Súčasný spôsob dimenzovania komunálnych ČOV pri projektovaní … · 2015. 7. 29. · Zákon č. 184/2002 Z. z. SR, Nariadeniu vlády SR č. 296/2005 Zb. z., Smernici Rady Európy

Súčasný spôsob dimenzovania komunálnych ČOV pri projektovaní ich rekonštrukcií

a rozšírení

Ing. Karol Kucman, CSc. , VÚVH Bratislava

Zaužívaný postup dimenzovania ČOV

1. Analýza vstupných údajov množstva a kvality odpadových vôd2. Analýza požiadaviek na kvalitu vyčistenej vody

- všeobecné požiadavky Zákon č. 184/2002 Z. z. SR, Nariadeniu vlády SR č. 296/2005 Zb. z.,Smernici Rady Európy 91/271/EEC z 21. 5. 1991

- veľkosť zdroja látkového znečistenia, veľkosť aglomerácie- vodnatosť toku, klasifikácia toku podľa účelu využitia- vplyv zvyškového znečistenia na tok

3. Návrh mechanického predčistenia4. Návrh biologického stupňa čistenia – aktivačných nádrží5. Návrh dosadzovacích nádrží6. Návrh prípadného terciárneho stupňa dočistenia7. Linka spracovania kalov

Dostupná metodika dimenzovania ČOV

STN 75 64 01- obsahovo a metodicky dominuje biologický stupeň čistenia aktivácia s odstraňovaním N a P, ale bez dostatočnej metodiky pre návrh dosadzobvacej nádrže bez spôsobu stanovenia charakteristických parametrov vstupných údajov látkových tokov

ATV 131- dominantné postavenie procesov biologického čistenia s odstraňovaním N a P s rovnakým dôrazom na návrh dosadzovacích nádrží

ATV-D VWK-A 131E- komplexný návod, nesie znaky spôsobu optimalizácie návrhu ČOV, pracuje s nižšími hodnotami oxického veku kalu, pre vstup látkového toku uvažuje výhradne 85 % pravdepodobnosť neprekročenia a nie strednúhodnotu – ročný priemer

Analýza vstupných údajov

ČOV Zeleneč - látkové znečistenie privádzané na ČOV v období rokov 2002 - 2003

17992

9094

0

10000

20000

30000

40000

0 20 40 60 80 100Pravdepodobnosť neprekročenia [%]

M(CH

SKCr

) [kg

/d]

0

10000

20000

30000

40000

M(BS

K5)

[kg/

d]

Skutočnosť CHSKCrNávrh CHSKCrSkutočnosť BSK5Návrh BSK5


ČOV Zeleneč - látkové znečistenie privádzané na ČOV v období rokov 2002 - 2003

1501

194

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 20 40 60 80 100Pravdepodobnosť neprekročenia [%]

M(N c)

[kg/

d]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

M(P c)

[kg/

d]

Skutočnosť Nc

Návrh Nc

Skutočnosť Pc

Návrh Pc


Projekt - ČOV Posudzovaný parameter

AV (kg/d)

X85/AV skutočné

rozdelenie SD/AV

X85 / AV normálne rozdelenie

Devínska N. V. CHSKCr 1,52 0,55 1,57

ÚČOV Vrakuňa BSK5 21007 1,20 0,30 1,31

Stará Ľubovňa BSK5 837 2,1 0,603 1,62

Levoča BSK5 637 1,24 0,30 1,31

Šahy BSK5 445 1,36 0,53 1,55

Modra BSK5 626 1,37 0,767 1,79

Trnava BSK5 13467 1,34 0,39 1,40

Topvar –teplé vody CHSKCr 4277 1,73 0,75 1,78

Istrochem – odtok z MCHČOV

CHSKCr 5000 1,33 0,375 1,39


ČOV Bratislava-Vrakuňa - prítok látkového znečistenia v surovej odpadovej vode v období rokov 2002 - 2003

5807

1109

0

2000

4000

6000

8000

10000

0 10000 20000 30000 40000M(BSK5) [kg/d]

M(Nc

) [kg

/d]

