7. Obliczenie Ilości I Składu ścieków Dopływajacych Do Części

Transcript

Politechnika Wrocławska Wydział Inżynierii Środowiska Rok akademicki: 2015/2016 Oczyszczanie Ścieków ćwiczenie projektowe Prowadzący: mgr inż. Piotr Balbierz Wykonał: nr albumu: Rok III, Kierunek: Inżynieria Środowiska Studia stacjonarne 1 Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej Kierunek studiów: Inżynieria Środowiska System studiów: stacjonarne rok III, semestr 6 rok akad. 2015/2016 OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW ćwiczenie projektowe Imię i nazwisko studenta: …………………….. Temat : ZAPROJEKTOWAĆ OCZYSZCZALNIĘ ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH DLA NASTĘPUJĄCYCH DANYCH - rodzaj ścieków : bytowe i przemysłowe o rodzaj przemysłu I Zakłady azotowe 6 000 m3/d o rodzaj przemysłu II Ubojnia drobiu 200 m3/d - ilość mieszkańców rzeczywistych w okresie perspektywicznym:160 000 - wskaźnik jednostkowy ilości ścieków: 0,105 m3/M d - ilość dowożonych fekaliów: 40 m3/d - ilość cieczy nadosadowej: 3% Qnominalnego - rzędna terenu oczyszczalni: 222,2 m n.p.m. - rzędna zwierciadła wody w rzece : o przy ŚNQ: 218,3 m n.p.m. o przy NWW: 219,8 m n.p.m. - zasolenie ścieków zmieszanych: 3000 g/m3 - zasadowość ścieków zmieszanych: 0,7 val/m3 ZAKRES ĆWICZENIA : - bilans ilości ścieków i ładunków zanieczyszczeń, - niezbędny stopień oczyszczania ścieków, - dobór procesów i operacji jednostkowych – schemat technologiczny, - dobór urządzeń i obliczenia technologiczne, część graficzna : o plan sytuacyjny oczyszczalni (skala 1:500) o profil po drodze przepływu ścieków (skala 1:100/500) o profil po drodze przepływu osadów (skala 1:100/500) - termin oddania ćwiczenia : Prowadzący: 2 SPIS TREŚCI 1.WSTĘP .............................................................................................................................. 5 1.1. Przedmiot opracowania. ........................................................................................ 5 1.2. Zakres opracowania............................................................................................... 5 1.3. Podstawa opracowania. ......................................................................................... 5 2. OBLICZENIE CHARAKTERYSTYCZNYCH WARTOŚCI NATĘŻEŃ PRZEPŁYWU ŚCIEKÓW DOPŁYWAJĄCYCH DO OCZYSZCZANI ..................... 6 2.1. Nominalne natężenie przepływu . ......................................................................... 6 2.2. Charakterystyczne wartości natężeń przepływu ścieków . ................................... 7 3. OBLICZENIE ŁADUNKÓW ZANIECZYSZCZEŃ .............................................. 9 3.1. Obliczanie ładunków zanieczyszczeń w celu obliczenia RLM ................................. 9 ( równoważnej liczby mieszkańców) ................................................................................ 9 3.2. Obliczenie równoważnej liczby mieszkańców ................................................... 11 4. OBLICZENIE NIEZBĘDNEGO STOPNIA OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW – NSO ..................................................................................................................................... 12 4.1. Wymagany skład ścieków oczyszczonych .......................................................... 12 4.2. Obliczenie NSO................................................................................................... 13 5. DOBÓR PROCESÓW I OPERACJI JEDNOSTKOWYCH – CIĄG ŚCIEKOWY ...................................................................................................................... 13 6. DOBÓR URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH Iº OCZYSZCZANIA........... 17 6.1. Krata rzadka ........................................................................................................ 17 6.2. Urządzenie kompaktowe ..................................................................................... 17 6.3. Zwężka Venturiego .............................................................................................. 20 6.4. Osadnik wstępny ................................................................................................. 20 7. OBLICZENIE ILOŚCI I SKŁADU ŚCIEKÓW DOPŁYWAJACYCH DO CZĘŚCI BIOLOGICZNEJ OCZYSZCZALNI – PUNKT BILANSOWY NR 2. ....... 22 8. OBLICZENIE KOMÓR OSADU CZYNNEGO UKŁADU A2O WG ATV – DVWK – A 131 P [9]. ........................................................................................................ 23 8.1. Obliczenie wskaźnika denitryfikacji ................................................................... 23 8.2. Obliczenie wymaganego BZT5 aby WD = 0,15 .................................................. 24 8.3. Określenie składu ścieków dopływających do bloku biologicznego po korekcie składu. 25 8.4. Sprawdzenie podatności ścieków na biologiczne oczyszczanie. ........................ 26 8.5. Określenie podatności ścieków na wzmożoną biologiczną defosfatację ............ 26 8.6. Obliczenie pojemności komory anaerobowej ..................................................... 26 8.7. Ilość azotu do denitryfikacji: ............................................................................... 27 8.8. Obliczenie udziału komory denitryfikacji w ogólnej pojemności reaktora DENIT-NIT ..................................................................................................................... 27 8.9. Obliczenie minimalnego wieku osadu WOmin..................................................... 28 8.10. Określenie jednostkowego przyrostu osadu nadmiernego .................................. 29 8.11. Obliczenie przyrostu osadu czynnego ................................................................. 29 8.12. Obliczenie ilości osadu nadmiernego .................................................................. 29 8.13. Obliczenie obciążenia osadu w reaktorze DENIT – NIT .................................... 30 8.14. Stężenie biomasy osadu czynnego ...................................................................... 30 8.15. Obliczenie obciążenia komory DENIT - NIT ładunkiem BZT5 ......................... 30 8.16. Obliczenie pojemności czynnej reaktora DENIT – NIT ..................................... 30 8.17. Obliczenie recyrkulacji wewnętrznej : .............................................................. 30 3 9. OBLICZENIE ZAPOTRZEBOWANIA TLENU .................................................. 31 9.1. Obliczenie zapotrzebowania tlenu dla mineralizacji związków organicznych OVd,C 31 9.2. Obliczenie zapotrzebowania tlenu na nitryfikację .............................................. 32 9.3. Odzysk tlenu z denitryfikacji .............................................................................. 33 9.4. Sumaryczne dobowe zapotrzebowanie tlenu ...................................................... 34 10. BILANS ZASADOWOŚCI....................................................................................... 35 10.1. Wskaźniki jednostkowe....................................................................................... 35 10.2. Obliczenie bilansu zasadowości .......................................................................... 36 10.3. Bilans zasadowości: ......................................................................................... 37 11. USTALENIE GABARYTÓW KOMÓR I DOBÓR URZĄDZEŃ MECHANICZNYCH ........................................................................................................ 38 11.1. Ustalenie gabarytów bloku technologicznego ..................................................... 38 11.2. Sprawdzenie czasów przetrzymania (podano sumaryczne objętości komór w obu blokach układu). .............................................................................................................. 39 11.3. Dobór mieszadeł komory anaerobowej ............................................................... 39 11.4. Dobór mieszadeł komory anoksycznej ............................................................... 40 11.5. Dobór pomp recyrkulacji  ................................................................................. 40 11.6. Wyznaczenie wymaganej wydajności dmuchaw. ............................................... 40 11.7. Dobór dyfuzorów drobnopęcherzykowych do rozprowadzania powietrza w komorach tlenowych układu. .......................................................................................... 42 12. DOBÓR OSADNIKÓW WTÓRNYCH RADIALNYCH. .................................... 42 13. POMPOWNIA PRZEWAŁOWA ........................................................................... 43 14. OBLICZENIA ILOŚCI POWSTAJĄCYCH OSADÓW. ..................................... 43 15. DOBÓR URZĄDZEŃ GOSPODARKI OSADOWEJ........................................... 48 15.1. Zagęszczacze grawitacyjne osadów wstępnych ................................................. 