Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние и анализ применения пневмоструйной системы аэрации для различных водных технологий 10
1.1. Классификация современных систем аэрации 10
1.1.1. Пневматическая система аэрации 11
1.1.2. Механическая система аэрации 16
1.1.3. Струйная система аэрации 22
1.1.4. Комбинированные системы аэрации 27
1.2. Пневмоструйная система аэрации 32
Выводы по 1 главе
ГЛАВА 2 Теоретическое обоснование массопередачи кислорода при струйном аэрировании 37
2.1. Основные показатели расчета массообменных процессов при аэрации 37
2.2. Анализ закономерностей переноса кислорода воздуха в воду при струйной аэрации 42
2.3. Математическое моделирование процесса аэрирования 50
2.4.Теоретические основы работы эрлифтных аэраторов традиционной конструкции 52
Выводы по 2 главе 54
ГЛАВА 3 Методика проведения экспериментального исследования пневмоструйного и водоструйного аэратора в лабораторных условиях 55
3.1. Лабораторная установка и методика проведения исследований 55
3.2 Исследования пневмоструйного аэратора 56
3.3. Построение линий тока в аэрируемом объеме 60
3.4. Моделирование линий тока с помощью программного оборудования ANSYS 11 63
3.5. Исследования водоструйного аэратора и пневматического аэратора типа «Бакор» 65
Выводы по 3 главе з
ГЛАВА 4 Анализ результатов экспериментального исследования 67
4.1. Анализ результатов экспериментального исследования пневмоструйного аэратора в лабораторных условиях 67
4.2. Анализа результатов экспериментального исследования водоструйного аэратора в лабораторных условиях 71
4.3. Сравнительный анализ по энергоэффективности водоструйного и пневмоструйного аэратора 73
4.4. Результаты компьютерного моделирования для матрицы типа
4.5. Определение констант Михаэлиса-Ментен для водоструйного аэратора и пневматического аэратора типа «Бакор» 87
4.5.1. Определение констант Михаэлиса для аэратора типа «Бакор» 87
4.5.2. Определение констант Михаэлиса для водоструйного аэратора 89
4.6 Компьютерное моделирование инсталляции блока водоструйного аэратора в аэрируемом объеме 90
Выводы по 4 главе 94
ГЛАВА 5 Инженерные и проектные решения внедрения пневмоструйного аэратора в производство 96
5.1. Рекомендации к выбору размеров очистных сооружений с водоструйным аэратором 96
5.2. Внедрение пневмоструйного аэратора на очистных сооружениях канализации кондитерской фабрики Аксайского района Ростовской области 98
5.3. Схема внедрения пневмоструйного аэратора в денитрификатор 104
Выводы по 5 главе 105
ГЛАВА 6 Технико - экономическое обоснование применения пневмоструинои и водоструйной системы аэрации для различных водных технологий 106
6.1 Технико-экономическое обоснование использования пневмоструйной системы аэрации для малых очистных сооружений канализации 106
6.1.1. Определение энергоэффективности пневматической, водоструйной и пневмоструйпой системы аэрации в нитрификаторе 106
6.1.2. Нитрификатор. Годовой экономический эффект систем аэрации... 107
6.1.3. Нитрификатор. Экономический анализ аэрационных систем на базе показателя - затраты жизненного цикла 112
6.2. Технико-экономическое обоснование использования пневмоструйпой систем аэрации на аэрируемых прудах 115
6.2.1.Определение энергоэффективности систем аэрации для аэрируемых прудов 115
6.2.2. Аэрируемые пруды. Расчет годовых затрат пневматической и пневмоструйпой систем аэрации 120
6.2.3. Аэрируемые пруды. Экономический анализ аэрационных систем на базе показателя - затраты жизненного цикла 121
Выводы по 6 главе 122
Заключение 124
Список литературы
- Комбинированные системы аэрации
- Математическое моделирование процесса аэрирования
- Моделирование линий тока с помощью программного оборудования ANSYS 11
- Определение констант Михаэлиса-Ментен для водоструйного аэратора и пневматического аэратора типа «Бакор»
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время не решена проблема загрязнения природных вод продуктами деятельности человека. Сброс бытовых и промышленных недостаточно очищенных сточных вод превышают допустимые границы, обусловленные способностью водоемов к самоочищению.
