Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Instytut Politechniczny

Ochrona Środowiska

Projekt oczyszczalni ścieków dla miasta Bamberg

Łukasz Jankowski

Ochrona Środowiska

Inżynieria Ekologiczna

Nr albumu: 7562

Spis treści

1. Dane wyjściowe projektu

1. Liczba mieszkańców:

M=75000

2. Klasa standardu wyposażenia mieszkań:

Udział w grupach [%]

5 - 25%

4 - 55%

3 - 10%

2 - 5%

1 - 5%

3. Ilość ścieków dowożonych:

Q_dśrd = 140 m³/d

4. Rodzaj zakładu:

Browar

5.Przepływ średni dobowy dla ścieków przemysłowych:

Q_pśrd = 60m³/d

6.Wspólczynnik nierównomierności dobowej:

N_pd = 2,0

7.Współczynnik nierównomierności godzinowej:

N_ph = 2,5

8.Czas dopływu ścieków przemysłowych:

t_p = 24h

9. Stężenie danego wskaźnika:

BZT₅ = 3000 g/m³

ChZT = 6000 g/m³

Zog = 1000 g/m³

Nog = 500 g/m³

Pog = 100 g/m³

10. Ścieki bytowe dostarczane kanalizacją:

MG	qw	qs	Qbśrd	tb	Qbśrh	Ndw	Nhw	Nds	Nhs	Qbmaxd	Qbmaxh	Qbminh
[M]	[dm^3/ (Mxd)]	[dm^3/ (Mxd)]	[m^3/d]	[h/d]	[m^3/h]	-	-	-	-	[m^3/d]	[m^3/h]	[m^3/h]
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
18750	160	160	3000	20	150	1,4	1,5	1,40	1,5	4200	315	36,00
41250	100	100	4125	20	206	1,4	1,5	1,40	1,5	5775	433	40,18
7500	90	90	675	20	34	1,5	2,5	1,43	2,25	965	109	40,50
3750	60	60	225	20	11	1,8	2,8	1,62	2,24	365	40	8,55
3750	30	24	90	20	5	2,0	3	1,6	3,3	144	27	1
Σ	-	-	Σ	-	Σ	-	-	-	-	Σ	Σ	Σ
75000	-	-	8115	-	406	-	-	-	-	11449	924	186

2. Informacje wstępne

1. Charakterystyka miasta.

Oczyszczalnia ścieków została zaprojektowana dla miasta Bamberg. Bamberg - miasto na prawach powiatu w Bawarii, nad rzeką Regnitz, która w odległości ok. 7 km od centrum miasta dwoma ramionami uchodzi do Menu. Zamieszkuje je 75 tyś. osób.

Północno-zachodnie obszary Regnitz są porośnięte lasami, w których rosną sosny, świerki, graby, buki, a rzadziej modrzew, brzozy i klony. Tereny położone na wschodniej części zajmują łąki torfowe, porośnięte gdzieniegdzie drobnymi zagajnikami, urozmaicającymi krajobraz.

Wysoki stan czystości wód rzeki Regnitz stwarza warunki do życia w niej wielu gatunkom ryb, a w tym szczególnie pstrągom potokowym, trociom wędrownym, lipieniom.

Rzeka Regnitz ma ustrój deszczowo-oceaniczny, dlatego też cechują ją dość wysokie stany wód zimą i wczesną wiosną, powodujące wylewy. Szerokość rzeki na poziomie zwierciadła wody, przy średnim stanie, w środkowym odcinku jej biegu, wynosi 10-12m.

3. Opis techniczny

1. Podstawa opracowania

Projekt komunalnej oczyszczalni ścieków został sporządzony na zlecenie inwestora, którym jest miasto Bamberg.

2. Cel opracowania

Celem opracowania jest projekt technologiczny komunalnej oczyszczalni ścieków, która w znaczącym stopniu poprawiłaby stan środowiska naturalnego. Projekt został wykonany z myślą o spełnieniu wszystkich niezbędnych wymagań dotyczących odprowadzania ścieków do odbiornika i zagospodarowania wszystkich powstających odpadów.

Wykonano go zgodnie z obowiązującymi aktami :

• Rozporządzenie Ministra Środowiska 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. 2006 Nr 137 Poz. 984),

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 października 2002r. w sprawie wymagań jakim powinny odpowiadać wody śródlądowe będące środowiskiem życia ryb w warunkach naturalnych (Dz.U. 2002 Nr 176 Poz. 1455),

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód (Dz. U. 2004r Nr 32 Poz. 284),

• Rozporządzenie Ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 r. w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych (Dz. U. 2006r Nr 136 Poz. 964),

• Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi ( Dz.U. 2007 Nr 61 Poz. 417).

• Prawo wodne,

• Ustawa o odpadach,

• Ustawa o utrzymaniu porządku i czystości w gminie,

• Ustawa prawo budowlane.

1. Zakres opracowania:

Opracowanie zawiera zestawienie danych i obliczeń oraz projekt Oczyszczalni Ścieków dla miasta Bamberg.

2. Lokalizacja oczyszczalni ścieków 

Oczyszczalnia ścieków zlokalizowana jest na lewym brzegu rzeki Regnitz (teren płaski) - zajmuje obszar który jest własnością urzędu miasta. Obiekt obsługuje ok. 55 tys. mieszkańców i znajduje się w odległości 2 km od miasta (teren wokół oczyszczalni jest wolny od zabudowy) . Jest on ogrodzony oraz otoczony pasem zieleni a także uzbrojony w energię elektryczną i sieć wodociągową oraz drogi. Sama oczyszczalnia pracuje na spływie grawitacyjnym dzięki sprzyjającemu ukształtowaniu terenu ze spadkiem w kierunku rzeki Regnitz, która jest bezpośrednim odbiornikiem ścieków oczyszczonych. Poziom wód gruntowych jest niski. W pobliżu nie występują strefy ochronne źródeł i ujęć wody.

3. Charakterystyka odbiornika ścieków

Bezpośrednim odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest rzeka Regnitz.