48 15.2. Zagęszczacze mechaniczne osadów wtórnych .................................................... 49 15.3. Zamknięte wydzielone komory fermentacyjne (WKFz) i otwarte komory fermentacyjne (WKFo) ................................................................................................... 49 15.4. Zbiorniki nadawy ................................................................................................ 49 15.5. Stacja mechanicznego odwadniania osadów (SMOO) ....................................... 50 16. WYKORZYSTANE MATERIAŁY ........................................................................ 51 17. SPIS TABEL .............................................................................................................. 53 18. SPIS RYSUNKÓW TEKSTOWYCH ..................................................................... 54 19. SPIS RYSUNKÓW CZĘŚCI GRAFICZNEJ......................................................... 55 20. SPIS ZAŁĄCZNIKÓW ............................................................................................ 56 21. ZAŁĄCZNIKI ............................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 4 1.WSTĘP 1.1. Przedmiot opracowania. Przedmiotem opracowania jest projekt technologiczny oczyszczalni ścieków komunalnych dla danych określonych w temacie ćwiczenia. 1.2. Zakres opracowania. Zakres ćwiczenia projektowego w części obliczeniowej obejmuje : A.CIĄG ŚCIEKOWY : - opracowanie bilansu ilości ścieków i ładunków zanieczyszczeń, - obliczenie niezbędnego stopnia oczyszczania ścieków, - dobór procesów i operacji jednostkowych – schemat technologiczny (procesowy) i schemat przepływu ścieków , - dobór urządzeń i obliczenia technologiczne, B.CIĄG OSADOWY : - opracowanie bilansu suchej masy i objętości osadów, - dobór procesów i operacji jednostkowych – schemat technologiczny (procesowy) i schemat przepływu osadów , - dobór urządzeń i obliczenia technologiczne, Część graficzna obejmuje: - plan sytuacyjny oczyszczalni, - profile po drodze przepływu ścieków i osadów. 1.3. Podstawa opracowania. Podstawą niniejszego opracowania jest temat ćwiczenia projektowego. 5 2. OBLICZENIE CHARAKTERYSTYCZNYCH WARTOŚCI NATĘŻEŃ PRZEPŁYWU ŚCIEKÓW DOPŁYWAJĄCYCH DO OCZYSZCZANI Materiały pomocnicze : INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 2: Określenie danych wyjściowych do projektowania. 2.1. Nominalne natężenie przepływu . Obliczenia natężeń przepływu wykonano metodą wskaźników szczegółowych, wg równania: QNOM = Qb + Qp + Qzup + Qinf.+ Qop.+ Qfek. gdzie: QNOM Qb Qp Qzup Qinf. Qop. Qfek. – obliczeniowa średniodobowa ilość dopływających ścieków, m3/d – obliczeniowa średniodobowa ilość ścieków bytowych (dawniej bytowogospodarczych), m3/d – obliczeniowa średniodobowa ilość ścieków z zakładów przemysłowych, m3/d – obliczeniowa średniodobowa ilość ścieków z zakładów i instytucji użyteczności publicznej, m3/d – obliczeniowa średniodobowa ilość wód infiltracyjnych i przypadkowych, m3/d - obliczeniowa średniodobowa ilość ścieków deszczowych, m3/d - obliczeniowa średniodobowa ilość dowożonych fekaliów, m3/d 2.1.1. Ścieki bytowe Qb = M  q j M – rzeczywista ilość mieszkańców M = 160000 3 qi – jednostkowy wskaźnik ilości ścieków od mieszkańca, m /M·d qi = 0,105 2.1.2. Ścieki z zakładów przemysłowych Qp = QpI + QpII QpI - obliczeniowa średniodobowa ilość ścieków z zakładów azotowych – 6000 m3/d QpII - obliczeniowa średniodobowa ilość ścieków z ubojni drobiu – 200 m3/d 6 2.1.3. Ścieki z zakładów użyteczności publicznej Qzup = (2÷5)% Qb, przyjęto Qzup = 3,5% Qb 2.1.4. Wody infiltracyjne i przypadkowe Qinf. = (2 -5)% Qb 2.1.5. Wody opadowe Qop. = 0 – kanalizacja rozdzielcza gdzie: Qb = 160000 M  0,105 m3/M d = 16800 m3/d Qp = QpI + QpII = 6000 m3/d + 200 m3/d = 6200 m3/d Qzup = 3,5% 16800 m3/d = 588 m3/d Qinf. = 3,5% 16800 m3/d = 588 m3/d Qop. = 0 m3/d Qfek. = 40 m3/d QNOM = 16800 + 6200 + 588 + 588+ 0 + 40 = 24 216 m3/d 2.2. Charakterystyczne wartości natężeń przepływu ścieków . Określenia wartości charakterystycznych natężeń przepływu ścieków dokonano z uwzględnieniem współczynników nierównomierności odczytanych z wykresu na rys. 1 : Qi = QNOM · Ni 7 Nierównomierność dopływu ścieków do oczyszczalni Stosunek do dopływu średniego 6 5 4 3 2 Dopływ max. godzinowy Dopływ max. dobowy Dopływ śr. dobowy Dopływ min. dobowy 1 Dopływ min. godzinowy 0 10 5 0 15 20 35 30 25 3 Średni dobowy dopływ ścieków, tys. m /d Rysunek 1. Współczynniki nierównomierności dopływu ścieków do oczyszczalni w funkcji nominalnego natężenia przepływu wg [1] Tabela 1. Charakterystyczne przepływy ścieków - punkt bilansowy nr 1 lp. Przepływ N m3/d m3/h m3/min m3/s dm3/s 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Qmax.h 1,7 41167 1715 28,59 0,476 476 2 Qmax d 1,3 31481 1312 21,86 0,364 364 3 QNOM 1 24216 1009 16,82 0,280 280 4 Qmin d 0,7 16951 706,3 11,77 0,196 196 5 Qmin h 0,42 10171 423,8 7,06 0,118 118 Charakterystyczne wartości natężeń przepływu oczyszczalni obliczono ze wzorów: ścieków dopływających do 8 Qmaks .h  Qmin .h  QN [m3 / d ]  N h maks , [m3 / h] 24 QN [ m 3 / d ] h  N min , [m 3 / h] 24 Qmaks ,d  QN  N d maks , [m 3 / d ] Qmin,d  QN  N d min . , [m 3 / d ] 3. OBLICZENIE ŁADUNKÓW ZANIECZYSZCZEŃ Materiały pomocnicze : INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 2: Określenie danych wyjściowych do projektowania. 3.1. Obliczanie ładunków zanieczyszczeń w celu obliczenia RLM ( równoważnej liczby mieszkańców) Ł = Łb + Łp + Łzup + Łinf.+ Łop.+ Łfek. gdzie: Ł – obliczeniowy ładunek zanieczyszczeń w doprowadzanych ściekach, kg/d Łb – obliczeniowy ładunek zanieczyszczeń w doprowadzanych ściekach bytowych, kg/d Łp – obliczeniowy ładunek zanieczyszczeń w doprowadzanych ściekach z zakładów przemysłowych, kg/d Ł zup – obliczeniowy ładunek zanieczyszczeń w doprowadzanych ściekach z zakładów i instytucji użyteczności publicznej, kg/d Ł inf. – obliczeniowy ładunek zanieczyszczeń w doprowadzanych wodach infiltracyjnych i przypadkowych, kg/d Ł op. – obliczeniowy ładunek zanieczyszczeń w doprowadzanych ściekach deszczowych, kg/d Łfek. - Obliczeniowy ładunek fekaliów dowożonych do oczyszczalni kg/d Łb [kg/d] = Łp [kg/d] = M  l j [g / M  d ] 1000 Qi [m 3 / d ]  ci [ g / m 3 ] 1000 Łzup = 0 – przyjęto, że ładunek zanieczyszczeń pochodzących z zakładów i instytucji użyteczności publicznej zawiera się w ładunku zanieczyszczeń w ściekach bytowych 9 Łinf. = 0 – wody umownie czyste Łop. = 0 – kanalizacja rozdzielcza Łfek. [kg/d] = Q f [m 3 / d ]  c fek [ g / m 3 ] 1000 gdzie: M li ciI ciII cfek – – – – – rzeczywista ilość mieszkańców (podana w temacie) ładunek jednostkowy zanieczyszczeń powstających od 1 mieszkańca, g/M·d jednostkowe stężenia zanieczyszczeń w ściekach z zakładów azotowych, g/m3 jednostkowe stężenia zanieczyszczeń w ściekach z ubojni drobiu, g/m3 jednostkowe stężenia zanieczyszczeń w ściekach dowożonych, g/m3 Stężenie miarodajne ścieków dopływających do oczyszczalni ścieków wynosi: Cm [g/m3] =  Ł [kg / d ] Q NOM [ m 3 / d ] Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 w sprawie realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych (Dz. U. 2006, nr 136 poz. 964) zakład przemysłowy powinien podczyścić odprowadzane do kanalizacji ścieki, gdy stężenia zanieczyszczeń w ściekach przekraczają określone wartości. Wartości BZT5, ChZT, N, P, zawiesin ustala odbiorca ścieków na podstawie dopuszczalnego obciążenia oczyszczalni ładunkiem tych zanieczyszczeń. Zakłada się, że zakłady przemysłowe odprowadzające ścieki do kanalizacji mają podpisane porozumienie z użytkownikiem oczyszczalni, w którym zostały zwolnione z podczyszczania ścieków przemysłowych. 10 Tabela 2. Obliczenie miarodajnych wartości ładunków zanieczyszczeń ścieków bytowych, przemysłowych i fekaliów oraz wyznaczenie miarodajnych wskaźników i stężeń zanieczyszczeń ścieków dopływających do oczyszczalni – PUNKT BILANSOWY 1 Wskaźnik lub stężenie zanieczyszczenia L.p. Zanieczyszczenie li Cb CpI CpII CFek g/Mk·d g/m3 g/m3 g/m3 g/m3 Ładunek Cm Wymiar Łb ŁpI ŁpII Łfek Ł g/m3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 BZT5 60 - 111 1201 6000 kg O2/d 9600 666 240 240 10746 444 2 ChZT 120 - 335 1502 30000 kg O2/d 19200 2010 300 1200 22710 938 3 Nog 11 - 16,6 142 700 kg N/d 1760 99,6 28,4 28,0 1916 79,1 4 NNH4 5,5 - 4,4 59 300 kg N/d 880 26,4 11,8 12,0 930 38,4 5 Pog 1,8 - 3,72 19,6 250 kg P/d 288 22,3 3,9 10,0 324 13,4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Zaw Tłuszcze H 2S Detergenty Zasadowość Chrom WWA Fenole Fluorki 70 50 1 15 156 24 392 120 15000 300 20 20 kg sm/d kg /d 11200 840 936 144 78,4 24,0 600 12,0 12814 1020 529 42,1 3.2. - 35 - 0,5 0,5 0,5 5 Obliczenie równoważnej liczby mieszkańców Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. 