Согласно Государственному докладу «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2011 году" более 33% сбрасываемых сточных вод в водоемы относятся к категории загрязненные.
На сооружениях биологической очистки основную часть эксплуатационных расходов составляют затраты энергии на аэрацию сточных вод. Кроме этого аэрационные сооружения применяются для насыщения воды водоемов кислородом. В связи с этим возникает необходимость в совершенствовании энергосберегающих установок аэрационных систем, которые не требуют существенных затрат при реконструкции и/или создании очистных сооружений, при насыщении природных вод и позволяют повысить эффективность насыщения кислородом.
В водном хозяйстве достаточно широкое применение нашли струйные системы аэрации, которые уступают по эффективности пневматическим, но просты и надежны в эксплуатации, не требуют капитальных затрат на строительство и эксплуатацию воздуходувных станций и могут быть изготовлены непосредственно на объекте эксплуатации.
Среди различных систем аэрации пневмоструйная наименее изучена, хотя малоэнергоемка, проста в конструктивном исполнении, эффективна при малой производительности. Возможно ее совмещение с другими системами аэрации: она объединяет положительные свойства пневматической и струйной системы, т. е. является более простой в эксплуатации, не требует частой регенерации, в виду незасоряемости.
Поэтому разработка методов повышения эффективности пневмоструйных аэраторов является актуальной задачей в рамках концепции энергосбережения.
Изложенное определяет актуальность работы и требует проведения как теоретических, так и экспериментальных исследований.
Цель работы. Повышение эффективности насыщения кислородом обрабатываемых вод при применении энергосберегающих пневмоструйных аэраторов при различных условиях эксплуатации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
дополнить существующую классификацию систем аэрации;
разработать и верифицировать компьютерную модель движения жидкости при работе пневмоструйного аэратора;
установить гидравлические закономерности и конструктивные параметры пневмоструйного аэратора, влияющие на массообменные характеристики;
установить граничные условия соотношения габаритов аэрируемой емкости и пневмоструйного аэратора на базе оптимизации технологических параметров;
уточнить существующую методику расчета и рекомендации по применению пневмоструйных аэраторов в водных технологиях;
разработать и внедрить в производство технические решения, повышающие эффективность пневмоструйной системы аэрации.
Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, экспериментальное исследование в лабораторных условиях, оснащенных контрольно-измерительными приборами, компьютерное моделирование изучаемых процессов. Обработку экспериментальных данных вели методами математической статистики. Для построения модели использовали компьютерное моделирование с помощью программного комплекса Ansys 11.
Научная новизна работы:
- установлен новый вид системы аэрации – пневмоструйный, с регулируемыми в вертикальной и горизонтальной плоскостях всасывающими патрубками в водоаэрационной колонне;
- получены оптимальные соотношения конструктивных параметров аэрируемой емкости и технологических характеристик аэратора, влияющих на гидравлические массообменные процессы.
- получена компьютерная модель движения жидкости в аэрируемом резервуаре, параметры которой с допустимой статистической погрешностью согласуются с экспериментальными данными пневмоструйной системы аэрации;
- получены расчетные зависимости течения жидкости при пневмоструйной аэрации и уточнены рекомендации для расчета процесса.
Практическое значение работы:
предложено конструктивное решение пневмоструйного аэратора, позволяющее производить насыщение кислородом обрабатываемой жидкости без образования застойных зон в резервуаре;
предложена кассета носителя биомассы с защитной сеткой от крупных волокнистых включений, пластмассы, окурков, для аэротенков с пневмоструйной системой аэрации (патент РФ №2420460);
разработан технический регламент на проектирование и эксплуатацию установок с пневмоструйной системой аэрации.
Реализация результатов работы:
- рекомендации диссертационной работы использованы в проектах института ООО «РостИнпром», г. Ростов–на–Дону, 2012г., института Ростовский Водоканалпроект в 2013г., института Гипрокоммунводоканал в 2013г.
