נוסחאות טיפול בשפכים

- 1 - 2004פרייס י אייל "נכתב ע

טכנולוגיות מים ושפכים –ף נוסחאות ד

:עקרונות טיפול בשפכים

. בהם צריך לעמודבתקנות הגולמיים ובתכונות השפכים תלויה טכנולוגית הטיפול הנדרשת

, BOD ,COD ,TOC, )ממיסים, שומנים, שמנים(אורגניים , קולואידים/ מ "מ, pH, תכולת מלחים:אפיון שפכים ).פתוגנים (מיקרואורגניזמים, מתכות

:תקנות ).BOD, 30 TSS 20(איכות שפכים בסיסית , תקנות משרד הבריאות .א, ECאירופאיות , )Clean water act (EPAאמריקאיות , )לא מחייב(תקנות לאיכות מים של מכון התקנים .ב

.WHOארגון הבריאות העולמי . תרם עבר את אישור הממשלה– ות ועדת ענברלצהמ .ג . לנחליםתקנות והיתרי סילוק .ד

:מקורות מים

.כ מים רכים יחסית"בד, נפץ בעולם– עילייםמים .אנטולי , נטולי עכירות–מים קשים בגלל המסלע הקרסטי , מאקוויפר ההר והחוף, נפץ בארץ–מי תהום .ב

.חיידקים וטפיליםל מי ים ניתן להתפי, מים באיכות מעולה– מוריד את ריכוזי המליחות והקשיות במערכת –מים מותפלים .ג

).ג מלחים" מ2,000-3,000(ומים מליחים מאקוויפרים , )ג מלחים" מ20,000-30,000(

:איכויות מים מתקבלות, טיפול ביולוגי, שיקוע, טיפול קדם–טובת החקלאות נאגר במאגרים ל, )15/20איכות (בסיסית משופרת .א

.טיפול בבוצה, חיטוי – לטובת חקלאות והרחקה לנחלים, )הצללה+ P ,Nרחקת ה + 15/20איכות (, )ש חיפה"מט (איכות טובה .ב

.טיפול בבוצה, חיטוי, סינון ,הרחקה, טיפול ביולוגי, שיקוע, טיפול קדםסינון , הרחקה-ביו, שיקוע, טיפול קדם–) כ טיפול בממברנות"בד (איכות טובה לשימוש בלתי מוגבל .ג

.רכזים, טיפול בבוצה, חיטוי, "עדין"

:םשלבי טיפול בשפכי ליטוש טיפול ביולוגי שיקוע ראשוני טיפול קדם

Pretreatment Primary sedimentation Biological treatment -סינון ראשוני נגד מוצקים גסים

ש"נעשה בכניסה למט הרחקת חומר מרחף לקבלת בוצה

.מלכודות שמן •

).Grit(מלכודות חול • .הרחקת מוצקים גסים • .אוורור קדם •

.ילשיקוע רג •שיקוע משופר כימית •

)Chemicly enhanced( , .הפתתה

ב "תהליכים ביולוגים ע • .ביומסה מרחפת

ב "תהליכים ביולוגים ע • )ביופילם(. ביומסה צמודה

.טיפול אקסטנסיבי • )אגנים ירוקים(

. שיקוע–הפתתה • )כיום לא ימצא אחרי טיפול ביולוגי(

. סינון חול–הפתתה • ) ביולוגיכיום לא ימצא אחרי טיפול(

. פחם פעיל–ספיחה • )ק מים" למ$1 מעל –יקר (

.ממברנות • )יקר( .חילוף יונים • .חיטוי •

:חיטוי

.DBP - disinfection by products –תוצרי לוואי מחיטוי ושימוש ) להרחקת החומרים המרחפים (דרוש הפתתה. מסרטנים– THMמתגובת כלור עם חומרים אורגניים נוצרים

. ומעבר לכלור די אוקסיד)להרחקת החומרים המומסים(בפחם פעיל Mw = 10,000 –חומצות הומיות .א Mw = 5,000 –חומצות פולביות .ב

:תהליכי שיקוע במים ושפכים

. תהליך שמטרתו להקטין את ריכוז המוצקים במרחפים בנוזל המטופל–שיקוע

:סוגי שיקוע

).כל חלקיק שוקע בנפרד(, שיקוע בדיד .א .)חלקיקים ומהירות השיקוע גדל' במהלך השיקוע החלקיק גדל עקב התחברות של מס(, לנטישיקוע פלקו .ב ).קציה בין החלקיקים והם שוקעים ביחדאבריכוז גבוה של חלקיקים קיימת אינטר(, Zoneשיקוע .ג

:מאזן כוחות על חלקיק g D bF F F= +

- Fg – כוח המשיכה. - FD – כוח הגרר. - Fb – וח הציפהכ.

( ) 2 2g s w s D D c w sF g V F C A vρ ρ ρ= − ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅

- Vs –עבור כדורי ( נפח החלקיק– V=(π*d3)/6(. - Ac –עבור כדורי ( היטל שטח החלקיק בכיוון השיקוע– Ac=(π*d2)/4(.


ואז , המשיכהכוח עם לשוויוןככל שהמהירות גדלה כוח הגרר גדל עד , החלקיק תחילה נע בתאוצה שמגבירה מהירות .נועה שוות מהירותהוא נע בת

:הנחות .החלקיק כדורי .א ).צפיפות קבוע לכל הנפח(החלקיק אחיד .ב .אין אינטראקציה בזמן השיקוע בין החלקיקים והסביבה .ג

:)Fg=FD ( כדוריחלקיקמהירות שיקוע ל

( )1

243

s ws

D w

gv d

Cρ ρ

ρ⎡ ⎤⋅ −

= ⋅⎢ ⎥⋅ ⋅⎣ ⎦

- vs – תכונה של החלקיק– ]שניה/מטר[ מהירות שיקוע החלקיק . - g –9.81. = ]2שניה/מטר[וצת הכובד תא - CD – חסר מימד[גרר כוח מקדם[. - ρw ,ρs –ק"סמ/'גר[וצפיפות המים , צפיפות החלקיק[ .ρw=0.998) ב-'c20( –לקחת מטבלאות , ρs=2.65

. צפיפות חלקיקצויןאם לא ρs=2 ,)בטיפול בשפכים(עבור חול - d – מטר[ קוטר החלקיק[.

