Temat wydany w Katedrze Technologii Środowiskowych

INSTYTUT ZAOPATRZENIA W WODĘ I OCHRONY ŚRODOWISKA

POLITECHNIKA KRAKOWSKA

PROJEKT

Z PRZEDMIOTU „TECHNOLOGIA ŚCIEKÓW”,

Studia stacjonarne, Inżynieria środowiska, specj. Inżynieria sanitarna

Rok III, semestr V

Imię i nazwisko:

Rok akademicki

Proszę wykonać projekt koncepcyjny układu technologicznego oczyszczania ścieków, opierając się na następujących danych:

• Liczba mieszkańców, LM = 22000

• Jednostkowa ilość ścieków, q_j =160 dm³/Mk•d

• Dobowa ilość ścieków przemysłowych, Qp = 918 m³/d

• Profil zakładu przemysłowego Browar

• Czas pracy zakładu przemysłowego, t = 24 h

• Zagłębienie kolektora przed oczyszczalnią H = 2,55 m

Zakres projektu obejmuje:

1. Opis techniczny.

2. Obliczenia technologiczne.

3. Rysunki :

- szczegółowy rysunek reaktora: rzut i przekroje – skala ustalona przez prowadzącego

- plan sytuacyjny w skali 1:1000

- schemat technologiczny

- profil po drodze przepływu ścieków w skali 1:100/1:1000

KONSULTACJE:

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………….

Spis treści

1. Opis techniczny

2. Obliczenia technologiczne

1. Ilość ścieków

   1. Przepływ średni dobowy

   2. Przepływ średni godzinowy

   3. Przepływ średni z godzin dziennych

   4. Przepływ godzinowy maksymalny

2. Jakość ścieków

   1. Ładunki zanieczyszczeń

2.1.1. Ścieki bytowe

2.1.2. Ścieki przemysłowe

2.1.3. Ścieki miejskie

2.2. Stężenie zanieczyszczeń

2.3. Równoważna liczba mieszkańców

2.4. Wymagania stawiane ściekom

2.5. Wymagana wydajność oczyszczania

3. Wymiarowanie urządzeń w oczyszczalni mechanicznej

3.1. Koryto prostokątne

3.2. Krata rzadka

3.3. Pompownia ścieków surowych

3.4. Krata gęsta

3.5. Dobowa ilość skratek

3.6. Dobór osadnika wstępnego

4. Wymiarowanie urządzeń w oczyszczalni biologicznej

4.1. Bilans zanieczyszczeń dopływających do reaktora biologicznego

4.2. Bilans azotu

4.1.1. Nitryfikacja

4.1.2. Denitryfikacja

4.3. Wymiarowanie reaktora Berdenpho – zmodyfikowanego. Parametry procesu

4.4. Dobowy przyrost osadu

4.5. Biologiczne usuwanie ścieków

4.6. Objętość reaktora

4.7. Wymiary reaktora

5. System mieszania

5.1. Komora predenitryfikacji

5.2. Komora beztlenowa (defosfatacji)

5.3. Komora niedotleniona

6. Pompownia recyrkulacyjna

6.1. Recyrkulacja wewnętrzna

6.2. Recyrkulacja zewnętrzna

7. System napowietrzania

7.1. Zapotrzebowanie tlenu (obliczono wg.Eckenfeldera)

7.2. Zapotrzebowanie powietrza

7.3. Stacja dmuchaw

8. Dobór osadników wtórnych

1. Rysunki

1. Rzut reaktora

2. Przekrój reaktora biologicznego

3. Plan sytuacyjny

4. Schemat technologiczny

5. Profil po drodze przepływu ścieków w skali 1:100/1:1000

1. Opis techniczny

Celem jest zaprojektowanie oczyszczalni ścieków dla miasta, którego liczba mieszkańców wynosi 22 000. Na tym obszarze funkcjonuje zakład przemysłowy o profilu browar. Zakład ten pracuje w trybie 24 godzin i produkuje 918 [m³ sciekow/d] .

Oczyszczalnia, którą projektujemy ma spełniać wytyczne podane przez Ministra Środowiska w Rozporządzeniu z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. z 2006 r. nr 137, poz. 984). Wartości jakie mają mieć parametry ścieków przez nas oczyszczonych są zamieszczone w tabeli pt. „Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń lub minimalne procenty redukcji zanieczyszczeń dla oczyszczonych ścieków bytowych i komunalnych wprowadzonych do wód i do ziemi”, która znajduje się w załączniku nr 1 w wyżej podanym rozporządzeniu.

1. Obliczenia technologiczne

Podstawą do zaprojektowania oczyszczali ścieków był bilans ilościowy i jakościowy ścieków. Stopień usuwania kolejnych wskaźników zanieczyszczeń w ściekach odczytano

z Rozporządzenia Ministra Środowiska.

Ścieki będą dopływać do oczyszczali grawitacyjnie kanałem kołowym, który jest umieszczony pod powierzchnią gruntu ze spadkiem 0,001%.

