Основы биологической очистки промстоков ЦБП (стр. 13 )

  Rизб  =  Q·Пр =  Q (∆Х + В0 − В);  (3.46)

где Rизб.  − массовый расход избыточного ила, кг/с;  Пр − об­щий прирост активного ила в системе на 1 м3 сточной воды, кг/м3, ∆Х −  прирост биомассы в результате потребления микроорганизмами растворенных и коллоидных веществ пром­стоков, кг/м3; В0, В −  концентрация взвешенных веществ в исходной и очищенной сточной воде, соответственно, кг/м3.

Величиной выноса активного ила с очищенной водой обычно пренебрегают:

  Rизб = Q (∆Х + В0);  (3.47) 

Прирост биомассы выражают через БПК5 стоков:

  ∆Х = Уl ∙l0;  (3.48)

где У l - коэффициент прироста активного ила, кг/кгБПК5.

Коэффициент Уl и удельное потребление кислорода взаимосвязаны через уравнение материально-энергетического балан­са (см. разд.1.3). Эта взаимосвязь и является основой расчета прироста активного ила в различных системах био­логической очистки.

Одноступенчатая система (рис. 2.1.а, б). Как следует из формул (1.14) − (1.17), коэффициент Уl зависит от глубины очистки промстоков и экономического коэффициента по уравнению:

  Уl =;  (3.49)

где y − экономический коэффициент прирост активного ила на 1 кг снятого ХПК промстоков), кг/кг ХПК.

Для систем неполной биологической очистки экономи­ческий коэффициент равен 0,45.  В общем случае он зависит от удельного потребления кислорода и типа аэротенка:

аэротенк-смеситель:  у = 0,73 − 0,7 Z ;  (3.50)

аэротенк-вытеснитель:  у = 0,69 − 0,6 Z.  (3.51)

Коэффициент Z рассчитывается по уравнению (3.35) или принимается по табл.3.6. 

Таблица 3.6.

Значения коэффициента Z 

Эффект очистки по БПК5, %,	40 − 80	85	88	90	92	94	95	97
Z кг О2/кг ХПК	0,40	0,43	0,48	0,54	0,60	0,68	0,72	0,80

Пример. Найти общее количество избыточного ила в одноступенчатой системе биологической очистки в аэротенке - вытеснителе промстоков сульфатно-целлюлозного производства, если заданы расход и концентрация стоков (Q = 10000 м3/ ч, l0 = 0,25 кг/м3,  В0 = 0,2кг/м3) и эффект их очистки по БПК5 (94 %).

Решение. По табл. 3.6 находим: Z = 0,68. Тогда экономический коэффициент составит (по формуле (3.51)):

  у = 0,69 − 0,6·0,68 = 0,28 кг/кг ХПК.

По табл.  3.2. параметры состава стоков имеют значения: го = 3;  А = 2.

По формуле (3.49) рассчитываем коэффициент прироста ила:

  Уl =0,52 кг/кгБПК5,

согласно соотношениям (3.47), (3.48), количество избыточного ила составит:

  Rизб =10000 (0,52 ∙ 0,25 + 0,2) = 3300 кг/ч.

Биосорбционная система (рис. 2.1.в). Экономический  коэффициент рассчитывается по формуле:

  у ls = ;  (3.52)

где коэффициент у определяется по уравнениям (3.50), (3.51).

Коэффициент прироста активного ила находится по формуле (3.49), где вместо у следует подставить значение  у ls.

Пример. Найти коэффициент прироста в биосорбционной системе при тех же условиях, что в предыдущем примере.

Решение. Параметр для стоков сульфатно-целлюлозного производства по табл.3.2. составляет 0,3. При у = 0,28 расчет по формулам (3.52) и (3.49) дает:

  у ls =;

  Уl = кг/кгБПК5 .

Как видно из приведенного примера, в биосорбционной схеме прирост активного ила выше, чем в традиционной одноступенчатой системе (в данном примере увеличение коэффициента прироста ила составило 17%).

Эти различия возрастают с увеличением глубины очистки по БПК5 и зависят от состава стоков, точнее, параметра . Для сточных вод сульфитно-целлюлозного производства параметр значитель­но меньше, чем для сульфатных стоков (см. табл. 3.2), по  этой причине прирост активного ила в биосорбционной и простой одноступенчатой  системах практически одинаков. При очистке суль­фатных промстоков введение биосорбции может привести к су­щественному увеличению коэффициента прироста ила (максималь­но в 1,3 раза).

