2015-06-10
6396
Пример 6.1. Определить возможность совместной биологической очистки производственных и бытовых сточных вод при следующих исходных данных: БПКполн смеси сточных вод, поступающих в аэротенки, Lа = 600 мг/л; концентрация азота в сточных водах С N = 22 мг/л; концентрация фосфора С P = 4 мг/л; расход сточных вод Q = 5000 м3/сут.
Решение. В соответствии с требованиями содержание биогенных элементов в сточных водах при биологической очистке зависит от БПКполн поступающих сточных вод. При этом должны выдерживаться следующие соотношения:
С N min= 5 Lа /100; С P min = 1 Lа /100.
Проверяем эти соотношения:
С N min = 5·600/100 = 30; С P min = 1·600/100 = 6.
Таким образом, в сточных водах имеется недостаток азота и фосфора, мг/л:
С N min - С N = 30 - 22 = 8;
С P min - С P = 6 - 4 = 2.
Для обеспечения нормального хода биологических процессов в аэротенках следует добавить необходимое количество биогенных элементов. В качестве добавок используют хлорид аммония, нитрат аммония, гидроортофосфат аммония, гидроортофосфат калия, гипофосфит кальция и др. Необходимое количество добавляемых веществ определятся по следующим формулам:
при введении азотсодержащих веществ, кг/сут:
;
при введении фосфорсодержащих веществ, г/сут:
,
где (С N min - С N) и (С P min - С P) - недостающее количество азота и фосфора в сточных водах, кг/м3; Х 1и Х 2- молекулярные массы азотсодержащих и фосфорсодержащих веществ; Х а, Х ф- атомные массы азота и фосфора (равны соответственно 14 и 31); п Nи n P - количества атомов азота и фосфора в молекулах применяемых биогенных добавок.
В качестве биогенных добавок применяем хлорид аммония NH4C1 и гипофосфит кальция Са(Н2РО2)2. Подсчитаем суточные расходы добавок в расчете на 100 % продукта, кг/сут:
;
.
При приготовлении растворов биогенных веществ и их дозировании применяют такое же оборудование, как и при коагуляции или нейтрализации. Сточные воды после добавки в них биогенных веществ подаются в аэротенки.
Пример 6.2. Рассчитать число мелкопузырчатых аэраторов из фильтросных пластин и дать рекомендации по их расположению при следующих данных: суточный расход воздуха, подаваемый в одну секцию четырехкоридорного аэротенка, D расч = = 6875 м3/ч; ширина коридора В = 6 м; длина коридора l a = 78 м; рабочая глубина Н = 4,4 м.
Решение. В качестве аэраторов принимаем керамические фильтросные пластины размером 300×300 мм с удельным расходом воздуха q пл = 80…120 л/мин на одну пластину.
Определим требуемое число пластин:
.
Для обеспечения благоприятных условий биологического окисления загрязнений, содержащихся в сточных водах и имеющих различные скорости окисления, назначаем число рядов фильтросных пластин в I, II, III и IV коридорах соответственно 3, 2, 2 и 1 шт. Число фильтросных пластин в одном ряду:
,
где n p – общее количество рядов фильтросных пластин.
Общая площадь, занимаемая фильтросными пластинами, м2:
f = (0,3·0,3) n пл = 0,09·1146 = 103,
что составляет 5,5 % площади дна аэротенка F, равной 1872 м2.
Ряды фильтросных пластин располагаем с одной стороны аэротенка на расстоянии 0,6-0,8 м от стены (см. рис. 6.2), что способствует созданию вращательного движения смеси обрабатываемой сточной воды и активного ила.
Пример 6.3. Рассчитать воздуходувное хозяйство (рис. 6.12) станции аэрации и подобрать воздуходувки при следующих исходных данных. На очистных сооружениях запроектировано четыре четырехкоридорных аэротенка с длиной одного коридора l a= 78 м, шириной В = 6 м и рабочей глубиной Н = 4,4 м. В проекте приняты мелкопузырчатые аэраторы из фильтросных пластин. Общее количество воздуха, подаваемое в аэротенки, Q возд = = 43200 м3/ч.
| Рис. 6.12. Расчетная схема воздуховодов: I- здание воздуходувной станции; II - воздухопроводная сеть; III - секции аэротенков |
Решение. Требуемый общий напор воздуходувок, м:
Н общ = h тр + h м + h ф + Н,
где h тр - потери напора по длине воздуховодов от воздуходувки до наиболее удаленного стояка, м; h м - потери напора на местные сопротивления в воздуховодах, м; h ф - потери напора в фильтросных пластинах, равные 0,7 м.
Воздуховоды рассчитываем исходя из наиболее экономически выгодной скорости движения воздуха: в распределительных и общем воздуховоде υ= 10…20 м/с; в воздухоподводящих стояках υ = 4…10 м/с.
Для расчета воздуховодов используем таблицы потерь напора в вентиляционных трубопроводах при температуре воздуха 20 оС и давлении 0,1 МПа (табл. 6.13).
