Составитель: Л.В.Бартова

УДК |628.2 + 628.3| (076.5)

РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Водоотведение и очистка сточных вод» /Сост. Л.В.Бартова; Перм. нац. исслед. политехн.ун-т, Пермь, 2014.

ãã Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2014

Задание 1. Прочитать главы 9.2.5, 9.2.7, 9.2.9 СП 32.13330.2012.

Задание 2. Определить параметры работы аэробной зоны:

- продолжительность аэрации,

- объем аэробной зоны (аэротенка-нитрификатора),

- дозу ила в сооружении,

- необходимый расход воздуха,

- степень рециркуляции активного ила и водно-иловой смеси,

- количество избыточного ила в системе.

Исходные данные для расчета (см.задание):

- расход сточных вод =6000 м³/cyт; Q_час^сред = 250 (м³/час);

Q_час^max =415(м³/час) – по расчету расходов и концентраций;

- БПК осветленных сточных вод, подаваемых в сооружение (см. расчет концентраций), 172,8мг/л;

- БПК сточных вод, требуемая при сбросе в водоем, ≤ 6 мг/л;

- исходная концентрация аммонийного азота перед аэробной зоной с учетом превращения органического азота в аммонийный в анаэробных зонах = (27+6,2)= 33,2 мг/л;

- требуемая концентрация аммонийного азота на выпуске в водоем

≤ 2 мг/л;

- исходная концентрация азота нитратов = 0;

- требуемая концентрация азота нитратов на выпуске сточных вод в водоем ≤ 10 мг/л;

- активная реакция очищаемых сточных вод pH=7.5

- соединения, ингибирующие биоокисление, в сточных водах отсутствуют;

- среднезимняя температура очищаемых сточных вод Т°_зим=15 °С;

- среднелетняя температура очищаемых сточных вод Т°_лет=18 °С;

Решение:

Расчет ведется по справочному пособию к СНиП 2.04.03-85 «Проектирование сооружений для очистки сточных вод».

При очистке городских сточных вод до БПК=5-7мг/л и аммонийного азота до 2 мг/л константы процесса принимаются по данному справочному пособию:

- максимальная скорость окисления ;

- константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ ;

- константа, характеризующая влияние кислорода ;

- коэффициент ингибирования активного ила продуктами распада ;

2.1. Определяется (сут^-1) - удельная скорость роста микроорганизмов- нитрификаторов. Именно она является диктующей в процессе, т.к. она значительно меньше, чем скорость роста других микроорганизмов. показывает, на какую долю от исходного количества увеличивается ежесуточно масса нитрифицирующего ила.

/2.1/

в формуле:

· - максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов, определяемая экспериментально в принятых стандартных условиях: pH=8,4; t^o=20 ^oC; отсутствие токсикантов.

= 1,77 сут^-1

· коэффициенты учитывают отличие реальных условий от стандартных, принимаются по данным таблиц:

Коэффициент К_pH, учитывающий влияние pH на процесс окисления:

pH		6,5		7,5		8,5
КpH	0,15	0,31	0,5	0,6	0,87	1,0	1,23

Коэффициент К_Т, учитывающий влияние температуры

сточных вод на процесс окисления:

Т°С
КТ	0,32	0,56	1,0	1,79	3,2

По данным таблиц, при pH=7,5 =0,6; при Т°_зим =15^oC =0,56; при отсутствии токсикантов К_с =1.

(В присутствии токсинов К_с определяется по формуле:

;

где: С_i – концентрация ингибитора в воде, мг/л; J_i – константа полунасыщения ингибитора, мг/л).

· коэффициент - учитывает влияние концентрации растворенного кислорода:

где: С_о - концентрация растворенного кислорода в иловой смеси, в соответствии с п. 6.157 СНиП 2.04.03-85 поддерживается не менее С_о=2 мг/л.

- - константа полунасыщения кислорода, =2 мг/л

· множитель учитывает требуемую концентрацию аммонийного азота в очищенной жидкости;

= =2 мг/л;

- константа полунасыщения аммонийного азота (N-NH ), =25 мг(N-NH ) /л

По формуле /2.1/:

Это значит, что количество нитрифицирующего ила ежесуточно увеличивается на 2,2%.

2.2. Минимальный допустимый возраст ила θ(сут) составляет:

/2.2/

Параметр «возраст ила» показывает, за какое время ил в системе полностью обновится.

2.3. Удельная скорость окисления органических веществ в аэротенке-нитрификаторе определяется по экспериментальной формуле:

/2.3/

где:

- - энергетический физиологический коэффициент; для городских сточных вод =3,7

- - физиологический коэффициент роста микроорганизмов активного ила; для городских сточных вод =864

По формуле [7.18]:

2.4. По п.6.143 СНиП 2.04.03-85, зная , находим - концентрацию беззольной части углеродокисляющего активного ила при заданной L_ex =6 мг/л:

/2.4/

Отсюда =2 г/л.

