2014-10-18

1

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Bilans zanieczyszczeń dopływających do

Bilans zanieczyszczeń dopływających do
reaktora biologicznego

reaktora biologicznego

Stopień usunięcia zanieczyszczeń w Iº oczyszczania ścieków
(oczyszczanie mechaniczne) przyjęto wg krzywych Sierpa

Zawiesina ogólna

η

= 50%

(50

÷

60)

BZT

5

η

= 28%

(25

÷

30)

N

og

η

= 5%

(5

÷

10)

P

og

η

= 5%

(5

÷

10)

Stężenie zanieczyszczeń w dopływie do reaktora

Z

og

= (1- 0,50)

⋅

355,5 = 177,8 [g/m

3

]

BZT

5

= (1- 0,28)

⋅

431,3 = 310,6 [gO

2

/m

3

]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

N

og

= (1-0,05)

⋅

67,7 = 64,3 [gN/m

3

]

P

og

= (1-0,05)

⋅

13,8 = 13,1 [gP/m

3

]

( )

4

5

5

>

Nog

BZT

( )

20

25

5

>

Pog

BZT

)

4

(

5

8

,

4

3

,

64

6

,

310

>

=

)

20

(

25

7

,

23

1

,

13

6

,

310

>

=

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Bilans azotu

Bilans azotu

Nitryfikacja

Stężenie azotu w dopływie do reaktora

64,3 [gN/m

3

]

Stężenie N

org

w odpływie

- 2,0 [gN/m

3

]

Stężenie N-NH

4

w odpływie

- 1,5 [gN/m

3

]

Stężenie azotu przyswojonego
(4,0%·S

BZT5

doprowadzone do reaktora)

- 12,4 [gN/m

3

]

Saldo

Saldo azotu

azotu do

do nitryfikacji

nitryfikacji

48,4 [gN/m

3

]

Stopień nitryfikacji

%

3

,

75

%

100

3

,

64

4

,

48

=

⋅

=

η

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Denitryfikacja

Stopień denitryfikacji

%

3

,

68

%

100

3

,

64

9

,

43

=

⋅

=

η

Stężenie azotu przed denitryfikacją

48,4 [gN/m

3

]

Stężenie N-NO

3

w odpływie*

- 4,5 [gN/m

3

]

Stężenie azotu do denitryfikacji

43,9 [gN/m

3

]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Wymiarowanie reaktora BARDENPHO

Wymiarowanie reaktora BARDENPHO

z predenitryfikacją osadu recyrkulowanego

z predenitryfikacją osadu recyrkulowanego

(metodyka wg ATV 131P)

(metodyka wg ATV 131P)

Temperatura procesu T=12°C

Potencjał denitryfikacji













−

=

=

∆

5

3

5

14

,

0

6

,

310

9

,

43

kgBZT

NO

kgN

BZT

N

den

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Denitryfikacja

wstępna

Denitryfikacja

symultaniczna

(V

D

/V

R

)

Potencjał denitryfikacji PD (T=12

Potencjał denitryfikacji PD (T=12°°C)

C)

0,2

0,11

0,06

0,3

0,13

0,09

0,4

0,4

0,14

0,14

0,12

0,5

0,15

0,15

przyjęto

V

D

/V

R

= 0,4

Wartość potencjału denitryfikacji PD > 0,15 oznacza niedobór związków
organicznych; należy rozważyć skrócenie czasu sedymentacji/usunięcie
osadników wstępnych i/lub dawkowanie zewnętrznego źródła węgla
w postaci np. metanolu.