Таблица 6.13
Параметры для расчета воздуховодов
| Диаметр воздухо-вода, мм | Расход воздуха, м3/ч (над чертой), и скорость, м/с (под чертой), при потерях напора i, мм/м | |||||||
| 0,056 | 0,1 | 0,17 | 0,25 | 0,37 | 0,55 | 1,7 | ||
0,002
 1,2
0,014
 1,8
0,042
 2,25
0,09
 2,75
0,156
 3
0,264
3,5
0,395
 4
0,57
 4,5
0,78
 5
1,02
5
1,67
 6
2,5
 7
3,62
7
4,87
 8
6,5
 8
| 0,003
1,6
0,019
2,5
0,057
3
0,122
4
0,22
4,5
0,357
5
0,542
6
0,775
6
1,07
7
1,38
7
2,29
8
3,37
9
4,89
10
6,6
10
8,9
12
| 0,004
2
0,025
3
0,074
4
0,16
5
0,285
6
0,474
7
0,703
7
1,03
8
1,39
9
1,84
9
2,98
10
4,5
12
6,4
12
8,75
14
11,7
14
| 0,005
2,5
0,031
4
0,092
5
0,198
6
0,35
7
0,582
8
0,875
9
1,25
10
1,72
10
2,26
12
3,63
12
5,52
14
7,85
16
10,8
16
14,3
18
| 0,006
3
0,038
4,5
0,112
6
0,242
8
0,435
9
0,71
10
1,08
12
1,53
12
2,12
14
2,76
14
4,5
16
6,7
18
9,7
20
–
–
| 0,007
3,5
0,046
6
0,136
8
0,296
9
0,525
10
0,878
12
1,31
14
1,89
14
2,58
16
3,34
18
5,53
20
–
–
–
–
| 0,01
5
0,063
8
0,188
10
0,404
12
0,73
14
1,2
16
1,8
18
2,57
20
–
–
–
–
–
–
–
| 0,013
7
0,084
10
0,248
14
0,54
16
0,835
20
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
|
На изменение температуры вводится поправка:
,
где ρ t - плотность воздуха при расчетной температуре и давлении 0,1 МПа, кг/м3; ρ20 - плотность воздуха при расчетной температуре 20 оС и давлении 0,1 МПа, кг/м3.
При расчетной температуре 30 оС по табл. 6.14 находим аt = = 0,98.
Таблица 6.14
Поправочные коэффициенты на изменение температуры
| Т, оС | аt | Т, оС | аt |
| – 20 – 15 – 10 – 5 + 5 | 1,13 1,1 1,09 1,08 1,07 1,05 | + 10 + 15 + 20 + 30 + 40 | 1,03 1,02 0,98 0,95 |
На изменение давления воздуха р, МПа, вводим поправку α р:
р, МПа ……………0,1 0,12 0,15 0,17 0,2
α р …………………..1 1,17 1,41 1,57 1,81
Приняв р = 0,15 МПа, получим α р= 1,41.
С учетом поправок потеря напора по длине воздуховодов, мм:
,
где i - потеря напора на единицу длины воздуховода при температуре воздуха 20 оС и давлении 0,1 МПа (определяемая по табл. 6.13), мм; l тр - длина воздуховода, м.
Потери напора на местные сопротивления:
,
где ξ – коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления (определяется по табл. 6.15); υ – скорость движения воздуха, м/с; ρ - плотность воздуха при расчетной температуре, кг/м3:
.
Здесь Т - температура воздуха; Т = 30 оС.
Расчет воздуховодов сводим в табл. 6.16 и получаем h тр = = 60,26 мм» 0,061 м; h м = 65,17 мм» 0,066 м.
