Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης

Transcript

1 Άσκηση 1η Να γίνει μελέτη σχεδιασμού και εφαρμογής ενός συστήματος επαναχρησιμοποίησης λυμάτων 1000 ισοδυνάμων κατοίκων για άρδευση με περιορισμούς (το ίδιο ισχύει και για υπεδάφια διάθεση) Βήμα 1. Υπολογισμός παροχών σχεδιασμού Ισοδύναμοι κάτοικοι 1000 Παροχή ανά κάτοικο 150 L/κατ d Μέση ημερήσια παροχή 150 m 3 /d Μέγιστη ημερήσια παροχή 150*1.5 = 220 m 3 /d Ελάχιστη ημερήσια παροχή 150*0.25 = 40 m 3 /d Παροχή ωριαία αιχμής 220/24 * 1.7 = 16 m 3 /h Βήμα 2. Συγκεντρώσεις ρυπαντικών συστατικών COD 500 mg/l BOD 250 mg/l TSS 250 mg/l Καθιζάνοντα στερεά 250*0.75 = 185 mg/l Κολλοειδή στερεά 250*0.25 = 65 mg/l Βήμα 3. Υπολογισμός δεξαμενής εξάμμωσης Πίνακας 1. Παράμετροι σχεδιασμού αεριζόμενων αμμοσυλλεκτών (Metcalf and Eddy, 2003) Παράμετρος Διακύμανση Τυπική τιμή Υδραυλικός χρόνος παραμονής (min) Οριζόντια ταχύτητα ροής (m/s) Τυπικές Διαστάσεις: Βάθος (m) Μήκος (m) Πλάτος (m) Λόγος Πλάτος:Βάθος 1:1-5:1 1.5:1 Λόγος Μήκος:Πλάτος 3:1-5:1 4:1 Παροχή αέρα ανά μονάδα μήκους (m 3 /m min) Συλλεγόμενη ποσότητα άμμου (L/ 1000 m 3 )

2 Παροχή σχεδιασμού (ωριαία αιχμής) 16 m 3 /h = 0.27 m 3 /min Υδραυλικός χρόνος παραμονής 3 min Όγκος δεξαμενής εξάμμωσης (0.27 m 3 /min)*(3 min) = 0.81 m 3 Μήκος δεξαμενής 2.0 m Πλάτος δεξαμενής 0.8 m Βάθος δεξαμενής 0.6 m Πλάτος:Βάθος 0.8:0.6 = 1.3:1 Μήκος:Πλάτος 2.0:0.8 = 2.5:1 Όγκος δεξαμενής εξάμμωσης 0.95 m 3 Επιφάνεια 1.6 m 2 Βάθος 0.6 m Απομάκρυνση άμμου 3.5 L/d Παροχή αέρα (0.35 m 3 /m.min)*(2 m) = 0.70 m 3 /min = 42 m 3 /h Βήμα 4. Υπολογισμός δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης Πίνακας 2. Παράμετροι σχεδιασμού πρωτοβάθμιας καθίζησης (Metcalf and Eddy, 2003) Παράμετρος Διακύμανση Τυπική τιμή Υδραυλικός χρόνος παραμονής (h) 1,5-2,5 2,0 Ρυθμός επιφανειακής φόρτισης (m 3 /m 2 d) Ρυθμός υπερχείλισης (m 3 /m d) Παροχή σχεδιασμού (ωριαία αιχμής) 16 m 3 /h Υδραυλικός χρόνος παραμονής 2 h Όγκος δεξαμενής καθίζησης (16 m 3 /h)*(2 h) = 35 m 3 Ρυθμός επιφανειακής φόρτισης 40 m 3 /(m 2 d) = 1.6 m 3 /(m 2 h) Επιφάνεια δεξαμενής καθίζησης (16 m 3 /h)/1.6 = 10 m 2 Ρυθμός υπερχείλισης 10 m 3 /(m h) Μήκος υπερχειλιστή (16 m 3 /h)/ [10 m 3 /(m h)] = 1.6 m 2

