Практическое задание 2 Биохимическая очистка сточных вод. Расчет аэротенков Тема Обеззараживание сточных вод

• Название: Практическое задание 2 Биохимическая очистка сточных вод. Расчет аэротенков Тема Обеззараживание сточных вод
• Дата: 02.04.2023
• Размер: 46.02 Kb.
• Имя файла: Zadanie_2.docx
• Тип: Документы; #1030990

Практическое задание № 2

Биохимическая очистка сточных вод. Расчет аэротенков

Тема 6. Обеззараживание сточных вод

«Для очистки хозяйственно-бытовых и сточных вод применяют биохимический метод очистки. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов-минерализаторов сорбировать на своей поверхности окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточной жидкости» [1]. Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПК – биохимического потребления кислорода. БПК – это количество кислорода, израсходованное на аэробное биохимическое окисление под действием бактерий и разложение нестойких органических соединений, содержащихся в исследуемой воде. Данный показатель определяет количество кислорода, необходимое для разложения органических загрязняющих веществ.

Выделяют аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода.

«Аэробный метод основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода. Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или биофильтрах.

Аэротенк – это очистное сооружение или резервуар, служащий для очистки стоков биологическим путем через окисление их бактериями, которые находятся в аэрируемом слое. В устройстве аэротенка стоки очищаются посредством нагнетания воздуха, который подается компрессором, что создает идеальные условия для развития бактерий, очищающих бытовые стоки». [2]

Аэротенки различаются по конструктивным особенностям. Так, выделяют:

─ «аэртенки-вытеснители без регенераторов;

─ аэротенки-вытеснители с регенераторами;

─ аэротенки-отстойники;

─ аэротенки-осветлители;

─ аэротенки-смесители». [2]
Целью выполнения практического задания является ознакомление с методиками биохимической очистки сточных вод и расчета аэротенков.
Задание

Произвести расчёт аэротенка.
Алгоритм работы (расчета) для различных типов конструкций аэротенков

Аэротенки-смесители без регенератора

«При расчете следует принимать (для всех вариантов):

α_аэр – доза ила в аэротенке, равная 1,5 г/л;

α_рег – доза ила в регенераторе, равная 4 г/л;

S_л – зольность ила, равная 0,3;

K_i – константа, учитывающая тип аэратора, равная 24 мг/л;

K₀ – константа, равная 1,66 мг/л;

– константа, равная 0,158 л/г.

1. Продолжительность аэрации смеси сточной воды и циркулирующего ила в собственно аэротенке» [1] (формула 2.1):

(2.1)

где α_аэр – доза ила в аэротенке.

2. Средняя скорость окисления (формула 2.2):

(2.2)

3. Доля расхода циркулирующего ила (формула 2.3):

(2.3)

4. Продолжительность окисления снятых загрязнений (формула 2.4):

(2.4)

5. «Период аэрации (формула 2.5):

.

(2.5)

6. Объем аэротенка (формула 2.6):

(2.6)

где Q – средний часовой приток сточных вод в течение суток, в часы максимального притока с 8 до 13.

7. Продолжительность регенерации циркулирующего ила (формула 2.7)» [1]:

(2.7)

8. Длина секции (формула 2.8):

(2.8)

где n – количество коридоров аэротенка;

B – ширина аэротенка, определяемая по таблице 2.1.

«Для расчетов принимаем, что в аэротенке 6 секций, тогда объем одной секции можно рассчитать по формуле 2.9» [1]:

(2.9)

Аэротенки-смесители с регенератором

«При расчете следует принимать (для всех вариантов):

S_л – зольность ила в долях единицы, равная 0,3;

α_рег – доза ила в регенераторе, равная 4 г/л;

α_аэр – доза ила в аэротенке, равная 1,5 г/л;

K_i– константа, учитывающая тип аэратора, равная 24 мг/л;

K₀ – константа, равная 1,66 мг/л;

– константа, равная 0,158 л/г». [1]

9. Коэффициент рециркуляции (формула 2.10):

(2.10)

10. Средняя скорость окисления (формула 2.2).

11. Доля расхода циркулирующего ила (формула 2.3).

12. Продолжительность аэрации смеси сточной воды и циркулирующего ила в собственно аэротенке (формула 2.1).

13. Продолжительность окисления снятых загрязнений (формула 2.4).

14. Продолжительность регенерации циркулирующего ила (формула 2.7).

15. Объем аэротенка (формула 2.6).

16. Объем регенератора (формула 2.11):

(2.11)

17. Общий объем аэротенка с регенератором (формула 2.12):

(2.12)

Аэротенки-вытеснители с регенератором

«При расчете следует принимать (для всех вариантов):

K_i – константа, учитывающая тип аэратора, равная 33 мг/л;

K₀ – константа, равная 0,626 мг/л;

– константа, равная 0,07 л/г;

α_аэр – доза ила в аэротенке, равная 2 г/л;

α_рег – доза ила в регенераторе, равная 5 г/л;

S_л – зольность ила в долях единицы, равная 0,3;

α – доля расхода циркулирующего ила, равная 0,8.
18. Коэффициент рециркуляции (формула 2.10).

