Лабораторная работа №3. Биохимическая очистка сточных вод. Расчет аэротенка

Цель работы: Приобретение знаний и навыков по расчету процессов и сооружений биологической очистки сточных вод.

Вводная часть

Биохимические методы очистки сточных вод основаны на способности микроорганизмов использовать многие загрязняющие вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК. БПК – это биохимическое потребление кислорода, или количество использованного кислорода для биохимического окисления органических веществ в воде, мг О2/мг вещества, за определенный промежуток времени (например, БПК₅ – за 5 суток).

БПК_полн – полная биохимическая потребность кислорода до начала процессов нитрификации.

ХПК – химическое потребление кислорода, или количество кислорода, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде.

Биохимическая очистка проводится в естественных и искусственных сооружениях. Естественными сооружениями являются поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды. Искусственные сооружения биологической очистки целесообразно делить на три группы:

1) сооружения, в которых активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки (биофильтры);

2) сооружения, в которых активная биомасса находится в воде в свободном (взвешенном) состоянии (аэротенки, окситенки);

3) сооружения, в которых сочетаются оба варианта (погружные биофильтры, биотенки, аэротенки с заполнителями).

Активный ил (АИ), или активная биомасса состоит из живых организмов и твердого субстрата, представляет собой амфотерную коллоидную систему. Субстрат (до 40% в АИ) представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и других веществ, к которым прикрепляются микроорганизмы. Биопленка имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1-3мм и более, от серовато-желтого до темно-коричневого цвета.

Аэротенк представляет собой открытый бассейн, оборудованный устройствами принудительной аэрации. Это - аппарат с постоянно протекающей сточной водой, во всей толще которой развиваются аэробные микроорганизмы, потребляющие субстрат, т.е. загрязнение этой сточной воды. Сточная вода непрерывно перемешивается и аэрируется до насыщения кислородом воздуха.

Аэротенки могут быть классифицированы по гидродинамическому режиму их работы: 1) аэротенки идеального вытеснения; 2) аэротенки идеального смешения; 3) аэротенки промежуточного типа.

Окситенки предназначены для биологической очистки сточных вод и могут быть использованы как самостоятельные сооружения или в двухступенчатой схеме в сочетании с аэротенками. В окситенках вместо воздуха применяется технический кислород, благодаря чему создаются условия для повышения дозы ила и его активности, снижаются прирост ила и энергозатраты на аэрацию, увеличивается окислительная мощность и снижаются эксплуатационные расходы очистных сооружений.

Биологический фильтр — это очистное сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая преимущественно из аэробных микроорганизмов. Очистка сточных вод осуществляется вследствие жизнедеятельности указанных микроорганизмов.

Задача технологического расчета аэротенков – определение основных параметров системы (длительность аэрации, расход воздуха, объем), по которым устанавливаются размеры сооружения. Типовые аэротенки имеют размеры 36-114 м длины, 8-36 м ширины и 3-5 м глубины. Имеются следующие типовые данные:

- число коридоров – 2, 3 и 4;

- ширина коридоров – 4, 5, 6 и 9 м;

- шаг длины коридора – 6 м (длина стандартной панели);

- рабочая глубина – 3,2; 4,4 и 5 м.

Методика расчета

1. Длительность аэрации рассчитывается по формуле:

, ч, (3.1)

где L₀ и L₁ – БПК_полн поступающей сточной и очищенной воды, мг/л;

а – концентрация ила в аэротенке, г/л;

- скорость окисления загрязнения на 1 г сухой биомассы, мг (БПК)/(г.ч).

2. Удельный расход воздуха:

, м³ воздуха/ м³ ст. воды, (3.2)

где z=2мг(О₂)/мг(БПК) – удельный расход кислорода;

k₁ – коэффициент, учитывающий тип аэратора, являющейся функцией площади, занятой аэраторами по отношению к площади зеркала воды в аэротенке;

k₂=h^0,67 – коэффициент, учитывающий глубину погружения аэратора (например, h=3 м);

n1 - коэффициент учета температуры при t=20⁰ С, табл. 3.1;

n2 – коэффициент качества воды;

с – растворимость кислорода, мг/л;

b – допустимая минимальная концентрация кислорода, которая не лимитирует скорости окисления, принимаем b=3 мг/л.

Таблица 3.1 - Коэффициент учета температуры n₁

t, 0С	5	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28
с, мг/л	12,8	11,3	10,8	10,3	9,8	9,4	9,0	8,7	8,3	8,0	7,7
n1	0,5	0,63	0,69	0,76	0,83	0,91	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4

3.Объем аэротенка:

, м³ , (3.3)

где Q – расход сточной воды, м³/ч.

4. Конструктивные размеры аэротенка можно принимать из конструкционных соображений, в зависимости от объема сооружения:

4.1. Рабочая глубина H принимается из типовых размеров, H=3,2 м.

4.2. Площадь зеркала воды в аэротенке:

S=V/H, м² . (3.4)

4.3. Длину аэротенка определяем по формуле:

, м . (3.5)

Полученное значение L округляем до ближайшего значения, кратного шагу длины коридора (6м).

4.4. Ширина аэротенка:

В=S/L, м. (3.6)

Полученное значение В округляем до ближайшего значения, кратного типовым размерам ширины коридоров (B_i=4,5,6 или 9 м), при этом число коридоров должно получиться 2, 3 или 4:

N=B/B_i . (3.7)

Таблица 3.2 – Исходные данные

Номер варианта	Сточные воды производства	Q, м3/ч	L0, мг/л	L1, мг/л	, мг/(г*ч)	n2	k1	a, г/л
8	фенола	550	450	3	14	0,25	0,3	8