Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

14 Ковальчук Очистка стічних вод

.pdf
Скачиваний:
429
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
12.16 Mб
Скачать

При розрахунку краплинних біофільтрів за СНиП 2.04.03-85 спочатку визначається значення коефіцієнта K = Len / Lex . За знайденим значенням K і заданою середньозимовою температурою стічних вод T за таблицею 9.6

вибирають висоту завантаження

H і гідравлічне навантаження на поверхню

біофільтрів qo , а далі знаходять необхідну їх площу в плані

(9.4)

F = Q

/ q

o

, м2 .

доб

 

 

 

СНиП 2.04.03-85 встановлює граничну БПКповн стічних вод, що надходять на краплинний біофільтр, рівною 220 мг/л. Якщо БПКповн стічних вод перевищує 220 мг/л, то необхідно застосовувати рециркуляцію, тобто розбав-

ляти стічні води, що надходять, очищеною водою таким чином, щоб БПКповн суміші стічних вод і рециркуляційної рідини не перевищувала 220 мг/л.

9.6.2. Методи розрахунку високонавантажуваних біофільтрів

Розрахунок високонавантажуваних біофільтрів за окислюваль-

ною потужністю завантаження здійснюється так само, як і розрахунок краплинних біофільтрів (див. розділ 9.6.1).

Окислювальна потужність високонавантажуваних біофільтрів скла-

дає ОП=500-1000 г БПКповн на 1 м3 завантаження за добу.

Метод розрахунку високонавантажуваних біофільтрів за крите-

ріальним комплексом був запропонований у 1959 р. проф. С.В.Яковлєвим. В основу методу покладена функціональна залежність БПК5 стічних вод на

виході з біофільтра Lex від БПК5 стічних вод на вході в біофільтр Len , температури стічних вод T , висоти шару завантаження H та гідравлічного навантаження qo , тобто

Lex = f ( Len , KT , H,qo ),

де KT - константа швидкості біохімічного окислення забруднень, що залежить від температури T і визначається за емпіричним рівнянням

KT = K20 .1,047T20 ,доба1.

(9.5)

При очистці стічних вод на біофільтрах KT

= 0,20 доба-1.

На основі обробки великої кількості власних і закордонних даних С.В.Яковлєв знайшов математичну залежність між вказаними чинниками [5]. Виявилось, що ефект очистки стічних вод, виражений у відсотках через залишкову концентрацію забруднень

E = 100Lex / Len ,%,

(9.6)

має функціональну залежність від критеріального комплексу

251

Ф1

=

10KT H

,

 

 

 

(9.7)

 

qo0,4

 

 

 

тобто

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E = f (Ф ), чи

 

 

10K

T

H

E =

 

 

 

 

 

1

 

 

f

0,4

 

.

 

 

 

 

 

 

qo

 

 

 

Графічна залежність між ефектом очистки Е й критеріальним комплексом Ф1 наведена на рисунку 9.22 (крива 1).

Для визначення допустимого гідравлічного навантаження на поверх-

ню біофільтра при відомих значеннях

Len

і

Lex і прийнятій висоті біофіль-

тра H були отримані наступні рівняння:

 

 

 

 

при Len / Lex

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

o

= [HK

T

/ 0,19 lg( L

 

/ L

)]2,5;

(9.8)

 

 

 

 

 

en

 

ex

 

 

при Len / Lex >

10

 

 

 

 

 

 

 

 

q

o

= [1,63HK

T

/ (lg( L

L )

 

0,69)]2,5.

(9.9)

 

 

 

 

en

ex

 

 

 

При розрахунку високонавантажуваних біофільтрів за критеріальним комплексом спочатку за формулою (9.6) визначається необхідний відносний

ефект очистки стічних вод Е, потім за розрахунковою середньозимовою температурою стічних вод T за формулою (9.5) - значення константи KT , і призначається робоча висота шару завантаження H . Далі за графіком (див. рис. 9.22) знаходиться значення критеріального комплексу Ф1 , яке відповідає необхідному відносному ефекту очистки E .

За отриманим значенням критеріального комплексу Ф1 за рівнянням (9.7) спочатку визначається величина гідравлічного навантаження на поверхню біофільтра qo , а далі за формулою (9.4) - необхідна площа біофільтра в

плані.

Метод розрахунку високонавантажуваних біофільтрів за СНиП

2.04.03-85 є подальшим розвитком методу розрахунку за критеріальним комплексом і грунтується на дослідженнях С.В.Яковлєва і Е.П.Фазулліної, якими встановлено, що на ефект очистки, крім температури стічних вод, висоти шару завантаження і гідравлічного навантаження, суттєво впливають також кількість повітря, що подається у завантаження, крупність завантаження і коефіцієнт рециркуляції.