Charakterystyka dorzecza Regnitz:

• lewy dopływ Menu o Długość rzeki: 58 km

• Ważniejsze dopływy: Zenn, Gründlach, Aurach, Schwabach, Seebach, Wiesent, Aisch, Reiche Ebrach, Rauhe Ebrach, Aurach.

[m3/s] SWQ = 15,80
[m3/s] SSQ = 5,34
[m3/s] SNQ = 1,96
[m3/s] NNQ = 0,7

1. Wymagania siedliskowe dla ryb łososiowatych i karpiowatych

Wymagania siedliskowe dla ryb łososiowatych i karpiowatych (Rozporządzenia Ministra Środowiska z 4 października 2002r w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody śródlądowe będące środowiskiem życia ryb w warunkach naturalnych, DZ.U. 2002r ,Nr. 176, Poz. 1455 ).

Wymagania dla ryb
Wskaźnik	Łososiowate	Karpiowate
Zawiesina ogólna	25 mg / l	25 mg / l
BZT5	3 mg/l O2	6 mg/l O2
Fosfor ogólny	0,2 mg PO4/l	0,4 mg PO4/l

1. Stężenia zanieczyszczeń w rzece powyżej punktu zrzutu

C_rzBZT5 = 3,2 g O₂ / m³ Klasa III ; Kategoria A2

C_rzChZTcr = 26 g O₂ / m³ Klasa III ; Kategoria A2

C_rzZog = 15,5 g / m³ Klasa I ; Kategoria A1

C_rzNog = 5 g N / m³ Klasa III ; Kategoria A2

C_rzPog = 0,4 g P / m³ Klasa II ; Kategoria A2

Rzeka nie jest siedliskiem ryb łososiowatych i karpiowatych

1. Bilans ścieków dopływających

Oczyszczalnia oczyszcza ścieki odbierane bezpośrednio poprzez kanalizację sanitarną jak i dowożone samochodami asenizacyjnymi. Ścieki doprowadzane na oczyszczalnię, stanowią mieszaninę ścieków bytowo - gospodarczych i ścieków przemysłowych oraz wód przypadkowych przedostających się do kanalizacji sanitarnej, w tym wód deszczowych. Dopływające ścieki tzw. ścieki komunalne pochodzące z gospodarstw indywidualnych, obiektów użyteczności publicznej oraz drobnych zakładów produkcyjnych i usługowych

Przyjmowane są tu również ścieki bytowo - gospodarcze z pobliskich wsi. Ścieki te dowożone są wozami asenizacyjnymi do punktu zlewnego zlokalizowanego na terenie oczyszczalni.

1. Przepływy charakterystyczne ścieków

1. Przepływy charakterystyczne ścieków bytowych dopływających kanalizacją sanitarna

Q_bśrd = 8115 m³/d

Q_bśrh = 406 m³/h

Q_bmaxd = 11449 m³/d

Q_bmaxh= 924 m³/h

Q_bminh = 186 m³/h

2. Przepływy charakterystyczne ścieków dowożonych taborem asenizacyjnym

Q_dśrd = 140 m³/d

Q_dśrh = Q_dśrd/12 = 12 m³/h

Q_dmaxd = N_dd* Q_dśrd = 2,0*140 = 280 [ m³/d]

Q_dmaxh = N_dd*N_hd* Q_dśrh = 2,0*3,0*12 = 72 [m³/h]

Q_dminh = 0 [m³/h]

c) Przepływy charakterystyczne dla ścieków przemysłowych

Q_pśrd = 60 m³/d

Q_pśrh = Q_pśrd/t_p = 60/24 = 2,5 [m³/h]

N_pd = 2,0

N_ph = 2,5

Q_pmaxd = N_pd*Q_pśrd = 2,0*60 = 120 [ m³/d]

Q_pmaxh = N_pd*N_ph*Q_pśrh = 2,0*2,5*2,5 = 12,5 [m³/h]

Q_pminh = 0,6*2,5 = 1,5 m³/h => t_p = 24 h/d = 0,6*Q_pśrh

d) Przepływy charakterystyczne dla całej oczyszczalni ścieków

Q_śrd = Q_bśrd + Q_dśrd + Q_pśrd = 8115+140+60 = 8315 [ m³/d]

Q_śrh = Q_bśrh + Q_dśrh + Q_pśrh = 406+12+2,5 = 420,5 [m³/h]

Q_maxd = Q_bmaxd + Q_dmaxd + Q_pmaxd = 11449+280+120 = 11849 [m³/d]

Q_maxh = Q_bmaxh + Q_dmaxh + Q_pmaxh = 924+72+12,5 = 1008,5 [m³/h]

Q_minh = Q_bminh + Q_dminh + Q_pminh = 186+0+1,5 = 187,5 [m³/h]

2. Ładunki zanieczyszczeń w ściekach surowych

1. Ładunki zanieczyszczeń w ściekach bytowych dopływających do oczyszczalni ścieków kanalizacją sanitarną

Ładunki jednostkowe:

Ł_jBZT5 = 60 [g O₂/(M*d)]

Ł_jChZT = 120 [g O₂/(M*d)]

Ł_jZorg = 60 [g Zorg/(M*d)]

Ł_jNog = 12 [g N/(M*d)]

Ł_jPog = 2,5 [g P/(M*d)

Ładunki w ściekach:

wzór do obliczeń: Ł_bBZT5 = (Ł_jBZT5*M)/1000

Ł_bBZT5 = (60*75000)/1000 = 4500 [kg BZT₅/d]

Ł_bChZT = (120*75000)/1000 = 9000 [kg ChZT/d]

Ł_bZog = (60*75000)/1000 = 4500 [kg /d]

Ł_bNog = (12*75000) /1000 = 900 [kg N/d]

Ł_bPog = (2,5*55000) /1000 = 187,5 [kg P/d]

2. Ładunek w ściekach dowożonych taborem asenizacyjnym

C_dBZT5 = 2000 g O₂ /m3

C_dChZT = 5000 g O₂ /m3

C_dZog = 2500 g /m3

C_dNog = 140 g N/m3

C_dPog = 30 g P/m3

Ł_dBZT5 = C_dBZT5*Q_dśrd/1000 [kgO₂/d]

