Оборудование для защиты гидросферы: обоснование, выбор, расчеты (стр. 7 )

Таблица 7.7

Значения h при различной Lt

Lt, мг/л	h	Lt, мг/л	h	Lt, мг/л	h
10 15 20	3,3 2,6 2,25	25 30 35	2 1,75 1,6	40 45 50	1,45 1,3 1,2

Для расчета биофильтров с плоскостной загрузкой в зависимости от требуемой БПК5 очищенных сточных вод по табл. 7.7 находят критериальный комплекс

h= РНКТ/МП, (7.28)

где Р - пористость загрузочного материала, %; Мп - масса органических загрязнений по БПК5, поступающих в 1 сутки на единицу по­верхности загрузочного материала биофильтра, г/(м2´сут):

Мп = LaqПSyд = Мо/Syд, (7.29)

где La – БПКполн поступающих сточных вод, мг/л; qП - гидравлическая нагрузка, м3/(м3´сут); Syд - удельная поверхность загрузочного материала, м2/м3; М0 - нагрузка по БПК5 на 1 м3 объема биофильтра, г/(м3´сут).

По заданной среднезимней температуре сточных вод Т подсчитывают Кт. Глубина слоя загрузки Н назначается в зависимости от требуемой степени очистки, но не менее 4 м; Р определяется конструктивными размерами плоскостной загрузки; Мп находят из формулы

МП = РНКт/h. (7.30)

Далее по заданной величине La и конструктивному размеру Syд определяют допустимую гидравлическую нагрузку qп:

qП= MП Syд /La. (7.31)

Затем по заданному суточному расходу, м3/сут, и подсчитанной qП вычисляют объем загрузочного материала биофильтра, число биофильтров и их конструктивные размеры.

Погружные дисковые биофильтры рассчитывают по экспериментальным данным в зависимости от требуемой степени очистки и концентрации органических загрязнений в поступающей сточной воде. В зависимости от нагрузки по БПКполн или по БПК5 на 1 м2 площади поверхности дисков, расхода сточных вод и БПК в поступающей сточной воде вычисляется общая площадь поверхности дисков. Затем назначаются конструктивные размеры погружных биофильтров, такие как диаметр дисков, расстояние между ними, число дисков на одном валу и т. д., после чего определяется число сооружений.

Сточная вода распределяется по поверхности биофильтров с помощью спринклерной системы, состоящей из дозирующего бака, разводящей сети и спринклеров, или с помощью реактивных оросителей, состоящих из стояка и дырчатых труб. Вентилируются биофильтры естественным путем (капельные биофильтры и биофильтры с плоскостной загрузкой) или искусственной поддувкой с помощью вентиляторов (высоконагружаемые аэрофильтры).

В практике проектирования применяют биофильтры прямоугольной формы в плане с размерами сторон 3 x 3;3,6 x 4; 9 x 12, 12 x 12, 15 x 15, 12 x18 м и другие, с высотой слоя загрузки 2,3; 3 и 4 м, а также круглой формы в плане диаметром 6, 12, 18, 24 и 30 м, с высотой слоя загрузки 2, 3 и 4 м.

7.6. Расчет вторичных радиальных отстойников

Вторичные отстойники предназначены для выделения активного ила из иловой смеси, поступающей из аэротенков.

Вторичные отстойники, как и первичные, могут быть вертикальными, горизонтальными, радиальными и тонкослойными.

Вертикальные отстойники применяются на станциях малой пропускной способности (Q£20 000 м3/сут). Использование горизонтальных отстойников ограничено из-за трудностей, связанных с удалением активного ила. На средних и крупных станциях применяются преимущественно радиальные отстойники.

Исходные данные для расчета вторичных радиальных отстойников:

максимальный часовой приток сточных вод Qкакс ;

средний часовой расход сточных вод за время аэрации Qcp ;

БПК20 сточных вод до очистки La ;

БПК.20 очищенных сточных вод Lт;

концентрация взвешенных веществ в сточных водах после первичных отстойников boбщ;

допустимый вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников (по расчету) b".