2014-10-18

2

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Cel oczyszczania

Wielkość oczyszczalni

<20000 RLM

Ł

BZT5

<1200[kg/d]

>

>100000 RLM

100000 RLM

Ł

BZT5>

6000[kg/d]

Temperatura [°C]

10

12

10

12

12

Usuwanie BZT

5

bez

nitryfikacji

5

5

4

4

Usuwanie BZT

5

z

nitryfikacją

10

8,2

8

6,6

Usuwanie BZT

Usuwanie BZT

5

5

z nitryfikacją i denitryfikacją

z nitryfikacją i denitryfikacją

(V

D

/V

R

) = 0,2

12,5

10,3

10,1

8,3

(V

D

/V

R

) = 0,3

14,3

11,7

11,4

9,4

(V

(V

D

D

/V

/V

R

R

) = 0,4

) = 0,4

16,7

13,7

13,3

11,0

11,0

(V

D

/V

R

) = 0,5

20,0

16,4

16,0

13,2

Usuwanie BZT

5

z nitryf.,

denitryf. i stabilizacją
osadu

25

Nie zalecane

Wymagany wiek osadu

Wymagany wiek osadu

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

WO = 11 [d]

WO = 11 [d]

Jednostkowy przyrost osadu nadmiernego
d

Xj

= f (WO, (Z

og

/BZT

5

))

Z

og

/ BZT

5

Jednostkowy przyrost osadu

nadmiernego [kg

sm

/kg BZT

5

]

Wiek osadu [d]

4

8

10

15

20

25

0,4

0,79

0,69 0,65 0,59 0,56

0,53

0,6

0,91

0,81 0,77 0,71 0,68

0,65

0,8

1,03

0,93

0,89

0,83

0,80

0,77

1,0

1,15

1,05

1,01

0,95

0,92

0,89

1,2

1,27

1,17

1,13

1,07

1,04

1,01

57

,

0

6

,

310

8

,

177

5

=

=

BZT

Zog

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Dobowy przyrost osadu

d

Xj

= 0,74 [kg

sm

/kg BZT

5

]

∆

X = dxj · Ł

BZT5_us

[kg

sm

/d]

Ł

BZT5_us

= Q

ś

r_d

·

(S

r

- S

e

) [kg BZT

5_us

/d]

Ł

BZT5_us

= 18445·(0,310–0,015)=5441,3 [kg BZT

5_us

/d]

∆

Xd = 0,74 · 5441,3= 4026,6[kg

sm

/d]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Biologiczne usuwanie fosforu

Biologiczne usuwanie fosforu

W wyniku nadmiarowego biologicznego usuwania
fosforu, zawartość fosforu w osadzie nadmiarowym
wynosi 3-5 % sm, przyjęto 5 % sm

Ładunek

fosforu

usuwany

z

osadem

nadmiernym

Ł

P

= 0,05 · ∆X [kg P/d]

Ł

P

= 0,05 · 4026,6 = 201,3 [kg P/d]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[

]

3

_

/ m

gP

Q

Ł

S

dsr

P

us

P

=

[

]

3

_

/

9

,

10

18445

201300

m

gP

S

us

P

=

=

Usunięte stężenie fosforu

Pozostałe stężenie fosforu

S

P_b

– S

P_us

= 13,1 – 10,9 = 2,2 [g P/m

3

] >1

konieczne strącanie chemiczne fosforu – zastosowano
strącanie symultaniczne za pomocą PIX-u

2014-10-18

3

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Ilość fosforu do chemicznego strącenia

S

P_chem

= 2,2 [g_P/m

3

]

Zapotrzebowanie żelaza

Fe = 3 · S

P_chem

[g_Fe/m

3

] = 3 · 2,2 = 6,6 [g_Fe/m

3

]

Ilość osadu chemicznego

TS

chem

= 6,8 · S

P_chem

[g/m

3

] = 6,8 · 2,2 = 15,0 [g/m

3

]

stąd:

Z

og

*= Z

og

+ TS

chem

= 177,8+ 15,0 = 192,8 [g/m

3

]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Przyrost osadu z symultanicznym strącaniem
fosforu

62

,

0

6

,

310

8

,

192

5

*

=

=

BZT

Z

og

d

Xj

= f (WO=11,0; (Z

og

*/BZT

5

= 0,62))

= 0,78 [kg

sm

/ kg BZT

5

]

∆

Xd = 0,78· 5441,3= 4244,2[kg sm/d]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Objętość reaktora

Objętość reaktora

[ ]

