7.2 Задачи

Задача 1

Рассчитать горизонтальную песколовку для очистной станции производительностью Q_ср.сут.,м³/сут, с коэффициентом неравномерности К_нр. Определить ширину водослива и суточный объем осадков V, м³/с.

Параметры	Варианты
	1	2	3	4	5
Qср.сут., м3/сут	62000	84000	93000	75000	69000
Коэффициент неравномерности	1,3	1,37	1,42	1,35	1,32
Глубина проточной части h1, м	0,7	0,6	0,64	0,72	0,62
Расчетный диаметр частиц песка, мм	0,2	0,25	0,2	0,22	0,23
Количество отделений песколовки n, шт.	2	3	3	3	2
Норма водоотведения, л/чел.∙сут	200	220	210	230	215

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

8.1 Теоретическая часть

Биологический фильтр – сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей: фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар круглой или прямоугольной формы в плане; водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра; дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды; воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Биологическая очистка заключается в окислении остающихся в воде после механической или физико-химической очистки органических загрязнений с помощью микроорганизмов, способных в процессе своей жизнедеятельности осуществлять минерализацию органических веществ. Биологическая очистка сточных вод может происходить в условиях близких к естественным (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) и в искусственно созданных условиях (биологические фильтры и аэротенки). Процессы окисления в биофильтре протекают значительно интенсивнее.

Рисунок 8.1 – Схема биологического фильтра

На рисунке 8.1 представлена схема биологического фильтра с принудительной подачей воздуха. Исходная сточная вода по трубопроводу 3 поступает в фильтр 2 и через водораспределительные устройства 4 равномерно разбрызгивается по площади фильтра. При разбрызгивании сточная вода поглощает часть кислорода воздуха. В процессе фильтрования через загрузку 5, в качестве которой используют шлак, керамзит, пластмассу, гравий и т. п., на загрузочном материале образуется биологическая пленка, микроорга-низмы которой поглощают органические вещества.

Интенсивность окисления органических примесей в пленке существенно увеличивается при подаче сжатого воздуха через трубопровод 1 и опорную решетку 6 в направлении, противоположном фильтрованию. Очищенная от органических примесей вода выводится из фильтра через трубопровод 7.

Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

По конструктивному признаку биофильтры делятся на биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой. В свою очередь, биофильтры с объемной загрузкой (гравий, шлак, керамзит, щебень и др.) делятся на:

- капельные биофильтры, имеющие крупность фракции загрузочного материала 20–30 мм и высоту слоя загрузки 1–2 м;

- высоконагружаемые биофильтры (крупность фракции загрузочного материала 40–60 мм и высота загрузки 2–4 м;

- биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60–80 мм и высота загрузки 8–16 м.

Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяют на:

- биофильтры с жесткой засыпной загрузкой, в качестве загрузки используют керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100 – 600 кг/м³, пористость 70–90%, высота слоя загрузки 1–6 м;

- биофильтры с жесткой блочной загрузкой; блочные загрузки выполняют из различных видов пластмассы (гофрированные, плоские листы или пространственные элементы), а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40–100 кг/м³, пористость 90–97%, высота слоя загрузки 2–1м. Плотность асбестоцементной загрузки 200–250 кг/м³, пористость 80–90%, высота слоя загрузки 2–6 м;

- биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки 5–60 кг/м³, пористость 94–99%, высота слоя загрузки 3–8 м.

Капельные биофильтры применяют при расходах сточных вод до 1000м³/сут, а высоконагружаемые и большой высоты – до50 тыс. м³/сут. Плоскостные биофильтры с засыпной и мягкой загрузкой рекомендуется применять при расходах до 10 тыс.м³/сут, с блочной загрузкой – до 50 тыс. м³/сут.

По технологической схеме работы биофильтры могут быть одноступенчатые и двухступенчатые, при этом режим работы назначается как с рециркуляцией, так и без нее.

К биофильтрам с плоской загрузкой следует отнести и погружные дисковые биофильтры, которые используют для очистки бытовых и производственных сточных вод при расходах до 1000 м³/сут. Диски выполняются из пластмасс, асбестоцемента или металла, и они имеют диаметр 0,6–3 м. Расстояние между дисками 10–20 мм, частота вращения вала с дисками 1–10 мин^-1.

