологии Тверского государственного технического университета, Тверь, Академическая, 12. oio_fpie@inbox.ru
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА РАССТОЯНИЙ МЕЖДУ ПРИНИМАЮЩИМИ
элементами сети очистных сооружений НА болотах
Аннотация. Проведен анализ литературы по очистным сооружениям на болотах. Приведены фильтрационные схемы расчета расстояний между принимающими элементами сети на торфяных площадках очистных сооружений при установившейся и неустановившейся фильтрации по понижению и повышению уровня грунтовых вод, на которых показаны все составляющие водного баланса. В расчетах учтено поступление избыточных вод проектной обеспеченности, в том числе и сточных вод, в наиболее тяжелые периоды работы сооружений. Также даны необходимые формулы с учетом поступления сточных вод для трех расчетных случаев: установившейся фильтрации по понижению грунтовых вод; неустановившейся фильтрации по понижению и повышению уровня грунтовых вод. Расстояния между принимающими элементами сети на торфяных площадках очистных сооружений должны приниматься по наименьшей величине из трех расчетных случаев.
Ключевые слова: торф, болото, фильтрация, очистка воды.
Toropchin M.A.
Toropchin Michail A., Ph.D., Associate Professor of the Chair of Nature Management and Ecology of the Tver State Technical University, Tver, Academicheskaya, 12. oio_fpie@inbox.ru
features of calculation of distances between the accepting elements of a network of treatment facilities on peatlands
Abstract. The analysis of the literature on the treatment facilities on mires has been made. Filtration schemes has been given for calculating distances between accepting elements of treatment facilities on mires at a steady and unsteady filtration by the declining and rising of the groundwater level, which shows all components of the water balance. The calculations take into account the design flow of excess waters including sewage in the most difficult periods of work. Formulas have been given for three calculation cases: steady filtration by the declining of groundwater level; unsteady filtration by the declining and rising of the groundwater level. The distance between accepting elements in peat areas should be taken at the lowest value of the three calculated cases.
Keywords: peat, mire, filtration, water treatment.
42
Труды Инсторфа 9 (62)
Проблема очистки сточных вод является актуальной, особенно для небольших населенных пунктов. Очистка сточных вод на стандартных очистных сооружениях считается дорогой. Для нее необходимы потребление энергии, химических реагентов, кислорода и хлора. Для удешевления очистки сточных вод предлагается использование в качестве очистных сооружений различных биоплато, в том числе и болот.
В работах [1, 2] даны основы применения болот в качестве очистных сооружений для малых населенных пунктов, но не приводятся методы определения расстояний между принимающими элементами очищенных сточных вод на подготовленных участках болота. Процесс очистки сточных вод происходит при их пропуске через торфяную залежь с кислой средой, при создании депрессионной кривой и наличии разницы напоров между элементами, подающими сточную воду и принимающими очищенную.
Расстояния между принимающими элементами сети очистных сооружений должны рассчитываться для паводковых периодов работы сооружения (весна, осень) по методам установившейся и неустановившейся фильтрации, а также по заданному понижению грунтовых вод (ГВ). Результаты должны проверяться при неустановившейся фильтрации по допустимому подъему ГВ.
Проверить рассчитанные параметры очистных сооружений можно по расходам фильтрующейся сточной воды. В качестве проектных значений должны приниматься наименьшие, рассчитанные при установившейся (стационарной) и неустановившейся фильтрации.
Расчеты расстояний между осушителями приводятся для наиболее часто встречающегося случая двухслойной толщи грунта, состоящей из торфяной залежи и подстилающего водопроводящего слоя (рис. 1-3), и расположения самих осушителей в верхнем слое, т. е. в торфяной залежи [3]. Расчеты расстояний между осушителями для однослойной толщи, состоящей из торфяной залежи, подстилаемой водоупором, т. е. тяжелыми суглинками или глиной, следует производить по [4] с учетом всех особенностей работы осушительной сети, приводимых ниже. В данной работе будут приводиться те формулы, в которых будут учтены особенности расчета очистных сооружений на болотах или в них включаются новые составляющие и их параметры.
