. Піскоуловлювачі необхідно передбачати при продуктивності очисних споруд понад 100 м 3 /доб. Число піскоуловлювачів і їх відділень дорівнює двом (усі відділення робочі).Піскоуловлювачі розраховують на максимальний приплив стічних вод, параметри перевіряють на пропуск мінімальної витрати.
Піскоуловлювачі вибирають з урахуванням продуктивності очисних споруд, схеми очищення стічних вод і обробки осаду, характеристик зважених речовин.
Довжину піскоуловлювачів визначають за формулою:
(5.10),де k – коефіцієнт, що дорівнює 1,7 при гідравлічній крупності U0 = 18,7 мм/с і розрахунковому діаметрі часток піску 0,2 мм; V – швидкість руху води у піскоуловлювачі, для горизонтальних піскоуловлювачів V = 0,3 м/с; Нs– розрахункова глибина піскоуловлювача, приймаємо Нs = 0,8 м.
Загальна будівельна глибина піскоуловлювачів:
(5.11),де hборт – висота бортів над рівнем води в пісковловлювачі,
hборт = 0,3м;
h2 – висота шару осаду;
(5.12)Площа піскової площадки:
(5.13)Розрахунок первинного відстійника. Первинні відстійники розраховують відповідно до СНіПу при кінетичному осадженні суспензії з урахуванням необхідного ефекту освітлення. Число первинних відстійників слід приймати не менше двох. Концентрація зважених речовин у воді, що надходять на біологічне очищення, не менше 150мг/л.
Ефект освітлення у відстійниках, % визначають за формулою:
(5.14)Загальна довжина знаходиться за формулою:
м (5.15)Ширина відділень відстійника:
(5.16)Розрахунок аеротенка-витиснювача. При проектуванні аеротенків будь-яких типів необхідно розрахувати період аерації й об’єм споруд.
Період аерації в аеротенках-витиснювачах:
год (5.17)де
– коефіцієнт інгібування продуктами розпаду активного мулу, прийнятий для міських стічних вод 0,07 л/г; аi – доза мулу;
ρmax – максимальна швидкість окислювання для міських стічних вод приймається 85 мг БПКповн/ (м·год);
C0 – концентрація розчиненого кисню в аеротенку, допускається приймати 2 мг/л;
S – зольність мулу, прийнята в частках одиниці, рівної 0,3;
К0 – константа, що характеризує вплив кисню для міських стічних вод, приймається 0,625 мгО2/л;
Кр– коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього перемішування: Кр = 1,5 мг/л при біологічному очищенні до Lex = 15 мг/л; Кр = 1,25 при Lex більше 30мг/л.
Для проміжних значень Lex величину Кр визначають інтерполюванням;
Len – БПКповн стічної води, що надходить в аеротенк, з урахуванням зниження БПКповн при первинному відстоюванні;
Lex – БПКповн очищеної стічної води, мг/л, визначеної за необхідним ступенем очищення стічних вод;
Кl – константа, що характеризує властивості органічних забруднюючих речовин, рівна для міських стічних вод 33 мг БПКповн/л;
Lmix– БПКповн стічної води, що надходить на початок аеротенка-витиснювача з урахуванням розведення циркуляційним мулом.
(5.18)де Ri– ступінь рециркуляції активного мулу, визначають за формулою:
(5.19)де Ji – муловий індекс, прийнятий за табл. 5.2
Таблиця 5.2 – Муловий індекс
| Навантаження на мул qi, мг/(м доб) | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 |
| Муловий індекс Ji, см3/м | 130 | 100 | 70 | 80 | 95 | 130 |
У всіх випадках період аерації повинен бути не менше двох годин.
Для уточнення значення мулового індексу варто розрахувати навантаження на мул, БПКповн на 1 м без зольної речовини мулу за добу за формулою:
мг/(г доб) (5.20)де tat – період аерації, год.(розраховано раніше).
Місткість аеротенка-витиснювача визначають урахуванням циркуляційної витрати:
м3(5.21)де qW – розрахункова витрата, що дорівнює середньо годинному значенню години максимального припливу стічних вод, м3/год.