19. Продолжительность аэрации в аэротенке» [1] (формула 2.1).

20. Величина БПК_полн воды, поступающей в начало аэротенка-вытеснителя (формула 2.14):

(2.14)

21. Период пребывания сточных вод в аэротенке (формула 2.15):

(2.15)

22. Доза ила в регенераторе (формула 2.16):

(2.16)

23. «Средняя скорость окисления (формула 2.2).

24. Продолжительность окисления загрязнения (формула 2.4).

25. Объем аэротенка (формула 2.6).

26. Продолжительность регенерации циркулирующего ила (формула 2.7).

27. Объем регенератора (формула 2.11).

28. Общий объем аэротенка с регенератором» [1] (формула 2.12).
Аэротенки-вытеснители без регенаратора

«При расчете следует принимать (для всех вариантов):

α_аэр – доза ила в аэротенке, равная 2 г/л;

α_рег – доза ила в регенераторе, равная 5 г/л;

S_л – зольность ила в долях единицы, равная 0,3;

K_i – константа, учитывающая тип аэратора, равная 26 мг/л;

K₀ – константа, равная 1,66 мг/л;

– константа, равная 0,158 л/г.
29. Продолжительность аэрации в аэротенке (формула 2.1).

30. Доля расхода циркулирующего ила (формула 2.3).

31. Средняя скорость окисления (формула 2.2).

32. Продолжительность окисления снятых загрязнений (формула 2.4).

33. Рабочий объем аэротенка» [1] (формула 2.17):

(2.17)

34. Длина секции (формулы 8 и 9).

35. Удельный расход воздуха в аэротенке (формула 2.18):

(2.18)

где – растворимость кислорода воздуха в воде (формула 2.19):

(2.19)

где – растворимость кислорода воздуха в зависимости от температуры и давления, ;

Z – удельный расход кислорода на 1 мг снятой БПК_полн, равный 1,1 мг/мг;

K₁ – коэффициент, учитывающий тип аэротенка, равный 1,91;

K₂ – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора, равный 2,17;

n₁ – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод (формула 2.20):

(2.20)

где ;

n₂ – коэффициент, учитывающий отношение скорости переноса кислорода в иловой смеси к скорости переноса его в чистой воде, равный 0,85;

С – средняя концентрация кислорода в аэротенке, равная 2 мг/л;

Н – глубина аэротенка, м.

36. Прирост ила в аэротенке (формула 2.21):

(2.21)

где b – концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, равная 149 мг/л.

37. Интенсивность аэрации (формула 2.22):

(2.22)

Аэротенки-осветлители с регенератором

«При расчете следует принимать (для всех вариантов):

α_аэр – доза ила в аэротенке, равная 2 г/л;

K_i – константа, учитывающая тип аэратора, равная 26 мг/л;

K₀ – константа, равная 1,66 мг/л;

– константа, равная 0,158 л/г;

S_л – зольность ила в долях единицы, равная 0,3;

α – доля расхода циркулирующего ила, равная 0,8.
38. Продолжительность аэрации (формула 2.1).

39. Величина БПК_полн воды, поступающей в начало аэротенка (формула 2.14)» [1].

40. Период пребывания сточных вод в аэротенке (формула 2.15).

41. Доза ила в регенераторе (формула 2.16).

42. Средняя скорость окисления (формула 2.2).

43. Продолжительность окисления снятых загрязнений (формула 2.4).

44. Продолжительность регенерации ила (формула 2.7).

45. Продолжительность пребывания в системе «аэротенк – регенератор» (формула 2.23):

(2.23)

46. Средняя доха или в системе аэротенк-регенератор (формула 2.24):

(2.24)

47. Объем аэротенка (формула 2.17).

48. Объем регенератора (формула 2.11).

49. Общий объем аэротенка с регенератором (формула 2.12).
Исходные данные

«1. Рассчитать аэротенки, учитывая их конструктивные особенности.

2. На основании полученных результатов сделать вывод о целесообразности применения той или иной установки на производстве». [2]

Номер варианта определяется по первой букве фамилии студента (таблица ниже).

Первая буква фамилии	Номер варианта
А, Л, Х	1
Б, М, Ц	2
В, Н, Ч	3
Г, О, Ш	4
Д, П, Щ	5
Е, Ё, Р, Ы	6
Ж, С, Э	7
З, Т, Ю	8
И, Й, У, Я	9
К, Ф	10

В таблице ниже приведены исходные данные для расчета.

