Биологическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод малых населенных пунктов

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

Инвестиционные затраты на оборудование определяются, исходя из его количества и цены за единицу. Цены взяты по каталогам на соответствующее оборудование. Стоимость оборудования приведена в табл.5.

Таблица 5

Расчет капитальных затрат и амортизационных отчислений на оборудование

Сводная смета по капитальным вложениям представлена в таблице 6.

Таблица 6

Расчет стоимости основных фондов

5.3 Расчет годовых эксплуатационных затрат

Годовые эксплуатационные затраты по очистным сооружениям будут включать энергозатраты, расходы на оплату труда обслуживающего персонала, затраты на содержание и ремонт основных средств и накладные расходы.

Расчет энергозатрат

Расход электроэнергии на технологические цели определяем по формуле:

рэ=N·Траб/здв ·зсети

Где рэ - годовой расход электроэнергии, кВт·ч/год;

N - установленная мощность энергопотребителя, кВт;

здв - КПД двигателя, принимаем 0,9;

зсети-КПД сети, принимаем 0,98;

Траб - время работы станции биологической очистки, час.

Расчет годового расхода электроэнергии выполнен в табличной форме (табл.7)

Таблица 7

Расчет годового расхода электроэнергии

Страницы: 1, 2, 3, 4