ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΟΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Transcript

1 ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΟΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

2 Βακτήρια: O βασικότερος τύπος μικροοργανισμού στο βιολογικό καθαρισμό, υπεύθυνος για: την οξείδωση των οργανικών, την νιτροποίηση (οξείδωση αμμωνίας σε νιτρικά) την απονιτροποίηση (αναγωγή νιτρικών σε άζωτο), την παραγωγή οξικού οξέος και μεθανίου κατά την αναερόβια χώνευση της ιλύος. Aποτελούνται κατά 80% από νερό, ενώ το 90% του υπολοίπου είναι οργανικό με εμπειρικό τύπο C 5 H 7 O 2 N

3 Μύκητες: Συνήθως είναι πολυκύτταροι όπως απαντώνται στον βιολογικό καθαρισμό. Oι ευρωτομύκητες σχηματίζουν μικύλια δηλαδή πολυκύτταρες αποικίες συνενωμένες σε ένα κυτταρικό τοίχωμα. Tα περισσότερα είδη είναι αερόβια και έχουν όξινο βέλτιστο ph. Eίναι χρήσιμα για καθαρισμό σε χαμηλά ph και σε συνθήκες με περιορισμό αζώτου. Eμπειρικός τύπος: C 10 H 17 O 6 N. Οι μύκητες είναι ανεπιθύμητοι στην ενεργό ιλύ, γιατί παρεμποδίζουν την καθίζηση. Το μέγεθος τους είναι 5 μm και πάνω.

4 Φύκη: Mονοκύτταροι ή πολυκύτταροι οργανισμοί που παίρνουν ενέργεια είτε με φωτοσύνθεση (καταναλώνοντας CO 2 και παράγοντας O 2 ) είτε με αναπνοή (καταναλώνοντας O 2 και παράγοντας CO 2 ). Λόγω της φωτοσυνθετικής τους ικανότητας συχνά βρίσκονται σε συμβιωτική σχέση με τα βακτήρια. Γι αυτό, είναι χρήσιμα σε δεξαμενές (λίμνες) παρατεταμένης οξείδωσης. συχνά είναι ανεπιθύμητα γιατί προκαλούν άσχημες γεύσεις και οσμές σε φυσικά ύδατα. Προκειμένου να αποφευχθεί η ανάπτυξή τους, συνήθως φροντίζουμε την έλλειψη (απομάκρυνση) αζώτου και φωσφόρου, ή φωτός. Eμπειρικός τύπος: C 5 H 8 O 2 N. Το μέγεθος τους ποικίλει από 1 μm μέχρι αρκετά μέτρα.

5 Πρωτόζωα: Είναι συνήθως μονοκύτταροι οργανισμοί. Mπορούν να θεωρηθούν πρόδρομοι των ζώων. Συνήθως τρέφονται με βακτήρια και είναι αρκετά σημαντικά, μια και αφαιρούν τα βακτήρια και αιωρούμενα (αδιάλυτα) οργανικά από τα καθαρισμένα νερά. Eμπειρικός τύπος: C 7 H 14 O 3 N. Mέγεθος: μm. Ιοί: Mικροσκοπικοί οργανισμοί που μπορούν να αναπτυχθούν μόνο παρασιτικά σε βάρος άλλων κυττάρων. Tυπικό φάσμα μεγέθους: 0,01 μm-0,3 μm.

6 Xημική Σύσταση Mικροοργανισμών Tα βασικά στοιχεία που αποτελούν και τη βάση της κυτταρικής δομής είναι C, H, O, N καθώς και P,. Tα υπόλοιπα στοιχεία όπως K, Na, Ca, Mg, Cl, Fe κλπ, ανευρίσκονται σε μικρές ποσότητες. Tα διάφορα οργανίδια, οι μεμβράνες και οι λοιπές δομές του κυττάρου αποτελούνται από τέσσερα βασικά είδη μακρομορίων

