Министерстерство образования и науки украины
Таблица 2.17. Параметры загрузочных материалов
жүктеу/скачать 1.51 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Продолжение таблицы 2.19
Таблица 2.17. Параметры загрузочных материалов
Продолжение таблицы 2.17
Наиболее эффективны загрузки из объемных перфорированных блоков пеностекла или пенопласта. Применение таких материалов и конструкций загрузок позволяет использовать БДФ для очистки высококонцентрированных специфических сточных вод сахарных заводов, заводов мясокостной муки, предприятий по переработке бахчевых культур и выделению семян, свинофермы и т.д. Применение перфодисков интенсифицирует массообменные процессы в емкости биодисковых фильтров и создает принципиально новое конструктивное оформление биодисков. Кроме интенсификации массообменных процессов, применение этих перфодисков позволяет увеличить удельную площадь их поверхности за счет боковой поверхности отверстий, обеспечить интенсивное обрастание поверхности биопленкой и количество активной биомассы, а так же уменьшить ее возраст за счет скоростного изъятия. Созданные циркуляционные течения в БДФ усиливают интенсивность контакта загрязнений и биомассы. Наряду с этим повышается эффективность работы БДФ за счет отторгнутой, находящейся во взвешенном состоянии биопленки, увеличивается скорость изъятия загрязнений на 10-20 %, существенно снижаются частота вращения при обеспечении необходимого эффекта очистки и удельные энергетические затраты; повышается надежность работы установки за счет усовершенствования механической части. Характеристикой гидродинамического режима сооружения и связанной с ним толщины пограничного слоя служит число Рейнольдса, определяемое кинематикой течения жидкости. Поскольку поле осредненных скоростей в междисковом зазоре (по высоте и радиальным сечениям) непосредственно, то и определять критерий Re необходимо в некоторой характерной точке зазора между дисками. В данном случае его следует определять по форме записи для плоской щели. Характерным размерам служит половина зазора (  /2).
Для БДФ с перфодисками характерна относительная скорость (линейная скорость и скорость потока жидкости в условной точке).  . В первом приближении можно принимать  = 0,3 м/с, поскольку это значение соответствует удовлетворительным условиям работы биореактора. Число Рейнольдса
 , где  - кинематическая вязкость, см2/с.
Таким образом, в БДФ существуют зоны ламинарного (ближе к оси вращения), турбулентного и смешанного режимов. Гидравлическое влияние в БДФ сказывается лишь в той мере, в какой кинематика течения воздействует на толщину диффузионного слоя, а следовательно, и на интенсивность диффузии загрязнений в пористую среду биопленки. Количество вещества, переносимого вдоль активной поверхности, и количество вещества, поглощаемого этой поверхностью (биопленкой) в единицу времени, для данной системы выражаются безразмерным комплексом Стентона, преобразованным в форму записи для БДФ с учетом биогидродинамики: St=(Vотн Len)/ На основании безразмерного биогидродинамического Стентона и другого комплекса, характеризующего нагрузку, предложено определять оптимальную частоту вращения (при условии, что Vr0 ~ idem) nopt= Гq/D, где Г— безразмерная нагрузка, характеризующая интенсивность кон такта между подаваемой жидкостью и активной поверхностью; q - гидравлическая нагрузка, м3/(м2.ч); D – диаметр диска, м. Параметр Г определяют исходя из биогидродинамической обстановки в реакторе. С увеличением изъятия загрязнений (диффузионный слой В табл. 2.18 приведены соотношения Stбг и Г, установленные на основании экспериментальных данных.
Примечание. Все приведенные значения Stбг и Г следует умножать на 105. Высокое значение Stбг свидетельствует о том, что, молярный перенос вещества не тормозит процессов изъятия загрязнений. Интенсивность поглощения загрязнений биомассой определяется скоростью окисления субстрата (в стационарных условиях), И лишь отторжение биопленки нарушает этот баланс. Отторгнувшаяся биопленка с сорбированными загрязнениями (высокомолекулярными и вновь поступившими низкомолекулярными соединениями) после некоторой работы в реакторе направляется на разделение во вторичный отстойник. Основной расчетный параметр биологических систем - время контакта очищаемой жидкости с биоценозом – определяется как tатм = (Len - Lex )/(KзКТKF 3десь Кз – коэффициент корреляции на загрузку (для перфодисков Кз=1,3, для пластинчатых дисков Кз =1,1); Кт – температурный параметр биохимических процессов в относительных величинах : Температура, 0C… 10 12 14 16 18 20 22 Кт ………………… 0,63 0,69 0,76 0,83 0,92 1 1,09 удаления субстрата по секциям. Этот коэффициент эффективности изъятия загрязнений  .
С увеличением исходной концентрации увеличивается значение  шт.
