Э
|
|
Э
|
|
Э
|
|
10
|
1,9
|
40
|
0,75
|
70
|
0,3
|
20
|
1,32
|
50
|
0,57
|
80
|
0,18
|
30
|
0,97
|
60
|
0,42
|
90
|
0,08
|
По необходимому эффекту очистки и принятой высоте биофильтра определяют гидравлическую нагрузку и далее необходимый объем, м3, фильтрующего материала:
W = Q/q
Рис. 2.5 – График для расчета критериального комплекса биофильтров со щебеночной загрузкой
Пример 2. Определить объем капельного биофильтра при следующих исходных данных: Len = 200 мг/л; Lex = 13 мг/л; H = 2 м;
T = 19 0C.
Расход сточных вод 400 м3/сут. Необходимый относительный эффект очистки Э = . По графику (рис.2.4) при Э=6,5% Критериальный комплекс равняется 2, тогда гидравлическая нагрузка будет иметь вид:
или 4,97 м3/(м2.сут).
Площадь поверхности биофильтров F=Q/q=400/4,98=81 м2, а объем загрузки W = FH = 81. 2 = 162 м3. По этим данным конструируем или подбираем типовый биофильтр.
Методика расчета капельных биофильтров с учетом рециркуляции предусматривает определение коэффициента Кэ, характеризующего связь параметров Т и q в зависимости от высоты
фильтра H:Кэ = Len/Lex; результаты определения сведены в таблицу 2.30.
Параметры капельного биофильтра
q,
м3/( м2.сут)
|
Значение Кэ при температуре 0С сточных вод
|
|
8
|
10
|
12
|
14
|
|
H=1,0
|
H=2
|
H=1,5
|
H=2
|
H=1,5
|
H=2
|
H=1,5
|
H=2
|
1,0
|
8
|
11,6
|
9,8
|
12,6
|
10,7
|
13,8
|
11,4
|
15,1
|
1,5
|
5,9
|
10,2
|
7,0
|
10,9
|
8,2
|
11,7
|
10,0
|
12,8
|
2,0
|
4,9
|
8,2
|
5,7
|
10,0
|
6,6
|
10,7
|
8,0
|
11,5
|
2,5
|
4,3
|
6,9
|
4,9
|
5,3
|
5,6
|
10,4
|
6,7
|
10,7
|
3,0
|
3,8
|
6,0
|
4,4
|
7,1
|
6,0
|
8,9
|
5,9
|
10,2
|
При значении Кэ, превышающих приведенные в таблице 2.30, а это наступит при БПК > 220 мг/л, применяют рециркуляцию.
В таком случае устанавливается БПК смеси сточных вод, поступающих на биофильтр, которая вычисляется по формуле Lmix = KLex. Коэффициент рециркуляции Кро = [Len - Lmix]/[Lmix - Len]. Площадь биофильтра с учетом рециркуляции определяется по уравнению F = Q(П+1)/q. Далее определяют необходимый объем загрузки и конструируют сооружение.
Пример 3. Рассчитать необходимый объем загрузки капельного биофильтра при следующих исходных данных: Len = 320 мг/л;
Lex = 14 мг/л; Q = 600 м3/сут; температура сточных вод 14 0C; высота загрузки H = 2 м.
Определяем коэффициент Кэ = 320/14 = 21. Так как значение К больше значений, приведенных в табл. 2.30, принимается схема с рециркуляцией. При Кэ = 10,2 (по табл. 2.30) БПК смеси сточных вод, поступающих на биофильтр, составляет:
Lmix = 10,2 Lex = 10,2 . 14 = 143 мг/л.
Коэффициент рециркуляции: .
По табл. 2.28 при исходных параметрах принимаем максимальное значение q = 3 м3/( м2.сут). С учетом рециркуляции площадь поверхности биофильтра составит:
м2.
Общий объем загрузки W = FH = 472 . 2 = 948 м3.
По полученным результатам подбираем типовой биофильтр. Высоконагружаемые биофильтры в плане могут быть круглыми или многоугольными в зависимости от применяемых загрузок и их конструкций. Основные элементы высоконагружаемого биофильтра: резервуар заполненный фильтрующим материалом, распределительная система (в основном реактивный распределитель), система подачи и отвода сточных вод; при искусственной аэрации в общую схему включается вентиляционная камера, где, как правило, установлена воздуходувка, но не компрессор, так как нет необходимости в создании высокого давления (рис.2.6). В качестве загрузки обычно используются сыпучие материалы из прочных пород.
Наиболее широко применяют щебень крупностью 40-70 мм, который по всей высоте сооружения засыпают одинаковой величины, за исключением нижнего поддерживающего слоя высотой 0,2 м, где его крупность составляет 70-100 мм.
