Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Очистные сооружения канализации. Обработка, обезвоживание и обеззараживание осадка городских сточных вод. Учебное пособие
.pdf
2.2. Расчет сгустителей избыточного активного ила
84
24
= =
2,52
60 16
100
⋅
⋅
160
Исходные данные активного ила, направляемого в сгусти-
тели:
• сухое вещество избыточного ила Ai = 6,75 т/сут;
• влажность неуплотненного ила Рi = 99,6 %;
• объем Qi = 1688 м3/сут.
М
АКСИМАЛЬНЫЙ РАСХОД ИЗБЫТОЧНОГО АКТИВНОГО ИЛА
Расчет сгустителей производится на самый неблагоприятный
зимний период, когда прирост активного ила максимальный.
1688 1,2
q
max
i
Т
РЕБУЕМОЕ КОЛИЧЕСТВО СГУСТИТЕЛЕЙ
⋅
1,2 2016
N⋅= =
3
м
/ч, или 2016 м3/сут
шт.
⋅
К монтажу принимается три сгустителя, которые будут рабо-
тать немного меньше 16 ч в сутки (приложение 3).
М
АССА СГУЩЕННОГО ОСАДКА
=
A
сгущ
О
БЪЕМ СГУЩЕННОГО ОСАДКА
Q⋅= =
сгущ
8 100
(100 95) 1
− ⋅
при эффекте сгущения 99 %
9975,62,1
=
т/сут
8
влажностью 95 %
3
м
/сут
К
ОЛИЧЕСТВО ФИЛЬТРАТА
Q
= q
фил
М
АССА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
max
– Q
i
= 2016 – 160 = 1856 м3/сут
сгущ
, удаляемых с фильтратом на повторную очистку в голову сооружений, при концентрации взвешенных веществ в фильтрате 300 мг/л
Aiw = Q
Р
АСХОД ФЛОКУЛЯНТА
·
C
/ 106 = 1856 ⋅ 300 / 106 = 0,56 т/сут
iw
iw
А
= 1,2 · 6,75 · 2 = 16,2 кг/сут
фл
21
3. МЕТАНТЕНКИ
Анаэробное сбраживание осадка может осуществляться в метантенках (рис. 3.1), перегнивателях, двухъярусных отстойниках,
септиках. Анаэробное сбраживание может протекать в мезофильных или термофильных условиях. При мезофильном режиме в
метантенках поддерживается температура 30–35 °С (оптимальная
33 °С), при термофильном 50–55 °С (оптимальная 53 °С). В перегнивателях, двухъярусных отстойниках сбраживание может протекать как в психрофильных (около 15 °С и ниже), так и мезофильных условиях (16–29 °С). После мезофильного сбраживания
требуется обязательная дегельминтизация осадка любым из известных методов: овицидными препаратами или прогревом до
температуры 60–65 °С в течение не менее 30 мин. Термофильное
сбраживание осадка в метантенках в течение 5–9 сут обеспечивает
гибель всех патогенных микроорганизмов, в том числе и яиц гельминтов.
Влажность загружаемого в метантенки осадка обычно составляет 93–97 %. При меньшей влажности в осадке увеличивается концентрация продуктов метаболизма, что снижает скорость
окисления органических веществ. При низкой влажности значительно сокращается расход тепла на нагревание осадка до расчетной температуры. При влажности загружаемого осадка более
97 % процесс анаэробного сбраживания считается экономически
нецелесообразным из-за высоких затрат на подогрев. Анаэробное
сбраживание может применяться на очистных сооружениях канализации любой производительности. Осадок считается сброженным, если он имеет черный цвет и запах асфальта или жженой резины, в иловой воде концентрация азота аммония составляет 500–
800
мг/л, щелочность выше 40–60 мг-экв/л, летучие жирные ки-
слоты ниже 80–12 мг-экв/л, рН находится на уровне 7,2–7,6.