3 Όγκος 35 m 3 Επιφάνεια 10 m 2 Βάθος Διάμετρος Υπερχειλιστής 2.8 m 3.7 m (κυκλική δεξαμενή) 1.6 m Απομάκρυνση COD/ BOD 20-30% Απομάκρυνση SS 60% COD εκροής 500*0.75 = 380 mg/l BOD εκροής 250*0.75 = 190 mg/l TSS εκροής 250* 0.40 = 100 mg/l Βήμα 5. Παραγόμενη ποσότητα πρωτοβάθμιας ιλύος Φορτίο καθιζαν. στερεών (150 m 3 /d)*(0.185 kg/m 3 )= 28 kg/d Απομάκρυν. καθ. στερεών (28 kg/d)*0.80 = 22.4 kg/d Πυκνότητα στερεών (1%) 10 kg/m 3 Όγκος περίσσειας ιλύος 22.4/10 = 2.2 m 3 /d Μεταπάχυνση (2-3%) m 3 /d Βήμα 6. Προκαταρτικός σχεδιασμός δεξαμενής αερισμού Σχεδιασμός εμβολικής ροής ή αντιδραστήρες σε σειρά Πίνακας 3. Παράμετροι σχεδιασμού ενεργού ιλύος (Metcalf and Eddy, 2003). Σύστημα ενεργού ιλύος SRT (d) LRX (kgbod/kgvss d) LRS (KgBOD/m 3 d) MLSS Συμβατικό Ταχύρυθμο (high-rate aeration) Επαφής Παρατεταμένου αερισμού Καθαρό οξυγόνο (g/l) HRT (h) Q R (%) 3

4 Παράδειγμα συστήματος παρατεταμένου αερισμού Παροχή σχεδιασμού 150 m 3 /d Υδραυλικός χρόνος παραμονής 24 h = 1 d Συγκέντρωση MLSS 3.5 kg/m 3 Όγκος δεξαμενής αερισμού (150 m 3 /d) * 1 d = 150 m 3 COD λυμάτων 0.5 kg/m 3 BOD λυμάτων 0.25 kg/m 3 Ημερήσιο φορτίο BOD 150 m 3 /d * 0.25 kg/m 3 = 38 kg/d Ογκομετρικός ρυθμός φόρτισης (38 kg/d) / (150 m 3 ) = 0.25 kg/(m 3 d) Ειδικός ρυθμός φόρτισης 0.25 kg/(m 3 d) / (3.5 kg/m 3 ) = 0.07 kg/(kg d) Παράδειγμα συμβατικού συστήματος ενεργού ιλύος Παροχή σχεδιασμού 150 m 3 /d Υδραυλικός χρόνος παραμονής 6 h = 0.25 d Συγκέντρωση MLSS 2 kg/m 3 Όγκος δεξαμενής αερισμού (150 m 3 /d) * 0.25 d = 40 m 3 COD λυμάτων 0.38 kg/m 3 BOD λυμάτων 0.19 kg/m 3 Ημερήσιο φορτίο BOD (150 m 3 /d) * (0.19 kg/m 3 ) = 29 kg/d Ογκομετρικός ρυθμός φόρτισης (29 kg/d) / (40 m 3 ) = 0.72 kg/(m 3 d) Ειδικός ρυθμός φόρτισης 0.72 kg/(m 3 d) / (2 kg/m 3 ) = 0.36 kg/(kg d) Παράδειγμα συστήματος αερισμού επαφής Παροχή σχεδιασμού 150 m 3 /d Υδραυλικός χρόνος παραμονής 1 h = 1/24 d Συγκέντρωση MLSS 2 kg/m 3 Όγκος δεξαμενής αερισμού (150 m 3 /d) * 1/24 d = 7 m 3 COD λυμάτων 0.5 kg/m 3 BOD λυμάτων 0.25 kg/m 3 Ημερήσιο φορτίο BOD 150 m 3 /d * 0.25 kg/m 3 = 38 kg/d Ογκομετρικός ρυθμός φόρτισης (38 kg/d) / (7 m 3 ) = 5.4 kg/(m 3 d) Ειδικός ρυθμός φόρτισης 5 kg/(m 3 d) / (2 kg/m 3 ) = 2.7 kg/(kg d) 4

5 Βήμα 7. Κατανάλωση οξυγόνου OD Τ = a (S o -S e )Q + b X vss V + OD N a= κατανάλωση οξυγόνου για μετατροπή άνθρακα ( kgo 2 /kgbodr) b= κατανάλωση οξυγόνου για ενδογενή αναπνοή (0.085 kgo 2 /kgvss d στους 20 o C) b T = b 20 θ (T-20), όπου θ= OD N = Κατανάλωση οξυγόνου για άζωτο = kgo 2 / kgnh 4 -N kgo 2 /kwh kgo 2 /kwh (μέση ευνοϊκή) Υγρά απόβλητα Καθαρό νερό Κεραμικοί διαχυτήρες Ελαστικοί δίσκοι Επιφανειακές σβούρες Απόδοση φυσητήρα 75% Λόγω επίδρασης του biofouling στην απόδοση συστημάτων υποβρύχιων διαχυτήρων επιλέγεται συντηρητικά μια μέση απόδοση μεταφοράς οξυγόνου. Βήμα 8. Παραγωγή περίσσειας ιλύος ΔX vss = Y max (S o -S e )Q k d X vss V Y max = kgvss/ kgbod r [=f(srt)] K d = σταθερά απόπτωσης (0.06 kgvss/kgvss d στους 20 o C) K d,t = k d,20 θ (Τ-20), όπου θ=

