Расчет аэротенка

Расчет аэротенка.

В основу методики расчета положена концепция лимитирующего загрязнения, предложенного лабораторией технологических схем НИИ ВОДГЕО [30, 31]. Лимитирующее загрязнение требует наибольшей продолжительности пребывания сточных вод в контакте с активным илом.

Согласно предлагаемой методике сначала определяются кинетические зависимости окисления загрязнений в аэробной зоне сооружений.

По требуемым концентрациям загрязнений S_расч в очищенной воде определяется расчетная скорость окисления ρ_расч (рис. 5.1).

Рис. 5.1 Зависимость скорости окисления от концентрации загрязнений

Для каждого i-го загрязнения рассчитывается требуемая продолжительность окисления:

t_i = (С_{en i} - C_{ex i})/ a (1-s)ρ_i , (5.1)

где С_{en i} – концентрация i-го загрязнения на входе в очистные сооружения, мг/л;

С_{eх i} – концентрация i-го загрязнения на выходе из очистных сооружений, мг/л;

a – концентрация активного ила, г/л;

s – зольность, г/г;

ρ _i – удельная скорость окисления i-го загрязнения, мг/(г×ч).

t_БПК = (L_en - L_ex)/a×(1-s)×ρ_БПК, где

t_БПК – время окисления БПК, ч;

L_en – БПК на входе, мг/л;

L_ex – БПК на выходе, мг/л;

ρ_БПК – удельная скорость окисления БПК, мг/(г×ч);

t_БПК =(153 - 10)/3×(1-0,3)×8=8,5 ч.

t_н =(С_nen-C_nex)/a×(1-s)×ρ_н, где

t_н – время пребывания в нитрификаторе, ч;

С_nen – аммонийный азот на входе в аэротенк, мг/л;

C_nex – аммонийный азот в очищенных стоках, мг/л;

ρ_н – удельная скорость нитрификации, мг/(г×ч);

t_н = (25,5-1)/3×(1-0,3)×1,75=6,7 ч.

t_дн=(C_nen×K_орг-Р_i×0,07-N-NO₃-C_ex)/(a_i×(1-s)×ρ_дн),

где K_орг - коэффициент пересчета на Кьейдальный азот;

Р_i - прирост активного ила, мг/л;

ρ_дн – удельная скорость денитрификации, мг/(г×ч);

P_i=Y×(L_{en mid}-L_ex), где

Y – экономический коэффициент, показывающий соотношение между приростом ила и окисленным органическим веществом;

L_{en mid} – БПК среднее сточных вод, мг/л;

P_i =0,6×(135-10)=75 мг БВБ/л.

t_дн=(25,5×1,2-75×0,07-9-1)/(3×(1-0,3)×3,6)=2 ч.

Из продолжительностей окисления, полученных для каждого загрязнения, определяется наибольшая, которая является лимитирующей и определяет расчетную продолжительность пребывания иловой смеси в аэробной части сооружений t_atm.

Объем аэробной зоны зависит от среднего часового расхода в период максимального притока сточных вод (Q_max) и рассчитывается по уравнению:

W_аеr = t_н q_ср,

W_аеr =6,7*42=280 м³.

Тогда объем аноксидной зоны рассчитывается по уравнению:

W_дн = t_дн q_ср,

W_дн =2*42=84 м³.

W_общ=W_н+W_дн,

W_общ =280+84=364 м³.

Объем нитрификатора принимаем W_н=280 м³.

Нагрузка на активный ил не должна превышать 150мг/ч×сут

q_i=24L_en/a_i×(1-s)×t_atm,

q_i =24×153/3×(1-0,3)×8,7=201 мг/ч×сут,

что больше допустимой

t_{atm нагр}=24L_en/a_i×(1-s)×q_{i пред},

t_{atm нагр} =24×153/3×(1-0,3)×150=11,7 ч,

W_общ= t_{atm нагр}×q_ср,

W_общ=11,7×42=489 м³,

K_{увелич W}=489/364=1,34,

W_дн= W_дн×K_{увелич W},

W_дн=85×1,34=114 м³,

W_н=280×1,34=375 м³.

Коэффициент учитывающий влияние температуры:

K_T=1+0,02×(T_W-20), где

T_W – среднемесячная температура стоков за летний период;

K_T=1+0,02×(15-20)=0,9.