252

Рис. 9.22. Залежність Е = f (Ф1) :

1 - без врахування впливу повітря;

2 - при подачі повітря у кількості 16 і 32 м3 на 1 м3 стічних вод

Виявилось, що крива 1 на графіку в координатах «Е-Ф» (див. рис.

9.22) відповідає питомій витраті B = 8 м3 повітря на 1 м3 стічних вод [4]. При більших питомих витратах повітря - 10, 12, 14 м33, відповідні криві проходять нижче. Подальше ж збільшення питомої витрати повітря вище 16 м33 не призводить до покращання очистки стічних вод.

На основі виконаних досліджень у критеріальний комплекс, крім висоти біофільтра, температурного коефіцієнта й гідравлічного навантаження, запропоновано ввести питому витрату повітря. З урахуванням впливу повітря, що подається в завантаження, новий критеріальний комплекс має вигляд

Ф2 =

B0,6 KT H

,

 

 

 

(9. 10)

 

qo0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а залежність між відношенням Len /

Lex

 

і критеріальним комплексом Ф2

Len / Lex =

10

α

Ф2 +β

,

 

 

(9.11)

де α і β - емпіричні коефіцієнти, що залежать від Ф2 і B (див. табл. 9.7).

Значення коефіцієнтів α і β

[4]

 

Таблиця 9.7

 

 

 

Питома витрата повітря В,

 

 

Критеріальний

 

 

 

 

м33

 

 

комплекс Ф2

 

α

 

β

8

 

 

 

 

0,662

 

1,51

 

0

 

 

 

 

 

>0,662

 

0,47

 

0,69

10

 

 

 

 

 

0,85

 

1,2

 

0,13

 

 

 

 

 

> 0,85

 

0,4

 

0,83

12

 

 

 

 

 

1,06

 

1,1

 

0,19

 

 

 

 

 

> 1,06

 

0,2

 

1,15

253

Позначивши

K = Len / Lex ,

 

(9.12)

отримаємо

 

 

 

α Ф2 +β

 

(9.13)

Len =

KLex =

Lex 10

.

 

 

Авторами встановлено, що при введенні рециркуляції закономірності очистки стічних вод на високонавантажуваних біофільтрах принципово не відрізняються від закономірностей очистки без рециркуляції. Для врахування

рециркуляції в розрахункові залежності замість Len необхідно вводити значення Lсм - БПКповн суміші очищуваної і рециркуляційної стічної води

Lсм = KLex =

Lex 10

α Ф2 +β

.

(9.14)

 

 

При добовій витраті стічних вод, що надходять на біофільтр Q , добова витрата рециркуляційної води Qp , необхідної для розбавлення очищуваних стічних вод, визначається з формули

Lсм =

LenQ +

LexQp

.

(9.15)

Q +

 

 

Qp

 

Позначивши через n коефіцієнт рециркуляції, який показує відношення рециркуляційної витрати Qp до витрати очищуваних стічних вод Q ,

з попереднього рівняння отримаємо

 

Qp

L

L

 

n =

 

=

en

 

см

 

 

 

 

 

.

(9.16)

Q

L

L

 

 

 

см

 

ex

 

Як вказувалося раніше, гранична БПКповн стічних вод, що подаються на високонавантажувані біофільтри, складає Len = 300 мг/л. Тому, коли

БПКповн очищуваних стічних вод Len перевищує 300 мг/л, - то рециркуляція обов’язкова, а БПКповн суміші стічних вод і рециркуляційної рідини Lсм в

цьому випадку має бути меншою 300 мг/л.

На основі формул, наведених вище, складена таблиця, яка увійшла в СНиП 2.04.03-85 і дозволяє визначити основні технологічні параметри високонавантажуваних біофільтрів (див. табл. 9.8). Розрахунок біофільтрів у цьому випадку здійснюється в наступній послідовності:

1. Визначається коефіцієнт K за формулою (9.12) K = Len / Lex ;

2.Приймаються висота завантаження біофільтрів H (2-4 м) і питома витрата повітря B (8-14 м33);

254

Таблиця 9.8

Значення коефіцієнта К при розрахунку високонавантажуваних біофільтрів

Висота

 

 

Значення коефіцієнта К при середньозимовій

 

 

біо-

 

 

 

температурі стічної води Т, °С

 

 

 

філь-

 

8

 

 

10

 

 

12

 

 

 

14

 

тра

 

 

