Oczyszczanie ścieków 2 - projekt

(1)

Oczyszczanie ścieków 2 - projekt Zajęcia 4

INSTRUKCJA NR 6. GOSPODARKA OSADOWA

Opracowano na podstawie materiałów opracowanych przez dr inż. Michała Mańczaka i mgr inż. Małgorzatę Balbierz

(2)

Plan zajęć

1. Wyznaczenie ilości powstających osadów na oczyszczalni oraz bilans masy osadów

2. Dobór zagęszczaczy grawitacyjnych 3. Dobór zagęszczaczy mechanicznych

4. Dobór zamkniętych komór fermentacyjnych (WKF)

5. Dobór zbiorników nadawy

6. Dobór urządzeń do odwadniania

(3)

Obliczenia ilości powstających osadów

Jakie osady powstają na oczyszczalni?

• Wstępne

• Pośrednie

• Wtórne

(4)

Schemat gospodarki osadowej

Stacja

mechanicznego odwadniania

osadów

Zbiornik nadawy

Osadnik wstępny

Grawitacyjne zagęszczanie

osadów

Osadnik wtórny

Mechaniczne zagęszczanie

osadów

Zamknięta komora fermentacyjna

Cel: zmniejszenie ilości osadów – co

umożliwi zmniejszenie

komór fermentacyjnych

(5)

Obliczenia ilości powstających osadów

• Osady wstępne

• Osady pośrednie

• Osady wtórne (nadmierne)

(6)

Masa osadów wstępnych

Dane wyjściowe:

• Q_NOM = 24216 m³/d

• C₀ = 529 g/m³

• η = 70%

(7)

Masa osadów wstępnych

1000

529 24216 70% 1000

8970 /

zaw p OSwst

OSwst

C Q SM

SM

SM kg d



^

= 

=  

=

(8)

Masa osadów wtórnych

d sm

kg M

M M

M

M_os^wt = _os^biol + _os^inert + _os^mineral + _os^chem, /

M_os^wt - masa osadów wtórnych, kg sm/d

M_os^biol - masa osadów z biologicznego oczyszczania ścieków, kg sm/d

M_os^inert - masa osadów inertnych, części org. osadów biologicznych, nierozkładalne kg sm/d

M_os^mineral - masa osadów mineralnych, kg sm/d M_os^chem - masa osadów powstających w wyniku

chemicznego wspomagania biologicznego oczyszczania ścieków, kg sm/d

(9)

Masa osadów z biologicznego oczyszczania

(

^C ^C

)

^X ^[^kgsm ^/ ^d^]

Q

M _os^biol = _o − _e   _j

• M_os^biol – produkcja osadów biologicznych, [kgsm/d]

• Q - nominalne natężenie przepływu ścieków,

• C_o– wartość wskaźnika BZT₅ na dopływie do stopnia biologicznego,

• C_e – wartość wskaźnika BZT₅ na odpływie ze stopnia biologicznego,

• ΔX_j – jednostkowa produkcja osadów,

kgsm/kgBZT₅

(10)

Masa osadów z biologicznego oczyszczania

( ^C ^C ) ^X ^[ ^kgsm ^/ ^d ^]

Q

M

_os^biol

=

_o

−

_e

 

_j

• Q = 24216 m³/d ,

• C_o = 332 gO₂/m³,

• C_e = 15 gO₂/m³,

• ΔX_j = 0,65 kgsm/kgBZT₅

( )

1, 03 24216 332 15 0, 65 1000

5143 /

biol os

M

M kgsm d

  − 

=

(11)

Masa osadów inertnych

( ^I ^I ) ^kgsm ^d

f Q

M

_os^inert

= 

_i



_o

−

_e

, /

• f_i – współczynnik uwzględniający stabilizację osadów inertnych,

• I_o – stężenie zawiesin inertnych w dopływie, kgsm/m³

• I_e = 0 – stężenie zawiesin inertnych w odpływie, kgsm/m³

(12)

Masa osadów inertnych

WO=13,2d f_i=0,75

(13)

Masa osadów inertnych

Stężenie zawiesin inertnych w dopływie do bloku technologicznego oblicza się wg wzorów:

] /

5 [ , 1 09 ,

0

₃

m ChZT gsm

I

_o

= 

^o

] /

5 [ , 1 16 ,

0

₅ ₃

m BZT gsm

I

o o

= 

Wybieramy wartość bardziej niekorzystną!

