Аэротенки. Классификация, материалы, расчёты по предельным состояниям

 

 

МОСКОВСКАЯ АКАДЕМИЯ КОМУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА И СТРОИТЕЛЬСТВА

ФАКУЛЬТЕТ ГОРОДСКОГО ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И ХОЗЯЙСТВА

 

 

 

Курсовая работа

Городские инженерные сооружения

«Аэротенки. Классификация, материалы, расчёты по предельным состояниям»

 

 

Выполнила:	студентка 5 курса ГСХ-08-008 Дылдина М.Д.
Проверил:	Римшин В.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012г.

 

Содержание

Введение

1. Обоснование выбора  технологического процесса и  аппаратурного

оформления

2. Основные показатели  технологического процесса

3. Описание технологической  схемы

4. Материальный баланс  установки

5. Расчет и выбор технологического  оборудования

5.1 Расчет аэротенка-вытеснителя

5.2 Выбор насосов

6. Нормальная эксплуатация  участка биологической очистки

6.1 Порядок нормального  пуска участка

6.2 Нормальная эксплуатация  участка

7. Контроль и автоматизация  процесса

8. Монтажно-строительные решения проекта

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод. биологический очистка сточный вода

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

1. Обоснование  выбора технологического процесса  и основного аппарата

В настоящее биологической очистке подвергается большинство промышленных и бытовых сточных вод перед их сбросом в водоемы. Принцип биологической очистки стоков состоит в том, что при некоторых условиях микробы способны расщеплять органику до простых веществ, таких как вода и углекислый газ.

Биологические методы очистки сточных вод могут быть разделены на два типа, по типам микроорганизмов, участвующих в переработке загрязнителей стоков:

1. аэробные биологические методы очистки промышленных и бытовых сточных вод (микроорганизмам при их жизнедеятельности необходим кислород)

2. очистка стоков анаэробными  микроорганизмами (которые живут  без кислорода).

Методы очистки сточных вод с участием аэробных бактерий разделяются по типу емкости, в котором происходит окисление стоков. Емкостью может быть и биопруд, и биологический фильтр, и поле фильтрации. Однако суть самого метода очистки сточных вод, а именно минерализация органики остается неизменной. В естественных условиях очистка сточных вод происходит на полях фильтрации и в биопрудах.

В процессе очистки сточных вод в биологических фильтрах обработка стоков микробами проходит в искусственных сооружениях. В данных сооружениях в течение длительного времени могут поддерживаться оптимальные параметры для жизни микроорганизмов - значения температуры, рН, концентрации кислорода в воде и т.д. Очистка сточных вод в биологических фильтрах имитирует очистку микроорганизмами стоков на почве.

Аэротенк - это емкость глубиной до 5-6 метров, которая имеет устройство нагнетания воздуха. Внутри аэротенка живут колонии микроорганизмов - на хлопьях ила. Данные колонии перерабатывают органику сточных вод. После аэротенков чистая вода подается в отстойники. В отстойниках происходит осаживание активного ила с его последующим частичным возвращением обратно в резервуар.

Биологический фильтр - это заполненная крупно зернистым материалом емкость. На частицах данного материала живут колонии микроорганизмов. Биологические фильтры легче обслуживать, нежели аэротенки. Они более надежны и способны переносить перегрузки по загрязнению и объему сточных вод. Как для любых биологических сообществ, для устройств биологической очистки стоков существуют предельные концентрации загрязнений, при превышение которых микроорганизмы могут погибнуть[4].

В случае, если сточные воды содержат высокие концентрации органики, наиболее перспективным методом очистки стоков является анаэробный метод. Преимущество данного метода очистки заключается в меньших эксплуатационных расходах, так как в этом случае нет необходимости проводить аэрацию воды.

