КАНАЛИЗАЦИЯ

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

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

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*.

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)

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

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-

Где В— расход воздуха, м3 на 1 м3 воды.

Эта формула справедлива для биофильтров, работающих с рецирку­ляцией и без нее.

Значения аир приведены в табл. 4.47.

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;

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)