0

1000

2000

3000

4000

5000

M(P c

) [kg

/d]

Nc Pr oj. Nc Pc Pr oj. Pc


250

1250

2250

3250 25

00

5500

8500

1150

0

1450

0

1750

0

2050

0

2350

0

0

5

10

15

20

25

Znak triedy BSK5

[kg/d]Znak triedy Nc [kg/d]

Poče

tnosť

ČOV Zeleneč - podmienené rozdelenie stavov privádzaného látkového zaťažovania BSK 5 a Nc

2500

5500

8500

11500

14500

17500

20500

23500


ČOV Zeleneč - krivka podmieneného rozdelenia priemerov látkového znečistenia prítoku Nc odpadových vôd v období

rokov 2002 - 2003

807,3

0200400600800

100012001400160018002000

0 5000 10000 15000 20000 25000Znak triedy BSK5 [kg/d]

Podm

ienen

ý prie

mer

Nc [k

g/d]


ČOV Bratislava - Vrakuňa - krivka podmieneného rozdelenia priemerov látkového znečistenia prítoku odpadových vôd v období rokov 2002 -

2003

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 10000 20000 30000 40000 50000

Znak triedy BSK5 [kg/d]

Podm

ienen

ý prie

mer

Nc [

kg/d

]


Projekt - ČOV Korelačný koef.

BSK5 - CHSKCr

Korelačný koef.

BSK5 - Nc

Devínska N. V. 0,874 0,530

ÚČOV Vrakuňa 0,78 0,55

Stará Ľubovňa 0,865 0,527

Levoča 0,946 0,40

Modra 0,998 0,48

Trnava 0,940 -0,02

Aktivačný systém biologického čistenia

Obehová nádrž(nitrifikačná a denitrifikačná zóna)

Dosadzovacia nádržAnaeróbna zóna

OdtokPrítok

Vratný kal

- s úplným biologickým odstraňovaním organického znečistenia - so zvýšeným biologickým odstraňovaním dusíka nitrifikáciou a denitrifikáciou- so zvýšeným biologickým a chemickým odstraňovaním fosforu- dosadzovacia nádrž s horizontálnym pretokom

1. krok konvenčného dimenzovania

Stanovenie zásoby sušiny kalu pri návrhovej hodnote veku kalu

ZSK = f(BSK5, NLs,Q24,Tmin) [ kg]

Na základe doporučení normy navrhujeme koncentráciu sušiny kalu v aktivačnom systéme

X [kg/m3]

Stanovenie objemu aktivačných nádrží

VAN = ZSK / X [m3]

2. krok konvenčného dimenzovania

Stanovenie podľa doporučení normyobjemové zaťažovanie separačnej plochy kalom objemový index kalu doba zahusťovania kalu koeficient nariedenia kalu

Výpočet zón dosadzovacej nádržezóna čistej vodyzóna separácie kaluzóna akumulácie kaluzóna zahusťovania a transportu kalu

Výpočet recirkulačného pomeru Výpočet separačmnej plochy dosadzovacích nádržíVýpočet objemu dosadzovacích nádrží

VDN = f(Qn, X, qsv, KI, tz)

Model biologického reaktora podľa ATV131 – aktivácia

Minimálna návrhová teplota °C Podľa ATV 131 Tmin = 10 °C, Tmin,g = 12 °CMaximálna teplota °C Ak nie sú informácie z meraní, tak pre mestské ČOV Tmax = 20 °CTeplotný faktor pri Tmin - 1,072Tmin-15

Teplotný faktor pri Tmax - 1,072Tmax-15

Podiel aktivovaného kalu v anaeróbii - fa = 1- fd - foPodiel aktivovaného kalu v denitrifikácii - fd = 1 - fa - fo

Podiel aktivovaného kalu v oxickej časti aktivácie - fo = 1- fa - fdNavrhový oxický vek kalu d Θox = 6,4 . 1,103(15-T(min)); Θox = 4,8 . 1,103(15-T(min))