Особенность высоконагружаемых биофильтров – их способность работать при повышенных органических и гидравлических нагрузках. Повышение нагрузки приводит к необходимости использовании крупных фракций загрузки, что увеличивает пустотность в теле фильтра и повышает скорость массообмена (перенос кислорода) между атмосферным воздухом и сточной жидкостью, стекающей по поверхности биопленки.
В
|
Рис. 2.6 – Высоконагружаемый биофильтр с реактивным оросителем 1 - подача неочищенных сточных вод;
2 – реактивный распределитель сточных вод;
3 - резервуар для загрузки биофильтров;
4 - выпуск очищенных сточных вод.
|
ысокие значения концентраций загрязнений по органике требуют увеличения продолжительности контакта фаз, участвующих в изъятии загрязнений. Увеличение времени контакта возможно при изменении конструкций загрузки или при увеличении высоты слоя фильтрующего материала. Высоту высоконагружаемых биофильтров принимают 2…4 м.
При повышении БПК20 неочищенных стоков этот параметр
может быть доведен до 6 м, что экономически обосновано. Высоконагружаемые биофильтры с естественной аэрацией удовлетворительно работают на слабо концентрированных стоках, выдерживая высокие гидравлические нагрузки.
Для получения устойчивых результатов и глубоких параметров очистки снова рекомендована искусственная аэрация – аэрофильтры (табл. 2.31).
Таблица 2.31. Нагрузка биофильтра с естественной вентиляцией
Высота, м
|
БПК20, г/ м3
|
Нагрузка
|
Высота, м
|
БПК20, г/ м3
|
Нагрузка
|
|
|
органи-ческая,
г/(м3.сут)
|
гидравли-ческая, м3/( м3.сут)
|
|
|
органи-ческая,
г/(м3.сут)
|
гидравли-ческая, м3/(м3сут)
|
2,5
|
150
|
0,53
|
3,55
|
4,0
|
300
|
1,38
|
4,63
|
3,0
|
200
|
0,79
|
3,97
|
6,0
|
500
|
2,00
|
4,00
|
3,5
|
250
|
1,08
|
4,32
|
|
|
|
|
Сжатый воздух подается в поддонное пространство аэрофильтров специально устроенными групповыми или раздельно стоящими воздуходувками или вентиляторами через вентиляционные окна. В аэрофильтрах на отводах трубопроводов или лотках устраивают гидрозатворы глубиной около 0,2 м, препятствующие выходу из поддонного пространства вне сооружения принудительно подаваемого воздуха с очищенной жидкостью с расходом 8-12 м2/ м3 воды и давлением 981 Па. Применяемые меры делают аэрофильтры более производительными. Окислительная мощность достигает 2,2 м3/(м2.сут) или до 8 м3/(м2.сут). Рекомендуемые БПК20 неочищенных сточных вод находится в пределах 150…300 мг/л. Для некоторых категорий промышленных стоков при отсутствии в них трудно окисляемых веществ и достаточном количестве биогенных соединений БПК20 неочищенных сточных вод может быть доведена до 500 мг/л.
Для расчета высоконагружаемых биофильтров с естественной аэрацией успешно применяется критериальный комплекс, разработанный профессором С.В. Яковлевым.
Пример 4. Рассчитать высоконагружаемый биофильтр при следующих значениях: Len = 300 мг/л; Lex = 20 мг/л; Q = 500 м3/сут;
температура сточных вод T = 14 0C при H = 3 м.
м3/( м2.сут).
Объем загрузки W = 500 : 2,16 = 231 м3.
Разработан способ расчета аэрофильтров, в основе которого лежит критериальный комплекс. Этот расчет аналогичен расчету биофильтров с рециркуляцией с учетом влияния искусственной вентиляции: K = Len/ Lex.
Поскольку необходим учет влияния нагрузок и искусственной вентиляции, то определяем , где и - постоянные коэффициенты, принимаемые по таблице 2.32.
Таблица 2.32. Коэффициенты и зависимости от Ф
Удельный объем воздуха, м3/ м3
|
Ф
|
|
|
Удельный объем воздуха, м3/ м3
|
Ф
|
|
|
8
|
0,662
|
1,51
|
0
|
12
|
0,85
|
0,4
|
0,83
|
|
0,62
|
0,469
|
0,69
|
|
1,06
|
1,1
|
0,19
|
10
|
0,85
|
1,2
|
0,13
|
|
1,06
|
0,2
|
1,15
|
Критериальный комплекс в данном случае позволяет еще учитывать необходимое количество воздуха и имеет вид
Ф = HB0,6KT/q0,4.
Основные расчетные параметры аэрофильтров приведены в табл. 2.33.
Для промежуточных значений Вуд, H, q, T, а также значений
Т < 8 0C (не ниже 6 0C) и Т > 14 0C (до 30 0C) величина К определяется методом интерполяции.