Najpierw przepływać będą przez kratę rzadką, w miejscu której kanał kołowy przechodzi w koryto prostokątne o szerokości B= 400 mm, spadku 4%, wysokości napełnienia h= 0,28m i prędkości przepływu równej ok. 1,1 m/s. Zastosowano kratę rzadką oczyszczaną mechanicznie firmy Eko- celkon o szerokości prześwitów 20 mm.

Dalej ścieki płyną do pompowni, gdzie dobrano 4 pompy zatapialne Wilo EMU FA 25.32 -256 D , każda o wydajności 145 m³/h . Jedna z tych pomp jest rezerwowa.

Następnie przepływają przez dwie kraty gęste typu B firmy Eco- celkon o rozstawie 4 mm i głębokości kanału 1100 mm.

Objętość skratek, czyli odpadów, które zostały zatrzymane na kracie rzadkiej będzie zmniejszana przez zastosowaną prasę tłokową firmy Eco- celkon. Sprasowane skratki będą gromadzone w kontenerze o pojemności 2 m³ i codziennie wywożone na składowisko odpadów.

Obliczono, że dobowa ilość piasku zawarta w ściekach jest równa 0, 0958 m³.

Na tej podstawie dobrano dwa piaskowniki wirowe PSZ 5/300 zintegrowany z separatorem, który umożliwia dodatkowo przemywanie i odwadnianie piasku. Piaskownik oddziela również tłuszcze i części pływające, zbierając je okresowo za pomocą leja zbiorczego o regulowanym położeniu. Urządzenie ma średnicę 3000 mm i wysokość całkowitą równą 5400 mm.

Z piaskownika ścieki są kierowane do dwóch osadników wstępnych, prostokątnych o szerokości 4 m i długości 29 m.

Biologiczne oczyszczanie ścieków będzie zachodziło w dwóch zmodyfikowanych reaktorach Berdenpho. Każdy z reaktorów składa się z komory: tlenowej (24 x 15 m), niedotlenionej (6 x 15 m), beztlenowej (9 x 3,3 m) i predenityfikacji (6 x 3,3 m). Głębokość reaktora wynosi 5 m.

Obok komory beztlenowej, w której następuje uwalnianie fosforanów (I faza biologicznej defosfatacji ), zlokalizowana jest komora predenitryfikacji osadu powrotnego.

W komorze niedotlenionej zachodzi proces denitryfikacji azotanów recyrkulowanych z komory tlenowej - recyrkulacja wewnętrzna. W komorach nitryfikacji zastosowano drobnopęcherzykowe napowietrzanie przy pomocy dyfuzorów membranowych SANITAIRE 9”, rozmieszczonych na dnie komory. Sprężone powietrze wytwarzane jest przez

2 dmuchawy firmy Lutos as typu DT 70/202//DN 150/E, które są zainstalowane w osobnym budynku. Znajduje się tam również dmuchawa dodatkowa, która będzie włączona w przypadku awarii jednej z dmuchaw działających.

W każdej z komór zadbano o odpowiedni przesył i mieszanie osadu. W komorze predenitryfikacji zastosowano mieszadło średnioobrotowe firmy REDOR UM 80/141/0,75.

W komorze beztlenowej również zamontowano mieszadło średnioobrotowe firmy REDOR

UM 48/226/1,1-K. Natomiast w komorze niedotlenionej będą pracowały trzy mieszadła wolnoobrotowe firmy REDOR UM 200/23/0,75.

Recyrkulacja wewnętrzna prowadzona jest za pomocą dwóch mieszadeł pompujących firmy REDOR typu MP 300/725/1,5. Natomiast do recyrkulacji zewnętrznej dobrano pompy firmy METALCHEM typu MS1- 54.

Końcowa sedymentacja zachodzi w dwóch osadnikach wtórnych radialnych

z typoszeregu UNIKLAR-77 o średnicy 21 m. Napęd pomostu ze zgarniaczem osadu i części flotujących pobiera 1, 0 [kW] mocy.

Osad w osadnikach wtórnych zgarniany jest do pompowni.

1. Ilość ścieków

   1. Przepływ średni dobowy

Q_{sr_d} = Q_{byt − gosp} + Q_prz + Q_inf[m³/d]

• Ścieki bytowo- gospodarcze

Q_{byt − gosp} = LM • q_j = 22000 • 160 = 3520 [m³/d]

• Ścieki przemysłowe – z browaru pracującego t_p = 24[h] 

Q_prz = 918[m³/d]

• Wody infiltracyjne

Q_inf = 10[%] • Q_{byt − gosp} = 0, 1 • 3520 = 352[m³/d]

Q_{sr_d} = 3520 + 918 + 352 = 4790 [m³/d]

1. Przepływ średni godzinowy

$$Q_{sr\_ h} = \frac{Q_{sr\_ d}}{24} = \frac{4790}{24} = 199,6\left\lbrack m^{3}/h \right\rbrack$$

1. Przepływ średni z godzin dziennych

$$Q_{sr\_ h\_ dz} = \left( \frac{Q_{byt - gosp}}{24} \right) \bullet N_{\text{d\ max}} \bullet N_{\text{hdz}} + \frac{Q_{\text{prz}}}{t_{p}} + \frac{Q_{\inf}}{24}\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$

