О.Г. Капинос
Б1.В.ДВ.3.1 «ОБРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД»
Методические рекомендации по выполнению расчетных работ
по направлению подготовки 08.04.01 «Строительство»
по магистерской программе «Водоснабжение и водоотведение на предприятиях транспорта и в системах ЖКХ»
форма обучения – очная, заочная
Санкт-Петербург
Исходные данные
Суточный объем осадка влажностью 96% из первичного отстойника равен 40+ N*2, м3/сут.
Суточный объем осадка влажностью 99,9% из вторичных отстойников равен 30+ N*7, м3/сут.
где N – номер варианта, обычно определяется по зачетке.
Необходимо в соответствии с исходными данными в каждой Расчетной работе рассчитать требуемые параметры методов и устройств обработки осадка.
Раздел 1 Типы осадков
Раздел 2 Анаэробное сбраживание
Практическое занятие № 1 – «Влажность осадка»
Решение Расчетной работы№ 1:
1) Определение основных характеристик различных видов осадка
2) Рассчитать влажность смеси осадка из первичного отстойника и предварительно уплотненного избыточного активного ила
3) Рассчитать изменение объема осадка при изменении его влажности
Основную часть нерастворенных веществ составляют так называемые взвешенные вещества (ВВ). Они образуют осадок, остающийся на бумажном фильтре после прохождения загрязненной воды через него. Поры на фильтре составляют 1...2 мкм. При этом не учитываются крупные загрязнения (тряпки, бумага и т. д.). Осадок, снятый с фильтра, высушивают при температуре 105 ºС и взвешивают. Содержание взвешенных веществ относят к единице объема профильтрованной жидкости и измеряют в мг/дм3 или г/м3. При этом 1 мг/дм3 = 1 г/м3.
В зависимости от плотности нерастворимых веществ они выпадают в осадок, всплывают или остаются во взвешенном состоянии.
| |
| Рис. 1 Сосуд Лисенко |
Для расчета многих сооружений важно знать количество оседающих взвешенных веществ. Оседающими ВВ называют те, которые выпадают в осадок в течение двух часов. Для их определения применяют специальные конусные сосуды Лисенко (0,5...1 л) или ЛИСИ (2...3 л), которые на прозрачных стенках имеют градуировку (рис. 1). Объем выпавшего в осадок вещества измеряют через 5, 10, 15, 30, 60, 90 и 120 мин.
За первые 2 часа из бытовых вод выпадает, как правило, 60...70% взвешенных веществ. Далее (т. е. после 2 часов) отстаивание проходит очень медленно.
Осадок имеет определенную влажность, которая измеряется отношением массы воды в осадке М в к массе всего осадка в процентах, т. е.
Р = 
. (1)
Влажность осадка обычно довольно большая и до его уплотнения составляет 95...98%, т. е. в нем вода преобладает.
Влажность осадка определяется
для очистных станций с биофильтрами
, (2)
для очистных станций с аэротенками
. (3)
Гравитационное уплотнение. Уменьшение объёма и влажности осадка достигается продолжительным отстаиванием его. При гравитационном уплотнении осадков процесс происходит в соответствии с закономерностями стесненного осаждения взвеси, которое в более значительной степени сказывается при уплотнении активного ила. В процессе уплотнения активного ила удаляется только свободная вода, по ходу процесса увеличивается сопротивление отделению воды и количество связанной воды, что не позволяет значительно снизить его первоначальную влажность. Причем иловая смесь из аэротенков уплотняется быстрее, чем из вторичных отстойников. Необходимая продолжительность процесса определяется рекомендованной нагрузкой по сухому веществу ила на единицу поверхности илоуплотнителя (кг/м2·ч) или гидравлической нагрузкой (м3/м2·ч). На эффективность процесса уплотнения влияют выделения газов из-за загнивания ила, процессов денитрификации, изменения температуры осадка, а так же гидравлическое совершенство применяемых отстойников. На станциях большой производительности применяются обычно радиальные илоуплотнители. На станциях небольшой производительности используются вертикальные илоуплотнители, аналогичные обычным вертикальным отстойникам.
