Расчет биофильтров
Капельные биофильтры. Расчет биофильтров состоит в определении необходимого объема загрузочного материала для очистки сточной воды и размеров элементов водораспределительных устройств, дренажа, лотков для сбора и отведения воды.
Объем фильтрующей загрузки определяют по окислительной мощности ОМ. Под окислительной мощностью понимается масса кислорода, выраженная в граммах БПК, которая может быть получена в сутки сім3 загрузочного материала биофильтра.
Окислительная мощность биофильтра зависит от температуры сточной воды и наружного воздуха, от характера поступающих загрязнений, материала загрузки, способа подачи воздуха и др.
При расчете биофильтров окислительную мощность, г/(м3-сутки), назначают в зависимости от среднегодовой температуры воздуха:
TOC o "1-3" h z До 3°С » , . ................................................................................... 200
От 3 до 6° С. ..................................................... 150—250
» 6 » 10° С. ................................................................................. 250
10° С................................................................................. 300
При иной среднегодовой температуре окислительную мощность увеличивают или уменьшают пропорционально отношению фактической Температуры к 10° С.
При среднегодовой температуре воздуха до 3° С биофильтры любой пропускной способности размещаются в отапливаемых помещениях с пятикратным воздухообменом в 1 ч; температура в них должна быть на 2° выше температуры сточной воды. В таких же помещениях располагаются биофильтры пропускной способностью до 500 м3/сутки, если среднегодовая температура воздуха 3—6° С. Биофильтры большой пропускной способности в этом случае размещаются в шатрах.
Окислительную мощность биофильтра ОМ, г/(м3«сутки)., можно выразить уравнением
|
Lg - Lt Wi |
|
Lf ОМ |
|
ИЛИ Wj: |
|
ОМ |
|
(Ч.144) |
Где L.
Биохимическая потребность в кислороде, г на 1 м3 поступающей на биофильтр воды; Lt— то же, выходящей с фильтра (очищенной) воды; Wx—объем фильтрующего материала, м3, необходимый для очистки 1 м3 сточной воды в сутки.
Допустимая нагрузка, т. е. расход, м3/сутки, сточных вод, которые могут быть очищены на 1 м3 фильтрующей загрузки, определяется из уравнения
|
(4.145) |
|
Яо |
ОМ
La~ U
Нагрузка по воде (для открытых биофильтров) при различных значениях БПКго поступающих на биофильтр сточных вод может быть принята по табл. 4.44*.
|
Таб-лиц^а 4.44 Нагрузка сточных вод на биофильтры в зависимости от БПК2о
15 мг/л. БПКа» очищенной воды принята равной 0; в практике она колеблется от ГО да |
Зная расход сточных вод Q, м3/сутки, поступающих на станцию, и допустимую нагрузку q0, нетрудно определить необходимый объем загрузки, м3:
W = Qfq0. (4.146)
Капельные биофильтры можно рассчитывать по методу кафедры канализации МИСИ в следующем порядке:
А) определяется коэффициент
/С = LJLt, (4.147)
Где La— БПК20 сточной воды, поступающей на биофильтры (без рециркуляции — не более 220 мг/л);
Lt— БПК20 выходящей воды;
Б) по среднезимней температуре воды Т и значению К определяются высота биофильтра Н и гидравлическая нагрузка Q (табл. 4.45); если полученное значение К превышает значения, приведенные в табл. 4.45, необходимо вводить рециркуляцию и расчет производить по методике расчета высоконагружаемых биофильтров с рециркуляцией;
В) по расходу очищаемых сточных вод (Q, м3/сутки) и гидравлической нагрузке [q, м3/(м2-сутки)] определяется общая площадь биофильтров
F = Q/Q. (4.148)
|
Таблица 4.45 Параметры капельного биофильтра
|
|
П р*и м е ч а н и е. Перед чертой даны значения К для высоты биофильтра #=1,5 м, за чертой #=2 м. |
Биофильтры устраивают в виде отдельных секций. Число и размеры секций зависят от способов распределения сточной воды по поверхности, условий их эксплуатации и пр.; число секций должно быть не менее 2 и не более 6—8; все секции должны быть рабочими.
Высоконагружаемые биофильтры. В результате исследований, проведенных АКХ и МИСИ (И. С. Постников, В. В. Безенов и С. В. Яковлев), разработаны достаточно точные методы расчета высоконагружаемых биофильтров.
По заданным БПКго очищенной воды Lt, г/м3, устанавливается концентрация подаваемых на биофильтр сточных вод или концентрация смеси их с разбавляющей водой (допустимая) LCM, которая может быть допущена при данной высоте биофильтра и температуре сточной воды:
LCM=kLt, (4.149)
Значение K принимается по табл. 4.46.
По допустимой концентрации смеси и БПКго поступающей сточной воды La, г/м3, устанавливается коэффициент рециркуляции
|
|
Таблица 4.46
Значения K Для определения LCm
Значения K При рабочей высоте биофильтров, м
2,5
3.3
|
Среднезимняя температура сточных вод, X |
|
3,5 5,7 7.5 9.6 |
|
2,5 3.3 4.4 |
|
7.5 9.6 12 |
|
4.4 5,7 7.5 |
|
От 8 до 10 . » 10 » 14 » 14 и выше |
4.4 5,7
Где n=Qp/Q — отношение рециркуляционного расхода qv к расходу сточной воды Q.
Площадь биофильтров может быть определена по формуле
F=*Q{n + l)Lcu/Nt (4.151)
Где Q — среднесуточный приток сточной воды, м3;
N—допустимая нагрузка, г БПК20 на 1 м2 площади биофильтра в сутки, принимаемая в зависимости от среднегодовой температуры воздуха:
TOC o "1-3" h z До 3°С. ....................................... . . . ................................... 1700
От 3 до 6° С............................................................................ 2300
Более 6° С. , . ........................................................................ 3000
Общий объем фильтрующей среды W, м3, определяется по формуле
W = FH, (4.152)
Где Н—рабочая высота биофильтра, м.