22
5
2
3
4
6
1
7
8
Рис. 3.1. Метантенк:
1 –
трубопровод загрузки осадка
3 –
газовый колпак
5 –
иловая камера
на обезвоживание
; 4 –
трубопровод выгрузки осадка в иловую камеру
; 6 –
трубопровод выгрузки осадка из иловой камеры
; 7 –
инжекторная
; 2 –
; 8 –
метантенка
отвод образующегося газа
трубопровод опорожнения
;
;
Процесс анаэробного сбраживания условно можно разделить
на две стадии: кислое и щелочное брожение. На стадии кислого
брожения сложные органические вещества трансформируются в
более простые органические кислоты карбонового ряда: уксусную, масляную, пропионовую и др. Далее эти кислоты в щелочных условиях трансформируются в метан (СН4) и углекислоту
(Н
). В образующемся биогазе 63–67 % приходится на метан,
2СО3
около 30–33 % на углекислый газ и около 1 % на водород и другие инертные газы. Без очистки и осушения биогаз имеет теплотворную способность 5000 ккал/м3, после осушения она увеличивается до 5500 ккал/м3. Для сравнения: тюменский природный газ
имеет теплотворную способность 7200–7300 ккал/м3, а якутский
8000–8300 ккал/м3.
23
Образующийся биогаз можно использовать в котельной для
9
11
8
получения тепла или подавать в когенераторы для получения тепловой и электрической энергии (рис. 3.2). Для обеспечения постоянного давления в газовой сети биогаз из метантенков направляется в газгольдеры, которые работают в следующем режиме. При
максимальном выделении газа в метантенках, необходимое количество поступает в котельную или когенератор, а излишки направляются в газгольдеры. На сегодня известны и используются две
конструкции газгольдеров: мокрые и двухкамерные. В мокрых газгольдерах необходимое давление поддерживается плавающим
колпаком, а в камерных – благодаря принудительному нагнетанию
воздуха в пространство между наружной жесткой газонепроницаемой оболочкой и эластичной мембраной.
7
7
10
8
1
10
2
3
3
4
3
3
Рис. 3.2. Технологическая схема обработки осадка
с утилизацией газа:
1 –
насосная станция
киоск
; 5 –
газгольдер
8 –
трубопровод уплотненного избыточного активного ила
9 –
трубопровод полного опорожнения метантенка
сброженного осадка и опорожнения метантенка
; 2 –
; 6 –
котельная
12 –
инжекторная
; 7 –
газопровод
; 3 –
24
5
12
4
метантенк
трубопровод сырого осадка
; 10 –
; 11 –
; 4 –
газовый
;
трубопровод
паропровод
6
;
;
Расчет метантенков сводится к определению объема метан-
100
100
А
Σ
′
⋅
24
r
A
q q q
W Q t
= ⋅
Q q
Θ = ⋅ ⋅
(
)
0
24
Q T T
T
T
(
)
po st
тенков, количества образующегося биогаза, объема газгольдеров,
количества тепла от сжигания выделяющегося газа, общего расхода тепла (на подогрев осадка, восполнение теплопотерь через
стенки метантенка и обогрев служебных помещений станции),
требуемого расхода топлива, количества осадка, направляемого
на дальнейшую обработку.
3.1. Расчетные формулы узла обработки осадка
в метантенках
№
п/п
Параметр
1 2 3
1
Объем метантенка, м
Количество распавшегося орга
2
нического вещества, т/сут
Количество образующегося био
3
4
3
газа, м
/ч
Объем газгольдеров, м
Количество выделяющегося теп
5
ла от сжигания образующегося
биогаза, тыс. кДж/ч
Расход тепла на подогрев осадка
6
тыс. кДж/ч
Потери тепла через стенки ме
тантенка для мезофильного ре
7
жима сбраживания осадка
тыс. кДж/ч
8
Общий расход тепла, тыс. кДж/ч
3
-
-
3
-
,
-
-
,
W
Q⋅=
4,18
Θ =
ро
33 53
4,18
Θ = ⋅Θ ⋅
st st
Θ =
Таблица 3.1
Формула
Q
⋅
sm
=
mt
D
mt
R
r
А
=
r
1000
q
4,18
g q
⋅ ⋅ −
sm mt
KΣ⋅ Θ + Θ
η
33
53
−
−
25
Окончание табл. 3.1
t
t
q
Θ −Θ
⋅
mt r
А А А
= −
mt
mt
⋅−=
(
)
mud mud do i i
R A A R A
′ ′ ′
⋅ + + ⋅
1 2 3
Требуемый расход топлива, м
9
или т/ч
Количество сброженного осадка
10
выгружаемого из метантенков
т/сут
Влажность осадка, выгружаемо
11
го из метантенков
, %
3
/ч
W
Σ
=
t
4,18
,
,
-
P
= ⋅ −
mt
100 1
Σ
A
Q
Расшифровка буквенных обозначений формул
Qsm – объем смеси сырого осадка, уплотненного избыточного
активного ила или биопленки и дробленых отбросов, м3/сут.
