Аэротенки

Введение

Биологической очистке подлежат сточные воды, содержащие растворенные органические вещества, подверженные биохимическому разложению, при условии, что отношение ХПК этих вод к их БПК_полн не превышает 1,5. Она может осуществляться как в естественных, так и в искусственных условиях. При очистке в естественных условиях, используется самоочистная способность почвы (поля фильтрации) и ассимилирующая способность растений (поля орошения), а так же самоочистная способность водоемов (биологические пруды с естественной аэрацией). Очистка в искусственных условиях реализуется в специально созданных сооружениях (аэротенках, циркуляционных окислительных каналах, биологических фильтрах и т.д.), в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила.

В данной работе рассмотрены методики расчета наиболее часто используемых сооружений биологической очистки.

Основными типами этих сооружений, имеющими наиболее четкие конструктивные особенности, являются аэротенки–вытеснители и аэротенки–смесители. Первые из них рекомендуется использовать при отсутствии залповых поступлений токсичных веществ, а так же в качестве последней ступени двух и многоступенчатых аэротенков, вторые же практически не имеют ограничений к применению. Кроме того, если БПК_полн сточной воды, подаваемой в аэротенк любого типа превышает 150 мг/л, то необходимо предусматривать регенерацию активного или в отдельностоящих регенераторах.

1.1. Расчет аэротенков–вытеснителей

Аэротенки этого типа, как правило, выполняют коридорными с отдельно стоящими отстойниками (рис. 1). В данном случае аэоротенк разделяется на параллельно работающие секции, которые включают в себя два и более продольных коридора.

Режим вытеснения обеспечивается при отношении длины коридора к его ширине более 30. Если указанное отношение составляет 30 и менее, следует предусмотреть секционирование коридоров продольными перегородками, отстоящими от поперечных стенок на 2…5 м, на 5…6 ячеек.

Очищаемая сточная вода смешивается с активным илом и подается к аэротенку по каналу, затем поступает в секционные каналы, из которых так же по каналам поступает в коридоры. Обработанная вода собирается водосборными лотками и отводится по каналу и трубопроводу во вторичные отстойники.

Продолжительность периода аэрации, ч,

(1)

где: φ – коэффициент ингибирования продуктами распада органических веществ активного ила, л/г, (табл. 1);

а_i – доза активного ила по сухому веществу, г/л, (табл.2);

Р_max – максимальная скорость окисления органических веществ, мг/(г·ч) (табл. 1);

С₀ – концентрация растворенного кислорода, равная 1…2 мг/л;

s – зольность активного ила, доли единицы (табл. 1);

К₀ – константа, характеризующая влияние кислорода, мг О₂/л (табл. 1);

L_cм – величина БПК_полн, определяемая с учетом разбавления сточных вод рециркуляционным расходом возвратного активного ила, мг/л;

L_t – величина БПК_полн очищенной сточной воды, мг/л;

К_l – константа, характеризующая свойства органических веществ, мг БПК_полн/л (табл. 1);

L₀ – величина БПК_полн поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л;

К_р – коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания на процесс очистки сточных вод: К_р=1,5 при очистке стоков до L_t=15 мг/л и К_р =1,25 – при L_t>30 мг/л.

Величина БПК_полн с учетом разбавления сточных вод рециркуляционным расходом возвратного активного ила, мг/л,

(2)

здесь: r_i – коэффициент рециркуляции активного ила, доли единицы, определяемый по рис. 2, в зависимости от дозы активного ила по беззольному веществу а_hi и величины илового индекса i или по формуле:

(3)

Примечание: 1. Формула (1) справедлива при i<175 см³/г и а_i£5 г/л;

2. Величина r_i должна быть не менее 0,3 для отстойников с

илососами, 0,4 – с илоскребами, 0,6 – при самотечном удалении активного ила.

Доза активного ила по беззольному веществу, г/л,

(4)

Величину илового индекса следует определять экспериментально. При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать по табл. 3 в зависимости от нагрузки по БПК_полн на 1 г беззольного вещества активного ила в сутки R_a, мг/(г ^. сут), равной:

(5)

где t_р – продолжительность периода аэрации с учетом температуры сточной воды, ч,

или рассчитывать по формуле:

(6)