2.5. Продолжительность обработки сточных вод в аэротенке-нитрификаторе определяется по формуле (63) СНиП/1/:

/2.5/

2.6. Объем аэротенка-нитрификатора:

/2.6/

2.7. Концентрация нитрифицирующего ила в иловой смеси определяется по формуле:

/2.7/

где:

- - концентрация нитрифицирующего ила “стандартная”, которая необходима, чтобы окислить 20 мг аммонийного азота до нитратов → за период времени t=24 часа при температуре t^о=20 °С.

Величина получена экспериментальным путем и приводится в таблице:

Параметры процесса нитрификации

Прирост ила, мг/мг N-NH	Возраст ила, , сут	Концентрация микроорганизмов, , г/л	Удельная скорость окисления , мг/(г·ч)
0,17		0,017	49,0
0,17		0,034	24,5
0,16		0,048	17,4
0,138		0,055	15,2
0,09		0,048	17,4
0,055		0,033	25,2
0,03		0,021	33,7
0,02		0,016	52,1
0,048		0,048	17,4
0,044		0,053	15,7
0,018		0,025	33,3

В данном примере при возрасте ила θ=45сут =0,032 .

- снижение концентрации аммонийного азота в аэротенке-нитрификаторе, = - =(33,2 - 2) мг/л; t – продолжительность обработки сточных вод в сооружении; принят аэротенк-смеситель, поэтому t= t_air=18,5 час

2.8. Общая концентрация беззольного вещества ила в иловой смеси аэротенка-нитрификатора:

/2.8/

2.9. При зольности S=0,35 доза ила по сухому веществу составит a =2,065/0,65=3,2 г/л. /2.9/

2.10. Удельный прирост активного ила - ():

/2.10/

в формуле: 41,7 – коэффициент пересчета единиц измерения.

2.11. Суточное количество избыточного ила:

/2.11/

2.12. Определение расхода воздуха, подаваемого в аэротенк-нитрификатор.

*Сначала нужно подобрать типовой аэротенк, т.к. для определения расхода воздуха необходимо знать глубину сооружения (см. задание №3).

Расход воздуха, подаваемого в аэротенк-нитрификатор, определяется по п.6.159 СНиП 2.04.03-85 с учетом расхода воздуха на нитрификацию:

/2.12/

где: - , - соответственно начальная и конечная концентрации аммонийного азота в сточных водах, очищаемых в аэробной зоне.

- q_o - удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК; q_o=1,1;

- L_en, L_ex – БПК сточных вод до и после очистки в аэротенке-нитрификаторе соответственно;

- k₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора, принимается в зависимости от соотношения площади аэрируемой зоны (площади, покрытой аэраторами)f_az и площади аэротенка f_at по таблице 42 СНиП 2.04.03-85. Для предварительного расчета можно принять f_az/f_at=0,2; тогда K₁=1.68;

- К₂ - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов h_a, принимается по таблице 43 СНиП 2.04.03-85. Аэраторы размещаются примерно на 0,3 м выше дна аэротенка, значит, при глубине воды в аэротенке Н=3м h_a=Н-0,3=3–0,3=2,7м; тогда K₂=1,92;

- К_т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, определяется по формуле: K_T=1+0.02(T^о_лет-20^о)=1+0.02(18^о-20^о)=0.96, где T^о_лет - среднемесячная температура воды за летний период, равная по заданию 18°С;

- К₃ - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод равным 0,85;

- С_а - растворимость кислорода воздуха в воде, определяемая по формуле: С_а=(1+h_а/20,6)*С_т = (1+2,7/20,6)*9,4 = 10,6 мг/л. В формуле С_т - растворимость кислорода в воде принимается в зависимости от температуры воды и атмосферного давления по таблице:

Растворимость кислорода воздуха в чистой воде

при атмосферном давлении*:

t^°воды
СТ, мг/л	12,8	11,3	10,8	10,3	9,8	9,4	9,0	8,7	8,3	8,0

*Таблица приведена по данным книги «Примеры расчетов канализационных сооружений» Ласков Ю. П., Воронов Ю. В., Калицун В. И. – М: Высшая школа, 1981г. с. 96.

- С_о - средняя концентрация кислорода в аэротенке; в предварительном расчете допускается принимать 2 мг/л; при необходимости уточняется

По формуле /2.12/:

Необходимый расход воздуха составляет:

Q_air = q_air*Q_at = 15,1*250 = 3775 м³/ч

где Q_at- средний часовой расход очищаемых сточных вод, по заданию Q_at =250м³/ч.

