Основы природоохранных биотехнологий. Практикум. Учебное пособие
.pdfПрактическая работа № 4.
РАСЧЕТ ДВУХКАМЕРНОГО БИОРЕАКТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Цель работы – получение навыков расчета технологических и конструктивных параметров установки для биологической очистки сточных вод.
Теоретические сведения
Станции глубокой биологической очистки хозяйственнобытовых сточных вод, представляющие собой локальные очистные сооружения (ЛОС), устанавливаются, как правило, за пределами населенных пунктов, в местах, где отсутствуют инженерные сети водоснабжения и канализации, дляочистки сточных вод от индивидуальных построек. Такие установки системы автономной канализации обеспечивают решение проблем с очисткой сточных вод для одного или группы жилых зданий с минимизацией воздействия на окружающую среду и считаются идеальным заменителем полей фильтрации и (или) полей орошения, занимающих обширную площадь. Очищенную воду от подобной ЛОС можно направлять в поверхностную ирригационную систему (поляорошения) или непосредственно в сточный канал с условием проведения доочистки на установке, работающей по методу УФобезвреживания.
Установка локальной очистки сточных вод представлена на рис. 8. Внутри локальной системы очистки сточных вод располагается двухкамерный отстойник, биореактор с погруженной загрузкой, ламинарный отстойник, система коагуляции, система обеззараживания осадка, насосы длячистой воды, станция оборудована вентиляционными патрубками и монтажными петлями для фиксации на бетонной плите.
41
Сооружение устанавливается и прикрепляется к закладным деталям на бетонном фундаменте и закрывается откидывающимися крышками, расположенными над поверхностью земли.
Рис. 8. Система автономной канализации
Первый этап заключается в осаждении взвешенных частиц в двухкамерном отстойнике. Отстойник состоит из 2 отдельных секций с переливом. Переливв отстойнике расположен таким образом, чтобы сточные воды протекали с наименьшей ско-
ростью, благодаря чему в каждой камере происходит оседа
грубодисперсных взвешенных частиц на дно, перелив организован в центре объема камеры для обеспечения перетока максимально очищенной воды. Одновременно с перетоком стока орга-
низовано противоточное движение осадка. Первичный отстойник
оборудован системой обеззараживания осадка. Специал
овицидный препарат Alta дозируется в первую камеру от-
стойника строго в соответствии с реальной производительностью
42
станции и полностью уничтожает яйца гельминтов в течее 6
часов.
Второй этап - доочистка в биореакторе-биофильтре. Биореактор-биофильтр предназначен длябиологической очистки
на фиксированной биомассе, закрепленной на поверхности сре-
ды-носителя (загрузочного материала), которая осуществ
процессы извлечения и сложной биологической переработки загрязнений из сточных вод.
После отстойника осветленные сточные воды самоте
поступают в биофильтр и равномерно распределяютсяо пвсей
площади ершовой загрузки. В момент распределения сточ
воды насыщаются кислородом. Биореактор-биофильтр – соору-
жение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочн
материал, покрытый биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов.
В биореакторе-биофильтре установлен аэрационный элемент для принудительного насыщения воды кислородом из воз-
духа. Также в аппаратв жидком виде подается осаждающий коа-
гулянт Alta. Коагулянт увеличивает скорость осаждения взвешенных веществ из стока, а также посредством химической реак-
ции способствует связыванию фосфора. Коагулянт дозируется
биореактор строго в соответствии с реальной производительностью станции. Фильтруясьчерез загрузку аппарата, загрязненная
вода оставляет в ней нерастворимые примеси, не осевшие в первичном отстойнике, а также коллоидные и растворенные органи-
ческие вещества, сорбируемые биологической пленкой. Микро-
организмы биопленки в процессе ферментативных реакций окисляют органические вещества, получаяпри этом питание и энер-
гию, необходимые для своей жизнедеятельности. Часть органи-
ческих веществ микроорганизмы используют как материал
увеличения своей массы. Таким образом, в процессе метаболиче-
ских реакций происходит преобразование загрязнений в просты соединения (вода, минеральные соединения и газы), в результат
из сточной воды удаляются органические загрязнения, проходя
процессы денитрификации и увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработавшаяи омерт-
вевшая пленка смывается и выносится из тела биофильтра на дно
43
камеры. Далее она удаляется гидравлической системой сбора
возврата осадка в приемную камеру очистного сооружения. Не-
обходимый для биохимического процесса кислород поступает
толщу загрузки путем подачи воздуха через аэратор. Окончательный отстой стока происходит во вторичном ла-
минарном блоке биреактора.