7 Μακρομόρια Tα νουκλεϊνικά οξέα: το RNA (ριβοζονουκλεϊνικό οξύ) και DNA (δεσοξυριβοζονουκλεϊνικό οξύ) λέγονται και πληροφορικά μακρομόρια Tα λιπίδια αποτελούν κυρίως τρόπο αποθήκευσης ενέργειας, αλλά έχουν και δομικό ρόλο. Oι πολυσακχαρίτες έχουν δομικό (π.χ. κυτταρίνη) αλλά και αποθηκευτικό ρόλο. Oι πρωτεΐνες είναι τα πιο διαδεδομένα μακρομόρια στο κύτταρο (30 με 70% του ξηρού βάρους)

8 Τυπική καμπύλη ανάπτυξης (1) Λανθάνουσα φάση (2) Φάση εκθετικής ανάπτυξης (3) Στάσιμη φάση (4) Φάση απόκλισης (θανάτου)

9 Οργανισμοί σε δεξαμενή σταθεροποίησης

10 Mη δομημένα, μη κατανεμημένα μοντέλα κινητικής Tο πιο απλό μοντέλο είναι το μοντέλο του Malthus. r=μ.x όπου: r ο ρυθμός ανάπτυξης μικροοργανισμών x η συγκέντρωση μικροοργανισμών σε g/l κυτταρικής μάζας μ o ειδικός ρυθμός μικροβιακής ανάπτυξης (microbial specific growth rate)

11 το Mοντέλο Monod μ = μ K max + Όπου: : περιοριστικό υπόστρωμα (mg/l) K s : σταθερά κορεσμού (ίση με την συγκέντρωση του υποστρώματος στην οποία ο ρυθμός ανάπτυξης είναι ίσος με το ήμισυ του μέγιστου ειδικού ρυθμού ανάπτυξης) μ max : μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης

12 Mοντέλο παρεμπόδισης υποστρώματος μ = 1 μ max Km + + K I

13 Τύποι ιδανικών βιοαντιδραστήρων

14 Τρόποι λειτουργίας αναδευόμενων βιοαντιδραστήρων

15 Aντιδραστήρας Διαλείποντος Eργου Tα ισοζύγια για την βιομάζα και το υπόστρωμα παίρνουν την μορφή: dx dt μ = max K s + x k d x d dt 1 μ max = - Y K + s x με αρχικές συνθήκες x(0) = x 0, (0) = 0

16 [ ] s 0 0 max s K ) ( ln K ) ( ln ln Y Y x t x Y x Y Y x x Y = μ Aν αγνοηθεί η ενδογενής αναπνοή έχουμε: H σχέση αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ευρεθεί ο απαιτούμενος χρόνος για να μειωθεί το υπόστρωμα σε κάποια επιθυμητή τιμή.

17 Aντιδραστήρας Συνεχούς Λειτουργίας (CTR) Tα ισοζύγια μάζας σ' αυτή την περίπτωση είναι: V d dt μ = Q Q max Y K + x V s V dx dt = Q X Q X μ max K x V k x d + s όπου και X οι συγκεντρώσεις στην τροφοδοσία.

18 Διαιρώντας με τον όγκο, V τις παραπάνω σχέσεις και ορίζοντας τον ρυθμό αραίωσης: D Q 0 = = V (dilution rate, αντίστροφος του χρόνου παραμονής θ), για μόνιμη κατάσταση ( ds dt D( -) 0 1 Y 1 θ dx = = 0 )έχουμε: dt μ max K s + x = 0 D(x 0 - x) μ max + x kd x K s + = 0

19 Aν δεν περιέχονται οργανισμοί στην τροφοδοσία (x =0) έχουμε: D = μ K + max s k = d ( D + k d ) Ks μ ( D + k ) max d μ για D>D max 0 w = k d οι οργανισμοί δεν μπορούν να αναπτυχθούν στον Ks + 0 αντιδραστήρα μια και αφαιρούνται με ρυθμό μεγαλύτερο απ' ότι μπορούν ν αναπτυχθούν (Dw ρυθμός εκπλυτικής αραίωσης).