Согласно нормативным данным [5; 6; 12; 16] по обработке высококонцентрированных сточных вод и рекомендациям некоторых авторов, изучающих БДФ с учетом конструктивного оформления, назначаем работу установки в двухступенчатом режиме, причем объем второй ступени должен превышать объем первой на 25-35%. Такая корректировка вызвана спецификой работы сооружения в условиях высоких концентраций:  м.
Учитывая конструктивные особенности, прочностные характеристики и рекомендации из опыта эксплуатации (В Определяем все основные технологические и конструктивные параметры БДФ, находим оптимальную частоту вращения дисков (по описанной методике). Определяем значение
В отличие от аэротенков, в биофильтрах продолжительность контакта не регулируется и определяется высотой и конструктивными характеристиками загрузки. Необходимое время контакта между субстратом и биоценозом определяется рядом зависимостей по нахождению оптимальной высоты загрузки биофильтров. Наиболее приемлемые следующие: для низких t = 0,13 H/q; для высоких t = 0,33 H/q; При этом время контакта колеблется в пределах 5…30 мин. Для определения высоты биофильтров с блочной загрузкой из пеностекла предложено уравнение, учитывающее БПК и температуру поступающих сточных вод: Hpf = [(Len - Lex)qpf]/2,25 Km1000. 2.9. Примеры расчета сооружений 2.9.1. Биофильтры Пример 1. Рассчитать необходимую высоту биофильтра по приведенным уравнениям. Результаты, представленные в табл. 2.19, показывают рост высоты фильтра по мере увеличения нагрузки: снижение загрязнений не происходит прямолинейно. В этом можно убедиться и при анализе классического уравнения Моно, описывающего кинетику снижения субстрата: 
где Таблица 2.19. Рост высоты фильтра по мере увеличения нагрузки
Продолжение таблицы 2.19
С целью более правильного учета влияния БПК в расчетные формулы вводят произведения Значение Е для биофильтров с пенно – стеклянной загрузкой приведены в табл. 2.20. Таблица 2.20. Влияние Lex на Е для биофильтров с блочной загрузкой [13]
Высота загрузки биофильтров во всех случаях должна быть не менее полутора метров. Значение высоты биофильтров в зависимости от E при Km = 0,15 приведены в табл. 2.21. Таблица 2.21. Значения высоты биофильтра в зависимости от Е [13]
Сопоставление расчетов свидетельствует о том , что при учете органической нагрузки получаются наиболее реальные результаты. По опытным данным рекомендуется высота биофильтров (для допустимых БПК) находится в диапазоне 3…6 м. В расчетах также должно учитываться влияние температуры сточных вод, определяемое через распространенный коэффициент КТ, называемый уравнением Стритера. КТ = К20 Кт 0,115 0,12 0,126 0,132 0,138 0,145 0,151 0,158 0,166. Температура, 0С 17 18 19 20 21 22 23 24 Кт 0,174 0,183 0,19 0,2 0,209 0,219 0,23 0,25. Анализ методики показывает, что формула дает удовлетворительные результаты в диапазоне температур сточных вод до 20…25 0С. Дальнейшее увеличение температур сточных вод согласно уравнению Стритера увеличивает эффект очистки, в том числе и при температуре кипения, что невозможно. Эффект очистки уменьшается при росте температуры выше 25 0С, что должно найти реализацию в математических выражениях. Автором предложена зависимость на основе уравнения Стритера, имеющая вид КТ = К20 Представленное уравнение увеличивает эффект до 20 0С и далее, начиная с 25 0С (с возрастанием температуры) эффект очистки снижается.
