Расчет технологической схемы очистки БОКС-100

Механическая очистка

Максимальный часовой расход сточных вод, поступающих на механическую очистку, с учетом коэффициента неравномерности составит:

(1)

где	Qср.час	-	среднечасовой расход сточных вод-4,2 м3/ч;
	Кgen.max	-	коэффициент часовой неравномерности, по табл. 2 [3] принимается равным 2,5.

Приемная камера

Для приема сточных вод из напорного трубопровода устраивают приемную камеру перед очистными сооружениями. Размеры приемной камеры зависят от пропускной способности очистных сооружений.

Рис. 3.2.1 – Приемная камера

В данной выпускной квалификационной работе принята приемная камера из сборного железобетона с габаритными размерами: А=1500 мм, В=1000 мм, Н=1300 мм, Н₁=1000 мм, h=400 мм, h₁=650 мм, b=500 мм, l=600 мм, l₁=800 мм. Диаметр напорного трубопровода при подаче сточных вод по одной нитке 400 мм и по двум ниткам 250 мм.

Устройство фильтрующее самоочищающееся

Сточная вода по напорному трубопроводу поступает на устройство фильтрующее самоочищающееся (УФС). При фильтровании сточной воды по наклонному ситу УФС происходит разделение частиц по крупности: более 3 мм – кек и менее 3 мм – фильтрат.

Отфильтрованная часть сточных вод, проходя через сетку, поступает через отводящий патрубок в усреднитель. Задержанные на сетке крупные включения смываются в мешок вновь поступающим потоком, что вызывает эффект самоочищения сетки. Кек попадает в мешок и вывозится на утилизацию.

Применение УФС позволяет исключить из схемы песколовки и первичные отстойники. Кроме того, на УФС отбивается не задерживаемая в отстойнике всплывающая взвесь, т.е. стабилизируется работа отстойника и блока доочистки.

УФС целиком изготовлена из нержавеющей стали. Максимальная пропускная способность одного УФС составляет 20м³/ч. В плане помещение УФС расположено над емкостью приема сточных вод.

Рис.3.2.1.2 УФС

Расчет устройства фильтрующего самоочищающегося

Концентрация взвешенных веществ на выходе:

C_ex=C_en×(100%-20%), (2)

где C_ex – концентрация взвешенных веществ на выходе, мг/л;

C_en – концентрация взвешенных веществ на входе, мг/л;

20 % - эффективность задержания взвешенных веществ,

C_ex=220×80%=176 мг/л.

БПК_полн на выходе:

L_ex=L_en×(100%-10%), (3)

где L_ex – БПК_полн на выходе,мг/л;

L_en - БПК_полн на входе, мг/л;

10% - эффективность снижения БПК_полн,

L_ex=220×90%=198 мг/л.

Масса загрязнений в сутки:

m_{загр сут}=m_{загр сух}×100/(100-ω_загр), (4)

где m_{загр сут} – масса загрязнений в сутки, кг/сут;

m_{загр сух} - масса загрязнений в сутки по сухому веществу, кг/сут;

ω_загр – влажность загрязнений, %.

m_{загр сух} = 220 -176 = 44мг/л (г/м³) *100 м³/ сут = 4.4 кг/сут / (100-75) =0,176 кг/сут. (5)

m_{загр сут}=0,176×100/(100-75)=0,704 кг/сут.

Объем загрязнений в сутки:

W_загр=m_{загр сут}/ρ_загр, (6)

Где W_загр - объем загрязнений в сутки, л/сут;

ρ_загр – плотность загрязнений, т/м³;

W_загр=0,704/1,2=0,587 л/сут.

Масса загрязнений в год:

m_{загр год}= m_{загр сут}×365/1000, (7)

где m_{загр год} - масса загрязнений в год, т/год;

m_{загр год}=0,704×365/1000=0,257 т/год

Усреднитель

Усреднитель необходим для стабилизации работы последующих сооружений биологической очистки и доочистки.

Как правило, производится усреднение веществ, находящихся в сточных водах в коллоидной или растворенной форме. Использование метода усреднения позволяет оптимизировать работу всех очистных сооружений, сократить количество применяемых реагентов при физико-химических способах очистки, снизить затраты на электроэнергию, т.е. повысить экономический эффект, а также добиться оптимального режима эксплуатации сооружений биологической очистки.

Принимаем к установке усреднитель на 30% от суточного расхода сточных вод.