Приріст активного мулу визначають за формулою:
мг/л (5.22)де Сcdp– концентрація зважених речовин у стічній воді, що надходить в аеротенк, не більше 150 мг/л;
Kg– коефіцієнт приросту, для міських і близьких до них за складом виробничих стічних вод Kg=0,3.
При концентрації органічних забруднень у стічних водах, що виражаються їх кисневим еквівалентом БПКповн, більше 150 мг/л, аеротенки проектують з регенераторами [7].
Приймаємо аеротенк з робочою глибиною аеротенку = 3,2 м, кількість секцій = 6; кількість коридорів = 3; ширина коридору – 6 м. Довжину коридору необхідно розрахувати через інші підібрані параметри.
Об'єм одного коридору аеротенку:
м3
(5.23)Висновок: тривалість аерації при очищенні стічних вод в кількості 70 000 м/добу при БПКповн стічної води, що надходить до системи очищення, 173,36 мг/л із середньою швидкістю окислення 54,3 мг/год. відбувається протягом 3,45 год. В таких умовах необхідний об'єм аеротенку 20 827,74 м3 з робочою глибиною 3,2 м кількістю секцій – 6, кількість коридорів в кожній секції – 3; ширина кожного коридору 6 м, довжина – 42 м. Приріст мулу в аеротенку 173,36 мг/л; загальна витрата повітря в даному аеротенку складає 240 000 мг /м.
РОЗДІЛ 6 ПРОЦЕСИ У БІОТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
6.1 Біохімічні процеси, що протікають при очищенні стічних вод у аеротенках
При аеробному очищенні стічних вод протікають два основних біохімічних процеси: окислення органічного вуглецю і нітрифікація. В результаті утворюється біомаса активного мулу, склад якої змінюється в деяких межах залежно від складу забруднень і умов очищення. Типовий вміст основних елементів в біомасі активного мулу, г/кг: C – 400–600; H – 50–80; O – 250–350;N – 80–120; P – 10–25; S – 5–15; Fe – 5–15.
Окислення органічних забруднень мікроорганізмами можна представити як сукупність реакцій енергетичного і конструктивного обміну зі споживанням органічної речовини, наприклад, з формулою складу CxHyOz і утворенням біомаси умовного складу (в мольних співвідношеннях) С5H7O2N (близького до хімічного складу активного мулу більшості очисних споруд).
Енергетичний обмін (повна мінералізація органічної речовини):
+
(6.1)Конструктивний обмін (синтез клітинної речовини) при використанні нітратів в якості джерела азоту для мікроорганізмів:
(6.2)при використанні амонійного азоту мікроорганізмами:
(6.3)Знаючи відношення виходу біомаси до спожитого субстрату (в даному випадку C5H7O2N до CxHyOz), тобто економічний коефіцієнт Yx/s, можна скласти сукупний матеріальний баланс реакції окислення органічних забруднень з урахуванням енергетичного і конструктивного обміну.
Утворений мул може в подальшому мінералізуватися:
(6.4)У цьому випадку на 1 мг активного мулу споживається 1,42 мг O2 (величина ХПК 1 мг активного мулу).
Повну мінералізацію (без утворення біомаси) білкових компонентів умовного складу CH1,58O0,325N0,259S0,007 (вміст атомів елементів в молекулі білка приведено в перерахунку на 1 атом вуглецю) можна представити таким чином:
(6.5)Для повного окиснення 1 г білку наведеного вище складу потрібно 1,48 г кисню, 1 г вуглеводів – 1,07 г, 1 г жирів – 2,9 г кисню.
Співвідношення конструктивного і енергетичного обмінів у мікроорганізмів активного мулу змінюється в залежності від складу біоценозу, якості стоків і ступеня очищення. З підвищенням віку мулу це співвідношення падає і, відповідно, зменшується кількість надлишкового активного мулу. Для мікрофлори, яка формує ущільнені ценози, такі як біоплівки, характерно майже повне використання субстрату на підтримку життєдіяльності організмів незалежно від росту клітин. Це обумовлює низький вихід біомаси від субстрату і незначний її приріст. Для легко деградуючих субстратів зі збільшенням співвідношення БПК/ХПК на 1 г споживаного кисню біомаси утворюється менше.
