Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод малых населенных пунктов

Из последней зоны аэротенка смесь активного ила и воды самотеком через верхнюю переливную кромку вертикальной стенки направляется вниз и поступает во вторичный отстойник. Вторичный отстойник служит для разделения активного ила и очищенной воды. Верхняя часть отстойника оборудована сборным лотком, который обеспечивает равномерный по площади отстойника отвод очищенной воды. Взвешенные вещества остаются в донной части отстойника.

Вторичный отстойник оборудован системой эрлифтов. Конструктивно дно отстойника пирамидами разбивается на приямки. Осевший активный ил из приямков вторичного отстойника девятью эрлифтами непрерывно перекачивается из вторичного отстойника через трубопровод в денитрификатор. По мере необходимости производится вывод ила из системы биологической очистки в минерализатор осадка.

3.1.3 Блок доочистки сточных вод

Блок доочистки сточных вод состоит из безнапорного фильтра и резервуара чистой воды (бака постаэрации).

В резервуаре чистой воды (баке постаэрации) происходит дополнительная очистка стоков от органических загрязнений и насыщение очищенной воды кислородом воздуха. Емкость оборудована аэраторами "Полипор". Резервуар чистой воды может использоваться как накопитель очищенной воды, необходимой для одной промывки фильтра.

3.1.4 Блок обеззараживания очищенных сточных вод

Очищенная вода из резервуара чистой воды (бака постаэрации) поступает на две бактерицидные установки (УОВ-15) с ультрафиолетовым жестким излучением (лампы устанавливаются вертикально), в которых происходит уничтожение болезнетворных организмов.

Исходная вода поступает через нижний патрубок, обеззараженная вода выходит через верхний патрубок.

Обеззараженная вода по трубопроводу К4Н сбрасывается в горколлектор.

По мере необходимости оператор производит промывку бактерицидных ламп насосом. Периодичность промывки устанавливается в процессе эксплуатации.

3.1.5 Блок обработки осадка

Блок обработки осадка состоит из минерализатора осадка и обезвоживателя мешочного. На дне минерализатора установлен аэратор "Полипор". За счет непрерывной подачи воздуха иловая смесь в минерализаторе не загнивает и доокисляется.

Удаление избыточного ила происходит посредством перекачивания иловой смеси из донной части отстойника в минерализатор осадка системой эрлифтов откачивания избыточного ила. Иловая смесь в минерализаторе доокисляется введением воздуха в иловую смесь через аэратор "Полипор",.

Минерализованный ил обезвоживается и вывозится в мешках на специально отведенные площадки. Влажность обезвоженного осадка около 70%.

5. Материальный баланс процесса очистки сточной воды

Расчет материального баланса процесса очистки сточной воды на очистных сооружениях приведен в таблице 8.

Таблица 8

4. Расчет аэротенка

Расчет аэрационных сооружений с глубоким удалением азота проводим в соответствии с рекомендациями "Справочного пособия к СНиП 2.04.03-85 "Канализация. Наружные сети и сооружения" п.п.2.30-2.34.

Расчитываем аэротенк-вытеснитель по следующим данным:

БПКп неочищенной сточной воды - 230 мг/л

БПКп очищенной сточной воды - 6 мг/л

Взвешенные вещества - 200 мг/л

Нитрификатор целесообразно выполнить в виде аэротенка продленной аэрации по типу вытеснителя. В нем одновременно должны происходить процессы окисления азота и биологическая очистка сточных вод.

Вычисления:

Lmix - БПКполн, определяемая с учетом разбавления рециркуляционным расходом, мг/л:

, (1)

(2)

max - максимальная скорость окисления, мг/ (гч), принимаемая по табл.40;

CO - концентрация растворенного кислорода, мг/л;

Kl - константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, мг БПКполн/л, и принимаемая по табл.40;

КО - константа, характеризующая влияние кислорода, мг О2/л, и принимаемая по табл.40;

- коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, л/г, принимаемый по табл.40.

Режим вытеснения обеспечивается при отношении длины коридоров к ширине свыше 30. При необходимо предусматривать секционирование коридоров с числом ячеек пять-шесть.

Вместимость аэротенков необходимо определять по среднечасовому поступлению воды за период аэрации в часы максимального притока.

