Практическая работа
Биохимическая очистка сточных вод.
Расчет аэротенка
Цель работы: Приобретение знаний и навыков по расчету процессов и сооружений биологической очистки сточных вод.
Вводная часть
Биохимические методы очистки сточных вод основаны на способности микроорганизмов использовать многие загрязняющие вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК. БПК – это биохимическое потребление кислорода, или количество использованного кислорода для биохимического окисления органических веществ в воде, мг О2/мг вещества, за определенный промежуток времени (например, БПК5 – за 5 суток).
БПКполн – полная биохимическая потребность кислорода до начала процессов нитрификации.
ХПК – химическое потребление кислорода, или количество кислорода, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде.
Биохимическая очистка проводится в естественных и искусственных сооружениях. Естественными сооружениями являются поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды. Искусственные сооружения биологической очистки целесообразно делить на три группы:
1) сооружения, в которых активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки (биофильтры);
2) сооружения, в которых активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном) состоянии (аэротенки, окситенки);
3) сооружения, в которых сочетаются оба варианта (погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями).
Активный ил (АИ), или активная биомасса состоит из живых организмов и твердого субстрата, представляет собой амфотерную коллоидную систему. Субстрат (до 40% в АИ) представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и других веществ, к которым прикрепляются микроорганизмы. Биопленка имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1‒3мм и более, от серовато-желтого до темно-коричневого цвета.
Аэротенк представляет собой открытый бассейн, оборудованный устройствами принудительной аэрации. Это ‒ аппарат с постоянно протекающей сточной водой, во всей толще которой развиваются аэробные микроорганизмы, потребляющие субстрат, т.е. загрязнение этой сточной воды. Сточная вода непрерывно перемешивается и аэрируется до насыщения кислородом воздуха.
Аэротенки могут быть классифицированы по гидродинамическому режиму их работы: 1) аэротенки идеального вытеснения; 2) аэротенки идеального смешения; 3) аэротенки промежуточного типа.
Окситенки предназначены для биологической очистки сточных вод и могут быть использованы как самостоятельные сооружения или в двухступенчатой схеме в сочетании с аэротенками. В окситенках вместо воздуха применяется технический кислород, благодаря чему создаются условия для повышения дозы ила и его активности, снижаются прирост ила и энергозатраты на аэрацию, увеличивается окислительная мощность и снижаются эксплуатационные расходы очистных сооружений.
Биологический фильтр ‒ это очистное сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая преимущественно из аэробных микроорганизмов. Очистка сточных вод осуществляется вследствие жизнедеятельности указанных микроорганизмов.
Задача технологического расчета аэротенков – определение основных параметров системы (длительность аэрации, расход воздуха, объем), по которым устанавливаются размеры сооружения. Типовые аэротенки имеют размеры 36‒114 м длины, 8‒36 м ширины и 3‒5 м глубины. Имеются следующие типовые данные:
- число коридоров – 2, 3 и 4;
- ширина коридоров – 4, 5, 6 и 9 м;
- шаг длины коридора – 6 м (длина стандартной панели);
- рабочая глубина – 3,2; 4,4 и 5 м.
Методика расчета на примере воды, загрязненной фенолом.
Исходные данные:
| Загрязнитель сточной воды | расход сточной воды, Q, м3/ч | БПКполн | скорость окисления загрязнения на 1 г сухой биомассы,
 ,
мг/(г*ч)
| коэффициент качества воды, n2 | коэффициент, учитывающий тип аэратора, k1 | концентрация ила в аэротенке, a, г/л | |
| поступающей сточной воды L0, мг/л | очищенной воды L1, мг/л | ||||||
| фенола | 0,25 | 0,3 |
1. Длительность аэрации рассчитывается по формуле:
,ч, (1)
где L0 и L1 – БПКполн поступающей сточной и очищенной воды, мг/л;
а – концентрация ила в аэротенке, г/л;
– скорость окисления загрязнения на 1 г сухой биомассы, мг (БПК)/(г.ч).
2. Удельный расход воздуха:
, м3 воздуха/м3 ст. воды (2)
где z=2 мг(О2)/мг(БПК) – удельный расход кислорода;
k1 – коэффициент, учитывающий тип аэратора, являющейся функцией площади, занятой аэраторами по отношению к площади зеркала воды в аэротенке;
k2 = h 0,67 – коэффициент, учитывающий глубину погружения аэратора (например, h =3 м);
n1 - коэффициент учета температуры при t=20 0С, табл. 1;
n2 – коэффициент качества воды;
с – растворимость кислорода, мг/л;
b – допустимая минимальная концентрация кислорода, которая не лимитирует скорости окисления, принимаем b =3 мг/л.
Таблица 1. Коэффициент учета температуры n1
| t, 0С | |||||||||||
| с, мг/л | 12,8 | 11,3 | 10,8 | 10,3 | 9,8 | 9,4 | 9,0 | 8,7 | 8,3 | 8,0 | 7,7 |
| n1 | 0,5 | 0,63 | 0,69 | 0,76 | 0,83 | 0,91 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 |
3. Объем аэротенка:
, м3, (3)
где Q – расход сточной воды, м3/ч.
4. Конструктивные размеры аэротенка можно принимать из конструкционных соображений, в зависимости от объема сооружения:
4.1. Рабочая глубина H принимается из типовых размеров, H=3,2 м.
4.2. Площадь зеркала воды в аэротенке:
S = V / H, м2. (4)
4.3. Длину аэротенка определяем по формуле:
, м. (5)
Полученное значение L округляем до ближайшего значения, кратного шагу длины коридора (6 м).
4.4. Ширина аэротенка:
В = S / L, м. (6)
Полученное значение В округляем до ближайшего значения, кратного типовым размерам ширины коридоров (Bi =4,5,6 или 9 м), при этом число коридоров должно получиться 2, 3 или 4:
N = B / Bi. (3.7)