№ п/п	Параметры	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Тип фильтра	АСБР	АССР	АВСР	АВБР	АОСР	АСБР	АССР	АВСР	АВБР	АОСР
2	Q( )	1250	625	4200	4200	2000	1350	800	4200	4400	1000
3	(мг/л)	150	300	250	150	200	150	320	200	150	180
4	(мг/л)	15	10	25	15	20	20	30	15	25	15
5	Количество коридоров (n)	2	3	4	4	3	2	2	3	4	4
6	(г/л)	2	3,5	3	3	2	4	2,5	2,5	3	2
7	(мг/л)	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
8		–	–	–	–	0,3	–	–	–	–	0,4
9	( )	–	100	120	90	60	–	80	100	100	–
10	H (м)	3.2	3,2	4,4	4,4	3,2	4,4	3,2	4,4	3,2	3,2
11	(мг)	59	59	85	85	86	59	59	85	85	86

Примечания:

АСБР – аэротенк-смеситель без регенератора.

АССР – аэротенк-смеситель с регенератором.

АВСР – аэротенк-вытеснитель с регенератором.

АВБР – аэротенк-вытеснитель без регенератора.

АОСР – аэротенк-осветлитель с регенератором.

(мг/л) – БПК_полн очищенной сточной воды.

(г/л) – доза ила.

(мг/л) – концентрация растворенного кислорода.

– степень рециркуляции.

H (м) – рабочая глубина.

Q ( ) – средний часовой приток сточных вод в течение суток.

(мг) – константа удельной скорости окисления.
Таблица 2.1 – Значения глубины в зависимости от количества коридоров

Количество коридоров аэротенка	Ширина коридоров B, м
2	4,5
3	4,5
4	6

Примечание: аэротенки разработаны для двух рабочих глубин – 3,2 и 4,4 м.
Пример расчета

Исходные данные заносим в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 – Данные для расчета

Параметр	Единица измерения	Значение
Тип фильтра		АВСР (аэротенк-вытеснитель с регенератором)
Средний часовой приток сточных вод в течение суток Q	мг3/ч	4700
La	мг/л	300
БПКполн очищенной сточной воды LT	мг/л	25
Количество коридоров n		4
Доза ила ai	г/л	3
Концентрация растворенного кислорода C0	мг/л	2
Степень циркуляции Ri		–
Li	см3/л	120
Рабочая глубина Н	м	4,4
Константа удельной скорости окисления ρmax	мг	85

Расчет аэротенка-вытеснителя с регенератором

При расчете принимаем:

K_i – константа, учитывающая тип аэратора, равная 33 мг/л;

K₀ – константа, равная 0,626 мг/л;

– константа, равная 0,07 л/г;

α_аэр – доза ила в аэротенке, равная 2 г/л;

α_рег – доза ила в регенераторе, равная 5 г/л;

S_л – зольность ила в долях единицы, равная 0,3;

α – доля расхода циркулирующего ила, равная 0,8.
1. Определим коэффициент рециркуляции по формуле 2.10:



2. Рассчитаем продолжительность аэрации в аэротенке по формуле 2.1:



3. Определим величину БПК_полн воды, поступающей в начало аэротенка-вытеснителя, по формуле 2.14:



4. Рассчитаем период пребывания сточных вод в аэротенке по формуле 2.15:



5. Определим дозу ила в регенераторе по формуле 2.16:



6. Вычислим среднюю скорость окисления по формуле 2.2:



7. Определим продолжительность окисления загрязнения по формуле 2.4:



8. Определим объем аэротенка по формуле 2.6:



9. Рассчитаем продолжительность регенерации циркулирующего ила по формуле 2.7:



10. Определим объем регенератора по формуле 2.11:



11. Вычислим общий объем регенератора с аэротенком по формуле 2.12:


Результаты расчета и выводы по работе

В ходе работы ознакомились с методикой биохимической очистки сточных вод и методикой расчета аэротенков, произвели расчет аэротенка-вытеснителя с регенератором, основные параметры которого свели в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Параметры аппарата

Параметр	Значение
Коэффициент рециркуляции Ri	0,56
Продолжительность аэрации в аэротенке	1,77
Величина БПКполн воды, поступающая в начало аэротенка-вытеснителя, Lmix	169,2
Период пребывания сточных вод в аэротенке tatv	1,2
Доза ила αрег	5,68
Средняя скорость окисления p	26,68
Продолжительность окисления загрязнения Т0	2,65
Объем аэротенка Wα	13381,2
Продолжительность регенерации циркулирующего ила Тр	0,88
Объем регенератора Wр	2956,8
Общий объем регенератора с аэротенком W	16338

Отчет по практическому заданию выполняется строго по представленным методическим указаниям к оформлению письменных работ, а также в соответствии с вариантом.
Список используемой литературы

1. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков ; под ред. чл.-кор. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Ленинград : Химия, 1987. – 576 с.

2. Фрог, Б.Н. Водоподготовка : учеб. пособие / Б.Н. Фрог, А.П. Левченко. – Москва : Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. – 655 с.