Основы природоохранных биотехнологий. Практикум. Учебное пособие
.pdf
3 и 4 м. Для круглых фильтрационных установок с диаметром 6, 12, 18, 24, 30 м загрузочный материал засыпают до 2-4 м.
|
5. Расчет объема фильтрующего материала |
, м3: |
|
||||||||||
|
|
|
|
= |
|
2∙ |
∙ |
, |
|
|
|
|
|
где – площадь одной секции, м . |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
6. |
асчетР объема |
омертвевшей |
отработанной |
биомас- |
||||||||
сы |
, м3/сут, выносимой с поверхности загрузочного материа- |
||||||||||||
ла на вторую стадию седиментационной очистки: |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
= |
|
100 |
|
|
, |
|
|
|
||
|
100 |
|
10 |
(100 − |
) |
|
|
|
|||||
где |
|
– удельный объем омертвевшей отработанной био- |
|||||||||||
|
|
||||||||||||
массы, равное 8 г/(чел сут); |
|
– |
влажность биопленки, равная |
||||||||||
96 %; a – величина БПК |
полн |
в сточной воде на одного жителя в |
|||||||||||
сутки, г/(чел сут). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Расчет капельного биофильтра с рециркуляцией |
|
|
||||||||||
очищенных сточных вод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1. Расчет коэффициента эффективности биофильтра . |
||||||||||||
вместо |
следует использовать максимально допустимое значе- |
||||||||||||
ние БПКполн (220 мг/дм3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2. По приложению 1 находим величину допустимой гид- |
||||||||||||
равлической |
нагрузки |
|
и |
соответствующую |
|
высоту |
био- |
||||||
фильтра |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Расчет усредненного БПКполн |
в смешанном |
стоке перед |
||||||||||
биофильтром |
, мг/дм3: |
|
= |
∙ |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
||
где |
|
– наименьшее ближнее к |
значение в приложении 1. |
||||||||||
11
4. Расчет коэффициента рециркуляции |
: |
|
|||
= (( |
|
)). |
|
2 |
|
5. Расчет общей рабочей поверхности биофильтров |
, м : |
||||
= |
( |
) |
. |
|
|
6. На основании полученных параметров необходимо найти число и определить размеры промышленных биофильтраци-
онных установок. По унктамп 5 и 6 первой части расчета ти и .
Задание
Используя исходные данные (табл. 1), рассчитатькапельный биофильтр по вариантам.
Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в списке группы.
12
Таблица 1
|
|
|
|
|
Исходные данные для расчета |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходные |
дан- |
Обозна- |
|
|
|
|
Номер варианта |
|
|
|
|
||
ные |
|
|
чение |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Объемстока |
в |
, м3/сут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сутки |
|
|
|
780 |
785 |
790 |
785 |
780 |
800 |
805 |
810 |
815 |
820 |
БПКполнстока |
, мг/дм3 |
185 |
180 |
182 |
186 |
183 |
181 |
182 |
183 |
184 |
179 |
||
БПКполн |
|
воды |
, мг/дм3 |
15 |
14 |
15 |
14 |
15 |
10 |
11 |
12 |
13 |
16 |
после очистки |
|
||||||||||||
Средняя |
|
тем- |
, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пература |
|
сто- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кав |
|
зимний |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
период |
|
|
|
13 |
12 |
13 |
12 |
13 |
10 |
11 |
14 |
10,5 |
12 |
Удельная |
|
|
a, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БПКполнстока |
г/(чел сут) |
40 |
41 |
42 |
41 |
40 |
44 |
43 |
45 |
46 |
47 |
||
13 |
|
13 |
13 |
|
Практическая работа № 2.
РАСЧЕТ БИОФИЛЬТРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК
Цель работы – получение навыков расчета технологических и конструктивных параметров биофильтров.