 

Гідравлічне навантаження qo, м3/(м2.добу)

 

 

 

Н, м

10

20

30

10

20

30

10

20

30

 

10

20

30

2

 

 

 

Питома витрата повітря В=8 м33

 

 

 

3,02

2,32

2,04

3,38

2,5

2,18

3,76

2,74

2,36

 

4,3

3,02

2,56

3

5,25

3,53

2,89

6,2

3,96

3,22

7,32

4,64

3,62

 

8,95

5,25

4,09

4

9,05

5,37

4,14

10,4

6,25

4,73

11,2

7,54

5,56

 

12,1

9,05

6,54

2

 

 

 

Питома витрата повітря В=10 м33

 

 

 

3,69

2,89

2,58

4,08

3,11

2,76

4,5

3,36

2,93

 

5,09

3,67

3,16

3

6,1

4,24

3,56

7,08

4,74

3,94

8,23

5,31

4,36

 

9,9

6,04

4,84

4

10,1

6,23

4,9

12,3

7,18

5,68

15,1

8,45

6,88

 

16,4

10

7,42

2

 

 

 

Питома витрата повітря В=12 м33

 

 

 

4,32

3,88

3,01

4,76

3,72

3,28

5,31

3,98

3,44

 

5,97

4,31

3,7

3

7,25

5,01

4,18

8,35

5,55

4,78

9,9

6,35

5,14

 

11,7

7,2

5,72

4

12

7,35

5,83

14,8

8,5

6,2

18,4

10,4

7,69

 

23,1

12

8,83

3.За таблицею 9.8 в залежності від розрахункової середньозимової температури стічних вод T , значень K, H і B знаходять розрахункове гідравлічне навантаження qo , м3/(м2.добу);

4.При відсутності у таблиці 9.8 значень K, рівних знайденому, розглядають два значення коефіцієнта K1 > K і K2 < K . Якщо вибирається більше

значення K1 (а значить K1 Lex > Len ), то очистка здійснюється без рециркуляції; якщо приймається менше значення K2 ( K2 Lex < Len ), то

необхідно здійснювати рециркуляцію; 5. При очистці без рециркуляції необхідна площа поверхні біофільтрів складе

F = Q / qo , м2

,

(9.17)

1

 

 

де qo1 - розрахункове гідравлічне навантаження, що відповідає значенню прийнятого коефіцієнта K1 , м3/(м2.добу);

6.При здійснені рециркуляції площу поверхні біофільтрів визначають за формулою

F = Q(1+ n) / qo , м2

,

(9.18)

2

 

 

255

де n - коефіцієнт рециркуляції; qo2 - розрахункове гідравлічне навантаження,

що відповідає значенню прийнятого коефіцієнта K2 , м3/(м2.добу).

Коефіцієнт рециркуляції визначається із врахуванням граничної БПКповн стічних вод Lсм , що може подаватись на біофільтр для досягнення вибраного за таблицею 9.8 значення коефіцієнта K2 . Тобто спочатку знаходять Lсм = K2 Lex , а потім за формулою (9.16) - коефіцієнт рециркуляції n.

Якщо розміри біофільтрів можуть бути знайдені в декількох варіантах, то необхідно здійснити їх техніко-економічне порівняння з урахуванням капітальних і експлуатаційних витрат.

Розрахунок високонавантажуваних біофільтрів за методом

Рис. 9.23. Вплив навантаження на біофільтр на ефект очистки і якість очищених стічних вод [1]:

1 - біофільтри з навантаженням А<200 г БПК5/(м3.добу); qo =0,2 м3/(м2.год); Е>85% (в середньому 92%); Lex <20 мг БПК5/л; 2 - біофільтри з навантаженням 200<А<400 г

БПК5/(м3.добу); 0,4< qo <0,8 м3/(м2.год); Е>80 % (в середньому 88 %); Lex <25 мг БПК5/л; 3 - біофільтри з навантаженням 450<А<750 г БПК5/(м3.добу); 0,6< qo <1,2 м3/(м2.год); Е>75 % (в середньому 83 %); Lex <30 мг БПК5/л; 4 - біофільтри з наван-

таженням А>750 г БПК5/(м3.добу); qo >1,2 м3/(м2.год); Е<75 %; Lex >30 мг БПК5/л. 256

Г.Рінке грунтується на залежності між ефектом очистки стічних вод на біофільтрах і їх об’ємним навантаженням (рис. 9.23), встановленій автором на основі даних по експлуатації 25 очисних станцій. Встановлена залежність описується рівнянням [7]

E = 0,930,00017 A,

(9.23)

де E - ефективність очистки стічних вод на біофільтрі по БПК5, частка одиниці; A - об’ємне навантаження на біофільтр, г БПК5/(м3.добу).