Ł_dBZT5 = 2000*140/1000 = 280 [kg BZT₅/d]

Ł_dChZT = 5000*140/1000 = 700 [kg ChZT/d]

Ł_dZog = 4000*140/1000 = 350 [kg /d]

Ł_dNog = 150*140/1000 = 19,6 [kg N/d]

Ł_dPog = 30 *140/1000 = 4,2 [kg P/d]

3. Ładunek zanieczyszczeń w ściekach przemysłowych

Ł_pBZT5 = C_pBZT5*Q_pśrd/1000 [kgO₂/d]

C_dBZT5 = 3000 g O₂ /m³

C_dChZT = 6000 g O₂ /m³

C_dZorg = 1000 g /m³

C_dNorg = 500 g N/m³

C_dPorg = 100 g P/m³

Ł_pBZT5 = 3000*60/1000 = 180 [kg BZT₅/d]

Ł_pChZT = 6000*60/1000 = 360 [kg ChZT/d]

Ł_pZog = 1000*60/1000 = 60 [kg /d]

Ł_pNog = 500*60/1000 = 36 [kg N/d]

Ł_pPog = 100*60/1000 = 6 [kgPorg/d]

4. Zestawienie dla całej oczyszczalni:

Ł_BZT5 = Ł_bBZT5 + Ł_dBZT5 + Ł_pBZT5 [kg BZT₅/d]

Ł_BZT5 = 4500+280+180 = 4960 [kg BZT₅/d]

Ł_ChZT = 9000+700+360 = 10060 [kg ChZT/d]

Ł_Zog = 4500+350+60 = 4910 [kg /d]

Ł_Nog = 900+19,6+36 = 955,6 [kg N/d]

Ł_Pog = 187,5+4,2+6 = 197,7 [kg P/d]

3. Średnie stężenia ścieków surowych dopływających do oczyszczalni

Co_BZT5 = Ł_BZT5/Q_śrd*1000

Co_BZT5 = 4960/8315*1000 = 596,5 [g BZT₅/m³]

Co_ChZT = 10060/8315*1000 = 1209,9 [g ChZT/m³]

Co_Zog = 4910/8315 *1000 = 590,5 [g /m3]

Co_Nog = 955,6/8315*1000 = 114,9 [g N/m3]

Co_Pog = 197,7/8315*1000 = 23,8 [g P/m3]

4. Wielkość oczyszczalni

RLM = Ł_BZT5/Ł_jBZT5 = 4960/0,06 = 82667

1. Charakterystyka ścieków oczyszczonych

1. Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników

Tabela przedstawia dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych (na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, Dz.U. 2006 nr 137 poz. 984, załącznik 1).

Lp.	Nazwa wskaźnika	Jednostka	Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników przy RLM:
						poniżej 2.000	od 2.000 do 9.999	od 10.000 do 14.999	od 15.000 do 99.999	100.000 i  powyżej
1.	BZT5	mg O2/l	40 -	25 lub 70- 90	25 lub 70 - 90	15 lub 90	15 lub 90
2.	ChZTCr	mg O2/l	150 -	125 lub 75	125 lub 75	125 lub 75	125 lub 75
3.	Zawiesiny ogólne	mg/l	50 -	35 lub 90	35 lub 90	35 lub 90	35 lub 90
4.	Azot ogólny	mg N/l	30	15	15	15	10
5.	Fosfor ogólny	mg P/l	5	2	2	2	1

2. Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych dla projektowanej oczyszczalni.

Nazwa wskaźnika	Jednostka	Najwyższa dopuszczalna wartość
BZT5	O2 / m³	15
ChZTCr	O2 / m³	125
Zawiesina ogólna	g / m³	35
Azot ogólny	g N / m³	15
Fosfor ogólny	g P / m³	2

Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w ściekach oczyszczonych:

C_eBZT5 = 15 g O₂ / m³

C_eChZT_Cr = 125 g O₂ / m³

C_eZ_og = 35 g / m³

C_eN_og = 15 g N / m³

C_eP_og = 2 g P / m³

3. Efektywność usuwania zanieczyszczeń

η_BZT5 = [(Co_BZT5 - Ce_BZT5)/Co_BZT5]*100 [%]

η_BZT5 = [(596,5-15)/ 596,5 ]*100 = 97,48 [%]

η_ChZT = [(1209,9-125)/ 1209,9]*100 = 89,67 [%]

η_Zog = [(590,5-35)/ 590,5]*100 = 94,07 [%]

η_Nog = [(114,9-15)/ 114,9]*100 = 86,94 [%]

η_Pog = [(23,8 -2)/ 23,8]*100 = 91,6 [%]

Jak wynika z obliczeń sprawność oczyszczania jest bardzo wysoka i usunięcie ładunków przedstawia się następująco:

BZT₅ w 97,48 %;

ChZT w 89,67%;

Zog w 94,07 %;

Nog w 86,94 %

Pog w 91,6 % .

4. Stężenie zanieczyszczeń w rzece powyżej punktu zrzutu

C_rzBZT5 = 3,2 g O₂ / m³ Klasa III ; Kategoria A2

C_rzChZTcr = 26 g O₂ / m³ Klasa III ; Kategoria A2

C_rzZog = 15,5 g / m³ Klasa I ; Kategoria A1

C_rzNog = 5 g N / m³ Klasa III ; Kategoria A2

C_rzPog = 0,4 g P / m³ Klasa II ; Kategoria A2

5. Bilans zanieczyszczeń wód odbiornika:

SNQ = 1,96 m³/s

C_mBZT5 = SNQ * C_rzBZT5 + Q_śrd * C_eBZT55/( Q_śrd+ SNQ )