Celkový vek kalu d Θ tot= Θox/(1-fa-fd)Špecifická dávka Fe3+ na 1 kg fosforu kg/kg Aplikácia chemického zrážaniaCelková dávka Fe3+ kg/d M(Fe3+) = ŠDFe.(M(Pc)ei -M(Ps,Tmax) - M(Pc)e)Denná produkcia chemického kalu kg/d PCHS = 2,5 . M(Fe3+)Zásoba sušiny chemického kalu kg ZCHS = PCHS . Qtot

Špecifická produkcia sušiny biologického kalu pri Tmin kg/kg ŠPS = 0,6.(NLs/BSK5+1) - 0,432.F / (1/Θ tot+0,08.F)Zásoba sušiny aktivovaného kalu pri Tmin kg/d ZSAK(Tmin) = ŠPS(Tmin) . M(BSK5)ei+ZCHSPredpokladaný maximálny index kalu v kontaktore l/kg KImax = X(Tmin) / V30

Celkový objem konvenčnej aktivácie m3 Vakt = ZSAK / X(Tmin)Doba zahusťovania kalu v dosadzovacej nádrži h Podľa ATV 131 nemá prekročiť úroveň 2 hodínKoncentrácia zahusteného kalu v dosadz. nádržiach kg/m3 XDN = (1000 / KI) . tz1/3

Koeficient narieďovania vratného kalu - DN s horizontálnym prietokom-zhrabovacie lišty: 0,7; odsávače: 0,5-0,7Koncentrácia vratného kalu Xr = fr . XDN a zároveň Xr = X(Tmin) . (Re + 1) /Re

Model biologického reaktora podľa ATV131 –dosadzovacia nádrž

Koncentrácia aktivovaného kalu v prítoku kg/m3 Xn

Objemový index aktivovaného kalu l/kg KI = X/ V30

Max.prítok na biologický stupeň čistenia m3/h Qn = 2Qd - Qb alebo Qn = 1,2 .Qh,max

Charakter prietoku dosadzovacou nádržou s horizontálnym prietokomObjemové zaťaženie efektívnej separačnej plochy kalom l/m2.h qsv = X . KI. Qhm / ΣAi

Povrchové hydraulické zaťažovanie efektívnej plochy pri Qn m/h qa =qsv / X . KIDoba zahusťovania kalu v dosadzovacej nádrži h Podľa ATV 131 nemá byť väčšia než 2 hodiny.Koncentrácia zahusteného kalu kg/m3 XDN = (tz)1 / 3 .1000 / KIKoeficient nariedenia vratného kalu pri jeho odťahovaní - Závisí na konštrukcii zhrabovacieho zariadenia.Koncentrácia vratného kalu kg/m3 Xr = fr . XDN a Xr = X . (Re + 1) / Re

Recirkulačný pomer vratného kalu - Re = X / (Xr - X)Hĺbka zóny čistej vody m Bežne definovaná hĺbka zóny 0,5 m.Hĺbka separačnej zóny m h2 = 0,5 . qa . (1+Re) / (1 - X . KI / 1000)Hĺbka akumulačnej zóny m h3 = 0,3 . X . KI .1,5 .qa . (1+ Re) / 500Hĺbka zóny zahusťovania a transportu kalu m h4 = qsv . (1 + Re) .tz / (300 .tz + 500)Celková hĺbka dosadzovacej nádrže v 2 / 3 priemeru m htot = h1 + h2 + h3 + h4

Separačná plocha všetkých dosadzovacích nádrží m2ΣAi = Qh,max / qa

Približný objem dosadzovacích nádrží m3ΣVDN = htot . ΣAi

Recirkulované množstvo vratného kalu m3/h Qr = Re . Qh,max

Kontrola výpočtu podľa vzťahu l/m2.h qsv = (190 . ht) / (1 + Re)Plošné látkové zaťažovanie pri max. prietoku kg/m2.h Podľa kvality kalu Na = 5 - 6 kg/m2.h