N_{d max} = (1,1−1,3)

$$Q_{sr\_ h\_ dz} = \left( \frac{3520}{24} \right) \bullet 1,3 \bullet 1,33 + \frac{918}{24} + \frac{352}{24} = 306,5\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$

1. Przepływ godzinowy maksymalny

$$Q_{max\_ h} = \left( \frac{Q_{byt - gosp}}{24} \right) \bullet N_{\text{d\ max}} \bullet N_{\text{hmax}} + \frac{Q_{\text{prz}}}{t_{p}} + \frac{Q_{\inf}}{24}\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$

$$Q_{max\_ h} = \left( \frac{3520}{24} \right) \bullet 1,3 \bullet 2 + \frac{918}{24} + \frac{352}{24} = 434,25\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$

1. Jakość ścieków

   1. Ładunki zanieczyszczeń

      1. Ścieki bytowe

L = LM • l_j[kg/d]

Tab. 1. Ścieki bytowo-gospodarcze – jednostkowy ładunek zanieczyszczeń

Wskaźnik	Ładunek jednostkowy lj[g/Mk • d]
BZT5	60
Zawiesina ogólna	60
Nog	12
Pog	2,5

L_BZT5^byt = 22000 • 60 = 1 320 000 [g/d] = 1320 [kg/d]

L_Zog^byt = 22000 • 60 = 1 320 000 [g/d] = 1320 [kg/d]

L_Nog^byt = 22000 • 12 = 264 000 [g/d] = 264 [kg/d]

L_Pog^byt = 22000 • 2, 5 = 55 000 [g/d] = 55 [kg/d]

1. Ścieki przemysłowe

L = S_prz • Q_prz[kg/d]

Tab. 2. Ścieki przemysłowe- stężenie zanieczyszczeń

Rodzaj przemysłu	Stężenie Sprz [g/m^3]
	BZT5
Browar	1800

L_BZT5^prz = 1800 • 918 = 1 652 400 [g/d] = 1652, 4 [kg/d]

L_Zog^prz = 600 • 918 = 550 800 [g/d] = 550, 8 [kg/d]

L_Nog^prz = 65 • 918 = 59 670[g/d] = 59, 7 [kg/d]

L_Pog^prz = 13 • 918 = 11 934 [g/d] = 11, 9[kg/d]

1. Ścieki miejskie

L = L^byt + L^prz [kg/d]

L_BZT5 = 1320 + 1652, 4 = 2972, 4 [kg/d]

L_Zog = 1320 + 550, 8 = 1870, 8 [kg/d]

L_Nog = 264 + 59, 7 = 323, 7 [kg/d]

L_Pog = 65 + 11, 9 = 66, 9 [kg/d]

1. Stężenie zanieczyszczeń (BZT₅, Z_og , N_og , P_og )

$$S_{\text{BZT}_{5}} = \frac{2\ 972\ 400}{4790} = 620,5\ g/m^{3}$$

$$S_{Z_{\text{og}}} = \frac{1\ 870\ 800}{4790} = 390,6\ g/m^{3}$$

$$S_{N_{\text{og}}} = \frac{323\ 670}{4790} = 67,6\ g/m^{3}$$

$$S_{P_{\text{og}}} = \frac{66\ 934}{4790} = 14,0\ g/m^{3}$$

1. Równoważna liczba mieszkańców

$RLM = \frac{L_{\text{BZT}_{5}}}{MR = l_{j\_\text{BZT}_{5}}}$ $RLM = \frac{2972,4}{0,06} = 49540$

1. Wymagania stawiane ściekom

Tab. 3. Fragment z tabeli „Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń

lub minimalne procenty redukcji zanieczyszczeń dla oczyszczonych ścieków bytowych

i komunalnych wprowadzanych do wód i ziemii”

(Załącznik nr 1 do rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r.)

Lp.	Nazwa wskaźnika	Jednostka	Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników lub minimalne procenty redukcji zanieczyszczeń przy RLM
1.	Pięciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT5) oznaczane z dodatkiem inhibitora nitryfikacji	mg O2/l min.% redukcji	15 lub 90
2.	Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZTCr) oznaczane metodą dwuchromianową	mg O2/l min.% redukcji	125 lub 75
3.	Zawiesiny ogólne	mg /l min.% redukcji	35 lub 90
4.	Azot ogólny (suma azotu Kjeldahla (NNorg+NNH4),azotu azotynowego I azotu azotanowego	mg N/l min.% redukcji	15 lub 80
5.	Fosfor ogólny	mg P/l min.% redukcji	2 lub 85