Кт 0,115 0,126 0,138 0,152 0,166 0,182 0,20 0,182 0,166. Температура, 0С 26 28 30 32 36 38 40 42 44 Кт 0,152 0,138 0,126 0,115 0,096 0,087 0,08 0,073 0,066. Температура, 0С 46 48 50 54 56 58 60 62 Кт 0,060 0,055 0,50 0,042 0,038 0,035 0,032 0,029. Эффект очистки сточных вод с увеличением температуры при прочих равных условиях снижается до уровня изъятия загрязнений за счет механической фильтрации. Успешное прохождение биологических процессов с наличием растворенного кислорода, достаточного для поддержания активного состояния сообщества микроорганизмов. В фильтры кислород поступает прежде всего при противоточном движении жидкости и воздуха в загрузке и интенсивно растворяется в сточных водах, причем его концентрация приближается к предельной (таблица 2.22). Кислород поступает в сточные воды при их разбрызгивании по поверхности загрузки и пленочном стекании. Количество поступающего в фильтр растворенного кислорода при струйном течении из-за кратковременного контакта сточных вод незначительно по сравнению с пленочным потоком по поверхности загрузки. Интенсивность поступления воздуха в тело биофильтра обусловлено способом его подачи (аэрации). Известна естественная и искусственная подача воздуха. Естественное поступление воздуха в фильтр осуществляется через вентиляционные окна за счет разницы температуры атмосферного воздуха и сточной жидкости. Причем, если температура воздуха выше температуры сточной воды, то поток воздуха движется снизу вверх (через поддонное пространство) и сверху вниз (через свободную поверхность) при обратном температурном соотношении, В случае равенства температур жидкости и воздуха естественная вентиляция прекращается. Вентиляционные окна устраивают в нижней части стен биофильтра (поддонное пространство) по периметру, причем площадь окон должна составлять не менее 1% площади поверхности биофильтра. Во избежание переохлаждения биофильтров предусмотрено закрытие окон наглухо шиберами. Применение искусственной вентиляции целесообразно при загрузке биофильтров щебенкой средних или мелких фракций, так как в них наблюдается заиливание фильтрующего слоя при перегрузке сооружения, что в практике нередко встречается. Использование блочных, плоскостных и загрузок из щебня крупной фракции (60 мм и более) исключает устройство искусственной вентиляции, поскольку (данные ВОДГЕО) в таких биофильтрах отсутствуют заиливание и количество поступающего воздуха в тело сооружения достаточно для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. Таблица 2.22. Предел растворения кислорода 
Искусственная вентиляция осуществляется подачей сжатого воздуха вентиляторами (таблица 2.23) в междонное пространство с давлением 980 Па. Таблица 2.23. Вентиляторы, рекомендуемые для аэрации биофильтров [16]
Потери на отводных трубопроводах и каналах биофильтров исключаются устройством гидравлических затворов до 200 мм. Вентиляторы подбирают в зависимости от необходимого давления с учетом преодоления сопротивления пустот загрузки и количества подаваемого воздуха. Так как использование кислорода составляет 7-8 % и зависит от концентрации субстрата в поступающих сточных водах, то по предложению Н.А.Базякиной удельный расход воздуха, подаваемого в биофильтр, м3, на 1 м3 сточных вод, можно рассчитать по формуле Wвз = L/21, где Конструкция из перечисленных материалов после длительных испытаний имеет свои оптимальные параметры: сложная волна представляет собой листы, гофрированные в 2-х направлениях с высотой волны 60 мм, размером 50.500 мм, толщиной 1 мм. Конструкции собирают в блоки размером 0,5 .0,7 .0,5 м. Между гофрированными могут быть проложены плоские полиэтиленовые листы толщиной 1 мм. Листы между собой крепят сваркой или болтами. Пеностекло отечественного изготовления выпускается в виде блоков размерами: 375 .375 .120; 450 .450 .120 и 450 .250 .120 мм. Все типоразмеры пеностекла приемлемы при их использовании в качестве загрузки биофильтров.
В блоках пеностекла просверливаются сквозные отверстия на обычных сверлильных станках диаметром 30-45 мм в зависимости от нагрузки (таблица 2.26) и БПК стоков. При производительности станций, содержащих биофильтры с загрузкой из пеностекла, до 100-1400 м3.сут перфорацию выполняют на стройплощадке, а более 5000 м3.сут – на заводе-изготовителе. Пеностекло имеет чрезмерно развитую поверхность, удерживает в единице объема большее количество биопленки, чем какой-либо другой вид загрузочного материала. Поверхность пеностекла характеризуется малыми (2-3 мм) и большими (до 10 мм) неровностями (порами). При эксплуатации малые поры по поверхности частично зарастают и создают хорошие условия для скоростного прироста биоценоза. Средняя толщина биопленки в биофильтрах: со щебеночными загрузками составляет 3 мм; с листовыми пластинчатыми 1,5…2 мм; пеностеклянной загрузкой до 7мм. Такие условия способствуют увеличению производительности сооружения, а так же обеспечивают глубокую очистку, исключая проскок. Шероховатость загрузок особенно необходима в дисковых биофильтрах, где сильнее сказываются условия смыва биопленки. Таблица 2.25. Технические параметры загрузок