При рециркуляции определяют БПК20 смеси сточных вод и коэффициент рециркуляций по формуле = Len/Lex и . Далее определяют площадь поверхности биофильтров, м2. при работе без рециркуляции ; при работе с циркуляцией . Гидравлическую нагрузку целесообразно принимать по таблице 2.33 в зависимости от исходных данных или рассчитать по критериальному комплексу с учетом количества воздуха. Согласно этой методике расчета при БПК20 неочищенных вод более 300 мг/л следует принимать =300/Lex. Очищенные сточные воды после аэрофильтров направляются совместно с отторгнувшейся от загрузки биопленкой во вторичные отстойники. При этом количество избыточной биопленки принимается 28 г/(чел.сут) по сухому веществу и влажностью 96%. Объемная масса избыточной биопленки 0,7 кг/м3.
Пример 5. Рассчитать аэрофильтр при очистке сточных вод: Len = 350 мг/л; Lex = 20 мг/л; Q = 80 м3/сут; средняя температура сточных вод Т = 12 0C.
Решение. Определить коэффициент = 350/20 = 17,5. Для значения объема подаваемого воздуха 12 м3/м3 и при гидравлической нагрузке 10 м3/(м2.сут) по принятым Т, q и Вуд подбираем Н = 3 м. Табличные значения К составило 9,9, а при Н = 4 коэффициент =18,4. Поскольку 9,9 < 17,5, то при высоте биофильтра Н = 3 м необходимо устройство рециркуляции. Рассчитываем
Lmix = 9,9.20 = 198 мг/л. Коэффициент рециркуляции
Кpo= 350 – 198/198 – 20 = 0,85. Площадь поверхности биофильтра
F = 800(0,85+1) .10 = 148 м2. Объем загрузки W = 148.3 = 444 м3. По этим данным подбираем типовый аэрофильтр.
Аэрофильтры для очистки промышленных сточных вод можно также рассчитать по окислительной мощности, значение которой предварительно должно быть установлено экспериментально. По окислительной мощности объем загрузки биофильтров
W = (Len - Lex)Q/OM,
Где ОМ – окислительная мощность, г/(м3.сут). Однако этот метод является приблизительным, поскольку не учтены факторы, непосредственно влияющие на эффект очистки. Более приемлема для расчета аэрофильтров методика, разработанная и изложенная далее в описании биофильтров с пеностеклянной загрузкой.
При использовании рециркуляции значительно увеличивается гидравлическая нагрузка на единицу поверхности, что существенно снижает продолжительность контакта сточных вод. Поэтому необходимо либо увеличить общую рабочую высоту, либо применить ступенчатую схему очистки. При этом требует устройства дополнительных сооружений и оборудования.
Гидравлическим режимом и его влиянием на процессы массопереноса обусловлено уравнение с учетом кинетики биохимических реакций:
,
где К – скорость процесса; tср – продолжительность контакта; м – показатель, характеризующий степень перемешивания жидкости в загрузке биофильтра и вычисляемый по уравнению с учетом критерия Пекле как функция , где и - коэффициенты, которые для каждого типа загрузки определяются экспериментально:
m = 1/2[Pe – 2Re2(1 -e -Pe) ].
Несмотря на сложности практического применения предложенного уравнения, учет гидродинамики в моделях процесса изъятия загрязнения в зависимости от типа реактора заслуживает внимания и после уточнения может послужить для описания сложного массообменного процесса в биофильтрах. На основе изложения разработок и обширных практических опытов очистки сточных вод молокозаводов (таблица 2.34) разработано уравнение, позволяющее оценить процесс изъятия загрязнений в биофильтрах при очистке этих категорий стоков и сконструировать реактор, определив параметры по формуле:
.