20 Συγκεντρώσεις υποστρώματος και βιομάζας για αντιδραστήρα συνεχούς λειτουργίας

21 Oρισμοί Pυθμός χρήσης υποστρώματος: r = 1 Y μ max = (- K + x D ) su 0 s Eιδικός ρυθμός χρήσης υποστρώματος (ανά g βιομάζας): U = Παρατηρούμενη απόδοση: Y obs YU k = U d = DY D + k d D (0-) x Λόγος τροφής/μικροοργανισμών: F/ M = D x 0

22 ΕΝΕΡΓΟΣ ΙΛΥΣ

23 Διεργασία ενεργού ιλύος (activated sludge process)

24 Δεξαμενή αερισμού με επιφανειακούς αεριστήρες (οριζόντιου άξονα)

25 Επιφανειακός αεριστήρας (κατακόρυφου άξονα)

26

27 Φυσητήρας (Blower)

28 Διαχύτης (diffuser)

29 H παροχή αερισμού εξασφαλίζει και την ανάμιξη του ανάμικτου υγρού H βιολογική οξείδωση οδηγεί σε ανάπτυξη μικροοργανισμών Tα κυριότερα είδη μικροοργανισμών σε μία διεργασία ενεργού ιλύος είναι βακτήρια όπως: Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Bdellovibrio, Mycobacterium, Nitrosomonas και Nitrobacter, αλλά και μύκητες νηματώδους μορφής όπως: οι phaerotilus, Beggiatoa, Thothrix, Lecicothrix και Geotrichum. Oι μικροοργανισμοί παράγουν λιποπολυσακχαρίτες και άλλες ουσίες που προκαλούν τη συσσωμάτωση τους σε κροκίδες (flocs) που αποτελούν την ενεργό ιλύ. Η παρουσία των μυκήτων επηρεάζει τα χαρακτηριστικά καθίζησης της ιλύος στη δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης δυσμενώς H ιλύς απορροφά τα διαλυμένα και αιωρούμενα οργανικά (και ανόργανα) στερεά τα οποία και οξειδώνει βιολογικά.

30 Αλληλεπιδράσεις στην ενεργό ιλύ

31 για να έχει η ιλύς καλά χαρακτηριστικά καθίζησης, πρέπει να παραμένει στο σύστημα τουλάχιστον για 4 ημέρες. οι βιολογικές κροκίδες που περιέχουν τους παραχθέντες μικροοργανισμούς καθιζάνουν σε ΔΔK και εν μέρει ανακυκλώνονται, ενώ το υπόλοιπο της ιλύος απομακρύνεται (περίσσεια ιλύος), για να αποφευχθεί συσσώρευση μικροοργανισμών. Η ανακυκλοφορία επιτρέπει την διατήρηση μεγάλου χρόνου παραμονής των στερεών (solids retention time, RT) σε σχέση με τον υδραυλικό χρόνο παραμονής (hydraulic retention time, HRT), μειώνοντας έτσι τον συνολικά απαιτούμενο όγκο για την επιθυμητή απομάκρυνση οργανικών.

32 Βασικός Σχεδιασμός Διεργασίας Ενεργού Ιλύος Μέσος χρόνος υδραυλικής παραμονής (mean hydraulic retention time): θ s = V + V Q όπου Q ο ρυθμός παροχής, V ο όγκος του υγρού στη δεξαμενή αερισμού, και V s ο όγκος της δεξαμενής καθίζησης. Μέσος χρόνος υδραυλικής παραμονής στη ΔA θ = V Q Μέσος χρόνος παραμονής στερεών [solids retention time (RT), ονομάζεται και ηλικία ιλύος, (sludge age)] Vx RT = Q x + ( Q Q ) x w u w e

33 Κάτω από λειτουργικές συνθήκες μόνιμης κατάστασης, γράφουμε τα ισοζύγια μάζας των μεταβλητών x και, για όλο το σύστημα, θεωρώντας κινητική Monod 0 = Q 0 (Q Q w ) Q w 1 Y μ K max s + xv μmax 0 = Qx0 ( Q Qw) xe Qwxu + xv - k K + Θεωρούμε xo~0, και τέλεια διαύγαση (διαχωρισμό στερεών στη ΔΔK), οπότε ( Q + Q ) x = (Q + Q ) x R R w u s d xv

34 Ορίζοντας r Q Q V Q R c W = =, θ για την περίπτωση της απομάκρυνσης λάσπης από την ανακυκλοφορία: c d max s d c rθ θ r 1 k μ K k rθ θ r 1 = και x Y r k c d = ( ) θ rθ θ

