Методическое пособие 437
.pdfРис. 4. Осветлитель-перегниватель [1, с. 455]:
1 - подающий лоток; 2 - центральная труба; 3 - отражательный щит; 4 - камера флокуляции; 5 - зона отстаивания (осветлитель); 6- сборный периферийный лоток; 7 - отводящая труба осветленной воды; 8 - иловая труба ; 9 - камера для сбраживания осадка (перегниватель); 10 - труба для удален ия сброженного осадка; 11 и 12 - лоток и труба для удаления кор ки;
13 - илораспределительная труба
4. Концентрирование (уплотнение) осадков сточных вод
Избыточный активный ил после вторичных отстойников имеет влажность 99,2 % [7]. Влажность сы рого уплотненного ила составляет 9 7 %, т.е. его концентрация увеличивается в 3/0,8=3,75 и во столько же будет больше объем неуплотненного ила, т.е. 3,75(0,7 ÷1,1) л/чел. сут., на который и следует рассчитывать вместимость илоуплотнителей.
Избыточный активный ил после вторичных отстойников имеет влажность 99,2 %. Влажность сырого уплотненного ила составляет 97 % , т.е. его концентрация увеличивается в 3/0,8=3,75 и во столько же будет больше объем неуп-
11
лотненного ила, т.е. 3,75( 0,7 ÷1,1) л/чел. сут., на который и следует рассчитывать вместимость илоуплотнителей.
4.1.Гравитационное уплотнение
Гравитационное уплот нение - наиболее распространенный прием уменьшения объема избыточного активного ила. Оно в значительной мере уменьшает объем сооружений и затраты электроэнергии, необходимые для последующей его обработки. Конструкции вертикальных и радиальных уп лотнителей аналогичны конструкциям перв ичных отстойников.
Общая вместимость ил оуплотнителей определяется по пр одолжительности уплотнения и принимается в соответствии с СП в пределах 2 -6 часов. При использовании флотационн ых илоуплотнителей продолжительность уплотнения составляет 0,5-1 часов.
Илоуплотнители в виде отстойников вертикального типа п ринимаются по [2, табл.12.4, с.106], радиального типа по [2, табл. 12.6, с. 109].
Варианты технологического расположения уплотнителей на схеме станции очистки сточных вод с исп ользованием аэротенков даны на рис. 5.
Рис. 5. Варианты схем технологического расположения уплотнителей на станции очистки сто чных вод с использованием аэротен ков [1, с. 443]:
1- подача сточных вод; 2 - первичный отстойник; 3- аэротенк; 4 - вторичный отстойник; 5 - отведение очищенной воды; 6 - илоуплотнитель; 7 - блок обработки осадков; 8 – осадкоуплотнитель; 9 - активный ил; 10 - иловая вода; 11 - осадок; 12 - п реаэратор; 13 - обработанный осадок
12
По схеме "а" избыточный активный ил непрерывно поступает в илоуплотнитель, где отдает основную массу свободной влаги в виде иловой воды. Осадок из илоуплотнителя подается на дальнейшую обработку
Применение схемы "б" предполагает непрерывность отбора осадка из первичного отстойника с большей влажностью и последующим доуплотнением его в отдельном уплотнителе.
Уплотнением избыточного активного ила совместно с осадком первичных отстойников по схеме "в" достигается некоторое снижение влажности получаемого осадка. При совместном уплотнении активного ила и осадка первичных отстойников уплотнитель целесообразно использовать как резервуар-регулятор расхода осадка для последующей его обработки.
По схеме "г" уплотнение осадков осуществляется без илоуплотнителей. Активный ил подается в преаэраторы в объеме, превышающем его избыточное количество, откуда со сточной водой поступает в первичные отстойники. Выносимый из первичных отстойников активный ил компенсирует недостающую часть циркулирующего активного ила, подающегося на аэротенки. Таким образом, в преаэраторы подается такая часть активного ила, которая превышает его избыточное количество, но позволяет выделить в первичных отстойниках весь избыточный активный ил. Эта схема дает возможность получать один вид осадка - смесь сырого осадка и активного ила.
Илоуплотнители используются для снижения влажности активного ила, чтобы сократить размеры сооружений по стабилизации и обезвоживанию осадка. Они бывают вертикального, радиального типа. Расчет илоуплотнителей приведен в [5, п. 6.13, стр. 237]. Основные параметры илоуплотнителей приведены в табл. 5.