Двухступенчатая система (рис. 2.2а). Коэффициент прироста активного ила в двухступенчатой системе можно разложить на три составляющие:

  Уl = Уl1+ Уl2 − ;  (3.53)

где Уl1, Уl2 − коэффициенты прироста на первой и второй ступенях очистки, соответственно, кг/кгБПК5, ∆В1/ − удельная величина самоокисления активного ила, выносимого с первой ступени очистки на вторую, кг/кгБПК5.

Коэффициент Уl1 рассчитывается так же, как и в одноступенчатых схемах. Из уравнений материального баланса в системе очистки и материально-энергетического баланса роста биомассы могут быть найдены формулы для расчета коэффициентов Уl2 и  ∆В1/, которые достаточно громоздки и здесь не приводятся. К существенным отличиям закономерностей прироста активного ила в двухступенчатой схеме от одноступенчатых систем очистки относится зависимость коэффициента Уl от БПК5 сточной воды. По формуле (3.53) с увеличением , при прочих равных условиях,  Уl  возрастает и при ∆В1/<<1 достигает максимального значения, существенно превышающего коэффициент прироста ила в одноступенчатых системах полной биологической очистки. Другое отличие относится к влиянию эффекта очистки по БПК5. В двухступенчатой системе, когда обеспечены условия максимальной эффективности этой схемы (см. разд.2.1, 2.5), прирост ила возрастает с увеличением эффекта очистки, в то время как в одноступенчатых системах увеличение эффекта очистки сверх 85 − 90% приводит к умень­шение прироста ила. Вместе с тем, состав промстоков и тип аэротенков несущественно влияют на величину  Уl в двухступенчатой системе.

При эффекте очистки по БПК5 на первой ступени 70 − 80% и выносе активного ила с первой ступени очистки в диапазоне 0,05  −  0,2 кг/м3 с достаточной для инженерных расчетов точ­ностью коэффициент может быть найден по табл.  3.7.

Таблица 3.7

Значения коэффициента  Уl в двухступенчатой системе

БПК5 сточной воды, кг/м3	Эффект очистки по БПК5 в системе, %
92	95	98	98,5х)
0,3 − 0,4 0,4 − 1,0 свыше 1,0	0,55 0,60 0,65	0,60 0,65 0,70	0,60 0,70 0,75	0,60 0,70 0,75

х)  С доочисткой стоков в аэрируемых прудах.

Аэрируемые пруды доочистки. Прирост активного ила в прудах значительно меньше, чем в аэротенках, и в расчетах принимается равным нулю.

3.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ

СИСТЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

Очистка и доочистка промстоков ЦБП требует значительных средств. Затраты на строительство очистных сооружений состав­ляют от 5 до 10% стоимости промышленного строительства пред­приятия в целом, а эксплуатационные расходы на очистку пром­стоков − от 4 до 20% себестоимости продукции. В связи с этим вопросы экономики и оптимизации систем биологической очистки имеют исключительно важное значение для отрасли. 

Оптимизация систем биологической очистки включает оп­тимизацию на стадии проектирования и в процессе эксплуатации очистных сооружений. 

При эксплуатации, исходя из фактических характеристик поступающих стоков, технологических параметров системы и требований к качеству очищенной воды, решается задача оптимизации данной технологической схемы. Задача оптимального проектирования заключается в выборе оптимальной технологической схемы из нескольких вариантов, для каждого из которых предварительно находится оптимальное решение. 

В соответствии с указаниями Госстроя СССР, основным критерием оптимизации являются приведенные затраты на очистку промстоков:

  ПЗ = С + Ен ·К;  (3.54)

где ПЗ − приведенные затраты, тыс. руб./год; С − суммарные эксплуатационные затраты, тыс. руб./год; Ен − нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений (принимается 0,15), год−1; К − капитальные затраты на строи­тельство очистных сооружений, тыс. руб. 

Задача технико-экономической оптимизации заключается в выборе технологии, обеспечивающей эффект очистки промстоков не менее заданного при минимуме приведенных затрат.

Сложность решения задачи оптимизации в значительной степени определяется числом факторов, влияющих на критерий оптимизации. Поэтому, с одной стороны, важно учесть все существенные для оптимизации переменные, а с другой − исключить переменные, мало влияющие на величину критерия оптимизации.