C_a=(1+h_a/20.6)×C_t , где

C_a – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л;

h_a – глубина погружения аэратора, м;

C_t – растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления;

C_a=(1+3/20.6)×8,67=9,93.

q_air=(q₀×(L_{en max}-L_ex)+1,1(C_{nen max}-C_nex)×4,6)/(K₁×K₂×K₃×K_t×(C_a-C₀)), где

q_air – удельный расход воздуха, м³/м³ очищаемой воды;

q₀ – удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК_полн;

L_{en max} – максимальное БПК сточных вод, мг/л;

C_{nen max} – максимальный аммонийный азот на входе в аэротенк, мг/л;

K₁ – коэффициент учитывающий тип аэратора;

K₂ – коэффициент зависимый от глубины погружения аэраторов;

K₃ – коэффициент качества воды, зависящий от faz/fat;

C₀ – концентрация растворенного кислорода в иловой смеси, мг/л;

q_air=(1,1×(153-10)+1,1(25,5-1)×4,6)/(1,89×2,08×0,85×0,9×(9,93-2))=11,79 м³/ м³.

Расход воздуха:

Q_air=q_ср×q_air ,

Q_air=42×11,79=495 м³/ч.

Минимальная интенсивность аэрации J_{a min}=4 м³/(м²×ч), фактическая интенсивность аэрации J_{a факт}=4,21 м³/(м²×ч), тогда минимальный расход воздуха равен:

Q_{air min}= J_{a min}×F, где

F – площадь аэрируемой зоны, м²;

Q_{air min}=4×117,5=470 м³/ч.

Расход воздуха равен:

Q_air = J_{a факт}×F,

Q_air =4,21×117,5=495 м³/ч.

Циркуляционный расход иловой смеси из нитрификатора в денитрификатор равен:

Q_ц=q_ср×K_ц , где

K_ц – коэффициент циркуляции иловой смеси,

Q_ц=42×0,5=21 м³/ч.

Расход возвратного ила равен:

Q_ил= q_ср×K_ил , где

K_ил – коэффициент рециркуляции ила,

Q_ил= 42×4=168 м³/ч.

Расчетные размеры аэротенка:

Ширина коридора 3 м,

Глубина воды 3,2 м,

Количество линий доочистки 2 шт.,

Количество коридоров 2 шт.,

Объем требуемый 489 м³,

Объем линии требуемый 244,5 м³,

Длина линии требуемая 25,5 м,

Длина денитрификатора 6 м,

Длина нитрификатора 19,5 м,

Принятые размеры:

Ширина коридора 3 м,

Глубина воды 3,2 м,

Количество линий очистки 2 шт.,

Количество коридоров 2 шт.,

Длина биореактора общая 15,5 м,

Длина денитрификатора 6 м,

Объем денитрификатора 115 м³,

Длина фильтра-биореактора 1,5 м,

Длина 2 отстойника 2,4 м,

Длина 1 коридора нитрификатора 8 м,

Длина 2 коридора нитрификатора 11,5 м,

Объем нитрификатора 376 м³,

Площадь нитрификатора 118 м².

Далее, зная объемы аэротенка, рассчитываются сооружения по разделению фаз. Размеры вторичных отстойников определяются по стандартной методике [40].

Расчет аэротенка-нитрификатора

Qср, м3/сут

700

ρорг=

8,0

мг/г/ч

удел. скорость окисления орг. в-в

Qmax, м3/сут

840

ρнитр=

1,75

мг/г/ч

удел. скорость нитрификации

Len max, мг/л

153

ai=

3,0

г/л

общая концентрация ила зольного

Len mid, мг/л

135

tatm.орг=(Len-Lex)/ai(1-s)ρорг=

8,5

ч

продолж. окисления орг. в-в

Lex, мг/л

10

tN=(Cnen-Cnex)/ai(1-s)ρнитр=

6,7

ч

продолж. нитрификации

Cnen max, мг/л

25,5

Wаэроб=qср tatm=

280

м3

объем аэротенка-нитрификатора по скорости нитрификации

Cnex, мг/л

1,0

Ɵаэроб =

11

сут

возраст ила аэробный

11

Тw, С

15

Y

0,6

кг БВБ/кг БПКполн

коэф. прироста биомассы

ha, м

3

Pi=Y(Len mid-Lex)=

75

г БВБ/м3

прирот активного ила

Со, мг/л

2

FSP=Pi Qср / 1000=

52

кг БВБ/сут

суточое кол-во избыт. ила

qo, мг/мг

1,1

Wаэроб=ƟFSP / (ai(1-s))=

274

м3

объем аэротенка-нитрификатора по возрасту ила

qср, м3/ч

42,0

WN

280

м3

объем аэротенка-нитрификатора принятый

Кц

4

tаэр расч

6,7

ч

Кил

0,5

Кt=1+0,02 (Тw-20)=

0,9

коэф., учит. темпер. сточных вод

K2 (табл. 43)

