В ходе эксплуатации лабораторной установки (см. раздел 2.2) было выявлено, что применяемая технологическая схема может быть применена и при проектировании промышленной установки очистки сточных вод.
Однако следует отметить, что для крупных промышленных аппаратов существенное влияние оказывают такие факторы, как структура потока, процессы массо- и теплообмена. Поэтому при проектировании необходимо учитывать все значимые факторы.
Ввиду низкой концентрации загрязняющих веществ в поступающей сточной воде прирост избыточной биомассы будет незначителен. Практически все новые клетки будут адсорбироваться на носителе, постепенно сменяя старые, отмершие клетки, которые десорбируются и уносятся потоком жидкости. Кроме того, температура поступающей сточной воды относительно стабильна, а из-за небольших концентраций загрязнений выделение физиологического тепла будет незначительным, поэтому процессы теплообмена при проектировании не учитываем.
Существенное влияние на процесс окисления фенола и нефтепродуктов оказывает концентрация растворенного кислорода. Поскольку при нормальных условиях эта величина не превышает 8-10 мг/л, то процесс растворения кислорода является лимитирующим, при отсутствии других замедляющих факторов.
Наиболее эффективные и экономичные эжекционные и струйные аэраторы, применяемые в аппаратах технологии очистки сточных вод не позволяют обеспечить захват необходимого количества воздуха, поэтому появляется необходимость установки нескольких аэраторов.
По этой причине при разработке технологической схемы было предложено использование не одного, а двух биосорбционных колонн, на каждой из которых будет установлен аэратор. Это позволит не только подать необходимое количество кислорода на очистку, но и снизит общее гидравлическое сопротивление установки, что существенно снизит энергетические затраты на перекачивание жидкости. Кроме того, использование двухступенчатой схемы очистки способствует пространственной сукцессии микроорганизмов, что значительно увеличивает степень деструкции различных органических соединений.
В биосорбере I ступени происходит наиболее активная утилизация легкодоступных для микроорганизмов веществ, биосорбер II ступени выполняет функции доочистки и разложения трудноокисляемых соединений.
Непрерывная биологическая регенерация активированного угля непосредственно в сооружении исключает необходимость его периодической замены или пополнения.
Ниже уровня биосорбера II ступени располагаются усреднитель и сборник чистой воды. Из усреднителя сточная вода непрерывно подается центробежным насосом в аэратор колонны I ступени, что обеспечивает стабильность псевдоожиженного слоя в обоих колоннах. Сборник и усреднитель находятся в одном корпусе, разделенном перегородкой, не доходящей до верхнего края. Эти емкости сообщаются между собой в нижней части трубопроводом с вентилем рециркуляции. Это позволяет исключить опорожнение усреднителя и переполнение сборника. Кроме того, при аварийном сбросе большого количества сточной воды, часть жидкости из усреднителя через перегородку будет перетекать в сборник и, таким образом, исключается переполнение усреднителя. Вентиль рециркуляции позволяет поддерживать постоянную степень рециркуляции при установившемся режиме на низких расходах сточной воды.
Установка работает следующим образом. Сточная вода подается в усреднитель. Далее насосом она подается в напорный аэратор I ступени типа «кольцевое сопло», после чего газожидкостная смесь поступает в нижнюю часть первого биосорбера. При контакте сточных вод с иммобилизованным сорбентом происходит очистка от фенола и других органических загрязнений. Далее жидкость отделяется от частиц сорбента и отработанного воздуха в сепарационном пространстве и самотеком поступает в аэратор II ступени типа шахтного водосброса. Пройдя через слой загрузки второй ступени, вода окончательно очищается и, отделившись от воздуха и частиц сорбента в сепарационном пространстве, самотеком поступает в сборник чистой воды. Из сборника очищенная вода может сбрасываться в природный водоем.
Установка может быть применена для очистки сточных вод с последующим их использованием в системах производственного водоснабжения, а также в системах локальной очистки сточных вод с целью создания замкнутых систем водоснабжения.
Расчет материальных потоков
Исходные данные:
Сточная вода 
м3/сут 
м3/с
Загрязняющие вещества:
фенол 
НП (нефтепродукты) 
ПДК (предельно допустимые концентрации), для водоемов рыбо-хозяйственного назначения:
Фенол – 0,001 мг/л
Нефтепродукты – 0,05 мг/л
Носитель:
Активированный уголь марки БАУ-4 плотностью 
Насыпная плотность: r=650
Расчет:
1. Найдем расход воздуха
Так как концентрации загрязняющих веществ очень низки, принимаем La =300, La – БПКполн поступающих сточных вод;
Lt=3, Lt – БПКполн очищенных сточных вод.