Таблица 1

Основные расчетные данные характеристики процесса сточных вод в аэротенках

Сточные воды	Pmax, мг БПКполн/ (г.ч)	Кl, мг БПКполн/л	Ко, мг О2/л	j, л/г	s
Городские Производственные: а) нефтеперерабатывающих заводов: I система II система б) азотной промышленности в) заводов синтетического каучука г) целлюлозно-бумажной промышленности сульфатно-целлюлозное производство сульфитно-целлюлозное производство д) заводов искусственного волокна (вискозы) е) фабрик первичной обработки шерсти: I ступень II ступень ж) дрожжевых заводов з) заводов органического синтеза и) микробиологической промышленности: производство лизина производство биовита и витамицина к) свинооткормочных комплексов: I ступень II ступень			0,625   1,81 1,66 2,4 0,6   1,5 1,6 0,7   - - 1,66 1,7   1,67 1,5   1,65 1,68	0,07   0,17 0,158 1,11 0,06   0,27   0,23 0,2 0,16 0,27   0,17 0,98   0,176 0,171	0,3   - - - 0,15   0,16 0,17 -   - - 0,35 -   0,15 0,12   0,25 0,3

Примечание. Для других производств указанные параметры следует принимать по данным научно-исследовательских организаций.

Таблица 2

Основные технологические характеристики аэротенков

Режим нагрузок по загрязняющим веществам	Сооружения	Продолжительность аэрации, ч	Доза активного ила по сухому веществу, г/л	Иловый индекс, см^3/г
Низкие	Аэротенки продленной аэрации	10…30	3…12	40…80
Средние	Аэротенки обычные	6...8	2…4	50…100
Аэротенки с регенераторами	5…6	2…4	50…100
Аэротенки высокопроизводительные	3..5	3,5…8	50…100
Высокие	Аэротенки высоконагружаемые	0,4…4	1,5…10	80…200

Период аэрации с учетом температуры сточных вод, ч,

(7)

здесь: T – среднегодовая температура сточных вод, ⁰С.

Концентрация возвратного активного ила, г/л,

. (8)

Таблица 3

Значение илового индекса

Сточные воды	Иловый индекс I, см^3/г, при нагрузке на ил Ra, мг/(г^.сут)
Городские Производственные: а) нефтеперерабатывающих заводов б) заводов синтетического каучука в) комбинатов искусственного волокна г) целлюлозно-бумажных комбинатов д) химкомбинатов азотной промышленности	- - - - - - - - - - -

Концентрация активного ила в иловой смеси с учетом концентрации возвратного ила и коэффициент рециркуляции, г/л,

(9)

где: С_вв – концентрация взвешенных веществ в поступающих в аэротенк сточных водах, г/л;

К_и=0,80…0,85.

Продолжительность периода аэрации с учетом рециркуляции возвратного активного ила, ч,

(10)

Рабочий объем аэротенка, м³,

(11)

Здесь: q – расчетный расход сточных вод, м³/ч, принимаемый в зависимости от величины коэффициента неравномерности притока сточных вод:

- при коэффициенте неравномерности не более 1,25 – q равен среднечасовому расходу сточных вод;

- при коэффициенте неравномерности более 1,25 – q равен среднему расходу в часы максимального притока сточных вод;

N – количество аэротенков.

Рабочий объем секции аэротенка, м³,

(12)

при чем, N_c – количество секций в аэротенке, N_c ³2.

Примечание: Количество секций в аэротенке ориентировочно рекомендуется принимать для станций производительностью до 50000 м³/сут равное 4…6, для станций большей производительности – 8…10.

Ширина коридора, м,

(13)

где: К_b = 1…2;

h₁ – рабочая глубина аэротенка, h₁ = 3…6.

Ширина секции аэротенка, м,

(14)

здесь n – количество коридоров в секции, n = 2…4.

Длина коридоров аэротенка (рабочая длинна аэротенка), м,

(15)

Примечание: Так как, сооружения с большими габаритными размерами принято выполнять из сборного железобетона, то длина коридоров должна быть кратна 6 м и составлять 36…114 м. Если это условие не выполняется, то необходимо скорректировать ширину коридоров, их количество, количество секций или количество аэротенков.

Общее число секций в аэротенке:

(16)

здесь N_c.p. – число резервных секций, определяемое из условия, что их пропускная способность должна составлять не менее 50% производительности рабочих секций, т.е.

(17)

Ширина аэротенка, м,

(18)

Полная глубина аэротенка, м,

(19)

где h₂ – высота бортов аэротенка, h₂ = 0,3…0,5 м.

Диаметр магистрального трубопровода подачи сточных вод к аэротенкам, м,

(20)

здесь v_св – скорость движения воды в трубопроводе, м/с, равная при напорном движении – 3 м/с, при безнапорном движении – 0,8…1,0 м/с.

Диаметр трубопровода подачи сточных вод к аэротенку, м,

(21)

Расход рециркулирующего возвратного активного ила для одного аэротенка, м³/ч,

(22)

Диаметр трубопровода подачи рециркулирующего возвратного активного ила к аэротенку, м,

(23)

здесь v_ил – скорость движения активного ила в трубопроводе, v_ил = 3 м/с.