Таблица 6.15
Значения коэффициентов местных сопротивлений
| Местное сопротивление | Условное обозначение | ξ |
| Вход в трубу | 
| 0,5 |
| Выход из трубы | 
| |
| Колено, 90о: | ||
| закругленное | 
| 0,3 |
| прямое | 
| 1,1 |
| Переход | 
| 0,08 |
| Тройники: | ||
| на проход | 
| 0,1 |
| в ответвление | 
| 1,5 |
| в противоток | 
| |
| закругленный | 
| 1,5 |
| с плавным ответвлением | 
| 0,7 |
| с плавным ответвлением напроход | 
| 0,18 |
| Задвижка | 
| 0,1 |
| Таблица 6.16 К расчету воздуховодов | h м , мм | 15,3 | 4,46 | 2,93 | 7,13 | 17,17 | 3,17 | 14,01 _______ Σ = 65,17 | |
| ξ | 0,6 | 0,08 0,1 | 0,08 0,1 | 0,08 0,3 0,1 0,1 | 0,1 | 0,08 1,5 | 0,08 0,1 0,1 | 0,08 0,3 0,1 0,3 | |
| Местное сопротивление | Два колена | Переход Тройник на проход | Переход Тройник на проход | Переход Колено Задвижка Тройник на проход | Тройник на проход | Переход Тройник в ответвление | Переход Задвижка Тройник на проход | Переход Колено Задвижка Колено Выход из трубы | |
| h тр , мм | 16,42 | 5,97 | 4,98 | 10,34 | 0,18 | 10,5 | 8,29 | 3,58 _______ Σ = 60,26 | |
| il тр , мм | 11,88 | 4,32 | 3,6 | 7,48 | 0,13 | 7,6 | 2,59 | ||
| i, мм/м | 0,18 | 0,18 | 0,15 | 0,17 | 0,13 | 0,2 | 0,5 | 0,37 | |
| υ, м/с | 14,4 | 14,2 | 11,5 | 9,4 | 9,6 | ||||
| d, мм | |||||||||
| Q, м3/с | 2,5 | 1,5 | 0,5 | 0,25 | |||||
| l тр, м | |||||||||
| Участок воздуховода | 1 – 1 | 1 – 2 | 2 – 3 | 3 – 4 | 4 – 5 | 5 – 6 | 6 – 7 | 7 – 8 |
Требуемый общий напор, м:
Н общ= 0,061 + 0,066 + 0,7 + 4,4 = 5,227.
Полное давление воздуха, МПа:
р п= 0,1+0,01 Н общ = 0,1+ 0,01·5,227 = 0,153.
Воздуходувки подбирают по каталогу (или по табл. 6.17) исходя из полного давления воздуха 0,153 МПа и расчетного расхода воздуха Q возд = 43200 м3/ч. В здании воздуходувной станции устанавливают три рабочие и одну резервную воздуходувки типа ТВ-300-1,6, производительностью 18 тыс.м3/ч каждая. Можно установить также пять рабочих и две резервные воздуходувки типа ТВ-175-1,6 производительностью 10 тыс.м3/ч каждая.
Таблица 6.17
Технические характеристики воздуходувок
| Тип | Производительность, тыс.м3/ч | Давление, МПа | Мощность двигателя, кВт |
| ТВ-42-1,4 ТВ-50-1,6 ТВ-50-1,9 ТВ-80-1,4 ТВ-80-1,6 ТВ-80-1,8 ТВ-175-1,6 ТВ-200-1,4 ТВ-300-1,6 | 2,5 3,6 3,6 | 0,14 0,16 0,195 0,142 0,163 0,177 0,163 0,14 0,16 |
Пример 6.4. Рассчитать вместимость аэротенков для очистки сточных вод второй системы водоотведения нефтеперерабатывающего завода при следующих исходных данных: расход сточных вод Q = 20 000 м3/сут; расчетный расход q расч = 1000 м3/ч; БПКполн поступающих сточных вод Lа = 370мг/л; БПКполн очищенных сточных вод Lt = 15мг/л.
Решение. Принимаем двухступенчатую технологическую схему биологической очистки сточных вод. В качестве первой ступени принимаем аэротенки-смесители с регенерацией, обеспечивающие в нашем случае 70 %-й эффект снижения органических загрязнений. В качестве второй ступени принимаем аэротенки-вытеснители без регенерации.
БПКполн сточных вод после первой ступени биологической очистки составит, мг/л:
.
Рассчитаем аэротенк-смеситсль с регенератором. Принимаем максимальную скорость окисления ρmax = 59 мг/(г·ч); константы KL = 24 мг/л и K O = 1,66 мг/л; коэффициент ингибирования φ = 0,158 л/г. Принимаем зольность S = 0,3, концентрацию кислорода С = 3мг/л. По опыту эксплуатации аналогичных сооружений задаемся средней дозой ила а ср = 3,5 г/л, коэффициентом регенерации k рег = 0,3 и иловым индексом J = 100 см3/г.
По формуле (6.4) подсчитаем степень рециркуляции активного ила:
.
Определим скорость окисления в аэротенке-смесителе с регенератором по формуле (6.2), мг/(г·ч):
.
Найдем общую продолжительность аэрации по формуле (6.1), ч:
.
Общая вместимость аэротенка и регенератора составит, м3:
V 1 = q расч t 1 = 100 × 4,9 = 4900,
где вместимостьаэротенка, м3:
;
вместимость регенератора, м3:
V 1p = V 1 - V 1а = 4900 - 3427 = 1473.
По полученным результатам уточняем нагрузку на 1 г беззольного вещества ила по формуле (6.5), мг/(г·сут):
.
При этом значении q илдля сточных вод нефтеперерабатывающих заводов J = 127 см3/г (см. табл. 6.3).
Уточняем по формуле (6.4) степень рециркуляции:
.
Определяем дозу ила в аэротенке, г/л:
.
Произведем расчет второй ступени биологической очистки аэротенков-вытеснителей без регенерации, предварительно приняв иловый индекс J = 100 см3/г, дозу ила а = 2 г/л, и концентрацию растворенного кислорода С = 2 мг/л.