2014, poz. 1800) [2] obciążenie projektowanej oczyszczalni ścieków wyrażone równoważną liczbą mieszkańców (RLM) oblicza się na podstawie bilansu ładunku BZT5 doprowadzanego do projektowanej oczyszczalni ścieków. Dla oczyszczalni już istniejących RLM oblicza się na podstawie maksymalnego średniego tygodniowego ładunku zanieczyszczenia wyrażonego wskaźnikiem BZT5 dopływającego do oczyszczalni w ciągu roku, z wyłączeniem sytuacji nietypowych, w szczególności wynikających z intensywnych opadów. Ł RLM  BZT 5  1000 l BZT 5 gdzie: ŁBZT5 – dobowy ładunek BZT5 dopływający do oczyszczalni, kg/d lBZT5 – ładunek jednostkowy BZT5 powstający od 1 mieszkańca, g/M·d Zatem: RLM  10746 1000  179100 60 11 4. OBLICZENIE ŚCIEKÓW – NSO NIEZBĘDNEGO STOPNIA OCZYSZCZANIA Materiały pomocnicze : INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 3: Obliczanie niezbędnego stopnia oczyszczania ścieków. 4.1. Wymagany skład ścieków oczyszczonych Wymagany skład ścieków oczyszczonych jest zależny od rodzaju odbiornika i RLM. Maksymalne dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń na odpływie (Ce) oraz minimalne procenty usuwania zanieczyszczeń są określone w rozporządzeniu Ministra Środowiska z 18.11. 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego [2]. W załączniku nr 1 do projektu przedstawiono wartości wskaźników i stężeń zanieczyszczeń ścieków oczyszczonych oraz procenty usuwania zanieczyszczeń zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami RP oraz Dyrektywy Unii Europejskiej nr 91/271/EWG z dnia 21 maja 1991 r. dotyczącej oczyszczania ścieków komunalnych, Official Journal of the European Communities No L 135/40. W tabeli 3 ustalono miarodajny skład ścieków oczyszczonych dla RLM >100 000 wg rozporządzenia [2]. Tabela 3. Ustalenie miarodajnego składu ścieków oczyszczonych dla projektowanej oczyszczalni o RLM >100 000 [2] Lp. Wskaźnik lub zanieczyszczenie Ścieki oczyszczone Jednostka Ścieki surowe Wg kryterium wartości stężeń Wg kryterium % redukcji Wartość miarodajna 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 BZT5 ChZT Nog Pog Zawiesiny gO2/m3 gO2/m3 gN/m3 gP/m3 g/m3 444 938 79,1 13,3 529 15 125 10 1 35 44,4 234,5 11,8 1,33 52,9 15 125 10 1 35 Jak wynika z tabeli 3 skład ścieków oczyszczonych określony w oparciu o kryterium wartości stężeń zanieczyszczeń jest bardziej korzystny dla odbiornika ścieków i należy oczyszczalnie zaprojektować dla takiego składu ścieków oczyszczonych. 12 4.2. Obliczenie NSO NSO oblicza się wg zależności: C  Ce NSOx  o  100% Co gdzie: NSOx – niezbędny stopień oczyszczania ścieków obliczany dla wskaźnika lub stężenia zanieczyszczenia „x” Co – wartość stężenia lub wskaźnika zanieczyszczenia w ściekach surowych, [g/m3], (Co = Cm) Ce – wartość stężenia lub wskaźnika zanieczyszczenia w ściekach oczyszczonych, [g/m3] NSO należy obliczać dla poszczególnych zanieczyszczeń (BZT5, ChZT, zawiesiny, związki azotowe, związki fosforu itd.). Tabela 4. Obliczenie niezbędnego stopnia oczyszczania ścieków Wskaźnik lub zanieczyszczenie C0 Ce NSO g/m3 g/m3 % 1 2 3 4 5 1 BZT5 444 15 96,6 2 ChZT 938 125 86,7 3 Nog 79,1 10 87,4 4 Pog 13,3 1 92,5 5 Zawiesiny 529 35 93,4 Lp. 5. DOBÓR PROCESÓW I OPERACJI JEDNOSTKOWYCH – CIĄG ŚCIEKOWY Materiały pomocnicze: INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 4: Zasady ustalania procesu technologicznego. Dobrane procesy i operacje jednostkowe są pokazane na schemacie na rysunku 2. 13 Rysunek 2. Procesy i operacje jednostkowe 14 Rysunek 3. Schemat oczyszczalni ścieków 15 Oznaczenia na rys. 3: ZP-I – zakład przemysłowy I ZP-II – zakład przemysłowy II Fekalia – stacja zlewna fekaliów, Zbiornik – zbiornik retencyjno-uśredniający fekaliów Pf – pompownia fekaliów, KR – krata rzadka KG – krata gęsta PIASK. – piaskownik V-1 – zwężka pomiarowa – pomiar ilości ścieków dopływających do oczyszczalni OS-I – osadnik wstępny radialny P Io - pompownia ścieków Io Kr – komora rozprężania KOCZ – komora osadu czynnego AN – komora anaerobowa (beztlenowa) ANX – komora anoksyczna (niedotleniona) OXY – komora oksydacyjna (tlenowa) OS-II – osadnik wtórny V-2 – zwężka pomiarowa ilości ścieków oczyszczonych PRiON – pompownia recyrkulacyjna i osadu nadmiernego ∆X – osad nadmierny ZM – zagęszczacz mechaniczny osadu nadmiernego, ZG – zagęszczacz grawitacyjny osadów wstępnych, β – recyrkulacja azotanów, α – recyrkulacja osadu czynnego, PO – pompownia osadów surowych, ZKF – komora fermentacyjna zamknięta ZN – zbiornik nadawy SMOO – stacja mechanicznego odwadniania osadu ZR – zbiornik reakcji ( wapnowania cieczy nadosadowej) PC- pompownia cieczy nadosadowej O1, 2, 3 – punkty bilansowania ilości i składu ścieków LKT – stacja dozowania lotnych kwasów tłuszczowych METANOL – stacja dozowania zewnętrznego źródła węgla Ca(OH)2 – stacja dozowania roztworu Ca(OH)2 (do korekty zasadowości) PIX – stacja dozowania PIX do chemicznego strącania fosforu SD – stacja dmuchaw SHO – stacja higienizacji osadów KDOR – komora denitryfikacji osadu recyrkulowanego SILOS – silos na wapno przy reaktorze (ZR) do strącania fosforanów z cieczy nadosadowej 16 6. DOBÓR URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH Iº OCZYSZCZANIA 6.1. Krata rzadka Materiały pomocnicze: INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 5: Zasady doboru krat i sit do oczyszczania ścieków. Kratę dobiera się na Qmaks.h. Maksymalne godzinowe natężenie przepływu ścieków dopływających do oczyszczalni: Qmaxh = 0,476 m3/s. Dobrano kratę rzadką, z mechanicznym zgarniaczem skratek, typu KUMP-….-…. produkcji Fabryki Aparatury i Urządzeń Komunalnych „UMECH” – Piła [5]. Krata przeznaczona jest do zamontowania na kanale o szerokości … mm i głębokości maksymalnej ……. mm. Krata wyposażona jest w ruszt o prześwicie …… mm. Maksymalny przepływ ścieków dla kraty : ……. m3/s Maksymalna wysokość napływu ścieków – ……. mm. Kartę katalogową kraty dołączono do projektu.( załącznik nr 2) Obliczeniowa ilość skratek Ilość skratek obliczono w punkcie 6.4 w akapicie „Wyznaczanie ilości skratek”. Dobór pojemników na skratki Pojemniki dobrano w punkcie 6.4 w akapicie „Dobór pojemników na skratki”. 6.2. Urządzenie kompaktowe Materiały pomocnicze : INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 5.1.: Mechaniczne oczyszczanie ścieków w urządzeniach kompaktowych. Projektuje się zblokowane urządzenie do mechanicznego oczyszczania ścieków HUBER ROTAMAT Ro5 , które dobrano z katalogu produktów firmy HUBER Technology [6] . W skład urządzenia kompaktowego wchodzą:  krata gęsta (krata bębnowa Ro1 lub sito Ro2 lub mikrosito Ro9 )  piaskownik Urządzenie kompaktowe dobiera się na Qmax,h. 17 Przepływ maksymalny godzinowy ścieków dopływających do oczyszczalni wynosi Qmaxh = 0,476 m3/s = 476 l/s. Dobrano ….. jednakowe urządzenia o przepustowości …. dm3/s – wersja podziemna . Całkowita przepustowość stacji mechanicznego oczyszczania ścieków : … x …. dm3/s = ….. dm3/s . Załącznik nr 3 zwiera kartę katalogową dobranego urządzenia. Wyznaczenie ilości skratek Ilość skratek zatrzymywanych na kratach określono na podstawie wykresu produkcji skratek wg Romana [6]– Rys.4: - krata rzadka – prześwit 15 mm: q1 = 5 dm3/M∙a - krata gęsta – prześwit 4 mm: q2 = 12 - 5 = 7 dm3/M∙a Zatem objętość skratek wynosi: - krata rzadka – prześwit 15 mm: - krata gęsta – prześwit 4 mm: M  q1 `160000  5  10 3 V1    2,19 m 3 / d 365 365 M  q2 160000  7 10 3 V2    3,07 m3 / d 365 365 14 ilość skratek [l/Mk,a] 12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 prześwit kraty [mm] Rysunek 4. Produkcja skratek 18 Dobór pojemników na skratki Przyjmując dopuszczalne wypełnienie pojemnika 50%, wymagana objętość pojemnika na 1 dzień magazynowania skaratek wynosi: - krata rzadka: 4,38 m3/d - krata gęsta: 6,14 m3/d Do magazynowania skratek na terenie oczyszczalni ścieków dobrano kontenery KP –... o pojemności ….. m3 produkowane przez ABRYS – Technika [23] : - krata rzadka: …+1 kontener – wywóz co ….. - krata gęsta: …+1 kontener – wywóz co ….. Obliczenie ilości usuwanego piasku Na podstawie zaleceń prowadzącego przyjęto typową, jednostkową ilość piasku zatrzymywanego w piaskowniku: 10 dm3/M∙a   qp = 10 dm3/M∙a, M = 160000 M, q p  M 10 3 10 160000 10 3 m3 Qp    4,38 365 365 d Masa wydzielanego piasku wynosi: m3 kg kg M p  Q p   P  4,38 1200 3  5256 d m d Dobór pojemników Przyjęto częstotliwość wywozu piasku z oczyszczalni: co 1 dzień. Przyjmując dopuszczalne wypełnienie pojemnika 50%, wymagana objętość pojemnika na 1 dzień magazynowania piasku: Vpojw = 8,76 m3 Przyjmuję ….+1 kontenery KP-…. firmy ABRYS – Technika [ 7 ] , po sprawdzeniu technicznych możliwości wywozu tego typu pojemników przez Przedsiębiorstwo Gospodarki Komunalnej, o pojemności rzeczywistej: Vpojrz = …. m3 Rzeczywistą częstotliwość wywozu piasku z oczyszczalni należy ustalić w trakcie rozruchu obiektu. 