Биотехнологии очистки сточных вод. Учебно-методическое пособие

Распределительную спринклерную сеть целесообразно проектировать так, чтобы каждую секцию биофильтра обслуживал отдельный дозирующий бак. Существуют различные конструкции автоматически действующих аппаратов (баков), например автоматы с вращающимися рукавами, цилиндрическим затвором и др. Наибольшее распространение получил дозирующий бак с сифоном, который не имеет движущихся частей.

При расчете распределительной системы определяют расход воды из разбрызгивателя (спринклера), необходимое их число, рассчитывают разводящую сеть, объем и время работы дозирующего бака.

Для нормальной работы биофильтры должны быть обеспечены необходимым количеством воздуха. В капельных биофильтрах создается естественная продувка (вентиляция) за счет разницы температур наружного воздуха и тела биофильтра. Основная масса воздуха поступает в тело биофильтров через междудонное пространство и сверху вместе с водой по мере ее движения в фильтре. Если температура сточных вод выше температуры воздуха, то ток воздуха будет восходящий (от дренажа к поверхности), при обратном соотношении – нисходящий, а при равенстве температур вентиляция может вообще отсутствовать. Как показали исследования работы биофильтров, необходимое количество воздуха должно составлять 8–12 м3 на 1 м3 сточной воды [1].

Биофильтры высотой более 2 м должны иметь искусственную вентиляцию. В этом случае воздух нагнетается вентилятором в междудонное пространство между днищем и дренажем под давлением 100 мм вод. ст. (980 Па). В том месте отводного лотка, где вода выходит из-под фильтра, устраивают гидравлический затвор высотой 200 мм, а междудонное пространство со всех сторон закрывают. Это делается для того, чтобы нагнетаемый вентилятором воздух поступал полностью в тело фильтра и не прорывался вместе с выходящей изпод него водой.

Процессы окисления, происходящие в теле биофильтра, аналогичны процессам, которые происходят при естественных методах

31

очистки воды на полях орошения или фильтрации, но отличаются от последних значительно большей интенсивностью. Эффект очистки сточных вод нормально работающими биофильтрами очень высок, БПК выходящего стока снижается на 90 % и более.

Расчет биофильтра состоит в определении необходимого объема загрузочного материала для очистки поступающей воды, а также расчете распределительных устройств для орошения воды, дренажа и лотков для пропуска и сбора осветленных вод [3].

Объем загрузочного материала определяют по так называемой окислительной мощности биофильтра (ОМ), под которой понимается число граммов кислорода, которое может быть отдано 1 мг загрузочного материала в сутки для снижения биохимической потребности

сточной воды – qбф, г/(мг × сут).

Эта величина окислительной мощности сильно отличается для каждого биофильтра, так как ее значение зависит от многих причин, например от температуры наружного воздуха и сточной воды, концентрации и свойств поступающей жидкости, материала загрузки, способа подачи воздуха и пр. Величина ее лишь в общем виде отображает процессы окисления органических веществ, происходящие в теле биофильтра. Можно говорить лишь о среднем значении окислительной мощности, определяемом экспериментальным путем на основе натурных измерений.

1.4. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЁТА АЭРОТЕНКОВ

Наиболее полно современные взгляды на динамику протекания очистных процессов в аэротенке отражены в методе их расчета, изложенном в СНиП 2.04.03-85 (Актуализированная редакция СП 32.13330.2012). В соответствии со СНиП задачей технологического расчета аэротенков является определение основных параметров системы:

–продолжительности аэрации;

–расхода воздуха;

–прироста ила;

32

– размеров сооружения.

Далее рассмотрен алгоритм расчета аэротенка-вытеснителя и аэротенка-смесителя, совмещенного с регенератором. Варианты расчета принимаются в соответствии с табл. П1 (см. приложение).

Алгоритм расчёта включает в себя следующие вычисления.

1. Расчет продолжительности аэрации t

а) в аэротенке-смесителе:

Численные значения величин rmax, Kl, Kо, j, s для некоторых видов сточных вод приведены в табл. 1. Для других производств указанные параметры следует принимать на основании экспериментальных исследований.

33

б) в аэротенке-вытеснителе:

где Kр – коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания; при Lвых ≈ 15 мг/л принимается Кр = 1,5; при Lвых > 30 мг/л –

Кр = 1,25

Lсм – БПКполн, определяемая с учетом разбавления рециркуляционным расходом:

где R – степень рециркуляции активного ила:

где I – иловый индекс, см3/г.

Таблица 1

Характеристика сточных вод

Формула (8) справедлива при I ≤ 175 см3/г и а ≤ 5 г/л.

Величина R должна быть не менее 0,3 для отстойников с илососами, 0,4 – для отстойников с илоскребами, 0,6 – при самотечном удалении ила.