Период аэрации tatm, ч, в аэротенках, работающих по принципу вытеснителей, следует определить по формуле

, (3)

Len - БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды (с учетом снижения БПК при первичном отстаивании), мг/л; Lex - БПКполн очищенной воды, мг/л; ai - доза ила, г/л, определяемая технико-экономическим расчетом с учетом работы вторичных отстойников; s - зольность ила, принимаемая по табл.40; - удельная скорость окисления, мг БПКполн на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч, определяемая по формуле (2), Ri - степень рециркуляции активного ила, ai - доза ила в аэротенке, г/л; Принимаем дозу активного ила в аэротенке ai mix=2,3 г/л.

По табл.41 [24] находим иловый индекс, который соответствует рассчитанной нагрузке на активный ил: Ji = 95 см3/г;

Из таблицы 5.1 [23] определяем Ri=0,3 г/л.

По формуле (1) определяем:

Lmix= (230+6*0,3) / (1+0,3) =178,3мг/л

Для городских сточных вод по табл.40 [24] назначаем константы:

максимальная скорость окисления сmax=85 мг БПКпол / (г·ч)

константа, характеризующая свойства загрязнений Kl= 33 мг БПКпол /л

константа, характеризующая влияние кислорода K0=0,625 мг О2 /л

коэффициент ингибирования ц=0,07 л/г

зольность активного ила s=0,3 (воловник)

коэффициент, учитывающий продольное перемешивание Кр=1,5

Тогда период аэрации, ч, в аэротенке - вытеснителе будет равен:

Принимаем нагрузку равную 300 мг БПКпол/ (г·сут) [24]. Тогда, при такой нагрузке, период аэрации будет равен:

Так как процесс очистки ведется с глубоким удалением биогенных элементов, то в расчетах необходимо учитывать продолжительность процесса денитрификации.

При лимитирующей скорости роста денитрифицирующих бактерий (0,435 ч-1) над скоростью роста нитрифицирующих бактерий, время пребывания сточной воды в денитрификаторе составит:

Тогда полный период аэрации составит:

t= tatv + tден=11,1+2,3=13,4

Продолжительность обработки воды в аэротенке tat, ч, необходимо определять по формуле:

Определение объема аэротенка Wat:

, м3

, м3

Определение объема анаэробной зоны аэротенка:

м3 ? 19 м3

Прирост активного ила Pi, мг/л, в аэротенках надлежит определять по формуле

где Ccdp - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л, Ccdp = 200 мг/л;

Kg - коэффициент прироста; для городских и близких к ним по составу производственных сточных вод, Kg = 0,3;

Pi=0,8*200+0,3*230=229 мг/л

Подбираем типовой проект аэротенка-вытеснителя.

Конструктивно аэротенк выполнен в прямоугольной емкости, совмещен со вторичным отстойником, который располагается в конце емкости:

число секций nat=2

число коридоров ncor=2

длина анаэробной зоны l1=2,85 м

длина аэробной зоны l2=18,15 м

общая длина одного аэротенка L=21 м

ширина коридора В=1,445 м

рабочая глубина Hat=2,4 м

объем анаэробной зоны (одного аэротенка) - 10,5 м3

объем аэробной зоны (одного аэротенка) - 62 м3

объем одного аэротенка - 72,5 м3

тип аэрации - мелкопузырчатая;

4.2 Расчет аэрации

Расчет необходимого количества воздуха для окисления органических загрязнений

Принимаем глубину погружения аэраторов ha=Hat - 0,3=2,4-0,3=2,1 м.

По таблице находим растворимость кислорода при температуре воды 200С: СT=9,02 мг/л.

По формуле 3.23 [1] рассчитываем растворимость кислорода в воде:

Для аэрации принимаем пневмотический аэратор из дырчатых труб, соотношение площади аэрируемой зоны и аэротенка far/fat=0,2.

Удельный расход воздуха qair, м3/м3 очищаемой воды, при пневматической системе аэрации надлежит определять по формуле 3.13 [1]:

, где

qO - удельный расход кислорода воздуха на 1 мг снятой БПКполн, принимаемый при очистке до БПКполн 15-20 мг/л - 1,1;

K1 - коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка faz /fat по табл.3.3 [1], К1=1,68;

K2 - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов ha и принимаемый по табл.3.4 [1]; К2=2,6;

KT - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который следует определять по формуле:

КТ=1+0,02 (Tw - 20) =1,02

здесь Tw - среднемесячная температура воды за летний период, Tw =20С;

K3 - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод при наличии СПАВ в зависимости от величины faz /fat по табл.44 [24], К3=0,64;

CO - средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л;

Для проектируемого аэротенка требуется обеспечить в первой зоне (зоне денитрификации) концентрацию растворенного кислорода не более 1 мг/л; во второй зоне (зоне смешанной аэрации) - 2-3 мг/л и в третьей зоне (зоне нитрификации) - 4 мг/л. Примем среднюю концентрацию растворенного кислорода в аэротенке 2,5 мг/л.