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
|
Основные параметры илоуплотнителей |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Характеристика |
Влажность уплотнён- |
Продолжительность |
Скорость |
|||
ного активного ила, % |
уплотнения, ч |
движения ила |
||||
избыточного ак- |
|
|
|
|
в отстойной |
|
Верти- |
Радиаль |
Верти- |
Ради- |
|||
тивного ила |
||||||
кальный |
ный |
кальный |
альный |
зоне, мм/с |
||
|
||||||
После аэротенка |
|
|
|
|
|
|
на полную био- |
|
|
|
|
|
|
логическую очи- |
- |
97,3 |
- |
5 - 8 |
- |
|
стку |
|
|
|
|
|
|
аср.= 1,5 – 3 г/л |
|
|
|
|
|
|
После вторич- |
|
|
|
|
|
|
ных отстойни- |
98 |
97,3 |
10 -12 |
9 -11 |
Не более 0,1 |
|
ков |
||||||
|
|
|
|
|
||
аил=3,5-6,5 г/л |
|
|
|
|
|
|
То же, |
98 |
97,3 |
14 – 16 |
11 -14 |
Не более 0,1 |
|
аил=7-9 г/л |
||||||
|
|
|
|
|
||
Из аэротенков |
|
|
|
|
|
|
на неполную |
95 |
95 |
3 |
3 |
Не более 0,2 |
|
биологическую |
||||||
|
|
|
|
|
||
очистку |
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
|
|
4.2. Флотационное уплотнение
Наряду с гравитационным уплотнением используется флотационное илоотделение, позволяющее уменьшить продолжительность уплотнения.
При расчете радиальных флотационных илоуплотнителей принимается давление для насыщения воды воздухом 0,2-0,4 МПа, количество воздуха, подаваемого для насыщения 1м3 жидкости, составляет 0,05-0,06 м3, отношение объема рабочей жидкости к объему уплотняемого ила 2:1-3:1, продолжительность уплотнения 0,7-1ч, конечная влажность уплотненного ила 94,5-95 %.
Флотационные уплотнители сокращают продолжительность уплотнения по сравнению с гравитационными в несколько раз и позволяют достичь меньшей влажности уплотнённого ила. В режиме флотации работают радиальные уплотнители. Основные параметры флотатора сведены в табл. 6.
Таблица 6
Основные параметры флотатора
насыщенияДавление воздухом,жидкости МПа |
воздуха,Объём м1на |
раобъёмаОтношениеобъкжидкостибочейилауплотняемогоёму |
вопребыванияВремя чфлотаторе, |
Скорости |
исте- |
влажностьКонечная |
%ила,уплотнённого |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
|
|
чения |
из |
отвер- |
|
|
|
|
|
м |
|
|
стий |
распреде- |
|
|
|
||
|
жидкости, |
|
|
|
|
Концентрация |
||||
|
|
|
литель- |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
взвешенных |
|||
|
|
|
|
ных труб, м/с |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
веществ в ило- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
рабочей |
|
|
|
|
вой воде, г/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
жидкос- |
|
ила |
|
|
|
|
|
|
|
|
ти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,2…0,4 |
0,05… |
2:1 – 3:1 |
0,7…1 |
1,8…2,3 |
|
0,7…1 |
94,5…95 |
20…30 |
||
|
0,06 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчёт флотационного уплотнителя приведён в [5, с. 242] и [9,
пп4.12, 4.14].
4.3.Уплотнение ила с использованием центробежного поля
4.3.1.Гидроциклоны
Наиболее компактным и эффективным способом разделения активного ила на фракции: молодой ил, минерализованный ил и влага является трёхпродуктовый напорный гидроциклон, который работает по принципу, показанному на рис. 6. Традиционно гидроциклоны использовались для отделения влаги от песка, а теперь нашли применение и для активного ила.
14
а) |
слив |
б) |
слив |
|
|
|
|
|
|
|
ис ходная
см есь
песок
Минерализованный
ил
Рис. 6. П ринцип работы гидроциклона [2, с. 131]:
а) об щий вид; б) схема движения потоко в.