Определим степень рециркуляции активного ила по формуле (6.4):
.
После аэротенков-вытеснителей принимаем третичные отстойники с илососами; принимаем R = 0,3 и подсчитываем БПКполн поступающей в аэротенки-вытеснители сточной воды с учетом рециркуляционного расхода по формуле (6.8), мг/л:
.
Период аэрации определяем по формуле (6.3), приняв коэффициент K г = 1,5, ч:
.
Вместимость аэротенка-вытеснителя с учетом рециркуляционного расхода по формуле (6.11), м3:
V 2 = 4,26 × (1 + 0,3) × 1000 = 5538.
Уточняем нагрузку на 1 г беззольноговещества ила по формуле (6.5), мг/(г·сут):
.
При значении q ил = 298 мг/(г·сут) иловый индекс для сточных вод нефтеперерабатывающего завода J = 70 см3/г (см. табл. 6.3).
При новом значении J степень рециркуляции
,
но при наших расчетах для обеспечения эффективной работы отстойников было принято R = 0,3; следовательно, произведенный расчет в коррективах не нуждается.
Подбор аэротенков-смесителей первой ступени производим по табл. 6.1. Назначаем четыре секции двухкоридорных аэротенков с шириной каждого коридора 4 м, длиной 36 м, рабочей глубиной 4,4 м и вместимостью каждой секции 1296 м3. Общая вместимость аэротенков первой ступени 5184 м3. Под регенератор можно выделить либо целиком одну секцию аэротенков, либо часть одного коридора в каждой секции.
Аэротенки-вытеснители подбираем по табл. 6.2. Принимаем четыре секции двухкоридорных аэротенков с шириной каждого коридора 4,5 м, длиной 48 м, рабочей глубиной 3,2 м и вместимостью каждой секции 1386 м3. Общая вместимость аэротенков второй ступени 5544 м3. Поскольку в аэротенках-вытеснителях соотношение длины коридоров к ширине менее 30:1, то необходимо секционирование коридоров на пять-шесть ячеек.
Пример 6.5. Определить размеры аэротенка-отстойника при следующих исходных данных: расход сточных вод Q = = 26000 м3/сут; расчетный расход Q расч = 1470 м3/ч; БПКполн поступающих сточных вод Lа = 150 мг/л; БПКполн очищенных сточных вод Lt = 20 мг/л; удельная скорость окисления ρ = 19 мг/(г·ч).
Решение. Определим продолжительность аэрации, ч, по формуле (6.1), приняв дозу ила в зоне аэрации а = 3,5 г/л:
.
Вместимость зоны аэрации аэротенка-отстойника, м3:
V a = Q расч t = 1470 × 2,8 = 4116.
Принимаем четыре аэротенка-отстойника с рабочей глубиной На = 3,2 м; шириной зоны аэрации Ва = 6 м и длиной la = = 53,6» 54 м.
Определим расчетную площадь зоны отстаивания, м2, на высоте 0,5 На при допустимой скорости восходящего потока в расчетном сечении υ1 = 0,25…0,5 мм/с (в нашем случае υ1 = = 0,4 мм/с) и числе аэротенков-отстойников nа = 4:
.
Ширина зоны отстаивания В oна высоте 0,5 На, м:
.
Расстояние от нижней грани козырька до днища h щ , м, находим при скорости движения жидкости в щели υ2 = 3 мм/с:
.
Подсчитаем расход циркулирующего ила при концентрации циркулирующего ила а ц = 4,5…6,4 г/л (в нашем случае а ц = = 4,8 г/л), м3/ч:
.
Ширину наиболее узкой части зоны отстаивания b, м, определяем по скорости движения иловой смеси, принимаемой в зависимости от концентрации иловой смеси, υ3 = 4…10 мм/с (в нашем примере υ3 = 5 мм/с):
.
Зона аэрации отделяется от зоны отстаивания продольной наклонной (под углом 65-70о) перегородкой (рис. 6.13) со струенаправляющим козырьком, спускающимся в зону аэрации под углом 45о к горизонту.
Рис. 6.13. Аэротенк-отстойник:
I - аэрационная часть; II - отстойная часть; 1 - подача сточных вод; 2 - воздуховод; 3 - выпуск очищенной сточной воды; 4 - эрлифт; 5 - трубопровод для отвода избыточного ила; 6 - иловый бункер
Подачу сточной воды и циркулирующего ила в зону аэрации осуществляют рассредоточенно по длине аэротенка. Для принудительной циркуляции активного ила в зоне отстаивания предусматриваем иловые бункера с эрлифтами. Подсчитаем площадь в плане иловых бункеров, м2, при скорости осаждения ила в бункере υ4 = 5…10 мм/с (принимаем 6 мм/с) и концентрации ила во взвешенном слое а взв =4 г/л:
.
Иловые бункера располагают как и поперечном, так и в продольном направлении зоны отстаивания; верхняя кромка илового бункера заглубляется на 0,3-0,5 м ниже уровня взвешенного слоя. При поперечном расположении иловых бункеров расстояние между ними устанавливается 3-4 м.