При цьому при наявності рециркуляції очищених стічних вод ефективність очистки визначається за формулою

E =

( Lсм

Lex ) / Lсм ,

(9.24)

а при її відсутності - за формулою

 

 

E =

( Len

Lex ) / Len ,

(9.25)

де Len - БПК5 стічних вод, що надходять на біофільтр (при відсутності рециркуляції), мг/л; Lсм - БПК5 суміші стічних вод і рециркуляційної рідини, що надходить на біофільтр, мг/л; Lex - БПК5 очищених стічних вод, мг/л.

Рівняння (9.23) справедливе для біофільтрів з висотою 2,2-4,3 м і діаметром матеріалу завантаження 40-80 мм, у діапазоні навантажень 150-1200 г БПК5/(м3.добу), при температурі стічних вод 16 °С (рециркуляція не повинна перевищувати 100 %) [8,9]. У випадку іншої розрахункової температури рівняння Рінке може бути записане у наступному вигляді

 

E =

0,93

0,00071A / K,

 

 

 

(9.26)

де K - коефіцієнт, що враховує температуру стічних вод (див. табл. 9.9).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 9.9

Залежність коефіцієнта K від розрахункової температури

 

 

 

 

 

стічних вод [9]

 

 

 

 

 

Температура, °С

9

 

10

 

12

14

16

18

20

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

0,72

 

0,76

 

0,83

0,87

1

1,1

1,2

 

1,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунок біофільтрів за методом Рінке здійснюється в наступній послідовності:

1.За значеннями Len і Lex визначається необхідний ефект очистки стічних вод Е;

2.Якщо отримане значення Е < 0,8, то очистка стічних вод на біофільтрах

здійснюється без рециркуляції, а навантаження на біофільтри по БПК5 визначається за формулою

A = K(0,93E) / 0,00017, г / (м3.добу).

(9.27 )

257

3.Якщо отримане значення Е > 0,8, то очистка стічних вод на біофільтрах здійснюється з рециркуляцією. При цьому розрахунковий ефект очистки

стічних вод приймається в межах E1 = 0,75-0,8, навантаження на біофільтр A1 визначається за прийнятим ефектом E1 за попередньою формулою (9.27), а БПК5 суміші стічних вод і рециркуляційної рідини - за прийнятим ефектом очистки E1 за формулою

Lсм =

Lex

/ (1E1);

(9.28)

4. Для біофільтрів без рециркуляції визначається об’єм завантаження

(9.29)

W =

QL

 

/ A, м3 ,

 

en

 

 

і площа біофільтра у плані

 

 

(9.30)

F =

W / H, м2 ,

де Q - добова витрата очищуваних стічних вод, м3/добу; Н - висота біофільтра, м.

5. Для біофільтрів з рециркуляцією визначаються коефіцієнт рециркуляції

 

 

n = ( L

 

L ) / ( L

L

),

(9.31)

 

 

en

 

см

см

ex

 

об’єм завантаження

 

 

 

/ A , м3

 

(9.32)

 

 

W = Q(1+

n) L

,

 

 

1

 

 

см

 

1

 

 

і площа біофільтра в плані

 

;

 

(9.33)

 

 

F =

W / H, м2

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

6. Гідравлічне навантаження на поверхню біофільтрів без рециркуляції

 

 

qo = Q / 24F, м3 / (м2 .год),

(9.34)

і з рециркуляцією

 

 

 

 

 

 

(9.35)

q

o

= Q(1+

 

n) / 24F , м3

/ (м2 .год)

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

повинно при цьому знаходитись в межах 0,2-1,5 м3/(м2.год).

9.6.3. Розрахунок вежних біофільтрів

Визначення об’єму вежних біофільтрів здійснюється за допустимим добовим навантаженням по БПКповн на 1 м3 об’єму завантаження

W = Q( L

L ) / A, м3

,

 

(9.36)

en

ex

 

 

 

де Q - розрахункова витрата стічних вод, м3/добу; L

і L

- БПКповн від-

 

 

en

ex

повідно неочищених і очищених стічних вод, мг/л; А - допустиме навантаження, г БПКповн на 1 м3 завантаження за добу (табл. 9.10).