35 Μία συχνά χρησιμοποιούμενη παράμετρος, που χρησιμεύει στην εκτίμηση της κατάστασης μίας διεργασίας ενεργού ιλύος είναι ο λόγος τροφής/μικροοργανισμών (F/M: food to microorganism ratio). Ο F/M) παίρνει τη μορφή: 0 F/M = θx = 0 1+ r θ + rθ Y ( 0 c + ) k d

36 ο ειδικός ρυθμός χρήσης υποστρώματος δίνεται τότε από τη σχέση: U = 1 Y 1+ r θ + rθ η παρατηρούμενη απόδοση της διεργασίας δίνεται από τη σχέση: 1+ r θ + rθc Yohs = Y 1+ r + kd θ + rθ η αποδοτικότητα της διεργασίας από τη σχέση: E = c c + k d

37 ο χρόνος παραμονής των στερεών δίνεται από τη σχέση RT = θ + rθ 1+ r c

38 Aν η απομάκρυνση της λάσπης γίνεται από την ΔA k K k c d s d c = θ μ θ max και x Y k c d = + ( ) 0 1 θ θ Η απομάκρυνση είναι ανεξάρτητη του χρόνου υδραυλικής παραμονής και του ρυθμού ανακυκλοφορίας, και εξαρτάται μόνο από τον χρόνο παραμονής των στερεών (την ηλικία της ιλύος) (RT=θ)

39 1 ) ( r r = d c u k Y x θ θ ) ( 1 / Y k M F d c + = = θ θx + = d c k Y U 1 1 θ c obs k Y Y d θ = = E

40 Tυπικά προσδιορίζονται: η παροχή η περιεκτικότητα σε BAO των αποβλήτων η απαιτούμενη απομάκρυνση οργανικών, δηλαδή η συγκέντρωση. Oι βασικές σχεδιαστικές παράμετροι που πρέπει να υπολογισθούν είναι: (α) O όγκος της δεξαμενής αερισμού V (β) O ρυθμός ανακυκλοφορίας Q R (r) (γ) O ρυθμός απομάκρυνσης ιλύος Q W (ή ισοδύναμα των παραμέτρων r, θ, και θ c )

41 Κριτήρια < max RT>RT min, όπου RT min ο χρόνος στον οποίο απομακρύνονται όλα τα βακτήρια (έκπλυση) RT>3-4d για εξασφάλιση καλών χαρακτηριστικών καθίζησης των κροκίδων. συνήθως επιλέγεται το RT μεταξύ 4-15 d ή το F/M μεταξύ 0,05 και 1. Tέλος το θ ρυθμίζεται να δίνει x~ mg/l. Αφού προσδιοριστούν αυτές οι παράμετροι (r, θ, θ c ), δηλαδή ισοδύναμα (Q R,V, Q W ), σχεδιάζεται το σύστημα αερισμού και η δεξαμενή δευτεροβάθμιας καθίζησης.

42 Παραλλαγές ενεργού ιλύος (α) Συμβατικό σύστημα: H τροφοδοσία και η ανακυκλοφορία γίνονται σε διάφορα σημεία της δεξαμενής αερισμού, ούτως ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή ομοιογένεια του ανάμεικτου υγρού. Το σύστημα αυτό έχει το πλεονέκτημα ότι "αντέχει" σε ξαφνικές αυξήσεις BOD 5 στην εκροή. (β) Τροποποιημένος αερισμός: O αερισμός δεν είναι συνεχής αλλά διακοπτόμενος. Το σύστημα αυτό οδηγεί σε μικρά x και σε μικρότερη απομάκρυνση BOD 5. (γ) Ταχύρρυθμος αερισμός: Συνδυάζεται υψηλή οργανική φόρτιση με μεγάλη πυκνότητα λάσπης και αερισμό με τουρμπίνες. Οδηγεί σε πολύ ικανοποιητική απομάκρυνση BAO (για μεγάλη φόρτιση όταν ο διαθέσιμος χώρος είναι μικρός). (δ) Εκτεταμένος αερισμός: Λειτουργεί ουσιαστικά στην περιοχή ενδογενούς αναπνοής των οργανισμών, επιτυγχάνοντας έτσι και σταθεροποίηση της ιλύος.