24 3 0.34Re Re

Re

D

s

C

v dν

= + +

⋅=

- ν – צמיגות קנימטית של המים ]m2/s[ = .1.004x10-6 . לקחת מטבלאות– c20' עבור

:Reתחומי

:CD=0.4, זרימה טורבולנטית– Re>2000תחום ניוטון עבור .א( )

1210

3s w

sw

v g dρ ρρ

⎡ ⎤−= ⋅ ⋅ ⋅⎢ ⎥⎣ ⎦

:CD=24/Re, זרימה למינרית– Re<1תחום סטוקס עבור .ב( ) 2

18s w

sw

gv dρ ρ

ν ρ−

= ⋅ ⋅⋅

, כלשהוvsמוצאים , CDמוצאים , )d=200µ עבור 20בערך (Re מנחשים – Re<2000>1עבר עבור תחום מ .ג .10% של מציבים שוב עד התכנסות, חדשReמוצאים

:סכמת טיפול בשפכים

:)הפתתה(+שיקוע כימי + אגני שיקוע. 1 :דל אגן שיקוע אידיאלימו

:הנחות שימוש במודל .זרימת הנוזל בכיוון האופקי היא זרימת בוכנה .א .המהירות האופקית של החלקיקים שווה למהירות האופקי של המים .ב .הפיזור של החלקיקים בכניסה לאגן הוא הומוגני לאורך כל שטח החתך .ג .רק חלקיק שמגיע לקרקעית מורחק .ד

L -אורך

W -רוחב

H -גובה

Q Q vh vs

AH -ם שטח פני

Q, S0, X0 Q+QR

X, Se

Qe, Se, Xe

Qw, Se, Xw QR, Se, Xw

V, X Vs

שניונימשקע ביולוגי מאוורררריאקטו

Q = Qw + Qe R = QR / Q

בוצה

קולחים

תחזיר

שפכים ראשוניים

WESI

Iאגן שיקוע שיקוע מוצקים

Q, S00, X00 2

1

WESII


: קריטית זרימה אופקיתמהירות ch

QvH W

=⋅

:)עומס הידראולי (– קריטיתתמהירות זרימה אנכי c cs h

H

Q Q Hv vW L A L

= = = ⋅⋅

: פרק זמן השהייה של המים באגן– פרק זמן בו ישהה החלקיק הקריטי באגן

c

Hc

h s

A HL Htv v Q

⋅= = =

: להתקייםעבור המקרה הגבולי כדי שהחלקיק ישקע צריך

c cs h

H LV V

=

.כל החלקיקים שהמהירות האנכית שלהם גדולה מהמהירות האנכית קריטית ישקעו

):R.R>=1להיות חייב –אחוז החומר ששקע ולא יצא מהאגן (יחס הרחקה. ( 1!)

c

s Hs

s

v AR R vv Q

= = ⋅ ≤

):שיקוע בדיד (שלבי תכנון אגן שיקוע

. צריך לטפלהבקביעת הספיקה השעתית ש .א .קביעת פילוג גודלי החלקיקים .ב .קביעת יחס הרחקה הנדרש .ג .חישוב מהירות השקיעה של חלקיקים שונים .ד ).עומס הידראולי (–חישוב מהירות השקיעה של החלקיק הקריטי .ה .חישוב השטח האופקי של אגן השיקוע .ו

: עבור אגן מלבניתכנוןערכי .]דקה/מטר[ Vh=0.15-0.9מהירות אופקית .א .W/L=4-6חס אורך רוחב י .ב .]ר"מ[ 280שטח אופקי מקסימלי של אגן יחיד .ג .]מטר[ H=2.5-3.5עומק אגן בין .ד .]שעה/מטר[ Q/AH=1-1.5עומס על האגן .ה .]מגלש/ש"מק[> =14עומס על מגלש יציאת מים .ו

:לשפכיםראשוניים שיקוע תכנון אגני

).ב"צח(מורחק גם חלק מהחומר האורגני , רגנייםבמהלך שקוע ראשוני עקב הרחקת חלק מהמוצקים המרחפים האו

:יעילות הרחקת המוצקים המרחפים

1.17. 0.77 0.115 . 0.42 0.05 .s s BODE S L E S L= − ⋅ = − ⋅

- S.L – עומס הידראולי )Q/AH] (שעה/מטר[. - Es.s – חסר מימד[ יעילות הרחקת מוצקים מרחפים[. - EBOD –חסר מימד[ב " יעילות הרחקת צח[.

:קשרים ידועים ( ) ( )0 00 . 0 001 1s s BODX X E S S E= − = −

- X00 –) S.Sin(ריכוז מוצקים מרחפים בשפכים ) ליטר/ג"מ[ לפני שיקוע ראשוני )בעיקר ביומסה[. - X0 – )S.Sout ( ליטר/ג"מ[ריכוז מוצקים מרחפים בשפכים אחרי שקוע ראשוני[. - S00 – )BODin (- ליטר/ג"מ[ב בשפכים לפני שיקוע ראשוני "ריכוז צח[. - S0 – )BODout (ליטר/ג"מ[ב בשפכים אחרי שיקוע ראשוני "ריכוז צח[.