Анаэробные реакторы, как правило, представляют собой металлические резервуары, содержащие минимальное количество сложного нестандартного оборудования. Однако жизнедеятельность анаэробных микроорганизмов связан с выделением в воздух метана, что требует организации специальной системы наблюдения его концентрации. Указанные выше методы очистки сточных вод применимы, если концентрации определенных загрязняющих агентов не превышает допустимые величины. Как правило, необходимо проводить три-четыре ступени предварительной очистки стоков. Кроме этого для сброса очищенных сточных вод в водоемы после биоочистки бывает необходима их доочистка - например, при помощи озонирования.

Технологические схемы промышленной очистки сточных вод в аэротенках и их конструкции весьма разнообразны, что обусловлено специфичностью их состава и необходимостью подбора в каждом отдельном случае наиболее благоприятного варианта биохимического окисления.

Различные схемы и конструкции аэротенков классифицируют по двум направлениям:

-по способу подачи  на аэротенки сточной воды  и активного ила и отвода  иловой смеси;

-по способу аэрации (обеспечения  процесса и очистки кислородом).

Классификация по первому направлению позволяет разделить применяемые очистные сооружения на три основные группы:

· аэротенки, где поступающая сточная вода и активный ил практически не смешиваются с водой, уже находящейся в них (вытеснители);

· аэротенки, где происходит быстрое и полное перемешивание поступающих воды и ила со всем объемом жидкости (смесители);

· аэротенки с различными вариантами рассредоточения подачи воды и активного ила (неполного смешения).

В каждой из этих групп возможны схемы с регенерацией или без регенерации активного ила. Кроме того, из аэротенков указанных групп можно комбинировать различные варианты двухступенчатой биологической очистки. Достаточно широкое распространение получили аэротенки, в основном смесители, совмещенные с отстойниками. Существуют также конструкции с фильтрами - фильтротенки и с заполнителями различного вида - биотенки[5].

Классификация аэротенков по системам аэрации позволяет выделить две основные группы: с пневматической аэрацией и с механической аэрацией.

Наряду с этими двумя группами встречаются и другие системы аэрации и обеспечения процесса подачи кислорода: пневмомеханическая аэрация, подача технического кислорода - окситенки, система с биодисками и пр. Таким образом, конструкцию аэротенков для очистки сточной воды определяют следующие факторы: способ подачи воды и активного ила; система аэрации; наличие или отсутствие регенераторов; совмещение аэротенков с другими очистными сооружениями. Аэротенки вытеснители для промышленной очистки сточных вод применяют сравнительно редко из-за присущих им недостатков. Они плохо воспринимают залповые сбросы сточной воды, особенно если в них содержатся тяжелые металлы. В таком случае возможно отравление активного ила, вследствие чего работа установки прекращается. Выделение части объема аэротенка под регенерацию активного ила уменьшает возможность его отравления, но не исключает полностью. Кроме того, неравномерное потребление кислорода по длине установки приводит или к созданию анаэробной зоны в начале аэротенка, или к перерасходу воздуха, если его подавать из расчета скорости потребления в начале аэротенка. Этот недостаток может быть устранен при дифференцированной подаче воздуха по длине аэротенка, но такое решение считается технически сложным. По этой причине аэротенки вытеснители применяют в тех случаях, если БПК сточных вод промышленных предприятий не превышает 500 мг/л. Аэротенки-вытеснители предпочтительнее применять при отсутствии резких колебаний расхода сточных вод и содержания токсических веществ. Аэротенки с рассредоточенным впуском воды не имеют таких недостатков. В них меньше вероятность возникновения местных повышений концентрации токсичных веществ (тяжелых металлов, органических веществ и пр.) и более равномерна скорость потребления кислорода, особенно тогда, когда предусматривается дифференцированное распределение сточной воды по длине аэротенка, соответствующее изменениям в скорости потребления кислорода.