34

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 илового индекса по табл. 2.

При проведении расчета величиной илового индекса задаемся, исходя из данных табл. 2. В дальнейшем проводится проверка принятой величины в зависимости от рассчитанной нагрузки на ил (п. 2 расчета).

Примечания: 1. Формулы (4) и (6) справедливы при среднегодовой температуре сточных вод 15 ° С. При иной температуре t продолжительность аэрации, вычисленная по формуле (4) или (6), должна быть умножена на отношение 15/t.

2.Продолжительность аэрации во всех случаях не должна быть менее 2 часов.

3.Режим вытеснения обеспечивается при отношении длины коридоров к ширине l/b более 30. При l/b < 30 необходимо предусмотреть секционирование коридоров с числом ячеек 5–6.

2.Расчет нагрузки на ил

Здесь q – нагрузка на ил, мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в сут.;

35

τпр – продолжительность пребывания смеси в системе аэротенкрегенератор, ч; определяется по формуле (14).

При расчете аэротенка, совмещенного с регенератором, продолжительность обработки воды в аэротенке τа, ч, определяется по формуле

Продолжительность окисления загрязняющих органических веществ

где ар – доза ила в регенераторе, г/л:

ρр – удельная скорость окисления для аэротенков-смесителей и вытеснителей, определенная по формуле (5) при дозе ила ар.

Продолжительность пребывания смеси в системе «аэротенк – регенератор»

Далее рассчитываем среднюю дозу ила в системе «аэротенк – регенератор», аср:

Уточняем величину нагрузки на ил при аср по формуле (9). По рассчитанной величине qрасч по табл. 2 определяемый иловый индекс Iрасч. Если Iрасч отличается от принятой величины илового индекса I (см. п. 1 расчета), то расчет проводится заново, начиная с п. 1 – задаемся величиной илового индекса. Расчет проводится до тех пор, пока Iрасч ≈ Iприн (разница не должна превышать 10 %) или qрасч ≈ qприн.

36

3. Расчет объема аэротенка V, м3 и выбор типового аэротенка

Объем аэротенка рассчитывается по формуле

Общий объем очистного сооружения (системы «аэротенк – регенератор»):

V = Va + Vp, м3.

Исходя из величины общего объема, принимаем стандартный аппарат по табл. 3 и 4.

Число аэротенков N, необходимых для очистки данного расхода сточных вод, определяется из соотношения

N = V ,

Vст

где Vст – объем стандартного сооружения, определяемый по характеристикам принятым по табл. 3 и 4.

4. Прирост активного ила в аэротенках Р, мг/л

где Свз – концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л;

Кд – коэффициент прироста, принимается Кд = 0,25 – 0,3.

5. Расчет удельного расхода воздуха qв, м3/м3 очищаемой воды

При пневматической системе аэрации

где qо – удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн, принимаемый при очистке до БПКполн = 15–20 мг/л равным 1,1; при очистке до БПКполн свыше 20 мг/л – равным 0,9;

37

К1 – коэффициент, учитывающий тип аэрации: для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и площади аэротенка fаз/fа принимается по табл. 5; для среднепузырчатой и низконапорной К1 = 0,75; площадь аэрируемой зоны для пневматических аэраторов включает просветы между ними до 0,3 м;

К2 – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов hа, принимается по табл. 6; глубина погружения аэраторов hа принимается меньше рабочей глубины аэротенка на 0,3 м;

К3 – коэффициент качества воды, определяется по опытным данным (по табл. 7), при их отсутствии можно принять К3 = 0,7;

Кт – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод:

Кт = 1 + 0,02 (t – 20),

где t – среднемесячная температура воды за летний период, ° С; Са – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л:

где Сст – растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, мг/л (по табл. 8);

Со – средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л, допускается принимать Со = 2 мг/л.

Примечание: для аэротенков и регенераторов следует принимать число секций не менее двух; рабочую глубину от 3 до 6 м; отношение ширины коридора к рабочей глубине от 1 : 1 до 2 : 1.

38

Таблица 7

Зависимость коэффициента К3 от соотношения зон аэрации и аэротенка

Таблица 8

Значение растворимости кислорода в зависимости от температуры

39

где На – рабочая глубина аэротенка, м.

Если вычисленная интенсивность аэрации Iа выше Iа max для принятого значения К1 (табл. 5), необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны, если Iа менее Iа min для принятого значения К2 – следует увеличить расход воздуха, приняв Iа min по табл. 6.

7. В конце расчета необходимо сделать вывод на основании полученных результатов о выборе стандартного сооружения, а также возможной необходимости изменения интенсивности аэрации

(см. п. 3, п. 6).

40