)חומרי הפתתה(רגיל או כימו , יכולות הרחקה של שיקוע ראשוני

שיקוע ראשוני מופרד כימית שיקוע רגיל

Es.s( 50% 85% ( מ"הרחקת מ

EBOD( 30% 55%( ב"הרחקת צח

+85% 15% הרחקת תרכובת זרחן - 10-20% הרחקת חנקן אורנגי

90% - הרחקת מתכות כבדות 95% 40% הרחקת שמנים ושומנים

:כמות ונפח בוצה משיקוע ראשוני

100 .s sWES Q X E Q F= ⋅ ⋅ + ⋅

1

13100 10

5%WES

WESV −= × ×


- X00 – )S.Sin (ריכוז מוצקים מרחפים בשפכים) ליטר/גר[ לפני שיקוע ראשוני )בעיקר ביומסה[. - WES1

!].לשים לב ליחידות ] [kg-TSS/day[ת באגן השיקוע הראשוני ששוקעבוצה כמות – - F - כמות משקע שהוסף לשפכים ]gr/lit [– 0.02 מקובל. - VWES1 -מוצקים בבוצה 5%בהנחת , נפח בוצה המתקבלת ]m3/day[ - 10-3

.3 מטר1-ג בוצה שווה ל" ק1000 בהנחת –

:אחוז מוצקים בבוצה משיקוע ראשוני שיקוע ראשוני מופרד כימית לשיקוע רגי

Fליטר\גר [0.02 ]ליטר\גר [0 תוספת פלוקולנט[

7% 5% אחוז מוצקים בבוצה

:נתוני שיקוע ראשוני לשפכים ]S.L, m/hr[עומס הידראולי

בספיקת שיא בספיקה ממוצעת

עומק אגן ]m[

3.5-3 5-3.3 2-1.3 שיקוע ראשוני לפני טיפול ביולוגי 3.5-3 2.5-2 1.3-1 שוני עם עודף בוצה משופעלתשיקוע רא

:נתוני שיקוע ראשוני לשפכים

]kg/m3/hr[עומס מוצקים ]m/hr[עומס הידראולי ספיקת שיא ספיקה ממוצעת ספיקת שיא ספיקה ממוצעת

עומק אגן ]m[

אחרי מרבגים ביולוגים

1-0.65 1.9-1.6 - - 4-3

אחרי בוצה משופעלת

1.3-0.65 1.9-1.6 6-4 10 6-4

6-4 10 6-4 1.6-0.9 0.7-0.35 נמשךאזוראחרי

:)Grit chamber( חול תאי שיקועתכנון ).חול (]ק"סמ/'גר[ ρs=2.65פועלים לפי עקרון של שיקוע לחלקיקים עם .א ).60ממוצע . (]שניות[ 45-90) T=V/Q(זמן שהיה הידראולי .ב )ממוצעב] (מטר [1.8 )H (עומק המים .ג .]שניה\מטר[ Vh (0.25-0.4(מהירות אופקית .ד :)Vs (מהירות שיקוע אנכית .ה

.]דקה\מטר[ 1.0-1.3 - מ" מ0.21לחלקיק בקוטר .1 .]דקה\מטר[ 0.6-0.9 –מ " מ0.15לחלקיק בקוטר .2

.)H ( מעומק המים בתא40%-30%]: מטר [)h∆ (הפסדי עומד בתא .ו )יציאה+ לאזור הכניסה ( )'L(שקע למ 50%-25%של תוספת אורך יש להוסיף L-בנוסף ל .ז

:תכנון תאי שיקוע חול מאוורים

].דקות [T=V/Q :(2-5(זמני שהיה .א ].מטר [H :(2-5(עומק .ב ].מטר [L :(7.5-20(אורך מקובל .ג ].מטר [W :(2.5-7(רוחב מקובל .ד ).1.2ממוצע ) (לטובת הרוחב W/H :(1-5)(יחס רוחב עומק .ה ]. לדקה\ למטר אורך \ק אוויר "מ [R( :0.2-0.5( לתא דרישת אוויר .ו ].ק קולחים" מ1000 לכל \ק חול "מ [0.004-0.2): בוצה(כמות החול המתקבל .ז ).הנחה באחת השאלות (2: מספר תאי שיקוע מאוורים במקביל .ח .תוספת האורך קטנה מכיוון שהזרימה טורבולנטית .ט

:הפתתה 1.1

שיגרמו , )כ פולימרים"בד(מסייע בהרחקת המוצקים המרחפים על בסיס הוספת חומרים - )Flocculation (פיתות .י התלכדות של מספר חלקיקים קטנים לפתית גדול שיורחק בקלות בתהליכי השיקוע"להגדלת גודל המוצקים ע

:יישומים

. ללא פלוקולציהחומרים הומיים שלא ניתנים להרחקה, גורמי עכירות– טיפול במים עיליים .1 .החומר האורגנימשפר יכולת הרחקת . טיפול ראשוני של שיקוע משופר כימי בשפכים .2

L

H

בוצה

האציאזור י

ה סאזור כני

L'

L

H

בוצה

האציאזור י

ה סאזור כני

L'

בוצה

פלוקולנט

בוצה

שיקוע ראשוני שיקוע רגיל מופרד כימית


.לצורך הוספת המפתתעוד יחידה יה ילפנמרובע יש להוסיף ) ראשוני מופרד כימית(אם האגן שיקוע

:מ בבוצה"ריכוז מ .הבוצה נחשבת טובה - 3.0%-1.5% •

. הבוצה נחשבת לצלולה מאוד- 1.0%-0.5% •

):מופרד כימית(תוספת פלוקולנט .מ לבוצה"מ שבשפכים בכדי למצוא את סך המ" יש להוסיף את ריכוז הפוקולנט לריכוז המ–] ליטר\ג "מ [20 •