Теоретические сведения
Для действующего промышленного оборудования рекомендуется использовать методики расчета биофильтров по окислительной мощности, зависящей от объема загрузочного материала, на котором образуется биопленка, выполняющая основную роль в процессе биологической очистки. В первую очередь,
следует найти рабочий объем загрузки по уравнению
= ,
где |
–биологическое потребление кислорода очищаемых |
сто- |
|
ков, г/м3; - суточный расход стоков, м3/сут; |
– удельная окис- |
||
лительная мощность биофильтрационной установки, г/(м3∙сут). |
|
||
|
Удельную окислительную мощность |
загрузочного |
мате- |
риала биофильтрационной установки рассчитываем в зависимо-
сти от средней температуры воздуха за год:
= − ,
где k - константа скорости биохимического разложения загрязняющих веществ.
Перечень факторов, определяющих остаточную величину
биологического потребления кислорода в очищенной воде, пред- |
|||
ставляют формулой: |
= |
,С, , , , уд , |
(1) |
|
|
|
|
14
где –биологическое потребление кислорода за 5 суток очищен-
3 |
- биологическое |
потребление кислорода за |
|||
ных стоков, г/м; |
|||||
5 сут стоков, направляемых на очистку, |
г/м3; С - концентрация |
||||
загрязняющих веществ |
в поступающем |
на очистку стоке, |
нахо- |
||
|
|
|
3 |
- гидравлическая на- |
|
дящихся во взвешенном состоянии, г/м; |
|||||
грузка, м3/(м2∙сут); |
– |
температура |
загрязненных сточных |
вод, |
|
°С; – высота слоя загрузочного материала в рабочем биофильт-
ре, м; |
|
– удельный расход воздуха, |
м3/м3, используемый |
для |
||||||
очисткиуд1 м3загрязненной воды. |
|
|
|
|
|
|||||
|
Допустимая гидравлическая нагрузка на биофильтрацион- |
|||||||||
ную |
установку при |
известных, |
и |
|
рассчитывается |
по |
||||
|
при |
|
≤ 10 |
|
|
|
|
|
|
|
формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
при |
|
> 10 |
= |
0,19lg ( |
/ |
) , |
|
; |
|
|
|
= |
1,63 |
)− 0,69 |
, |
; |
|
|||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
lg ( / |
|
|
||||
где |
– коэффициент, зависящий от температуры. |
|
||||||||
|
Расчет параметров при очистке стоков на биофильтрацион- |
|||||||||
ных установках как с рециклом очищенной воды, так и без рецикла практически одинаков. Однако следует учитывать, что в случае использования рецикловых вод в расчетных формулах ис-
смеси стока с рецикломсмочищенной воды) вместо .
пользуются значения (биологическое потребление кислорода
В качестве примера, еслиобъем стоков, идущих на очистку, составляет 2 м3/сут, то суточный объем рецикла, необходимый для разбавления исходного стока, можнопределить, используя формулу
15
см = ( + рец)/( + рец).