Q_śrd=8315m³/d=8315/(24*60*60)=0,1m³/s

C_mBZT5 = 1,96*3,2+0,1*15/(0,1+1,96) = 3,8g O₂/m³

C_mChZT = 1,96*26+0,1*125/(0,1+1,96) = 30,8g O₂/m³

C_mZog = 1,96*15,5+0,1*35/(0,1+1,96) = 16,4 g /m³

C_mNog = 1,96*5+0,1*15/(0,1+1,96) = 5,5g N/m³

C_mPog = 1,96*0,4+0,1*2/(0,1+1,96 ) = 0,5 gP/m³

Zrzucone ścieki do odbiornika nie przekraczają wartości dopuszczalnych stężeń ładunków zrzucanych do odbiornika

• Przyrost stężenia zanieczyszczeń w wodach rzecznych

C_BZT5 = [(C_mBZT5-C_rzBZT5) / C_rzBZT5] * 100 = (3,8-3,2 / 3,2) * 100 = 18,75 %

C_ChZTcr = [(30,8 - 26) / 26] * 100 = 18,5 %

C_Zog = [(16, 4-15,5 / 15,5 ]* 100 = 5,8 %

C_Nog = [(5,5-5 / 5 ]* 100 = 10 %

C_Pog = [(0,5 - 0,4 / 0,4 ]* 100 = 25 %

Obliczenia parametrów ścieków surowych - podatność na rozkład biologiczny

Co_ChZT / Co_BZT5 = 1209,9 /596,5 = 2,03 => ścieki podatne na rozkład biologiczny

Co_Nog / Co_BZT5 = 114,9 / 596,5 = 0,193 => można usunąć azot

Co_Pog / Co_BZT5 = 23,8 / 596,5 = 0,04 => można usunąć fosfor

1. Ogólna koncepcja rozwiązania

W procesach oczyszczania ścieków stosuje się metody mechaniczne, chemiczne, biologiczne, mieszane i dezynfekcję. W zależności od rodzaju ścieków proces oczyszczania powinien być tak pomyślany, aby przy minimalnym nakładzie kosztów uzyskiwać najwyższy możliwy stopień oczyszczenia. W tym celu stosuje się jedną lub kilka z wymienionych metod oczyszczania.

Metody mechaniczne

Polegają one na usunięciu grubszych zawiesin organicznych i mineralnych oraz ciał pływających. Usuwa się je za pomocą krat, sit, piaskowników, tłuszczowników oraz osadników różnego typu. Kraty i sita są mechanicznymi przegrodami ustawionymi na drodze spływu ścieków. Osadzające się na nich zanieczyszczenia, zwane skratkami, usuwa się okresowo ręcznie lub mechanicznie. Następnie poddaje się je procesom kompostowania lub po rozdrobnieniu w dezintegratorach zawraca się do obiegu.

Metody chemiczne

Do oczyszczania ścieków przemysłowych zawierających chemiczne związki organiczne, metale ciężkie itp. stosuje się metody fizyko-chemiczne jak i chemiczne. Zalicza się do nich koagulację, neutralizację, ekstrakcję, sorpcję, elektrolizę i destylację. W zależności od składu ścieków można prowadzić oczyszczanie jedną lub kilkoma z podanych metod.

Metody biologiczne

Stosuje się osadniki wtórne, komory osadu czynnego, jest także stanowisko dozowania PIX-u. Wykorzystanie procesów biochemicznych i częściowo fizycznych do oczyszczania ścieków pozwala uzyskać dalsze obniżenie ładunku substancji organicznych. Stosuje się je zwykle jako kolejny stopień oczyszczania w przypadku, gdy metody zastosowane wcześniej nie zapewniają odpowiedniej klasy czystości wody zrzucanej do odbiorników. Oczyszczanie biologiczne przebiega zarówno w warunkach tlenowych, niedotlenionych jak i beztlenowych i polega na utlenianiu oraz mineralizacji związków organicznych zawartych w ściekach przy udziale mikro i makroorganizmów. Mikroorganizmy te zużywają związki zawarte w ściekach jako pokarm i podstawę przemiany materii. Zasada oczyszczania jest taka sama, jak w przypadku naturalnego samooczyszczania się zbiorników wodnych. Różnica polega na stworzeniu optymalnych warunków przebiegu procesu (obecność tlenu, pożywki, mieszanie mechaniczne, temperatura, pH itp.), które zwiększają szybkość i skuteczność procesu.

Schemat technologiczny procesów:

Schemat technologiczny urządzeń:

2. Opis urządzeń

1. Kanał główny

Kanał którym ścieki doprowadzone będą do urządzeń w oczyszczalni, będzie konstrukcją żelbetową z gładką wyprawą betonową o współczynniku szorstkości k = 70

2. Komora krat

Kraty służą do usuwania ze ścieków zanieczyszczeń występujących w postaci substancji stałych o stosunkowo dużych rozmiarach. Zasadniczą konstrukcję krat stanowi rząd prętów metalowych najczęściej ustawionych w postaci palisady pochyło lub pionowo w poprzek kanału, którym płyną ścieki.

W oczyszczalniach są stosowane jako urządzenia do wstępnego oczyszczania ścieków. Zadaniem ich jest niedopuszczenie większych zanieczyszczeń do osadników lub innych urządzeń, gdyż osiadające części tych zanieczyszczeń mogłyby być trudno usuwalne z dna osadników, powodować uszkodzenia zgarniaczy oraz pomp osadowych i zatykać przewody osadowe, a części pływające tworzyłyby na powierzchni ścieków zagniwający kożuch. W oczyszczalniach ścieków kraty powinny być w zasadzie zawsze stosowane jako pierwsze urządzenia oczyszczające ścieki przed pozostałymi urządzeniami oczyszczalni.

3. Piaskownik napowietrzany

Piaskowniki stosuje się do usuwania ze ścieków ziarnistych zanieczyszczeń mineralnych, takich jak popiół i węgiel, a przede wszystkim piasek. Stosowanie piaskowników w każdej oczyszczalni miejskiej jest konieczne, gdyż w wypadku ich braku piasek byłby zatrzymany dopiero w osadnikach, skąd wraz z osadem byłby transportowany do komór fermentacyjnych.

Stosowanie piaskowników jest wskazane również ze względu na ochronę niektórych części pomp oraz rozdrabniarek przed ścieraniem, ale szkodliwość zawartości piasku w ściekach w tych wypadkach jest znacznie mniejsza i często piaskowniki są budowane dopiero za przepompownią. Powinny być tak skonstruowane i eksploatowane, by zatrzymywały cięższą zawiesinę mineralną.