(14)

Masa osadów inertnych

3

5 47,4 /

5 , 1

444 16

, 0 5

, 1 16 ,

0 BZT g sm m

I_o  =  =

=

/ 3

3 , 5 56

, 1

938 09

, 0 5

, 1 09 ,

0 ChZT g sm m

I_o  =  =

=

d sm kg

M _os^inert 1053 /

1000 0 3

, 75 56

, 0 24216 03

,

1    − =

=

( ^I ^I ) ^kgsm ^d

f Q

M

_os^inert

= 

_i



_o

−

_e

, /

(15)

Masa osadów mineralnych

d sm

kg e

C Q

M _os^min =  _o  (1 −



)  , /

• M_os^min – masa osadów mineralnych z zawiesin doprowadzanych do części biologicznej, kg sm/d

• C_o– stężenie zawiesin na dopływie do stopnia mechanicznego

•  – sprawność usuwania zawiesin ogólnych w stopniu mechanicznym

• e – udział zawiesin mineralnych w ogólnej ilości zawiesin

(16)

Masa osadów mineralnych

• C_o = 529 g sm/m³

•  = 0,7

• e -z przedziału (0,2-0,3), przyjęto e = 0,2 d

sm kg

e C

Q

M _os^min =  _o  (1−)  , /

d sm kg

M _os^min = 24216 529 (1−0,7)0,2 = 769 /

(17)

Masa osadów chemicznych

Skąd się biorą osady chemiczne?

Z chemicznego strącania fosforu

(18)

Masa osadów chemicznych

Dane wyjściowe do obliczeń:

• C _{P M} - stężenie fosforu w ściekach kierowanych do bloku biologicznego,

• C_{P O} - stężenie fosforu w ściekach oczyszczonych,

• X_biol - produkcja osadu,

• X_{biol org.}- biomasa biologicznie czynna: 70%

(19)

Masa osadów chemicznych

• Założono 4 % wbudowanie fosforu w biomasę.

• Do chemicznego strącania fosforu przewidziano stosowanie siarczanu glinowego. Z 1 g

usuwanego fosforu powstaje 6,45 gsm osadu (q_j = 6,45 g sm/g usuwanego P).

(20)

Masa osadów chemicznych

8,32 g sm/gP_us 10,48 g/gP_us

FeCl₃

5

FeCl₃ · 6H₂O

4

Fe₂(SO₄)₃ · 9H₂O

3

FeSO₄ · 7H₂O

2

Al₂(SO₄)₃ · 18H₂O

1

4 3

2 1

Masa osadu **, g sm Zużycie *, g

Wartości na 1 g P usuwanego Koagulant

L.p.

FeCl₃

5

FeCl₃ · 6H₂O

4

Fe₂(SO₄)₃ · 9H₂O

3

FeSO₄ · 7H₂O

2

Al₂(SO₄)₃ · 18H₂O

1

4 3

2 1

Masa osadu **, g sm Zużycie *, g

Wartości na 1 g P usuwanego Koagulant

L.p.

(21)

Masa osadów chemicznych

• C _{P M} =11,7 gP/m³,

• C_{P O} =1,0 gP/m³,

• ładunek początkowy fosforu 148 kgP/d

• X_biol = 5197 kg sm/d

• X_{biol org.} = 70% tj. 3600 kg smo/d

• Założono 4 % wbudowanie fosforu w biomasę.

Zatem ilość wbudowanego fosforu wynosi:

3000 kg smo/d ∙ 0,04 = 144,0 kgP/d

(22)

Masa osadów chemicznych

Stężenie fosforu w ściekach po biologicznej defosfatacji:

Ł_K = Ł_pocz. - Ł_wbudowany

Ł_K= 148 kgP/d – 144 kgP/d Ł_K= 8 kgP/d

3 3

148 / 1000

5,8 / 24216 /

P biol

kgP d

C gP m

m d

=  =

(23)

Masa osadów chemicznych

Ilość fosforu do usunięcia na drodze chemicznej

P_CHEM = 5,8 gP/m³ – 1,0 gP/m³

P_CHEM = 4,8 gP/m³

(24)

Masa osadów chemicznych

Zatem dobowa ilość osadu chemicznego wyniesie:

∆𝑋_{𝐶𝐻𝐸𝑀} = 𝑄_𝑛𝑜𝑚 ∙ ∆𝑃 ∙ 𝑞_𝑗

∆𝑋_{𝐶𝐻𝐸𝑀} = 24216 𝑚³/𝑑 ∙ 4,8𝑔𝑃/𝑚³ ∙ 6,45𝑔𝑠𝑚/𝑔𝑃 1000

∆𝑋_{𝐶𝐻𝐸𝑀} = 765 𝑘𝑔𝑠𝑚/𝑑

(25)

Bilans masy osadów

(26)

Objętość osadów

• Przyjęto stałą gęstość osadów r = 1080 kg/m³

• Osad po osadniku wstępnym U = 97,0%

• Osad po zagęszczaniu grawitacyjnym U = 93,0%

• Osad po osadniku wtórnym U = 99,0%

• Osad po zagęszczaniu mechanicznym U = 94,0%

• Osadów po zamkniętej komorze fermentacyjnej U =??%

• Osad po zbiorniku nadawy U = 93,0%

• Osadów po stacji mechanicznego odwadniania osadów U = 80,0%





−

= 

) 100

(

100 U V SM

(27)

Wyznaczenie uwodnienia osadu po WKF

• SM po procesie fermentacji – tabela bilansu osadów

• V po procesie fermentacji (90% objętości osadów wprowadzanych do procesu)

𝑉 = 0,9 ∙ 𝑄_{𝑠𝑢𝑟.𝑧𝑎𝑔.}

𝑉 = 0,9 ∙ 238 𝑚³

𝑑 = 214 𝑚³ 𝑑 𝑈 = 100 − 𝑆𝑀 ∙ 100

𝑉 ∙ 𝜌 = 100 − 12724 ∙ 100

214 ∙ 1080 = 94,5%

(28)

Objętość osadów

• Przyjęto stałą gęstość osadów r = 1025 kg/m³

• Osad po osadniku wstępnym U = 96,0%

• Osad po zagęszczaniu grawitacyjnym U = 94,0%

• Osad po osadniku wtórnym U = 99,0%

• Osad po zagęszczaniu mechanicznym U = 94,0%

• Osadów po zamkniętej komorze fermentacyjnej U =94,5%

• Osad po zbiorniku nadawy U = 93,0%

• Osadów po stacji mechanicznego odwadniania osadów U = 80,0%

(29)

Bilans osadów

(30)

Objętość osadów

• Komorę fermentacyjną projektujemy na łączną objętość osadów zagęszczonych (zagęszczony osad wstępny + zagęszczony osad nadmierny)

• Po procesie fermentacji osad ulegnie

upłynnieniu, zatem pozostałe urządzenia po komorze fermentacyjnej będą liczone na inną suchą masę

(31)

Stan skupienia w funkcji jego uwodnienia

suszenie, spalanie, zgazowanie woda adsorpcyjna, higroskopijna,

woda biologicznie związana suchej ziemi

pylasty 50 – 30

30 – 0

odwadnianie woda fizycznie i chemicznie

związana, woda kapilarna papkowaty

ciastowaty mokrej ziemi wilgotnej ziemi 88 – 80

80 – 70 70 – 60 60 – 50

zagęszczanie woda wolna, grawitacyjna, między-

cząsteczkowa bardzo ciekły

ciekły

trudno płynący 100 – 96

96 – 92 92 – 88

4 3

2 1

Proces przeróbki Postać wody

Stan skupienia osadu Zawartość wody w

osadzie [%]

suszenie, spalanie, zgazowanie woda adsorpcyjna, higroskopijna,

woda biologicznie związana suchej ziemi

pylasty 50 – 30

30 – 0

odwadnianie woda fizycznie i chemicznie

związana, woda kapilarna papkowaty

ciastowaty mokrej ziemi wilgotnej ziemi 88 – 80

80 – 70 70 – 60 60 – 50

zagęszczanie woda wolna, grawitacyjna, między-

cząsteczkowa bardzo ciekły

ciekły

trudno płynący 100 – 96

96 – 92 92 – 88

4 3

2 1

Proces przeróbki Postać wody

Stan skupienia osadu Zawartość wody w

osadzie [%]

(32)