Расчет расстояний между принимающими осушителями при установившейся фильтрации по заданному понижению уровней грунтовых вод
Схема фильтрационного расчета приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Расчетная фильтрационная схема расстояний между принимающими очищенную воду элементами сети при установившейся фильтрации по заданному понижению грунтовых вод: а - открытые осушители; б - закрытые осушители (дрены). Нос. под - величина осадки торфяной залежи по трассам подающих сточную воду элементов сети; Нос. пр - величина осадки торфяной залежи по трассам принимающих очищенную воду элементов сети
Fig. 1. Estimated filtering scheme of distances between accepting purified water network elements at steady filtration for given declining of groundwater: a - ditches, б - underground drains.
Нос. под - the value of shrinkage of peat deposit along the lines of the feeding wastewater ditches; Нос. пр -the value of shrinkage of peat deposit along the accepting wastewater ditches (drains)
Расстояния между осушителями (каналами и дренами) В при установившейся фильтрации находят по формуле 1 [3-4]:
(
В = 4
У
2 х Яр-Т
анл + —-----«нл
нд 2 q нд
V ' У
(1)
Труды Инсторфа 9 (62)
43
где анд - суммарные фильтрационные сопротивления по степени и характеру вскрытия пласта, м (определяются по формуле 11.65, приведенной в [3];
Нр - расчетный напор, м;
щее за сутки в расчетный период, м/сутки;
Нст - слой сточной воды, поступающий на поля фильтрации за сутки, м/сутки;
Нст = Q/F,
Нр = НПр - b - 0,6- а ,
где Нпр - глубина заложения осушителей (принимающих элементов сети), м; а - проектируемая норма осушения или уровень грунтовых вод, м;
b - слой воды, равный 0,1-0,2 м в принимающих каналах, в м. В дренах или закрытых осушителях он принимается в расчетах равным 0; Т - проводимость пласта, м2/сутки;
Т = Кв = (mB + m0) + Кн ■ mH ,
где Кв - коэффициент фильтрации верхнего слоя грунта (осушенной в течение 1 года торфяной залежи), м/сутки;
тв - расстояние от уровня воды в канале или от оси дрен до нижней границы торфяной залежи, м
mo = 0, 5 ■ Нр ,
где Q - средний расход сточных вод, м3/сутки; F -площадь полей фильтрации торфяной залежи, м2. В расчетах делается допущение равномерного распределения всей сточной воды по площади полей фильтрации; t - время достижения проектного уровня грунтовых вод (УГВ) до нормы осушения, равное 10-15 суткам.
Для строительства и обеспечения работы очистных сооружений путем поглощения торфом загрязняющих веществ при фильтрации сточных вод через залежь необходимо предварительное осушение в течение 1 года. Однако, как известно [5], при осушении происходит осадка и уплотнение торфяной залежи, что влечет за собой и изменение других ее свойств: плотности, пористости, водопроницаемости и других, о чем сообщали многие ученые. Поэтому при проектировании очистных сооружений на болотах следует учитывать изменение коэффициента фильтрации и осадку залежи.
Кн - коэффициент фильтрации нижнего слоя грунта, м/сутки;
тн - мощность нижнего слоя грунта, м; q - интенсивность инфильтрационного питания или средний за расчетный период приток к осушителям, м/сутки q =W/t, где
W = Нв + а ■ р + (р - е) ■ t + Нст ■ t ,
где W - слой воды, подлежащий отведению за время осушения t, за которое достигается проектный уровень грунтовых вод а на площадках фильтрации очистных сооружений. Показатель W принимается для наиболее тяжелого периода работы системы осушения весной после таяния снега и торфяной залежи, когда полностью восстанавливается гидравлическая связь с ее поверхностью;
Нв - слой воды, оставшейся в понижениях и на поверхности торфяной залежи после таяния снега Нв = 0,01... 0,02 м; р - коэффициент водоотдачи торфяной залежи; р - интенсивность атмосферного питания или удельное количество осадков обеспеченностью 10%, выпадающее за сутки в расчетный период, м/сутки;
е - интенсивность испарения или ее удельная величина обеспеченностью 90%, происходя-
Расчет параметров очистных сооружений при неустановившейся фильтрации по понижению уровня грунтовых вод
Фильтрационная схема расчета приведена на рис. 2.