На стадії окислення органічних сполук утворюється NH4+, Який може залучатися до процесів нітрифікації. Нітрифікація протікає у 2 стадії:
(6.6)Енергетична реакція першої фази нітрифікації має вигляд:
(6.7)друга фаза нітрифікації:
(6.8)загальна енергетична реакція нітрифікації:
(6.9)Синтез клітинної речовини при нітрифікації (конструктивний обмін) можна представити таким чином:
(6.10)Сукупні реакції енергетичного і конструктивного обміну для першої фази:
(6.11)для другої фази:
(6.12)При окисленні амонійних іонів вихід біомаси бактерій р. Nitrosomonas становить близько 0,147 мг на 1 мг окисленого азоту, а р. Nitrobacter– 0,02 мг/мг азоту нітритів. Близько 2% азоту включається в клітинну масу, а решта переходить в нітратний азот.
За стехіометричними розрахунками кисню на нітрифікацію витрачається: на першу стадію 3,16 мг/мг азоту; на другу стадію 1,1 мг/мг N; загальне споживання кисню 4,26 мг/мг N.
Нітрифікація супроводжується утворенням іонів водню. Ступінь зниження pH залежить від лужності середовища, що зумовлює виділення або зв'язування CO2, буферної ємності середовища та кількості окисленого амонійного азоту. Втрата лужності становить 7,14 мг по карбонату кальцію на 1 мг окисленого азоту, і може знадобитися нейтралізація рідини, наприклад за допомогою Ca(HCO3)2, відповідно до рівняння:
(6.13)Окислення NH4+нітрифікаторами є лімітуючої швидкість стадією в сукупному процесі очищення в спорудах, що працюють на повну біологічну очистку. Нітрифікація починається після використання гетеротрофних мікроорганізмами органічної речовини і зростання концентрації розчиненого кисню в середовищі, тому поява нітратів в середовищі свідчить про глибокої біологічну очистку та є показником санітарної оцінки процесу очищення. Швидкість нітрифікації може бути збільшена при проведенні стадій окислення вуглецю і нітрифікації окремо.
У застійних зонах споруди, в яких аерація ускладнена, можуть розвиватися анаеробні процеси, в першу чергу денітрифікація:
(6.14)і сульфатредукція:
(6.15)З одного боку, денітрифікація ускладнює нормальну експлуатацію вторинних відстійників аеротенків, оскільки частинки активного мулу насичуються бульбашками газоподібного N2 і гірше відокремлюються від рідини у вторинному відстійнику, порушуючи нормальний режим роботи відстійників. З іншого боку, денітрифікація є корисним процесом; її використовують для видалення азоту з води. Джерелом енергії для денітрифікації в таких випадках служать або органічні сполуки стічних вод, або спеціально додаються органічні субстрати .
6.2 Розрахунок матеріального балансу
Продуктивність по стічній воді приймаємо:
(6.16)Першою стадією очищення води за схемою є решітки. Грати вловлюють великі тверді частинки (сміття). Після решіток вода, яка не містить великих часток забруднення прокачується через пісколовку де осідають дрібніші зважені частинки. Пісок відводиться в нижній частині пісколовки у вигляді шламу. Втрати води зі шламом приймаємо рівними 3%.
Приймаємо вміст завислих часток в стічній воді:
(6.17)Матеріальний баланс пісколовки. Приймаємо що 40% всіх завислих часток в стічній воді становить досить велика фракція, що осідає у пісколовці, інші частки занадто дрібні і проходять на наступні стадії очищення.
Тоді концентрація твердих завислих часток у воді на виході з пісколовки складе:
(6.18)А вміст піску в стічній воді становить:
(6.19)Витрата води, що втрачається з шламом у піскоуловлювачі становить:
(6.20)Витрата стічної води на подальшу очистку складе:
(6.21)Кількість твердої фази, що надходить в піскоуловлювач з водою складе:
(6.22)Кількість твердої фази, що йде з пісколовки з шламом:
1 2 3 4