3.2.2.2 Аэротенк – нитрификатор

где С_о - концентрация кислорода в иловой смеси, С_о=2 мг/л;

К_о - константа полунасыщения, равная 2 мг О₂/л;

К_i - коэффициент, учитывающий влияние ингибирования токсичными компонентами, для городских сточных вод принимаем К_i =1;

μ_mах - максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов, равная 1,77 сут ^-1;

К_N - константа полунасыщения по аммонийному азоту, равная 25 мг/л;

концентрация аммонийного азота на выходе из нитрификатора, мг/л, принимаем N_ех=2 мг/л

, сут^-1.

Минимальный возраст нитрифицирующего ила:

(26)

С учетом возраста ила удельная скорость окисления органических веществ составит:

(27)

.

Примем дозу свободноплавающей биомассы в нитрификаторе 2,5 г/л. Тогда время пребывания в нем биомассы составит:

(28)

где L_en, L_ex–БПК соответственно на входе и выходе из аэротенка-нитрификатора

на входе в НФ после ДНФ - 10,09 мг/л

Фактический объем аэротенков:

= . , (29)

где – расчетный расход сточной воды, /ч

=10,5*0,59 = 6,2

Удельный прирост нитрифицирующего ила определяется согласно [6]:

K_gen= 41.7* a * t_atm / (L_en – Lex)Т, мг/ мгБПК_П, (30)

K_gen= 41.7 * 14 * 0,59 / (10,09 – 4)*16,7 = 3,4 мг/ мг БПК_П.

Суточное количество избыточного ила определяется по зависимости [6]:

G = K_gen* (L_en – L_ex)* Q_сут / 1000, кг/сут. (31)

G = 0,8* (10,09 – 4)*100/1000 =0,552 кг/сут.

Расчет количества воздуха на аэрацию в зоне нитрификации

Удельный расход воздуха [3,6] при пневматической системе аэрации, м³/м³ очищаемой воды, определяется по формуле:

(32)

где q₀- удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК_полн, принимаемый при очистке до БПК_полн=15 мг/л – 1,1;

К₁- коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка fаz/fаt по [3,6];

, тогда К1=1,68, J_amax=20м³/м²ч

К₂ –коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов, принимаемый по [3,6], для Н = 1,75 м, К2 =1,5; J_amax=14м³/м²ч

Кт – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который следует определять по формуле:

Кт=1+0,02· (Т_W-20), (33)

где Т_W- среднемесячная температура воды за летний период, ⁰С, принимаем Т_W =20 ⁰С;

Кт=1+0,02· (20-20)=1;

К₃ - коэффициент качества воды, принимаемый для сточных вод при наличии СПАВ - 0,64;

Са - растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определяемая по формуле:

,мг/л (34)

где С_т- растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочным данным, С_т = 9,02 мг/л;

h_а- глубина погружения аэратора, м, принимаем h_а= 1,75 м;

мг/л

С₀ - средняя концентрация кислорода в аэротенке-нитрификаторе, мг/л, принимаем 2 мг/л;

L_еn- концентрация БПКп, поступающей в аэротенк-нитрификатор сточной воды, мг/л, с учетом возврата на очистку промывных вод фильтра биореактора, воды от илоуплотнителей, фильтрата от пресс-фильтра, ;

L_ех- концентрация БПКполн в сточной воде на выходе из аэротенка-нитрификатора, мг/л;

Таким образом, К1=1,68, К₂ = 1,5, К₃ = 0,64, J_a,min=14 м³/(м²*ч),J_amax=20 м³/(м²*ч).

Суточный объем воздуха на расчетный срок на аэрацию:

W^сутвозд = q_аir ·Q_сут = 0,183 х 100 =18,3 м³/сут. (35)

Общий расход воздуха на максимальный часовой расход в сутки максимального водоотведения:

W^махвозд = q_аir ·Q_{мах час} = 0,183 х 10,5 = 1,92 м³/час или 0,032 м³/мин. (36)

Интенсивность аэрации в зоне нитрификации определяем по формуле:

м³/(м²·ч), (37)

где H_at— рабочая глубина аэротенка, 1,35м;

t_at — период аэрации, ч.

м³/(м²·ч)

Интенсивность аэрации принимаем равной 5 м³/(м²·ч), для предотвращения оседания биомассы и поддержания ее во взвешенном состоянии.

Исходя из фактического объема аэротенка 6,2 и глубины аэротенка 2 м, определяем количество необходимых аэраторов. Для предотвращения оседания активного ила необходимо обеспечить минимум аэрации 5 воздуха на 1 площади аэротенка.

3.2.3 Вторичный отстойник

Вторичные отстойники располагаются в технологической схеме после сооружений биологической очистки в искусственно созданных условиях (денитрификатор, аэротенк-нитрификатор) и служат для выделения активного ила или отмершей биопленки из очищенной сточной воды (рис.3.2.3).

Эффективность осветления во вторичных отстойниках определяет общий эффект очистки воды и эффективность работы всего комплекса очистных сооружений биологической очистки.