Таблица 2.33. Параметры для расчета аэрофильтров
Значение К при средне зимней температуре сточных вод, 0C
|
14
|
Гидравлическая нагрузка, м3/(м2.сут)
|
30
|
2,56
|
4,09
|
6,54
|
3,16
|
4,84
|
7,42
|
3,7
|
5,72
|
8,83
|
|
|
|
20
|
3,02
|
5,25
|
9,05
|
3,67
|
6,04
|
10
|
4,31
|
7,2
|
12
|
|
|
|
10
|
4,3
|
8,95
|
12,1
|
5,09
|
3,9
|
16,4
|
5,97
|
11,7
|
23,1
|
|
12
|
|
30
|
2,36
|
3,62
|
5,56
|
2,93
|
4,36
|
6,88
|
3,44
|
5,14
|
7,69
|
|
|
|
20
|
2,74
|
4,64
|
7,54
|
3,36
|
5,35
|
8,45
|
3,98
|
6,35
|
10,4
|
|
|
|
10
|
3,76
|
7,32
|
11,2
|
4,5
|
8,23
|
15,1
|
5,31
|
9,9
|
18,4
|
|
10
|
|
30
|
2,18
|
3,22
|
4,73
|
2,76
|
3,94
|
5,68
|
3,28
|
4,78
|
6,92
|
|
|
|
20
|
2,5
|
3,96
|
6,25
|
3,11
|
4,74
|
7,18
|
3,72
|
5,55
|
8,5
|
|
|
|
10
|
3,33
|
,6,2
|
10,4
|
4,08
|
7,08
|
12,3
|
4,76
|
8,35
|
14,8
|
|
8
|
|
30
|
2,04
|
2,89
|
4,14
|
2,58
|
3,56
|
4,9
|
3,01
|
4,18
|
5,83
|
|
|
|
20
|
2,32
|
3,53
|
5,37
|
2,89
|
4,24
|
6,23
|
3,38
|
5,01
|
7,35
|
|
|
|
10
|
3,02
|
5,25
|
9,05
|
3,69
|
6,1
|
10,1
|
4,32
|
7,25
|
12
|
Высота биофильтра H, м
|
2
|
3
|
4
|
2
|
3
|
4
|
2
|
3
|
4
|
Объем воздуха
Qa, м3/м3
|
8
|
10
|
12
|
Рис. 2.7 – Схема башенного биофильтра:
1 – корпус; 2 – трубопровод для подачи сточных вод; 3 – реактивные распределители сточных вод; 4 – загрузка; 5 – вентиляционные окна; 6 – перфорированные днища, поддерживающие загрузку
Башенные биофильтры (рис. 2.7) – это сооружения колонного типа, в которых усилена интенсивность поступления атмосферного воздуха за счет температурного перепада. Соотношение диаметра к высоте принимается в пределах 1: 6…1 : 8. Башенные биофильтры загружают как блочными, так и щебеночными загрузками. Загрузки, как правило, размещаются по 2…4,5 м. Высота поддонного пространства 0,4 м. Башенные биофильтры возводят из типовых колец диаметром 3 – 6 м или из кирпича. Применение блочной загрузки из пеностекла (плотность 0,2…0,3 т/м3) исключает устройство колосниковых решеток вообще (или же можно ограничиться только одной решеткой, установленной посредине высоты). Сточные воды по поверхности загрузки распределяются реактивными распределителями, в исключительных случаях может быть применено стационарное распределение из перфорированных труб (диаметром 80…100 мм), диаметр перфорации не менее 10 мм. В некоторых проектах предусмотрена искусственная вентиляция башенных биофильтров, но в них создаются условия, исключающие дефицит кислорода и при естественной вентиляции. Установлено, что концентрация кислорода в верхних слоях на глубине до 2 м достигает 2…3, а в нижних слоях – 5…7 мг/л. Такая концентрация кислорода больше, чем возможная скорость его потребления микроорганизмами. Интенсивность естественной аэрации в башенных фильтрах настолько незначительна, что в холодное время года вызывает переохлаждение участков загрузки биофильтра, особенно нижних слоев. Кроме того, охлаждается очищаемая жидкость в среднем на 3…4 0C, что приводит к снижению скорости процесса и общего эффекта очистки, а также ухудшению процесса нитрификации. Учитывая высокие гидравлические нагрузки, биофильтры башенного типа загружают материалами крупных фракций (40 – 100 мм), что снижает вероятность заиливания фильтрующего слоя загрузки.
Таблица 2.34. Усредненные результаты работы одноступенчатых высоконагружаемых биофильтров при очистке сточных вод молокозаводов
Показатели
|
Режим работы
|
|
Воды
|
|
неосветленные
1 11
|
осветленные
1 11
|
с естественной аэрацией
|
Высота загрузки, м
|
3
|
3
|
4
|
3
|
3
|
Нагрузка, м3/(м3.сут)
|
13
|
20
|
20
|
30
|
25
|
Коэффициент рециркуляции
|
5,7
|
6,4
|
4,6
|
3,4
|
6
|
OM, г/(м3.сут)
|
839
|
1164
|
617
|
653
|
663
|
T, 0C
|
20
|
20
|
16
|
18
|
13
|
Не очищенные воды, мг/л: БПК20
|
1280
|
1865
|
689
|
302
|
580
|
Очищенные воды, мг/л: БПК20
|
15,4
|
24,8
|
11,6
|
14,8
|
21,5
|
Нитраты
|
0,1
|
0,18
|
5,3
|
3
|
3,1
|
Примечание. Сравнение результатов свидетельствует о незначительном влиянии искусственной аэрации на эффект работы биофильтров.
Таким образом, при одинаковой интенсивности аэрации значение коэффициента массопередачи в биофильтрах в 5 – 10 раз превышает это значение в аэротенках.