2.13. Минимальная допустимая степень рециркуляции активного ила R_i определяется по формуле:

/2.13а/

где:

- a - доза ила по сухому веществу, из расчета по формуле /2.9/ a =3,2 г/л;

- J_i - иловый индекс, в аэротенках-нитрификаторах иловый индекс составляет не менее 150см³/г;

Оптимальная (минимальная допустимая) степень рециркуляции водно-иловой смеси с учетом рециркуляции ила ( R_wi+R_i) определяется из уравнения баланса азота в системе:

/2.13б/

где:

- ΣN_en – общее количество азота в поступающих сточных водах (мг/л): в виде иона аммония (NH₄⁺)_en и в составе органических соединений N_орг; принимается по результатам расчета концентраций поступающих сточных вод; по табл.4 методического пособия «Расчетные расходы и концентрации городских сточных вод» ΣN_en =27+6,2=33,2мг/л;

- ΣN_ex – предельно допустимое содержание азота в очищенных сточных водах, во всех формах; принимается по заданию: аммонийный азот – 2 мг/л; нитриты- 1мг/л; нитраты -10 мг/л; ΣN_ex =13мг/л;

- (NO₂^-)_ex, (NO₃^-)_ex – предельно допустимые концентрации азота нитритов и нитратов на выпуске в водоем, принимаются по заданию:

(NO₂^-)_ex = 1мг/л; (NO₃^-)_ex = 10 мг/л;

Оптимальная (минимальная допустимая) степень рециркуляции водно-иловой смеси равна: R_wi=1,9-1=0,9.

Расчет по формуле /2.13б/ предполагает идеальную работу аноксидной зоны – денитрификатора, то есть предполагается, что количество нитритов и нитратов перед аэробной зоной будет близко к нулю. Это очень трудно обеспечить технически, поэтому полученное теоретическим путем значение R_wi необходимо искусственно увеличить. В данном расчете рекомендуется его округлить в большую сторону до ближайшего целого числа. Принимается R_wi=1.

Результаты расчетов сводятся в таблицу.

Основные параметры работы аэрационной системы

Параметр	Обознач	Ед.измер.	Значение
Возраст ила в системе	Θ	сут
Продолжительность аэрации	tair	час	18,5
Доза ила по сухому веществу	a	г/л	3,2
Расход сточных вод	Qсв	м^3/сут
Расход воздуха	Qair	м^3/час
Объем аэробной зоны	Wair	м^3
Степень рециркуляции активного ила	Ri		1,0
Степень рециркуляции водно-иловой смеси	Rwi		1,0
Суточное количество избыточного ила	Υ	кг/сут

Задание 3. Определить необходимые объемы анаэробной и аноксидной зон; подобрать типовое сооружение

По данным исследователей, приблизительное распределение общего времени Т обработки сточных вод в различных условиях таково: в аэробной зоне - (0,6-0,7)Т; в аноксидной зоне - (0,15-0,25)Т; в анаэробной зоне - (0,1-0,15)Т.

Выше определена продолжительность обработки сточных вод в аэробной зоне – 18,5 часов. Исходя из этой величины, определяем общее время обработки во всех трех зонах – 27,9 час, в анаэробной зоне – 3,7 час, в аноксидной зоне – 5,7 час. Пропорционально продолжительности обработки назначаются объемы отдельных зон и общий объем сооружения. Объемы определяются по формуле W = Q_at*Т (Q_at - средний часовой расход очищаемых сточных вод, по заданию Q_at =250м³/ч)и составляют следующие величины:

- аэробная – 4625м³,

- анаэробная - 925 м³,

- аноксидная – 1425 м³,

- общий объем сооружения - 6975 м³.

Принимаются две секции четырехкоридорного аэротенка общим объемом 7258 м³, длиной 63м, глубиной 3,2 м, с шириной коридора 4,5м. Размеры типовых аэротенков приведены в бумажной методичке «Биологическая очистка городских сточных вод».

Задание 4. Рассчитать вторичные отстойники

Вторичные отстойники необходимо рассчитывать по гидравлической нагрузке на площадь зеркала воды в соответствии с указаниями п.9.2.9.3 СП32.13330.2012.

Исходные данные:

- расход очищаемых сточных вод Q_час^max = 415 м³/час (см.определение расчетных расходов);

- концентрация взвешенных веществ в осветленной воде (вынос ила из вторчных отстойников), принимается не менее 10мг/л; a_t = 10 мг/л;

- доза ила по сухому веществу в аэротенке; из расчета аэротенка-нитрификатора а = 3,2 г/л;

- иловый индекс принимается не менее 150 см³/г; J_i = 150см³/г;

В схеме работают первичные отстойники вертикального типа диаметром d=9м, с глубиной проточной части H_set = 3,6 м. Коэффициент использования объёма зоны отстаивания для вертикальных отстойников, по СНиП 2.04.03-85, К_ss =0,35.

Решение.

4.1. Принимаются вторичные отстойники по типу первичных: вертикальные диаметром 9м.

4.2. Определяется гидравлическая нагрузка на единицу площади зеркала воды сооружений:

м³/м²*ч

4.3. Необходимая общая площадь зеркала воды вторичных отстойников:

F_общ = Q_час^max / q_ssa = 415 / 1 = 415 м²

4.4. Площадь зеркала воды вертикального отстойника диаметром d=9м составляет:

f = pd² / 4 = 3,14*9² / 4 = 63,58 м²

4.5. Требуемое количество отстойников:

N = F_общ / f = 415 / 63,58 = 6,53» 7

---

Дата добавления: 2015-07-15