С целью интенсификации процесса в радиальных илоуплотнителях используют низкоградиентные перемешивающие устройства в виде стержневых решеток, устанавливаемых на илоскребах (рис. 2), а также совместное уплотнение различных видов осадков и активного ила, предварительное коагулирование и другие способы, позволяющие получить более низкую влажность уплотненного осадка до 85...90 %. Продолжительность уплотнения обычно составляет от 4 до 24 часов, в зависимости от типа уплотнителей и характеристик уплотняемого осадка.
Расчет илоуплотнителей производится на максимальный часовой приток 
, м3/ч, избыточного активного ила
, (4)
где Q р - расчетный часовой расход сточных вод, м3/ч; П р - прирост ила в аэротенках, г/м3; 
- плотность уплотненного ила, т/м3; @ 1 т/м3; Р 2 -влажность уплотненного ила, %.
Рис. 2. Радиальный илоуплотнитель со стержневой мешалкой:
1 – подающий трубопровод; 2 – илоскреб со стержневой мешалкой; 3 – трубопровод отвода иловой воды; 4 – то же, для удаления плавающих веществ; 5 – трубопровод уплотненного ила
Число уплотнителей n принимается не менее 2. Общий объём зоны уплотнения илоуплотнителей W у, м3, определяется в зависимости от рекомендуемой продолжительности уплотнения t упл (табл. 1.). Для уплотнения смеси сброженного промытого осадка и воды t упл = 12...18 ч при мезофильном и t упл = 20...24 ч при термофильном режимах сбраживания. Влажность уплотненного осадка 94...96 % в зависимости от вида осадка и количества добавляемого активного ила.
Таблица 1
Продолжительность уплотнения в различных уплотнителях
| Характеристика избыточного активного ила | Влажность уплотненного ила, % | Продолжительность уплотнения, ч | ||
| в уплотнителе | ||||
| верти-кальном | ради-альном | верти-кальном | ради-альном | |
| Иловая смесь из аэротенков с концентрацией 1,5…3 г/л | - | 97,3 | - | 5-8 |
| Активный ил: из вторичных отстойников с концентрацией 4 г/л | 97,3 | 10-12 | 9-11 | |
| из зоны отстаивания аэротенков-отстойников с концентрацией 4,5…6,5 г/л | 12-15 |
Объём уплотнителей, м3:
W у = q и.а ·t упл, (5)
Объём иловой части уплотнителя, м3, обычно рассчитывается не более, чем на 8-часовое пребывание в нем ила
, (6)
где Р 1 и Р 2 – влажность соответственно поступающего и уплотненного ила, %; 
– продолжительность пребывания ила в иловой части, 
;
Расчет вертикальных илоуплотнителей включает определение площади живого сечения центральных труб и их диаметров d при скорости движения ила Ј 30 мм/с, суммарной площади отстойной части и диаметра илоуплотнителей при скорости движения жидкости в отстойной части V o = 0,1 мм/c (Ј 0,3 мм/с). Высота раструба центральной трубы принимается 1,35 d, диаметр отражательного щита 1,75 d, высоту щели между раструбом и отражательным щитом определяют при скорости выхода жидкости из щели Ј 15 мм/с и принимают не менее 0,5 м. Высоту отстойной зоны вертикальных илоуплотнителей обычно принимают 2,7...3,8 м.
Максимальное количество иловой жидкости q ж, м3/ч, отделяемое в процессе уплотнения ила
. (7)
Суточный объём уплотненного избыточного ила, м3/сут,
. (8)
Расчет радиальных илоуплотнителей включает определение их площади, диаметра и других размеров, исходя из общего необходимого объёма зоны уплотнения W у и объёма иловой части W ил.
Площадь зеркала радиальных илоуплотнителей
F = q и.а/ q f, м2, (9)
где q f – нагрузка на площадь зеркала уплотнителя, м3/(м2·ч), принимаемая при концентрации неуплотненного ила а i = 2…3 г/л равной 0,5 м3/(м2·ч), при а i = 5…8 г/л равной 0,3 м3/(м2·ч).
Высота отстойной рабочей части радиального уплотнителя, м,
Н = q f· t упл, (10)
где t упл – продолжительность уплотнения, ч.
Общая высота илоуплотнителя увеличивается с учетом зоны ила (0,3 м при илоскребах и 0,7 м при илососах) и высоты борта 0,3 м.
