Transcript OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE CZĘŚCI BIOLOGICZNEJ

OBLICZENIA CZĘŚCI BIOLOGICZNEJ
OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW
REALIZOWANEJ W TECHNOLOGII SBR
Założenia wstępne
Procesy oczyszczania ścieków w sekwencyjnych
reaktorach biologicznych obejmują przede wszystkim:
• Usuwanie organicznych związków węgla,
• Usuwanie związków azotowych w procesach nitryfikacji i
denitryfikacji,
• Usuwanie związków fosforu na drodze biologicznej wspomaganej
chemicznym strącaniem,
• Symultaniczną stabilizację tlenową osadu nadmiernego.
Założenia wstępne
Charakterystyczne parametry w procesie sekwencyjnych
reaktorów biologicznych to:
•
•
•
•
•
•
•
Czas trwania cyklu,
Czas trwania pojedynczej fazy w cyklu,
Liczba cykli w ciągu doby w pojedynczym reaktorze,
Objętość porcji dekantowanych ścieków,
Objętość porcji osadu nadmiernego odprowadzanego z reaktora,
Pojemność czynna reaktora,
Współczynnik wymiany, rozumiany jako iloraz objętości napełniania
reaktora do pojemności czynnej reaktora.
Bilans azotu
Stężenie azotu amonowego do usunięcia na drodze nitryfikacji [mg/l]:
SNH 4 nitr  S pTKN  STKN ON  Sk No rg
Sp-TKN
– stężenie azotu Kieldahla w dopływie do oczyszczalni [mg/l]
STKN-ON
– azot Kieldahla usuwany z osadem nadmiernym [mg/l]
Sk-Norg
– azot organiczny w odpływie z oczyszczalni [mg/l]
STKN-ON = 0,04 SpBZT5
Sk-Norg
= 1 - 2 [mg/l]
Bilans azotu
Stężenie azotu azotanowego do usunięcia na drodze denitryfikacji [mg/l]:
S NO3 denit  S NH 4 nitr  Sk  NO3
Sk-NO3
– azot azotanowy w odpływie z oczyszczalni [mg/l]
Sk-NO3 = Sk-Nog – Sk-Norg
Bilans azotu
Zdolność denitryfikacji:
Z DENIT 
S NO3 denit
S p  BZT5
Na podstawie obliczonej zdolności denitryfikacyjnej dobieramy współczynnik Vd/VR:
ZDENIT
Vd/VR
0,11
0,2
0,13
0,3
0,14
0,4
0,15
0,5
Wiek osadu
Wymagany wiek osadu (WO), temperatura obliczeniowa: T = 10 0 C:
a) WO z uwagi na przyrost mikroorganizmów:
WOmin = 2,3 · 2,13 · 1,103 (15-T) [d]
b) WO z uwagi na nitryfikację i denitryfikację
WO min( NIT . DEN ) 
WO min
[d ]
VD
1
VR
gdzie:
VD / VR - iloraz objętości strefy denitryfikacji i objętości reaktora
c) WO z uwagi na stabilizację – dla małych oczyszczalni przyjmuje się WOstab = 25 d
Do dalszych obliczeń przyjmuje się wartość najwyższą z wyliczonych wyżej - WOproj
Dobowy przyrost osadu
wskutek rozkładu związków węgla
GC  Łśr BZT5
S P Z og

(1  0,2)  0,17 0,75WO proj  FT 

0,75  0,6
 [kgsmo / d ]
S
1

0
,
17

WO

F
P BZT5
proj
T


gdzie:
Łśr BZT5 – średni ładunek BZT5 w dopływie do oczyszczalni [kg/d]
SP BZT5 - stężenie BZT5 w dopływie do oczyszczalni [g/m3]
SP Zog - stężenie zawiesiny ogólnej w dopływie do oczyszczalni [g/m3]
WOproj – projektowany wiek osadu
FT – współczynnik oddychania endogennego
Dobowy przyrost osadu
wskutek rozkładu związków węgla
FT  1,072T 15
gdzie:
T – temperatura (10 °C)
Bilans fosforu
Fosfor usuwany na drodze biologicznej [mg/l]:
PBIO  Pmikroorg  Pdefosf
Pmikroorg - fosfor potrzebny do budowy komórek mikroorganizmów
heterotroficznych [mg/l]
Pdefosf - fosfor usuwany w procesie defosfatacji biologicznej [mg/l]
Pmikroorg  0,01 SPBZT5
Pdefosf  0,005 SPBZT5
Bilans fosforu
Fosfor do strącenia na drodze chemicznej [mg/l]:
Pchem = Sp-Pog - Pbio - Sk-Pog
Sk-Pog – stężenie fosforu całkowitego w ściekach oczyszczonych [mg/l]
Dobowy przyrost osadu
wskutek biologicznej defosfatacji
GPbiol  3  PBIO  Qd śr  103 [kg smo/ d ]
gdzie:
PBIO – ilość fosforu usunięta na drodze biologicznej [g/m3]
Qdśr – średni dobowy dopływ ścieków do oczyszczalni [m3/d]
Dobowy przyrost osadu
wskutek strącania chemicznego
GPchem  6,8  PCHEM  Qd śr  103 [kg smo/ d ]
gdzie:
PCHEM – ilość fosforu usunięta na drodze strącania chemicznego [g/m3]
Qdśr – średni dobowy dopływ ścieków do oczyszczalni [m3/d]
Dobowy przyrost osadu
ONd  GC  GPBIOL  GPCHEM [kg smo/ d ]
Wymagana sumaryczna sucha masa osadu w reaktorze:
G  ONd  WO proj [kg smo]
Objętość reaktora SBR
Cykl pracy reaktora SBR [h]:
tC  tR  tsed  tdek  tnap  tBioP  tocz
tC - czas trwania cyklu pracy reaktora SBR (6-8h)
tR - czas reakcji (czas nitryfikacji tnit + czas denitryfikacji tdenit )
tsed - czas sedymentacji
tdek - czas dekantacji
tnap - czas napełniania
tBioP - czas fazy anaerobowej (biologiczna defosfatacja)
tocz - czas fazy oczekiwania
Objętość reaktora SBR
Objętość z uwagi na masę osadu czynnego [m3]:
VR1 
tC
G
tR
n  Z RP
G – sucha masa osadu zgromadzonego w reaktorze [kg]
ZRP - stężenie osadu czynnego [kg sm/m3], zazwyczaj 3,5 - 5
n – liczba reaktorów
Objętość reaktora SBR
Objętość z uwagi na ilość ścieków dopływających do oczyszczalni:
VR 2 
Qh max 
f Dmax
tC
n
fDmax - współczynnik objętości dekantacji
fD
max
Vmax