Работа высоконагружаемой биофильтрационной установки, основанная на биохимических реакциях разложения органических веществ на поверхности биопленки, достаточно точно опи-
сывается зависимостью = /(1+ |
) см, |
см |
|
где – время очистки стока в одной установке; |
- число био- |
||
фильтров. |
|
|
|
Приведенная зависимость |
показывает, |
что биопленкев |
|
протекают биохимические реакции первого порядка. |
|
||
Расчетная часть |
|
|
|
Расчет биофильтрационных установок с плоскостной загрузкой
С учетом зависимости (1) для биофильтров с плоской загрузкой, у которых аэрация осуществляется естественным путем,
функциональную зависимость процесса очистки можно предста- |
||||
или |
== ( , ,, п,, уд),, , , уд |
|
|
3 |
вить в виде: |
|
|
|
|
где |
- БПК стока, направляемого на очистку, |
мг/дм ; |
||
типап |
– величина суточной гидравлической нагрузки |
для данного |
||
биофильтрационной установки, м3/(м3∙сут); |
уд |
– |
показатель |
|
|
||||
пористости элементов загрузки, %, –удельная суточная масса загрязняющих веществ в стоке (БПК5) приходящаяся на единицу площади поверхности загрузки биофильтрационной установки, г/(м2∙сут):
16
=удп или = уд,
где – нагрузка по показателю биохимическое потребление ки-
слорода на биофильтрационную установку, определмаяе по формуле:
|
= |
п, |
3 |
|
|
где - БПК стока, направляемого на очистку, г/м ; – величина |
|||||
суточной гидравлической3 |
нагрузки3 |
для данного типап |
биофильт- |
||
рационной установки, м /(м ∙сут); Sуд – рабочая удельная площадь |
|||||
поверхности загрузочного материала. |
|
|
|
||
Обобщенным показателем, |
учитывающим |
влияние темпе- |
|||
ратуры на процесс биохимической очистки, служиткритериаль- |
|||||||||
|
|
|
|
|
h |
= |
; |
|
|
ный комплекс h, определяемый по формуле |
|
||||||||
|
|
= |
|
∙1,047 |
, |
|
|||
где |
- константа скорости биохимического разложения загряз- |
||||||||
нителей в стоках при температуре 20° С. |
|
|
|||||||
|
Необходимая высота биофильтрационной установки рас- |
||||||||
|
если |
= 7÷ 100мг/дм |
|
|
|
||||
считывается по формулам: |
|
|
|
) |
; |
||||
|
если |
= 2,6(2,18 − |
|
||||||
|
|
= 7 ÷11 мг |
/дм |
|
|
|
|
||
|
если |
= |
15,3(1,23 − |
|
) |
; |
|||
|
|
= 11 мг/дм |
|
= 3 . |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
17 |
||
По |
табл. 2-3 с учетом требуемой эффективности разложения за- |
|
|||||||||||||||||||||||
грязнений, средней температуры поступающего стока в зимний |
|
||||||||||||||||||||||||
период, |
высоты загрузочного слоя определяются предельная ве- |
|
|||||||||||||||||||||||
личина |
доп |
и предельные значения БПК5. |
|
|
Таблица 2 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
доп |
в биофильтрационных установках с |
|
|
|
|
|||||||||||
|
Предельнаявеличина |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плоскостной загрузкой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Эффективность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, м3/(м3∙сут), при |
, м |
|
|
|
|
|
|
||||||||
работы очист- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
3 |
доп |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ной установки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Средняя температура сточной воды в зимний период, |
о |
С |
|
|
|||||||||||||||||||
очистки, % |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
8 |
|
10 |
|
12 |
|
|
14 |
8 |
|
10 |
|
12 |
|
|
14 |
|
10,9 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
90 |
|
|
|
6,3 |
|
6,8 |
|
7,5 |
|
|
8,2 |
8,3 |
|
9,1 |
|
|
10,0 |
|
|
|||||
|
85 |
|
|
|
8,4 |
|
9,2 |
|
|
10,0 |
11,0 |
|
11,2 |
|
|
12,3 |
|
13,5 |
|||||||
|
80 |
|
|
|
10,2 |
|
|
|
11,2 |
|
|
12,3 |
13,3 |
|
|
13,7 |
|
|
15,0 |
|
16,4 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
||||
|
Предельные значения БПК5длябиофильтрационных установок |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