Третий этап – напорныйфильтр с лампой УФ-
обеззараживания. Фильтр загружен специальной заг
AltaSorbent, в которой происходит окончательная доочистка воды
до значений концентраций взвешенных веществ в ней, соответст-
вующих требованиям к сбросу в водоемы рыбохозяйственн
назначения. В напорный фильтр вода подается насосо
фильтре расположен шестиходовой вентиль для промывки загрузки. Время промывки определяется значениями на манометре. УФ-обеззараживание позволяет практически полностью уничто-
жить патогенные микроорганизмы. В бактерицидных установках
применяются источники непрерывного УФизлучения- , которые воздействуют на водную среду через специальный материалв диапазоне длин волн 180-300 нм. Схема системы автономной канализации с двухкамерным биореактором представлена на рис. 9.
Рис. 9. Схема локальной очистной установки
44
Загрузки двухкамерного биореактора и напорного фильтра
после выработки своего ресурса по грязеёмкости подлежат замене и направляются на утилизацию.
Расчетная часть
Расчетная производительность в каждом отделении двух-
камерного биореактора, м3/ч,
= = = ,
где Qw |
|
|
3 |
количество |
– расчетный расход сточных вод/ч,; nм– |
||||
биореакторов, шт. (принимается равным 2). |
|
|||
Расчетное значение БПКполн г/м3, определяется по формуле |
||||
где Len |
= |
+ 0,39 |
(1 − ), |
3 |
– БПКполн сточных вод, поступающих на очистку, г/м;Cen |
||||
–содержание взвешенных веществ в сточной воде, г/м 3; S – зольность взвешенных веществ (принимается 0,25).
Вместимость первой камеры двухступенчатого биореакто-
ра, м3, определяется по формуле
= ,
где |
– продолжительность аэрации, ч; |
|||
|
= |
− |
|
, |
– удельная окислительная мощность, г∙БПК/(м3∙ч),
45
|
|
= |
|
|
( |
) |
|
|
) |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
( ) + |
|
|
(1 + |
(( )) |
) |
|
г/м3, |
|
|
|
|||||||
– БПКполн воды на выходе из первой камеры, |
находится |
|
||||||||||||||||||
подбором |
из равенства − |
|
= |
|
|
|
− |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
где β – коэффициент; |
|
– БПКполн |
очищенной воды после вто- |
|||||||||||||||||
рой камеры двухступенчатого биореактора, г/м3. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Удельная |
окислительная |
|
мощность |
второй |
камеры, |
|||||||||||||||
г∙БПКполн/(м3∙ч) определяется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
= |
|
|
|
( |
) |
|
|
( ) |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ) |
|
(1 + |
|
( )/ |
|
( ) |
|
|
|
|
||||||
Определяем продолжительность обработки воды во второй |
||||||||||||||||||||
камере, ч, |
|
|
|
|
|
= |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжительность |
стабилизации |
избыточного |
активного |
|||||||||||||||||
ила во второй камере, ч, |
|
|
(1− |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
– ско- |
|
||||||
где Pi – прирост |
активного ила во второй камере, кг/м ; ρ |
|
||||||||||||||||||
|
|
= |
( |
|
) ст |
|
< |
, |
|
|
20);S2 |
ст |
|
|
||||||
рость стабилизации гО2/(кг∙ |
ч) |
|
(принимается |
|
– |
зольность |
||||||||||||||
активного ила (принимается 0,3).
Прирост активного ила во второй камере определяется по формуле
46
= 0,4 + 0,5 .
Площадь поверхности первой камеры, м2,
= ,
где Н – рабочая глубина, м.
Площадь поверхности второй камеры, м2,
= ,
где W2 |
– вместимость второй камеры; |
|
|
|
= |
. |
3 |
Суммарная вместимость контейнеров в первой камере, м , |
|||
|
( ) = |
( ) |
, |
где Gi(1) – масса активного ила в первой камере, г; А1 – удельная масса активного ила, удерживаемая ершовым заполнителем, г/м3.
Масса активного ила определяется по формуле
= ( ) 10 .