4. Osadnik wstępny radialny

Po usunięciu piasku ścieki zawierają zanieczyszczenia organiczne rozpuszczone, koloidalne i zawiesinę. W osadniku wstępnym dokonuje się usunięcia zawiesin łatwo opadających poprzez zapewnienie wystarczająco powolnego przepływu laminarnego ścieków, pozwalającego opaść zawiesinom, które mają masę niewiele większą od wody - rzędu 1,1g/cm³. Dla porównania piasek ma masę 2,5 razy większą od wody. Osadniki wstępne pełnią następujące funkcje:

• usuwają do 60 - 70% całkowitej zawiesiny organicznej ze ścieków

• usuwają ok. 30% BZT5

• produkują osad wstępny, który poddany fermentacji kwaśnej w celu uzyskania prostych kwasów lotnych pozwala wspomagać biologiczne procesy usuwania fosforu i azotu

• usuwają tłuszcze i oleje

• częściowo wyrównują nierównomierność przepływu i ładunku ścieków dopływających do części biologicznej

• przyczyniają się do zmniejszenia ilości nadmiernego osadu czynnego

W osadnikach wstępnych w wyniku procesu sedymentacji następuje oddzielenie łatwoopadających zawiesin organicznych od ścieków. W osadnikach wstępnych zachodzi również odtłuszczanie.

Efektywność pracy osadników wstępnych zależy od obciążenia hydraulicznego powierzchni zbiornika, czasu przetrzymania ścieków, konfiguracji zbiornika, rodzaju ścieków, rodzaju zawiesin, temperatury i udziału ścieków przemysłowych. Podczas około dwugodzinnej sedymentacji w osadnikach wstępnych zawiesin zawartych w dopływających ściekach miejskich, można uzyskać 70% ich redukcji oraz około 30% redukcji całkowitego BZT5. Jednak uzyskiwane efekty są mniejsze i wynoszą przeciętnie 50 - 60% usunięcia zawiesin i 25% redukcji całkowitego BZT5.

1. Komora osadu czynnego

W komorach osadu czynnego (komorach napowietrzania) następuje mieszanie i napowietrzanie ścieków z kłaczkowatymi skupiskami żywych mikroorganizmów, które wykorzystują zanieczyszczenia zawarte w ściekach jako pożywkę.

2. Osadnik wtórny

Osadniki wtórne służą do oddzielenia osadu czynnego od oczyszczonych ścieków. Oddzielenie osadu czynnego jest ostatnim krokiem w produkcji oczyszczonych ścieków: klarownych, o stałym wymaganym stężeniu BZT5 i zawiesiny ogólnej. Realizacja tego zadania odbywa się w osadnikach wtórnych.

Sedymentacja zachodząca w osadnikach wtórnych różni się od przeprowadzanej w osadnikach wstępnych. Zawiesiny osadu czynnego występują w osadnikach wtórnych w znacznie wyższych koncentracjach i sedymentują znacznie trudniej, ponieważ są bardzo lekkie. Poza tym wymagany efekt usuwania zawiesin jest znacznie wyższy. Mimo, że osad wtórny gorzej opada niż zawiesina ziarnista (osadnik wstępny), efekt pracy osadnika wtórnego jest znacznie wyższy. Spowodowane jest to kłaczkowaniem osadu w ciężkie, wielkie kłaczki oraz występowaniem warstwy osadu zawieszonego, który w pewnym sensie filtruje odpływające ścieki, wyłapując drobne, lekkie cząstki zawiesiny.

W osadnikach wtórnych następuje klarowanie ścieków i zagęszczanie osadu. Eksploatacja osadnika wtórnego polega na utrzymaniu właściwej grubości warstwy zawieszonej osadu.

Czas przetrzymania ścieków określany jest jako stosunek natężenia przepływu ścieków do objętości osadnika, zmniejszonej o objętość przeznaczoną na zagęszczanie osadu. Wymagany czas przepływu ścieków zależy od wymaganego efektu oczyszczania, stężenia zawiesin i indeksu osadowego. Czas ten wzrasta wraz ze wzrostem wymaganego efektu klarowania ścieków. Najczęściej stosowany czas przetrzymania ścieków w osadniku wtórnym wynosi 2,5 - 3,5h.

Czas przepływu osadu recyrkulowanego przez dolną część osadową osadnika wpływa na stopień zagęszczenia osadu, a więc na jego stężenie. Minimalny czas przebywania osadu w strefie osadowej nie powinien być krótszy niż 0,5h.

Wraz ze wzrostem temperatury efekt sedymentacji poprawia się.

3. Instalacja do chemicznego strącania fosforu

Instalacja do chemicznego strącania fosforu składa się z pompki dawkującej reagent i z przewodu doprowadzającego go przed komorę z osadem czynnym. Magazyn wraz z pompką znajdował się będzie w osobnym budynku, blisko drogi wewnętrznej.

4. Obiekty gospodarki osadowej

Osady pochodzące z osadników wstępnych, wtórnych, jak i rozdrobnione skratki i tłuszcze z komory tłuszczowej za pomocą pomp umieszcza się w zamkniętej wydzielonej komorze fermentacji (WKF). Jest to zbiornik służący do prowadzenia procesu fermentacji metanowej osadów. Komora ta posiada zamknięcie w postaci ruchomej konstrukcji podnoszącej się bądź opadającej, zależnie od wypełnienia komory. Podczas procesu fermentacji w komorze następuje naturalne mieszanie się osadu powodowane wydzielaniem i wypływaniem pęcherzyków gazu. Oprócz tego dodatkowo stosuje się mieszadło mechaniczne. Aby skrócić czas fermentacji osad podgrzewa się bezpośrednio we wnętrzu komory w wymienniku ciepła umieszczonym nad przewodem wprowadzającym świeży osad do komory. Wytworzony gaz zbiera się do osobnego zbiornika i wykorzystuje jako paliwo grzejne, lub sprzedaje. Przefermentowany osad odwadnia się w wirówce i zagęszcza, może być użyty w rolnictwie.