Urządzenia gospodarki osadowej

• Zagęszczacze grawitacyjne osadów wstępnych

• Stacja zagęszczania osadów nadmiernych (zagęszczanie mechaniczne)

• Zamknięta komora fermentacyjna (stabilizacja osadu)

• Stacja mechanicznego odwadniania osadów

(33)

Dobór zagęszczaczy grawitacyjnych

• Zakładamy ciągłą pracę zagęszczacza 24h/d

• Projektujemy zagęszczacze grawitacyjne na czas przetrzymania T = 6h

• Projektujemy tyle zagęszczaczy grawitacyjnych ile mamy osadników wstępnych

• W przypadku zbyt dużego przewymiarowania można dobierać jeden zagęszczacz

(34)

Dobór zagęszczaczy grawitacyjnych

• Dobowa ilość osadów wstępnych :

Qos,wst. niezagęszczone = 277 m³/d : 24 = 11,54 m³/h

• Pojemność zagęszczacza:

V= 6 h x 11,54 m³/h = 69,2 m³/h

Z katalogu Centrum Techniki Komunalnej – system UNIKLAR dobrano trzy zagęszczacze grawitacyjne osadu typ ZGPp-3,5 o pojemności czynnej 26,3 m³ i średnicy 3,5 m.

(35)

Dobór zagęszczaczy mechanicznych

• Zakładamy pracę zagęszczarek mechanicznych na 2 zmiany

• Projektujemy 2 zagęszczarki mechaniczne

• W przypadku awarii zakłada się pracę jednej zagęszczarki na 3 zmiany

(36)

Dobór zagęszczaczy mechanicznych

Dobowa ilość osadów wstępnych:

Qos,wtór. niezagęszczony = 716 m³/d :16 = 44,7 m³/h

Dobrano 2 zagęszczacze mechaniczne

Turbodrain TDC 08 firmy Bellmer o wydajności 10 - 40 m³/h.

(37)

Dobór komór fermentacyjnych - wytyczne

Za podstawę do obliczeń zamkniętych komór fermentacyjnych przyjmuje się następujące wielkości:

• czas fermentacji,

• ilość osadu surowego zagęszczonego,

• obciążenie komory osadem.

(38)

Dobór komór fermentacyjnych - objętość

• Qnadm,zagęszcz – 119 m³/d

• Qwstępny,zagęszcz – 119 m³/d

• T – 20d (czas hydraulicznego przetrzymania)

𝑉 = 𝑄 ∙ 𝑇

𝑉 = (𝑄

_{𝑛𝑎𝑑.𝑧𝑎𝑔.}

+ 𝑄

_{𝑤𝑠𝑡.𝑧𝑎𝑔.}

) ∙ 𝑇 𝑉 = (119 + 119) ∙ 20

𝑉 = 4759 𝑚

³

(39)

Dobór komór fermentacyjnych – obciążenie komory

• Dopuszczalny zakres obciążenia komory osadem wynosi

O_V = 1,6÷4,8 kg s.m.o./m³·d

• G_s.m.o. – 11 290 kg s.m.o./d

𝑂_𝑣 = 𝐺_{𝑠.𝑚.𝑜.}

𝑉_{𝑊𝐾𝐹𝑧} 𝑂_𝑣 = 11290

4759

𝑂_𝑣 = 2,37 𝑘𝑔 𝑠. 𝑚. 𝑜.

𝑚³ ∙ 𝑑

(40)

Dobór komór fermentacyjnych – gabaryty

• Ilośc komór fermentacyjnych:

>120 000 RLM minimum dwie komory

<120 000 RLM jedna lub dwie komory

• Stosunek wysokość części walcowej do średnicy komory wynosi 0,5-0,8

• Stosunek średnicy komory do wysokości części stożkowej wynosi 0,15-0,25

• Średnica dna komory 2-4m

• Średnica sklepienia komory 5-10m (nie więcej niż 50% średnicy części walcowej)

• Objętość czynna równa jest objętości części walcowej komory

(41)

Założono dwie komory fermentacyjne. Objętość jednej komory fermentacyjne to:

𝑉

_𝑊𝐾𝐹

= 𝑉 2

𝑉

_𝑊𝐾𝐹

= 2380 𝑚

³

(42)