Количество контейнеров в первой камере, шт., |
|
|||
= |
( ) |
, |
3 |
(5) |
где Wк – вместимость одного контейнера, м . |
|
|||
47
Количество контейнеров для второй камеры, шт., определя-
ется аналогично, формула (5). |
|
|
|
|
|
|
||
Погонная длина ершей для первой камеры, м, |
|
|||||||
|
= 140 |
|
|
( |
). |
|
||
То же для второй камеры, м, |
|
|
|
|
||||
|
= 140 |
|
|
( |
). |
3 |
||
Расход воздуха для аэрации в первой камере, м /ч, |
||||||||
|
|
( ) = |
|
|
|
, |
|
|
где 16 г/м3 – содержание кислорода16в воздухе при пневматиче- |
||||||||
ской среднепузырчатой аэрации. |
|
|
|
|
||||
Расход воздуха для аэрации во второй камере, м3/ч, |
||||||||
|
|
( ) |
= |
∑ |
3 |
3 . |
|
|
|
|
|
|
|
м /м . |
|
||
где qair – удельный расход воздуха,16 |
|
|
|
|||||
Определяем удельный расход воздуха |
|
|||||||
∑ |
|
= |
+ |
|
+ |
. |
3 3 |
|
Удельный расход воздуха для очистки сточной воды, м /м , |
||||||||
|
|
|
активного ила, м3/м3, |
|
||||
То же для стабилизации= 1,1 |
|
. |
|
|
||||
То же для окисления |
соединений азота, м3/м3, |
|
||||||
|
= 0,3 . |
|
|
|
||||
48
= 5,7 .
Определяем содержание азота аммонийного в воде после |
||
первой камеры, г/м3, |
= 1,29(0,78 |
−∆ ), |
где С – уменьшение содержания азота аммонийного в воде после
первой камеры, г/м3; |
|
– содержание азота аммонийного в воде |
||||||||||||||
перед первой камерой, г/м3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Определяем содержание азота аммонийного в воде после |
||||||||||||||||
Расход воздуха∆для= 0,5 |
(1 − |
)0,14. |
|
|
|
|||||||||||
первой камеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
аэрацииn камер (n=2), м3/ч, |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уд |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
регенерации одной камеры, м3/ч, |
|||||||||||||
Расход воздуха для= |
( |
|
( |
) + |
|
|
( |
). |
|
|
||||||
где F – площадь поверхности3 3 |
камеры, м; |
|
|
|
– удельный расход |
|||||||||||
= |
|
|
|
, |
|
уд |
|
|
||||||||
воздуха на аэрацию, м /(м |
∙ч). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Погонная длина перфорированных труб аэраторов для каж- |
||||||||||||||||
дой камеры, м, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем |
|
параметры |
|
|
уд |
|
|
|
|
. Подача воздуха, |
||||||
|
|
1пог.м =воздуходувок. |
||||||||||||||
м3/ч, определяется как |
|
|
( |
( |
|
) + |
|
|
( |
)) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||||||||||||
где m – количество |
рабочих воздуходувок, шт. (принимается 1,2). |
|||||||||||||||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
||
Давление, Па, ат, |
> 0,1 |
|
+1,2. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Задание
Индивидуальные задания по вариантам приведены в табл. 21.
49
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходные данные для расчета |
|
|
|
|
|
Таблица 21 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Наименование показателя |
|
Обозначение |
|
|
Значение показателя по вариантам |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
показателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
9 |
|
10 |
12 |
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
10 |
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
Расчетный |
расход |
сточных |
вод |
, |
Q |
500 |
600 |
|
700 |
800 |
|
|
750 |
650 |
|
550 |
|
230 |
290 |
||
|
|
|
|
м3/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
337 |
315 |
|
|
|
|
Биологическое |
поглощение |
ки |
- |
Len |
250 |
300 |
|
285 |
263 |
|
|
370 |
350 |
|
320 |
|
|||||
|
|
|
|
слорода |
сточных |
вод, |
посту- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
пающих на очистку - БПКполн, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
г/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
490 |
|
|
|
|
Содержание |
взвешенных |
|
ве- |
Сen |
1000 |
1010 |
|
920 |
1005 |
|
|
820 |
870 |
860 |
|
458 |
|||||
|
|
|
|
ществ в сточной воде, г/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,93 |
|||
|
|
|
|
Коэффициент |
|
|
|
|
β |
0,95 |
0,96 |
|
0,94 |
0,92 |
|
|
0,87 |
0,88 |
0,9 |
|
0,92 |
||||
|
|
|
|
Биологическое |
потребление |
ки- |
Lex |
2,78 |
2,6 |
|
2,8 |
2,7 |
|
|
2,1 |
2,2 |
|
2,3 |
|
1,89 |
1,99 |
||||
|
|
|
|
слорода воды после второй ка- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
меры,г/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения |
величин |
для расчета |
ρmax, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
окислительной мощности |
|
|
г О2 /(кг∙ ч) |
|
|
|
|
85,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-я камера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-я камера |
|
|
|
|
57,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ai, кг/м3 |
|
|
|
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-я камера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-я камера |
|
|
|
|
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50