Схема вторичного радиального отстойника и компоновочный план группы отстойников представлены на рис.7.3.

Типоразмеры вторичных радиальных отстойников из сборного железобетона, разработанные Мосводоканалпроектом, приведены в табл. 7.8.

Таблица 7.8

Отстойники канализационные вторичные радиальные

Диаметр, м	Объем, м3	Глубина, м	Расстояния, м	Типовой проект
зоны отстаивания W з. о.	иловой зоны W ил	гидравлическая Нг	зоны отстаивания	А	В	С
18	788	160	3,7	3,1	12,5	11,0	12,5	/76
24	1400	280	3,7	3,1	15,5	14,0	15,5	/75
30	2190	440	3,7	3,1	18,5	18,5	18,5	/75

План группы отстойников   По I-I

40

4580

915

4,35

3,65

23,5

23,5

23,5

/75

Рис. 7.3. Компоновочный план и схема вторичных радиальных отстойников:

1 - подводящий трубопровод; 2 - трубопровод опорожнения; 3 - отводящий

трубопровод; 4 - трубопровод выпуска ила; 5 - иловая камера;

6 - распределительная чаша

Диаметры трубопроводов определяются гидравлическим расчетом.

Общий расчетный объем отстойников при продолжительности отстаивания Т

Wобщ = Qмакс. ч T. (7.32)

Количество рабочих отстойников должно быть не менее трех, и все рабочие. По аналогии с первичными принимаем вторичные отстойники диаметром 30 м.

Число отстойников

N= Wобщ/Wз. о., (7.33)

где Wз. о. - определяется по табл. 7.6.

Уточняем фактическую продолжительность отстаивания

Тф=N Wз. о / Qмакс. ч. (7.34)

При расчете вторичных отстойников проверяется время пребывания ила в иловой зоне отстойников, которое должно быть не более 2 ч во избежание снижения активности ила:

Ти=WиN/(qц+qи)£2 ч, (7.35)

где Wa - объем иловой зоны отстойника, м3; qц - расход циркулирующего активного ила, м3/ч; qи - расход избыточного активного ила, м3/ч.

Расход циркулирующего активного ила определяется по формуле

qц = aQ, (7.36)

где а — доля циркулирующего ила от расчетного расхода сточных вод (см. расчет аэротенков); Q — средний часовой' приток сточных вод за сутки при Кобщ£1,25 или средний часовой приток за время аэрации при Кобщ>1,25. Расход избыточного активного ила

qи =Пр Qср/С, (7.37)

где Пр - прирост ила, мг/л:

Пр = 0,8b + 0,3Lа, (7.38)

где b - вынос взвешенных веществ из первичных отстойников, мг/л,

С - концентрация активного ила: С= 4000 мг/л.

Удаление активного ила в иловую камеру осуществляется с помощью илососа. Камера оборудуется щитовым затвором с подвижным водосливом, обеспечивающим возможность регулирования выпуска ила из отстойника путем изменения гидростатического напора от 0 до 1,2 м. Оптимальный гидростатический напор для выпуска активного ила – 0,9 м. Потери напора в радиальных отстойниках составляют ориентировочно 0,5-0,6 м (Dh=Z1-Z2).

8. Стадии и методы обработки осадков

Цель обработки осадков сточных вод – получение продукта, свойства которого либо обеспечивают возможность его утилизации, либо сводят к минимуму ущерб, наносимый им окружающей среде.

Осадки бытовых сточных вод представляют собой водные суспензии с содержанием твердой фазы по массе 0,5-10 % и органических веществ в последней до 90 %.

Объем осадков, выделяемых при очистке сточных вод на современных станциях аэрации, составляет 0,5-1 % объема сточных вод.

Современные технологические процессы обработки осадков включают в общем виде следующие стадии: основные – уплотнение, обезвоживание, термическую сушку, обеззараживание, ликвидацию или утилизацию; вспомогательные – стабилизацию и кондиционирование.