пневмоструйная система аэрации (по патенту РФ №123002) и кассета носителя биомассы (по патенту РФ №2420460) внедрены на локальных очистных сооружениях сточных вод кондитерской фабрики Аксайского района Ростовской области.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- пневмоструйную систему аэрации для насыщения кислородом рекомендуется использовать при обработке вод расходом от 50-200м3/ч, диаметр распределительной чаши может варьироваться от 0,6-2,0 м;
- зависимость эффективности насыщения кислородом при пневмоструйной системы аэрации от глубины погружения аэратора в жидкость и от количества и длин входных патрубков;
- результаты компьютерного моделирования пневмоструйной системы аэрации с описанием движения потоков жидкости к патрубкам колонны с граничными значениями скоростей, обеспечивающими эффективную гидродинамику массообмена;
- режим работы и технологические параметры пневмоструйного аэратора использованы при проектировании и внедрении на очистных сооружениях канализации кондитерской фабрики Аксайского р-на, Ростовской области, производительностью 200 м3/сут.
- технико-экономический анализ определил варианты применения пневматической и водоструйной систем аэрации в аэротенках и аэрируемых прудах в зависимости от характеристик обрабатываемой жидкости.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались автором на:
- научной конференции Ростовского государственного строительного университета, г.Ростов-на-Дону, 2009 - 2012г;
- научной конференции «Техновод», г. Ростов-на-Дону, 2012г.;
- конференции Международной Водной Ассоциации «4-ая Восточно-Европейская Конференция «Опыт и молодость в решении водных проблем»», г. Санкт-Петербург, 2012г.
Публикации. По результатам работы опубликованы в 11 печатных работ, в том числе: 2 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 - патента РФ.
Личный вклад соискателя: разработка и создание экспериментальной установки и методов исследований; участие в получение научных экспериментальных данных, разработка новых технологических решений, их теоретическая и экспериментальная проверка; систематизация, обработка и анализ полученных результатов; обоснование и формулировка научных положений и выводов; участие во внедрении результатов исследований в практику проектирования строящихся или реконструируемых объектов, а также написания публикаций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов. Работа изложена на 180 страницах печатного текста, включает 55 рисунков, 37 таблиц и 8 приложений. Список литературы представлен 131 источником.
Комбинированные системы аэрации
Достоинства таких систем аэрации - в простоте изготовления и эксплуатации, высокой окислительной способности, небольшом расходе электроэнергии (1,35 - 1,4 кВт ч на снижение 1 кг БПК5). Недостатком такого аэратора является металлоёмкий рабочий орган, который может выходить быстро из строя. Перемешивание жидкости может плохо осуществляться при глубине резервуара более 2 м [62].
Вертикальные механические аэраторы
Механические вертикальные аэраторы подразделяются на поверхностные и глубинные. Наиболее распространены поверхностные аэраторы, отличительная черта которых состоит в малом погружении в обрабатываемую жидкость и непосредственном контакте ротора с атмосферным воздухом.
Принцип действия аэраторов этого типа заключается в сочетание аэрирующего эффекта кольцевого гидравлического прыжка, вызываемого вращением лопастей ротора, с эжекцией атмосферного воздуха в зону давления. Одновременно снизу к ротору подсасывается жидкость, что способствует ее хорошему перемешиванию и распределению воздуха во всем объеме сооружения.
Вертикальные аэраторы в своей конструкции имеют вертикальный ротор с лопастями, расположенными на диске, на конусе или непосредственно на валу. Работать данный аэратор может либо на поверхности жидкости, или на глубине. В Англии применяется вертикальный механический аэратор «Симплекс, который впоследствии был усовершенствован германской фирмой «Копперс». Данный аэратор представляет собой полый усечённый конус с приваренными к его внутренней части лопастями специального профиля, обращенный расширением вверх. По конструктивным параметрам диаметр ротора примерно равен 3 м, а возвышение его верхней кромки над поверхностью в зависимости о г производительности колеблется от 5 до 20 см. Сам ротор, как правило, опирается па три регулируемые опоры над центральной направляющей трубой, предназначенной для обеспечения циркуляции придонных слоев жидкости.
Данный тип аэратора может работать в аэротенках с большой глубиной. При постоянном уровне воды в резервуаре существует возможность вручную или с помощью электродвигателя регулировать производительность отдельного аэратора путём изменения глубины его погружения.
Отрицательные стороны механического вертикального аэратора: - это низкая надёжность системы, - сложность использования данного вида аэрации в сооружениях с переменным уровнем воды, например, в аэрируемых прудах, -потребность в дорогостоящих деталях, редукторах.
