6. Расчет Параметров и Проектирование Систем Удаления Азота_Стефан Реттиг

1

Расчет параметров ипроектирование

систем удаления азотаС. Реттиг, дипломированный инженер

Берлинский технический университет, факультет управлениягородскими водами

Густав-Майер-Алее 25, 13355 БерлинТел: +49 / (0) 30 / 314 72356; факс: +49 / (0) 30 / 314 72248

e-mail: [email protected]

Departement of urban water management 2

Введение

Биологическая очистка сточных вод: фиксированная пленка (капельныйфильтр, вращающийся дисковый фильтр) или взвешенная биомасса(система активного ила)

Наиболее распространенной системой является использование активногоила

Очистка хозбытовых и промышленных стоков

Основа системы активного ила:Сочетание аэрационного бассейна

+ последующая седиментация (отстойник) + возврат отделенной биомассы (возвратный ил)

Среда биологической очистки – активный ил

Система активного ила была изобретена в 1914 г. (Ардерн, Локетт)


Основы расчета параметровОсновные возможности

1. Оценка имеющихся данных (нормальный случай)2. Дополнительные конкретные исследования (ряд

измерений), если данных недостаточно3. Математическое определение с помощью известных

элементов (исключительный случай) Учет будущего развития (в основном, с помощью

типичных значений) Демография (динамика изменения числа населения)Жилые районы Промышленность Туризм


Кумулятивная частота / частота недостиженияпараметра

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600

Qo in m3/d

Sum

men

häuf

igke

it [%

]

Недостижение параметра [%]

Нагрузка по ХПК, приток

Кумулятивнаячастота

[%]

Bcут, COD нагрузка по ХПК [1000 кг/сут]

Интенсивность притока

Qo в м3/сутки


Расчет расходов и нагрузок

Требуются следующие показатели по поступающим на биореактор стокам:

Минимальная и максимальная температура сточных вод

Нагрузка по органическим веществам (Bd,BOD Bd,COD), нагрузка повзвешенным твердым веществам (Bd,SS) и по фосфору (Bd,P) дляопределения объема образующегося осадка и, соответственно, расчетаобъема аэротенка

Нагрузка по органическим веществам и нагрузка по азоту дляпроектирования аэрационной установки (как правило, для самой высокойсоответствующей температуры)

–Условия нагрузки: БПК/N; максимальный сезонный пик

Максимальная интенсивность притока в сухую погоду QDW,h (м³/ч) дляпроектирования анаэробного резервуара-смесителя и интенсивностивнутренней рециркуляции

Проектная интенсивность притока QWW,h (м³/ч) для проектированиявторичных отстойников


Стандартные биологические процессыПроцессы активного ила

Очистка по: ХПК, БПК5, NH4-N, NO3-N, P

Аэрация

Отстойник

Возвратный ил

Избыточный ил

Бескислороднаязона

Денитрификация

Аэробная зонаОчистка по ХПКи нитрификация

Рециркулирующий ил

Поступающий наочистку сток

(после первичногоотстойника)

Частичноочищенный сток


Удельные нагрузки по населению

г/(Inhabitant·d)

Немецкий стандарт (ATV-DVWK A 131)В процессе биологической очистки сточных вод для роста биомассы и выхода в осадок накаждый кг БПК5 требуется около 0,04-0,05 кг азота и около 0,01 кг фосфора. *) Необходимо учитывать часть, возвращаемую в иловую воду. При этом нагрузки попоступающему на очистку стоку на этапе биологической очистки могут возрасти до 20 %.