19 6.3. Zwężka Venturiego Dobór koryta pomiarowego ze zwężką Venturiego. Koryto pomiarowe ze zwężką Venturiego dobieramy odczytując z nomogramu typ zwężki, przy założeniu, że dla QNOM prędkość przepływu w korycie v = 0,5÷0,6 m/s. Następnie dla danego typu zwężki sprawdzamy wypełnienie koryta przy przepływach Qmin h i Qmax h. Z katalogu typowych obiektów systemu Uniklar [4] dobrano zwężkę typu KPV-…., o parametrach: - szerokość kanału: b1 = …. cm , - szerokość przewężenia: b2 = …. cm , - maksymalne wypełnienie w przekroju przed zwężką: h = ….. cm, - wysokość ścian zwężki ( konstrukcyjna): hb = …. cm, - orientacyjny zakres mierniczy Q: dla v1 ≥ 0,5 m/s: …… dm3/s dla v1 < 0,5 m/s: …… dm3/s W tabeli poniżej zestawiono charakterystyczne wypełnienia koryta pomiarowego ze zwężką Venturiego. Tabela 5. Charakterystyczne wypełnienia koryta pomiarowego. 6.4. Przepływ Natężenie przepływu dm3/s 1 2 3 4 1 2 3 QNOM Qmin h Qmax h 280 118 476 42,5 28,5 61,0 Wypełnienie cm Osadnik wstępny Materiały pomocnicze : INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 7.1.: Obliczanie wstępnych osadników radialnych. Projektuje się osadnik wstępny radialny. Osadnik wstępny projektuje się na przepływ nominalny. Czas przetrzymania w osadniku powinien wynosić T = ok. 2 godz. i obciążenie hydrauliczne Oh = 1 m3/m2∙h. Dla projektowanej oczyszczalni ścieków przepływ nominalny wynosi: QNOM = 1009 m3/h , przepływ maksymalny godzinowy 20 Qmaxh = 1715 m3/h. Z katalogu Centrum Techniki Komunalnej [7] dobrano ….. osadniki wstępne radialne Systemu UNIKLAR typ ORws-….. o następujących parametrach:  Średnica D = …. m  Wysokość czynna Hcz = …… m  Pojemność czynna Vcz = ….. m3  Powierzchnia czynna = ….. m2  Pojemność leja osadowego Vos = …. m3 Tabela 6. Parametry technologiczne osadnika wstępnego L.p. Przepływ 1 Przepust. T Oh 3 3 [m /h] [h] [m /m2h] 2 3 4 5 1 QNOM 504,5 1,77 1,13 2 Qmax.h 857,5 1,04 1,93 3 Qminh 211,9 4,20 0,476 Vcz Qnom  T  Oh  Qnom A Obliczenie ilości osadów usuwanych w osadnikach wstępnych Ładunek zawiesin usuwany w osadnikach wstępnych: Łzaw. us =  ∙ Łzaw dop = 70% ∙ 24216 m3/d · 529 g/m3 = 8967 kg sm/d Przy uwodnieniu osadu wynoszącym 96% masa uwodnionego osadu wyniesie: 100% 8967   224175 kg / d , a przy gęstości uwodnionego osadu 1025 kg/m3 jego 4% 224175  218,7 m 3 / d objętość wyniesie: 1025 Przy 2 lejach (w każdym z osadników po 1 ) o pojemności po 20,10 m3 każdy, osady 218,7 będzie trzeba usuwać  5,44  6 razy na dobę. 2  20,10 Załącznik nr 5 zawiera kartę charakterystyki osadnika wstępnego. 21 7. OBLICZENIE ILOŚCI I SKŁADU ŚCIEKÓW DOPŁYWAJACYCH DO CZĘŚCI BIOLOGICZNEJ OCZYSZCZALNI – PUNKT BILANSOWY NR 2. Stopnie usunięcia zanieczyszczeń w Iº oczyszczania ścieków (oczyszczanie mechaniczne) założono na podstawie krzywych Sierpa przy hydraulicznym czasie przetrzymania T = 2 h. Tabela 7. Stężenia miarodajne po oczyszczaniu mechanicznym Wskaźnik Lp. lub stężenie zanieczyszczenia 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 BZT5 ChZT Nog N-NH4 Pog Zawiesiny tłuszcze zasadowość Cm Cm  g/m3 g/m3 po Io pocz. 3 4 5 444 938 79,1 38,4 13,3 529 42,1 35,0 30% 30% 10% 0% 10% 70% --0% 311 657 71,2 38,4 12,0 159 42,1 35,0 Do części biologicznej oczyszczalni ścieków dopływają ścieki po oczyszczaniu mechanicznym oraz ciecz nadosadowa odprowadzana z obiektów gospodarki osadowej. Przyjmuje się, że z obiektów gospodarki osadowej odprowadzana jest ciecz nadosadowa w ilości ok. 3% QNOM. Średni skład cieczy nadosadowej podano w tabeli 8. Tabela 8. Typowy skład cieczy nadosadowej (stabilizacja przez fermentację) Lp. Wskaźnik lub Jednostka Wartość stężenie zanieczyszczenia 1 1 2 3 4 5 6 2 BZT5 ChZT Norg N-NH4 Pog Zawiesiny 3 4 3 g O2/m g O2/m3 g N/m3 g N/m3 g P/m3 g/m3 2000 4000 50 450 100 2000 22 Tabela 9. Ładunki i stężenia w ściekach dopływających do bloku biologicznego Lp. wskaźnik 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 BZT5 ChZT Nog N-NH4 Pog Zawiesiny tłuszcze zasadowość ścieki mechanicznie oczyszczone ciecz nadosadowa po wapnowaniu Mieszanina Stężenie g/m3 Ładunek kg/d Stężenie g/m3 Ładunek kg/d Ładunek kg/d Stężenie g/m3 3 4 5 6 7 8 311 657 71,2 38,4 12,0 159 42,1 35,0 7531 15910 1724 930 291 3850 1019 848 450 680 50,0 0 0,50 50,0 0,0 1000 327 494 36,3 0 0,4 36,3 0 726 7858 16404 1760 930 291 3886 1019 1574 315 658 70,6 37,3 11,7 156 40,9 63,1 Obliczenie stężenia zanieczyszczeń mieszaniny ścieków dopływających do bloku biologicznego (kolumna 8 tabeli 9) : c mech  Qnom  ccieczy  Qcieczy c mieszaniny  Qnom  Qcieczy 8. OBLICZENIE KOMÓR OSADU CZYNNEGO UKŁADU A2O WG ATV – DVWK – A 131 P [9]. Materiały pomocnicze : INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 8.4.: Obliczenie komór osadu czynnego układu A2O wg ATV – DVWK - A 131 P 8.1. Obliczenie wskaźnika denitryfikacji Wskaźnik denitryfikacji określa ile denitryfikowanego azotu przypada na 1 g usuwanego BZT5. Gdy wartość WD > 0,15 to oznacza, że jest zbyt mało związków organicznych i należy rozważyć usunięcie z układu osadników wstępnych i/lub dawkowanie zewnętrznego źródła węgla w postaci metanolu lub innych dostępnych preparatów. 23 N dop  N e  N B N dop  N e  0,045  BZT5us ND WD     BZT5us BZT5dop  BZT5e BZT5dop  BZT5e   N dop  N e  0,045  BZT5dop  BZT5e dop 5 BZT  BZT e 5 , gN g BZT5 gdzie: ND – ilość azotu do denitryfikacji, g N/m3 BZT5us – BZT5 usuwane w komorach osadu czynnego, g BZT5/m3 Ndop = 70,6 g N/m3 – ilość azotu dopływającego do bloku osadu czynnego, Ne = 10 g N/m3– wymagana ilość azotu na odpływie z oczyszczalni dla RLM > 100 000, NB – ilość azotu wbudowywana w biomasę osadu czynnego, g N/m3 BZT5dop = 314 g BZT5/m3 – BZT5 na dopływie do bloku osadu czynnego, BZT5e = 15 g BZT5/m3 – wymagane BZT5 na odpływie z oczyszczalni , 0,045 g N/g BZT5us - średnia ilość azotu wbudowana w biomasę 70,6  10  0,045  315  15 60,6  0,045  300 60,6  13,5   315  15 300 300 47,1 gN   0,157 300 g BZT5 WD  WD = 0,157 gN gN > 0,15 g BZT5 g BZT5 W związku z tym, że wskaźnik denitryfikacji jest wyższy niż wymagany, dla zapewnienia przebiegu procesu denitryfikacji w stopniu biologicznym oczyszczalni konieczne jest podwyższenie BZT5 ścieków dopływających do reaktora biologicznego. 8.2. Obliczenie wymaganego BZT5 aby WD = 0,15 dop 5 BZT  WD  0,045  BZT5e  N dop  N e WD  0,045 , g BZT5 / m3 gdzie: WD = 0,15 gN - wymagana wartość wskaźnika denitryfikacji g BZT5 0,045 g N/g BZT5us - średnia ilość azotu wbudowana w biomasę BZT5e = 15 g BZT5/m3 – wymagane BZT5 na odpływie z oczyszczalni, Ndop = 70,6 g N/m3 – ilość azotu dopływającego do bloku osadu czynnego, Ne = 10 g N/m3– wymagana ilość azotu na odpływie z oczyszczalni dla RLM >100 000, BZT5dop = wymagane BZT5 ścieków na dopływie do bloku osadu czynnego, 24 BZT5dop  0,15  0,045  15  70,6  10  326 g BZT 0,15  0,045 5 / m3 Należy podwyższyć BZT5 ścieków dopływających do bloku biologicznego o: 326 – 315 = 11 g BZT5/m3 . W celu podwyższenia w ściekach dopływających do bloku biologicznego BZT5 do wartości 326 g O2 /m3 można rozważać usunięcie z układu osadników wstępnych i/lub dawkowanie zewnętrznego źródła węgla w postaci metanolu lub innych dostępnych preparatów. Projektuje się zastosowanie zewnętrznego źródła węgla w postaci preparatu BRENNTAPLUS VP-1 [10] . Ponieważ preparat zawiera tylko węgiel organiczny w całości biodegradowalny ChZT preparatu jest równe BZT. ChZT = BZT preparatu wynosi 1 000 000 g O2/m3 a więc 1 cm3 preparatu Brenntaplus zawiera 1 g ChZT (BZT). Aby podnieść BZT5 ścieków o 11 g O2/m3 należy do 1 m3 ścieków dodać 11 cm3 preparatu. Dobowa ilość preparatu wyniesie zatem: Vd = 1,03 Qnom x 11 cm3 = 1,03 x 24216 m3/d x 11 cm3/1 000 000 cm3/m3 = 0,275 m3/d 8.3. Określenie składu ścieków dopływających do bloku biologicznego po korekcie składu. Skład ścieków dopływających do bloku biologicznego po korekcie z uwagi na zastosowane zewnętrzne źródło węgla ulegnie zmianie w stosunku do składu określonego w kolumnie 8 tabeli 8 tylko w zakresie wskaźników BZT5 i ChZT. Pozostałe stężenia i wskaźniki zanieczyszczeń nie ulegną zmianie gdyż stosowany preparat zawiera tylko węgiel organiczny ( nie zawiera azotu, fosforu, zawiesin itp.) . Po zastosowaniu zewnętrznego źródła węgla skład ścieków dopływających do bloku biologicznego będzie następujący: BZT5 ChZT – Nog N-NH4 – Pog zawiesiny – tłuszcze - 315 + 11 = 658 + 11 = 326 g O2/m3 669 g O2/m3 70,6 g N/m3 37,3 g N/m3 11,7 g P/m3 156 g/m3 40,9 g/m3 25 zasadowość – 8.4. 63,1 g CaCO3/m3. Sprawdzenie podatności ścieków na biologiczne oczyszczanie. Oceny podatności ścieków na biologiczne oczyszczanie osadem czynnym dokonuje się na podstawie wyznaczenia stosunku C : N : P. wyznaczanego jako: BZT5 : Nog : Pog. Minimalny wymagany do biologicznego oczyszczania ścieków stosunek BZT5 : Nog : Pog wynosi 100 : 5 : 1 W ściekach dopływających do bloku biologicznego wartości porównywanych wskaźników i stężeń zanieczyszczeń są następujące: BZT5 = 326 g O2/m3 Nog = 70,6 g N/m3 Pog = 11,7 g P/m3 BZT5 : Nog : Pog = 326 : 70,6 : 11,7 = 100 : 21,7 : 3,59 > 100 : 5 : 1 – nie ma potrzeby dawkowania związków mineralnych do komór osadu czynnego. 