с плоскостной загрузкой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БПК5, кг/(м3∙сут), при , м |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Планируемые |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|||||
БПК5стока |
|
|
Средняя температура сточной воды в зимний период,оС |
|
|
||||||||||||||||||||
после очистки, |
|
|
10-12 |
|
|
13-15 |
16-20 |
10-12 |
|
13-15 |
|
16-20 |
|
|
|||||||||||
|
мг/дм3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
15 |
|
|
|
1,15 |
|
|
|
1,30 |
|
|
1,55 |
1,50 |
|
1,75 |
|
|
2,1 |
|
|
|||||
|
20 |
|
|
|
1,35 |
|
|
|
1,55 |
|
|
1,85 |
1,80 |
|
2,10 |
|
|
2,5 |
|
|
|||||
|
25 |
|
|
|
1,65 |
|
|
|
1,85 |
|
|
2,20 |
2,10 |
|
2,40 |
|
|
2,9 |
|
|
|||||
|
30 |
|
|
|
1,85 |
|
|
|
2,10 |
|
|
2,50 |
2,45 |
|
2,85 |
|
|
3,4 |
|
|
|||||
|
40 |
|
|
|
2,15 |
|
|
|
2,50 |
|
|
3,00 |
2,90 |
|
3,20 |
|
|
4,0 |
|
|
|||||
|
Последовательность расчета биофильтрационных устано- |
|
|||||||||||||||||||||||
вок с плоскостной загрузкой включает следующие этапы: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
а) установление значения |
|
|
по данным табл. 4; |
Таблица 4 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость h от величины |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
мг/дм3 |
|
10 |
|
|
15 |
|
20 |
|
25 |
|
30 |
35 |
|
40 |
|
45 |
|
|
50 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
h |
|
|
3,3 |
|
|
2,6 |
|
2,25 |
|
2 |
|
1,75 |
1,6 1,45 |
|
|
1,3 |
1,2 |
|
|
||||||
18
б) расчет с учетом средней температуры стока в зимний период;
в) подбор величины , м, (при этом значение , г/(м2∙сут), зависит от конструкции и размеров самой плоской загрузки, устанавливаемой в биофильтрационной установке);
г) расчет предельной массы биоразлагаемых загрязняющих
веществ, приходящихся на единицу площади поверхности пло- |
||||
ской загрузки биофильтрационной установки по |
БПК |
: |
||
= |
|
; |
|
|
h |
|
|
||
д) расчет п с учетом исходнойуд концентрации загрязняю-
щих веществ стоке, ,величины= иуд ; по формуле
п
е) расчет объема плоской загрузки, количество биофильтрационных установок, конструкция и размеры.
Расчет биофильтрационных установок капельного типа
Последовательность расчета биофильтрационных установок капельного типа включает следующие этапы:
а) установление значения=по;формуле
б) установление значений и по приложению 2c учетом средней температуры стока в зимний период и рассчитанному значению ; при этом следует учесть, что превышение значения над указанными в приложении 2 требуе ввода разбавляющей очищенной воды (рецикл); в этом случае расчет ведут по методи-
ке расчета высоконагружаемых биофильтрационных установок; в) расчет общей рабочей площади биофильтрационной ус-
тановки, м2, по формуле
19
= .
Расчет высоко нагружаемых биофильтрационных установок для очистки сточных вод
Для расчета данных установок необходимо: |
||
а) установить значение по формуле |
||
= |
|
; |
|
||
б) установить значения , |
и по приложению 2 c уче- |
|
том средней температуры стока вудзимний период и рассчитанно- |
||
му значению ; при отклонении |
расчетных параметров от ука- |
|
занных в приложении 2 дляпроцессов биохимического разложения загрязняющих веществ в стоках без рецикла необходимо
принять значения , |
и |
по ближайшему максимальному зна- |
|||||||
чению , а для очисткиудс рециркуляцией - по минимальному; |
|
||||||||
|
см |
в) рассчитать допустимую концентрацию смешанного сто- |
|||||||
ка |
и коэффициента рецикла |
р |
для биофильтрационных уста- |
||||||
|
|
||||||||
новок с рециркуляцией по формулам: |
; |
|
(2) |
||||||
|
|
|
|
см = |
|
|
|||
|
|
|
|
р = |
см−− см |
; |
(3) |
||
|
|
г) рассчитать рабочую площадь биофильтрационных уста- |
|||||||
новок, м2, по формулам: |
|
= |
|
; |
|
|
|
||
|
|
схема без рецикла |
|
|
|
|
|
||
|
|
схема с рециклом |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
20