Выбор рационального технологического процесса обработки осадков зависит от их объема и качественного состава, а также завершающей стадии обработки.

8.1. Расчет илоуплотнителей

Илоуплотнители предназначены для уменьшения влажности, а следовательно, и объема избыточного активного ила.

Исходные данные для расчета илоуплотнителей:

Суточный расход сточных вод Qсут,

БПК20 сточных вод, поступающих в аэротенки Lа,

БПК20 очищенной сточной жидкости Lт,

Вынос взвешенных веществ из первичных отстойников b′.

В качестве илоуплотнителей могут использоваться вертикальные и радиальные отстойники.

Расчет вертикальных илоуплотнителей

Илоуплотнители рассчитываются на максимальный часовой приток избыточного активного ила:

qмакс=Пмакс Q /24С, (8.1)

где Пмакс - максимальный прирост активного ила:

Пмакс =1,3 Пр=1,3 (0,8 b′+0,3 Lа), (8.2)

где Q - расчетный расход сточных вод, м3/сут; С - концентрация избыточного активного ила при влажности 99,6%, С= 4000 г/м3.

Полезная площадь поперечного сечения илоуплотнителей

Fпол= qж /3.6 u, (8.3)

где qж – максимальный объем жидкости, отделяемой в процессе уплотнения ила за 1 ч:

qж = qмакс (Р1-Р2)/(100-Р2), (8.4)

где Р1 и Р2 - влажность соответственно поступающего и уплотненного ила; u - скорость движения жидкости в отстойной зоне вертикального илоуплотнителя, мм/с, u<0,1 мм/с.

В качестве илоуплотнителей принимаем первичные вертикальные отстойники диаметром 9 м. Основные типоразмеры отстойников приведены в табл. 8.1.

Количество отстойников

N=Fпол/fпол , (8.5)

где fпол - полезная площадь одного отстойника, м2.

Продолжительность уплотнения активного ила

T =h/3.6 u, (8.6)

где h - расчетная глубина проточной части илоуплотнителя. Время уплотнения ила в вертикальных илоуплотнителях составляет 10-12 ч.

Таблица 8.1

Отстойники канализационные первичные вертикальные

Типовой проект	Диаметр, м	Высота, м	Расчетная глубина проточной части	Площадь, м2	Объем, м3
отстойника	центральной трубы	цлиндрической части	конической части	общая	центральной трубы	полезная	цлиндрической части	конической части
	4	0,7	4,1	1,8	3,8	12,55	0,38	12,11	51,50	8,35
	6	1,0	4,2	3,3	3,8	28,30	0,78	27,5	119,0	32,0
	9	1,4	4,2	5,1	3,8	63,60	1,55	62,05	263,0	71,3

Продолжительность хранения уплотненного ила в иловой части илоуплотнителя

Тил = WилN/qу, (8.7)

где Wил - объем иловой (конической) части типового отстойника, м3, для принятого типоразмера ; qу - часовой расход уплотненного ила:

qу = qмакс (100 - Р2)/(100 - Р

Выпуск уплотненного ила осуществляется непрерывно под гидростатическим напором не менее 1 м.

Сливная вода, отделившаяся в процессе уплотнения, направляется на биологическую очистку.

Расчет радиальных илоуплотнителей

Необходимый объем илоуплотнителя

W=qмак Т, (8.9)

где Т - продолжительность уплотнения, Т=11 ч. В качестве илоуплотнителей принимаем вторичные радиальные отстойники.

Количество илоуплотнителей

N=W/Wз. о.. (8.10)

Нагрузка на зеркало уплотнителя

q0= q / p NR2, (8.11)

где R - радиус отстойника, м.

Нагрузка находится в пределах допустимой для ради­альных илоуплотнителей [q0= 0,2 - 0,5 м3/(м2´ч)], qу и qж рассчитываются аналогично предыдущему расчету.

По капитальным затратам оба варианта почти равноценны, однако предпочтение следует отдать радиальным отстойникам, так как вертикальные отстойники обеспечивают уплотнение осадка только до влажности 98%, кроме того, качество ила в них ухудшается за счет длительного хранения.