Помимо конусных аэраторов существуют конструкции дисковых аэраторов. Данный тип аэраторов имеет дисковый механизм, с радиально направленными 12— 18 лопастями, укреплёнными снизу. Глубина погружения диска обычно не превышает 40 см. Для улучшения условий контакта «газ — жидкость» в нём устраивают отверстия диаметром 3 - 5 см или прорези шириной 1,5-3 см вдоль всей лопасти.
Вертикальные поверхностные аппараты имеют множество конструктивных решений. Большинство из которых в той или иной степени аналогичны и похожи между собой. Основной недостаток - невысокая эффективность вертикальных аэраторов при работе в реальных условиях, обычно не превышает 1,8 — 2 кг 02/(кВт ч).
Механизм действия глубинных (импеллерных) аэраторов с всасыванием атмосферного воздуха заключается в том, что заглубленный ротор прокачиваеі жидкость через трубу, имеющую отверстия в верхней части па уровне жидкости. При этом поток жидкости вовлекает через отверстия воздух, который, проходя через ротор, интенсивно диспергируется. Водовоздушная смесь выбрасывается в нижней части резервуара и смешивается со всем объемом жидкости, что обеспечивает хорошую аэрацию, (рисунок. 1.8).
Эжектируемый воздух выходит через отверстия на валу на уровне импеллера и интенсивно диспергируется, а водовоздушная смесь хорошо перемешивается со всем объёмом воды.
Импеллерный аппарат для аэрации АИ-1М: 1 - электродвигатель, 2 - муфта, 3 - рамма, 4 - вал, 5 - воздуховод, 6 - крыльчатка Существует множество вариаций конструктивного оформления глубинного аэратора - различные конструкции роторов в виде винтов, лопастных колёс и турбин с различным профилем лопаток.
Известен разработанный в СССР импеллерный аэратор АИ-1М (НИКТИ ГХ) производительностью 1 — 2 кг 02/ч. Такой аэратор может обслуживать зону объёмом 70 — 100 м3. Положительное качество импеллерных устройств аэрации заключается в конструкции, а именно отсутствие редукторов, и поэтому отсутствие проблем связанных с эксплуатацией.
Но есть и недостатки:
- ограниченность зоны действия, как по глубине, так и по площади, что делает трудным их применение на очистных сооружениях большой производительности;
- ухудшение отстаивания активного ила во вторичных отстойниках, так как при большой частоте вращения ротора хлопья дробятся и плохо осаждаются.
Подводя итоги, можно сделать вывод, у механических устройств аэрации есть несомненные преимущества перед пневматическими аэраторами. Они обладают высокой окислительной способностью, не подвержены засорению, не требуются строительства и эксплуатации воздуходувных станций, воздухоподводящпх магистралей. Основные их недостатки — сложность расчета, необходимость установки большого числа аэраторов при значительных габаритах сооружения, невозможность генерирования монопузырьков и управления их размерами.
Принцип работы струйных или гидравлических аэраторов описан в [104] и заключается в использовании энергии движущейся жидкости для создания развитой поверхности газожидкостного контакта. Их примерная классификация представлена на рисунке 1.19.
Основные достоинства струйной системы аэрации: простота конструкции, относительно малые габаритные размеры, высокая надежность, отсутствие движущихся частей.
Конструктивные решения струйных аэраторов подразделяются на: вихревые-эрлифтные аэраторы, эжекторно-эрлифтные аэраторы. В настоящее время гидравлические системы аэрации используются в биологической очистке канализационных вод и для насыщения кислородом жидкости водных объектов.
Математическое моделирование процесса аэрирования
Исследование проводилось на установке, состоящей из резервуара, V=0.3 м и аэратора. Аэратор включает водоаэрациониую колонну, распределительную чашу, патрубки (входные отверстия), а также устройство для нагнетания жидкости в водоаэрационной колонне с последующим изливом в распределительную чашу.