5. Obiekty dodatkowe

Na terenie oczyszczalni ścieków zlokalizowanych jest szereg obiektów dodatkowych niezbędnych do prawidłowego jej funkcjonowania.

• Budynek administracyjny;

• Zbiornik gazu - do przechowywania gazu pofermentacyjnego;

• Warsztat ;

• Magazyn;

• Garaż;

• GPZ - główne punkty zasilania;

• Laboratorium;

• Kotłownia;

• Rezerwa.

4. Obliczenia urządzeń i obiektów

1. Kanał doprowadzający ścieki

Dane:

Q_śrh = 420,5 [m³/h]= 0,117[m³/s]

Q_maxh = 1008,5 [m³/h]= 0,28[m³/s]

Q_minh = 187,5 [m³/h]= 0,052[m³/s]

k = 70

i = 0,005 [‰]

Wymiary kanału:

B = 0,5 [m]

H_min = 0,12 [m]

H_śr = 0,39 [m]

H_max = 0, 96 [m]

Proporcje pomiędzy napełnieniem a szerokością kanału:

H_śr /B = 0,78 <0,625; 0,91>

Pole przekroju

f_min = H_min · B = 0,12 · 0,5 = 0,060 [m²]
f_śr = H_śr · B = 0,39 · 0,5 = 0,195 [m²]
f_max = H_max · B = 0,96 · 0,5 = 0,480 [m²]

Obwód zwilżony:
U_min = B + 2 H_min = 0,5 + 2 · 0,12 = 0,74 [m]

U_śr = B + 2 H_śr = 0,5 + 2 · 0,39 = 1,28 [m]
U_max = B + 2 H_max = 0,5 + 2 · 0,96 = 2,42 [m]

Prędkość:

Rzeczywisty wydatek cieczy:
Q_{min obl} = f_min · V_min = 0,06 · 0,93 = 0,056 [m³/s]
Q_{śr obl} = f_śr · V_śr = 0,195 · 1,41 = 0,275 [m³/s]
Q_{max obl} = f_max · V_max = 0,48 · 1,69 = 0,811 [m³/s]

2. Komora krat

Dane wyjściowe:

RLM=82667

Q_śrh = 420,5 [m³/h]= 0,117[m³/s]

Q_maxh = 1008,5 [m³/h]= 0,28[m³/s]

B = 0,5 [m]
H_max = 0,96 [m]

H_śr = 0,39 [m]
V_max ≤ 1,0 [m/s]

q_skr=10dm³/MR⋅rok
b = 0,02 [m]
s = 0,01 [m]
β = 1,03
φ = 20^o
ς_skr = 750 [kg/m³]
α = 60^o

Pole przekroju poprzecznego kraty:
f_kr =
[m²]

Ilość prześwitów:
n =

Szerokość komory krat:
B_k = n · b + (n + 1) · s = 30 · 0,02 + 31 · 0,01 = 0,91 [m]
Przyjmuję szerokość komory krat B_k = 1.

Poszczególne długości komory:
l₁ =

l₂ =
≈0,35
l = 1,5m

l_kr = l₁ + l₂ + l = 0,69 + 0,35 + 1,5 = 2,54 m

Wysokość strat:

h_{str T} =

h_{str T} ≈ 0,018 [m]
h_str = 3 · h_{str T} = 3 · 0,018 = 0,054 [m]

Ilość skratek:
V _{skr d} =
=
[m³/d]
mokrych: m_.skr.d = V_skrd · ρ_skr = 2,26 · 750 = 1695 [kg/d]
suchych: m_skr.b = m_{.skr. d} · (1 - 0,75) = 423,75[kg/d]

3. Piaskownik przedmuchiwany

Dane wyjściowe:

Q_śrd = 8315 [ m³/d] = 0,1 [m³/s]

Q_śrh = 420,5 [m³/h] = 0,116 [m³/s]

Q_maxh = 1008,5 [m³/h] = 0,28 [m³/s]

d_z ≥ 0,16 [mm]

H_p = 4 [m]
U₀ = 1,35 [cm/s] = 0,0135 [mm/s]
t_zd = 2 min = 120 [s]
t_zb = 10 min = 600 [s]
q_p = 10 dm³ / 1000m³
q_flot = 2 [dm³/M*a]

Przepływ maksymalny podczas opadów:
Q_{max deszcz} = 1,5 · Q_maxh = 0,42 [m³/s]

Objętość części przepływowej piaskownika:

1. Sumaryczna objętość części przepływowej piaskownika dla pogody bezdeszczowej:
   ∑Vp = Q_maxh · t_zb = 0,28 · 600 = 168 [m³]

2. Sumaryczna objętość części przepływowej piaskownika dla pogody deszczowej:
   ∑Vp = Q_{max deszcz} · t_zd = 0,42 · 120 = 50,4 [m³]

3. Przyjmuję większą wartość:
   ∑Vp = 168 [m³]

4. Czas zatrzymania dla pogody deszczowej:
   t_zd = ∑Vp/ Q_{max deszcz} = 375/0,42 = 893 s

5. Czas zatrzymania dla pogody bezdeszczowej:
   t_zb = ∑Vp/ Q_{max h} = 375/0,28 = 1339 s

Wymiary części przepływowej piaskownika:

1. Założenie proporcji:
   B_p/H_p = 1/1,7

2. H_p = 1,7· B_p -stąd przyjmuję:
   B_p = 2,35 [m]
   H_p = 4 [m]

3. Pole przekroju poprzecznego pojedynczego piaskownika:
   f_p = H_p · B_p = 9,4 [m²]

4. Całkowita długość piaskownika:
   ∑l_p = ∑Vp/ f_p = 375/9,4 = 39,89 [m]
   przyjmuję ilość piaskowników n_p= 2
   L_p = ∑Lp/ n_p
   L_p = 19,9 [m]