9. Расчет сооружений стабилизации осадков

В результате стабилизации происходит разрушение биоразлагаемой части органического вещества осадков, что обеспечивает их устойчивость к загниванию и частичное обеззараживание. Стабилизация необходима при длительном пребывании осадков на открытых территориях (сушка на иловых площадках, складирование), а также при использовании их в качестве сельскохозяйственного удобрения без термической сушки.

Стабилизация может осуществляться в анаэробных условиях путем сбраживания осадков в метатенках или в аэробных условиях путем аэрирования осадков в стабилизаторах.

9.1. Анаэробное сбраживание в метатенках

Анаэробное сбраживание применяется для обработки сырого осадка, активного ила, а также их смеси. Сбраживание рекомендуется перед сушкой на иловых площадках, а также перед обезвоживанием на фильтрах и осуществляется в метатенках в мезофильных или термофильных условиях. Газы брожения используются на энергетические нужды станции, в частности для получения пара, используемого при подогреве метатенков.

Определяем суточный расход смеси, сырого осадка и уплотненного избыточного активного ила, загружаемого в метатенк.

Расход осадка из первичных отстойников (считая по сухому веществу)

Qсух = bобщ Э KQср. сут/108, (9.1)

где bобщ - концентрация взвешенных веществ в сточной жидкости до отстаивания, г/м3; Э - эффект задерживания взвешенных веществ в первичных отстойниках: 5 = 50%; К - коэффициент, учитывающий увеличение объема осадка за счет крупных фракций взвеси, не улавливаемых при отборе проб для анализа, К=1,1-1,2; Q - расчетный приток сточных вод.

Расход избыточного активного ила

Uсух=Пр n Q/106, (9.2)

где Пр - прирост ила в аэротенках; Пр = 173 г/м3 (см. расчет вторичных отстойников и илоуплотнителей); n-коэффициент, учитывающий неравномерность прироста ила в процессе очистки, n =1,3.

Расход беззольного вещества сырого осадка

Обез = Осух (100 - Вг) (100 - Зос) / 1

Расход беззольного вещества избыточного активного ила

Uбез = Uсух (100 - Вг)(100 - Зил) / 104, (9.4)

где Вг - гигроскопическая влажность сырого осадка и ила; принимается 5-6 %; Зос и Зил - зольность сухого вещества соответственно сырого осадка и активного ила, в среднем Зос = 27 %, Зил = 25 %.

Расход сырого осадка Voc и избыточного активного ила Vил

Voc = Осух 100/ (100 - Рос) rо, (9.5)

Vил = Uсух 100/ (100 - Рил) rил, (9.6)

где Рос и Рил - влажность соответственно сырого осадка и уплотненного активного ила; rос и rил - плотность соответственно сырого осадка и уплотненного ила, которую для практических расчетов можно принимать равной единице.

Общий расход смеси, загружаемой в метатенк

Vил = Voc + Vил. (9.7)

Средняя влажность смеси

Рсм = Осух + Uсух)/ Vобщ

Объем метатенка

W= Vобщ 100 / d, (9.9)

где d - суточная доза загрузки осадка, %.

Так как в сточных водах содержатся ПАВ, проверяем суточную дозу загрузки по формуле

d =10 g / C (100 – Pcм), (9.10)

где С - содержание ПАВ в сухом осадке, мг/л. При исходной концентрации ПАВ в сточной воде 9,1 мг/л С = 9 мг/л - в осадке из первичных отстойников; С = 5 мг/л - в избыточном активном иле; Рcм - влажность загружаемого осадка, %; g - предельная допустимая загрузка на единицу рабочего объема метатенков в сутки, г/м3. Принимается: 40 - для алкилбензол-сульфонатов с прямой алкильной цепью; 85 - для других «мягких» и промежуточных анионных ПАВ; 65 - для анионных ПАВ в бытовых сточных водах.

Принимаем меньшую дозу суточной загрузки. Типоразмеры метатенков приведены в табл. 9.1.