2.5. Wymagana wydajność oczyszczania

$$\eta = \frac{\left( S_{O} - S_{e} \right)}{S_{O}} \bullet 100\left\lbrack \% \right\rbrack$$

$$\eta_{\text{BZT}_{5}} = \frac{\left( 620,5 - 15 \right)}{620,5 \bullet 100} = 98\left\lbrack \% \right\rbrack$$

$$\eta_{Z_{\text{og}}} = \frac{\left( 390,6 - 35 \right)}{390,6 \bullet 100} = 91\left\lbrack \% \right\rbrack$$

$$\eta_{N_{\text{og}}} = \frac{\left( 67,6 - 15 \right)}{67,6 \bullet 100} = 78\left\lbrack \% \right\rbrack$$

$$\eta_{P_{\text{og}}} = \frac{\left( 14,0 - 2 \right)}{14,0 \bullet 100} = 86\left\lbrack \% \right\rbrack$$

1. Wymiarowanie urządzeń w oczyszczalni mechanicznej

   1. Koryto prostokątne

Dobrano koryto prostokątne :

• B = 400 mm

• $Q_{h\_ max} = \frac{434250}{3600} = 120,625\ l/s$

• Spadek 4%

• v= 1,1 m/s

• h= 0,28 m

  1. Krata rzadka

• Szerokość prętów s = 10 mm

• Szerokość prześwitów b = 20 mm

• Ilość prętów $n = \frac{400}{10 + 20} \approx 13\ $

• Ilość prześwitów n − 1 = 13 − 1 = 12

• Szerokość prześwitów skrajnych

$$b_{s} = \frac{B - \left( \left( n - 1 \right) \bullet b + \left( n - 1 \right) \bullet s \right)}{2}$$

$$b_{s} = \frac{400 - \left( \left( 13 - 1 \right) \bullet 20 + \left( 13 - 1 \right) \bullet 10 \right)}{2} = 20\ mm$$

Zastosowano kratę oczyszczaną mechanicznie:

• Przepustowość 200 – 1000 m³/s

• Szerokość kanału 0,5 – 3 m

• Głębokość kanału < 10 m

• Maksymalny poziom ścieków 2 m

• Prześwit prętów kraty 10 – 60 mm

• Wysokość kraty od podłoża 2 – 3 (zależy od wartości h)

  1. Pompownia ścieków surowych

Przyjęto 4 pompy zatapialne (3 pompy pracujące i 1 rezerwowa).

Wymagana wydajność pompy

$Q_{1} = \frac{Q_{h\_ max}}{3600\ \bullet \ 3} = \frac{434,25}{3600\ \bullet \ 3} = 40,2\ l/s$

Dobrano pompę firmy Wilo EMU FA 25.32 -256 D

• Wydajność Q = 145 m³/h

• Wysokość podnoszenia H = 0,8 bar

• Prędkość obrotowa v = 1450 min ^-1

• Masa m = 119 kg

  1. Krata gęsta

$$Q_{1} = \frac{434,25}{2} = 217,125\ m^{3}/h$$

Dobrano 2 kraty typu B

• Rozstaw 4mm

• Napełnienie 500 mm

• Zakres przepustowości 231,6 m³/h

• Głębokość kanału 1100 mm

  1. Dobowa objętość skratek

$$Q_{\text{skr}} = RLM \bullet \frac{0,02}{365} = 49540 \bullet \frac{0,02}{365} = 2,71\ m^{3}/d$$

Dobrano prasę tłokową firmy Eco-celkon.

Objętość skratek po prasowaniu:

Q_{skr_sp} = 0, 5 • Q_skr = 0, 5 • 2, 71 = 1, 36 m³/d

Przyjmujemy,że skratki będą gromadzone w kontenerze o objętości 2 m³.

Częstotliwość wywożenia:

$$\frac{V_{k}}{Q_{\text{skr}\_ sp}} = \frac{2}{1,36} = 1,47\ \ \ \ ,czyli\ codziennie$$

1. Dobór piaskownika wirowego

Ilość usuwanego piasku:

• Wskaźnik jednostkowy ilości piasku

$q_{p} = \frac{20}{1000} = 0,02\ \text{\ m}^{3}\ piasku/\text{\ m}^{3}\ sciekow\ $

• Dobowa ilość piasku

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ Q}_{\text{dp}} = q_{p} \bullet \frac{Q_{sr\_ d}}{1000}$$

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ Q}_{\text{dp}} = 0,02 \bullet \frac{4790}{1000} = 0,0958\text{\ m}^{3}piasku/d$$

• Czas zatrzymania t_z w piaskowniku

Przyjmujemy t_z = 5 min

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\frac{t_{z}}{60} \bullet \frac{Q_{max\_ h}}{2} = \frac{5}{60} \bullet \frac{434,25}{2} = 18,09\ m^{3}$$

Dobrano piaskownik PSZ 5/300 według objętości czynnej
Wydajność
Średnica piaskownika
Wysokość całkowita
Wysokość dopływu ścieków
Wysokość odpływu ścieków
Wysokość zrzutu piasku
Długość całkowita
Średnica dopływu ścieków
Średnica odpływu ścieków
Średnica odbioru części
pływających
Moc napędu przenośnika
napędowego
Zap.sprężonego powietrza
Zap.sprężonego powietrza
do rusztu napowietrzającego
Zapotrzebowanie wody
do płukania
Ciśnienie
Objętość
Masa piaskownika