8.5. Określenie podatności ścieków na wzmożoną biologiczną defosfatację Wymagany stosunek ChZT : Pog dla wzmożonej biologicznej defosfatacji powinien wynosić minimum 40. W ściekach dopływających do bloku biologicznego wartość ChZT i zawartość fosforu wynoszą: ChZT = 669 g O2/m3 Pog = 11,7 g P/m3 ChZT : Pog = 669 : 11,7 = 57,2 > 40 – wzmożona biologiczna defosfatacja jest możliwa. 8.6. Obliczenie pojemności komory anaerobowej VKB = 1,03 · QNOM · TK B, m3 gdzie: 1,03 – współczynnik uwzględniający wody nadosadowe QNOM = 1009 m3/h TKB = 2 h – czas przetrzymania w komorze anaerobowej (beztlenowej) VKB = 1,03 · 1009 · 2 = 2079 m3, 26 8.7. Ilość azotu do denitryfikacji:   N D  N dop  N e  N B  N dop  N e  0,045  BZT5us  N dop  N e  0,045  BZT5dop  BZT5e , gN m3 gdzie: ND – ilość azotu do denitryfikacji, g N/m3 BZT5us – BZT5 usuwane w komorach osadu czynnego, g BZT5/m3 Ndop = 70,6 g N/m3 – ilość azotu dopływającego do bloku osadu czynnego, Ne = 10 g N/m3– ilość azotu na odpływie z oczyszczalni, NB – ilość azotu wbudowywana w biomasę osadu czynnego, gN/m3 0,045 g N/g BZT5us - średnia jednostkowa ilość azotu wbudowana w biomasę BZT5dop = 326 g BZT5/m3 – BZT5 na dopływie do bloku osadu czynnego, BZT5e = 15 g BZT5/m3 – BZT5 na odpływie z oczyszczalni, N D  70,6  10  0,045  326  15  60,6  0,045  311  60,6  14,0  46,6 gN m3 8.8. Obliczenie udziału komory denitryfikacji w ogólnej pojemności reaktora DENIT-NIT Wskaźnik denitryfikacji Udział komory denitryfikacyjnej (anoksycznej) w komorach denitryfikacyjnej i anoksycznej wyznacza się z zależności tegoż udziału od wskaźnika denitryfikacji 0,18 0,17 0,16 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Denitryfikacja wstępna Denitryfikacja symultaniczna oraz naprzemienna 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 VD/VD+N Rysunek 5. Udział pojemności komory denitryfikacji w pojemności bloku technologicznego DENIT/NIT w zależności od wskaźnika denitryfikacji . Z powyższego wykresu dla WD = 0,15 odczytano VD  0,5 VD  V NIT 27 8.9. Obliczenie minimalnego wieku osadu WOmin Minimalny WO odczytuje się z zależności przedstawionej na rysunku poniżej: 0,6 Ł>6000 kgO2/d Ł<1200 kgO2/d 0,55 0,5 0,45 VD/V D+N 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 WO [d] Rysunek 6. Zależność wieku osadu od udziału pojemności komory denitryfikacji w pojemności bloku DENIT/NIT w temperaturze T = 12 Dla ŁBZT5 = 0,326 kg/m3 x 1,03 x 24216 m3/d = 8131 kg O2/d, oraz VD  0,5 VD  V NIT minimalny wiek osadu WOmin = 13,2 d. 28 8.10. Określenie jednostkowego przyrostu osadu nadmiernego Jednostkowy przyrost osadu nadmiernego jest określany z poniższej zależności: Zaw.dopł./BZT5 dopł.=1,2 1,35 Zaw.dopł./BZT5 dopł.=1 1,3 1,25 Zaw.dopł./BZT5 dopł.=0,8 Produkcja osadu [kgsm/kgBZT 5] 1,2 Zaw.dopł./BZT5 dopł.=0,6 1,15 Zaw.dopł./BZT5 dopł.=0,4 1,1 1,05 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 WO [d] Rysunek 7. Produkcja osadu w zależności od wieku i stosunku zawiesin do BZT5 w dopływie do reaktora Dla WO = 13,2 d i stosunku zaw 156   0,49 jednostkowa produkcja osadu BZT 5 326 Xj = 0,67 g sm/g BZT5usuw 8.11. Obliczenie przyrostu osadu czynnego Całkowity dobowy przyrost osadu wyniesie: X = Xj · 1,03·Q · BZT5usuw = 0,67 g sm/g BZT5usuw · 1,03 · 24216 m3/d · (326 – 15)  103 = 5197 kg sm/d 8.12. Obliczenie ilości osadu nadmiernego Ilość osadu nadmiernego (z uwzględnieniem osadu wynoszonego z osadników wtórnych): Xnadmiernego = X – (1,03 Q · zawe/(1000 g/kg)) = 5197 kg sm/d – (1,03 · 24216 m3/d · 0,035 kg sm/ m3) = 5197 – 873 = 4324 kg sm/d 29 8.13. Obliczenie obciążenia osadu w reaktorze DENIT – NIT Oosadu  1 1   0,113 g BZT5 / g sm d WO  X j 13,2  0,67 8.14. Stężenie biomasy osadu czynnego Zakładane stężenie biomasy w reaktorze DENIT-NIT: Xśr = 4 kg sm/m3 8.15. Obliczenie obciążenia komory DENIT - NIT ładunkiem BZT5 Obciążenie objętościowe komory DENIT - NIT: Okomory = Xśr · Oosadu = 4,0 kg sm/m3 · 0,113 kg BZT5/kg sm·d = 0,45 kg BZT5/m3·d 8.16. Obliczenie pojemności czynnej reaktora DENIT – NIT Objętość komór DENIT - NIT: 8131 kg BZT5 / d Ł V    18069 m 3 , 3 Okom. 0,45 kg BZT5 / m  d 8.17. Obliczenie recyrkulacji wewnętrznej  : Całkowity stopień recyrkulacji wewnętrznej i osadu recyrkulowanego (suma recyrkulacji α i ) określa się następująco: R    NTKN , dop  NTKN , e  NB NNO 3, e 1 gdzie: NTKN, dop = 37,3 g N/m3 – stężenie azotu Kjeldahla w dopływie do reaktora DENIT-NIT NTKN, e = 2,0 g N/m3 – stężenie azotu Kjeldahla w odpływie z reaktora DENIT-NIT, NNO3, e = 8,0 g N/m3 – stężenie azotu azotanowego w odpływie z reaktora DENIT-NIT. R    70,6  2,0  14,0  1  5,8 8,0 Całkowity stopień recyrkulacji jest sumą stopnia recyrkulacji osadu Rα i stopnia recyrkulacji wewnętrznej Rβ: R    R  R  Zazwyczaj stopień recyrkulacji osadu przyjmuje się w granicach R = 0,7 ÷ 1,3 – przyjęto stopień recyrkulacji osadu R = 1,3, zatem wymagany stopień recyrkulacji wynosi: R   R    R  5,8  1,3  4,5 30 9. OBLICZENIE ZAPOTRZEBOWANIA TLENU Materiały pomocnicze: INSTRUKCJE DO PRZEDMIOTU OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW - instrukcja nr 8.8.: Obliczanie zapotrzebowania tlenu dla procesu osadu czynnego Zapotrzebowanie tlenu oblicza się wg równania: OV  OV d ,C  OV d , N  OV d , D w którym: OV – zapotrzebowanie tlenu, [kg O2/d] OVd,C – zapotrzebowanie tlenu na mineralizację związków organicznych, [kg O2/d] OVd,N – zapotrzebowanie tlenu na mineralizację azotu amonowego, [kg O2/d] OVd,D – odzysk tlenu z denitryfikacji, [kg O2/d]. 9.1. Obliczenie zapotrzebowania organicznych OVd,C tlenu dla mineralizacji związków Dla wieku osadu WO = 13,2 d z wykresu poniżej odczytano jednostkowe zapotrzebowanie tlenu (bez nitryfikacji) przy temperaturze 12 °C i 20 °C 1 ,4 1 ,3 5 1 ,3 1 ,2 5 1 ,2 1 ,1 5 1 ,1 1 ,0 5 1 0 ,9 5 0 ,9 0 ,8 5 0 ,8 0 2 4 6 8 10 Rysunek 8. Jednostkowe zapotrzebowanie tlenu na mineralizację związków organicznych w zależności od wieku osadu.  12oC  20oC OVc = 1,123 kg O2/kg BZT5 , OVc = 1,228 kg O2/kg BZT5 , 31 OV d,C  OVC  Q  BZT50  BZT5e , kg O2 / d 1000 Przy Q = 1,03 x 24216 m3/d, BZT5 na dopływie do bloku technologicznego równym 326 g O2/m3 oraz BZT5 odpływu równym 15 g O2/m3, dobowe zapotrzebowanie tlenu na mineralizacje związków organicznych wyniesie: dla temperatury ścieków 12 ºC: OVd,C  1,123 kg O2 / kg BZT5 1,03  24216 m3 / d  dla temperatury ścieków 20 ºC: OVd,C  1,228 kg O2 / kg BZT5 1,03  24216 m3 / d  9.2. 326  15 g BZT5 / m3  8711 kg O 1000 2 326  15 g BZT5 / m3  9526 kg O 1000 Obliczenie zapotrzebowania tlenu na nitryfikację 2 /d /d Dobowe zapotrzebowanie tlenu na nitryfikację obliczać należy wg równania: OVd ,N   Qd  4,3  S NO3 , D  S NO3 , ZB  S NO3 , AN  1000 w którym: OVd,N – dobowe zapotrzebowanie tlenu na nitryfikację azotu amonowego, [kg O2/d] Qd – nominalny dobowy dopływ ścieków do oczyszczalni biologicznej, [m3/d] SNO3, D – stężenie azotu azotanowego do denitryfikacji, [g N/m3] SNO3, ZB – stężenie azotu azotanowego w dopływie do bloku technologicznego, [g N/m3] SNO3, AN – stężenie azotu azotanowego w odpływie z osadnika wtórnego, [g N/m3]. Warunkiem umożliwiającym obliczenie zapotrzebowania tlenu na nitryfikację azotu amonowego jest sporządzenie bilansu azotu wg wytycznych podanych poniżej: azot na dopływie do bloku osadu czynnego: NTKN = Nog = 70,6 g N/m3, NNH4 = 37,3 g N/m3, NNO3 = 0 g N/m3, NNO2 = 0 g N/m3, Norg. = 70,6 – 37,3 = 33,3 g N/m3, azot wbudowany w biomasę osadu czynnego i odprowadzany z osadem nadmiernym: NB = 0,045 · (326-15) = 14,0 g N/m3 - azot na odpływie z osadnika wtórnego: 32 Noge. = 10,0 g N/m3, NNO3e = 8,0 g N/m3 NNH4e = 1,0 g N/m3 Norge. = 1,0 g N/m3 - azot do denitryfikacji: N D = 46,6 g N/m3 Qd = 1,03 · 24216 m3/d, 4,3 - współczynnik jednostkowego zapotrzebowania tlenu na nitryfikację 1 gNH4, SNO3, D = 46,6 g N/m3, SNO3, ZB = 0 g N/m3, SNO3, AN = 8,0 gN/m3, Zatem: OVd , N  9.3. 