4.0%תכולת מוצקים בבוצה , ליטר\ג" מ20ספת פלוקולנט תו, 85%לות הרחקה ייע, ליטר\ג" מ450מ "תכולת מ, יום\ק" מ100,000 ספיקה: דוגמא : בוצה מתקבלתנפח

100,000 * (0.45 * 0.85 + 0.02) = 40,250 kg/day (dry solids) (40,250 / 0.04) * 10-3 m3/kg = 1,006.25 m3/day (liquids)

).אירובי(יולוגי לאחר טיפול שניוני בכשלב שלישוני י הפתתה וסינון " ע– טיפול מתקדם בקולחים .3בכדי לשפר את ) בשלב השניוני(הוספת המפתת ישירות לתוך הריאקטור הביולוגי – הזרקה ישירה לריאקטור .4

.קבלת הבוצההמתקבלת מהטיפול ) מוצקים1.0%-0.5%( הוספת פלוקולנט לבוצה – וסחיטהשיפור בוצה לקראת סימוך .5

הוספת פלוקולנט אחרי הייצוב לפני , עוברת לייצובמהסימוך הבוצה, ) מוצקים5%(השניוני לצורך סימוך .הסחיטה

:סוגי פלוקולנטים

)לטון$ 200: מחיר. ( יכול לגרום לשחרור סולפידים מזהמים– Al2(SO4)3*18H2O –) אלום (אלומינום סופלט .1. רורו הברזל הקטיוני נצמד לסולפידים ומונע את שח– מועדף בעולם לטיפול בשפכים, FeCl3 – ברזל כלורי .2

)לטון$ 200: מחיר. ( קטנה-Cl-ההמלחה של ה: מחיר. ( נמצאים בשימוש רחב בטיפול בשפכים ובוצות–קטיונים / אניונים –) פולימרים (פוליאלקטרוליטים .3

). מאלום ומברזל כלורי10-15יקר פי .םאורגניי-ומת האנעלמרות המחיר הגבוה של הפוליאלקטרוליטים הם דרושים ברמות קטנות ל*

אינו , יותר יעיל מהפוליאלקטרוליטים)כמו אלום(חומר עם ערכיות משולשת , PAC – פוליאלומיניים כלוריד .4 ). מאודיקר: מחיר. (משחרר סולפידים

:שלבים בפיתות

).או שפכים( ליצירת מגע בין החומר המפתית לבין חלקיקי המוצקים המרחפים שבמים ערבול מהיר .א .ין החלקיקים לצורך התחברותם לפתית גדול יותר מבלי שישבר ליצירת מגע בערבול איטית .ב .תהליך השיקוע .ג

:נתונים הנדסיים לתכנון משקע

:משקע ראשוני עם תחזיר בוצה משופעלת :משקע ראשוני מלווה בטיפול שניוני h[ 1.5-2.5 2.0[זמן שהייה 1.5-2.5 2.0 ]h[זמן שהייה

m3/m2-d[ 24-32 28[עומס ממוצע על מגלשים 30-50 40 ]m3/m2-d[עומס ממוצע על מגלשים

m3/m2-d[ 48-70 60[ על מגלשים 'עומס מקס 80-120 100 ]m3/m2-d[עומס מקס על מגלשים

Weir loading] m3/m-d[ 125-500 250 Weir loading] m3/m-d[ 125-500 250

:משקע ראשוני עגול :משקע ראשוני מלבני

ממוצע טווח ממוצע טווח

m[ 3-4.9 4.3[עומק 3-4.9 4.3 ]m[עומק

m[ 3-60 12-45[קוטר 15-90 24-40 ]m[אורך

mm/mm[ 1/16-1/6 1/12[שיפוע קרקעית 3-24 4.9-9.8 ]m[רוחב

r/min[ 0.02-0.05 0.03[מהירות זרימה 0.6-1.2 0.9 ]m/min[מהירות זרימה

:)G(ט המהירות ערכים מקובלים לזמני השהייה ולגרדיאנ

]דקות[זמן שהיה

G מהירות גראדיינט]1/sec[

2000-1000 2-0.5 בחישה מהירה 100-10 30-10 בחישה איטית

: מדד לאנרגיה שנמסרת למים–חישוב גרדיאנט המהירות PGVµ

=⋅

- G – 1[ גרדיאנט המהירות/sec[. - P – הספק מושקע בבוחש ]Watt=kg*m2/sec3

[. - V – 3מ[ נפח אגן ההפתתה[. - µ – צמיגות דינמית של המים ]kg/m*sec .[µ=1.002x10-3

.c20'- ב

:י סוג הבחישה" נקבע עPהספק מושקע .י מנועים"המסובבות ע, )כפות(י בוחשים " ע–מכאנית .א .י יצירת מערבולות זרימה" ע–הידרולית .ב

מינון הפלוקולנט

ריכוז מוצקים נשאר

אופטימלי


.)מתאים בעיקר לטיפול בשפכים( י בעבוע אוויר שגורם לערבול" ע–פנאומטית .ג

:בחישה מכאנית

) :הספק מושקע ) ( )3 4 42 12 1

8W D

ii

CP n k N b R Rρ π ⎡ ⎤⎡ ⎤= ⋅ ⋅ − ⋅ −⎣ ⎦ ⎣ ⎦∑

- CD –חסר מימד[) 1.8מקובל (, מקדם גרר[. - n – מהירות סיבוב ]rps[. - k –חסר יחידות[) 0.2-0.3מקובל (, מערבל- יחס מהירות מים[. - b – עובי כף ]m[. - Ni – 2בציור יש (כפות בגודל זהה ' מס.( - R1 ,R2 – רדיוס פנימי וחיצוני לכפות ]m[. - ρw – צפיפות מים ]kg/m3

[ = 998.