3

m

X

X

WO

V

R

∆

⋅

=

Metoda oczyszczania

Stężenie osadu X [kg

sm

/m

3

]

Z sedymentacją

wstępną

Bez sedymentacji

Bez nitryfikacji

2,5÷3,5

2,5÷3,5

Z nitryfikacją
i denitryfikacją

2,5÷3,5

3,5÷4,5

Ze stabilizacją

-

4÷5

Z chemicznym
strącaniem fosforu

3,5÷4,5

4÷5

dla X = 4,0 [kg

sm

/m

3

]

[ ]

3

11671,6

0

,

4

244,2

4

11

m

V

R

=

⋅

=

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[ ]

3

1

5835,8

2

m

V

V

R

=

=

[ ]

m

H

R

5

=

[ ]

m

B

R

36

=

Wymiary reaktora

Wymiary reaktora
(przyjęto liczbę reaktorów n=2)

przyjęto:

głębokość reaktora

szerokość reaktora

Powierzchnia reaktora

[ ]

2

1

1

1167,2

5

5835,8

m

H

V

F

R

=

=

=

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[ ]

m

B

F

L

R

32

36

2

,

1167

1

=

=

=

[ ]

3

_

1

5760

5

36

32

m

H

B

L

V

R

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

]

8

,

12

32

*

4

,

0

*

m

L

V

V

R

D

=

=

]

[

2

,

19

32

*

6

,

0

*

)

1

(

m

L

V

V

R

D

=

=

−

Długość reaktora

Rzeczywista objętość reaktora

Długość komory niedotlenionej (denitryfikacji)

Długość komory tlenowej

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[ ]

3

_

_

1

576,4

5

,

1

2

24

18445

24

m

t

n

Q

V

z

ś

r

d

B

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

[ ]

3

_

_

1

384,3

0

,

1

2

24

18445

24

m

t

n

Q

V

z

ś

r

d

PR

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

[ ]

3

_

1

_

1

960,7

3

,

384

4

,

576

m

V

V

PR

B

=

+

=

+

Komora beztlenowa (defosfatacji)

czas zatrzymania 1,5 [h]

Łączna objętość komór

Komora predenitryfikacji

czas zatrzymania 1,0 [h]

przyjęto: H

R

= 5 m i L

B+PR

= 36 m

2014-10-18

4

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[ ]

m

L

H

V

B

PR

B

R

PR

B

PR

B

3

,

5

36

5

7

,

960

=

⋅

=

⋅

=

+

+

+

[ ]

m

L

L

PR

B

B

6

,

21

36

5

,

2

5

,

1

5

,

2

5

,

1

=

⋅

=

⋅

=

+

[ ]

m

L

L

PR

B

PR

4

,

14

36

5

,

2

0

,

1

5

,

2

0

,

1

=

⋅

=

⋅

=

+

[ ]

3

_

1

1

6714

381,6

572,4

5760

m

V

V

V

V

PR

B

R

C

=

+

+

=

+

+

=

Szerokość komór

Długość komory beztlenowej

Długość komory predenitryfikacji

Całkowita objętość reaktora

[ ]

3

4

,

572

3

,

5

5

6

,

21

m

V

B

=

⋅

⋅

=

[ ]

3

6

,

381

3

,

5

5

4

,

14

m

V

PR

=

⋅

⋅

=

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

S

System mieszania

ystem mieszania

www.redor.pl

„W dużych zbiornikach z centralną
przegrodą najczęściej stosuje się
mieszadła wolnoobrotowe, które
ustawia się równolegle w osi
strumienia powstałego kanału
obiegowego. Mieszadła wywołują
powolny, spokojny ruch cieczy w
jednym ustalonym kierunku.
Zastosowanie kierownic na
nawrotach zbiornika poprawia
cyrkulację w tych strefach”

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

S

System mieszania

ystem mieszania

www.redor.pl

W mniejszych zbiornikach o
kształtach prostokątnym stosuje
się głównie mieszadła
średnioobrotowe. Ustawia się je
skośnie do ścian zbiornika aby
wykorzystać w jak największym
stopniu odbicia strumienia cieczy
od ścian. Wywołuje to w wielu
miejscach zawirowania, które
wspomagają proces mieszania.
Z reguły stosuje się w zbiorniku
jedno lub dwa mieszadła, na
prowadnicach umożliwiających
obrót mieszadła względem osi
prowadnicy.