1,03  24216  4,3  46,6  0  8,0  5856 kg O2 / d 1000 Odzysk tlenu z denitryfikacji Odzysk tlenu z denitryfikacji należy obliczać wg równania: OVd ,D  1,03  Q NOM  2,9  S NO3 , D 1000 2,9 – współczynnik jednostkowego odzysku tlenu z denitryfikacji 1 g NO3 SNO3,D - ilość azotu do denitryfikacji Zatem dobowy odzysk tlenu z denitryfikacji wyniesie: OVd , D 1,03  24216 m 3 / d  2,9 g O2 / gN  46,6 g N / m 3   3371 kg O2 / d 1000 33 9.4. Sumaryczne dobowe zapotrzebowanie tlenu Średniodobowe - dla temperatury ścieków 12 °C: OV = 8711kg O2/d + 5856 kg O2/d – 3371 kg O2/d = 11196 kg O2/d = 467 kg O2/h - dla temperatury ścieków 20 °C: OV = 9526 kg O2/d + 5856 kg O2/d – 3371 kg O2/d = 12011 kg O2/d = 500 kg O2/h Maksymalne godzinowe Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie tlenu oblicza się wg równania: OVh  f C  OVd , C  OVd , D   f N  OVd, N 24 Z wykresu poniżej odczytano wartości współczynników fC i fN przy WO = 13,2 d i ŁBZT5 = 8131 kg O2/d: fC = 1,17 fN = 1,62 Zatem maksymalne godzinowe zapotrzebowanie tlenu wyniesie: OVh  OVh  dla temperatury ścieków 12°C: 1,17  8711  3371  1,62  5856  656 kg O2 / h 24 dla temperatury 20°C: 1,17  9526  3371  1,62  5856  695 kg O2 / h 24 34 2,6 Współczynnik nierównomierności poboru tlenu 2,5 2,4 2,3 fN dla Ł<1200 kgO2/d 2,2 fN dla Ł>6000 kgO2/d 2,1 fc 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 WO [d] Rysunek 9. Współczynniki nierównomierności zapotrzebowania tlenu w zależności od wieku osadu 10. BILANS ZASADOWOŚCI Zasadowość w ściekach dopływających do bloku osadu czynnego: 63,1 g CaCO3/m3 i 1574 kg CaCO3/d Azot ogólny dopływający do komory osadu czynnego: 70,6 g N/m3, 1760 kg N/d Azot amonowy dopływający do komory osadu czynnego: 37,3 g N/m3, 930 kg N/d 10.1. Wskaźniki jednostkowe 1. Amonifikacja azotu organicznego. - amonifikacja powoduje wzrost zasadowości o 3,57 g CaCO3/g Norg 2. Asymilacja azotu. - asymilacja azotu powoduje ubytek zasadowości o 3,576 g CaCO3/g N wbudowanego 35 3. Nitryfikacja azotu amonowego. - nitryfikacja powoduje zużycie zasadowości o 7,14 g CaCO3/g NNH4 4. Denitryfikacja azotu azotanowego. - powoduje wzrost o 3,0 g CaCO3/g NNO3. 10.2. Obliczenie bilansu zasadowości Amonifikacja azotu organicznego. Ilość azotu organicznego doprowadzanego do bloku technologicznego: 70,6 – 37,3 = 33,3 g Norg/m3 Założono pełną amonifikację azotu organicznego. Amonifikacja powoduje wzrost zasadowości o 3,57 g CaCO3/g Norg Wzrost zasadowości z uwagi na amonifikację azotu organicznego wynosi: 3,57 g CaCO3/g Norg · 33,3 g Norg/m3 · 1,03 · 24216 m3/d = 2965 kg CaCO3/d Asymilacja azotu Ilość azotu wbudowana w biomasę NB = 14,0 g N/m3 Ubytek zasadowości z uwagi na asymilację azotu wynosi : 3,576 g CaCO3/g NB · 14,0 g N/m3 · 1,03 · 24216 m3/d = 1249 kg CaCO3/d Nitryfikacja azotu amonowego. Ilość azotu wbudowana w biomasę osadu czynnego: 14,0 g N/m3 · 1,03 · 24216 m3/d = 349 kg N/d. Ilość azotu amonowego w odpływie z bloku: 1 g N/m3 1 g N/m3 · 1,03 · 24216 m3/d = 24,9 kg N/d. 36 Ilość azotu do nitryfikacji: 1760 kg N/d – 349 kg N/d – 24,9 kg N/d = 1386 kg N/d Nitryfikacja powoduje zużycie zasadowości o 7,14 g CaCO3/g NH4 1386 kg N/d · 7,14 kg CaCO3/kg NNH4 = 9896 kg CaCO3/d Denitryfikacja azotu azotanowego Ilość azotu azotanowego do denitryfikacji: ŁNDenitr = 46,6 · 1,03 · 24216 m3/d = 1162 kg N/d Wzrost zasadowości: 1162 kg N/d · 3,0 g CaCO3/g N = 3486 kg CaCO3/d Bilans zasadowości: 10.3.      Ścieki surowe: Asymilacja azotu Amonifikacja: Nitryfikacja: Denitryfikacja: RAZEM: +1574 -1249 +2965 -9896 +3486 kgCaCO3/d kgCaCO3/d kgCaCO3/d kgCaCO3/d kgCaCO3/d -3120 kgCaCO3/d Ilość zasadowości pozostająca po oczyszczaniu biologicznym: -3120 kg CaCO3/d, tj. -125 g CaCO3/m3. Aby zapewnić zasadowość w ściekach oczyszczonych równą 100 g CaCO3/m3 zachodzi potrzeba dozowania alkaliów w celu podwyższenia zasadowości. Konieczne jest podwyższenie zasadowości o 125 + 100 = 225 g CaCO3/m3. Zaprojektowano instalację do dozowania roztworu CaO do komór tlenowych reaktora biologicznego. Wymagana dawka roztworu CaO o stężeniu 100 g CaO/dm3 wyniesie 1,8 dm3/m3. Dobowe zużycie roztworu CaO : Vd = 1,03 x 24216 m3/d x 1,8 dm3/m3 = 44,9 m3/d 37 11. USTALENIE GABARYTÓW KOMÓR I DOBÓR URZĄDZEŃ MECHANICZNYCH 11.1. Ustalenie gabarytów bloku technologicznego Założono zaprojektowanie 2 bloków technologicznych o dwóch ciągach technologicznych każdy. Obliczona wymagana pojemność czynna komór DENIT-NIT wynosi: VDENIT + VNIT = 18069 m3 Założono wysokość czynną komór H = 5,0 m. Stąd pole powierzchni reaktora DENIT-NIT wynosi: VDENIT  VNIT 18069   3614 m 2 H 5,0 Przyjmując proporcję długości do szerokości bloku wynoszącą 3:1 oraz szerokość komory w jednym ciągu równą A: FDENIT  FNIT  Całkowita szerokość komór B = 4A, gdzie: 3614 = 12,3m, 64 Z uwagi na moduł budowlany 3 m, przyjęto A = 12 m, a więc B = 48 m A= Długość komór: L 3614  75,3 m przyjęto 75 m. 48 Obliczona pojemność komory beztlenowej wynosi: VKB = 4781 m3. Stąd pole powierzchni reaktora beztlenowego wynosi: V KB 4781   956 m 2 H 5,0 Szerokość jednej komory beztlenowej musi być równa szerokości komór DENIT-NIT a więc 12 m, całkowita szerokość komory beztlenowej wyniesie 48 m a długość F L 956  19,9 m przyjęto 21 m 48 38 Przyjęto wymiary 1 ciągu  Komora beztlenowa: 12 m szerokości i 21 m długości o powierzchni 252 m2 i objętości 1260 m3  Komory DENIT-NIT: 12 m szerokości i 75 m długości o powierzchni 900 m2 i objętości 4500 m3 Całkowite wymiary komór osadu czynnego  Komory beztlenowe: powierzchnia 1008 m2 i objętość 5040 m3  Komory anoksyczno – tlenowe: powierzchnia 3600 m2 i objętość 18000 m3 Udział pojemności komory DENIT w całkowitej pojemności bloku DENIT-NIT wynosi VDENIT  0,5 VDENIT  VNIT Stąd obliczona długość komory anoksycznej jest równa długości komory tlenowej i wynosi: LDENIT = LNIT = 0,5 · 75 = 37,5 m. Pole powierzchni komór anoksycznych jest równe polu powierzchni komór tlenowych i wynosi: FDENIT = FNIT = 0,5 · 3600 = 1800 m2. Objętość komór anoksycznych jest równa objętości komór tlenowych i wynosi: VDENIT = VNIT = 0,5 · 18000 = 9000 m3. 11.2. Sprawdzenie czasów przetrzymania (podano sumaryczne objętości komór w obu blokach układu). Tabela 10. Zestawienie rzeczywistych pojemności i czasów przetrzymania komór biologicznych. L.p. 1 1 2 3 4 Komory 2 Beztlenowe Anoksyczne Tlenowe RAZEM Pojemność [m3] Czas przetrzymania [h] 3 4 5040 9000 9000 23040 4,85 8,66 8,66 22,2 11.3. Dobór mieszadeł komory anaerobowej Przy jednostkowym zapotrzebowaniu mocy 7 W/m3 wymagana minimalna moc zainstalowanych mieszadeł wynosi: 5040 m3 · 7 W/m3 = 35,3 kW 39 Dobrano ….. mieszadeł …….. o mocy ……. kW i prędkości obrotowej ……. obr/min, po …… urządzeń na każdą z 4 komór anaerobowych (zaprojektowano 4 ciągi technologiczne osadu czynnego w 2 blokach). Na każdą z komór przypada 2 · …… kW = ….. kW (minimalny poziom to 35,3/4 = 8,8 kW). 11.4. Dobór mieszadeł komory anoksycznej Przy jednostkowym zapotrzebowaniu mocy 7 W/m3 wymagana minimalna moc zainstalowanych mieszadeł wynosi: 9000 m3 · 7 W/m3 = 63,0 kW Dobrano ……. mieszadeł ………. o mocy …….. kW i prędkości obrotowej ….. obr/min, po ….. urządzenia na każdą z 4 komór anoksycznych (zaprojektowano 4 ciągi technologiczne osadu czynnego w 2 blokach). Na każdą z komór przypada: 4 · …. kW = ….. kW (minimalny poziom to 63/4 = 15,8 kW). Ze względu na dobór takich samych mieszadeł do komór anaerobowych i anoksycznych należy zakupić … mieszadeł … (… pracujące + 1 rezerwowe) 11.5. Dobór pomp recyrkulacji  Przy założeniu 2 bloków technologicznych z czterema ciągami recyrkulacja  odbywa się w 8 kanałach. R = 4,5 – stopień recyrkulacji  Wymagana wydajność jednej pompy Q1 = 0,125·1,03·Qmaxh·R = 0,125·1,03·476 dm3/s · 4,5 = 276 dm3/s Przy założonej wymaganej wysokości podnoszenia 0,8 m dobrano … pomp … (x pracujących + 1 rezerwowa) o kącie nachylenia łopatek …. 11.6. Wyznaczenie wymaganej wydajności dmuchaw. Wymaganą wydajność stacji dmuchaw, czyli wymaganą ilość powietrza, która zapewni dostarczenie niezbędnej ilości tlenu do utlenienia związków organicznych i azotu amonowego obliczono wg równania: ZO2,h Qp   gr      0,280 gdzie: Qp – wymagana wydajność stacji dmuchaw, Nm3/h ZO2h – godzinowe zapotrzebowanie tlenu, kg O2/h gr – współczynnik powierzchni granicznej, przyjęto gr = 0,5  – sprawność systemu napowietrzania,  – poprawka z uwagi na zasolenie ścieków, 0,280 – ilość tlenu w 1 Nm3 powietrza, kg O2/Nm3. Do obliczeń przyjęto maksymalne godzinowe zapotrzebowanie tlenu dla 20C 40 ZO2,h = 695 kg O2/h oraz średniodobowe zużycie tlenu dla 20C OV = 500 kg O2/h Sprawność systemu napowietrzania dla napowietrzania drobnopęcherzykowego należy przyjmować:  ≤ 6% /1 m sł. wody Zatem przy wysokości warstwy ścieków nad rusztem napowietrzającym wynoszącej 4,5 m sprawność systemu napowietrzania wynosi:  = 27% Poprawkę z uwagi na zasolenie ścieków oblicza się wg równania: CR   1  0,01  1000 gdzie:  CR – poprawka z uwagi na zasolenie ścieków, – stężenie ciał rozpuszczonych w ściekach, g/m3 Zasolenie ścieków wynosi: CR = 3000 g/m3 stąd: 3000   1  0,01   0,97 1000 Wymaganą maksymalną wydajność stacji dmuchaw: 695 Qp   18955 Nm 3 / h 0,5  0,27  0,97  0,280 Wymaganą nominalną wydajność stacji dmuchaw: 500 Qp   13637 Nm 3 / h 0,5  0,27  0,97  0,280 Wyznaczenie wymaganego sprężu dmuchaw. Wymagany spręż dmuchaw wyznacza się ze wzoru: ΔH = Hg + Hdyf + Hinst. w + Hrur gdzie: Hg Hdyf Hinst. w Hrur – wysokość słupa cieczy nad reaktorem napowietrzającym, m H2O – wysokość strat na dyfuzorach, m H2O, przyjęto 0,6 m H2O – wysokość strat na instalacji wewnątrz reaktora, m H2O, przyjęto 0,4 m H2O – wysokość strat na instalacji doprowadz. powietrze ze stacji dmuchaw do reaktora, m H2O ΔH = 4,5 + 0,6 + 0,4 + 0,7 = 6,2 m H2O = 620 mbar Dobrano ……. dmuchawy przepływowe (…….. pracujące + 1 rezerwowa) ……….. (Q = …… m3/h) o poborze mocy ……. kW i głośności …… dB [14] . 