:בחישה הידרולית

:הספק מושקע2 21000 9.8 9800[ sec ]fP Q H g kg mγ γ ρ= ⋅ ⋅∆ = ⋅ = ⋅ = ⋅

- Q– ספיקת המים ]m3/sec[. - g – תאוצת הכובד]m/sec2

[ = 9.8.

):כתוצאה מהערבול (הפסד עומד( )2 2

1 212f

n v n vH

g⋅ + − ⋅

∆ =

- ∆Hf–0.7-0.1כ "בד ( האנרגיה המבוטאת כהפסד עומד(, ]m[. - v1 ,v2 –0.45-0.15כ "בד ( מהירות זרימה קטעי אורך ורוחב(, ]m/sec[. - n – בציור צבוע תא אחד( מספר תאים.(

. דקות10-60 –זמן שהייה כולל בבוחש

:בול פנאומטיער

:הספק מושקע במערכת פנאומטית

- Pa– 1(לחץ אטמוספרי אבסלוטי atm=105 pascal( ,]pascal=N/m2[.

- Pc – לחץ אבסלוטי בנקודת הבעבוע– Pa + עומק' מ10לכל ' אטמ1(לחץ מעומד המים( ,]N/m2[.

- Qa – ספיקת האוויר ]m3/sec[.

:ים וקולחים מסינון

, מטר10-6-10-2 ניתן לסנן חלקיקים עד גודל .מורכב מגרגיריםמצע סינון . הרחקת מוצק מרחף ממים – סינוןהסינון מוריד את . יש לבצע פיתות כשלב מקדים לשפר את הסינון, מטר 10-8-10-6 קולואידים –חלקיקים קטנים יותר

יש . הנגרם מסתימה מלא של המסנן ובריחת מוצקים דרך המסנן"פריצת עכירות"עכירות המים עד לשלב בו נצפית לאחר . שמצטבר במסנן יש יותר הפסד עומדלכלוךככל שיש יותר ). Backwash(לשטוף את המסנן בשטיפה נגדית

. את המסנן לפני פריצת העכירותולשטוף עכירותמספר הרצות ניתן לקשר בין הפסד העומד הנמדד לפריצת

:מסנניםסוגי : סוגים שונים. גודל החורים ברשת יקבע את רמת הסינון. דקה/ רשת עבה , סיבים/ רשת מתכת – סינון רשת .1

).מימדי-מצע דו( למצע אין מימד עומק .ממברנות/ גלילים / תופים / מתכתית

b -רוחב

R2

R1 12

v2

v1

Q Q

Qa

ln ca a

a

PP P QP

⎛ ⎞= ⋅ ⋅ ⎜ ⎟

⎝ ⎠

Pc

Pa


ע יש מימד למסנן מצ.הצמדות) 3. (ספיחה) 2. (עצירה) 1: (מנגנוני עצירה במצע, מצע של גרגירים – סינון מצע .2 .עומק

:נתונים הנדסיים למצע סינון

פחם פעיל אנטרציטי חול

1.30-1.50 1.45-1.73 2.65 ]ק"סמ\גרם[ ρs צפיפות

ε 0.42-0.47 0.56-0.60 0.50נקבוביות

ф 0.70-0.80 0.46-0.60 0.75כדוריות

):כתוצאה מהצטברות לכלוך במסנן (הפסד עומד

2 2

עבור חתך עיגול2 8L

C

L V D Vh f fD g r g

⋅ ⋅= ⋅ = ⋅

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

- hL–הפסד עומד ]m[. - f – חסר יחידות[ מקדם חיכוך[. - L – אורך התעלות פנימיות בין גרגרי מצע הסינון ]m[. - v – מהירות הסינון דרך נקבי הסינון ]m/sec[. - DC – עיגול עבור חתך ( קוטר התעלות פנימיות בין גרגרי הסינוןDC=4r( ,]m[. - g –ד תאוצת הכוב]m/sec2

[. - r – עיגול עבור חתך (, )הקף מורטב/שטח מורטב( רדיוס הידראוליr=D/4 ,D-קוטר( ]m[. - D –עומק מצע סינון ]m[.

:רדיוס הידראולי1

p

p

Vr

Sεε

⎡ ⎤⎛ ⎞= ⋅ ⎢ ⎥⎜ ⎟−⎝ ⎠ ⎢ ⎥⎣ ⎦

- ε –נקבוביות המצע . - VP –נפח הגרגיר . - SP –שטח פני הגרגיר .

:צורות גרגירים6

p

p

V dS

φ⎡ ⎤

= ⋅⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

- d – קוטר הגרגיר ]m[. - ф – לגרגיר כדורי, מה קרוב לצורת עיגולכ( מקדם כדוריות ф=1.(

0 :מהירות הסינון הכללית / HV Q A=

- V0 – מהירות סינון דרך המסנן ]m/sec[. - Q – ספיקת הסינון ]m3/sec[. - AH –שטח הפנים של המסנן ]m2

[.

0VV :ון דרך הנקביםמהירות הסינε

=

- ε –היחס בין נפח החללים לנפח המצע .

Kozeny and Carman:

20

3

0 0

1 1' ' 150 1.75Re

Re

LVDh f f

d gd V d V

ε εφ ε

φ φ ρν µ

− −= ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ +

⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= =

- ν – צמיגות קנימטית של המים ]m2/s[ = .1.004x10-6 . לקחת מטבלאות– c20' עבור

- µ – צמיגות דינמית של המים ]kg/m*sec .[µ=1.002x10-3 .c20'- ב

:)במצב סטטי (הפסד עומד( )2 2

3

1h k a VL g v

εµρ ε

− ⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

- h – מטר[הפסד עומד[. - L – מטר[עומק המצע[.