1. Dobór osadnika wstępnego

• Czas sedymentacji t_sed = 1, 5 h

• Wymagana objętość osadników

V_os = t_sed • Q_{h_sr_dz} [m³]

V_os = 1, 5 • 306, 5 = 459, 75[m³]

Dobrano 2 osadniki prostokątne:

• Szerokość B_os = 4 m

• Wysokość czynna H_{cz_os} = 2 m

• Długość

$L_{\text{os}} = \frac{V_{\text{os}}}{\left( B_{\text{os}}\ \bullet \ \ H_{cz_{\text{os}}} \bullet n \right)} = \frac{459,75}{\left( 4\ \bullet \ 2\ \bullet \ 2 \right)} = 28,73\ m \approx 29m$

• Wysokość całkowita

H_c = H_{cz_os} + h_k + h_o [m]

gdzie:

H_c - całkowita wysokość osadnika [m]

H_{cz_os}- wysokość czynna w osadniku [m]

h_k- wysokość wzniesienia ściany osadnika ponad zwierciadło [m]

h_o - wysokość części osadnika przeznaczonej na osad [m]

H_c = 2 + 0, 5 + 0, 5 = 3 m

Rzeczywista objętość osadnika:

V_rz = 29 • 4 • 2 = 232[m³]

Rzeczywisty czas zatrzymania dla osadników:

• Dla Qh_max

$$t_{z} = \frac{V_{\text{rz}}}{\text{Qh}_{\max}} = \frac{232}{217,125} = 1,07\ h$$

• Dla Qh_sr

$$t_{z} = \frac{V_{\text{rz}}}{\text{Qh}_{sr}} = \frac{232}{99,8} = 2,32\ h$$

1. Wymiarowanie urządzeń w oczyszczalni biologicznej

   1. Bilans zanieczyszczeń dopływających do reaktora biologicznego

Przyjęto następująca efektywność sedymentacji:

• Zawiesina ogólna h=50%

• BZT₅ h=30%

• N_og h=5%

• P_og h=5%

Stężenie zanieczyszczeń w dopływie do reaktora:

• Zawiesina ogólna $S = \left( 1 - 0,50 \right) \bullet 390,6 = 195,3\frac{g}{m^{3}}$

• BZT₅ $\ S = \left( 1 - 0,30 \right) \bullet 620,5 = 434,4\frac{g}{m^{3}}$

• N_og $S = \left( 1 - 0,05 \right) \bullet 67,6 = 64,2\frac{g}{m^{3}}$

• P_og $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ S = \left( 1 - 0,05 \right) \bullet 14,0 = 13,3\frac{g}{m^{3}}$

$$\frac{\text{BZT}_{5}\ }{N_{\text{og}}} = \frac{434,4}{64,2} = 6,8 > 4$$

$$\frac{\text{BZT}_{5}\ }{P_{\text{og}}} = \frac{434,4}{13,3} = 32,7 > 20$$

1. Bilans azotu

   1. Nitryfikacja

Stężenie azotu w dopływie do reaktora	+ 64,2 [g_N/m^3]
Stężenie N-NH4 w odpływie	- 1,5 [g_N/m^3]
Stężenie azotu przyswojonego (4[%]•SBZT5)	- 18,1 [g_N/m^3]
Saldo azotu do nitryfikacji	44,6 [g_N/m^3]

Stopień nitryfikacji

$$\eta = \left( \frac{44,6}{64,2} \right) \bullet 100\% = 69,47\%$$

1. Denitryfikacja

Stężenie azotu przed denityfikacją	+ 44,6 [g_N/m^3]
Stężenie N-NO3w odpływie	- 9,5 [g_N/m^3]
Saldo azotu do denitryfikacji	35,1 [g_N/m^3]

Stopień nitryfikacji

$$\eta = \left( \frac{35,1}{64,2} \right) \bullet 100\% = 54,67\%$$

1. Wymiarowanie reaktora Berdenpho – zmodyfikowanego. Parametry procesu

• Obliczenia przeprowadzamy dla temperatury procesu

T=12 [ ̊ C].

• Potencjał denitryfikacji:

$$\frac{N}{\text{BZT}_{5}} = \frac{35,1}{434,4} = 0,08\ \left\lbrack \frac{kg\ N\_ NO_{3}}{\text{kg\ }\text{BZT}_{5}} \right\rbrack$$

Z tabeli dla wstępnej denitryfikacji i obliczonego potencjału denitryfikacji, przyjęto:

$\left( \frac{V_{D}}{V_{R}} \right) =$0,2

Wymagany wiek osadu odczytano z tabeli dla:

V_D/V_R = 0,2 , RLM = 49540 , T=12 [ ̊ C]

WO= 9,6 [d]

Jednostkowy przyrost osadu nadmiernego odczytano ( interpolując) z tabeli:

dX_j = f(WO,(Zaw_og/BZT₅))