Doporučované hodnoty objemových indexov kalu podľa ATV131

Odpadové vody/špecifické zaťažovanie kalu podľa BSK5

Bx >0,05 kg/kg.d Bx =<0,05 kg/kg.d

s nízkym podielom priemyselných odpadových vôd

100 –150 ml/g 75 – 100 ml/g

s vysokým podielom priemyselných odpadových vôd

150 – 180 ml/g 100 – 150 ml/g

Doporučované koncentrácie sušiny kalu podľa ATV131

X [kg/m3]Spôsob aktivačného procesu

s primárnou sedimentáciou

bez primárnej sedimentácie

bez nitrifikácie od 2,5 do 3,5 od 3,5 do 4,5

s nitrifikáciou od 2,5 do 3,0 3,5

s nitrifikáciou a denitrifikáciou od 2,5 do 3,5 od 3,5 do 4,5

s aeróbnou stabilizáciou - od 4,0 do 5,0

so simultánnym zrážaním fosforu od 3,5 do 4,5 od 4,0 do 5,0

Aktivácia Dosadzovacianádrž

Aktivácia Dosadzovacianádrž

BS

K5

Vplyv narieďovania látkového toku na proporcie reaktorových nádrží

Koncentrovaná

Nariedená

Stanovenie optimálnej návrhovej koncentrácie sušiny kalu v aktivácii

Stanovenie optimálnej návrhovej koncentrácie sušiny kalu poskytuje návrh aktivačného systému s minimálnym celkovým

objemom súčtu aktivačných a dosadzovacích nádrží.

Aktivačný systém = Kontaktor a regenerácia + Dosadzovacia nádrž

(Vas)i = V(BSK5, NL105, Q24, Tmin, Xi ,Xr ) + VDN(Xi, Qn, qsv, KI, tz)

Optimálna návrhová koncentrácia sušiny kalu: Xi = Xopt

(Vas)min = V(BSK5, NLs, Q24, Tmin, Xopt ,Xr ) + VDN(Xopt, Qn, qsv, KI, tz)

Zobrazenie optimalizovaného návrhu reaktorových objemov aktivácie a návrhovej koncentrácie sušiny

kalu

Závislosť reakot rových objemov akt ivácie na návrhovej koncent rácii kalu v kont akt ore pre ČOV = 50000 EO a pri KI =

130 ml/g

21541

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1,50 2,50 3,50 4,50 5,50Koncentrácia sušiny kalu v kontaktore [kg/m3]

Objem

[m3 ]

Dosadzovacienádrže

Kontaktor aregenerácia

Aktivácia

Minimálnyreaktrový objem

Návrh podľa A

TV

131

Stanovenie optimalizovanej koncentrácie kalu pri rôznych objemových indexoch kalu

2,0 2,3 2,6 2,9

3,2

3,5

3,8

4,1

4,4

4,7 80 100 12

0 140 16

0

05000

100001500020000250003000035000400004500050000550006000065000

V [m3]

X [kg/m3]KI [ml/g]

60000-65000

55000-60000

50000-55000

45000-50000

40000-45000

35000-40000

30000-35000

25000-30000

20000-25000

15000-20000

10000-15000

Čiara minimálnych objemov závislých na koncentrácii kalu a objemovom indexe kalu

KI Návrhová koncentrácia sušiny v kontaktore kg/m3

ml/g 2,9 3,1 3,2 3,4 3,5 3,7 3,8 4,0 4,1 4,3 4,4 4,6 4,7 4,9 5,080 1609090 17211

100 18320 110 19408 120 20476 130 21541 140 22579 150 23604 160 24622 170 25631

Objem aktivačného systému v m3

Objem aktivačného systému v m3

Zobrazenie čiary minimálnych návrhových objemov aktivačného systému

2,0

2,5

2,9

3,4

3,8

4,3

4,7

80 100 120 140 160

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

V [m3]

X [kg/m3]

KI [ml/g]

80 90

100 110

120 130

140 150

160 170

Zaužívané chyby dimenzovania aktivačného systému

• Ignorovanie variability v produkcii látkového znečistenia v prítoku na súčasnú alebo budúcu ČOV.

• Použitie nereprezentatívnych návrhových hodnôt látkového zaťažovania.

• Predpokladanie neskutočných korelácií medzi jednotlivými návrhovými parametrami CHSKCr, Nc, Pc.