Объем усреднителя будет равен:

100*0,3=30 м³. (8)

Фактический объем усреднтеля: 2х(2,5х1,5х4,5)=33,6м³. (9)

Биологическая очистка

Денитрификатор

Из усреднителя сточные воды перекачиваются насосом « GRUNDFOS АР35.40.06» в зону денитрификации аэротенка, куда так же подается возвратный ил эрлифтами из вторичного отстойника и нитратсодержащая иловая смесь по трубопроводу рециркуляции иловой смеси.

На случай поломки насоса подачи стоков на очистку предусмотрена аварийная система сигнализации.

В денитрификаторе происходит процесс восстановления нитратов и нитритов до свободного газообразного азота, который отдувается в атмосферу в аэрируемой секции аэротенка. Субстратом для жизнедеятельности денитрифицирующих микроорганизмов являются органические загрязнения исходных сточных вод.

Нитратсодержащая иловая смесь поступает в денитрификатор по трубопроводу рециркуляции иловой смеси, куда она подается при помощи 2-х эрлифтов, установленных в конце аэротенка.

Расчет денитрификатора

В блоке биологической очистки (ДНФ + НФ) необходимо выделить:

С_БПКп = 198-15= 183мг/л. (10)

С_NH4 = 25-2.0=23мг/л. (11)

С учетом разбавления сточных вод в денитрификаторе циркуляционным нитратсодержащим расходом с БПК = 15 мг/л концентрации поступающих загрязнений составят:

мг/л. (12)

мг/л. (13)

Необходимо выделить в биологической очистке:

азота NH₄⁺: 16-2=14 мг/л,

где 2 мг/л — удаляются в биореакторе.

БПКп: 133,05-15=118,05 мг/л,

Из соотношения БПКп:NH4:Р=100:5:1 получим

БПКп : NH4 : Р

100 : 5 : 1

118,05 : 5,9 : 1,18

С_NH4 = 16-5,9=10,1 мг/л – поступит в денитрификатор

=12,0-1,18=10,82 мг/л – поступит в денитрификатор

При денитрификации в денитрификаторе необходимо выделить:

С_NO3= 39.46 + 0,38 - 9,1= 30.74 мг/л азота нитратов и нитритов,

где 9.1 – допустимая к сбросу в рыбохозяйственные водоемы концентрация азота нитратов.

Для биологического выделения 1 мг азота нитратов необходимо 3-6 мг/л БПК_п согласно [5,6]. Расчетное количество органических веществ по БПКп для проведения денитрификации при удельной потребности 4 мг/мг будет равно:

С_БПКп =30.74*4 = 122.96 мг/л. (14)

Тогда на выходе из денитрификатора количество органических веществ по БПКп составит:

С_БПКп = 133,05-122.96=10,09 мг/л - поступит в нитрификатор.

Определяем время денитрификации по [3,6]:

, ч, (15)

где - концентрация азота нитратов на входе в денитрификатор, мг/л;

- то же на выходе из денитрификатора, мг/л;

- доза активного ила в денитрификаторе, г/л, принимается равной– = 2 г/л;

s– зольность ила,

- удельная скорость денитрификации, мгБПК/(г·ч);

(16)

где - константа полунасыщения.

Для осуществления процесса денитрификации в качестве источника углерода применяем органику сточных вод и биомассы. По рекомендациям [5,6] принимаем коэффициенты = 15,9, = 0.28, = 9.

,

.

Увеличиваем дозу ила до 10г/л, из которых 2г/л - во взвешенном состоянии и 8г/л – на контактных носителях

Общий требуемый объем денитрификатора ОСК составит:

Wобщ = 1,0 * 12,5 = 12,50 м³; (17)

Проверяем требуемый объем сооружения с существующим:

V_сущ= 18,84 м³ > 12,50 (18)

Количество денитрификаторов N=1.

Расчет биомассы

На контактных носителях закреплено - 6 г/л биомассы

Примем в денитрификаторе и нитрификаторе прикрепленную биомассу на синтетических ершах.

1 м³ ершовой загрузки удерживает 100 кг биомассы

1 п.м. – 120 мм – 110 г

Т.к. 1 п.м ерша - 0,11 кг, то на 1 кг приходится 9 п.м.