Длительное время контакт фаз в башенных биофильтрах при оптимальных нагрузках обеспечивает разделение биопленки на четыре зоны, отличающиеся по количественному составу, а также по выполняемым функциям в утилизации загрязнений. В верхних слоях, где происходит интенсивное сорбционное изъятие основной массы растворенных и нерастворенных загрязнений, процент снижения БПК достигает 50, максимальная толщина биопленки – 6…7 мм, наблюдается большое соотношение анаэробного слоя биопленки к аэробному, т.е. массоперенос в бескислородной зоне. Эта зона биофильтра башенного типа называется “грязной”, или полисапробной. Затем отмечается население биопленки наиболее чистыми культурами и по мере снижается БПК, с учетом прохождения нитрификации, наблюдается образование 2 зоны – полимезосапробная; 3 – мезосапробная; 4 – наиболее чистая - - мезосапробная зоны. В зависимости от режима работы глубина зон меняется – при перегрузке полисапробная зона значительно опускается вниз и может заполнять весь фильтр, особенно при перегрузке по органическим загрязнениям.
Нагрузки, приведенные в табл. 2.35, предусматривают неполную очистку при достаточно высоких значениях БПК неочищенных вод, которые также ограничены общей высотой колонны:
БПК20, мг/л 250 300 350 450 500
Высота загрузки, м 6 6 8 10 12
Эти данные относятся к очистным сооружения промышленных стоков. Применение башенных биофильтров для очистки слабо концентрированных сточных вод хозяйственно – бытовых категорий обеспечивает их полную биологическую очистку. Результаты работы биофильтров башенного типа по очистке стоков разных категорий приведены в табл. 2.35.
Таблица 2.35. Усредненные результаты работы башенных биофильтров
Показатели
|
Сточные воды
|
|
Хозяйственно – бытовые
|
Городские
|
Сахарного завода
|
|
Неочи-щенные
|
Очищен-ные
|
Неочи-щенные
|
Очищен-ные
|
Неочи-щенные
|
Очищен-ные
|
|
10
|
9
|
10
|
Материал загрузки
|
Пеностекло
Щебень
|
Пеностекло
|
Пеностекло
|
Нагрузка по БПК, г/м
|
-
|
-
|
2000
|
-
|
1600
|
-
|
БПК5, мг/л
|
150
|
8/10
|
250
|
20
|
318
|
24
|
ХПК, мг/л
|
220
|
25/30
|
290
|
45
|
440
|
80
|
Температура, 0С
|
15
|
15/16
|
10
|
9
|
14
|
13
|
Нитраты, мг/л
|
0
|
10/10
|
0
|
5
|
-
|
0,8
|
Прозрачность, см
|
0
|
15/10
|
0
|
8
|
0
|
7
|
Азот аммонийных солей, мг/л
|
15
|
2/1,5
|
18
|
10
|
-
|
-
|
Примечание. Результаты получены при естественной аэрации биофильтров.
Из-за незначительного поперечного сечения башенных биофильтров резко повышается удельная нагрузка по воде и может достигать 100…120 м3/(м2.сут). Например, биофильтры, применяемые на сточных водах сахзаводов, эксплуатируются при гидравлической нагрузке 45 – 60 м3(м2.сут). Расчет биофильтров большой высоты можно производить по методике, предусматривающей определение высоты слоя загрузки расчетным путем с учетом БПК неочищенных вод, по формуле H = (Len – Lex)2250KТ , или исходя из органической нагрузки, определяемой экспериментально: H = E/КТ 1,45,
где E = (Len - Lex)q – для данной категории сточных вод.
Допустимая гидравлическая нагрузка, м3/( м3.сут),
q = 0,42 PHKTCS/(1,22 - lg Lex) Len,
где P – пустотность в теле загрузки биофильтра, %; С – коэффициент, характеризующийся шероховатость поверхности загрузки, способной удерживать биопленку; для пеностекла С = 0,5, для щебеночной загрузки – до 1,5; S – площадь сорбционной поверхности загрузки, м2.
Объем загрузки W = Q/q. Конструируем биофильтр с учетом соотношения диаметра и высоты как 1:6…1:8.
Пример 6. Определить объем загрузки башенного биофильтра при 500 мг/л; Lex = 30 мг/л; Q = 1200 м3/сут; T = 14 0C.
Рассчитываем необходимую высоту по таблице 2.35 при Lex = 30
мг/л и Т = 14 0С, Е = 1,8 кг/(м3.сут). Тогда
м;
принимаем биофильтр высотой 8м. Фактическая гидравлическая нагрузка будет составлять:
для пеностеклянной загрузки
м3/( м3.сут);
для щебеночной загрузки
м3/( м3.сут).
Объем необходимого фильтрующего материала для пеностекла
м3; щебня м3.
