Раздел IV Методи, процеси и съоръжения за пречистване на битови отпадъчни води

1. Раздел IVМетоди, процеси и съоръжения за пречистване набитови отпадъчни води Тема 20 Вторични утаители. Уплътнители за утайки. Теория на твърдия поток. Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни и на гравитационни уплътнители

2. Раздел IVМетоди, процеси и съоръжения за пречистване набитови отпадъчни води 20. 1. Вторични утаители Класификация: • Според вида на биореактора • След биореактори със суспендирана биомаса (биобасйни) • След биореактори с прикрепена биомаса (биофилтри) • Според конструкцията • Хоризонтални • Радиални • Вертикални

3. 20. 1. Вторични утаители Конструктивни особености на вторичните утаители В конструктивно отношение вторичните утаители не се различават принципно от първичните с изключение на следните особености: • Липсва (най-често) система за отстраняване на плаващи вещества • Утайките се вадят непрекъснато – помпажно или гравитационно под минимален напор 1,2 m • При вертикалните вторични утаители централната захранваща тръба може да бъде спусната на определена дълбочина в коничната утайкова камера, а отражателният щит се монтира на по-голямо разстояние от тръбата • Размерите на вторичните утаители са по-големи от тези на първичните в дадена ПСОВ поради по-големите оразмерителни водни количества (2Qmax,h) и по-големия изчислителен времепрестой

4. 20. 1. Вторични утаители

5. 20. 1. Вторични утаители Схема на радиални утаители

6. 20. 1. Вторични утаители

7. 20. 1. Вторични утаители Сифонно отстраняване на утайките от хоризонтален вторичен утаител в ляво – принципна схема; в дясно – общ вид на устройството

8. 20. 1. Вторични утаители Отстраняване на утайките от хоризонтален вторичен утаител чрез засмукване в ляво – детайл от почистващото устройство; в дясно – схема на начина на действие на системата

9. 20. 1. Вторични утаители Технологични особености на вторичните утаители В технологично отношение вторичните утаители се различават значително от първичните със следните особености: • Вторичните утаители са неотменима част от биологичното стъпало и са в непрекъснато технологично взаимодействие с биореакторитe със суспендирана биомаса • Тяхното функциониране и управление се отразява пряко върху процесите на биологично пречистване в биореакторите със суспендирана биомаса • За разлика от първичните утаители, вторичните утаители имат повече от една функция: • Разделят суспендираната биомаса от пречистените отпадъчни води • Уплътняват суспендираната биомаса • Съхраняват биомасата, транспортирана от биореакторите при динамично изменение (нарастване) на водното количество • Във вторичните утаители се наблюдава характерно разслояване (вертикална стратификация) на биомасата при което се открояват характерни зони, имащи отношение към конструкцията и функционирането на съоръженията

10. 20. 1. Вторични утаители Основни технологични параметри на вторичните утаители след биобасейни: • Обемно хидравлично натоварване – qSV, m3/m3 • Повърхностно хидравлично натоварване – q0, qA, m3/m2.h q0 = 1,2 – 1,6 m3/m2.h q0 = 4,5.k.H0,8/(0,1.Iy.a)0,5 – 0,1.Ce (по СНиП-85) • Натоварване по суспендирани вещества – qs, kg/m2.h qs = 3 – 6 kg/m2.h; qs = q0(1+n).X • Концентрация на постъпващата за утаяване смес – X, TSBB,a • Концентрация на изважданата утайка – Xth, TSRS, ay, kg/m3 • Относителен обем на изважданата утайка – VSV, m3/m3 VSV = TSBB.ISV; ISV ≡ SVI ≡ Iу– индекс на утайката • Концентрация на суспендираните вещества в утаената вода - Xе, Се Се = 10 – 40 g/m3 • Изчислителен времепрестой – tвy , h tвy= 1,5 - 2h

11. 20. 1. Вторични утаители Схема на основните потоци в хоризонтален утаител

12. 20. 1. Вторични утаители Схема на вертикалната стратификация (зоните) при хоризонтален вторичен утаител (по ATV – 131 A)

13. 20. 1. Вторични утаители Схема на основните потоци в радиален утаител

14. 20. 1. Вторични утаители Схема на верикалната стратификация (зоните) при радиален вторичен утаител (по ATV – 131 A)

15. 20. 1. Вторични утаители Схема на вертикалната стратификация (зоните) при вертикален вторичен утаител - тип “Дортмунд” (по ATV – 131 A)

16. 20. 2. Уплътнители за утайки Класификaция според принципа на действие: • Гравитационни • Механични (сгъстители) • Флотационни (сгъстители) Класификция на гравитационните уплътнители: • Хоризонтални • Радиални • Вертикални (кръгли, квадратни)

17. 20. 2. Уплътнители за утайки Класификция на механичните уплътнители (сгъстители): • Барабанни • Дискови • Вибрационни • Вакуумни • Центрофуги Класификция на флотационните уплътнители (сгъстители): • С напорна флотация • С вакуумна флотация • С импелерна филтрация • С електрохимична флотация