Подача иловой смеси из аэротенка в центр вторичного отстойника осуществляется самотеком по трубопроводу диаметром 150мм. Иловая смесь поступает в систему распределения, которая обеспечивает минимальное сопротивление движению воды и скорость - не более 30мм/с.

Иловая смесь, поступающая из аэротенков во вторичные отстойники, представляет собой многофазную систему, в которой основным компонентом служат хлопки активного ила размером 20–300 мкм, сформированные в виде сложной трехуровневой клеточной структуры, окруженной экзоклеточным веществом биополимерного состава.

Водосборные лотки расположены по периметру отстойника. Они обеспечивают равномерный сбор воды с помощью треугольных водосливов.

Рециркуляция активного ила в системе аэротенк - вторичный отстойник осуществляется с помощью 2-х эрлифтов, опущенных в конуса отстойника. Эрлифты перебрасывают рециркуляционной расход в самотечный трубопровод транспортирования активного возвратного ила, и далее по нему в начало аэротенка, в зону денитрификации.

Эрлифты перекачки ила выполнены из нержавеющей стали.

Для удаления фосфатов из сточных вод и интенсификации процесса осаждения активного ила во вторичном отстойнике предусмотрена подача раствора реагента. В качестве реагента применяется реагент «СКИФ». Доза реагента определяется в ходе пусконаладочных работ.

Рис. 3.2.3 Вторичный горизонтальный отстойник

Расчет вторичного отстойника

Расчет вторичных отстойников ведется согласно [3].

Гидравлическая нагрузка на поверхность отстойника в плане:

(38)

где K_ss - коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимаемый для вертикальных отстойников 0,35;

H_set - рабочая глубина отстойной части, м.Принимаем Н_set=4 м;

J_i-иловый индекс активного ила, см³/г, принимается в зависимости от нагрузки на активный илq_i.

(39)

По табл. 41 [3] принимаем J_i=77,4см³/г.

Рабочая поверхность всех отстойников:

(40)

где q_расч.- расчетный максимальный расход сточных вод, м³/ч.

3.2.4 Биореактор доочистки

В качестве завершающей ступени биологичекой очистки принимаем биореактор с ершовой загрузкой по принципу аэротенк- вытеснитель

Принцип работы биореакторов с ершовой загрузкой заключается в следующем. В резервуар с загрузочным материалом подается биологически очищенная сточная вода, под загрузочным материалом установлена система аэрации, которая обеспечивает в резервуаре необходимую циркуляцию сточной воды через контейнеры с загрузкой. Этот поток вовлекает поступающую сточную жидкость в циркуляцию, снабжает биомассу гидробионтов, прикрепляющуюся на загрузке, кислородом, активным илом из вторичных отстойников.

При заиливании загрузочного материала их отмывают подачей воздуха через аэрационную систему. Водовоздушный поток внутри контейнеров срывает иловые отложения с загрузки, в это время осуществляют опорожнение биореактора, циркуляционный активный ил возвращается в аэрируемую зону, а избыточный активный ил отводится на утилизацию. На период промывки биореактора подача очищаемой сточной жидкости на очистку прекращается.

Определяем удельную скорость окисления органических веществ в биореакторе, мгБПк/(г·ч):

₍₄₁₎

ρ_max - максимальная скорость окисления, мг/(г·ч), принимаемая по табл. 40 [3] = 85;

C_O - концентрация растворенного кислорода, мг/л. C_O=2 мг/л;

K_l - константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, мг БПК_полн/л, принимаем по табл. 40 [3] K_l=33;

К_О - константа, характеризующая влияние кислорода, мг О₂/л, принимаем по табл. 40 [3] K_О=0,625;

φ - коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, л/г, принимаем по табл. 40 [3] φ=0,07.

ρ = 85 * * = 11,7 мгБПк/(г·ч)

Объемная нагрузка В_V,_ХПК определяется следующим образом:

, кг/(м^3.сут). (42)

где С_ХПК,1 – ХПК биологически разлагаемых веществ.

Отсюда необходимый объем реактора V₂:

, м³ (43)

Примем рабочую температуру среды в биореакторе 35 ⁰С. В зависимости от типа реактора и температуры сточных вод находим объемную нагрузку В_V,_ХПК=10-20 – 10 кг ХПК/(м^3.сут). Принимаем значение 12 кг ХПК/(м^3.сут). Концентрация ХПК разлагаемого вещества равна 1,5 кг ХПК/м³ после отстаивания.

Следовательно, объем анаэробного биореактора:

Принимаем круглый биореактор диаметром D=1200мм и высотой H=2000мм.

3.2.5 Зернистый фильтр тонкой доочистки

Из биореактора доочистки сточная вода самотеком через переливные окна поступает в фильтр тонкой доочистки.

Фильтр тонкой доочистки имеет загрузку «Пуролат». Фильтрация воды осуществляется сверху – вниз. В процессе доочистки угольная загрузка обрастает биопленкой, что приводит к ухудшению процесса фильтрования, подпору фильтра, а также к ухудшению показателей качества очищенной воды.

Эксплуатация фильтра требует его периодической, водовоздушной регенерации. Для водной промывки используется насос «Иртыш 65/160-3/2» .