Удельные нагрузки по населению в г/(чел·сут) в 85% суток, без учета иловой воды

Параметр Неочищ. стоки, г/(чел· сут)

Время расхода в первичномотстойнике при Qh,DW

0,5-1 час 1,5-2 часа


Расчет параметров дляпроцесса очистки активным илом I

1. Расчет соответствующих расходов и нагрузок2. Выбор процесса очистки

=> нитрификация/денитрификация

Резервуар активного ила (часть 1) Определение азотного баланса Выбор процесса очистки

нитрификация/денитрификация; удаление P; селектор Выбор коэффициента возвратного ила;

прерывистый DN время

Определение денитрификационной способности

Определение необходимого возраста ила

Расчет объема образующегося осадка


N - поступающий на очистку сток:Co,N = Co,org N + Co,NH4-N+ Co,NO3-N+ Co,NO2-N

Баланс азота

Частичноочищенный

сток

Бескислородная зонаДенитрификация

Аэробная зонаОчистка по ХПКи нитрификация

Избыточный ил

Аэрация

Отстойник


Рициркулирующий ил

Поступающий наочистку сток

(после первичногоотстойника)

N - частично очищенный сток:Ce,N = Ce,org N + Ce,NH4-N+ Ce,NO3-N+ Ce,NO2-N

N - осадок:CNÜS = 0,04 - 0,05 · Co,BSB5

Co,TKN


Немецкие стандарты качества коммунальныхсточных вод на выходе; данные мониторинга

Категорияразмера

ЭН на основанииБПК на входе

60 г БПК5/(ЭНсут)

ХПКмг/л

БПК5мг/л

NH4-N *)мг/л

Nобщ неорг.мг/л

Общий Pмг/л

1 < 1000 150 40 – – –

2 1000 до < 5000 110 25 – – –

3 5000 до < 10000 90 20 10 – –

4 10000 до < 100000 90 20 10 18 **) 25 > 100000 75 15 10 13 **) 1

ЭН: эквивалент по населению Постановление о сточныхводах (AbwV от 2004)


Процесс удаления азота (DWA-A 131e, 2000)


Коэффициент возвратного ила I

На рабочие условия в аэротенке и вторичном отстойникевлияет следующее: Концентрация взвешенных веществ иловой смеси в стоке,

поступающем на вторичный отстойник SSEAT

Концентрация взвешенных веществ иловой смеси в возвратномактивном иле SSRS

Коэффициент возвратного ила RS = QRS/Q

Баланс масс взвешенных веществ (без учета XSS,EST)

[кг/м3]


Коэффициент возвратного ила II

QRS = 0,75·QWW,г

макс. QRS = 1,0 ·QWW,г


сток


Поступающий на очистку сток QWW,г

Рициркулирующий ил


Денитрификационная способность

Стандартные показатели для расчета размеров зоны денитрификации для сухойпогоды при температуре от 10 до 12 С при обычных условиях (1 кг азота нитратного

денитрифицируется в 1 кг БПК5 в поступающем стоке)

[Денитрификация в до-бескис-лородной зоне и сопоставимые

процессы]

[Одновременная и прерывистаяденитрификация]

(DWA-A 131e, 2000)


Возраст ила tSS: [сутки]Среднее время удержания активного ила в системе

объем активного ила в аэротенке MLSSAT VATtSS = = объем удаленного ила QÜS MLSSES + Q MLSSE

tSS = 1/(SPd·BSS) tSS = 1/µmax tSS …..10 - 12 дней

MLSSAT: общее количество взвешенных веществ (MLSS) (измер.) [г/л или кг/м3]MLSSE: общее количество взвешенных веществ в избыточном иле

Важные проектные параметры для системыактивного ила

Достаточное время для роста микроорганизмов

Расчет возраста ила (в сутках) зависит от цели очистки и температуры, атакже от размера установки (необходим расчет промежуточных значений)


Необходимый возраст ила (DWA-A 131, 2000)

Расчет возраста ила (в сутках) в зависимости от цели очистки и температуры, а также от размера установки(необходим расчет промежуточных значений)

Размер установки

Менее 1200 кг/сут Свыше 6000 кг/сут

Не рекомендуется

Цель очистки

Проектная температура

Без нитрификации

С нитрификацией

С удалением азота

Стабилизация осадка, включая удалениеазота


Образование ила SPd

SPd = SPd,BOD+ SPd,PSPd,BOD= SPC,БПК * Bd,BOD,ZB

SPd,P [kg/d] = Qd [m³/d] (3 XP,BioP + 6,8 XP,Prec, Fe + 5,3 XP,Prec,Al)/1000

Возраст ила (суток)