18. 20. 2. Уплътнители за утайкиМеханични уплътнители (сгъстители) Барабанен сгъстител Лентов (вакуумен) сгъстител

19. 20. 2. Уплътнители за утайкиМеханични уплътнители (сгъстители) Центрофуги В ляво – схема и принцип на действие; в дясно – общ вид

20. 20. 2. Уплътнители за утайкиМеханични уплътнители (сгъстители) Флотатори а, г - с пневматична флотация; б – с импелерна флотация; в – с напорна флотация

21. 20. 2. Уплътнители за утайкиГравитационни уплътнители Графична интерпретация на процесите на гравитационно уплътняване на cуспендирана биомаса (по Kinch)

22. 20. 2. Уплътнители за утайки Конструктивни особености на гравитационните уплътнители В конструктивно отношение гравитационните уплътнители не се различават съществено от вторичните утаители с изключение на следните особености: • Съществуват конструкции с устройства за бавно разбъркване (жалузи) • Утайките не винаги се вадят непрекъснато • Размерите на уплътнителите са по-малки от тези на утаителите в дадена ПСОВ поради по-малките оразмерителни количества на утайките

23. 20. 2. Уплътнители за утайки Схема на радиален уплътнител с жалузи

24. 20. 2. Уплътнители за утайки Общ вид на радиален уплътнител с жалузи

25. 20. 2. Уплътнители за утайки Основни технологични параметри на гравитационните уплътнители: • Повърхностно хидравлично натоварване – q0, m3/m2.h q0 = 0,75m3/m2.h(по Imhoff) • Натоварване по суспендирани вещества – qs, kg/m2.h qs = 50kg/m2.h(по Imhoff) • Влажност на постъпващата за уплътняване излишна активна утайка – W0, % W0 = 99,5 – 99,8 % • Влажност на уплътнената активна утайка – Wth, % Wth = 97,3 – 98 % • Изчислителен времепрестой – ty , h ty = 10 – 12 (16) h

26. 20. 3. Теория на твърдия поток(Solids Flux Theory – SFT, Coe & Clevenger, 1916) Обща постановка Q0 – количество на постъпващите утайки X0 – концентрация на постъпващите утайки X0’ – концентрацията на суспендираните вещества в разпределителния слой Qu – количество на отстраняваните уплътнени утайки Xu - концентрацията на суспендираните вещества в отстраняваните уплътнени утайки

27. 20. 3. Теория на твърдия поток(Solids Flux Theory – SFT) Основни понятия и зависимости v = α.е-βX, m/h(по Vesilend, 1968) По дефиниция: G = v.X = Xα.е-βX , kg/m2.h (solids flux) G0 = v0.X0 = (Q0/F).X0(flux, дължащ се на захранващия поток Q0) Gu = vu.Xu = (Qu/F).Xu(flux, дължащ се на рециркулационния поток Qu) Общ flux : G = G0+ Gu

28. Теория на твърдия поток (Solids Flux Theory - SFT) • По дефиниция твърдият поток, вследствие само на процеса на уплътняване на активната утайка Gth,се представя чрез произведението на начлната скорост на уплътняване на биомасатаvth и началната й концентрация X: Gth = vth.X (4) • На базата на резултатите от експериментални изследвания с уплътняване на активни утайки с различни първоначални концентрации на твърдата фаза, мoже лесно да бъде получена графичната зависимост на G от X, наречена “крива на твърдия поток” (“solids flux curve” или само “flux curve”).

29. 20. 3. Теория на твърдия поток(Solids Flux Theory – SFT) Графично построяване на линията на твърдия поток (flux-крива) - по Yoshioka, 1957 (на фигурата в дясно G = Gth)

30. Теория на твърдия поток (Solids Flux Theory - SFT) • Кривата на твърдия поток (или накратко – “флукс-кривата”) е обвивка на всички точки, лежащи под нея, определящи област, в която попадащите там работни точки и съответните им операционни прави характеризират нормалните състояния на хидравлично натоварване на утаителя (или на гравитационния уплътнител), включително и максималните възможни граници на натоварване, определени от седиментационните свойства на дадените активни утайки. • Това може да се илюстрира чрез графиките на следващия слайд, където са сравнени графично сумата на твърдите потоци, дължащи се съответно на механичното преместване надолу на биомасата под действието на входящия поток и на дънния отток от едана страна, и от друга страна – възможната стойност на твърдия поток G0 при определена концентрация на биомасата X, лимитиран от флукс-кривата и определящ възможната максимална скорост на уплътняване (проводимост на твърдия поток) при тези условия.

31. Графичен анализ на твърдите потоци при вроричен утаител (по Dick, 1984) в ляво – при утаител, работещ под максималния си технологичен капацитет в дясно - при утаител, работещ над максималния си технологичен капацитет (тук и в някои от следващите слйдове е изпоплзвано означението C1вместо X1, т.е. C1 = X1) Теория на твърдия поток (Solids Flux Theory - SFT)

32. Теория на твърдия поток (Solids Flux Theory - SFT) Основи на теорията на твърдия поток– SFT • От анализа на графиките от предишния слайд може да се заключи, че съществува едно гранично експлоатационно състояние, при което вторичният утаител (съответно – гравитеционният уплътнител) е натоварен до максимално възможния си технологичен капацитет, определен от лимитиращата стойност на твърдия поток – GLпри определен дебит на оттока от дъното • Кривата на твърдия поток и тангиращата към нея втора операционна права определят ена лимитираща концентрация CL, която се счита, че е налице в определен слой от уплътняващата се биомаса.