Интенсивность аэрации Ja, м3/ (м2ч), надлежит определять по формуле:

где

Hat - рабочая глубина аэротенка, м;

tat - период аэрации, ч.

Если вычисленная интенсивность аэрации свыше Ja,max для принятого значения K1, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны; если менее Ja,min для принятого значения K2 - следует увеличить расход воздуха, приняв Ja,min по табл.3.4 [1]. Максимально допустимая интенсивность аэрации Ja,max=10 м3/ (м2ч), а минимальная интенсивность аэрации Ja,min = 3,55 м3/ (м2ч) [1]. Рассчитанное значение Ja находится между минимальным Ja,min и максимальным Ja,max, следовательно, пересчета интенсивности не требуется. Определение общего расхода воздуха: Qair=qair·qw, м3/ч. Расход воздуха на окисление органических загрязнений:

Qох-е=13,83*8,33=115,2 м3/ч.

Внутри аэрируемого блока аэротенка устанавливаются пневматические аэраторы "Полипор".

Число аэраторов Nma для аэротенков следует определять по формуле:

где Wat - объем сооружения, м3; Qma - производительность аэратора по кислороду, кг/ч, принимаемая по паспортным данным; tat - продолжительность обработки воды в аэротенке, ч;

Принимаем 16 аэраторов.

4.3 Расчет трубопроводов

Расчёт трубопровода подачи неочищенной сточной воды

,

где объемный расход сточной воды

м3/с,

щс.в = 2 м/с, скорость поступления сточной воды

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=50 мм

Расчёт трубопровода подачи биологически очищенной сточной воды на фильтры и отвода биологически очищенной сточной воды

, где

объемный расход сточной воды

м3/с,

щс.в. = 0,6 м/с, скорость поступления биологически очищенной сточной воды на фильтры, принимается по таблицам.

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=80 мм. Расчёт трубопровода отвода отстоянной воды после минерализатора

, где

объемный расход сточной воды

м3/с,

щс.в. = 0,6 м/с, скорость отвода отстоянной воды, принимается по таблицам.

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=15 мм

Расчёт трубопровода очищенной сточной воды после обеззараживания

, где

объемный расход сточной воды

м3/с,

щс.в. = 0,6 м/с, скорость отвода очищенной сточной воды после обеззараживания, принимается по таблицам.

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=70 мм

Расчёт трубопровода подачи воды после фильтрации в бак чистой воды

, где

объемный расход сточной воды

м3/с,

щс.в. = 0,6 м/с, скорость поступления воды после фильтрации в бак чистой воды, принимается по таблицам.

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=80 мм

Расчёт трубопровода нитратного рецикла

, где

объемный расход стоков на нитратный рецикл

м3/с,

щNR =1 м/с, скорость поступления воды.

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=50 мм. Расчёт трубопровода циркуляции активного ила

, где

объемный расход циркулирующего ила

м3/с,

щр.и. = 0,69 м/с, скорость поступления циркулирующего ила принимается по таблицам.

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=50 мм. Расчёт трубопровода избыточного активного ила

,

где

объемный расход избыточного ила

м3/с,

щи.и. = 0,05 м/с, скорость поступления избыточного ила.

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=50 мм.

Расчёт трубопровода подачи воздуха для аэрации аэротенка

, где

м3/с, объемный расход воздуха

щвоздух = 15 м/с, скорость поступления воздуха

м.

Принимаем диаметр трубы Ду=50 мм

4.4 Расчёт вспомогательного оборудования (насосы, газодувки)

Выбор трубопровода. Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости 2 м/с . Тогда диаметр входного трубопровода в аэратор для воды равен

Примем dy 0.8 м.