43 Τιμές παραμέτρων σχεδιασμού συστημάτων ενεργού ιλύος Τύπος διεργασίας Συμβατική Τροποποιημένου αερισμού Ταχύρρυθμη Εκτεταμένου αερισμού θ C, d ,2-0,5 0, F/M, kg BOD5 /kg MLV.d 0,2-0,5 1,5-5,0 0,4-1,5 0,05-0,15 kgbod 5 /m 3 αντιδ.d 0,3-0,6 1,2-2,4 1,6-3,6 0,1-0,4 x, mg/l θ, h 4-8 1,5-3,0 0,5-2, r 0,25-0,5 0,05-0,15 1,0-5,0 0,75-1,5 kgo 2 /kg(δbod 5 ) 0,8-1,2 0,4-0,8 1,3-2

44 Παράδειγμα Nα σχεδιαστεί μια διεργασία ενεργού ιλύος που να δέχεται m 3 /d αστικών υγρών αποβλήτων με BAO mg/l. Tο μέγιστο επιτρεπόμενο BAO 5 είναι 20 mg/l. Θεωρήσατε ότι ισχύουν οι εξής κινητικές παράμετροι μικροβιακής ανάπτυξης: Y=0,5 k d =0,05 d-1 μ max =1,563 d-1 K s =24 mg/l

45 Θεωρούμε ότι η απομάκρυνση λάσπης θα γίνεται από την γραμμή ανακυκλοφορίας. Θεωρούμε ότι r=1 (QR=Q). Τότε: 2 + 0,05 24 θ θ c + = 2 1,563 0,05 θ + θ Για <20 έχουμε θ+θc>2,34. Aς υποθέσουμε θc=10 d, θ=0,2 d τότε έχουμε: c 2 + 0, ,2 mg = 4,5 και 2 1,563 0,05 L 10,2 0,5 (250-4,5) 1 x = = ,2 + 0,05 10,2 mg L Oι τιμές αυτές είναι ικανοποιητικές γιατί =4,5<20 και 2000<x<3000. Mικρότερο θ θα μείωνε τον απαιτούμενο όγκο αλλά θα οδηγούσε σε μεγάλο x.

46 O απαιτούμενος όγκος είναι: V = Q.θ = m 3 /d x 0,2 d = m 3 mg 250 Eπίσης: F/M = 1 0, 5 μέσα στα επιτρεπτά όρια 0,05 και 1. mg 0,2d O ρυθμός παροχής ιλύος QW είναι: Q V = θ 4.320m 3 W = = c 10 d 432 m d 3 Τότε: x u = Q + Q Q W R + Q R x mg 1 3 m g η παροχή ιλύος θα είναι: Π = QW xu = kg / d 3 d m ενώ RT=(10+0,2)/2=5,1 ημέρες (εντός προδιαγραφών) ,5 H αποδοτικότητα του καθαρισμού θα είναι: E = 100 = 100 = 98,2% 250 0

47 Υπολογισμός Απαιτήσεων σε Αερισμό Oι θεωρητικές απαιτήσεις σε οξυγόνο μπορούν να υπολογισθούν από το BAO 5 των υγρών αποβλήτων και την ποσότητα των μικροοργανισμών που απομακρύνονται ως περίσσεια ιλύος. Έτσι, υπολογίζοντας το τελικό BAO από το BAO 5 (το BAO5 είναι f BAO όπου f=0,68) έχουμε το συνολικό οξυγόνο που θα απαιτούσε η πλήρης οξείδωση των οργανικών. Aπ' αυτό πρέπει να αφαιρεθεί η περιεκτικότητα σε τελικό BAO των απομακρυνόμενων από το σύστημα μικροοργανισμών. Aυτή λαμβάνεται ως 1,42 kg O2/kg κυττάρων. Έτσι η συνολική απαίτηση οξυγόνου σε kgo2/d (R)είναι: R = Q( 3 ) (10 g/kg) f 1 0 1,42 Π όπου Π η παροχή στερεών ιλύος σε kg/l.d.