Założono stosunek wysokości części walcowej (H) do średnicy komory (D) równy 0,5

m H

ęto zyj

H

D H

10 Pr

9 5 , 0

=

𝑉 = 𝜋𝐷²

4 ∙ 𝐻 𝐻

𝐷 = 0,5 → 𝐻 = 0,5𝐷 𝑉 = 𝜋𝐷³

8

𝐷 =

3 8𝑉

𝜋

𝐷 = 18,59 𝑚 → 18 𝑚

(43)

• Założono stosunek wysokości części stożkowej (h) do średnicy komory (D) równy 0,2

• Przejęto średnicę dna komory (d1) równą 2 m

• Przyjęto średnicę sklepienia komory (d2) równą 8m

m h

ęto zyj

m h

D D h

h

4 Pr

6 , 3

2 , 0 2

, 0

=



=

(44)

H D

h

d2

d1 h h2

h1

(45)

Wyznaczenie rzeczywistej wysokości dolnej części stożkowej (h1) oraz górnej części

stożkowej (h2)

( )

m h

D d D

h h

18 2 8 18

4

5 , 18 3

2 18

4

2 1

2 , 1 2

, 1

− =

=

− =

=

= −

(46)

Wyznaczenie rzeczywistych parametrów WKF

3 2

m 2 543,40

4 10 324 14

, 3

4

=

 

=



=

cz cz cz

V V

D H V 

3 3 1

2

3 1

1

2 2 , 1 2

, 1 2

2 , 1 2

, 1

2 1

3 155,17

278,41 333,36

2 543,40 41 , 278

4

64 144

2 324 14

, 3 3 1

36 , 333

4

4 36 5 324

, 3 14 , 3 3 1

4 3

1

m V

V

m V

V

m V

V

d d

D h D

V

V V

c c

cz c

=

+ +

=



 



 + +



=



 



 + +



=







 +  +

=

+ +

=



(47)

Dobór komór fermentacyjnych

Dobrano dwie komory fermentacyjne o następujących parametrach:

• Objętość czynna – 2543,40 m³

• Objętość całkowita – 3155,17 m³

• Wysokość całkowita – 15,5 m

• Średnica komory – 18 m

(48)

Dobór zbiorników nadawy

• Projektujemy tyle zbiorników ile jest komór fermentacyjnych

• Objętość zbiornika wyznaczamy na Q osadów zagęszczonych wprowadzanych do komory fermentacyjnej

• Zakładamy ciągłą pracę zbiorników nadawy 24 h/d

• Projektujemy zbiorniki na czas uśredniania osadów T = 6 h

• W przypadku zbyt dużego przewymiarowania można dobierać jeden zbiornik nadawy

• Jako zbiorniki nadawy dobierać zag. grawitacyjne

(49)

Dobór zbiorników nadawy

Qos., przeferment. = Qos., zagęszcz. = 214 m³/d 214 m³/d : 24 = 53,5 m³/h

Wymagana objętość zbiorników:

V = 53,5 m³/h · 6 h = 321 m³

Z katalogu Uniklar dobrano 6 zbiorników ZGP_P – 12,0 i objętości V = 56,6 m³.

(50)

Dobór stacji mechanicznego odwadniania osadów

• Zakładamy pracę urządzeń odwadniających na 2 zmiany przez cały rok

• Projektujemy 2 urządzenia odwadniające

• W przypadku awarii zakłada się pracę jednego urządzenia na 3 zmiany

(51)

Dobór stacji mechanicznego odwadniania osadów Dobowa ilość osadów po zbiorniku nadawy:

Q_{os, po ZN} = 168 m³/d

168 m³/d : 16 = 10,5 m³/h

Z katalogu dobrano 2 urządzenia RoS – 3 firmy HUBER o wydajności 2-10 m³/h.

(52)

Uwagi końcowe

Dla dobranych zbiorników policzyć rzeczywiste czasy przetrzymania osadów!

(53)

Międzyoddanie

Termin ostateczny: 13. kwietnia 2018 godzina 24:00 Wysyłamy na maila: janiakkamil@gmail.com

Nazwa pliku: imię i nazwisko – oddanie. …. (format WORD) Tytuł maila: imię i nazwisko – oddanie

Międzyoddanie nie zostanie sprawdzone ze względu na:

• przekroczenie terminu,

• niekompletny zakres.

Oczyszczanie ścieków 2 - projekt