Определение потерь на трение и местные сопротивления

Находим критерий Рейнольдца

Режим турбулентный. Абсолютную шероховатость трубопровода принимаем

?=2*10-4 м

Т.о. в трубопроводе имеет место смешанное трение и расчет коэффициента трения л следует производить по формуле

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей и нагнетательной линий

Для всасывающей линии

Вход в трубу принимаем с острыми краями ж1=0.5

Прямоточные вентили: для d=0.25 м и е=0.32 ж2=0.32

Отводы: коэффициент А=1, коэффициент В=0.09 ж3=0.09

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии

,

Потерянный напор во всасывающей линии

Для нагнетательной линии

Отводы под углом 90 градусов: жнаг1=0.09

Нормальные вентили: для d=0.25 м и е=5.1 жнаг2=5.1

Выход из трубы ж3=1

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии

Потерянный напор в нагнетательной линии

Общие потери напора

,

Выбор насоса

Напор насоса

Подобный напор насоса обеспечивается центробежными насосами.

Полезная мощность насоса

По техническим инструкциям устанавливаем, что заданным подаче и напору соответствует центробежный динамический насос марки СД 450/22,5. Насос обеспечен электродвигателем МО280S6 номинальной мощностью 75 кВт. Частота вращения вала 960 об/мин.

Выбираем газодувку, исходя из их технических характеристик.

Расход воздуха для обеспечения достаточной аэрации равен 115,1 м3/час. Исходя из этого подбираем газодувку РГН-1200А с типом электродвигателя А3-315М-2 и максимальной мощностью 200 кВт.

5. Технико-экономическая часть

В работе разрабатывается проект биологических очистных сооружений для населенного пункта производительностью 200 м3/сут.

Сточные воды, поступающие на очистные сооружения, подвергаются полной биологической очистке, включающей несколько последовательных ступеней:

механическая очистка сточной воды от крупного механического мусора на решетке;

биологическая очистка сточной воды с использованием живых микроорганизмов и кислорода воздуха в аэротенке;

вторичное отстаивание для отделения очищенной воды от активного ила во вторичном отстойнике;

доочистка на безнапорных фильтрах;

обеззараживание воды на бактерицидной установке с ультрафиолетовым излучением.

В ходе проектирования выполнен расчет основных технологических параметров процесса очистки. На основании технологического расчета определены размеры и конструкция аппарата, подобрано аэрационное и насосное оборудование, а также контрольно-измерительные приборы.

В разделе технико-экономическая часть выполнен расчет производственной мощности очистных сооружений, инвестиционных затрат на их строительство и годовых эксплуатационных затрат, проведена оценка экономической и экологической целесообразности.

5.1 Расчет производственной мощности

Производственная мощность установки определяется по ее суточной производительности и времени работы:

М= Q*Тэф

Q - производительность аэротенка по поступающей сточной воде

Тэф - эффективное время работы оборудования, дни.

Очистные сооружения работают непрерывно в течение календарного года, поэтому Тэф =365 дней.

М = 200*365 = 73000 м3 в год.

Отходы:

Количество образующихся отходов (m) определяем по формуле:

m=V · с ·Тэф/1000

с-плотность отходов, г/см3;

V-суточный объем образующихся отходов, л/сут

Плотность активного ила составляет с=1 г/см3. Избыточный активный ил образуется в количестве 480 л /сутки.

m=480 · 1 ·365/1000=175,2 т/год

Минерализованный и обезвоженный ил вывозится в мешках на специально отведенные площадки.

5.2 Расчет инвестиционных затрат

Инвестиционные издержки будут включать затраты на строительство зданий, а также приобретение, доставку и монтаж оборудования.

Капитальные вложения на здания определяются их объемом и нормативом затрат на строительство 1 м3 и рассчитываются по формуле: Кзд =Vзд·С, С-норматив затрат на строительство 1 м3, С=2000 руб/м3. V-обьем зданий, м3. Объем блока биологической очистки:

Vзд=L·S·H

Где L - длина здания; S - ширина здания; H - высота здания (L=12 м; S=10 м; H=4,5 м).

VББО=12·10·4,5=540 м3

Кзд. ББО=540·2000=1080000 руб

Емкость КНС представляет собой резервуар с внутренним диаметром D=2,8м, длиной L=11 м.

Тогда, Vзд. КНС=р· (D/2) 2·L = 3,14· (2,8/2) 2 ·11= 67,7 м3

Кзд. КНС=67,7·2000=135400 руб

Общая сумма капитальных вложений на здания составит:

1080000+135400=1215400руб

Расчет капитальных вложений в строительство зданий и сооружений представлен в табл.4

Таблица 4

Расчет капитальных вложений в строительство зданий и сооружений

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6