זמן

hL עכירות

פריצת . נק BPעכירות


- g – 2שניה\מ"ס [981 – ]2שניה\מטר[ 9.81 תאוצת הכובד[.

- ε – 0.4-0.5כ "בד (נקבוביות(. - µ/ρ – 0.01003שנייה\2מ" ס - a/v –חלקיק כדורי . שטח ספציפי ליחידת נפח - a/v = 6/d חלקיק לא כדורי– a/v = 6/фd - V – שניה\מטר[ קצב הסינון[) V=Q/A( - k –קבוע קוזוקי ) k=5.0(.

:מבנה מצע סינון

את פילוג גודל הגרגירים ניתן . במקרים רבים מורכב מצע הסינון מגרגירים בגדלים שונים בשכבות לפי סדר גודלם . המשקלי%- קציה של הלהציג כפונ

- d10 – מהגרגירים קטן או שווה לו10% קוטר גרגירים אשר . - d60 – מהגרגירים קטן או שווה לו60% קוטר גרגירים אשר .

d90 = d10*101.67*logU.C : בצורה אמפיריתd90מציאת

mm[ 10.D[) 0.35-0.5= כ "בד: (קוטר אפקטיבי E d=

10 ככל שיותר גדול יותר הומוגני בגודל החלקיקים–) 1.7-1.3= כ "בד(: חידותמקדם א 60.U C d d=

60 יותר הומוגני בגודל החלקיקיםקטן ככל שיותר –) 1.2-3.6= כ "בד: (מקדם אחידות 10.AC d d=

למנוע ערבוב . הרס המבנה השכבתי–יפה הנגדית עקב השינוי בגודל הגרגירים יתכן ערבוב בין השכבות בעקבות השט

:ירו יחס בין הגרגירים שימנע את ההרסגדכזה ה

12

u l

l u

dd

ρ ρρ ρ

⎛ ⎞−≤ ⎜ ⎟−⎝ ⎠

- du ,dl –קוטר גרגירים שכבה עליונה ותחתונה . - ρu ,ρl ,ρ –צפיפות גרגירים עליונים ותחתונים וצפיפות המים . .הקטנים תהיה למטהירים גרגה כי השכבה בעלת קוטר – יש לשים לב -

:שטיפה נגדית

'01 :מהירות הסינון דרך הנקבים1

LL

εε

−=

−

- L - עומק המצע בזמן סינון ]m[ ,L' –עומק המצע בזמן הרחפה ] m[.

- ε0 – נקבוביות בזמן סינון ,ε – גדול מ (נקבוביות בזמן הרחפה-ε0 1.15-1.20פי(. : בוצה משופעלת–תהליכי טיפול בשפכים . 2

של 20/30: הקטנת ריכוז המזהמים וחומר אורגני לתקן של, נועד לטיפול בשפכים עירוניים – תהליך בוצה משופעלתBODשלבי הטיפול. ומוצקים מרחפים:

. הרחקת מוצקים גדולים–) מגוב שיקוע חול (– טיפולי קדם -הקטנת עומסי מזהמים בכניסה , רגני הרחקת מוצקים מרחפים וחומר או–) שיקוע (– טיפול ראשוני -

.לשיקוע שניוני הרחקת החומר האורגני והמוצקים –) אגן איוור ומאגן שיקוע שניוני: טיפול ביולוגי (– טיפול שניוני -

טיפול במצע מרחף בו חיידקים מעורבבים עם , י מיקרואורגניזמים באגן השניוני"המרחפים בשפכים ע ולביומסה שאותה מרחיקים בשיקוע CO2- פירוק של המצע לויחד עם האוויר מבצעים, השפכים .השניוני

עם מספר מודולים –תכנון מתקן לטיפול בשפכי עירוניים יעשה לפי ספיקה שעתית ממוצעת ביום שיא בחודש שיא

.שחלקם לא יעבדו בעת ספיקות שפל

:יהםתהליכי חמצון סופיים המתקבלים מפירוק החומר האורגני והאמוניה למרכיב חיזור אנאירובי חמצון אירובי

H2O CH4 CO2 CO2

NO3 NH4 SO4 H2S

: בכניסה וביציאה ממכון הטיפולריכוזי שפכים

BOD ל" מג2,000 זרם כניסה למכון טיפול ל" מג200 זרם יוצא ממכון הטיפול

.פקת אווירסאל טיפול אירובי לא אפשרי בגלל בעיות ב" מג2,000- גדול מ BOD-אם ריכוז ה*

משקלי % מצטבר

60

10

d10 d60


:הרכב שפכים עירונייםConcentration

Weak Medium Strong

110 220 400 BOD5 250 500 1,000 COD

8 15 35 Organic N 12 25 50 NH3-N 20 40 85 Total N

4 8 15 Total P 350 720 1,200 Total solids 100 220 350 Suspended solids

:יתהליך פירוק מיקרוביאל

תחילה יתפתחו בריאקטור אוכלוסיות הטרוטרופיות שמפרקות תרכובות פחמן כמקור פחמן ואנרגיה תוך שחרור NH4

מתן זמן שהיה מספק . שמעלה ריכוז נוטריאנטים בשפכים שעלולים לפגוע בחקלאות ובנחלים, )תהליך אירובי (+NH4-יאפשר התפתחות אוכלוסיות אוטוטרופיות אשר יפרקו את ה

NH4 :ףוד הע++ + 2O2 NO3

- + 2H+ + H2O NO3-ה

NO3 :)תנאים אנוקסים (N2- מתפרק בדהניטרפיקציה ל-- N2(g)