Проектируем башенный биофильтр высотой 8 м, диаметром 3 м.
Объем одного фильтра W = м3. Общее количество биофильтров: пеностеклянных шт.
Разница в общем объеме биофильтров объясняется сравнительно высокой сорбционной способностью пеностеклянной загрузки.
Пример 7. Рассчитать биофильтр для очистки смеси хозяйственных и производственных сточных вод. Расход промышленных стоков – 800 м3/сут; БПК20 неочищенных стоков – 500 м3/сут, БПК – 100 мг/л; температура – 15 0С, необходимое БПК очищенных стоков – 20 мг/л.
Рассчитаем среднюю температуру стоков:
0C.
Определим концентрацию смеси перед биофильтрами:
мг/л.
По табл. 2.35 при Lex = 20 и T0 = 11,9, если E = (Len - Lex)q, то гидравлическая нагрузка
м3/( м3.сут).
Необходимая высота загрузка (расчетная)
м.
Тогда фактическая гидравлическая нагрузка:
Для пеностеклянного фильтра составит
м3/(м3.сут);
для щебеночного фильтра
м3/(м3.сут).
Необходимый объем фильтрующего материала: пеностеклянного м3; щебеночного
м3.
Проектируем башенные биофильтры высотой 6 м, диаметром 3 м. Тогда объем фильтра составит W = 3,14 . 1,52 . 6 = 42,4 м3.
Общее количество биофильтров:
Пеностеклянных - - принимаем три колонны;
Щебеночных - - принимаем десять колонн башенных фильтров.
Биофильтры с пластмассовой загрузкой (рис. 2.8) круглые или прямоугольные, в плане резервуары высотой 3, 4, 6 м.
|
Рис. 2.8 – Биофильтр с пластмассовой загрузкой, производительностью 200 м3/сут:
1 – подача неочищенных сточных вод;
2 – вращающийся распределитель;
3 – пластмассовая загрузка;
4 – поддонное пространство;
5 – отвод очищенных вод.
|
Пластмассовые загрузки характеризуются высокой пустотностью, большой сорбционной и относительно малым коэффициентом сцепления биопленки с поверхностью загрузки, что создает условия образования тонкого слоя биопленки.
Пластмассовая загрузка исключает заиливание биофильтров, значительно увеличивает объем поступающего воздуха, что способствует увеличению окислительной мощности. Эти сооружения рекомендуются для небольших значений БПК (до 250 мг/л) при малых и средних расходах.
Пластмассовые загрузки применяют в виде жесткой засыпки (кольца, обрезки труб и пр.) и жесткоблочной из чередующихся плоских и гофрированных листов, а также мягкой – из пластмассовых пленок. Пористость этих конструкций достигает 70 – 98%; плотность – до 100 кг/м3.
Применяемые виды пластмасс должны удовлетворять требованиям СНИП [12], предъявляемым к загрузкам, и быть кислотостойкими, выдерживать температуру в пределах 6…30 0C, не меняя внешнего вида и свойств.
Расчет пластмассовых биофильтров по критериальному комплексу имеет вид ,
где P – пустотность пластмассовой загрузки; KT – температурная константа; E – удельное количество органических веществ по БПК5, г/(м2.сут) и определяемое как . После решения критериального комплекса имеем
Lex > 11 мг/л, Lex = 102,18-0,385;
Lex < 11 мг/л, Lex = 101,23-0,06.
Решение этих уравнений позволяет определить высоту слоя загрузки, м: при Lex > 11 H = 2,6 (2,18 - lgLex)E/PKT;
Lex < 11 H = 15,13(1,23 - lgLex )E/PKT;
Lex = 11 H = 3E/PKT.
Гидравлическая нагрузка на пластмассовую загрузку
q = EKF/Len.
Пример 8. Рассчитать биофильтр с пластмассовой загрузкой при таких исходных данных: Q = 900 м3/сут; БПК5 неочищенных вод – 190 мг/л; БПК5 очищенных стоков – 15 мг/л; среднезимняя температура стоков ~ 14 0С.
Рассчитываем загрузку пластических листов с удельной поверхностью KF = 120 м2/м3 и пустотность P = 90%.
Решение. Необходимый эффект работы биофильтров
, при таком эффекте принимаем высоту биофильтров H = 4 м. Значение критериального комплекса для пластмассовых биофильтров в зависимости от БПК очищенных вод определяем из данных:
Lex, мг/л ……. 10 15 20 25 30 35 40 45 50
….… 3,3 2,6 2,25 2 1,76 1,6 1,45 1,3 1,2.
При исходных данных Э = 90% и Lex = 15 мг/л, = 2,6.
Температура константа при Т = 14 0С равняется 0,15.
Допустимая нагрузка по органике
г/(м2.сут).
Определяем допустимую гидравлическую нагрузку
м3/(м3.сут).
