3.1.3 Споруди для біологічного очищення стічних вод

3.1.3.1 Розрахунок високонаваниажувального біофільтра

Біологічний фільтр – споруда, в якій стічні води фільтруються крізь завантажувальний матеріал, покритий біоплівкою, утвореною колоніями мікроорганізмів.

Біофільтр складається з наступних основних частин: фільтруючого завантаження, розміщеного в резервуарі круглої або прямокутної форми в плані; водорозподільного пристрою, який забезпечує рівномірне зрошення стічною водою поверхні завантаження біофільтра; дренажного пристрою для видалення профільтрованої води; повітророзподіляючого пристрою, за допомогою якого потрапляє необхідне для окислювального процесу повітря. Відпрацьована и омертвіла плівка змивається стісними водами і виноситься з тіла біофільтра. Необхідний бля біохімічного процеса кисень потрапляє в товщу завантаження шляхом природньої та штучної вентиляції.

Високонавантажувальні біофільтри застосовуються до 50 тис. м³/добу

Знаходимо коефіцієнт К:

;

- БПКполн стічної води, що поступає в біофілтр, ;

- БПКполн стічної води, що виходить з біофілтра; ;

З таблиці 3.10 [] за показниками Т (Т=14°C) і К знаходимо, що при питомій витраті і висоті біофільтра Н = 3 м гідравлічне навантаження фільтра .

Визначаємо допустиме БПК_полн суміші, що поступає, та рецеркуляційної стічної води, подаваємої на біофільтр:

;

Коефіцієнт рециркуляції:

;

Площа біофільтрів:

;

Обєм біофілтра:

Приймаємо 2 біофільтра D = 20 м, висотою 3 м, з об’ємом фільтруючого завантаження 1884 м³. Для подачі повітря встановлюємо 1 робочий та 1 резервний вентилятори низького тиску ЦЧ-70 № 2,5 потужністю 2000 м³/год та напором 55 мм.

3.1.3.2 Вторинні відстійники

Навантаження на поверхню вторинних відстійників після біофільтрів:

;

де – гідравлічна крупність біоплівки = 1,4 мм/с

- коефіцієнт використання об’єму(для вторинних вертикальних відстійників з висхідно-нисхідним рухом води – 0,65)

;

Площа дзеркала одного відстійника при n = 4.

;

Діаметр відстійника:

D = м

Приймаємо 4 вертикальних відстійника D =9 м.

Розраховую об’єм осаду з вторинних відстійників

м³/год=3 м³/добу

- вологість осаду з вторинних відстійників, =96%

- густина осаду , =1,1 г/м³

Маса сухої речовини:

м³/добу = 1,56 т/добу

3.1.3.3 Біостави

Проводимо доочищення стічних вод на біоставах до L_t =6 мг/л.

Стічна вода поступає на біостави з БСКповн L_a =15 мг/л.

Приймаємо середню температуру стічних вод влітку Т_л = 20°С, взимку Т_з = 14°С.

Проектуємо двоступеневий біологічний ставок з природньою аерацією. Приймаємо ефект очищення в першій ступені 50 %, тобто БСКповн після першої ступені L₁ = 7,5 мг/л.

Визначаємо тривалість перебування стічних вод в першій ступені за формулою:

де α – коефіцієнт об'ємного використання, який враховує степінь відмінності гідродинамічного режиму руху рідини від умов повного витіснення (при співвідношенні довжини секції ставка до ширини 20:1 і більше α =0,8...0,9; при співвідношенні 3:1 або менше α=0,35; для інших випадків α визначається інтерполяцією);

k – коефіцієнт не консервативності речовин, які обумовлюють БСКповн (константа швидкості споживання кисню), доб^-1. Згідно [1] для ставків глибокого очищення при температурі води Т=20 °С для першої ступені k₁=0,07 доб^-1, для другої k₂=0,06 доб^-1, для наступних ступіней 0,04...0,05 доб^-1.

Коефіцієнт в літній період для першої ступені k_1л=0,07 доб^-1.

Для Т = 14 °С в зимовий період k_1з=0,07 · 1,047^{(14 –20)}=0,053 доб^-1.

Конструктивно приймаємо співвідношення довжини і ширини секції ставка 20:1. Тоді α = 0,85 і час перебування стічної води в першій ступені буде складати:

в літній період: ;

в зимовий період:

Тривалість перебування стічних вод в другій ступені біологічного ставка визначаємо за формулою:

;

де Lг – БСКповн, яке обумовлене вторинним забрудненням води метаболітами мікроорганізмів, тобто процесами, які відбуваються в середині водойми: для літнього періоду L_г=2...3 мг/л, для зимового L_г=1...2 мг/л. Приймаємо для літнього періоду L_г=3 мг/л, для зимового періоду L_г=2 мг/л.

Визначаємо тривалість перебування стічних вод в другій ступені біологічного ставка для літнього і зимового періодів, приймаючи коефіцієнт для літнього періоду k_2л=0,06 доб^-1, для зимового періоду k_2з=0,06 · 1,047 ^{(14 –20)} = 0,046 доб^-1.

;

;

За розрахунковий період приймаємо зимовий період року.

Визначаємо об'єм першої і другої ступені біоставів за формулою:

V =Q · t, [м3]

де Q – витрата води за добу, м3/доб, Q =11491,2 м³/доб;

t – тривалість перебування стічних вод в ступені, діб.

Об’єм першої ступені:

V₁ =11491,2 · 6,68 = 76761 м³;

Об’єм другої ступені:

V₂ =11491,2 · 3,53 = 40564 м³;

Визначимо площу, яка необхідна для першої і другої ступені біоставів і, яка повинна забезпечувати постування достатньої кількості кисню за рахунок природньої аерації на протязі всього року.

Для першої ступені біоставів ця площа визначається за формулою

де – розчинність кисню при даній температурі, мг/л. За табл. 3.5, [9] для Т=20 °С, =9,02 мг/л, для Т=14 °С = 10,26 мг/л;

– необхідний вміст кисню у воді, яка виходить із ставка, мг/л. Приймаємо = 2 мг/л;

– атмосферна реаерація кисню, для біоставів з природньою аерацією, приймаємо rp =3,5 г/( м²*доб).

Для літнього періоду

для зимового періоду

Таким чином, для забезпечення достатньої кількості кисню на протязі року площа першої ступені біоставів повинна складати 37223 м².

Визначаємо потрібну площу другої ступені біоставів:

;

для літнього періоду:

;

для зимового періоду:

;

Визначаємо максимальну глибину біоставів з урахуванням виконання вимог кисневого режиму за формулою:

Н = V / Fл. [м]

для першої ступені

Н₁ = 76761/37223 = 2,06 м;

для другої ступені

Н₂ = 40564/7445 = 5,45 м.

Так як глибину ставів з природньою аерацією рекомендується приймати в межах 0,5...1 м, то приймаємо глибину першої ступені Н₁ = 0,9 м, другої Н₂ = 1 м. Загальна площа І та ІІ ступені складає відповідно 85000 м² та 41000 м². Приймаємо 4 паралельно працюючих біологічних стави по дві ступені в кожному. Розміри кожної секції першої ступені 36 х 591 м, другої 36 х 285 м.