1 - крышка; 2 - труба; 3 - сливное отверстие; 4 - слив ной патрубок; 5 - внутренний винтовой поток; 6 - внешний винтовой поток;
7 - водовоздушный столб
В гидроциклоне возникают центробежные силы за счёт тангенциального подсоединения трубопровода к цилиндрическому корпусу а ппарата. Гидроциклоны могут работать в вертикальном, наклонном или горизонтальном положении. Можно устанавливать один или несколько параллельно работающих аппаратов, объединяемых в блоки. Чтобы избежать засорения ги дроциклона, рекомендуется устанавливать защитные сетки на всасывающих тр убах насосов, питающих гидроциклоны. Ра змеры ячеек сетки должны быть в 6…10 раз меньше диаметра шламовой насад ки.
Тяжёлые фракции ак тивного ила направляются в конич ескую часть аппарата, основной поток (ило вая вода) удаляется из центральной части аппарата. Лёгкие фракции (молодые) ила движутся по центральной спирали вверх к сливной насадке. Разделен ие фракций зависит от диаметров насадок, размеров других конструктивных элементов гидроциклона.
Основные параметры гидроциклонов приведены в табл. 7. 15
Таблица 7
Параметры напорных гидроциклонов
|
|
|
Конструктивные и технологические |
|
|||||||
Гидравлическая круп- |
|
|
|
|
параметры аппарата |
|
|
|
|||
ность частиц, задержи- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
размеры элементов, |
|
- |
|
|
||||||
ваемых гидроциклоном, |
цилиндричедиаметр - скойчасти D,мм |
напорапотеряв гидроциклоне |
|
водыпотерис пульпой, производительноот% - сти |
|||||||
впускадиаметр d |
сливнойдиаметр насадкиd |
|
шламовойдиаметр насадкиd |
цилиндривысотачастической |
производительность |
аппарата,ного м |
|||||
|
200-800 мг/л |
|
|||||||||
мм/с |
|
|
|
мм |
|
|
од |
/ч |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Р, м |
3 |
|
|
объёмная мас- |
объёмная |
|
|
cл |
|
шл |
|
∆ |
|
|
|
2 |
масса 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
са 2 - 3,5 г/см ; |
2 |
|
пит |
|
|
|
|
|
|
|
|
исходная кон- |
г/см ; исход- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
центрация |
ная концен- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 - 4 г/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,7 – 1 |
0,25 – 0,2 |
50 |
14 |
20 |
|
6 |
50 |
10 - |
3 - 4 |
2 - 3 |
|
|
15 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,1 – 1,3 |
0,4 – 0,3 |
75 |
18 |
20,2 |
|
9 |
75 |
15 – 20 |
5 – 6 |
3 - 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,7 – 2,7 |
0,5 – 0,4 |
250 |
50 |
57,5 |
|
25 |
175 |
15 - |
46 – 53 |
5 - 7 |
|
|
25 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,6 – 3,6 |
1,1 – 0,8 |
350 |
63 |
77 |
|
24,5 |
308 |
20 – 30 |
75 – 85 |
2 - 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,8 – 4,3 |
2 – 1,8 |
500 |
65 |
110 |
|
25 |
400 |
25 -35 |
85 - 90 |
1,5 - 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3.2. Сепараторы
Сепараторы применяют для сгущения активного ила и фугата после шнековых центрифуг. Основные данные отечественных сепараторов приведены в табл.8.
|
|
Таблица 8 |
Технические данные сепараторов |
||
|
Диаметр |
Производительность, м3/ч, |
Тип сепаратора |
ротора, |
по активному илу с исход |
|
мм |
ной концентрацией 4-6 г/л |
Сепаратор с сопловой выгрузкой исход- |
|
|
ного продукта: |
|
|
СОС501К – 1 |
500 |
12 – 15 |
СОС501К – 3 |
500 |
18 – 23 |
СДС – 90 (Т – 01 или К – 01) |
900 |
60 – 65 |
Сепараторы с непрерывной гидромехани |
|
|
ческой выгрузкой сгущенного продукта: |
|
|
НВ – 600М |
600 |
18 – 25 |
НВ - 750 |
750 |
70 - 80 |
|
|
|
16
4.3.3. Стабилизация осадков сточных в од
Осадки очистных со оружений с нагрузкой свыше 50 тыс. ЭЧЖ (эквивалентное число жителей) до лжны подвергаться стабилизации.