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[ ]

kW

V

N

N

PR

JM

M

91

,

1

1000

6

,

381

5

1000

=

⋅

=

⋅

=

Komora predenitryfikacji
(wskaźnik mocy mieszania N

JM

= 5 [W/m

3

])

Wymagana moc mieszania:

Zastosowano mieszadło średnioobrotowe firmy REDOR
UMA 65/233/2,2-K-Cz o następujących parametrach:

średnica śmigła – 650 [mm]
obroty śmigła – 232 [obr./min]
moc zainstalowanego silnika – Ns = 2,2 [kW]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[ ]

kW

V

N

N

B

JM

M

86

,

2

1000

4

,

572

5

1000

=

⋅

=

⋅

=

Komora beztlenowa
(wskaźnik mocy mieszania N

JM

= 5 [W/m

3

])

Wymagana moc mieszania:

Zastosowano mieszadło średnioobrotowe firmy REDOR UMA
80/263/4-K o następujących parametrach:

średnica śmigła – 800 [mm]
obroty śmigła – 263 [obr./min]
moc zainstalowanego silnika – Ns = 4 [kW]

2014-10-18

5

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[ ]

kW

V

N

N

D

JM

M

22

,

9

1000

2304

4

1000

=

⋅

=

⋅

=

Komora niedotleniona
(wskaźnik mocy mieszania N

JM

= 4 [W/m

3

])

Wymagana moc mieszania:

Zastosowano 2 mieszadła wolnoobrotowe firmy REDOR UMA
125/80/4 o następujących parametrach:

średnica śmigła – 1250 [mm]
obroty śmigła – 80 [obr./min]
moc zainstalowanego silnika – Ns = 4 [kW]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Pompownie

Pompownie recyrkulacyjne

recyrkulacyjne

Recyrkulacja wewnętrzna

(Stopień recyrkulacji wewnętrznej N

W

= 300÷400 [%],

przyjęto N

W

= 350 %, 2 mieszadła pompujące w reaktorze)

Wydajność mieszadła

[

]

[ ]

s

m

h

m

N

Q

Q

W

dz

h

ś

r

mP

/

26

,

0

/

6

,

923

%

350

2

2

5

,

1055

2

2

3

3

_

_

=

=

⋅













⋅

=













⋅

=

Zastosowano mieszadła zanurzone pompujące firmy REDOR
MPA 500/400/4,0 o następujących parametrach:

średnica wirnika – 500 [mm]
obroty śmigła – 400 [obr./min]
moc zainstalowanego silnika – Ns = 4,0 [kW]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Recyrkulacja zewnętrzna

(Stopień recyrkulacji zewnętrznej N

Z

= 50÷100 [%],

przyjęto N

Z

= 100 %, 2 pompy dla każdego reaktora)

Wydajność pompy

[

]

[

]

s

dm

h

m

N

Q

Q

Z

dz

h

ś

r

P

/

3

,

73

/

9

,

263

%

100

2

2

5

,

1055

2

2

3

3

_

_

=

=

⋅













⋅

=













⋅

=

Zastosowano pompy firmy WILO typ EMU FA 25,31 Z
o następujących parametrach:

wydajność silnika 77,7 [m

3

/s]

wysokość podnoszenia H=9,1 [m H

2

O]

średnica wirnika: d=278 [mm]
masa pompy: m=120 [kg]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

S

System napowietrzania

ystem napowietrzania

Zapotrzebowanie na tlen (wg Eckenfeldera)

4608

2

5760

4

1

,

0

2

1

,

0

1

,

0

_

1

2

=

⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

⋅

=

Σ

⋅

=

R

V

X

X

O

(

)

]