2,08

Ca=(1+ha / 20,6) Ct=

9,93

мг/л

концентр. раств. кисл. воздуха в воде

Сt

8,67

qair=(qo(Len max-Lex)+1,1(Cnen max-Cnex)4,6)/(K1K2K3Kt(Ca-Co))=

11,8

м3/м3

K1 (faz/fat=0,3)

1,89

Qair=qср*qair=

495

м3/ч

расход воздуха

К3 (п. 6.157)

0,85

Ja,min=

4,00

м3/м2/ч

минимальная интенс. аэрации

s, г/г

0,3

Ja,факт=

4,21

м3/м2/ч

фактическая интенс. аэрации

Qц, м3/ч

168

Qair min=Ja,min*F=

470

м3/ч

Qил, м3/ч

21

Qair прин=

495

м3/ч

Len-БПКполн сточных вод на входе в аэротенк; Lex-БПК очищенных стоков; Сnen-аммонийный азот на входе в аэротенк;

Cnex-аммонийный азот в очищенных стоках; Тw-среднемесячная температура стоков за летний период; Кт-коэф., учитывающий

влияние температуры; ha-глубина погружения аэратора; К2-коэф., зависимый от глубины погружения аэраторов;

Со-концентрация растворенного кислорода в иловой смеси; qо-удельный расход кислорода воздуха, мг на 1мг снятой БПКполн;

qср-среднечасовой расход стоков за период аэрации в часы максимального притока стоков;

Сt-растворимость кислорода в воде; К1-коэф., учитывающий тип аэратора; К3-коэф. качества воды, зависящий от faz/fat;

Тw-средмесячная темп. воды за летний период; Кц-коэф. циркуляции иловой смеси; Кил-коэф. рециркуляции ила;

Qц-циркуляционный расход иловой смеси из нитрификатора в денитрификатор; Qил-расход возвратного ила.

Расчет денитрификатора

Qmax, м3/сут

840

qср, м3/ч

42

Расчетный расход после усреднителя

Cnen max, мг/л

25,5

Cnex, мг/л

1,0

N-NO3ex

9

Корг

1,2

Коэффициент пересчета на Кьейдальный азот

s, г/г

0,3

Зольность

Pi, мг/л

75

Прирост активного ила

ρdn, мг/г/ч

3,6

Удельная скорость денитрификации

tDN=(Cnen Kорг-Рi 0,07-N-NO3ex) / (ai (1-s) ρdn)=

2,0

ч

Продолжительность пребывания в денитрификаторе-смесителе

WDN=qсрtDN

85

м3

Объем денитрификатора

Wобщ

365

м3

Суммарный объем нитрификатора и денитрификатора

Гидравлическое время пребывания в биореакторе

tсумм=tN+tDN

8,7

ч

Должно быть больше tорг=

tatm нагр=24Len max/ai(1-s)qi=

11,7

Ч

продолж. аэрации при нагрузке 150 мг/г/ч

qi=24Len/ai(1-s)tatm=

201

мг/г сут

нагрузка на ил д. быть

150

Wобщ

489

м3

Минимальный объем биореактора по максимальной нагрузке на ил

К увелич. W

1,34

Коэффициент увеличения объема

WN

375

м3

Объем нитрификатора

WDN

114

м3

Объем денитрификатора

tN

8,9

Ч

Продолжительность пребывания в нитрификаторе

tDN

2,7

Ч

Продолжительность пребывания в денитрификаторе

Расчетные размеры

Ширина коридора

3

М

Глубина воды

3,2

М

Количество линий очистки

2

шт.

Количество коридоров

2

шт.

Объем требуемый

489,4

м3

Объём линии требуемый

244,7

м3

Длина линии треб.

25,5

М

д. быть больше

114

м3

Длина денитрификатора

6,0

М

Длина нитрификатора

19,5

М

Принятые размеры

Ширина коридора

3

м

д. быть больше

375

м3

Глубина воды

3,2

м

Количество линий очистки

2

шт.

Количество коридоров

2

шт.

Длина биореактора общая

15,5

м

Длина денитрификатора

6

м

Объем денитрификатора

115,2

м3

Длина фильтра-биореактора

1,5

м

Длина 2 отстойника

2,4

м

Длина 1 коридора нитриф.

8,0

м

Длина 2 коридора нитриф.

11,6

м

Объем нитрификатора

376

м3

Площадь нитрификатора

118

м2