Dmt – суточная доза загрузки, м3/сут. Принимается по [1,
табл. 59] и зависит от выбранного режима сбраживания и влажности смеси, которая определяется по формуле
Q
А
Σ
,
1001 ⋅
sm
P
sm
−=
где АΣ – сухое вещество сырого осадка, избыточного активного
ила или биопленки и дробленых отбросов, т/сут.
Rr – распад беззольного вещества загружаемого осадка, %;
определяется по [1, формула (111)]:
где R
– максимально возможное сбраживание беззольного ве-
lim
щества, %. Принимается для сырого осадка и дробленых отбросов 53 %, для избыточного активного ила или биопленки
44 %, для смеси сырого осадка и избыточного активного ила
или биопленки как среднеарифметическое:
DKRR
,
lim
R
=
lim
26
mtrr
′
А
Σ
;
Kr – коэффициент, зависящий от влажности загружаемого
A
Σ
′
A
Σ
′
mud
A
′
do
A
′
i
A
′
mud
A
′
do
A
′
i
A
′
mud
A
′
do
A
′
i
A
′
33
st
Θ
53
st
Θ
осадка и режима сбраживания, принимается по [1, табл. 61].
– суммарное сухое беззольное вещество осадка, загру-
жаемое в метантенки, т/сут; определяется по формуле
=
+
+
,
где
,
,
– соответственно сухое беззольное вещество
сырого осадка, дробленых отбросов, активного ила или биопленки, т/сут;
= A
· (100 – З
mud
mud
) / 100,
= Ado · (100 – Зdo) / 100,
= Ai · (100 – Зi) / 100,
где З
, Зdo, Зi – соответственно зольность сырого осадка, дроб-
mud
леных отбросов, избыточного ила или биопленки, %. Зольность осадка определяется опытным путем, однако для расчетов в рассматриваемом примере
З
= Зdo = Зi = 30 %.
mud
1000 – коэффициент пересчета. Согласно [1, п. 6.354] при
распаде 1 кг органического вещества выделяется 1 м3 газа.
tq – продолжительность нахождения биогаза в газгольдере, ч;
принимается на 2-х или 4-х часовой выход газа из метантенка [1,
п. 6.359].
q – теплотворная способность неосушенного биогаза из ме-
тантенков. Принимается согласно [1, п. 6.354] равной
5000 ккал/м3.
Tmt – расчетная температура сбраживания в метантенке, °С.
T0 – среднезимняя температура загружаемого осадка, °C.
Принимается равной средней зимней температуре сточной жидкости.
,
– потери тепла через стенки метантенка при тер-
мофильном режиме сбраживания, тыс. ккал/ч. Принимаются по
табл. 3.2 в зависимости от расчетной температуры наружного
воздуха. Для термофильного режима производится пересчет:
27
33
T
T
53
−
.
−
33 53
4,18
Θ = ⋅Θ ⋅
st st
4,18 – коэффициент перевода ккал в кДж.
Таблица 3.2
Расчетная
температура
наружного
воздуха
при термофильном режиме сбраживания, тыс. ккал/ч
, °C
–20 35,5 51,4 61,7 87,4
–30 37,4 52,9 67,9 91,6
–40 41 55,7 72,3 102,6
Теплопотери через стенки метантенка
в зависимости от диаметра метантенка
12,5 м 15 м 17,5 м 20 м
,
Т – расчетная температура наружного воздуха за самую хо-
лодную пятидневку, °С; принимается в зависимости от района
проектирования [4].
K – коэффициент, учитывающий расход тепла на обогрев
служебных помещений станции, принимается равным 1,3.
η – коэффициент полезного действия котельной, принимается равным 0,7.
qt – теплотворная способность топлива. Принимается равной
для природного газа 7000 ккал/кг, для каменного угля 5500 ккал/кг,
для бурого угля 4500 ккал/кг.