, )דבק של הפלוק(וחיידקים יוצרי פוליסכרידים ) נותן כוח לפלוק(חיידקים חוטיים : סוגים של חיידקים2בריאקטור

, חוסר בחוטיים ייצור פלוקים חלשים שיתפרקו. משקעביחד הם נקשרים ויוצרים תלכידים של חיידקים ששוקעים ב .עודף של חוטיים ייצור פלוקים בעלי נפח גדול שלא ישקעו

ובוצה , אחרי בועות של מתאן יפריעו לתהליך השיקוע במשקע, יש להימנע מהיווצרות תנאים אנאירובים במשקע

.תצא עם הקולחים

:תרשים טיפול בשפכים

.זה נוצרת חומצהבשלב , בניטרפיקציה) 6.5-7.5(סביב pH-יש לשים לב לשמירת ה

:הרכב חיידקים% drt weight (TS) %OM (VS) Component 46.7 51.9 C 5.5 6.1 H 24.9 27.7 O 10.9 12.1 N 10 - Ash 100 100 Total

:מקדם תנובה

0

0 0obs

X XX XYS S S S S q

µ−∆= = ≈ =−∆ − −

C18H19O9N (393 g/mol) + 8.8O2 + 0.74NH3 1.74C5H7O2N (113 g/mol) + 9.3CO2+4.52H2O :פי על סובסטרטגידול הטרוטרו

113( / ) 1.74( ) 0.5393( / ) 1( )obs

gVSx molX molX gVSxYgVSs molS molS gVSs

×= =

×

gCsgCx

smolCgCxmolCgC

molSmolXmolCmolXmolXmolCYobs 48.0

)/(12)/(12

)(1)/(18)(74.1)/(5

=××

×=

- S0 ,Se – ריכוזBOD שפכים ובקולחים בהנמס הכללי ]mg/l.[ - X0 ,Xe ,XW – בוצהבקולחים וב, ריכוז ביומסה בריאקטור ]mg/l.[

- Q – ספיקת שפכים]m3/day.[ - k –1[ב " מקדם הרחקת צח/mg*day[. - θ – זמן שהייה הידראולי בריאקטור ]day[ –שעות4-15כ " בד . - V – נפח אגן איוור ]m3

.[ - Y – מקדם תנובה ]gVSS/gBOD[ – 0.7-0.5כ "בד.

- Y = ∆X / ∆S – ת מתוך כמות סובסטראט מורחקת כמות הביומסה המיוצר– מקדם תנובה. - Kd –1[דעיכה / מקדם תמותה/day[ – 0.04.

- Ks – הינו ריכוז הסובסטראט עבורו קצב הגידול שווה למחצית הערך . ]ל"מג[ מקדם חצי הרוויה .המקסימלי

דה ניטרפיקציה אנוקסי

הטרוטרופי אירובי

אוטוטרופי אירובי

DN C ניטרפיקציה NO3

C5H7NO2 ; MW=113 gVS/mol

C:N:P = 50:10:1

OM = 0.9 * TS


- R – יחס סחרור ]-[ - µ – 1[ קצב גידול ביומסה/day[. - µm – 1[ קצב גידול ביומסה מקסימלי/day[. - q – 0.25 – י יחידת ביומסה ליחידת זמן" כמות הסובסטראט המורחקת ע– קצב סילוק הסובסטראט.

:מאזני מסה

:1-1 בין הנקודות סובסטראטמאזן . א

QS0 + QRS0 – (Q + QR)Se = rsV )אין כניסת ביומסה למערכת( QX0 = 0 rs = qX

:1-1 סה בין הנקודותמאזן ביומ. ב

QX0 – (QeXe + QwXw) + rxV = 0 )אין כניסת ביומסה למערכת( QX0 = 0 rx = µX

:2-2מאזן ביומסה בין הנקודות .ג

)BOD :)85%-90%יעילות הרחקת

0

0

(%) 100eS SES−

= ×

:)ח זני- Xe) ( ימיםday[ )5-15 [זמן שהיית החומר האורגני בראקטור, הגיל הבוצ

1

cNitri

θµ

= c1 1 θ 24 θc c

d d e e w w w w

XV XVK qY K X Q X Q X Q

θ θµ

= = = ≈ ≈ ⋅− − +

:)של הנוזלים( ) שעותday[ )4-15 [זמן שהיה הידראולי בריאקטור

W

0 e c

d

X1+R 1-S -S θVXθ= θ= θ= θ

µ-K Q xq 24

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ ≈

:[gS/gX-d] )קצב סילוק הסובסטראט( )kgBOD/kgVSS[ )q=0.25 [ הרחקת חומר אורגניקצב

( )00 ee Q S SS Sq q

X V Xθ−−

= =⋅ ⋅

:סחרוריחס

R

W

Q XR RQ X X

= =−

:S0ההבדל הין משקע כימי או רגיל לפני הטיפול הביולוגי ישנה את : )V (אירובי רריאקטונפח

V Q θ= ⋅

:ריכוז מוצקים מרחפים שיוצע מהמערכת

0

1eSS

k X θ=

+ ⋅ ⋅

:ריכוז ביומסה בריאקטור

1WX RX

R⋅

=+

S

µ

Ks

µ/2

q

q/2

S Ks


:קשרים

( )

em e

s e

W c W wd

s

S y k S q YK S

Q Q X Q Xk KY K X V

µ µ µ µ

µ µ

= = ⋅ ⋅ = ⋅+

− ⋅ + ⋅= − =

⋅ ⋅

:כמות בוצה עודפת לסילוק. ד

]:m3/day[ספיקת בוצה עודפת ( )