Рассчитываем необходимый объем пластмассовой загрузки:
м3.
Площадь поверхности биофильтров . Назначаем две секции биофильтра, тогда диаметр одной секции
м.
Принимаем два биофильтра диаметром по 4 м каждый, высотой 4 м и размещаем в помещении.
Пример 9. Рассчитать биофильтр с загрузкой из асбестоцементных гофрированных листов при Q = 1400 м3/сут;
Lex = 200 мг/л; Lex = 20 мг/л; T = 15 0C; KF = 56 м2/м3; пустотность 80 %.
Эффект очистки (необходимый) , принимаем высоту биофильтров 4 м; подбираем величину критериального комплекса при Т = 15 0С; КТ = 0,158, в результате чего = 2,25. Рассчитываем органическую нагрузку
г/(м2.сут).
Находим допустимую гидравлическую нагрузку
м3/(м3.сут).
Определяем необходимый объем асбестоцементной загрузки и площадь биофильтров: W = 1400/6,3 = 222 м3; м2.
Принимаем четыре биофильтра круглыми с реактивными оросителями. Определяем их диаметр:
м.
Таблица 2.36. Технические показатели сточных вод к расчету
Показатели
|
Сточные воды
|
|
сахарных заводов
|
пансионатов
|
домов отдыха
|
шелковых комбинатов
|
, кг/(м3.сут)
|
1,7…2,5
|
0,9…1,3
|
0,6…1,0
|
0,5…1,0
|
Len, г/ м3
|
30…40
|
20…25
|
15…20
|
15…20
|
, г/( м3.сут)
|
10
|
33
|
15
|
32
|
Y, кг/( м3.сут)
|
35…50
|
35…50
|
20…30
|
15…20
|
До настоящего времени не полностью изучена закономерность прироста биопленки. Это касается в частности, уравнения, предложенного Т.А. Карюхиной и видоизмененного автором:
,
С – концентрация взвешенных веществ; - снятое БПК сточных вод; H – высота слоя загрузки биофильтра, м; - коэффициент, учитывающий сорбционное изъятие загрязнений отторгнувшимся биоценозом и при известных и определяется по предложенной формуле. Значение для некоторых стоков приведены в таблице 2.36.
D0 – коэффициент диффузии для биофильтров, равняющийся 0,6 – 0,9 или рассчитывающийся по первому закону Фила. После определения гидравлической нагрузки рассчитывают необходимый объем загрузки.
Пример 10. Рассчитать биофильтр с пеностеклянной загрузкой для очистки сточных вод дома отдыха при следующих исходных данных: Len = 180 мг/л; Lex = 15 мг/л; Q = 700 м3/сут. Из таблицы 2.36 при Lex = 15; -Y = 20 кг/(м3.сут); = 15, = 0,6 кг/(м3.сут).
Рассчитываем минимально необходимую высоту загрузки при Lex = 15 (по таблице 2.20) E = 1,4:
м.
Определяем гидравлическую нагрузку:
м3/(м3.сут).
Необходимый объем загрузки W = 700/2,93 = 247 м3.
Поверхность биофильтров F = 247/4,5 = 55 м2.
Принимаем два биофильтра диаметром 3 м и высотой 4,5 м.
Пример 11. Рассчитать биофильтр с пеностеклянной загрузкой для очистки сточных вод населенного пункта и шелкового комбината при следующих исходных данных:
Len хоз.-б = 100 мг/л; Len пр. = 200 мг/л;
Lex = 20 мг/л; Тср = 13 0С; = 0,5; Y = 15; =32;
Qобщ = 1400 м3/сут; Qхоз.-б = 30 м3/сут.
Вычисляем БПК смеси хозяйственно – бытовых и промышленных сточных вод:
мг/л или г/м3.
Определяем необходимую высоту: H = 1,7/(2,25.0,145) = 5 м.
Рассчитываем гидравлическую нагрузку:
м3/(м3.сут).
Необходимый объем загрузки W = 1400/7,4 = 190 м3.
Площадь поверхности биофильтра м2.
Назначаем две секции круглых биофильтров диаметром, м,
м.
Принимаем биофильтр из двух секций 5 м и высотой 5 м.
Методика расчета биофильтров по константе загрузки применима при отсутствии параметров , Y, . Сущность расчета заключается в том, что характеристику основного элемента биофильтров загрузки можно свести к общему понятию и условно назвать константой загрузки. По данным длительных опытов, а также известных методик расчетов, учитывающих взаимное влияние множества факторов при биохимической очистке, константу загрузки можно определить по формуле К = PKFKH.
Значение K, подсчитанные для разных конструкций загрузок, приведены в табл. 2.37.