Было разработано две модели аэратора: с установленной внутрь аэрационной колонны форсунки с воздухом. Пневмоструиный метод аэрации, когда воздух в водоаэрациониую колонну поступает от компрессора по воздушному трубопроводу к форсунке (здесь процесс аэрации обеспечивается принудительной подачей воздуха), рисунок.3.1; с погружным насосом, установленным внутри водоаэрационной колонны (здесь осуществляется захват воздуха на изливе из водоаэрационной колонны), рисунок.3.2. Опыты проводились на чистой водопроводной воде, предварительно обескислороженной по методике переменного дефицита кислорода [135]. Методика переменного дефицита кислорода заключается в следующем: до начала опыта обескислороживают обрабатываемую воду в резервуаре, растворяя в ней сульфит натрия в присутствии катализатора - хлористого кобальта, предварительно растворенных в колбах с теплой жидкостью. Количество добавляемого сульфита натрия в граммах определяют по формуле: G = 15,7-KC.Wp,r, (3.1) где G - количество сульфита натрия Na2SO 7Н20, г; Wp - объем жидкости в резервуаре, м3; С - концентрация растворенного кислорода в исходной воде, г/м3; К - коэффициент запаса, значение которого устанавливается экспериментально (К обычно равен 1,1-1,3). Количество добавляемого хлористого кобальта СоС12, который является катализатором в процессе окисления сульфита натрия растворенным кислородом, определяется из расчета 1,0гна 1,0м3 жидкости.
Концентрация полученного кислорода измерялась анализатором растворенного кислорода МАРК-302Т, «Взор». Планирование опыта и обработка опытных данных осуществлялась по методике активного эксперимента [10].
Для проведения данного опыта применялось следующее устройство, рисунок.3.1, в составе: резервуар V=0.3 мЗ, размером 1,5x0,5x0,5 (h); пневмоструйный аэратор, с распределительной чашей, с водоаэрационной колонной D=90 мм, с форсункой с воздухом, установленной внутрь колонны; компрессор, производительностью Опоздчакс=150 л/мин, Р=19,6кПа, N=160BT.
Компрессором подается воздух по воздуховоду к форсунке, которая установлена в водоаэрационную колонну. Водовоздушная смесь поднимается вверх по водоаэрационной колонне и изливается в распределительную чашу. В распределительной чаше происходит отогнанный прыжок, который обеспечивает дополнительную аэрацию. Таблица 3.1. Факторы варьирования
Погружной насос создает турбулизацию потока в водоаэрационной колонне. Образуется барботирование и захват кислорода в верхней части колонны. При изливе воды из колонны в распределительную чашу происходит захват воздуха. В распределительной чаше образуется гидравлический прыжок, способствующий насыщению кислородом, и перелив в резервуар. Технологические параметры установки: Производительность водоаэрационной колонны - 0,12 л/с. Расход насоса - 0,23 л/с.
Основным фактором при работе пневмоструйного аэратора, влияющим па скорость насыщения кислородом оказался фактор - отметка форсунки, а для водоструйного - длина патрубка. Для изучения гидравлических параметров водоструйного аэратора, влияющих на эффективность массоперспоса необходимо изучить следующие процессы в резервуаре: 1. распределение кривых струйных потов во всем объеме резервуара, т.е. установить их длины, что бы установить оптимальное соотношение длины патрубка к длине резервуара; 2. нахождение оптимального соотношения площади распределительной чаши к площади резервуара; 3. построение компьютерной модели водоструйного аэратора с линиями тока, распределенными во всем объеме резервуара. Для изучения циркуляционных потоков применялась установка, состоящая из резервуара, с установленным сетчатым каркасом, водоструйного аэратора. Размер сетки каркаса 15x15 мм. К перекрестиям сетки привязывались разноцветные нитки, рисунок.3.8. При работе водоструйного аэратора нитки-свидетели отклонялись по ходу направления потоков. Цель — построение картины распределения кривых потоков при работе водоструйного аэратора через измерение углов отклонения ниток. Исследование было проведено по методике активного экспериментами]. Для проведения опыта были выбраны факторы варьирования табл.3.7 Таблица
Моделирование линий тока с помощью программного оборудования ANSYS 11