Удельный расход воздуха эрлифтами для перекачивания циркулирующего ила, м3/м3, определяем при геометрической высоте подъема ила h г = 0,5 м; КПД эрлифта ηэ = 0,6 и глубине погружения форсунки эрлифта от уровня налива H п = 2,4 м:
.
Избыточный активный ил удаляется из зоны отстаивания с отметки, соответствующей половине высоты слоя взвешенного осадка, по иловой трубе под действием гидростатического давления воды. Иловые трубы должны располагаться между бункерами.
Пример 6.6. Произвести расчет механического аэратора поверхностного типа и определить необходимое число аэраторов для установки в трех секциях двухкоридорных аэротенков при следующих исходных данных: расход городских сточных вод Q = 30000 м3/сут; БПКполн поступающих сточных вод Lа = = 150 мг/л; БПКполн очищенных сточных вод Lt = 15 мг/л; длина одного коридора аэротенка lа = 48 м; ширина В = 6 м; рабочая глубина H = 4,4 м; дефицит кислорода d О = 0,7.
Решение. Расчет аэратора заключается в определении оптимальных его параметров (рис. 6.14), режима работы и технологических показателей.
| Рис. 6.14. Механический поверхностный аэратор дискового типа: 1 - прорези; 2 - лопасти; 3 - диск | 
|
Диаметр аэратора, м, назначаем из условия
d a = (0,15…0,2) В = 0,17·6» 1.
Число лопастей
.
Длина лопасти, м:
.
Высота лопасти определяется по формуле
,
где h п - глубина погружения диска, равная 0,08-0,1 м; t - продолжительность пробегания лопастного пути, равного расстоянию между лопастями (или продолжительность поворота лопасти на угол, равный углу между лопастями), с; t = 1/(n o n л).
Здесь п о - частота вращения аэратора, с-1.
Задаемся частотой вращении аэратора, исходя из окружной скорости вращения, равной 3,5-4,5 м/с; t = 1/(1,2·1,2) = 0,07. Теперь подсчитаем высоту лопасти, м:
.
Правильность выбранной частоты вращения проверяется условием
H ст = h п + h л (1 – k a).
Статический напор аэратора, м:
,
где k л- коэффициент учета числа лопастей;
,
где ω - угловая скорость, равная 2π n о, рад/с; k a - коэффициент использования боковой поверхности аэратора;
.
Здесь υо- скорость подъема воды на входе в аэратор, м/с:
.
Далее подсчитываем k aи Н ст , м, и проверяем правильность выбора частоты вращения:
;
.
h п + h л × (1 – k а) = 0,1 + 0,13 × (1 – 0,51) = 0,164.
Поскольку требуемое условие соблюдается, переходим к расчету технологических показателей аэратора.
Расход жидкости, перекачиваемой аэратором, м3/с:
.
Мощность, потребляемая аэратором, кВт, при плотности жидкости ρ = 1 т/м3 и периферийной скорости вращения, м/с (υп = π d a n o = 3,14·1·1,2 = 3,77), составит:
.
Окислительная способность аэратора, кг/сут:
М а = (2,8…3)· N нетто = 2,8·3,68 = 10,3 кг/ч = 247.
Рассчитаем обслуживаемую одним аэратором зону, которая определяется из условия обеспечения придонной скорости движения воды (на глубине 0,2 м от дна), равной 0,35 м/с. Поверхностная скорость, м/с:
.
Тогда зона, обслуживаемая одним аэратором, определяется как квадрат с размером сторон:
,
где k э - коэффициент, определяемый экспериментально; k э = 1,14; υабc – абсолютная скорость выхода жидкости из аэратора, м/с;
.
Здесь 
- радиальная скорость выхода жидкости из аэратора;
; υн - скорость вращения в начале лопасти; υн = = π(d a – 2 l л) n o = 3,14(1 – 2·0,21)1,2 = 2,19.
Подсчитаем υ r, υабc, м/с, и l а , м:
;
;
.
Число аэраторов определяем из условия обеспечения перемешивания воды:
,
где F - площадь трех двухкоридорных аэротенков, равная 1728 м2.
Необходимое к установке в аэротенках число аэраторов в соответствии с их окислительной способностью определяется по формуле
,
где Z - потребность в кислороде на 1 кг снятой БПКполн, равная 1,05-2,3 в зависимости от режима работы аэротенков; М а- окислительная способность аэратора, кг/сут; k ст- коэффициент качества сточных вод, равный 0,7-0,9; для городских стоков - 0,85.
Принимаем Lа и Lt, кг/м3, коэффициенты Z = l,3 и k ст = 0,85. Тогда
.
Аэратор работает оптимально при 
, что соответствует нашему расчету. К установке принимаем 36 аэраторов, по шесть аэраторов в каждом коридоре.