Удельное образование ила [кг взвеш. веществ / кг БПК5] при 10-12 С

(DWA-A 131e, 2000)


Расчет параметров вторичного отстойника

1. Выбор илового индекса2. Выбор времени уплотнения осадка tTh в зависимости от выбранного биологического

процесса3. Определение концентрации взвешенных веществ возвратного ила (SSRS)4. Выбор коэффициента возвратного ила (RS) и расчет допустимой концентрации

взвешенных веществ активного ила в биологическом реакторе (SSAT).VAT уменьшается при увеличении SSAT.AST и tST возрастают при увеличении SSAT.

5. Определение площади поверхности вторичного отстойника (AST) по допустимойинтенсивности перелива поверхности qa и интенсивности нагрузки на объем ила qav

6. Определение глубины вторичного отстойника по частичной глубине функциональных зони другим техническим характеристикам

7. Определение параметров устройства для удаления осадка (скребка)8. Подтверждение выбранного времени уплотнения по скорости удаления осадка (работе

скребка)9. Расчет параметров насосов для возвратного ила и избыточного ила

Перенесение: содержание взвешенных веществ


Характерные параметры

Объем ила SV: ОбъемОбъем илаила, , занимаемыйзанимаемый вв 1000 1000 млмл активногоактивного илаила послепосле 3030--

минутногоминутного отстаиванияотстаивания ИзмеряемоеИзмеряемое значениезначение > 250 > 250 млмл разведениеразведение образцаобразца

((коэффициенткоэффициент)) ОбычныеОбычные значениязначения: : 200 200 –– 600 600 млмл

Иловый индекс SVI: Коэффициент объема ила и взвешенных веществ в иловой воде SVI = SV / MLSS ОбычныеОбычные значениязначения: : 75 75 -- 180 180 млмл//гг ОбъемныйОбъемный илил SVI > 150 SVI > 150 млмл//гг

Взвешенные вещества в иловой смеси MLSS: CCодержаниеодержание биомассыбиомассы ОбычныеОбычные значениязначения: : 3 3 -- 6 6 гг//лл

(Steinke, 2009)


Стандартные значения илового индекса

Примерные значенияконцентрации MLSS вбиореакторе зависят отилового индекса SSRS = 0,7·SSBS

= MLSS

Цель очистки

Без нитрификацииНитрификация(и денитрификация)Стабилизация осадка

(SVI) (л/кг) - воздействие промышленных/коммерческих cтоковБлагоприятно Неблагоприятно

(DWA-A 131e, 2000)


Седиментация в горизонтальных вторичныхотстойниках

Приводной двигатель иредуктор

Пеносборник и лоток

Выход

Бункер для осадка

Удалениеосадка

Сборникосадка

Перегородка

(Austermann-Haun, 2011)


Допустимое время (tTh)

Тип очистки сточных вод Время уплотнения tTh [ч]

Биореакторы без нитрификации 1,5 – 2,0

Биореакторы с нитрификацией 1,0 – 1,5

Биореакторы с денитрификацией 2,0 - (2,5)

Для времени уплотнения выше tE = 2,0 ч требуется оченьинтенсивная денитрификация в биореакторе.


Концентрация взвешенных веществ в нижнемиле

Достижимаяконцентрациявзвешенных веществ внижнем иле SSBS

Можно определитьэмпирическим путем взависимости от иловогоиндекса SVI и tTh

[кг/м3]

(DWA-A 131e, 2000)


Интенсивность перелива поверхности иинтенсивность нагрузки на объем ила

Интенсивность перелива поверхности qAрассчитывается на основании допустимойинтенсивности нагрузки на объем ила и объемразбавленного ила DSV следующим образом:

[м/ч]

(DWA-A 131e, 2000)


Расчет параметров вторичного отстойника

QWW,h (м³/ч) - максимальный расходсточных вод, подаваемых на сооружение

SVI (л/кг) – иловый индекс

SSEAT (кг/м³) – концентрация взвешенныхвеществ в сточных водах, поступающих вотстойники

