Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод малых населенных пунктов
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
Наименование строительного объекта
|
Объем, м3
|
Стоимость 1 м3, руб
|
Сметная стоимость, тыс.руб
|
Амортизационные отчисления
|
|
|
|
|
|
Норма, %
|
Сумма, тыс.руб.
|
|
Блок биологической очистки
Емкость КНС
|
540
67,7
|
2000
2000
|
1080
135,4
|
3,3
3,3
|
35,64
4,46
|
|
Итого зданий
|
607,7
|
-
|
1215,4
|
3,3
|
40,1
|
|
Внутриплощадочные сети (20% от стоимости зданий)
|
|
|
243,08
|
5,3
|
12,88
|
|
Наружные сети канализации (15%)
|
|
|
182,31
|
5,3
|
9,66
|
|
Итого сооружений
|
|
|
425,39
|
5,3
|
22,54
|
|
Всего зданий и сооружений
|
|
|
1640,79
|
|
62,64
|
|
|
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
|
|