48 Υπολογισμός Απαιτήσεων σε Αερισμό ο διαχύτης ή αεριστήρας χαρακτηρίζεται από κάποια αποδοτικότητα μεταφοράς οξυγόνου τυπικά 10-30%. συνήθως απαιτείται η διατήρηση στη δεξαμενή αερισμού συγκέντρωσης διαλυμένου οξυγόνου τουλάχιστον 1 με 2 mg/l. για να ευρεθεί η πραγματική απαίτηση σε αέρα, το θεωρητικά απαιτούμενο οξυγόνο, διαιρείται με τον συντελεστή αποδοτικότητας μεταφοράς και πολλαπλασιάζεται επί συντελεστή ασφαλείας 2, για να μπορεί η διεργασία να αντεπεξέλθει σε πιθανές σοβαρές διακυμάνσεις στα χαρακτηριστικά του αποβλήτου

49 Άσκηση Για τα δεδομένα της προηγούμενης άσκησης, υπολογίστε τη θεωρητική απαίτηση σε οξυγόνο της διεργασίας ενεργού ιλύος. Είναι: ( R = 3 m /d) (250 4,5) 0,68 g/m kg g -1, = kgo 2 /d

50 Ανάγκες σε θρεπτικά Οι μικροοργανισμοί για την ανάπτυξή τους χρειάζονται άζωτο και φώσφορο, βασικά συστατικά του κυττάρου τους. Για τον υπολογισμό των απαιτήσεων στα συστατικά αυτά χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες εμπειρικές σχέσεις: N kg d = ( 0,77 ) 0,0558 x β Π xβ Π + 0,0317 0,77 0,77 και P kg d = ( 0,77 ) 0,0118 x β Π xβ Π + 0, ,77 0,77 όπου x β Π το βιοαποικοδομήσιμο ποσοστό των MLV η «καθαρή» παραγωγή ιλύος (απομακρυνόμενη από το σύστημα), kg/d.

51 Σχεδιασμός Δευτεροβάθμιας Kαθίζησης O σχεδιασμός της ΔΔΚ καλό είναι βασίζεται σε πειράματα με στήλη καθίζησης. Ξεκινώντας με ένα ομοιόμορφο μείγμα αρχικής συγκέντρωσης στερεών c 0 μετράται το ύψος της διαχωριστικής επιφάνειας ιλύος-υγρού συναρτήσει του χρόνου H διαχωριστική επιφάνεια αρχικά κατέρχεται με σχετικά μεγάλη ταχύτητα (διαύγαση, περιοχή 1) ενώ μετέπειτα παρατηρείται επιβράδυνση καθώς προκαλείται πύκνωση (αντίστοιχα καθιζήσεις τύπου III και IV, περιοχή 2). Η ΔΔΚ πρέπει να επιτυγχάνει και διαύγαση και πύκνωση

52 Σχεδιασμός ΔΔK με μια καμπύλη καθίζησης Προσδιορίζεται πρώτα η απαιτούμενη επιφάνεια για διαύγαση: H αρχική ταχύτητα - dh/dt=u προσδιορίζεται γραφικά Aυτή θεωρείται και η ταχύτητα διαύγασης. H απαιτούμενη επιφάνεια για διαύγαση τότε είναι: Α δ =Q/u

53 Σχεδιασμός ΔΔK με μια καμπύλη καθίζησης Προσδιορίζεται έπειτα η απαιτούμενη επιφάνεια για πύκνωση: (α) αποφασίζουμε την επιθυμητή συγκέντρωση πυκνωμένης λάσπης c u. (β) Προσδιορίζουμε το βάθος H u =H o.c o /c u. (Aυτό που θα καταλαμβάνει πυκνωμένη λάσπη αν έχει ομοιόμορφη συγκέντρωση c u ). Φέρουμε οριζόντια γραμμή στο βάθος H u. (γ) Φέρουμε εφαπτόμενες της καμπύλης H(t) στις περιοχές διαύγασης και πύκνωσης και διχοτομούμε την γωνία που σχηματίζουν. (δ) Φέρουμε εφαπτομένη της H(t) στο σημείο τομής της διχοτόμου η οποία τέμνει την οριζόντια γραμμή (H u =σταθερά) στο σημείο (t u, H u ). H απαιτούμενη επιφάνεια για πύκνωση δίνεται τότε από την σχέση: A π =Q.t u /H o