Удельное количество воздуха, необходимое для окисления органических веществ рассчитываем по формуле:
При полной очистке (БПКполн <10) Z=1.1;
M=0.5 – коэффициент, учитывающий повышение степени использования кислорода;
K=7,88 – коэффициент, зависящий от глубины погружения; подбирается по высоте аппарата, K=7,88 при h=15.8 м – (см. главу 5);
tср= 16°C – средняя температура поступающих сточных вод;
;n=0.92 –коэффициент, учитывающий температуру сточной воды;
-средняя концентрация кислорода в биосорбере;
СТ=9,82 
-растворимость в воде кислорода воздуха при данной температуре;
Расчетная концентрация кислорода в биосорбере будет равна:
Cp =17.352
Тогда удельный расход воздуха для окисления органических веществ равен:
q возд =2,82 м3/м3 сточной воды;
Расход воздуха на процесс биологической очистки равен:
Qвозд=0,2286 м3/с.
Qсут= Qвозд·24·3600=19751,04 м3/с.
2. Поскольку данные о наличии в поступающей сточной воде других загрязняющих веществ, а именно соединений азота и фосфора, отсутствуют, считаем, что их содержание находится на уровне, достаточном для развития микроорганизмов.
3. Материальный баланс жидкой фазы.
Процесс полного окисления загрязняющих веществ происходит в соответствии с уравнениями:
Фенол: C6H5OH + 7O2à6CO2 + 3H2O
Нефтепродукты (в пересчете на С15): C15H32 + 23O2à15CO2 + 16H2O
Считаем, что количество образовавшейся биомассы незначительно, и весь субстрат целиком превращается в продукт.
Массовый расход поступающих загрязнений:
Mф.п=Gсут·Сф=7000·0,056·10-3=0,392 кг/сут
MНП.п=Gсут·СНП=7000·3·10-3=21 кг/сут
Массовый расход сбрасываемых загрязнений:
Mф.с=Gсут·ПДКф=7000·0,001·10-3=0,007 кг/сут
MНП.с=Gсут·ПДКНП=7000·0,05·10-3=0,35 кг/сут
Массовый расход разложившихся загрязнений:
Mф= Mф.п - Mф.с =0,392-0,007=0,385 кг/сут
MНП= MНП.п - MНП.с =21-0,35=20,65 кг/сут
Тогда по уравнениям реакций получаем следующие массовые расходы веществ:
Массовый расход выделяющейся при окислении воды:
МH2O.р= МH2O.ф + МH2O.НП=0,221+28,053=28,274 кг/сут.
Массовый расход очищенной воды:
МH2O.оч= МH2O.п+ МH2O.р =6999978,608+28,274=7000006,882 кг/сут.
4. Материальный баланс газовой фазы.
На аэрацию подается воздух следующего состава (по массе):
О2 – 23,3%; N2 – 76,7%. Массовый расход компонентов воздуха:
Q м.сут = Qсут ·ρвозд=19751,04·1,226=24214,78 кг/сут
MО2.п= Q м.сут ·СО2=24214,78 ·0,233=5642 кг /сут
MN2.п= Qсут ·СN2=24214,78 ·0,767=18572,78 кг/сут
В отработанном воздухе будут следующие компоненты: СО2, О2,N2.
Массовые расходы омпонентов:
MCO2= MCO2.ф + MCO2.НП=1,08+64,23=65,31кг/сут
MO2= MО2.п -MO.ф - MO.НП=5642-0,917-71,69=5569,39 кг/сут
MN2= 18572,73 кг/сут., азот не участвует в реакциях.
5. Составляем по расчетным данным таблицу материального баланса:
Таблица 2. Материальный баланс очистки сточной воды.
| Приход | Расход | ||||
| Содержание, % | Массовый расход, кг/сут | Содержание, % | Массовый расход, кг/сут | ||
| 1. Сточная вода: | 1. Очищенная вода: | ||||
| Фенол | 5,6·10-6 | 0,392 | Фенол | 1·10-7 | 0,07 |
| Нефтепродукты | 3·10-4 | 21 | Нефтепродукты | 5·10-6 | 0,35 |
| Вода | 99,9997 | 6999978,608 | Вода | 99,999995 | 7000006,88 |
| Итого: | 100 | 7·106 | Итого: | 100 | 7000007,3 |
| 2. Воздух: | 2. Отработанный воздух: | ||||
| О2 | 23,3 | 5642 | О2 | 5569,39 | |
| N2 | 76,7 | 18572,78 | N2 | 18572,78 | |
| Итого: | 100 | 24214,78 | СО2 | 65,31 | |
| Итого: | 100 | 24207,48 | |||
| Итого: | 7024214,78 | 7024214,78 | |||
Дата: 2019-05-29, просмотров: 237.