Таблица 2.37. Значение К в зависимости от конструкций загрузок
Загрузка
|
Пустотность Р, %
|
Площадь поверхности КF, м2/м3
|
КН при H = 4 м
|
К
|
Щебеночная при :
25 мм
|
45
|
52
|
0,070
|
164
|
40 мм
|
50
|
48
|
0,083
|
199
|
60 мм
|
55
|
49
|
0,081
|
218
|
Пластмассовая
|
90
|
90
|
0,045
|
364
|
Асбестоцементная
|
50
|
60
|
0,066
|
198
|
Пеностеклянная
|
55
|
60
|
0,066
|
217
|
Табл. 2.37 составлена для загрузок высотой Н = 4 м и учитывает влияние высоты на очистку и определена как соотношение высоты биофильтра к удельной поверхности загрузки.
При повышении температуры сточных вод до 30 0С, при прочих равных условиях, гидравлическую нагрузку можно увеличивать. При увеличении БПК неочищенных сточных вод гидравлическая нагрузка должна уменьшаться. Кроме того, увеличение параметров загрузки P, KF увеличивает гидравлическую нагрузку, т.е. можно записать эмпирическое уравнение вида: [м3/(м3.сут)].
Для выявления справедливости предложенной зависимости выполнены сравнительные подсчеты по разным методикам и определена погрешность. Результаты расчетов, выполненных для условий: высота загрузки 4 м, Т сточной воды 20 0С и Q = 1000 м3/сут, приведены в таблице 2.38. Таким образом, предложенная методика по константе загрузки приемлема для прогнозирования параметров проектируемых сооружений биофильтров.
Таблица 2.38. Результаты расчета биофильтров
Методика расчета
|
q, м3/(м3.сут)
|
|
W, м3
|
Отклонение, %
|
По окислительной мощности
|
6,2
|
-
|
161
|
0
|
По С.В. Файзулиной
|
7,0
|
2,5
|
143
|
9
|
По С.В. Яковлеву
|
6,8
|
2,3
|
147
|
9,2
|
По Ю.В. Воронову
|
7,1
|
3,02
|
140
|
12,0
|
С учетом критериального комплекса
|
9,0
|
2,4
|
112
|
29
|
По константе загрузки
|
6,28
|
-
|
159
|
1,5
|
Применение. Len/Lex для всех методик расчета применяется 300/10.
Пример 12. Необходимо запроектировать биофильтр для полной биологической очистки при следующих данных:
Q = 500 м3/сут; Len = 250 мг/л; температура сточной воды Т = 15 0С; Lex = 20 мг/л.
Определяем необходимую высоту загрузки:
м.
Определяем Кн для пеностеклянной загрузки:
.
Определяем константу загрузки
К = 55 . 60 . 0,08 = 264.
Рассчитываем гидравлическую нагрузку
м3/( м3.сут).
Объем загрузки W = 500/4,8 = 104 м3.
Площадь биофильтров F = 104/4,8 = 22 м2, биофильтры принимаем круглые в плане, состоящим из двух секций диаметром
м.
Окончательно принимаем два биофильтра высотой 4,8 м и диаметром 2 м.
Биофильтры с жесткими засыпными загрузками – это сооружения, заполненные фильтрующим материалом (носителем биопленки) в виде различных пластмассовых, керамических и металлических обрезков труб, колец Паля, седел Берля, седел инталокс и др. Конструктивно эти биофильтры не отличаются от обычных, и все требования, предъявляемые к ним аналогичны.
Подается вода реактивным распределителем, аэрация искусственная, пустотность достигает 80…90 %; высота слоя загрузки 3…6 м, удельная площадь поверхности загрузки 80…120 м2/ м3.
Применяются загрузки из трубчатых материалов. Результаты работы биофильтров приведены в таблице 2.39. Используют также в качестве загрузки бамбуковые трубки. Бамбуковая загрузка удовлетворяет требования СНИП 2.04.03-85 и является дешевым и доступным материалом, особенно для тропических стран.
Бамбуковые трубки в виде цилиндрических отрезков укладывают в биофильтре вертикально друг над другом, аналогично кольцам Рашиге. Диаметр бамбуковых трубок составляет 40…50 мм, длина отдельных колец – 10…15 см. Бамбук имеет шероховатую поверхность. Трубки предварительно высушивают, поскольку использование сырого материала в качестве загрузки не рекомендуется. Важным качеством бамбука является его устойчивость к воздействию агрессивной среды, при этом не снижается механическая прочность и материал остается устойчивым к химической и биологической коррозии. Бамбуковая загрузка характеризуется следующими показателями: плотность до эксплуатации (без биопленки) 30 – 35 кг/ м3, в процессе эксплуатации – до 100 кг/ м3, площадь сорбционной поверхности – до 90…100 м2/ м3, пустотность – до 75 – 80 %.
Достарыңызбен бөлісу: |