Частично очищенныйсток


QRS


Площадь поверхности отстойника

Необходимая площадь поверхности вторичногоотстойника рассчитывается следующим образом:

Для вертикальных вторичных отстойников эффективнаяплощадь поверхности устанавливается в средней точкемежду входным отверстием и уровнем воды

При этом учитывается обычная геометрия формрезервуаров

[м2]

(DWA-A 131e, 2000)


Горизонтальные круговые вторичные отстойники

(DWA-A 131e, 2000)


Расчет параметров процесса очистки активнымилом II

Резервуар с активным илом (часть 2) Расчет объема биореактораРасчет размеров аэрации (потребность в O2; дневной максимум)Размеры циркуляционных блоков; проектирование циркуляционныхнасосов

Тип биореактораПроверка окислительной мощности и pH

Перенесение: концентрация взвешенных веществ


Объем биореактора

Необходимая масса взвешенных веществ в биореакторе:MSS,AT = tSS,Dim · SPсут [кг]

Объем биореактора рассчитывается следующим образом:

Для сравнения можно рассчитать интенсивность нагрузки пообъему БПК5 (BR) и интенсивность нагрузки на активный ил (BSS):

Нитрификация BSS= 0,10 кг БПК5/(кгвзвеш. веществ·сутки)

Bd = БПК5 QoНитрификация BR =0,35 кгБПК5/(м³·сутки)

Обычное значение MLSS,AT: 2-6 г/л

кг БПК5/(м3 · сутки)

[м3]

кг БПК5/(кг взвеш. веществ·сутки)


Измерение

t

RS

t

RZRStRZ

t

RZ

t

RS

BMorgNANorgNZBNNNH

ANNO

NNH

QQRF

QQсоотвQRFQQ

QQ

QQRC

необходимо

XSCSприSS

RC

.*][

:

1

,,,,4

,3

,4


сток


Поступающий на очистку стокQWW,г

Рициркулирующийил


Расчет параметров аэратора (потребность в O2)

Потребление кислорода для очистки по COUd,C [кг O2/сутки] = OUC,BOD,spez · Bd,BOD,I

Потребление кислорода для нитрификации

OUd,N [кг O2/сут.] = Qd * 4,3*(SNO3,D – SNO3,IAT + SNO3,EST)/1000Потребление кислорода для нитрификации (+)OUd,D [kgO2/сутки] = Qd * 2,9 * SNO3,D / 1000

Удельное потребление кислорода OUC,BOD[кг O2/кг БПК5, действительно для CCOD,IAT/CBOD;IAT ≤ 2.2

Возраст ила в днях

(DWA-A 131e, 2000)


Расчет параметров аэратора (дневная пиковая нагрузка OVh)

Расчетные варианты , нагрузки, которые необходиморассмотреть: :

Соотв: I fN = 1 при fC = x и II fN = x при fC =1

24*)(*

]/[ ,,,2

NdNDdCdCч

OVfOVOVfчкгOOV

С fC и fN = динамические коэффициенты для пиковойнагрузки (в разное время)

Возраст ила (сутки)

4 6 8 10 15 25

fC 1.3 1.25 1.2 1.2 1.15 1.1

fN при BC,BOD,I ≤ 1200 кг/сутки - - - - 2.5 2.0

15fN при BC,BOD,I > 6000 кг/сутки 2.0 1.8 1.5 -

Максимальные факторы интенсивности поглощения кислорода (для покрытия 2-хчасовых пиков по сравнению со среднесуточным значением за 24 ч, если

измерения недоступны)


Подведение итогов

Расчетные объемы резервуаров сильно зависят отправильного расчета нагрузок (Q, ХПК, БПК, N и Р)

Проектирование зависит от возраста ила

Проектирование зоны денитрификации: денитрификационная способность

Проектирование вторичных отстойников основано наобъеме ила

Простой расчет в соответствии с A 131

Компьютерные модели в соответствии с A 131 или аналогичныеподходы

Documents

6. Расчет Параметров и Проектирование Систем Удаления Азота_Стефан Реттиг