Расчет систем биологической очистки воды

Тема: Расчет водоочистных сооружений

Основное содержание занятия:

1. Выполнить расчет аэротенка-смесителя без регенераторов.

2. Выполнить расчет аэротенка-сместиеля с регенератором.

Аэротенки служат для очистки сточных вод от органических загрязнений путем окисления их микроорганизмами, находящи­мися в слое активного ила. Аэротенк представляет собой резервуар, в котором медленно движется смесь активного ила и очищаемой сточной жидкости. В аэротенк непрерывно подается сжатый воздух для лучшего перемешивания и контактирования смеси. Для нормальной жиз­недеятельности микроорганизмов необходимо непрерывное по­ступление кислорода. При очистке сточной воды увеличивается количество активного ила в результате прироста биомассы и извлечения из воды биологически неактивных загрязнений.

Расчет аэротенка-смесителя без регенераторов

Рис. 1. Схема аэротенка-смесителя: 1 — регенератор; 2 — аэрациошюе отде­ление; 3 — сборный канал аэрируемой жидкости; 4 —впуск отстоенной воды; 5 — распределительные каналы актив­ного ила; 6 — подводящий канал; 7 — сборный канал; 8 — сборный канал аэ­рируемой жидкости; 9 — отводящий ка­пал; 10 — верхний канал активного ила; 11 — распределительные каналы аэри­руемой жидкости; 12 — входные каналы для активного ила

 

Сооружения этого типа целесообразно применять для очистки производственных сточных вод при относительно небольших колебаниях их состава и присутствии в воде преимущественно растворенных органических веществ, например на I ступени биологической очистки сточных вод и системы канализации нефтеперерабатывающих заводов.

Таблица 1 – Исходные данные

Вар.
Производство	синтетического каучука	нефтеперерабатывающих заводов	целлюлозно-бумажных комбинатов
qw, м3/ч.
ai, г/л	1,6	1,7	1,8	1,9		2,1	2,2	2,1	2,0	1,9
Len, мг/л
Lex, мг/л
Со, мг/л	2,0	2,1

 

Таблица 40 (СНиП 2.04.03-85)

Сточные воды	rmax, мг БПКполгн/(г×ч)	Kl, мг БПКполн/л	КО, мг О2/л	j, л/г	s
Городские			0,625	0,07	0,3
Производственные:
а) нефтеперерабатывающих заводов:
I система			1,81	0,17	0,3
II система			1,66	0,158	0,3
б) азотной промышленности			2,4	1,11	0,3
в) заводов синтетического каучука			0,6	0,06	0,15
г) целлюлозно-бумажной промышленности:
сульфатно-целлюлозное производство			1,5		0,16
сульфитно-целлюлозное производство			1,6		0,17
д) заводов искусственного волокна (вискозы)			0,7	0,27	0,17
е) фабрик первичной обработки шерсти:
I ступень			-	0,23	-
II ступень			-	0,2	-
ж) дрожжевых заводов			1,66	0,16	0,35
з) заводов органического синтеза			1,7	0,27	0,35
и) микробиологической промышленности:
производство лизина			1,67	0,17	0,15
производство биовита и витамицина			1,5	0,98	0,12
к) свинооткормочных комплексов:
I ступень			1,65	0,176	0,25
II ступень			1,68	0,171	0,3

 

здесь r_max - максимальная скорость окисления, мг/(г×ч);

C_O - концентрация растворенного кислорода, мг/л;

K_l - константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, мг БПК_полн/л;

К_О - константа, характеризующая влияние кислорода, мг О₂/л;

j - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, л/г;

L_en - БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании), мг/л;

L_ex - БПК_полн очищенной воды, мг/л;

s – зольность ила.

 

Пример. Исходные данные: расчетный расход сточных вод в смеси с городскими q _w=1250 м³/ч; БПК_полн воды (после аэротенков I ступени нефтеперерабатывающих заводов) и смешения с городскими в соотношении 1:1 L_en = 150 мг/л; БПК_полн очищенной воды L_ex. = 15 мг/л.

Значения констант принимаются из таблицы (40) СНиП 2.04.03-85: максимальная скорость окисления = 59 мг БПК_полн/(г∙ч); K_l = 24 мг/л; K₀ = 1,66 мг/л; = 0,158 л/г.

Доза ила a_i и концентрация С₀ растворенного кислорода должны определяться по технико-экономическим расчетам. В данном случае практически установлены a_i = 2 г/л; С₀ = 2 мг/л. Средняя скорость окисления , рассчитанная по уравнению (49) СНиП 2.04.03-85, составит:

мг БПК_полн (г×ч).