- приведенная доза ила – 10 г/л;

- доза ила во взвешенном состоянии – 2 г/л;

- общая биомасса в объеме ДНФ составит:

22,8 м3 х 10 г/л = 228 кг; (19)

- в т.ч. во взвешенном состоянии:

22,8 м3 х 2 г/л = 45,6 кг; (20)

Необходимость прикрепленной биомассы:

228 кг – 45,6 кг =182,4 кг; (21)

1 п.м ерша имеет массу 0,86 кг, тогда количество п.м. ершей составляет:

182,4кг * 1 п.м. / 0,86 кг = 212 п.м. (22)

Время регенерации ершей: 0,5 - 1 час через 5-7 сут.

Подбор мешалок

Для предотвращения зон залегания осадка и, соответственно, вторичного загрязнения сточных вод вследствие загнивания осадка предусмотрено его взмучивание с помощью погружной мешалки.

Дальность «боя» мешалки, ограниченной стенами сооружения, лимитируется величиной:

L ~ 2,5 (B - D), (23)

где B – либо ширина коридора, либо его глубина (большая из них величина), принимаем В = 2.2 м;

D – диаметр пропеллера мешалки, D = 180 мм;

L = 2,5 (2.2 – 0.18) = 5.05 м, (необходимо 6 м).

Принимаем 2 мешалки:

АМD.07.18.1410 Grundfos с характеристиками:

0.75кВт, 415 В, 231 м3/ч

Аэротенк – нитрификатор

После денитрификатора сточные воды при помощи верхнего перелива поступают в первый коридор аэротенка-нитрификатора (рис.3.2.2.2).

Аэротенк-нитрификатор четырехкоридорный, с мелкопузырчатой пневматической аэрацией. В первом и втором коридорах аэротенка используется свободно плавающая и прикрепленная микрофлора (установлены кассеты с синтетической загрузкой), а в третьем и четвертом - только свободноплавающая.

Оптимальная доза ила в аэротенке определяется в ходе пусконаладочных работ.

Рис.3.2.2.2 Схема с предвключенной денитрификацией

Расчет выполнен согласно [6] по удельной скорости роста нитрифицирующих микроорганизмов, зависящей от рН среды, температуры жидкости, концентрации растворенного кислорода в иловой смеси и аммонийного азота в очищаемой жидкости.

Удельная скорость роста нитрификаторов:

, сут^-1, (24)

где К_рН - коэффициент, учитывающий влияние рН среды, принимаем для рН=8,1 (табл. 1)К_рН = 0,88;

К_т -коэффициент, учитывающий температуру жидкости, принимаем для t=15,5˚С (табл. 1), К_т =0,56;

К_ос -коэффициент, учитывающий влияние концентрации растворенного кислорода, который определяется по формуле:

(25)

где Со - концентрация кислорода в иловой смеси, Со=2 мг/л; Ко - константа полунасыщения, равная 2 мг О2/л;

;

Кi - коэффициент, учитывающий влияние ингибирования токсичными компонентами, для городских сточных вод принимаем Кi =1; μmах -максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов, равная 1,77 сут -1; КN -константа полунасыщения по аммонийному азоту, равная 25 мг/л;

концентрация аммонийного азота на выходе из нитрификатора, мг/л, принимаем Nех=2 мг/л , сут-1. Минимальный возраст нитрифицирующего ила: (26) С учетом возраста ила удельная скорость окисления органических веществ составит: (27) где Кэ - энергетический физиологический коэффициент, мгБПК/(г·ч), для городских сточных вод Кэ =3,7 мг БПК /(г·ч); Кр - физиологический коэффициент роста микроорганизмов активного ила, для городских сточных вод Кр=864 мг БПК/г. . Примем дозу свободноплавающей биомассы в нитрификаторе 2,5 г/л. Тогда время пребывания в нем биомассы составит: (28) где Len, Lex–БПК соответственно на входе и выходе из аэротенка-нитрификатора на входе в НФ после ДНФ - 10,09 мг/л Фактический объем аэротенков: = . , (29) где – расчетный расход сточной воды, /ч =10,5*0,59 = 6,2 Удельный прирост нитрифицирующего ила определяется согласно [6]: Kgen= 41.7* a * tatm / (Len – Lex)Т, мг/ мгБПКП, (30) Kgen= 41.7 * 14 * 0,59 / (10,09 – 4)*16,7 = 3,4 мг/ мг БПКП. Суточное количество избыточного ила определяется по зависимости [6]: G = Kgen* (Len – Lex)* Qсут / 1000, кг/сут. (31) G = 0,8* (10,09 – 4)*100/1000 =0,552 кг/сут.