Określenie prędkości i obciążenia hydraulicznego

1. Prędkość pozioma przepływających ścieków:
   V_{poz b} =
   =
   [m/s]
   V_{poz d} =
   =
   [m/s]

2. Określenie wpływu obciążenia hydraulicznego na szybkość opadania zawiesin
   O_h =
   
   
   

Obliczenia komory piaskowej:

1. Szerokość części piaskowej:
   b₁ = 0,3 · B_p = 0,705 [m]

2. Dobowa ilość piasku zatrzymywana w piaskowniku:
   V_dp=
   [m³/d]

3. Objętość komory piaskowej:

∑V_pp = V_dp · t_zp =0,08315 · 3 = 0,24945 [m³]

4. Wysokość komory piaskowej:

h₁ =
[m]

Komora tłuszczowa:

1. Powierzchnia rzutu komory tłuszczowej dla Q_maxh =1008,5 [m³/h]

F_T =
[m²]

2. Powierzchnia rzutu komory tłuszczowej dla Q_śrh = 420,5 [m³/h]

F_T =
[m²]

3. Przyjmuję powierzchnię komory tłuszczowej:
   F_T = 40,34 [m²]

4. Długość pojedynczej komory tłuszczowej:
   L_T = L_P - 2 = 19,9 - 2 = 17,9 [m]

5. Szerokość pojedynczej komory tłuszczowej:
   B_T = F_T / L_T = 40,34/17,9 = 2,25 [m]

Zapotrzebowanie powietrza:

1. H_prz = H_p - 0,6 = 3,4[m]

2. q_pow = 10 [m³/m·h]

3. Q_pow = q_pow · L_p = 199 [m³/h]

4. ∑ Q_pow = Q_pow · n_p= 199 [m³/h]

1. Osadnik wstępny:

Dane wyjściowe:

Q_maxh = 1008,5 [m³/h] = 0,280 [m³/s]

Q_śrh = 420,5 [m³/h] = 0,117 [m³/s]

H_u = 2 [m]

RLM = 82667 [M]

t_z = 1 [h]

O_p = 30

i = 1 %

a = 0,5 [m]

q_os = 0,5 [dm³/M·d]

H_z = 0,2 m

Objętość osadnika:

ΣV = Q_śrh · t_z = 0,117 · 3600s = 421,2 [m³]

Pole powierzchni osadnika:

ΣF =

Obciążenie hydrauliczne:

O_h =

Ilość osadników:

n_os = 2

Obliczenie wymiarów osadnika:

Zakładamy L = 40 m
= B

Sprawdzenie parametrów geometrycznych:

;

Warunki hydrauliczne pracy:

^;

^;

Wymagana długość krawędzi przelewowej:

Ilość krawędzi przelewowych:

Całkowita długość osadnika:

L_c = L + 1,5 + 1 = 42,5 m

Lej osadowy:

Wysokość:

H = H_os + H_L + H_z + H_u + H_k = 4,05 + 0,37 + 0,2 + 2 + 0,5 = 5,12 m

H_L = ( L_c - B )
= 0,37 m

2. Komory osadu czynnego

Dane wyjściowe:

Q_śrd = 8315 [m³/d]

C_{o Bzt5} = 596,5 [g O₂/m³]
C_{o Chzt} = 1209,9 [g O₂/m³]
C_{o Zog} = 590,5[g/m³]
C_{o Nog} = 114,9 [g N/m³]

C_{o Pog} = 23,8 [g P/m³]

C_{e Nog} = 15 [g N/m³]
C_{e Pog} = 2 [g P/m³]

t_z = 1[h]

R_z = 75

Efektywność usuwania zanieczyszczeń po części mechanicznej w zależności od czasu zatrzymania:

η_MBZT5 = 16 %

η_MChZT =16 %

η_MZog = 43 %

η_MNog = 9 %

η_MPog = 8 %

Stężenie w ściekach dopływających po części mechanicznej:

C_MBZT5 =
· C_{o BZT5} = 501,06 [g/m³]

C_MChZT =
· C_oChZT = 1016,32 [g/m³]

C_MZog =
· C_oZog = 336,58 [g/m³]

C_MNog =
· C_oNog = 104,56 [g/m³]

C_MPog =
· C_oPog = 21,90 [g/m³]

Ładunek zanieczyszczeń dopływających po części mechanicznej:

Ł_MBZT5 =
4166,3 [kg O₂/d]

Ł_MChZT =
8450,7 [kg O₂/d]

Ł_MZog=
2798,7 [kg/d]

Ł_MNog=
869,4 [kg N/d]

Ł_MPog=
182,1 [kg P/d]

Bilans związków fosforu:

Ł_P-BIO = 0,01 · Ł_MBZT5 = 41,66 [kgP/d]

Ł_P-P = 0,01· Ł_MBZT5 = 41,66 [kgP/d]

1. Stężenie rzeczywiste fosforu:

C_{e Pog rz} = 0,7 C_{e Pog}= 0,7 · 2 = 1,4 [g P/m³]

2. Ładunek fosforu w odpływie:

Ł _Pe =
4 [kgN/d]

3. Ładunek fosforu jaki wraca do KOCZ w osadzie nadmiernym:

4. Ładunek fosforu z osadu pierwotnego:

5. Bilans fosforu:

Ł_P-Ch = Ł_MPog + Ł_P-OP + Ł_P-ON - Ł_P-BIO - Ł_Pe - Ł_P-P = 92,9 [kgP/d]

6. Zapotrzebowanie na PIX

[kgFe/d]

D_PIX =

7. Magazyn PIX:

V_dPIX =
[m³PIX/d]

t_zPIX = 30 dni

V_MPIX = V_dPIX · t_zPIX = 1,39 · 30 = 41,7 [m³]

Bilans związków azotu:

Ł_N-BIO = 0,05 · Ł_MBZT5 = 208,3 [kgN/d]

1. Ilość azotu jaka odpływa z osadem wtórnym:

C_{e Norg} = 1 [g N/m³]

C_{e N-NH4} = 0,5 [g N/m³]

2. Ładunek odpływający w formie N_org:

Ł _N-Norg =
8,315 [kgN/d]

Ładunek odpływający w formie N_NH4:

Ł _N-NH4 =
4,16 [kgN/d]

3. Ładunek azotanów w osadzie pierwotnym:

4. Ładunek azotanów w osadzie nadmiernym:

5. Ładunek azotu do nitryfikacji:

Ł _N-NIT = Ł _MNog + Ł _N-OP + Ł _N-ON - Ł _N-BIO - Ł _N-Norg - Ł _N-NH4 = 897,67[kgN/d]

6. stężenie azotu w formie azotanowej w ściekach oczyszczonych:

C_{e N-NO3} = 0,6 (C_{e Nog} - C_{e N-NH4} - C_{e Norg})= 0,6 · 13,5 = 8,1[g N/m³]

7. Ładunek azotu w formie NO₃:

Ł _N-NO3 =
67,4[kgN/d]

8. Ładunek azotu podlegający denitryfikacji:

Ł _N-DEN = Ł _N-NIT - Ł _N-NO3 = 1175,2- 41,6 = 830,27 [kgN/d]

9. Wymagana zdolność denitryfikacyjna:

[kgN/ kgBZT₅]

z tabeli wg ATV A131

10. Sprawność procesu denitryfikacji:

η_DEN=
0,706 = 70,6%

R_w = R_V - R_z = 2,4-0,75 = 1,65

Wielkość przyrostu osadu czynnego:

T=12°C

SF= 1,485 ,dla 75 tyś mieszkańców

- tlenowy wiek osadu

- ogólny wiek osadu

Przyrost osadu:

= 3810,6 [kg sm/d]

=3178,9 [kg sm/d]

ON_Ch = 6,8 · Ł_PCh = 631,7 [kg sm/d]

Objętość komór osadu czynnego:

X = 3 kg sm/m³

ΣV_D = V_KOCZ · 0,5 = 8600 [m³]

ΣV_N = V_KOCZ - V_D = 8600 [m³]

Parametry komory nitryfikacji:

n_N = 4

Przyjmuję:

B_N = 10 m

H_N = 6 m

Parametry komory denitryfikacji:

n_D = 4

B_D = B_N = 10 m

H_D = H_N + h_str = 6 + 0,3 = 6,3 m

Wielkość zapotrzebowania tlenu:

- dla temperatury T = 12°C

- dla temperatury T = 20°C

Zapotrzebowanie jednostkowe tlenu na rozkład związków organicznych dla temperatur 12°C i 20°C:

Zapotrzebowanie tlenu na nitryfikację:

Odzysk tlenu w denitryfikacji:

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie tlenu dla temperatur 12°C i 20°C:

Dla temperatury 12°C

Dla temperatury 20°C

Przyjmuję wartości wyższe zarówno dla temperatury 12°C jak i 20°C.

Zdolność napowietrzania

Dla temperatury 12°C

Dla temperatury 20°C

Przyjmujemy wartość większa (mniej korzystna):

Zapotrzebowanie tlenu dla wody

Komora predenitryfikacji osadu recyrkulowanego:

ΣV_KPOR = t_zKPOR · Q_śrh (R_z + 0,2) = 399,5 m³

t_zKPOR = 1h

n_KPOR = 4

h_str = 0,2 [m]

H_KPOR = H_KD + h_str = 6,5 m

Zakładam:

B_KPOR = 5 m

L_KPOR = 5 m

Komora beztlenowa:

ΣV_KB = t_zKB · Q_śrh (R_z + 1) = 735,9 m³

t_zKB = 1h

n_KB = 4

h_str = 0,2 [m]

H_KB = H_KD + h_str = 6,5 m

Zakładam:

B_KB = 5 m

L_KB = 9 m

Komora odtleniania:

ΣV_KO = t_zKO · Q_śrh R_w =
m³

t_zKO = 0,3 h

n_KO = 4

H_KO = H_KD + h_str = 6,5 m

Zakładam:

B_KO = 2 m

L_KO = 4 m

F_KOrz = B_KO · L_KO = 8 m²

1. Osadnik wtórny poziomy

Dane wyjściowe:

Q_maxh = 1008,5 [m³/h]

ISV = 100 dm³/kg

SM_AB = SM_BB = 3 kg_sm/m²

t_E = 2 [h]

q_V = 400

O_p = 10

i = 2 %

Obciążenie objętością osadu:

q_A =

→ warunek spełniony

Powierzchnia osadników:

ΣF_A =
[m²]

Weryfikacja:

Stężenie osadu recyrkulowanego:

kg/m³ ;
kg/m³

Recyrkulacja zewnętrzna:

;

Wymiary osadnika w rzucie:

L = 40 m

ΣB =
m

n_os = 2

B =
m

Obliczenie krawędzi przelewowej:

Σl_p =
m

Całkowita długość osadnika:

L_c = L+3*0,5+2*0,5 = 42,5 m

Obliczenie głębokości osadnika (2/3 długości):

h₁ = 0,5

h₂ =
m

h₃ =
m

h₄ =
m

H = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ = 0,5 + 1,44+ 0,54 + 1,38= 3,86 m

Wysokość zewnętrzna urządzenia:

H_Z = H - 1/3L

Wysokość części osadowej:

a = 0.5 m

H_OS = 1,7
m

Wysokość:

H_L = ( L_c - B )
= 0,7 m

H = H_os + H_L + H_z + H_u + H_k = 7,6+ 0,7 + 3,59 + 2 + 0,5 = 14,39 m

V. Bibliografia

1. Kowal. A.L., Świderska - Bróż M. Oczyszczanie wody. Wydawnictwo „PWN”. Warszawa - Wrocław 1998

2. Kowal A.L. Technologia wody. Wydawnictwo „Arkady”. Warszawa 1977

3. Kowal A.L., Maćkiewicz J., Świderska - Bróż. Podstawy projektowe systemów oczyszczania wód. Wrocław, 1996

4. http://www.wikipedia.pl

5. http://www.wios.lublin.pl

Załączniki:

1. Plan sytuacyjny oczyszczalni ścieków (skala 1:500)

2. Schemat wysokościowy oczyszczalni ścieków (skala pionowa 1:100)

2

---