Капельные биофильтры в зависимости от расхода сточных вод и среднегодовой температуры воздуха размещают в неотапливаемых помещениях; допустимая величина БПК_полн сточных вод, подаваемых на биофильтр, составляет 20 мг/л; гидравлическая загрузка 1–3 м³/м³ в сутки.

Расчет капельных биофильтров производят в такой последовательности

1 Определяют коэффициент К:

К=L_а/L_t, (8.1)

где L_а, L_t – БПК_полн сточных вод (поступающей и очищенной).

По среднезимней температуре сточных вод Т_ст.вод и значению К (таблица 8.1) определяют высоту биофильтра Н и гидравлическую нагрузку q; если полученное значение К превышает значения, приведенные в таблице 8.1, необходимо вводить рециркуляцию и расчет производить по методике расчета высоконагружаемых биофильтров с рециркуляцией.

2 По расходу очищаемых сточных вод Q, м³/сут, и гидравлической нагрузке q,м³/м²·сут, вычисляют общую площадь биофильтров:

F=Q/q, (8.2)

Таблица 8.1 – Гидравлическая нагрузка биофильтра

Гидравлическая нагрузка биофильтра q, м3/м2·сут	Значения К при температуре сточной воды Т, оС
	8	10	12	14
1 1,5 2 2,5 3	8,0/11,6 5,9/10,2 4,9/8,2 4,3/6,9 3,8/6,0	9,8/12,6 7,0/10,9 5,7/10,0 4,9/8,3 4,4/7,1	10,7/13,8 8,2/11,7 6,6/10,7 5,6/10,1 5,0/8,6	11,4/15,1 10,0/12,8 8,0/11,5 6,7/10,7 5,9/10,2

Примечание – Первые цифры – значения К для высоты биофильтра Н=1,5 м, далее Н=2 м.

Биофильтры устраивают в виде отдельных секций. Число и размеры секций зависят от способов распределения сточной воды по поверхности, условий их эксплуатации и др.; число секций должно быть не менее 2 и не более 6–8; все секции должны быть рабочими.

Биофильтры с плоскостной загрузкой следует размещать в закрытом помещении; высоту биофильтра назначают в зависимости от требуемой степени очистки; допустимая величина БПК_полн поступающих сточных вод при полной биологической очистке 250 мг/л, при неполной очистке – не ограничивается; величина гидравлической нагрузки зависит от необходимой степени очистки и величины органических загрязнений в поступающей сточной воде.

Расчет биофильтров с плоскостной загрузкой

Критериальный комплекс η в зависимости от требуемой величины БПК₅ очищенных сточных вод L_t, мг/л, находят по таблице 8.2.

Таблица 8.2 – Значение η при различной величине L_t

Lt, мг/л	10	15	20	25	30	35	40	45	50
η	3,3	2,6	2,25	2	1,75	1,6	1,45	1,3	1,2

Температурная константа потребления кислорода рассчитывается по формуле

(8.3)

где Т_{ст. .вод} – среднезимняя температура сточных вод, ^оС.

Допустимую величину нагрузки определяют по БПК₅ на 1м² поверхности загрузочного материала М_уд, г/(м²·сут), по формуле

(8.4)

где Р – пористость материала загрузки, %;

Н – высота загрузки, м.

По заданной величине L_а и конструктивному размеру S_уд определяем величину допустимой гидравлической нагрузки q_n, м³/м²·сут:

(8.5)

где S_уд – удельная поверхность загрузочного материала, м²/м³;

L_a – БПК₅ поступающих сточных вод, мг/л.

Необходимый объем загрузки биофильтра V, м³, и площадь F, м², определяют по формулАМ:

V = Q/q_n, (8.6)

где Q – расход сточных вод, м³/сут;

F = V/H. (8.7)

Затем определяют число биофильтров и их конструктивные размеры.

Для биофильтров круглой формы определяют их диаметр D, м:

(8.8)

где n – количество секций биофильтров.

В практике проектирования применяют биофильтры прямоугольной формы в плане с разрезами сторон 3×3; 3,6×4; 9×12; 12×12; 15×15; 12×18 м и др. с высотой слоя загрузки 2, 3 и 4, а также круглой формы в плане диаметром 6, 12, 18, 24 и 30 м и высотой слоя загрузки 2, 3 и 4.