41 11.7. Dobór dyfuzorów drobnopęcherzykowych powietrza w komorach tlenowych układu. do rozprowadzania 13637 m3/h – nominalna ilość powietrza 18955 m3/h – maksymalna ilość powietrza Szerokość komory nitryfikacji :12 m Długość komory nitryfikacji : 37 m. W każdej z komór oksydacyjnych zostaną zamocowane 576 dyfuzory ceramiczne talerzowe ENVICON EKS firmy ENVICON [15] (w całym układzie 2304 dyfuzorów). Obciążenie powietrzem wybranych dyfuzorów wynosi: 13637  5,92 m 3 / h (nominalnie 5  6 Nm3 / h )  Nominalne: 2304 18955  8,23 m 3 / h (maksymalnie do 10 Nm3 / h )  Maksymalne: 2304 W każdej z komór tlenowych dyfuzory rozmieszczone będą w 12 rzędach po 48 dyfuzorów. Odległości między rzędami wynoszą 1,00 m a miedzy dyfuzorami w każdym z rzędów ok. 0,77 m. W celu zwiększenia elastyczności technologicznej bloku osadu czynnego projektuje się wyposażenie części komór anoksycznych w dodatkowy ruszt do napowietrzania , który umożliwi w okresie bardzo niskich temperatur wydłużenie czasu nitryfikacji kosztem zmniejszenia czasu denitryfikacji. 12. DOBÓR OSADNIKÓW WTÓRNYCH RADIALNYCH. Osadniki wtórne dobiera się na maksymalne dobowe natężenie przepływu ścieków. Czas przetrzymania ścieków w osadnikach wtórnych T = 6h. Przepływ nominalny: Przepływ maksymalny dobowy: QNOM = 24216 m3/d = 1009 m3/h Qmax d = 31481 m3/d = 1312 m3/h Maksymalny dobowy przepływ ścieków dopływających do osadników wtórnych musi uwzględniać wody nadosadowe , a więc wyniesie: Qmax d = 1,03 x 1312 m3/h = 1351 m3/h Wymagana pojemność czynna osadników wyniesie zatem: V = Q x T = 1351 m3/h x 6 h = 8106 m3 Przy założeniu dwóch osadników, pojemność jednego osadnika wyniesie: 8106  4053 m 3 V= 2 Z katalogu Centrum Techniki Komunalnej [16] dobrano …… osadniki wtórne radialne Systemu UNIKLAR typ ORwt-……. o następujących parametrach:  Średnica D = ……. m  Wysokość czynna Hcz = ……. m 42  Pojemność czynna Vcz = ……. m3  Powierzchnia czynna = ……. m2  Pojemność leja osadowego Vos = …… m3 Sprawdzenie obciążenia hydraulicznego i czasu przetrzymania. Tabela 11. Czas przetrzymania ścieków i obciążenia hydrauliczne przy przepływach charakterystycznych. Przepływ Lp. 1 T [h] 2 3 1 2 3 3 QNOM = 1039 m /h/2 = 519,5 m /h Qmax d = 1351 m3/h/2 = 675,5 m3/h Qmin d = 727 m3/h/2 = 363,5 m3/h Oh [m3/m2 h] 3 4 7,91 6,08 11,3 0,38 0,49 0,27 13. POMPOWNIA PRZEWAŁOWA Pompownię przewałową (zwaną często melioracyjną ) projektuje się celem ochrony oczyszczalni przed cofaniem się ścieków do oczyszczalni przy wysokich stanach wód odbiornika. OBLICZENIA ILOŚCI POWSTAJĄCYCH OSADÓW. 14. Masa osadów wstępnych. Masę osadów wstępnych oblicza się ze wzoru: Moswst = Qnom x Co x η Moswst - masa osadów wstępnych, kg sm/d Co – stężenie zawiesin w ściekach dopływających do stopnia mechanicznego, g/m3 η - skuteczność usuwania zawiesin w osadnikach wstępnych Moswt = 24216 m3/d x 529 g/m3 x 0,7 = 8967 kg sm/d. Masa osadów pośrednich. Ze względu na brak osadników pośrednich osady pośrednie nie są wydzielane. Masa osadów wtórnych. Masa osadów wydzielanych w osadnikach wtórnych obejmuje: M os wt  M os biol  M os inert  M os mineral  M os chem , kg sm / d gdzie: 43 Moswt - masa osadów wtórnych, kg sm/d Mosbiol - masa osadów z biologicznego oczyszczania ścieków, kg sm/d Mosinert - masa osadów inertnych, części organiczne osadów biologicznych, nierozkładalne kg sm/d Mosmineral. - masa osadów mineralnych, kg sm/d Moschem - masa osadów powstających w wyniku chemicznego wspomagania biologicznego oczyszczania ścieków, kg sm/d Masa osadów biologicznych. Masę osadów biologicznych określać należy wg poniższego równania: M os biol  QC o  C e   X j [kg sm / d ] gdzie: Mosbiol – produkcja osadów biologicznych, [kg sm/d] Q = 24216 m3/d – nominalne natężenie przepływu ścieków, Co = 326 g O2/m3 – wartość wskaźnika BZT5 na dopływie do stopnia biologicznego, Ce = 15 g O2/m3 – wartość wskaźnika BZT5 na odpływie ze stopnia biologicznego, ΔXj = 0,67 kg sm/kg BZT5 – jednostkowa produkcja osadów, M os biol  1,03  24216  326 15 0,67 / 1000  5197 kg sm / d Masa osadów inertnych. Masę osadów inertnych (martwych) oblicza się wg wzoru: M os inert  Q  f i  I o  I e , kg sm / d gdzie: fi – współczynnik uwzględniający stabilizację osadów inertnych, Io – stężenie zawiesin inertnych w dopływie, kg sm/m3 Ie = 0 – stężenie zawiesin inertnych w odpływie, kg sm/m3 Współczynnik fi wyznaczono z wykresu poniżej dla temperatury 20C 44 1 Współczynnik f i, [-] 0,9 8 st. C 0,8 10 st. C 15 st. C 0,7 20 st. C 0,6 0,5 0 3 6 9 12 15 18 21 Wiek osadu, [d] Rysunek 10. Zależność współczynnika fi od wieku osadu i temperatury ścieków. fi = 0,75 Stężenie zawiesin inertnych w dopływie do bloku technologicznego oblicza się wg wzorów: Dla oczyszczalni bez osadników wstępnych : 0,13  ChZT Io  [ g sm / m 3 ] 1,5 0,26  BZT5 [ g sm / m 3 ] 1,5 (ChZT, BZT5 ścieków surowych) Io  Dla oczyszczalni z osadnikami wstępnymi : Io  0,09  ChZT [ g sm / m 3 ] 1,5 0,16  BZT 5 Io  [ g sm / m 3 ] 1,5 (ChZT, BZT5 ścieków surowych) Przy BZT5 ścieków dopływających do oczyszczalni ścieków w której zaprojektowano osadniki wstępne wynoszącym 444 g O2/m3 i ChZT 938 g O2/m3: 45 0,16  BZT 5 0,16  444   47,4 g sm / m 3 1,5 1,5 0,09  ChZT 0,09  938 Io    56,3 g sm / m 3 1,5 1,5 Io  M os inert  1,03  24216  0,75  56,3  0  1053 kg sm / d 1000 Masa osadów mineralnych. Masę osadów mineralnych doprowadzanych do części biologicznej oczyszczalni oblicza się ze wzoru: M os min  Q  Co  (1   )  e, kg sm / d gdzie: Mosmin – masa osadów mineralnych z zawiesin doprowadzanych do części biologicznej, kg sm/d Co = 529 g sm/m3 – stężenie zawiesin na dopływie do stopnia mechanicznego,  – sprawność usuwania zawiesin ogólnych w stopniu mechanicznym e = (0,2-0,3) – udział zawiesin mineralnych w ogólnej ilości zawiesin, przyjęto e = 0,2 M os min  24216  529  (1  0,7)  0,2  769 kg sm / d Masa osadów chemicznych. Masa osadów chemicznych wynosi 0 kg sm/d, –wzmożona biologiczna defosfatacja będzie zachodziła w wystarczającym stopniu – nie ma potrzeby stosowania chemicznego strącania fosforanów. Zatem masa osadów wtórnych wynosi: M os wt  5197  1053  769  0  7019 kg sm / d Tabela 12. Bilans masy osadów L.p. Rodzaj osadu 1 2 3 4 5 Wstępny Nadmierny biologiczny Inertny Mineralny Strącanie fosforanów Razem surowe: Po fermentacji ogólna 8967 5197 1053 769 0 15986 11918 Masa osadów [kgsm/d] mineralna organiczna 1793 7174 1039 (20%) 4158 (80%) 1053 769 0 4654 11332 5119 6799 46 Określenie objętości osadów Przyjęto stałą gęstość osadów  = 1025 kg/m3 Objętość osadów po osadniku wstępnym (SM = 8967 kg sm/d, U = 96,0%) SM 100 8967 100 m3 V   219 (100  U )   (100  96,0) 1025 d Objętość osadów po zagęszczaczu grawitacyjnym (SM = 8967 kg sm/d, U = 93,0%) V SM 100 8967 100 m3   125 (100  U )   (100  93,0) 1025 d Objętość osadów po osadniku wtórnym (SM = 7019 kg sm/d, U = 99,0%) SM 100 7019 100 m3 V   685 (100  U )   (100  99,0) 1025 d Objętość osadów po zagęszczaniu mechanicznym (SM = 7019 kg sm/d, U = 94,0%) V SM 100 7019 100 m3   114 (100  U )   (100  94,0) 1025 d Objętość osadów zmieszanych przed zamkniętą komorą fermentacyjną (SM = 15986 kg sm/d) V = 125 m3/d +114 m3/d = 239 m3/d Uwodnienie osadów zmieszanych : U  100  SM 100 15986 100  100   93,5% V  239 1025 Objętość osadów po zamkniętej komorze fermentacyjnej (SM = 11918 kg sm/d, U = 94,0%) V SM 100 11918 100 m3   194 (100  U )   (100  94,0) 1025 d Objętość osadów po zbiorniku nadawy (SM = 11918 kg sm/d, U = 93,0%) V SM 100 11918 100 m3   166 (100  U )   (100  93,0) 1025 d Objętość osadów po stacji mechanicznego odwadniania osadów (SM = 11918 kg sm/d, U = 80,0%) V SM 100 11918 100 m3   58,1 (100  U )   (100  80,0) 1025 d 47 OS Iº U = 96% V = 219 m3/d A2O OO OS IIº A POiR U = 93% V = 125 m3/d C U = 99% U = 94% V = 114 m3/d ZG D POS B V = 685 m3/d ZM U = 93,5% V = 239 m3/d E WKF U = 94% V = 194 m3/d F G SMO O U = 93% ZN 3 V = 166 m /d H U = 80% V = 58,1 m3/d Rysunek 11. Schemat oczyszczalni – wyniki obliczeń objętości osadów 15. DOBÓR URZĄDZEŃ GOSPODARKI OSADOWEJ 15.1. Zagęszczacze grawitacyjne osadów wstępnych Zagęszczacz grawitacyjny pracuje przez 24 h na dobę. Czas zagęszczania t = 6 h. Dobowa ilość osadów wstępnych : Qos,wst. niezagęszczone = 219 m3/d : 24 = 9,13 m3/h. Pojemność zagęszczacza: V= 6 h x 9,13 m3/h = 54,8 m3/h. Z tabeli w katalogu Centrum Techniki Komunalnej – system UNIKLAR [17] dobrano ….. zagęszczacze grawitacyjne osadu (…. pracujące + 1 rezerwowy) typ ZGP p…. o pojemności czynnej …. m3 i średnicy …. m. 48 15.2. Zagęszczacze mechaniczne osadów wtórnych Dobowa ilość osadów wtórnych : Qos, wt. niezagęszczone = 685 m3/d : 24 = 28,5 m3/h – praca na 3 zmiany Dobrano …. zagęszczacze mechaniczne RoS – …. firmy HUBER [18] o wydajności …. m3/h. 15.3. Zamknięte wydzielone komory fermentacyjne (WKFz) i otwarte komory fermentacyjne (WKFo) Dobowa ilość osadów surowych zagęszczonych podawanych do komory fermentacyjnej: Qos, zagęszczone = 239 m3/d Stacja mechanicznego odwadniania osadów (SMOO) może pracować cały rok (365 d) lub tylko w okresie ciepłym (200 d) – zimą w SMOO, przy wymogu 10-krotnej wymiany powietrza w budynku trzeba utrzymać temperaturę na minimalnym wymaganym poziomie +5ºC lub na okres o niskich temperaturach zewnętrznych należy przewidzieć pojemność na magazynowanie osadów w komorach przez okres 165 d. Dla projektowanej oczyszczalni zakłada się pracę stacji mechanicznego odwadniania osadów przez cały rok. Dobór WKFz przeprowadzono korzystając z tabeli ustaleń unifikacyjnych Centrum Techniki Komunalnej – system UNIKLAR–77 [19]. Przy temperaturze fermentacji 33 ºC czas fermentacji wynosi 27 d Pojemność komory fermentacyjnej zamkniętej: VWKFz = VF = 239 m3/d x 27 d = 6453 m3 Dobrano …. komory WKFz ….. o pojemności czynnej V = …… m3 każda, i łącznej pojemności …… m3 15.4. Zbiorniki nadawy Czas uśredniania składu osadów: T = 6 h Dobowa ilość osadów przefermentowanych : Qos, przefermentowane = 194 m3/d Objętość zbiorników nadawy wynosi: V  6 h  194 m 3 / d  48,5 m 3 . 