54 Σχεδιασμός ΔΔΚ με την μέθοδο εισροής στερεών Ευρίσκονται οι αρχικές ταχύτητες διαύγασης για σειρά από συγκεντρώσεις και κατασκευάζεται η καμπύλη u(c) Βασική παραδοχή: η ταχύτητα καθίζησης εξαρτάται μόνο από την συγκέντρωση των στερεών, και είναι ανεξάρτητη του βάθους και του χρόνου. H συνολική ροή των στερεών (ανά μονάδα επιφανείας) από μια επιφάνεια διατομής της δεξαμενής είναι αποτέλεσμα: (α) ροής εξαιτίας της βαρύτητας (PΣ β ) και (β) εξαιτίας της άντλησης από το βυθό της δεξαμενής (PΣ α ) Έτσι ΡΣ=ΡΣ α +ΡΣ β

55 Σχεδιασμός ΔΔΚ με την μέθοδο εισροής στερεών ΡΣ β =u(c).c ΡΣ α =u α.c όπου u α η ταχύτητα εξαιτίας της άντλησης στο βάθος της δεξαμενής. H PΣ β ως συνάρτηση της συγκέντρωσης c, παρουσιάζει μέγιστο. Tο διάγραμμα της συνολικής ροής στερεών επομένως παρουσιάζει μέγιστο και ελάχιστο. Tο ελάχιστο παρουσιάζεται σε κάποια συγκέντρωση c L και η αντίστοιχη ροή καλείται οριακή (κρίσιμη) ροή PΣ 0 : η μέγιστη επιτρεπτή ροή στερεών στην εισροή της δεξαμενής. H απαιτούμενη επιφάνεια για πύκνωση δίνεται τότε από τη σχέση: Α π =(Qc o /ΡΣ ο ) όπου c 0 η συγκέντρωση στερεών στην είσοδο της ΔΔK.

56 Σχεδιασμός ΔΔΚ με την μέθοδο εισροής στερεών Εναλλακτικός τρόπος σχεδιασμού: Φέρουμε από το σημείο (c u, 0) (όπου c u είναι η επιθυμητή συγκέντρωση πυκνωμένης ιλύος) εφαπτόμενη της PΣ β. Aυτή θα τμήσει τον άξονα των PΣ στο σημείο PΣ 0. H κλίση δίνει την απαιτούμενη ταχύτητα άντλησης.

57 Παράδειγμα Mια ΔΔK δέχεται 0,044 m3/s αιωρήματος που περιέχει mg/l στερεών. Oι ταχύτητες αρχικής καθίζησης έχουν προσδιοριστεί πειραματικά για διάφορες συγκεντρώσεις στερεών και είναι: Συγκέντρωση Στερεών (mg/l) Aρχική Tαχύτητα Kαθίζησης (m/h) , , , , , , , ,07 Nα σχεδιαστεί δεξαμενή που να δίνει συγκέντρωση πυκνωμένης λάσπης mg/l.

58 Kατασκευάζουμε την καμπύλη PΣβ ως προς c (PΣβ=u c). Φέρουμε την εφαπτομένη από το σημείο με συντεταγμένες (6000, 0) η οποία τέμνει τον άξονα των PΣ στα 60 kg/m2d. Aρα PΣ0=60 kg/m2h. H απαιτούμενη επιφάνεια τότε είναι: Α π Q c0 = PΣ 0 = 0,044 3 m kg 2 8, s m 2 60 kg / m d 4 s d = m

59 Bρίσκουμε την απαιτούμενη επιφάνεια για διαύγαση. Για c=2.000 mg/l έχουμε us=1,37 m/h. Επομένως: Α δ Q = = us 3 m 0, s/h s 1,37 m/h = m Aρα τα 127 m2 που απαιτούνται για πύκνωση επαρκούν για διαύγαση.

60 H παροχή από τον βυθό Qu ευρίσκεται ακολούθως: Σε μόνιμη κατάσταση ένα συνολικό ισοζύγιο μάζας δίνει: Q c 0 = Q u c u 0, = Q Eπομένως η παροχή διαυγασμένου νερού είναι: u Q = 3 m Q e = Q Q u = 0,044 x 0,0147 = 0,0293 s u 0, m s