/

[

2721

0,015

-

0,310

18445

5

,

0

5

,

0

2

_

5

2

d

kgO

Ł

O

us

BZT

=

⋅

⋅

=

⋅

=

]

/

[

4107

0484

,

0

18445

6

,

4

6

,

4

2

_

4

2

d

kgO

Ł

O

nit

NH

N

=

⋅

⋅

=

⋅

=

−

]

/

[

-1862

0439

,

0

18445

3

,

2

3

,

2

2

_

2

2

d

kgO

Ł

O

D

NO

N

=

⋅

⋅

−

=

⋅

−

=

−

]

/

[

2

d

kgO

Zapotrzebowanie tlenu na oddychanie biomasy

Zapotrzebowanie tlenu na usuwanie BZT5

Zapotrzebowanie tlenu na nitryfikację

Odzysk tlenu w procesie denitryfikacji

Razem średnie zapotrzebowanie na tlen: 9 574

]

/

[

2

d

kgO

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Maksymalne zapotrzebowanie na tlen

[

]

h

kgO

O

O

/

,6

498

24

9574

25

,

1

24

25

,

1

2

2

max

_

2

=

⋅

=













Σ

⋅

=

Zapotrzebowanie powietrza

Zastosowano dyfuzory SANITAIRE, dla których:
Stopień wykorzystania tlenu z powietrza dla H=4,7 [m]:
µ=26-27[%]
Współczynnik dyfuzji: α=0,65
Zawartość tlenu w powietrzu: 280 [g O

2

/m

3

]

Wykorzystanie tlenu z 1 [m

3

] powietrza

O

2_1m3

= 280 · 0,26 · 0,65 = 47,3 [g O

2

/m

3

]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

[

]

h

m

O

O

Q

m

p

/

3

3

1

_

2

max

_

2

=

[

]

[

]

min

/

175,7

/

10541

3

,

47

1000

*

6

,

498

3

3

m

h

m

Q

p

=

=

=

Zapotrzebowanie powietrza

Stacja dmuchaw (przyjęto, że w stacji będzie
zainstalowanych 7 dmuchaw, w tym 6 pracujących)

[

]

min

/

29,3

]

/

[

1757

6

10541

6

3

3

_

1

m

h

m

Q

Q

p

dm

=

=

=

=

Wydajność 1 dmuchawy:

2014-10-18

6

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Wymagany przyrost ciśnienia ∆p (spręż):
Ciśnienie hydrostatyczne:

4,7 [m H

2

O]

Opory membrany dyfuzora:

0,3 [m H

2

O]

Straty w przewodach:

0,7 [m H

2

O]

Razem straty (spręż):

5,7 [m H

2

O]

Dobrano dmuchawy firmy SPOMASZ Ostrów , typ DR 250 T

o parametrach:

Q = 31,0 [m3/min]

∆

p = 600 [mbar]

n = 1480 [min-1]
p = 39,8 [kW]
ps = 45 [kW]

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

O

Osadniki

sadniki wtórne

wtórne

[ ]

m

Q

t

V

dz

h

sr

z

os

cz

_

_

_

⋅

=

[ ]

m

V

os

cz

4222

5

,

1055

0

,

4

_

=

⋅

=

Przyjęto czas zatrzymania w osadniku wtórnym:
t

z

= 4,0 [h]

Objętość czynna jednego osadnika (przyjęto n=2)

[ ]

3

1

2111

2

4222

m

V

=

=

Katedra Technologii Środowiskowych

Katedra Technologii Środowiskowych

Z tabeli typoszeregu UNIKLAR-77 dobrano osadnik

wtórny typ ORwt-30:

Średnica osadnika D=30,0 [m],
Średnica komory centralnej D

1

=3,0[m],

Średnica leja osadowego D

2

=4,5[m],

Wysokość ściany bocznej H=3,9[m],
Pojemność czynna osadnika V=1750 [m

3

]

Rzeczywisty czas zatrzymania:

]

[

3,3

5

,

1055

1750

2

_

_

_

h

Q

V

t

dz

h

ś

r

os

rz

z

=

⋅

=

=