Допускается использование биологических, химических, термических и термохимических методов стабилизации. Стабилизации мо гут подвергаться жидкие, либо обезвожен ные (либо подсушенные в естеств енных условиях) осадки сточных вод. Жидкие осадки могут быть стабилизир ованы с использованием метода анаэробного метанового сбраживания, ан аэробно-аэробной, аэробно-анаэробной обработки; аэробной стабилизации.
Анаэробное (метано вое) сбраживание рекомендуется для стабилизации осадков на очистных сооружениях с нагрузкой свыше 100 ты с. ЭЧЖ (при обосновании допускается и на сооружениях с нагрузкой 50 - 100 т ыс. ЭЧЖ).
Процесс сбраживани я следует проводить в метантенках.
Допускается проводить сбраживание в мезофильном (температура около 35 °С) и термофильном (те мпература 50 - 60 °С) режимах.
5.Сооружения стабилизации осадков сточны х вод
5.1.Метантенки
Внеобогреваемых сооружениях (септиках, двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях) анаэробное брожение происходит при температурах, определяемых кли матическими условиями. В метантенках процесс может реализован в термофи льных м и мезофипьных условиях, т.е. с подогревом или без подогрева.
Метантенки представляют собой герметичные вертикальные резервуары с коническим или плоским днищем, выполненные из железобетон а или стали.
Внастоящее время разработаны типовые проекты мета нтенков полезным объемом 500-4000 м и диаметром 10-20 м. Для крупных очистных станций разработаны индивидуальные проекты метантенков с полезным объемом 6000-
8000 м3. Схема метантенка представлена на рис. 7.
Рис. 7. Схема метантенка [1, с. 463]: 1- подача осадка; 2 - паровой инжектор; 3 - выпуск сброженного осадка;
4 - опорожнение метантенка;
5 - теплоиз оляция;
6 - система сбора и отвода газа;
7 - циркуляционная труба;
8 - уровень осадка
17
Таблица 9 Основные показатели по типовым проектам метантенков (рис. 7)
Номер проек- |
м |
Полез- |
|
Высота, м |
|
Строительный |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
та |
ный |
|
|
|
объем, м |
||
Диаметр, |
|
|
|
||||
|
объем |
|
|
|
|
|
|
|
верхне- |
цилиндри |
нижне- |
здания |
киоска |
||
|
одного |
||||||
|
го кону- |
ческой |
го ко- |
обслу- |
газовой |
||
|
резерву- |
||||||
|
са |
части |
нуса |
живания |
сети |
||
|
|
ара, м3 |
|
|
|
|
|
902 – 2 – 227 |
12,5 |
1000 |
1,9 |
6,5 |
2,15 |
652 |
100 |
902 – 2 – 228 |
15 |
1600 |
2,35 |
7,5 |
2,6 |
2035 |
112 |
902 – 2 – 229 |
17,5 |
2500 |
2,5 |
8,5 |
3,05 |
2094 |
136 |
902 – 2 – 230 |
20 |
4000 |
2,9 |
10,6 |
3,5 |
2520 |
174 |
Проект Ново- |
|
|
|
|
|
|
|
курьяновс- |
18 |
6000 |
3,15 |
18 |
3,5 |
2700 |
170 |
|
|
|
|
|
|
|
|
кой станции |
|
|
|
|
|
|
|
Проект Любе |
22,6 |
8000 |
4,45 |
16,3 |
3,7 |
2000 |
170 |
рецкой стан- |
|||||||
ции аэрации |
|
|
|
|
|
|
|
Расчет метантенков заключается в определении необходимого их объема в зависимости от количества поступающего в них сырого осадка и избыточного активного ила.
Для расчета метантенков и оценки результатов сбраживания необходимо рассчитать количество загружаемых осадков по сухому и беззольному веществу. Расходы (по сухому веществу) сырого осадка Осух, т/сут, и избыточного активного ила Исух, т/сут, определяют по формулам:
Ocyx=C0 ٠Q٠Э٠106 , |
(1) |
Исух =[(0,8-С0(1-Э)+0,3L0)-аt,] , |
(2) |
где Со - начальная концентрация взвешенных веществ, мг/л; Э - эффект задержания взвешенных веществ в первичных отстойниках в долях единицы;
Q - средний расход сточных вод, поступающих на станцию, м3/сут; Lo – БПК полное сточных вод, поступающих в аэротенк; at - вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников, мг/л.