33. Графична илюстрация на лимитиращата крива на твърдия поток (по Dick, 1984) Основи на теорията на твърдия поток– SFT Теория на твърдия поток (Solids Flux Theory - SFT)

34. Теория на твърдия поток (Solids Flux Theory - SFT) Основи на теорията на твърдия поток– SFT • Абсцисната координата на пресечната точка на втората операционна права с флукс-кривата определя концентрацията на активната утайка CL’ в разредения слой около захранващата тръба на вторичния утаител (виж следващия слайд). • Изложеното да тук може да бъде обобщено и илюстрирано нагледно с графичните построения на следващия слайд.

35. Графичен баланс на твърдите потоци с отбелязана концентрацията CL’ на биомасата в разредения утайков слой около входа на утаителя Основи на теорията на твърдия поток– SFT Теория на твърдия поток (Solids Flux Theory - SFT)

36. 20. 3. Теория на твърдия поток(Solids Flux Theory – SFT) Графично представяне на параметрите на уплътнителния процес 1 – първа операционна права; 2 - втора операционна права; A – работна точка; Ga –flux, дължащ се на основния поток; Gu – flux, дължащ се на рециркулационния поток; Gth – flux, дължащ се на гравитационното уплътняване на утайките; Gth = Gu – Ga

37. 20. 3. Теория на твърдия поток(Solids Flux Theory – SFT) Графично представяне на лимитиращия flux - GL

38. 20. 3. Теория на твърдия поток(Solids Flux Theory – SFT) Графична интерпретация на управлението на вторичния утаител (или на уплътнителя) в динамични условия

39. 20.4 Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни и на уплътнители 20.4.1.Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни Основни видове оразмерителни процедури (модели): • Емпирични (базирани на натурни наблюдения) • По времепрестой • По повърхностно натоварване (хидравлично и с твърди вещества) • По ATV – 131 A • Физически базирани (основани на Solids Flux Theory - SFT) • По Vesilend и др. (Dick, White, Keinath, ….) • По WRc (Water Research Center – Wallingford, UK)

40. 20.4.1.Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни По времепрестой: V = Q.t, m3F = V/h.n, m2 V –общ обем на утаителите, m3 Q – оразмерително водно количество, m3/h, (Q = 2 Qmah,h) t – изчислителен времепрестой, h(t = 1,5 – 2h) F – площ на водното огледало, m2 h – работна височина на утаителя, m n – брой на утаителите (най-малко 2 бр.) По повърхностно натоварване: F = Q/qw.n, m2F = Q.C/qss.n, m2 qw – повърхностно хидравлично натоварване, m3/m2.h qss – повърхностно натоварване с твърди вещества, kg/m2.h С – концентрация на суспендираните вещества в постъпващия поток, kg/m3

41. 20.4.1.Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни По ATV – 131 A: qA = qsv/TSBB.ISV, m3/m2.hANB = Qm/qA, m2 qA – повърхностно хидравлично натоварване, m3/m2.h qsv – относителен утайков обем (след утаяване 30 min), l/m2.h (qsv= 500 – 650) TSBB – концентрация на биомасата в постъпващия поток, kg/m3 ISV – индекс на утайката, ml/g ANB – общаплощ на утаителите, m2 Qm – оразмерително водно количество,m3/h

42. 20.4.1.Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни По ATV – 131 A: , m RV – утайково рециркулационно отношение TSBS – концентрация на уплътнените утайки в най-долния слой (определя се по графика в зависимост от TSBB, ISV и t)

43. 20.4.1.Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни По Dick (White, Keinath, …) - SFT откъдето: ; според White (1976): SVI3,5 – индекс на утайката, определен при концентрация 3,5 g/l

44. 20.4.1.Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни По WRc (Ecama & Marais) - SFT Ecama и Marais (1986) отбелязват, че формулата на White относно GLе валидна при някои ограничения в зависимост от SVI3,5 . Те предлагатследните емпирични зависимости за критичната стойност на vu , която участва във формулатанаWhite: при SVI3,5 < 125 ml/g при SVI3,5> 125 ml/g

45. 20.4 Технологично оразмеряване на вторични утаители след биобасейни и на уплътнители 20.4.2 Технологично оразмеряване на гравитационни уплътнители Основни видове оразмерителни процедури (модели): Използват се същите оразмерителни процедури както при вторичните утаители, но със съответните стойности на технологичните параметри, характерни за уплътнителите. • Емпирични (базирани на натурни наблюдения) • По времепрестой • По повърхностно натоварване (хидравлично и с твърди вещества) • Физически базирани (основани на Solids Flux Theory - SFT) • По Vesilend и др. (Dick, White, Keinath, ….) • По WRc (Water Research Center – Wallingford, UK)