VR
Qh max 
VR
tC
n
 0,5
Vmax - objętość ścieków odprowadzanych z reaktora podczas jednego cyklu,
VR - objętość reaktora przy pełnym napełnieniu
Objętość reaktora SBR
Skorygowane stężenie osadu czynnego :
Z RPproj 
tC
G
tR
n  VR proj
Skorygowany współczynnik objętości dekantacji:
fD
max proj
Vmax

VR proj
 5,0
Objętość reaktora SBR
Sprawdzenie współczynnika objętości dekantacji:
hR =
hR
h
hos
hmin
4,0 – 6,0 m
hmin = hR (1 - fDmax)
hos  hR
Z RP
 IO
1000
proj
Jeśli h mieści się w przedziale
0,5 – 1,0m, to współczynnik fDmax
został dobrany prawidłowo.
Wymiarowanie reaktorów SBR
Objętość zbiornika-zagęszczacza osadu nadmiernego
Masa osadu nadmiernego magazynowanego w zbiorniku-zagęszczaczu osadu
nadmiernego:
ONmag  ONd  tmag [kgsmo ]
gdzie:
tmag
- czas magazynowania osadu w zbiorniku [d],
Wymiarowanie reaktorów SBR
Objętość zbiornika-zagęszczacza osadu nadmiernego
Objętość brutto osadu nadmiernego magazynowanego w zbiorniku-zagęszczaczu
osadu:
VON mag . 
ONmag  I o
1000
gdzie:
IO
[m3 ]
- indeks osadu [ml/g],
Objętość zagęszczonego osadu nadmiernego magazynowanego w zbiornikuzagęszczaczu osadu:
VON zag . 
VON mag .
gdzie:
U
- obniżka uwodnienia [%],
U
[m3 ]
Zdolność natleniania
Zapotrzebowanie na tlen w procesach biodegradacji związków węgla [kg O2/d]:
OVd C  Łsr BZT5

0,15 WO  FT
 0,56
1 0,17WO  FT




Zużycie tlenu w procesie nitryfikacji [kg O2/d]:
OVd nit  Qd śr  4,3 (SNO3 denit  S p  NO3  Sk  NO3 ) 103
Dobowe zużycie tlenu w procesie rozkładu związków węgla pokrywane przez proces
denitryfikacji [kg O2/d]:
OVd denit  Qd sr  2,9 SNO3denit  103
Zdolność natleniania
Maksymalna dobowa wymagana ilość tlenu doprowadzanego do komór osadu
czynnego [kg O2/d]:
OCd  ( f c  (OVd C  OVd denit )  f N  OVd nit
Cs
)
Cs  C x
gdzie:
fc – współczynnik uwzględniający zapotrzebowanie na tlen przy
obciążeniach uderzeniowych związkami węgla = 1,1
fN – współczynnik uwzględniający zapotrzebowanie na tlen przy
obciążeniach uderzeniowych azotem amonowym = 1,5
Cx – stężenie tlenu w komorze osadu czynnego = 2,0 [g/m3]
Cs – stężenie w stanie pełnego nasycenia wody tlenem = 11,3 [g/m3]
(T=10°C)
Zdolność natleniania
Maksymalna godzinowa wymagana ilość tlenu doprowadzanego do komór osadu
czynnego [kg O2/h]:
1
1
OCh 

 OCd
V
24
1 D tR   n
VR
tC
Zdolność natleniania
Rzeczywista maksymalna godzinowa wymagana ilość tlenu doprowadzanego do
komór osadu czynnego [kg O2/h]:
OC h  
 = 0,9
OC h

Zdolność natleniania
Zapotrzebowanie na powietrze doprowadzane do komór osadu czynnego [m3 /h]:
ZP 
OCh 
0,22  1,29  0,2