Технико-экономический расчет на основе показателя LCC- «затраты жизненного цикла» в нашей стране изучен и опубликован в [10]. Элементы затрат жизненного цикла LCC по каждому из сравниваемых вариантов выражаются уравнением: LCC= Сіс + Сіп + Се+ Со + Cm + Cs + Cenv + Cd, (6.13) Где, Сіс — капитальные затраты (строительные работы, стоимость оборудования); Сіп — затраты на монтаж, пуско-наладку; Се - затраты на электрическую энергию; Со — текущие затраты (в основном затраты на оплату труда обслуживающего персонала);
Принимаем 2 работающих, с окладом 20 ОООруб, итого 480 000 руб/год Cm — затраты на сервис и техобслуживание (текущий и плановый ремонт, при необходимости замена оборудования); для пневматической системы аэрации - 1 раз в 4 года, замена системы аэрации, 1 раз в год очистка фильтра на воздуходувке для водоструйной аэрации - 1 раз в 8 лет - замена насоса Cs — затраты по причине простоя (упущенная выгода) или потере производительности; Cenv - затраты на охрану окружающей среды и предотвращение ущерба; Cd — затраты на утилизацию, расчет остаточной стоимости оборудования для его будущего использования. 1 раз в 4 года демонтаж пневматической системы аэрации, 1 раз в 8 лет демонтаж насоса для водоструйной системы аэрации, Таблица 6.6 Итоговая таблица LCC. Исходные данные к расчету LCC Показатели пневматическая водоструйная пневмоструйная Расчетный период, лет 8 8 8 Процентная ставка, % 18 18 18 Годовой темп инфляции, % 12 12 114 по сравнению с 1029841=3646 Переходной коэффициент из базисных цен в текущие, для оборудования 3,29 3,29 3,29 Переходной коэффициент из базисных цен в текущие, для СМР 6,5 6,5 6,5 Капитальные затраты, установка, монтаж, руб/год 430 419 780 491 305 767 Затраты на электроэнергию за год, руб/год 484074 323770 484074 Текущие затраты, руб/год 480000 240000 480000 Простой оборудования, руб/год 7063 - 4000 Сервис и техобслуживание, руб. 2 раза заменаоборудования/430 419 1 раз заменаоборудования/780 491 1 раз заменаоборудования/305 767 Затраты на окружающую среду, руб. - - Сумма годовых затрат, руб./год 1 394 493 1 344 261 1 029 841 Ежегодные затраты, руб 13 266 498 8 588 839 9 562 114 Экономия при эксплуатации пневмоструйного аэратора составит традиционной схемой с пневматическими аэраторами: 1394493-руб/год.
Для блока биологической очистки плановая замена пневматической системы аэрации планируется раз в 4 года. В этот период, остальные блоки биологической очистки по этому варианту будут принимать на себя дополнительную нагрузку. Планируется перегрузка режима работы сооружений на протяжении 1 месяца (срок полной замены системы аэрации). Это приведет к ухудшению качества обработки сточных вод и нарушению по ПДК, и увеличению платы по тарифам за сброс загрязняющих веществ в водный объект.
Замена оборудования, ремонт и установка насоса для пневмоструйной системы аэрации планируется раз в 8 лет. Замену насоса можно производить без опорожріения резервуара, срок замены насоса составляет- 1 неделю.
На аэрируемых прудах чаще всего используются пневматическая и механическая системы аэрации. В данной главе обосновывается применение водоструйной системы аэрации для аэрируемых прудов.
Принимаем время пребывания - 3 сут Объем аэрируемых прудов составит: W=3 100=300 мЗ. Количество - 2 шт, тогда объем одного пруда составит Wl = 150 мЗ. Высота - 4 м, длина - б м, ширина - 6 м.
Расчет пневматической системы аэрации для аэрируемых прудов Расчет количества воздуха для пневматической системы аэрации представлен в приложении 6. Принимаем воздуходувку LUTOS DT4/DN3/4" с характеристиками: Q=8 м /ч, N=0.4KBT. Окислительная способность, ОС, [г02/(м3-ч)] определяется: ОС = к CS V = 4,2- 10,8— 150000л = 6,8кг/ч; лу /pi ч л Где - объёмный коэффициент массопередачи, ч ; Принимаем по данным [146] к=4,2 для пневматической системы аэрации. С 1 - предельная концентрация растворённого кислорода в воде при данных атмосферном давлении и температуре воды, мг/л, 10,8 при t=l 1,8 С; V - объём аэрируемой воды, 150 000л. Эффективность аэрации Э, кгОі/кВтч, для пневматической системы аэрации аэрируемых прудов составит:
Определение констант Михаэлиса-Ментен для водоструйного аэратора и пневматического аэратора типа «Бакор»
Согласно техническому заданию на проектирование расчетный расход сточных вод составляет 186,70 м3/сут.