Гидравлическая нагрузка q, м3/(м2-сутки), на поверхность биофильтра определяется по формуле
Q = M/LCM. (4.153)
Гидравлическая нагрузка должна быть 10—30 м3/(м2- сутки). Если при вычислении она получается менее 10 м3/(м2-сутки), следует увели-* чить рециркуляционное отношение и снизить высоту биофильтра.
Высоту биофильтра назначают в зависимости от местных условий и требуемой степени очистки сточных вод. Если очищенная сточная вода должна иметь БПК2о=25... 30 мг/л, высота биофильтра должна быть не менее 2 м, если БПК2о=20 мг/л — не менее 3 м и при БПКго= 15 мг/л — не менее 4 м.
Приведенный метод имеет серьезные недостатки: высота биофильтра может назначаться в пределах от 2 до 4 м; отсутствует возможность проанализировать работу действующих биофильтров и рассчитать биофильтр на любую заданную степень очистки и пр.
Более точным является метод, предложенный проф. С. В. Яковлевым. Он дает возможность рассчитать биофильтр на любую пропускную способность и степень очистки.
Как известно, одновременно с процессом изъятия из сточных вод загрязняющих их веществ в теле биофильтров идет процесс окисления этих веществ. При этом, естественно, окисление идет значительно медленнее, чем изъятие загрязнений.
На основании анализа каждого процесса проф. С. В. Яковлевым предложены уравнения, характеризующие зависимость между основными факторами, обусловливающими работу биофильтров, и рекомендован графоаналитический метод расчета биофильтров.
Координатами графика, приведенного на рис. 4.94, являются условный эффект очистки Э% и опытный критериальный комплекс Фя:
Э=тЦИа, (4.154)
Фя= 10^ Я/90'4 , (4.155)
Где Н — высота фильтра, м;
Kf—константа изъятия загрязнений, определяемая по уравнению Стриттера:
Kt = ft20.1,047г-20; (4.156)
Q— гидравлическая нагрузка, м3/(м2-сутки). Получены также аналитические уравнения приведенной на рис. 4.94 кривой при La/LfClO и при LJLt^ 10*.
Уточненная формула для определения параметров биофильтра для очистки бытовых сточных вод имеет вид:
ЯВ0-6 Kt
(4.157)
U Q-
|
La |
|
Lf Нги |
|
Рис. 4 95. Кривая зависимости Lf=f(T)) |
|
Lg |
Где В— расход воздуха, м3 на 1 м3 воды.
|
|
|||||||||||||||||
|
Рис. 4.94. Кривая эффективности работы биофильтров |
Эта формула справедлива для биофильтров, работающих с рециркуляцией и без нее.
Значения аир приведены в табл. 4.47.
|
Таблица 4.47 Значения коэффициентов а и (3
|
При работе фильтров с рециркуляцией L0=LCM, тогда
Ьсм=Юаф+р1* = №, (4.158)
Где
К = IoaHB°'6V^0,4 + Р. (4.159)
Для упрощения расчетов по формуле (4.159) составлена табл. 4.48. Биофильтры рассчитывают с помощью табл. 4.48 в следующем порядке:
А) определяют коэффициент
K = ULit
•"Яковлев С. В., Воронов Ю, В. Биологические фильтры. М., Стройиздат, 1975.
Где La — БПКзо сточной воды, поступающей на биофильтры (без рециркуляции не более 300 мг/л); Lt— БПК20 выходящей воды;
|
Таблица 4.48 Значения коэффициента К по формуле (4.159)
|
|
При В=8 м? на 1 ж3 воды
|
|
При В = 10 м3 на 1 ж3 воды
|
|
При В —12 м3 на 1 л3 воды
|
Б) по среднезимней температуре сточной воды Т и найденному значению К определяют Н, Q и В по табл. 4.48; если полученное значение К Отличается от приведенных в табл. 4.48, следует принимать для очистки без рециркуляции Н, Q и В по ближайшему большему значению К, для очистки с рециркуляцией — по меньшему (решается технико-экономическим расчетом);
В) определяют БПК20 смеси сточных вод и коэффициент рециркуляции (для биофильтров с рециркуляцией) по формулам (4.158) и (4.150);
Г) определяют площадь биофильтров по формулам: для биофильтров без рециркуляции
F = Q/Q, (4.160)
Для биофильтров с рециркуляцией
F = Q{N+)!Q. (4.161)
Если 1а>300 мг/л, следует принимать К—300/Lt. Из табл. 4.48 выбираем значение /С^ЗОО/Lf; значение п определяем [см. формулу (4.150)] по jLCm — 300 мг/л. Если табличное /C<C300/JLf, то LCM определяется по формуле (4.158).
Расчет биофильтров с пластмассовой загрузкой можно производить по кривой, приведенной на рис. 4.95, или по критериальному комплексу
KJ = PHkt/F, (4.162)
Где Р—пористость, %;
F — масса органических загрязнений, поступающих в сутки на 1 м* площади поверхности загрузочного материала:
F = Llq/S = M/S; (4.163)
Здесь 5 — поверхность загрузки.
Значение kt вычисляется по формуле (4.156).
Если Lt находится в интервале от 7 до 11 мг/л, то его значение определяется ПО формуле Lt= 10 1.23-0,066Л и
Н= 15,13(1,23 — lg Li)F/(Pkt). (4. 164)
Если lls^L^lOO мг/л, то Lt= Ю2'[18]-0-385^ и
Н = 2,6(2,13— LgLi)F/(Pkt), (4.165)