Для обеспечения хорошей циркуляции воды в аэротенке и предотвращения выпадения взвешенных веществ на его дно устанавливают стабилизаторы потока в виде вертикальных труб диаметром 0,6 м с зазором 1 см под аэратором. Стабилизаторы устанавливают соосно с аэраторами, они имеют верхние и нижние конические уширения, при этом верхние уширения оборудуют вертикальными радиально расположенными лопастями, предотвращающими закручивание воды в стабилизаторе.
Для упрощения расчетов при подборе механических дисковых аэраторов поверхностного типа в табл. 6.18 приведены основные их характеристики.
Таблица 6.18
Основные характеристики аэраторов поверхностного типа
| Диаметр аэратора, м | Частота вращения, мин-1 | Линейная скорость вращения, м/с | Число лопастей, шт. | Размеры лопасти, см | Мощность (нетто), потребляемая аэратором, кВт | Окислительная способность, кг/сут | |
| высота | длина | ||||||
| 0,5 0,7 1,5 2,5 3,5 4,5 | 3,5 3,5 3,5 3,75 3,95 4,25 4,5 4,6 4,76 4,95 | 1,2 2,4 3,4 7,5 11,8 18,1 26,5 38,5 52,5 |
Пример 6.7. Рассчитать окситенки при следующих исходных данных: расход смеси производственных и городских сточных вод Q = 11500 м3/сут, расчетный расход Q расч = 730 м3/ч; БПКполн поступающих сточных вод La = 390 мг/л; БПКполн очищенных сточных вод Lt = 15 мг/л. Расчетные константы ρmax = = 110 мг/(г·ч), KL = 37 мг/л, K O = 1 мг/л, φ = 0,12 л/г, S = 0,3, среднемесячная температура сточных вод за летний период T cр = = 18 oС, коэффициент n 2 = 0,7.
Решение. Подсчитаем удельную скорость окисления по формуле (6.2), мг/(г·ч), приняв концентрацию кислорода в иловой смеси окситенка С = 9 мг/л = 0,009 кг/м3, а дозу ила а = 7 г/л:
.
Продолжительность пребывания сточной воды в зоне аэрации определим по формуле (6.1), ч:
.
Суммарная вместимость зоны аэрации окситенков, м3:
V a = Q расч t = 730 × 4,58 = 3443.
В институте Союзводоканалпроект разработаны проекты окситенков диаметром 10, 22 и 30 м, в которых зоны аэрации, окисления и илоотделения равны между собой.
Принимаем окситенки диаметром D о = 22 м и рабочей глубиной H = 4,5 м. Общая вместимость окситенка V 1 = 1708 м3, а вместимость зоны аэрации V a1 = 854 м3. Диаметр зоны аэрации, м:
.
Число окситенков:
.
Принимаем четыре окситенка (рис. 6.15) диаметром 22 м.
Площадь илоотделения F иo, м2, рассчитывается, исходя из дозы ила а, илового индекса J и соответствующей им гидравлической нагрузки q ио. Иловый индекс определяется экспериментально, он зависит от состава сточных вод и нагрузки на ил. Определим нагрузку на 1 г ила, мг/(г·сут):
.
В нашем случае для q ил = 200; 300; 400; 500; 600 мг/(г·сут) значение J соответственно равно: 90; 60; 60; 80; 110 см3/г. Следовательно, при q ил = 281 мг/(г·сут), J = 64 см3/г.
Рис. 6.15. Окситенк:
1 - подача осветленной сточной воды; 2 - реактор; 3 - подача технического кислорода; 4 - механический аэратор; 5 - выпускные окна; 6 - воздухоотделитель; 7 - илоотделитель; 8 - перемешивающее устройство; 9 - водосборный лоток; 10 - выпуск очищенных сточных вод; 11 - выпуск избыточного активного ила
Гидравлическая нагрузка на илоотделитель q иo = 5,6; 3,3; 1,8; 1,2; 0,8 и 0,7 м3/(м2 ·ч) при условном безразмерном параметре аJ /1000, равном соответственно 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 и 0,6. Подсчитаем параметр а × J /1000 = 7·64/1000 = 0,448 и определим q иo» 1 м3/(м2 ·ч). Тогда необходимая площадь илоотделителей окситенков, м2:
.
Фактически площадь илоотделителей, м2:
.
Фактическая площадь практически не отличается от расчетной, поэтому окончательно принимаем четыре окситенка диаметром D о = 22 м, высотой рабочего слоя H = 4,5 м, шириной зоны воздухоотделителя b = 0,25 м и диаметром цилиндрической перегородки D ц = 16 м. Если фактическая площадь будет значительно отличаться от расчетной, то следует изменить дозу ила и повторить расчет.
В окситенках для окислительных процессов используется технологический 95 %-й кислород от действующих кислородных установок промышленного предприятия. Коэффициент использования кислорода ηО = 0,9. Подсчитаем скорость потребления кислорода, кг/ч:
.