Целесообразно принимать уплотнители ориентируясь на диаметры применяемых радиальных отстойников. Отношение диаметра к глубине - 6...7. Глубина зоны уплотнения обычно рекомендуется не менее 1...2 м. В ней идут процессы флокуляции и осаждения и, поэтому, должен быть обеспечен благоприятный гидравлический режим и равномерное распределение потока жидкости по сечению. Считается, что при увеличении общей глубины уплотнителя достигается более эффективное уплотнение.
Концентрация активного ила в иловой жидкости, выделяемой в уплотнителях, составляет 50...100 мг/л. Обычно ее отводят непрерывно и направляют в аэротенки на очистку. Количество загрязняющих веществ в иловой жидкости при уплотнении промытых осадков значительно выше и достигает по взвешенным веществам 1000...1500 мг/л и по БПКполн. = 600...900 мг/л.
Предварительная реагентная и термическая обработка разрушает гидратные оболочки твердых частиц осадка, вследствие чего процессы его уплотнения значительно интенсифицируется. После выдерживания ила в течение 30 мин при температуре 70-90 оС, он уплотняется в термогравитационном илоуплотнителе до влажности 96-97 % за 30-60 мин. По конструкции термогравитационный илоуплотнитель подобен обычному вертикальному илоуплотнителю, в середине которого предусмотрена камера для подогревания осадка паром. Для предотвращения потерь тепла илоуплотнители устраивают закрытыми и изолированными. Следует отметить, что одновременно с уплотнением в нем происходит и стерилизация ила. Однако вследствие большой стоимости термогравитационное уплотнение нашло применение только в технологиях утилизации ила при использовании его в качестве кормовой добавки в животноводстве.
Флотационное уплотнение ила, по сравнению с гравитационным, требует меньше времени и позволяет получить более глубокое и регулируемое качество уплотнения, но энергоемкое. Концентрация ила в осветленной иловой воде 200...300 мг/л, что выше, чем при гравитационном уплотнении. Для флотационного уплотнения рекомендуется применять метод напорной флотации с использованием прямоугольных или круглых флотаторов (рис. 3), как с непосредственным насыщением ила воздухом, так и с насыщением воздухом рециркулирующей части осветленной воды. Схемы флотационных установок аналогичны применяемым для очистки сточных вод. Они включают илоуплотнитель – обычно радиальный (диаметр от 6 до 24 м) или горизонтальный. Для насыщения активного ила воздухом применяется очищенная сточная вода. Эта вода при помощи эжектора насыщается воздухом в количестве 5 л/кг сухого вещества активного ила и насосом закачивается в напорный бак, где воздух растворяется под давлением 0,3…0,5 МПа. Время пребывания жидкости в напорном баке 3…5 мин. Затем давление снижается редукционным клапаном до атмосферного, а насыщенная воздухом вода смешивается с активным илом и поступает во флотатор. При снижении давления из воды выделяются пузырьки воздуха диаметром 50…80 мкм. Эти пузырьки поднимаются на поверхность воды вместе с прилипшими к ним частицами ила. Уплотненный таким образом ил в виде пены собирается пеносборным устройством и отводится на дальнейшую обработку.
Соотношение расходов рабочей жидкости и активного ила от 1,5:1 до 3:1. Средняя концентрация уплотненного ила составляет 5% (50 г/дм3). Удельный расход воздуха – 5 л/кг сухого вещества ила.
| 
|
Рис. 3 Горизонтальный (а) и радиальный (б) флотационные уплотнители:
1 – трубопровод подачи осадка; 2 – то же, рециркулирующей воды; 3 – зона смешения; 4 – впускная распределительная система; 5 – камера флотации; 6, 7 – скребки; 8 – лоток (трубопровод) для сбора и отведения уплотненного ила; 9 – трубопровод для удаления иловой воды; 10 – трубопровод воды на рециркуляцию; 11 – трубопровод опорожнения и удаления выпавшего осадка; 12 – трубопровод подпитки технической водой; 13 – насос; 14 – трубопровод подачи сжатого воздуха; 15 – напорный резервуар; 16 – регулятор давления
Флотационные илоуплотнители рассчитывают по гидравлической нагрузке на поверхность зеркала q и, которую принимают в зависимости от безразмерного параметра I i· a i (табл.3.2), где I i - иловый индекс, см3/г, а i = доза ила, г/см3, определяемая при расчете аэротенков.
Таблица 2