Период аэрации определяетсяпо уравнению (48) СНиП 2.04.03-85

;

Нагрузка на ил q_i, мг/(г×сут):

Объем аэротенков:

W_at = q_W t_atm = 1250 ^. 7,4 = 9250 м³.

Степень рециркуляции определяется по формуле (52) СНиП 2.04.03-85:

J_i - иловый индекс, см³/г. В нашем случае J_i= 72 см³/г.

Величину илового индекса необходимо определять экспериментально при разбавлении иловой смеси до 1 г/л в зависимости от нагрузки на ил. Для городских и основных видов производственных сточных вод допускается определять величину J_i по табл. 41СНиП 2.04.03-85.

Таблица 41(СНиП 2.04.03-85)

Сточные воды	Иловый индекс Ji, см3/г, при нагрузке на ил qi, мг/(г×сут)
Городские
Производственные:
а) нефтеперерабатывающих заводов	-
б) заводов синтетического каучука	-
в) комбинатов искусственного волокна	-
г) целлюлозно-бумажных комбинатов	-
д) химкомбинатов азотной промышленности	-

Аэротенки-смесители с регенераторами

Аэротенки-смесители с регенераторами применяются для очистки производственных сточных вод со значительными колебаниями состава и расхода стоков и присутствии в них эмульгированных и биологически трудноокисляемых компонентов, например, при очистке сточных вод заводов синтетического каучука.

Рис. 2. Схема четырехкоридорного аэротенка: 1,8 -распределенные каналы; 2, 3, 7, 10 — водосливы; 4 — шибер; 5 — средний канал; 6 -дюкер; 9 — трубопровод для возврата активного ила

 

 

Таблица 2 – Исходные данные

Вар.
Производство	синтетического каучука	нефтеперерабатывающих заводов	целлюлозно-бумажных комбинатов
qw, м3/ч.
Доза ила, ai, г/л	2,6	2,7	2,8	2,9		3,1	3,2	3,3	3,4	3,5
БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды, Len, мг/л
БПКполн очищенной воды, Lex, мг/л
Концентрация растворенного кислорода, Со, мг/л	2,0	2,1

 

Пример расчета.

Исходные данные: для 1 ступени второй системы канализации нефтеперерабатывающего завода: расчетный расход (с учетом неравномерности поступления) q_W = 625 м³/ч; L_en = 300 мг/л; L_вх = 100 мг/л.

Определяем также скорость:

16,3 мг БПК_полн (г×ч).

Значения констант уравнения (49) приведены в табл. 40СНиП 2.04.03-85: = 59 мг БПК_полн/(г-ч); K_l = 24 мг/л; K₀ = 1,66 мг/л; = 0,158 л/г.

По данным технико-экономического расчета или опыту эксплуатации принимаются величины средней дозы ила a_i = 3,5 г/л и концентрации растворенного кислорода С_o = 2мг/л.

Для расчета аэротенков, предназначенных для очистки производственных сточных вод, степень регенерации R_r задается поданным исследований или по опыту эксплуатации.

В данном случае степень регенерации принимается R_r = 0,3 (объем, занятый регенератором, составляет 30 %), иловой индекс определяем по таблице 41 СНиП 2.04.03-85:

=24∙(300-100)/[3,5(1-0,3)12,01]= 288,5 мг/(г×сут).

= (300-100)/[3,5(1-0,3)16,3]= 12,01 ч

 

J_i = 80 см³/г.

По формуле (52) СНиП 2.04.03-85 определяется коэффициент рециркуляции

Общий объем аэротенка и регенератора

W_atm + W_r = q_Wt_atm = 625 ∙12,01 = 750625 м².

Общий объем аэротенка определяется по формуле

W_atm = (W_atm+W_r) / (1 +R_i/( 1- R_i)) = 750625/(1+0,4/(1-0,4))= 449476 м³

 

Объем регенератора W_r = 750625 - 449476= 301149 м³.

Для расчета вторичного отстойника уточняется доза ила в аэротенке по следующей формуле:

. (35)

Подставляя численные значения в формулу (35), получим

a_i = (449476-301149)∙3,5/[449476+(1/2∙0,4+1)∙301149]= 0,94 г/л.

 

Гидравлическая нагрузка на вторичный отстойник определяется по формуле (67) СНиП 2.04.03-85 с учетом допустимого выноса ила из отстойника после I ступени биологической очистки = 30 мг/л. Принимается радиальный отстойник с коэффициентом использования объема К_ss = 0,4, для которого при глубине зоны отстаивания H_set =3 м гидравлическая нагрузка будет равна:

 

где K_ss - коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимаемый для радиальных отстойников - 0,4, вертикальных - 0,35, вертикальных с периферийным выпуском - 0,5, горизонтальных - 0,45;

a_i - не более 15 г/л.