Определим температурный коэффициент сточных вод по формуле (6.15):
n 1 = 1 + 0,02(18 – 20) = 0,96.
Подсчитаем необходимую окислительную способность аэратора (в стандартных условиях) при CТ = 9,4 мг/л = 0,0094 кг/м3 (см. табл. 6.6), кг/сут:
.
Подбираем аэратор поверхностного типа диаметром d a = = 3,5 м, частотой вращения 24 мин-1, мощностью (нетто) 38,5 кВт и окислительной способностью 2600 кг/сут (табл. 6.18). Если условия не позволяют применять аэратор с d a = 3,5 м, то можно воспользоваться аэраторами меньшего диаметра и пересчитать частоту вращения и потребляемую мощность.
Например, можно применить аэратор диаметром d a = 2 м с частотой вращения n о = 38 мин-1, потребляемой мощностью N ст = = 11,8 кВт и окислительной способностью ОСст = 800 кг/сут = = 33,3 кг/ч. Поскольку окислительная способность стандартного аэратора недостаточна, необходимо повысить частоту его вращения и соответственно увеличить мощность привода. Необходимую частоту вращения, мин-1, определим по формуле
.
Рассчитаем требуемую мощность аэратора на валу, кВт:
.
Мощность привода аэратора при его КПД N э = 0,7составит, кВт:
.
Интенсивность перемешивания механическим аэратором оценивается по донной скорости υд в наиболее удаленной точке зоны его действия, значение υд должно быть не менее 0,2 м/с.
Подсчитываем значение υд, м/c, при аэраторе диаметром d a = = 2 м:
,
что значительно выше требуемого значения.
Подсчитаем необходимый расход кислорода, кг/м:
.
Пример 6.8. Рассчитать капельный биофильтр при следующих исходных данных: расход сточных вод Q = 850 м3/сут, БПКполн поступающих сточных вод La = 200 мг/л, БПКполн очищенных сточных вод Lt = 19 мг/л, среднезимняя температура сточных вод Т = 12 оС, среднегодовая температура воздуха Твозд = 5 оС.
Решение. Определяем коэффициент K по формуле (6.18)
K = 200/19 = 10,5.
Ближайшее значение K табл в зависимости от среднезимней температуры сточных вод Т и высоты слоя загрузочного материала Н находим по табл. 6.7. Принимаем Н = 2 м и находим K табл = = 10,7. При этих условиях гидравлическая нагрузка q = = 2 м3/(м2·сут).
Площадь биофильтра находим по формуле (6.19), м2:
F = 850/2 = 425.
Принимаем четыре секции прямоугольной формы в плане биофильтра с размерами сторон А × В = 9×12 м и высотой Н = 2 м. Площадь одной секции F’ = 108 м2, а вместимость V’ = 216 м3.
В соответствии со среднегодовой температурой воздуха Т возд = = 5 оС и производительностью Q = 850 м3/сут биофильтр располагаем в неотапливаемом помещении облегченной конструкции.
Пример 6.9. Рассчитать высоконагружаемый биофильтр при БПКполн поступающих сточных вод La = 180 мг/л, БПКполн очищенных сточных вод Lt = 20 мг/л, среднезимняя температура сточных вод T =10 oC.
Решение. Определяем коэффициент K по формуле (6.18)
K = 180/20 = 9.
Высоту биофильтра находим для двух значений объема подаваемого воздуха В уд при гидравлической нагрузке q = = 10м3/(м2·сут).
1. Из табл. 6.8 следует, что при В уд = 8 м3/м3 и высоте биофильтра H 1 = 3 м K = 6,2, а при H 2 = 4 м K = 10,4. Так как 6,2 < 9, то при высоте биофильтра H 1 = 3 м необходима рециркуляция.
По формуле (6.20) определяем L см, мг/л, по формуле (6.21) - коэффициент рециркуляции п р, а по формуле (6.22) - площадь биофильтров F 1 , м2:
L см1 = 6,2 × 20 = 124;
;
.
При H = 4 м рециркуляции не требуется и площадь биофильтров составит, м2:
.
Объемы фильтрующей загрузки соответственно будут, м3:
V 1 = F 1 H 1 = 4312 × 3 = 12936;
V 2 = F 2 H 2 = 2800 × 4 = 11200.
2. При В уд = 12 м3/м3 (табл. 6.8) при высоте биофильтра H 3 = = 3 м K = 8,35, а при H 4 = 4 м K = 14,8.
Следовательно, при H 3 = 3 м необходима рециркуляция. Расчеты производят так же, как для В уд = 8 м3/м3:
L см3 = 8,35 × 20 = 167;
;
.
При H 4 = 4 м рециркуляции не требуется и F 4 = 2800 м2. Объемы фильтрующей загрузки соответственно составляют, м3: V 3 = 9156 и V 4 = 11200. Окончательный выбор варианта следует принимать на основе технико-экономического расчета.
Принимаем В уд = 8 м3/м3, H = 4 м и к проектированию назначаем четыре биофильтра D = 30 м с общим объемом фильтрующей загрузки V = 11304 м3.