24 49 Z katalogu ustaleń unifikacyjnych Centrum Techniki Komunalnej – system UNIKLAR 77 [17] dobrano ….. zbiorniki (…. pracujące + 1 rezerwowy) ZGPP – …., o średnicy ….. m i pojemności ……. m3 każdy. 15.5. Stacja mechanicznego odwadniania osadów (SMOO) Dobowa ilość osadów po zbiorniku nadawy: Qos, po ZN = 166 m3/d Objętość osadu podawanego do stacji mechanicznego odwadniania osadów wynosi: 166 m 3 / d V  6,9 m3/h. 24 Z katalogu [21] dobrano ….. urządzeń RoS –….. firmy HUBER o wydajności ….. m3/h. 50 16. WYKORZYSTANE MATERIAŁY [1] Tchobanglous G.: Wastewater Engineering Treatment, Disposal and Reuse, Mc Graw-Hill, Inc., 4-th edition, 2003., [2] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. Dz.U. 2014, poz. 1800., [3] Praca zbiorowa – Oczyszczanie ścieków T.1 i 2. – Arkady Warszawa , 1983. , [4] Katalog typowych obiektów, System Unifikacji Oczyszczalni Ścieków UNIKLAR77, Centrum Techniki Komunalnej: Koryta pomiarowe ze zwężką typu Venturiego, [5] Katalog Fabryki Aparatury i Urządzeń Komunalnych UMECH – Piła, [6] Mańczak M.: Zasady doboru krat i sit do oczyszczania ścieków, Instrukcja nr 5 do przedmiotu oczyszczanie ścieków, praca niepublikowana, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2006., [7] Katalog typowych obiektów, System Unifikacji Oczyszczalni Ścieków UNIKLAR 77 Centrum Techniki Komunalnej: Osadniki wstępne radialne, [8] Katalog firmy HUBER : zblokowane urządzenia do mechanicznego oczyszczania ścieków, [9] Wytyczna ATV – DVWK-A-131 P , Wymiarowanie jednostopniowych oczyszczalni ścieków z osadem czynnym , maj 2000 , Wyd. Seidel-Przywecki, Warszawa , 2001., [10] Katalog firmy Brenntag Polska Sp. z o.o., [11] Katalog firmy FLYGT: mieszadła zatapialne i pompy recyrkulacyjne, [13] Katalog firmy HV Turbo: zwarte dmuchawy powietrza, [14] Katalog firmy HV Turbo: dmuchawy rotacyjne dla powietrza atmosferycznego , [15] Katalog firmy ENVICON: dyfuzory ceramiczne, [16] Katalog typowych obiektów, System Unifikacji Oczyszczalni Ścieków UNIKLAR -77, Centrum Techniki Komunalnej: Osadniki wtórne radialne, [17] Katalog typowych obiektów, System Unifikacji Oczyszczalni Ścieków UNIKLAR -77, Centrum Techniki Komunalnej: Zagęszczacze grawitacyjne osadu, [18] Katalog firmy HUBER : urządzenia do mechanicznego zagęszczania osadów , [19] Katalog typowych obiektów, System Unifikacji Oczyszczalni Ścieków UNIKLAR -77, Centrum Techniki Komunalnej: Wydzielone komory fermentacyjne WKFz 51 [20] Katalog typowych obiektów, System Unifikacji Oczyszczalni Ścieków UNIKLAR -77, Centrum Techniki Komunalnej: Wydzielone komory fermentacyjne otwarte WKFo, [21] Katalog firmy HUBER : urządzenia do mechanicznego odwadniania osadów . [22] Dyrektywa Unii Europejskiej 91/271 [23] Katalog kontenerów firmy ABRYS 52 17. SPIS TABEL TABELA 1. CHARAKTERYSTYCZNE PRZEPŁYWY ŚCIEKÓW - PUNKT BILANSOWY NR 1 .............................................. 8 TABELA 2. OBLICZENIE MIARODAJNYCH WARTOŚCI ŁADUNKÓW ZANIECZYSZCZEŃ ŚCIEKÓW BYTOWYCH, PRZEMYSŁOWYCH I FEKALIÓW ORAZ WYZNACZENIE MIARODAJNYCH WSKAŹNIKÓW I STĘŻEŃ ZANIECZYSZCZEŃ ŚCIEKÓW DOPŁYWAJĄCYCH DO OCZYSZCZALNI – PUNKT BILANSOWY 1 .................... 11 TABELA 3. USTALENIE MIARODAJNEGO SKŁADU ŚCIEKÓW OCZYSZCZONYCH DLA PROJEKTOWANEJ OCZYSZCZALNI O RLM >100 000 [2] ........................................................................................................... 12 TABELA 4. OBLICZENIE NIEZBĘDNEGO STOPNIA OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW ............................................................ 13 TABELA 5. CHARAKTERYSTYCZNE WYPEŁNIENIA KORYTA POMIAROWEGO. .......................................................... 20 TABELA 6. PARAMETRY TECHNOLOGICZNE OSADNIKA WSTĘPNEGO ...................................................................... 21 TABELA 7. STĘŻENIA MIARODAJNE PO OCZYSZCZANIU MECHANICZNYM ............................................................... 22 TABELA 8. TYPOWY SKŁAD CIECZY NADOSADOWEJ (STABILIZACJA PRZEZ FERMENTACJĘ).................................... 22 TABELA 9. ŁADUNKI I STĘŻENIA W ŚCIEKACH DOPŁYWAJĄCYCH DO BLOKU BIOLOGICZNEGO .............................. 23 TABELA 10. ZESTAWIENIE RZECZYWISTYCH POJEMNOŚCI I CZASÓW PRZETRZYMANIA KOMÓR BIOLOGICZNYCH. . 39 TABELA 11. CZAS PRZETRZYMANIA ŚCIEKÓW I OBCIĄŻENIA HYDRAULICZNE PRZY PRZEPŁYWACH CHARAKTERYSTYCZNYCH. ............................................................................................................................ 43 TABELA 12. BILANS MASY OSADÓW...................................................................................................................... 46 53 18. SPIS RYSUNKÓW TEKSTOWYCH RYSUNEK 1. WSPÓŁCZYNNIKI NIERÓWNOMIERNOŚCI DOPŁYWU ŚCIEKÓW DO OCZYSZCZALNI W FUNKCJI NOMINALNEGO NATĘŻENIA PRZEPŁYWU WG [1]............................................................................................... 8 RYSUNEK 2. PROCESY I OPERACJE JEDNOSTKOWE ................................................................................................. 14 RYSUNEK 3. SCHEMAT OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW ............................................................................................... 15 RYSUNEK 4. PRODUKCJA SKRATEK ........................................................................................................................ 18 RYSUNEK 5. UDZIAŁ POJEMNOŚCI KOMORY DENITRYFIKACJI W POJEMNOŚCI BLOKU TECHNOLOGICZNEGO DENIT/NIT W ZALEŻNOŚCI OD WSKAŹNIKA DENITRYFIKACJI ....................................................................... 27 RYSUNEK 6. ZALEŻNOŚĆ WIEKU OSADU OD UDZIAŁU POJEMNOŚCI KOMORY DENITRYFIKACJI W POJEMNOŚCI BLOKU DENIT/NIT W TEMPERATURZE T = 12 ............................................................................................ 28 RYSUNEK 7. PRODUKCJA OSADU W ZALEŻNOŚCI OD WIEKU I STOSUNKU ZAWIESIN DO BZT5 W DOPŁYWIE DO REAKTORA..................................................................................................................................................... 29 RYSUNEK 8. JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE TLENU NA MINERALIZACJĘ ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH W ZALEŻNOŚCI OD WIEKU OSADU. ..................................................................................................................... 31 RYSUNEK 9. WSPÓŁCZYNNIKI NIERÓWNOMIERNOŚCI ZAPOTRZEBOWANIA TLENU W ZALEŻNOŚCI OD WIEKU OSADU ........................................................................................................................................................... 35 RYSUNEK 10. ZALEŻNOŚĆ WSPÓŁCZYNNIKA FI OD WIEKU OSADU I TEMPERATURY ŚCIEKÓW................................ 45 RYSUNEK 11. SCHEMAT OCZYSZCZALNI – WYNIKI OBLICZEŃ OBJĘTOŚCI OSADÓW ......................................... 48 54 19. SPIS RYSUNKÓW CZĘŚCI GRAFICZNEJ Rysunek 1/3. Rysunek 2/3 Rysunek 3/3 Plan sytuacyjny oczyszczalni ścieków 1:500 100 500 100 Przekrój przez urządzenia ciągu osadowego 1: 500 Przekrój przez urządzenia ciągu ściekowego 1: 55 20. SPIS ZAŁĄCZNIKÓW Numer załącznika 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Tytuł Wymagany skład ścieków oczyszczonych Karta katalogowa kraty rzadkiej Karta katalogowa kompaktu HUBERA Ro-5 Karta katalogowa zwężek VENTOURIEGO Karta katalogowa osadnika wstępnego radialnego Ulotka Brenntaplus Karta katalogowa mieszadeł wolnoobrotowych Karta katalogowa mieszadeł pompujących azotany Karta katalogowa dmuchaw Karta katalogowa dyfuzorów drobnopęcherzykowych Karta katalogowa osadnika wtórnego radialnego Karta katalogowa zagęszczacza grawitacyjnego i zbiornika nadawy Karta katalogowa zagęszczacza mechanicznego RoS-2 Karta katalogowa zamkniętej komory fermentacyjnej Karta katalogowa urządzenia RoS-3 do odwadniania osadów ustabilizowanych Wykres do doboru dawki roztworu CaO do korekty zasadowości 56