Расходы беззольного вещества сырого осадка Обз, т/сут, и избыточного активного ила Ибз, т/сут. определяют по формулам:
Обз=Осух(1-Зос) , |
(3) |
Ибз=Иcух(1-Зил), |
(4) |
18 |
|
где Зос и Зил - зольность осадка и ила соответственно.
Расход сырого осадка Qoc, м3 /сут. и избыточного активного ила Qил, м3/сут. по объему при фактической влажности определяются по формулам:
Qoc=Ocyx/[(l-Poc)y], |
(5) |
Qил =Исух/[{1-Рил) y], |
(6) |
где Рос — влажность сырого осадка, %, равная 93-95 %; Рил — влажность уплотненного активного ила, %, равная 96,5-97,5 %; у - плотность сырого осадка и активного ила, принимаемая равной единице.
Общий расход сырого осадка и избыточного активного ила составит: по сухому веществу, т/сут.
Мсух =Осух+Исух , |
(7) |
по беззольному веществу, т/сут.
Мбз =Обз+Ибз |
(8) |
по объему при фактической влажности, м3/сут,
Mo6щ=Qoc+Qил. (9)
Средняя влажность смеси сырого осадка и активного ила, %, определяется по уравнению
Рсм = 100[l – Мсух/(Мобщ |
|
)]. |
(10) |
Средняя зольность сухого вещества смеси сырого осадка и активною ила, %,
Зсм =100[(1\-Мбз)/Мсух]. |
(11) |
Расход сброженного осадка по объему при фактической влажности Мсбр принимают равным Мобщ.
Влажность и зольность сброженного осадка, %, рассчитывают по формулам:
Рсбр = 100{l - Мбз (l - Rr) + (Мсух - Мбз)/Мсбр}, |
(12) |
Зсбр = 100 {1 - М6з (1 - Rг) /[М6з (1 - Rг) + (Мсух ~М6з). (13)
Необходимый объем метантенков, м3, определяется в зависимости от объема фактической влажности смеси сырого осадка и активного ила по формуле
W = Мобщ٠l00/D, |
(14) |
19
где D – суточная доза загрузки в метантенк, %, принимаемая по табл. 10.
|
|
|
|
|
|
Таблица 10 |
|
Суточная доза загрузки осадка в метантенк |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Режим сбра- |
|
Доза загрузки в метантенк, %, при влажности осадка, % |
||||
живания |
|
|
|
|
|
|
|
93 |
94 |
95 |
96 |
97 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Мезофильный |
|
7 |
8 |
8 |
9 |
10 |
Термофильный |
|
14 |
16 |
17 |
18 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
Выход газа Rr м3 |
на 1 кг беззольного вещества загружаемого осадка, со- |
|||||
ставляет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rr = Rlim – krD , |
|
(15) |
где Rlim — максимально возможное сбраживание беззольного вещества осадка, кг — коэффициент, зависящий от влажности осадка, принимаемый по табл. 11.
|
|
|
|
|
|
Таблица 11 |
|
|
Значения коэффициента кг |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
Значение kг при при влажности загружаемого осадка, % |
|||||
сбраживания, |
|
|
|
|
|
|
93 |
|
94 |
95 |
96 |
97 |
|
°С |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33 |
1,05 |
|
0,89 |
0,72 |
0,56 |
0,4 |
53 |
0,455 |
|
0,385 |
0,31 |
0,24 |
0,17 |
|
|
|
|
|
|
|
Величину Rlim, %, следует определять в зависимости от химического состава осадка по формуле
Rlim = 100(0,92Ж + 0,62У + 0,34Б), |
(16) |
где Ж, У и Б — содержание соответственно жиров, углеводов и белков, г, на 1г беззольного вещества осадка.
При отсутствии данных о химическом составе осадков для ориентировочных расчетов принимают: для осадка из первичных отстойников Rlim = 53 % и для избыточного активного ила Rlim = 44 %. Для смеси осадка с активным илом значение Rlim следует определять по среднеарифметическому соотноше-
20