Таблица 2.26. Технические параметры загрузки в зависимости от нагрузки и БПК стоков
Хорошими качествами характеризуются асбестоцементные кровельные листы усиленного профиля. Листы асбестоцемента размерами 994 . 2000 мм, толщины до 8 мм, высотой волны 50 мм, шагом 67 мм собирают на болтах, а в малых фильтрах укладывают и без крепления. Недостаток асбестоцементных листов – их высокая плотность, что вызывает необходимость строительства усиленных конструкций. Конструкция загрузки также обуславливает развитие микрофлоры, определяющей развитие процессов очистки. Количественный и качественный состав биопленки, характеризующий работу биофильтров, приведен в табл. 2.27. При хорошей работе (оптимальных технологических условиях) биофильтра обеспечивают интенсивный биопроцесс, в результате чего активная биомасса хорошо осаждается во вторичных отстойниках. При рекомендуемом времени отстаивания (после капельных 0,75 ч, высоконагружаемых 1,5 ч, башенных 2 ч) вынос не наблюдается. На нормальный обмен биомассы (прирост и вынос) влияют не только конструктивные, температурные характеристики, но и гидравлические условия. При повышении гидравлической нагрузки отмечается обильный вынос биомассы, что ухудшает эффект очистки. Низкие гидравлические нагрузки также не обеспечивают эффективной работы сооружения. Биофильтры как сооружения биологической очистки наиболее приемлемы для очистки малых и средних количеств сточных вод. Биофильтры не только просты, удобны, малоэнергоемки, в них за короткое время (до 30 мин) происходит скоростное изъятие загрязнений, для которого в аэротенках требуется больше времени (часы). Биофильтры подразделяются на капельные, высоконагружаемые и башенные. По загрузочным материалам – на пластмассовые, пенно – стеклянные, щебеночные и с применением загрузок из нестандартных материалов. Таблица 2.27. Характеристика работы биофильтров
Капельные биофильтры (рис.2.4) – это как правило,
прямоугольные резервуары, загруженные щебнем мелких и средних фракций (25…40 мм), что при малых органических нагрузках дает хорошие результаты очистки. Вентиляция биофильтров – естественная. Такие фильтры при расходе менее 400-500 м3/сут с коэффициентом неравномерности поступления более 2 целесообразно устраивают в отапливаемых помещениях. На практике доказано, что применение специального централизованного отопления не дает ощутимого эффекта, поскольку в биофильтрах, устроенных в помещении, за счет испарения сточных вод и энергии, выделяемой в процессе окисления, образуется достаточное количество теплоты для нормального протекания процесса очистки. Высота фильтрующего слоя загрузки в капельных биофильтрах принимается в пределах 1,5…2 м. Небольшая высота обуславливает малое время контакта биопленки со сточной жидкостью и воздухом, что значительно ограничивает возможности сооружения. Биофильтры такого типа рекомендуется для полной (при малых БПК) и неполной очисток на станции производительностью до 1000 м3/сут и преимущественно для очистки слабоконцентрированных сточных вод от населенных мест. Гидравлическая нагрузка на капельные биофильтры рекомендуется в пределах 1…3 м3/( м2/сут) при БПК – поступающих стоков до 220 мг/л и очищенных 15 мг/л; при этом органическая нагрузка колеблется от 0,2 до 0,66 кг/( м2/сут) или от 0,1 до 0,33 кг/( м3/сут). Небольшая окислительная мощность капельных биофильтров отражается на экономических показателях сооружения и делает их неконкурентоспособными. Сточные воды на поверхности капельных биофильтров распределяются спринклерной системой, состоящей из дозирующих баков, сифонных устройств, разводящих трубопроводов и спринклерных головок. Профильтрованные стоки отводятся через поддонное пространство на вторичные отстойники (табл. 2.28). Таблица 2.28. Окислительная мощность капельных биофильтров
В зависимости от величины БПК биофильтр рассчитывают по 2 – м методикам: если БПК20 < 220 мг/л – по методу критериального комплекса проф. С.В. Яковлева, а при БПК20 > 220 – по методике, учитывающей рециркуляцию стоков. Критериальный комплекс С.В. Яковлева наиболее полно отражает сложный процесс изъятия загрязнений из сточных вод и имеет вид  ,
где Ф - безразмерный критерий, учитывающий факторы, влияющие на процесс очистки; определяется по табл. 2.29 или по рис.2.5. жүктеу/скачать 1.51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, м
.
0, 
находится в ходе экспериментальных исследований по зависимости 
6 м), принимаем ширину В=3 м. Таким образом, биодиски в 1 ступени будут иметь по три секции в три параллельные линии (9 секций); 2 – по четыре секции в три параллельные линии (12 секций). Ориентировочные размеры в плане 15.15=225 м2.
. По табл. 3.2 путем интерполяции находим значение Г = 2,95.105 .
ч -1 = 2,5 мин -1.
- максимальное значение скорости окисления загрязнений; Х – биомасса микроорганизма; У – экономический коэффициент, равный dLen/dX; KL – константа полу насыщения, равная концентрации субстрата в точке, где скорость процесса равняется половине максимального его значения.
(т.е. органическая нагрузка на единицу объема загрузки). Тогда H=E/(2,25 Km).
Т–20, где К20 – температурный коэффициент при температуре стоков 20 0С; 