Расстояния между осушителями В определяются по формуле 2:
г
В = 4
V
ia„
тТ
н-----a
4р
\
нд , У
(2)
где анд - суммарные фильтрационные сопротивления по степени и характеру вскрытия пласта, м (определяется по формуле 11.65, приведенной в [3], стр. 142 при m0 = m'0) где т - время стабилизации уровня грунтовых вод, сутки - т = t/-,
где t = f(n, pm) - функция, определяемая по рисунку 11.2 стр. 150 [3],
где p = ht/ Нпр, а pm = T/ktKB,
где Т = Кв (тв +т^) + ^т№
44
Труды Инсторфа 9 (62)
где m'o = 0,5 ht, где ht = ЯПр - а,
р = 0,116 V’375 а0,75 + [Нв + (р - е) t + Нст t] / а.
Рис. 2. Расчетная фильтрационная схема расстояний между принимающими элементами сети при неустановившейся фильтрации по заданному понижению грунтовых вод: а) открытые осушители; б) закрытые осушители (дрены). Нос. под - величина осадки торфяной залежи по трассам подающих сточную воду элементов сети; Нос. пр - величина осадки торфяной залежи по трассам принимающих очищенную воду элементов сети
Fig. 2. Estimated filtering scheme of distances between accepting purified water network elements at unsteady filtration for given declining of groundwater: a - ditches, б - underground drains. Нос. под - the value of shrinkage of peat deposit along the lines of the feeding wastewater ditches; Нос. пр -the value of shrinkage of peat deposit along the accepting wastewater ditches (drains)
в более в 1,2... 1,5 раза, во время поступления талых вод из снега с обеспеченностью менее 10%, при интенсивном выпадении осадков. Это делается для того, чтобы исключить сброс неочищенных сточных вод по поверхности торфяной залежи. При этом проектную норму осушения а рекомендуется принимать 0,6-1,2 м, а аг - максимальный уровень поднятия УГВ совместно со сточными водами - равен 0,1 м.
Расчетная фильтрационная схема повышения УГВ на очистных сооружениях представлена на рис. 3.
Рис. 3. Расчетная фильтрационная схема расстояний между принимающими элементами сети при неустановившейся фильтрации по заданному повышению грунтовых вод: а) открытые осушители; б) закрытые осушители (дрены); Нос.под и Нос.пр (рис. 1)
Fig. 3. Estimated filtering scheme of distances between accepting purified water network elements at unsteady filtration for given rising of groundwater: a - ditches, б - underground drains. Нос. под and Нос.пр (see Fig. 1)
Расчет параметров очистных сооружений при неустановившейся фильтрации по допустимому подъему уровня грунтовых вод
Необходимо производить проверку параметров очистных сооружений на допустимое повышение уровня грунтовых вод (УГВ) в случаях превышения суточных расходов сточных вод
Расстояние между осушителями определяется по формуле 2, где а рассчитывается по формуле 11.65, приведенной в [3] при m0 = m"
T = Kd (md + m"j) + Ry my m"0 = 0,5 H0 H0 = Нпр - a
Труды Инсторфа 9 (62)
45
h't = a - at Y = M h\/q t t = f (y) по [3] ,
где W = HB + ht m + (р - e) t +Нст t, а
M = 0,116 K,0'375 h\0’75 + [HB + (p - e) t +
+ Нет t] / h't
Библиографический список
1. Пат. 2397149. Российская Федерация МПК С1 R11/51,19/3/32. Способ и сооружение очистки хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием элементов эко-
логической системы / В.И. Толстограй, К.И. Лопатин, Ю.Н. Женихов, В. И, Суворов, В.В. Панов. № 2008146328/15, заявл. 25.11.2008, опубл. 20.08.10, Бюл. № 23. -10 с.
2. Суворов В.И. Актуальные вопросы использования торфа и болот [Текст]: С. 89 монография / Ю.Н. Женихов, В.В. Панов, К.И. Лопатин, В.И. Толстограй, И.А. Юсупов. - Тверь: Триада, 2012. - 152 с.
3. Мелиорация и водное хозяйство. 3. Осушение: Справочник / Под ред. Б.С. Маслова. -М.: Агропромиздат, 1985. - 447 с.
4. СНиП 2.06.03-85 Мелиоративные системы и сооружения / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 58 с.
5. Лундин К.П. Водные свойства торфяной залежи. - Минск: Урожай, 1964. - 211 с.