Qmt – количество сброженного осадка. Принимается равным
количеству загруженного осадка, т.е. Qsm = Qmt.
3.2. Расчет метантенков с мезофильным режимом
сбраживания
Исходные данные:
Из р а с ч е т а ре ш е т о к
• сухое вещество дробленых отбросов Ado = 2,5 т/сут;
• объем дробленых отбросов Qdo = 38 м3/сут;
• влажность дробленых отбросов Pdo = 93,5 %.
28
Из р а с ч е т а пе р в и ч н ы х о т с т о й н и к о в
1 100 96,9
4500
10
(
)
1 75
100
А
,
• сухое вещество сырого осадка A
• объем сырого осадка Q
• влажность сырого осадка Р
= 72 м3/сут;
mud
mud
= 4,7 т/сут;
mud
= 93,5 %.
Из р а с ч е т а аэ р о т е н к о в и и л о у пл о т н и те л е й
ил и б ио ф и л ь тр о в в с х е м а х с б и о ф и л ь т р а м и
• сухое вещество уплотненного ила Ai = 6,75 т/сут;
• объем уплотненного ила Qiu = 340 м3/сут;
• влажность уплотненного ила Piu = 98 %.
Па р а м е т р ы м е т а н т е н ко в
• Tmt = 33 °C – мезофильный режим сбраживания;
• Т0 = 12 °C – средняя зимняя температура осадка, принима-
ется равной средней зимней температуре сточной жидкости;
• Т = –39 °С – расчетная температура наружного воздуха
для самой холодной пятидневки [4] (Новосибирская область).
Т
РЕБУЕМЫЙ ОБЪЕМ МЕТАНТЕНКОВ
AΣ = A
Qsm = Qiu + Q
P
= − ⋅ =
sm
+ A
mud
13,95
450
+ Ai = 2,5 + 4,7 + 6,75 = 13,95 т/сут
do
+ Qdo = 340 + 72 + 38 = 450 м3/сут
mud
%;
450 100
W⋅= =
mt
3
м
К строительству принимается два метантенка по типовому
проекту 902-2-229 ([2, табл. 36.5] или табл. П4.1 приложения 4)
диаметром 17,5 м, высотой верхнего конуса 2,5 м, высотой цилиндрической части 8,5 м, высотой нижнего конуса 3,05 м, полезным объемом 2500 м3.
К
ОЛИЧЕСТВО РАСПАВШЕГОСЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА
2 5 100 30
,
′
do
⋅ −
= =
29
т/сут
(
)
4,7 100 30
3,3
100
(
)
4,7
100
1,75 3,3 4,7 9,75
′
(
)
49
= =
49 0,4 10 45
4,4
100
183
24
183 3 549
= ⋅ =
4,18 183 5000 /1000 3825
(
)
1646
24
′
А
mud
′
А
= =
i
⋅ −
= =
6,75 100 30
⋅ −
т/сут
т/сут
%
т/сут
3
м
3
м
т/сут
%
/ч
А
= + + =
Σ
53 3,3 1,75 44 4,7
R
lim
О
БЪЕМ ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ БИОГАЗА
О
БЪЕМ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
⋅ + + ⋅
9,75
R = − ⋅ =
r
45 9,8
А
Q⋅= =
q
⋅
= =
r
4,4 1000
W
q
К строительству принимается два газгольдера по типовому
проекту 7-07-02/66 ([2, табл. 36.6] или табл. П4.2 приложения 4).
Диаметр резервуара 9,3 м, диаметр колокола 8,5 м, высота газгольдера 12,5 м, высота резервуара 5,9 м, высота колокола 6,9 м,
полезный объем газгольдера 300 м3.
Возможно применение двухкамерного газгольдера (табл. П4.3
приложения 4). Эта конструкция газгольдеров широко используется за рубежом.
К
ОЛИЧЕСТВО ТЕПЛА, ВЫДЕЛЯЮЩЕГОСЯ
ОТ СЖИГАНИЯ ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ГАЗА
Θ = ⋅ ⋅ =
t
Р
АСХОД ТЕПЛА НА ПОДОГРЕВ ОСАДКА
Θ = =
ро
4,18 450 33 12 1000
⋅ ⋅ − ⋅
30
,
тыс. кДж/ч
тыс. кДж/ч
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]