Максимальный часовой расход городских сточных вод составляет q_w = 10,5 /ч; содержание взвешенных веществ и БПК_полн в биологически очищенной сточной воде соответственно C_en = 10 мг/л и L_en = 0,9 мг/л, содержание взвешенных веществ и БПК_полн в воде после глубокой очистки должно быть C_ex = 2,5 мг/л и L_ex = 0,36 мг/л. Станция очистки работает круглосуточно.

Рассчитываем необходимую степень глубокой очистки по взвешенным веществам Э_вв и БПК_полн Э_бпк:

= 100·(10 – 2,5)/10 = 75%; (44)

= 100·(0,9 – 0,36)/0,9 = 60%. (45)

По табл. 7.1 [54] выбираем мелкозернистые фильтры с нисходящим потоком воды, из табл. 7.2 выписываем расчетные параметры фильтров [54]:

• скорость фильтрования при нормальном режиме работы = 6–7 м/ч;

• скорость фильтрования при форсированном режиме работы = 7–8 м/ч,

• интенсивность промывки водой = 18-20 л/(с· ), =3-5 л/(с· );

• продолжительность промывки = 10–12 мин., ;

• продолжительность фильтроцикла = 12 ч.

Определяем расчетный расход сточной воды, подаваемой на фильтр :

= 20,4*q_w, /сут (46)

где q_w – максимальный часовой приток сточной воды, /ч

=20,4 *10,5 = 214,2*24 = 5140,8 /сут

Находится количество промывок каждого фильтра за сутки n:

n = 24/ = 24/12 = 2 (47)

Рассчитываем общую площадь фильтра :

, (48)

где m – коэффициент, учитывающий расход воды на промывку барабанных сеток, равный 0,003–0,005; – интенсивность, л/(с· ) начального взрыхления верхнего слоя загрузки продолжительностью , мин; – интенсивность подачи воды, л/(с· ) с продолжительностью водовоздушной промывки , мин; – интенсивность промывки, л/(с· ) продолжительностью , мин; – продолжительность простоя фильтра в связи с промывкой, равная 20 мин; T – продолжительность работы станции в течение суток, ч.

Начальное гидравлическое взрыхление верхнего слоя принимается только для фильтров с подачей воды сверху вниз с интенсивностью = 16–18 л/(с· ) и продолжительностью = 6–8 мин. Интенсивность подачи воды учитывается в формуле (48) только в случае применения водовоздушной промывки за грузки.

= = 32,5

Определяется число секций фильтра N и площадь одной секции фильтра :

N = 0,5 (49)

= /N (50)

N = 0,5 = 2,8 ≈ 3 шт

=32,5/3=10,8

3.2.6 Обеззараживание

Из фильтра тонкой доочистки очищенная вода под гидростатическим давлением через установку обеззараживания поступает в трубопровод очищенной воды. На станции применена установка обеззараживания воды ультрафиолетом УОВ-3.0м-10с (1 рабочая и 1 резервная) производства НПО «ЭНТ». Установка укомплектована системой регенерации.

3.2.7 Утилизация осадка

В ходе работы станции образуются отходы, задерживаемые на УФС и избыточный ил аэротенка.

Отходы УФС вывозятся на свалку бытовых отходов вместе с мешком.

Избыточный активный ил из вторичного отстойника по трубопроводу возвратного ила перепускается в аэробный стабилизатор-илоуплотнитель. Который выполняет две основные функции:

1)аэробная стабилизация - избыточный активный ил в стабилизаторе подвергается постоянной аэрации - с помощью перфорированных труб на дне - в него подается воздух, насыщая активный ил растворенным кислородом и поддерживая жизнедеятельность микроорганизмов. При отсутствии необходимого питания в виде загрязняющих сточную воду веществ, микроорганизмы ила, находясь в состоянии голода, начинают потреблять свою массу. Активный ил окисляется (стабилизируется). Стабилизированный активный ил гораздо менее опасен в санитарно-гигиеническом плане и не имеет ярко выраженного запаха.

2)уплотнение - после стабилизации избыточный ил становится тяжелее (повышается зольность) и лучше осаждается - уплотняется. В процессе осаждения общее количество стабилизированного ила разделяется на две части (фазы): нижняя - уплотненный ил и верхняя - надиловая вода. Верхний слой надиловой воды из аэробного стабилизатора-илоуплотнителя с помощью насоса перекачивается в усреднитель.

Стабилизированный уплотненный ил по самотечному трубороводу удаляется за пределы станции на дальнейшую обработку и утилизацию. Надиловая вода удаляется с помощью насоса

Вывод по третьей главе

Запроектированная станция биологическая очистная компактная производительностью 100м³/сут в блочно-модульном исполнении (далее БОКС-100) включает в себя: приемную камеру, устройство фильтрующее самоочищающееся, усреднитель, денитрификатор, аэротенк-нитрификатор, вторичный отстойник, биореактор доочистки, зернистый фильтр тонкой доочистки, степень очистки которой позволяет сбрасывать очищенные сточные воды в рыбохозяйственный водоем ????