• Metóda založená na jednoduchej postupnosti výpočetných krokov neobsahuje vlastnú bilančnú analýzu a často býva zaťažená nasledujucim ďalšími chybami.

V 1. kroku Často sú dimenzované reaktorové nádrže aktivácie, kde sú zvyčajne uplatňovanénajvyššie doporučované koncentrácie sušiny kalu bez ohľadu na možnosťdosahovania vysokých hodnôt objemových indexov kalu. Takéto koncentrácie sušiny nebudú v systéme udržateľné bez zväčšenia recirkulácie vratného kalu a objemu dosadzovacích nádrží

V 2. kroku Dosadzovacie nádrže bývajú nadimenzované síce s navrhnutou koncentráciou kalu, ale s optimistickou hodnotou objemového indexu kalu

Príklad – ČOV s kapacitou 50 000 EO

• Zjednodušenia- výlučne splaškové odpadové vody- bez balastných a zrážkových vôd- odstraňovanie organického znečistenia, zvýšenéodstraňovanie N a P- chemické a biologické procesy v dosadzovacej nádrži neprebiehajú

• Skúška citlivosti- teplota aktivačnej zmesi - vstupná koncentrácia odpadovej vody- vplyv zmeny zhrabovacieho zariadenia a stupňa nariedenia kalu - zaradenie usadzovacej nádrže pred biologickú linku- význam zmeny prietoku počas dňa

ČOV 50 000 EO BSKi = 150 mg/lKI = 120 ml/g Q24 = 231 l/s Qn = 336 l/s

Závislosť reakotrových objemov aktivácie na návrhovej koncentrácii kalu v kontaktore

18346

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1,50 2,50 3,50 4,50 5,50

Koncentrácia sušiny kalu v kontaktore [kg/m3]

Objem

[m3 ]



Aktivácia




16079

0

5000

10000

15000

20000

25000

1,50 2,50 3,50 4,50 5,50Koncentrácia sušiny kalu v kontaktore [kg/m3]

Objem

[m3 ]



Aktivácia




12650

0

5000

10000

15000

20000

1,50 2,50 3,50 4,50 5,50 6,50

Koncentrácia sušiny kalu v kontaktore [kg/m3]

Objem

[m3 ]



Aktivácia


Výsledky citlivostnej analýzy optimalizovaného dimenzovania aktivačného systému

Veľkosť ČOV EO 50000 50000 50000 50000 50000 50000

Zdržná doba v UN min 0 0 0 0 0 25Min. teplota Tmin °C 10 10 10 8 10 10Doba zahusťovania tz h 2 2 2 2 2 2Špec. produkcia OV l/EO.d 150 300 150 150 150 150Faktor nariedenia fr - 0,7 0,7 0,6 0,7 0,95 0,7(BSK5)ei mg/l 380 190 380 380 380 270KI ml/g 140 140 140 140 140 140Xn g/l 3,80 3,20 3,50 3,95 4,40 3,50Vakt aktivačné nádrže m3 13864 16609 15052 16164 11974 9423VDN dosadz. nádrže m3 5631 7667 5841 6244 5435 4624Vas všetky nádrže m3 19495 24276 20894 22407 17409 14047

Závery

Posúdenie celého systému biologického čistenia (aktivácia a dosadz. nádrž)poskytuje efektívny návrh dimenzovania nielen aktivácie, ale i dosadzovacejnádrže.

Pri rekonštrukciách jestvujúcich ČOV posúdenie celého systému biologického čistenia (aktivácia a dosadz. nádrž) poskytuje analýzu, ktorákvantitatívne určuje mieru záťaží a disfunkcie spôsobenej jednotlivými časťami biologickej linky.

Matematický model optimálneho návrhu umožňuje hľadať riešenia a odstraňovať disfunkcie v jednotlivých častiach aktivačného systému pomocou riešenia v inej časti systému aktivácie

Documents

Súčasný spôsob dimenzovania komunálnych ČOV pri projektovaní … · 2015. 7. 29. · Zákon č. 184/2002 Z. z. SR, Nariadeniu vlády SR č. 296/2005 Zb. z., Smernici Rady Európy