Однако наиболее равномерно потребляется кислород в аэротенках смесителях, а токсичные вещества (тяжелые металлы, органические загрязнения и пр.) очень быстро распределяются во всем объеме сточных вод. По этим признакам аэротенки смесители наиболее удобны для очистки концентрированных промышленных сточных вод. Их недостатком является возможность выноса части неокисленных органических веществ. Чтобы избежать этого, иногда применяют двухступенчатую биологическую очистку, где первой ступенью служат аэротенки смесители, а второй - вытеснители.

Системы пневматической аэрации с подачей воздуха через фильтросные пластины или дырчатые трубы получили широкое распространение во всех группах аэротенков коридорного типа. Коридорные аэротенки можно оборудовать и механическими, и пневмомеханическими аэраторами, но такой тип аэраторов чаще применяют для аэротенков, не разделенных на коридоры, круглых или прямоугольных в плане, аэротенков отстойников и других, которые устраивают на станциях очистки сточных вод небольшой производительности (до 10000 м3/сутки). Процесс биологической очистки основан на способности ряда микроорганизмов, использовать в качестве источников питания разнообразные неорганические и органические соединения, подвергая последние биохимическим превращениям. Процесс очистки на участке БХО производится аэробным методом, т.е. с использованием микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимо присутствие в воде кислорода. Очистка происходит в аэротенках - специальных резервуарах, в которых в циркулирующую жидкость производится постоянная подача воздуха из воздуходувной станции.

Микроорганизмы в аэротенках находятся в виде хлопьевидных скоплений - активного ила - взвешенных в сточной жидкости.

Активный ил состоит, прежде всего, из бактерий. Кроме того, в состав активного ила входит и довольно значительное количество разных групп микрофлоры и фауны: водоросли, грибы, амёбы, инфузории, коловратки, черви, паукообразные, тихоходки и др[6].

В процессе биологической очистки активным илом происходит окисление содержащихся в сточных водах большей части органических и ряда неорганических соединений серы и азота. При этом часть этих веществ используется в процессе наращивания биомассы активного ила, а другая превращается в безвредные продукты окисления: Н2О, СО2, NО3- и др.

Для эффективного использования микроорганизмов, в аэротенках необходимо создать максимум благоприятных условий для их жизнедеятельности. При неблагоприятных условиях биохимические процессы замедляются или совсем прекращаются. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов требуется присутствие подходящего источника углерода, кислорода, азота, фосфора и калия. На развитие микроорганизмов влияет температура, реакция среды, концентрация токсичных веществ.

Таким образом можно сделать вывод, что несмотря на некоторые недостатки, аэротенки-вытеснители по сравнению с другими установками биологической очистки имеют ряд преимуществ: возможность очистки сточных вод при начальной концентрации БПК до 500 мг/л, устойчивая рабочая доза активного ила в зоне аэрации и отсутствие «проскока» неокисленных загрязнений, высокая степень использования рабочего объема, простота аппаратурного оформления, эксплуатации и обслуживания.

2. Основные показатели  технологического процесса

Процесс биологической очистки заключается в разложении большей части органических и ряда неорганических соединений, имеющихся в воде. Основной характеристикой данного процесса является биохимическое потребление кислорода (БПК). БПК - это количество кислорода, израсходованного за определенный промежуток времени на биологическое окисление (разложение) органических веществ, содержащихся в сточных водах.

Таблица 1 - Основные показатели технологического процесса

Показатель	Стоки до очистки	Стоки после очистки
БПКполн.	до 500 мг/л	не более 6 мг/л
Реакция среды(рН)	6,0-9,5	6,5-8,5
Температура	6-30 оС	6-30 оС
Концентрации растворенного кислорода	2-4 мг/л и более	2-3 мг/л
Концентрация взвешенных веществ	до 150 мг/л	до 30 мг/л
Концентрация нефтепродуктов	до 40 мг/л	до 1,1 мг/л
Концентрация токсичных веществ (сернистые загрязнения)	до 1 мг/л	до 0,65 мг/л
БПКполн.:азот:фосфор	100 мг/л:3 мг/л:0,5мг/л	-