WO = 9, 6 [d]

$$\frac{Zaw - og}{\text{BZT}_{5}} = \frac{195,3}{434,4} = 0,45$$

$$dX_{j} = f\left( WO = 9,6;\left( \frac{Zaw\_ og}{\text{BZT}_{5}} = 0,45 \right) \right) = 0,69\left\lbrack \frac{kg_{\text{sm}}}{kg_{\text{BZT}_{5}}} \right\rbrack$$

1. Dobowy przyrost osadu

X_d = dX_j • L_BZT5  us ⌊kg_sm/d⌋

L_BZT5  us  = Q_{sr_d} • (S_R−S_e)[kg_BZT5us/d]

L_BZT5  us  = 4790 • (0,434−0,015) = 2007, 0 [kg_BZT5us/d]

X_d = 0, 69 • 2007 = 1385, 0⌊ kg_sm/d⌋

1. Biologiczne usuwanie ścieków

Założono, że w wyniku nadmiarowego biologicznego usuwania fosforu, zawartość fosforu w osadzie nadmiernym wyniesie (3 ÷ 5)[%_sm].

Ładunek fosforu usuwany z osadem nadmiernym:

L_p = 0, 05 • X_d [kg_P/d]

L_p = 0, 05 • 1385, 0 = 69, 24 [kg_P/d]

Usunięte stężenie fosforu S_{P us}:

$$S_{\text{P\ us}} = \frac{L_{p}}{Q_{sr\_ d}}\left\lbrack \frac{g\_ P}{m^{3}} \right\rbrack$$

$$S_{\text{P\ us}} = \frac{69242}{4790} = 14,5\left\lbrack \frac{g\_ P}{m^{3}} \right\rbrack$$

Pozostałe stężenie fosforu:

$S_{\text{P\ b}} - S_{\text{P\ us}} = 13,3 - 14,5 = - 1,2\left\lbrack \frac{g\_ P}{m^{3}} \right\rbrack < 2\left\lbrack \frac{g\_ P}{m^{3}} \right\rbrack$

Chemiczne strącanie fosforu nie jest potrzebne.

1. Objętość reaktora (z nitryfikacją i denitryfikacją)

$$V_{R} = \frac{\left( WO \bullet X_{d} \right)}{X}\ \left\lbrack m^{3} \right\rbrack$$

X- stężenie osadu w reaktorze, przyjęto z tabeli X=3,0 [kg_sm/m³]

$V_{R} = \frac{\left( 9,6 \bullet 1385,0 \right)}{3,0} = 4432\left\lbrack m^{3} \right\rbrack\ $

1. Wymiary reaktora

Przyjęto liczbę reaktorów: n=2.

Objętość jednego reaktora ( z nitryfikacją i denitryfikacją):

$$V_{1} = \frac{V_{R}}{2} = \frac{4432}{2} = 2216\left\lbrack m^{3} \right\rbrack\ $$

Głębokość reaktora: H=5 [m]

Szerokość reaktora: B_R = 15[m]

Powierzchnia jednego reaktora:

$$F_{1} = \frac{V_{1}}{5} = \frac{2216}{5} = 443,2\left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

Długość reaktora:

$$L = \frac{F_{1}}{B_{R}} = \frac{443,2}{15} = 29,5m = 30m$$

Rzeczywista objętość reaktora:

V_1R = L • B • H = 30 • 15 • 5 = 2250[m³]

Długość komory niedotlenionej(denitryfikacji):

0, 2 • 30 = 6m

Długość komory tlenowej:

0, 8 • 30 = 24m

Komora beztlenowa (defosfatacji):

Czas zatrzymania 1,5 h ( w odniesieniu do Q_{sr_d})

t_z = 1, 5 [m]

$$V_{1B} = \left( \frac{\ Q_{sr\_ d}}{24 \bullet n} \right) \bullet t_{z} = \left( \frac{\ 4790}{24 \bullet 2} \right) \bullet 1,5 = 149,69\left\lbrack m^{3} \right\rbrack$$

Komora predenitryfikacji:

Czas zatrzymania 1,0 h ( w odniesieniu do Q_{sr_d})

$$V_{1PR} = \left( \frac{\ Q_{sr\_ d}}{24 \bullet n} \right) \bullet t_{z} = \left( \frac{\ 4790}{24 \bullet 2} \right) \bullet 1,0 = 99,79\left\lbrack m^{3} \right\rbrack$$

Łączna objętość komór –beztlenowej i predenitryfikacji:

V_1B + V_1PR = 149, 69 + 99, 79 = 249, 48[m³]

Głębokość: H= 5m

Powierzchnia:

$$F_{(1B + 1PR)} = \frac{V_{1B} + V_{1PR}\text{\ \ }}{5} = \frac{249,48}{5} = 49,90\left\lbrack m^{2} \right\rbrack\ $$

Przyjęto długość komór:

L_{(1B + 1PR)} = 10 [m]

Szerokość komór:

$$B_{\left( 1B + 1PR \right)} = \frac{F_{\left( 1B + 1PR \right)}}{L_{\left( 1B + 1PR \right)}} = \frac{49,9}{10} = 4,99\ \left\lbrack m \right\rbrack = 5\left\lbrack m \right\rbrack$$