Расход воздуха, м3/сут:
В общ = В уд Q = 8 × 28000 = 224000.
Для подачи воздуха в высоконагружаемые биофильтры устанавливаем два рабочих и один резервный вентиляторы низкого давления ЭВР-5 производительностью по расходу воздуха 5000 м3/ч и напором до 80 мм (табл. 6.19).
Таблица 6.19
Характеристики вентиляторов низкого давления
| Марка вентилятора | Производительность, м3/ч | Напор, мм | Мощность двигателя, кВт |
| ЭВР-2 ЭВР-3 ЭВР-4 ЭВР-5 ЦЧ-70 № 2,5 ЦЧ-70 № 3 ЦЧ-70 № 4 ЦЧ-70 № 5 ЦЧ-70 № 6 ЦЧ-70 № 7 | 200 – 2000 400 – 4000 700 – 8500 1500 – 10000 300 – 2000 400 – 3800 600 – 4500 1000 – 8500 1500 – 14000 2000 – 20000 | 15 – 70 15 – 60 10 – 100 15 – 80 10 – 55 10 – 90 8 – 55 8 – 80 8 – 110 8 – 120 | 0,25 – 1 1 – 1,7 1,7 – 7 2,8 – 7 0,27 – 0,6 0,6 – 1 0,6 – 1 1 – 1,7 1,7 – 4,5 2,8 – 10 |
Пример 6.10. Рассчитать реактивные оросители для высоконагружаемых биофильтров (аэрофильтров) при следующих исходных данных: расчетный расход сточных вод q общ = 0,12 м3/с; число биофильтров - два (рис. 6.16); диаметр биофильтра D = = 12 м, высота загрузки H = 4 м.
Решение. Расчет реактивного оросителя состоит в определении его размеров, числа распределительных труб, числа отверстий на распределительных трубах, расстояний между отверстиями, числа оборотов оросителя и напора воды, обеспечивающего необходимые скорости истечения воды из отверстий оросителя.
Диаметр реактивного оросителя, м:
D ор = D – 0,2 = 12 – 0,2 = 11,8.
В каждом оросителе принимаем по четыре распределительные трубы и определяем их диаметр D тр , м, при условии движения жидкости в начале трубы υсвыше 0,5 м/с, но не более 1 м/с:
.
Рис. 6.16. Высоконагружаемые биофильтры (аэрофильтры) с реактивными оросителями:
1 - подача сточных вод; 2 - распределительная камера; 3 - фильтрующая загрузка; 4 - реактивный ороситель; 5 - вентиляционная камера; 6 - лотки для отвода сточных вод; 7 - дренажное устройство; 8 - гидрозатвор
Число отверстий на каждой распределительной трубе n oтв находим по условию: скорость истечения из отверстия не менее 0,5 м/с, а диаметр отверстия d oтвне менее 10 мм:
.
Расстояние до любого отверстия от оси реактивного оросителя:
,
где R ор - радиус оросителя, мм; i - порядковый номер отверстия от оси реактивного оросителя.
Тогда расстояния от отверстия до оси оросителя, мм:
; r 2 = 970;
r 10 = 2169; r 20= 3067; r 70 = 5738 и т.д.
Частота вращения реактивного оросителя, мин-1:
,
где d отв = 15 мм.
Требуемый напор у реактивного оросителя при четырех распределительных трубах определяется по формуле
,
где k - модуль расхода, вычисляемый по формуле
.
Здесь С - коэффициент сопротивления, определяемый по формуле Н.Н. Павловского; R - гидравлический радиус распределительной трубы реактивного оросителя.
Значения k для труб разных диаметров приведены в табл. 6.20. Подсчитаем требуемый напор, м:
= 225·(0,9 – 0,16 + 0,19) = 209» 0,21.
Таблица 6.20
Значения k для труб диаметром 50-250 мм
| D тр , мм | k, л/с | D тр , мм | k, л/с | D тр , мм | k, л/с | D тр , мм | k, л/с |
| 86,5 |
Принимаем h op= 0,5 м. Таким образом, в каждом биофильтре принимаем реактивные оросители D op = 11,8 м с четырьмя распределительными трубами диаметром D тр=150 мм и размещаем их на 0,2 м выше поверхности загрузочного материала.
Пример 6.11. Рассчитать биофильтр с плоскостной загрузкой при следующих исходных данных: расход сточных вод Q = = 8650 м3/сут; БПК5 поступающих сточных вод La = 150 мг/л; БПК5 очищенных сточных вод Lt = 15 мг/л; среднезимняя температура сточных вод T =12 оС.
Решение. Выбираем загрузочный материал из чередующихся плоских и гофрированных полиэтиленовых листов с удельной площадью поверхности S уд = 100 м2/м3 и пористостью Р = 94 %.
Для расчета можно воспользоваться табл. 6.11 или 6.12, составленными для блочной пластмассовой загру