258

 

 

 

 

 

 

Таблиця 9.10

 

Допустиме навантаження на вежні біофільтри [10]

 

БПКповн

 

 

Навантаження по БПКповн, кг/(м3.добу), при

 

очищеної

 

 

середньозимовій температурі стічної води, оС

 

води, мг/л

 

8

 

10

12

 

14

20

 

800

 

1000

1200

 

1400

30

 

1300

 

1500

1600

 

1800

40

 

1600

 

1700

2000

 

2200

50

 

1900

 

2000

2200

 

2500

Висота завантаження вежних біофільтрів приймається в залежності

від БПКповн стічних вод, що подаються на очистку. При БПКповн стічних вод 250, 300, 350, 450 і 500 мг/л висота завантаження приймається рівною відпо-

відно 8,10, 12, 14 і 16 м.

Як і високонавантажувані, вежні біофільтри також можуть розраховуватись за критеріальним комплексом. Д.Ф.Харитонов запропонував для розрахунку вежних біофільтрів критеріальний комплекс наступного виду [4]

Ф =

K

T

H 0,67 / q0,5

,

(9.37)

3

 

o

 

 

де KT - константа швидкості біохімічного окислення забруднень, доба-1; H - висота завантаження біофільтра, м; qo - гідравлічне навантаження на поверхню біофільтра, м3/(м2.добу).

Величина критеріального комплексу Ф3 при цьому встановлюється за кривою 1, зображеною на рис. 9.22.

9.6.4. Розрахунок біофільтрів із площинним завантаженням

Ефективність очистки стічних вод на біофільтрах із площинним завантаженням залежить від кількості органічних забруднень, що припадає за добу на одиницю площі поверхні завантаження чи на одиницю об’єму біофільтра: із зменшенням органічного навантаження ефективність очистки збільшується й навпаки. Однак при цьому гідравлічне навантаження повинно бути достатнім для забезпечення плівкового режиму руху рідини по поверхні завантаження. Недостатнє гідравлічне навантаження погіршує ефект очистки стічних вод. Наприклад, при питомій площі поверхні завантаження 330 м23 гідравлічне навантаження повинно бути не меншим 180 м3/(м2.добу), а при питомій поверхні 90 м32 - не меншим 36 м3/(м2.добу). Тому біофільтри із площинним завантаженням дуже часто працюють із рециркуляцією. Максимальна БПКповн стічних вод, що подаються на такі біофільтри, складає 250 мг/л.

259

Найпростішим методом розрахунку біофільтрів із площинним заван-

таженням є розрахунок за окислювальною потужністю завантаження. Він здійснюється за тими само формулами, що і розрахунок біофільтрів інших типів (див. розділи 9.6.1 і .9.6.2).

При повній біологічній очистці міських стічних вод окислювальна потужність пластмасового завантаження в залежності від його виду може

досягати 2,7 кг, а при неповній біологічній очистці - 4,5 кг БПКповн на 1 м3 за добу [10].

Метод розрахунку біофільтрів з площинним завантаженням за критеріальним комплексом запропонований проф. Ю.В.Вороновим грунтується на відомій функціональній залежності між БПК5 очищених стічних вод

Lex і рядом інших чинників, що характеризують процес очистки стічних вод на біофільтрах [4]

Lex = f ( Len ,qоб , Sпит ,T, H, B, P).

(9.38)

Аерація біофільтрів з площинним завантаженням здійснюється природним шляхом, тому можна вважати, що кількість повітря, яка надходить у завантаження, звичайно достатня для біохімічного процесу, а чинник B - питому кількість повітря можна не брати до уваги.

Чинники Len - БПК5 неочищених стічних вод, мг/л, qоб - об’ємне гідравлічне навантаження, м3/(м3.добу), і Sпит - питома поверхня заванта-

ження, м23, можуть бути виражені через питоме органічне навантаження N - масу органічних забруднень по БПК5, яка надходить за добу в розрахунку на одиницю площі поверхні завантаження біофільтра

N = L .q

об

/ S

пит

, г / (м2 .добу).

(9.39)

en

 

 

 

Таким чином, функціональну залежність (9.38) можна записати у ви-

гляді

=

 

 

 

 

Lex

f (T, H, N , P),

(9.40)

де T - температура стічних вод, °С; H - висота шару завантаження, м; P - пористість завантаження, %.

На основі обробки значної кількості експериментальних даних була

отримана крива залежності БПК5 очищених стічних вод Lex

від критеріаль-

ного комплексу (рис. 9.24)

 

η = PHKT / N ,

(9.41)

де KT - константа швидкості біохімічного окислення забруднень, що визна-

чається за рівнянням (9.5), доба-1.

Отримана залежність може бути виражена в табличній (табл. 9.11) чи в аналітичній формі [4]:

260

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]