Długość komory beztlenowej:

$$\frac{1,5}{2,5} \bullet 10 = 6\ \left\lbrack m \right\rbrack$$

Długość komory predenitryfikacji:

$$\frac{1,0}{2,5} \bullet 10 = 4\left\lbrack m \right\rbrack$$

Całkowita objętość reaktora:

V_{1C_R} = V_1R + V_1B + V_1PR [m³]

V_{1C_R} = 2250 + 149, 69 + 99, 79 = 2499, 48 [m³]

1. System mieszania

   1. Komora predenitryfikacji

Wskaźnik mocy mieszania - $N_{\text{JM}} = 5\ \left\lbrack \frac{W}{m^{3}} \right\rbrack$

Wymagana moc mieszania

$$N_{M} = \frac{\left( 5 \bullet V_{1PR} \right)}{1000}\ \left\lbrack \text{kW} \right\rbrack$$

$$N_{M} = \frac{\left( 5 \bullet 99,79 \right)}{1000} = 0,499\ \left\lbrack \text{kW} \right\rbrack$$

Zastosowano mieszadło średnioobrotowe firmy REDOR UM 80/141/0,75

• średnica śmigła D = 800[mm]

• obroty śmigła n = 141[min⁻¹]

• moc znamionowa zainstalowanego silnika N_s = 0, 58[kW]

  1. Komora beztlenowa (defosfatacji)

Wskaźnik mocy mieszania - $N_{\text{JM}} = 5\ \left\lbrack \frac{W}{m^{3}} \right\rbrack$

Wymagana moc mieszania

$$N_{M} = \frac{\left( 5 \bullet V_{1B} \right)}{1000}\ \left\lbrack \text{kW} \right\rbrack$$

$$N_{M} = \frac{\left( 5 \bullet 149,69 \right)}{1000} = 0,748\ \left\lbrack \text{kW} \right\rbrack$$

Zastosowano mieszadło średnioobrotowe firmy REDOR UM 48/226/1,1-K

• średnica śmigła D = 480[mm]

• obroty śmigła n = 226[min⁻¹]

• moc znamionowa zainstalowanego silnika N_s = 0, 81[kW]

  1. Komora niedotleniona

Wskaźnik mocy mieszania - $N_{\text{JM}} = 4\left\lbrack \frac{W}{m^{3}} \right\rbrack$

Wymagana moc mieszania

$$N_{M} = \frac{\left( 4 \bullet V_{1D} \right)}{1000}\ \left\lbrack \text{kW} \right\rbrack$$

$$N_{M} = \frac{\left( 4 \bullet 0,2 \bullet 2250 \right)}{1000} = 1,8\ \left\lbrack \text{kW} \right\rbrack$$

Zastosowano 2 mieszadła wolnoobrotowe firmy REDOR UMA 200/29/2,2

• średnica śmigła D = 2000[mm]

• obroty śmigła n = 29[min⁻¹]

• moc znamionowa zainstalowanego silnika N_s = 1, 75[kW]

1. Pompownie recyrkulacyjne

   1. Recyrkulacja wewnętrzna

Stopień recyrkulacji wewnętrznej N_W = 300 ÷ 400%

W każdym z dwóch reaktorów zastosowano 2 mieszadła zanurzalne pompujące o wydajności:

$$Q_{\text{MP}} = \left( \frac{Q_{sr\_ h\_ dz}}{2 \bullet 2} \right) \bullet 350\%\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

$$Q_{\text{MP}} = \left( \frac{306,5}{2 \bullet 2} \right) \bullet 350\% = 268,2\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack = 0,074\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

Dobrano mieszadło pompujące firmy REDOR MP 300/725/1,5

• obroty śmigła n₁ = 725 [min⁻¹]

• moc silnika P = 1, 5 [kW]

  1. Recyrkulacja zewnętrzna

Stopień recyrkulacji zewnętrznej N_Z = 50 ÷ 100%

Zastosowano pompy zatapialne, dwie dla każdego reaktora.

Wydajność jednej pompy:

$$Q_{\text{MP}} = \left( \frac{Q_{sr\_ h\_ dz}}{2 \bullet 2} \right) \bullet 100\%\left\lbrack \frac{\text{dm}^{3}}{s} \right\rbrack$$

$$Q_{\text{MP}} = \left( \frac{306,5}{2 \bullet 2} \right) \bullet 100\% = 76,6\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack = 21,3\left\lbrack \frac{\text{dm}^{3}}{s} \right\rbrack$$

Dobrano pompy firmy METALCHEM MS1- 54

• Wydajność pompy Q = 25[dm³/s]

• Wysokość podnoszenia nominalna H = 11, 5[m_H₂O]

• Moc nominalna P = 5, 5[kW]

• Obroty n = 1420[min⁻¹]

1. System napowietrzania

   1. Zapotrzebowanie tlenu (obliczono wg. Eckenfeldera)

O₂ = 1, 25 • (0,1•ΣX+0,5•L_{BZT_US}+4,6•L_{N − NH4 − nit}−2,3•L_{N − NO3_D})

gdzie:

• Zapotrzebowanie na tlen na oddychanie biomasy:

O₂ = 0, 1 • ΣX = 0, 1 • X • V_1R • 2 = 0, 1 • 4 • 2250 • 2=1800 [kg O₂/d]

• Zapotrzebowanie tlenu na usuwanie BZT₅:

O₂ = 0, 5 • L_{BZT_US} = 0, 5 • 2007                                     =1003, 5 [kg O₂/d]

• Zapotrzebowanie tlenu na nitryfikację:

O₂ = 4, 6 • L_{N − NH4 − nit} = 4, 6 • 4790 • 0, 0446             =982, 72 [kg O₂/d]

• Zapotrzebowanie tlenu na nitryfikację:

O₂ = −2, 3 • L_{N − NO3_D} = −2, 3 • 4790 • 0, 0351          = − 386, 70 [kg O₂/d]

Razem - średnie zapotrzebowanie O₂ => 3399,52 [kg O₂/d]

Maksymalne zapotrzebowanie na tlen

$$O_{2\_ max} = 1,25 \bullet \left( \frac{3399,52}{24} \right) = 177,06\left\lbrack kg\text{\ O}_{2}/h \right\rbrack$$

1. Zapotrzebowanie powietrza

Zastosowano dyfuzory membranowe SANITAIRE 9”:

• Stopień wykorzystania tlenu z powietrza dla H_cz = 4, 7[m] wynosi μ_Ads = 25 − 26%

• Współczynnik dyfuzji α = 0, 65

• Zawartość tlenu w powietrzu 280[g O₂/m³]

• Wykorzystanie tlenu z 1[N•m³] powietrza

O_{2_1m} = 280 • 0, 29 • 0, 65 = 52, 78[g O₂/m³]

Zapotrzebowanie powietrza

$$Q_{p} = \frac{Q_{2\_ max}}{Q_{2\_ 1m}}\left\lbrack m^{3}/h \right\rbrack$$

$$Q_{p} = \frac{Q_{2\_ max}}{Q_{2\_ 1m}} = 177,06 \bullet \frac{1000}{52,78} = 3354,65\left\lbrack m^{3}/h \right\rbrack$$

Ilość dyfuzorów

Wydajność dyfuzora q=3 m³/h

$$n_{\text{dyf}} = \frac{Q_{p}}{3}$$

$$n_{\text{dyf}} = \frac{3354,65}{3} = 1118,22 \approx 1120$$

1. Stacja dmuchaw

W stacji będą zainstalowane 3 dmuchawy ( 2 pracujące + 1 rezerwowa). Wydajność jednej dmuchawy:

$$Q_{1\_ dm} = \frac{Q_{p}}{2}\left\lbrack m^{3}/min \right\rbrack$$

$$Q_{1\_ dm} = \frac{3354,65}{2} = 1677,324\left\lbrack m^{3}/h \right\rbrack = 27,96\left\lbrack m^{3}/min \right\rbrack$$

Wymagany wzrost ciśnienia p (spręż):

• Cisnienie hydrostatyczne 4,7   m_H₂O

• Opory membrany dyfuzora 0,3   m_H₂O

• Straty w przewodach 0,2   m_H₂O

• Razem p (spręż): 5,2   m_H₂O

Dobrano 3 dmuchawy firmy Lutos as DT 70/202//DN 150/C

• Wydajność Q = 1872 m³/h

• Spręż p = 0, 60 [bar]

• Moc znamionowa N_S = 55 [kW]

• Obroty dmuchawy  n = 1909[min⁻¹]

1. Dobór osadników wtórnych

Przyjęto czas zatrzymania w osadnikach wtórnych t_z = 4[h] • (Q_{sr_h_dz})

V_{cz_os} = t_z • Q_{sr_h_dz}[m³]

V_{cz_os} = 4 • 306, 5 = 1226 [m³]

Zastosowano n=2 osadniki wtórne radialne.

Objętość czynna jednego osadnika :

$$V_{1\_ cz} = \frac{V_{cz\_ os}}{2}\left\lbrack m^{3} \right\rbrack$$

$$V_{1\_ cz} = \frac{1226}{2} = 613\left\lbrack m^{3} \right\rbrack$$

Z tabeli typoszeregu UNIKAR-77 dobrano 2 osadniki:

• Wielkość OR_wt -21

• Średnica osadnika D=21,00 [m]

• Pojemność czynna V_{1_cz}=678 [m³]

• Napęd pomostu ze zgarniaczem osadu i części flotujących N_s = 1, 0 [kW]

Rzeczywisty czas zatrzymania dla osadników wtórnych:

• Dla Qh_max

$$t_{z} = \frac{V_{1\_ cz}}{\text{Qh}_{\max}} = \frac{678}{217,125} = 3,12\ h$$

• Dla Qh_sr

$$t_{z} = \frac{V_{\text{rz}}}{\text{Qh}_{sr}} = \frac{678}{99,8} = 6,79\ h$$