Ширина канала подачи иловой смеси к аэротенку, м,

(24)

где: К_к=1,10…1,25;

D' – расчетный диаметр трубопровода, принимаемый при D_св.а.>D_ил - D'=D_св.а., при D_св.а.< D_ил - D'=D_ил.

Глубина канала подачи иловой смеси к аэротенку, м,

(25)

здесь v_к - скорость движения иловой смеси в канале, v_к = 0,8…1,0 м/с.

Ширина секционных каналов подачи иловой смеси, м,

(26)

Ширина каналов подачи иловой смеси к коридорам аэротенка, м,

(27)

Диаметр трубопровода, отводящего иловую смесь от аэротенка в отстойники, м,

(28)

где v_отв – скорость движения иловой смеси в трубопроводе, принимаемая аналогично скорости движения сточной воды в магистральном трубопроводе ее подачи к аэротенкам.

Ширина канала, отводящего иловую смесь от аэротенка, м,

(29)

Глубина этого канала, м,

(30)

здесь v_отв.к. – скорость движения иловой смеси в канале, v_отв.к. = 0,8…1,0 м/с.

Ширина водосборного лотка, м,

(31)

При небольших расходах сточных вод аэротенки–вытеснители могут быть запроектированы как полнообъемные сооружения. В этом случае из их конструкции исключаются коридоры, а ширина секций определяется как ширина коридора по выражению (11). В остальном методика расчета аналогична представленной выше, соответственно, расчет основных параметров выполняется с использованием формул (1)–(12), (15) - (26), (28)–(31).

2.1. Расчет аэротенков–смесителей

Аэротенки–смесители представляют собой, как правило, полнообъемные сооружения, в которых порции поступающей сточной воды быстро перемешиваются со всей массой смеси жидкости с активным илом. Быстрое перемешивание позволяет равномерно распределить органические примеси и растворенный кислород, что, в свою очередь, обеспечивает работу сооружения при высоких нагрузках. Технологической и конструктивной особенностью данных аэротенков является наличие рассредоточенных впусков сточной воды и активного ила и рассредоточенного выпуска иловой смеси, расположенных вдоль противоположных продольных стен сооружения (секции) (рис. 3).

Продолжительность периода аэрации, ч,

(32)

где Р – удельная скорость окисления мг/(г ^. ч), определяемая по формуле:

(33)

Объемы аэротенка и его секций определяется соответственно, по формулам (11) и (12) с учетом выражений (2) – (10).

Ширина секции аэротенка, м,

(34)

здесь: К_b = 1…2;

h₁ – рабочая глубина аэротенка, h₁ = 3…6 м.

Ширина аэротенка В и рассчитывается по формуле (18) с учетом формул (16) и (17), рабочая длина (длина секции) – по формуле (15), а полная глубина - по (19).

Для определения диаметра трубопровода подачи сточных вод к сооружениям можно использовать уравнения (21) и (21) соответственно.

Ширина канала, подводящего очищаемый сток к аэротенку, м,

(35)

где: К_к = 1,1…1,25;

D_св.а. – диаметр трубопровода подачи вод к аэротенку, м.

Глубина всех подводящих каналов, как правило, принимается одинаковой и равной:

(36)

здесь v_к – скорость движения вода в каналах, v_к = 0,8…1,0 м/с.

Ширина распределительных водопадающих каналов, м,

(37)

Расход рециркулирующего возвратного активного ила для одного аэротенка и диаметр трубопровода подачи этого ила к аэротенку следует определять, соответственно, по формулам (22) и (23). Кроме того, диаметр трубопровода, подводящего указанный ил к секциям сооружения, м,

(38)

Тогда, ширина распределительного лотка возвратного ила, м,

(39)

а его глубина, м,

(40)

где v_ил.л. – скорость движения активного ила в лотке, v_ил.л.=0,8…1,0 м/с.

Диаметр трубопровода отводящего иловую смесь от аэротенка к отстойникам, м,

(41)

здесь v_отв – скорость движения иловой смеси в трубопроводе: при напорном движении – v_отв = 3 м/с при безнапорном – v_отв = 0,8…1,0 м/с.

Ширина канала, отводящего иловую смесь, м,

(42)

Глубина этого канала, м,

(43)

где v_отв.к. – скорость движения иловой смеси в канале, v_отв.к.= 0,8…1,0 м/с.

Ширина и глубина водосборного лотка, м,

(44)

Дата добавления: 2015-04-30