Технологическая схема разработана в соответствии с требованиями "Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами"(2000), СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» (2000), ГОСТ 17.1.2.04-77 "Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов", «Перечня рыбохозяйственных нормативов: ПДК и ОБУВ вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение (1999)», МУ 3.2.1022-01 («Мероприятия по снижению риска заражения населения возбудителями паразитозов», МЗ РФ, г. Москва - 2001) и другими законодательными и нормативными документами.
Расчетные расходы согласно исходным данным составляют: в сутки максимального водоотведения - 186,70 мЗ/сут; из них промышленные сточные воды - 81,1 мЗ/сут; хозяйственно-бытовые сточные воды- 105,6 мЗ/сут; средние часовые расходы сточных вод в сутки максимального водоотведения- 186,7/24=7,8мЗ/ч; из них промышленные сточные воды - 3,4 мЗ/ч; хоз-бытовые сточные воды - 4,4 мЗ/ч; максимальный часовой расход - 24,9 мЗ/ч.
Промышленные сточные воды направляются в накопительные резервуары, 2 HIT, объемом по 53 м3. Также проектом предусмотрен возврат грязных промывных вод в накопительный резервуар. Грязные промывные воды будут служить разбавлением для промышленных сточных вод. Расход промывных вод на разбавление принимаем 1 мЗ/ч.
Проверяем объем резервуара - накопителя: 106м3/(3,4+1)м3/ч=24ч 158 где 1 мЗ/ч - расход очищенных сточных вод для разбавления промышленных сточных вод; Время пребывания воды составит до 24 ч. Количество резервуаров - 2 шт. по 53 мЗ. Разбавленные промышленные сточные воды поступают в резервуар - усреднитель, где смешиваются с хозяйственно-бытовыми сточными водами. Проверяем объем резервуара-усреднителя, V = 53 м3: 53м3/(4,4+4,4)= 6 ч Время пребывания составит до 6ч. Сточные воды направляемые на очистные сооружения по своему составу разделяются на хозяйственно-бытовые и производственные (сброс от котельной и др.). Исходные концентрации загрязнений сточных вод (хоз-бытовые + прометок, см. приложение 1) представлены заказчиком и составляют, мг/л: взвешенные вещества - 892; БПКполное-712,28; азот аммонийный - 46,57; нитраты-0,38; фосфор фосфатный - 8,18; сульфаты - 408,8. Концентрации загрязняющих веществ по взвешенным, по БПКп, по азоту аммонийному, нитритам, нитратам, фосфатам, поступающих в резервуар - усреднитель принимаем по заданию заказчика, см. таблица
Для биологического выделения 1 мг азота нитратов необходимо 3-6 мг/л БПКП согласно [2]. Расчетное количество органических веществ по БПКп для проведения денитрификации при удельной потребности 4 мг/мг будет равно СБПКП =30.74 4 = 122.96 мг/л. Тогда на выходе из денитрификатора количество органических веществ по БПКп составит: СБПКП = 408.6-122.96=285,64 мг/л - поступит в нитрификатор. Определяем время денитрификации по [2]: « - то же на выходе из денитрификатора, мг/л; - доза активного ила в денитрификаторс, г/л, принимается равной- " =4 г/л; s- зольность ила, Pdn . удельная скорость денитрификации, мгБПКУ(г-ч); It + 1 + pA-e , мгБПК1(гч), , j\ где - константа полунасыщения. Для осуществления процесса денитрификации в качестве источника углерода применяем органику сточных вод и биомассы. По рекомендациям [2] принимаем
На контактных носителях закреплено - 6 г/л биомассы Примем в дснитрификаторе и нитрификаторе прикрепленную биомассу на синтетических ершах. 1 м3 ершовой загрузки удерживает 100 кг биомассы 1 п.м. - 120 мм- ПО 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 - 4 г/л; - общая биомасса в объеме ДНФ составит: 22,8 мЗх Юг/л =228 кг; - в т.ч. во взвешенном состоянии: 22,8мЗх4г/л =91,2 кг; Необходимость прикрепленной биомассы: 228 кг-91,2 кг =136,8 кг; 1 п.м ерша имеет массу 0,86 кг, тогда количество п.м. ершей составляет: 136,80кг 1 п.м. / 0,86 кг = 159 п.м; Время регенерации ершей - 5-7 сут.
Для предотвращения зон залегания осадка и, соответственно, вторичного загрязнения сточных вод вследствие загнивания осадка предусмотрено его взмучивание с помощью погружной мешалки.