0( )e d eW

W e

y S S Q K X V Q XQX X

⋅ − ⋅ − ⋅ ⋅ − ⋅=

−

]:kg-TSS/day[כמות בוצה עודפת לסילוק

32 10W WQ XWES

MLVSSMLSS

−⋅ ⋅=

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

P –נכנס לריאקטור+ כ חומר מוצק שנוצר בריאקטור " סה] kg/day[ ( )0 0 0.2eP Q S S Y Q X= ⋅ − ⋅ + ⋅ ⋅

Z –בקולחים אחרי שיקוע שניונייוצאיםכ המוצקים ה"ה ס ] kg/day[ eZ Q X= ⋅

.Q- יחסית דומה לQe-זה בסדר מכיוון ש) פ נח גליל"ע(לצורך הפשטות אבל – Q ולא עם Qe צריך להיות מחושב עם Z-ה

]:kg-TSS/day[כמות בוצה עודפת לסילוק 2

c w we e w w c

X V X VWES Z X QX Q X Q

θθ

⋅ ⋅= ⇒ = − = ⋅

+

:1% והינשל בוצה שניונית ריכוז המוצקים , ]ק ליום"מ [נפח בוצה מתקבלת2

23100 10

1%WES

WESV −= × ×

:אגן שיקוע שניוני. ה

m2[שטח אגן שיקוע שניוני :[

( ) / 24 . . 1[ / ]. .

RH

Q QA S L m hrS L

+= =

:חישובי עומסים. ו

kgBOD/day:[ 0 [ת חומר אורגניעומס הזנT

orgL Q S= ⋅

kgBOD/m3/d:[) 0.3-1.6( 0[עומס הזנה אורגני נפחי T

orgVorg

LQSLV V

= =

0 ):מיקרואורגניזמים- M, מזון-kgBOD/kgVSS/d[ )0.2-0.6() F[עומס הזנה סגולי T V

org orgL LQSFM XV XV X

= = =

: אוורוררדרישת חמצן מריאקטו. ז

R – צריכת חמצן ]kgO2/day[: ( ) ( )0 4' ' 4.5eR a S S Q b XV NH N Q= − + + −

- a'– 0.8כ " בד– ]-[מקדם צריכת חמצן לסינטזה - b' – 0.1כ " בד– ]-[מקדם צריכת החמצן לנשימה

- S0 ,Se – ריכוז חומר אורגני בכניסה וביציאה מהריאקטור ]gr/lit[ - Q – ספיקת שפכים נכנסת ]m3/day[. - X – ריכוז ביומסה בריאקטור ]gr/lit[ – 3.5יות הנחה יכול להב - V – נפח ריאקטור ]m3

[ - (NH4-N) – כ כל החנקן"בד( כמות החנקן שמפורק בריאקטור בניטרפיקציה (– ]gr/lit[

:אנוקסיאנאירובי וחישוב נפח תא . ז

Vanrb – אנאירובי להרחקת זרחן נפח תא] m3[:

[ ][ ]24anrbT hr

V Qhr day

∆= ⋅

-∆T– אנאירוביזמן שהיה בריאקטור ה ]hr[ –שעות1.0כ "ד ב - Q – ספיקת שפכים נכנסת ]m3/day[.


Vanx – נפח תא אנוקסי לדהניטרפיקציה ]m3[:

[ ][ ]24anxT hr

V Qhr day

∆= ⋅

-∆T– זמן שהיה בריאקטור האנוקסי]hr[ –שעות1.5כ " בד - Q – ספיקת שפכים נכנסת ]m3/day[.

.ועבור שיקוע כימי רגיל מקדיםאנוקסי זהה עבור שיקועהתא האנאירובי והנפח

:סילוק שפכים לים

10

k tL L e−=

BODt –0 ב בזמן אין סופי" ריכוז צחtBOD L L= −

1

50 51 k

BODLe−

=−

L – רימה של זאחרי זמן (בנקודה מסוימת במורד הנהר ) ב"צח( ריכוז חומר אורגניt (]ל"מג[ L0 – ל"מג[בנקודת הזיהום ) ב"צח( ריכוז חומר אורגני[ k1 – 1[ קבוע צריכת חמצן/day[ k2 – 1[ קבוע אספקת חמצן/day[ V – מהירות הנהר ]m/day[ H – עומק הנהר ]m[ X – מרחק במורד הנהר ]m[

Cs – ל"מג[ לקוח מטבלאות– )ל מקסימלי" מג9.0( ריכוז מחצן רווי[ C –ל"מג[ זרם ריכוז חמצן בנהר בנקודה מסוימת במורד ה[

) תיקוני טמפרטורה ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 01 1 0 2 2 01.047 1.016T T T Tk T k T k T k T− −= ⋅ = ⋅

D0 – תחילי בנקודת הזיהוםגרעון חמצן ,)C0 :]ל"מג[) הינו ריכוז החמצן המומס בנקודת הזיהום sD C C= −

Dt – ל"מג[ גרעון חמצן תלוי בזמן[: ( )1 2 21 00

1 2

k t k t k tt

k LD e e D ek k

− − −= ⋅ − +

Ct – ריכוז חמצן מומס בנחל במרחק Xנקודת הזיהום אחרי זמן מt: t s tC C D= −

tc –2 זמן לגרעון קריטי 2 10

2 1 1 1 0

1 ln 1ck k kt D

k k k k L⎡ ⎤⎛ ⎞−

= −⎢ ⎥⎜ ⎟− ⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

Dc –מינימום דרוש - גרעון קריטי)D.O. =4.5mg/lit( 110

2

ck tc

kD L ek

−=

r, s(: 0(ערבוב זרמים 0 0r r s s r r s s r r s s

r s r s r s

Q L Q L Q D Q D Q T Q TL D TQ Q Q Q Q Q

+ + += = =

+ + +

32

22.8VkH

=

XtV

=

Documents

נוסחאות טיפול בשפכים