6 Πίνακας 4. Εύρος του ελάχιστου απαιτούμενου χρόνου παραμονής στερεών για διάφορες εφαρμογές ενεργού ιλύος (Θc = Χ * V / ΔX) Στόχος επεξεργασίας Εύρος SRT (d) Παράγοντες που επιδρούν Απομάκρυνση BOD σε αστικά λύματα 1-2 Θερμοκρασία Μετατροπή σωματιδιακού υλικού σε αστικά λύματα 2-4 Θερμοκρασία Ανάπτυξη φλόκων βιομάζας σε αστικά λύματα 1-3 Θερμοκρασία Ανάπτυξη φλόκων βιομάζας σε βιομηχανικά απόβλητα 3-5 Θερμοκρασία/ συστατικά Πλήρης νιτροποίηση 3-18 Θερμοκρασία/ συστατικά Βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου 2-4 Θερμοκρασία Σταθεροποίηση ενεργού ιλύος Θερμοκρασία Αποικοδόμηση ξενοβιοτικών συστατικών 5-50 Θερμοκρασία/ ειδικά βακτήρια/ συστατικά Για το σύστημα παρατεταμένου αερισμού ΔΧ = (150 m 3 /d)*(0.25 kg/m 3 ) *0.90 * (0.72 kgvss/ kgbod) = 24 kgvss/d ΔΧ = 24/0.8 = 30 kgtss/d ΔΧ = 30/10 = 3 m 3 /d θ C = 3.5* 150/ 30 = 18 d Για το σύστημα ενεργού ιλύος ΔΧ = 150*0.19*0.90*1.0 = 26 kg/d ΔΧ = 26/0.8 = 33 kg/d ΔΧ = 33/10 = 3.3 m 3 /d θ C = 2.0* 40 / 33 = 2.5 d Για το σύστημα επαφής ΔΧ = 150 * 0.25 * 0.90 * 1.2 = 40 kg/d ΔΧ = 40/0.8 = 50 kg/d ΔΧ = 50/10 = 5 m 3 /d θ C = 2.0* 7 / 45 = 0.3 d 6

7 Βήμα 9. Προκαταρτικός σχεδιασμός δεξαμενής δευτεροβάθμιας καθίζησης Πίνακας 5. Παράμετροι σχεδιασμού δευτεροβάθμιας καθίζησης (Metcalf and Eddy, 2003). Παράμετρος Ρυθμός επιφανειακής φόρτισης (m 3 /m 2 d) Ρυθμός φόρτισης στερεών (kg/m 2 h) Διακύμανση Μέγιστη τιμή Διακύμανση Μέγιστη τιμή Συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος Καθαρό οξυγόνο Παρατεταμένος αερισμός Ρυθμός επιφανειακής φόρτισης = (Q+Q R ) / A Ρυθμός φόρτισης στερεών = (Q+Q R )*X / A Παράδειγμα σχεδιασμού δευτεροβάθμιας καθίζησης (συμβατικό σύστημα) Παροχή σχεδιασμού (μέγιστη ωριαία) 16 m 3 /h Παροχή ανακυκλοφορίας 0.5 * 16 m 3 /h = 8 m 3 /h Συνολική παροχή εισροής = 24 m 3 /h Ρυθμός επιφανειακής φόρτισης 1 m 3 /(m 2 h) Επιφάνεια δεξαμενής καθίζησης (24 m 3 /h)/ 1 = 24 m 2 Ρυθμός φόρτισης στερεών 5 kg/(m 2 h) Συγκέντρωση στερεών στη δεξαμενή αερισμού 2 kg/m 3 Φόρτιση στερεών 24 m 3 /h * 2 kg/m 3 = 48 kg/h Επιφάνεια δεξαμενής καθίζησης (48 kg/h)/ [5 kg/(m 2 h)] = 10 m 2 Επιφάνεια (επιλέγω το μεγαλύτερο) 24 m 2 Βάθος δεξαμενής 3.0 m Όγκος δεξαμενής 72 m 3 Υδραυλικός χρόνος παραμονής 3 h Συμπερασματικά Όγκος 72 m 3 Επιφάνεια 24 m 2 Βάθος 3 m Διάμετρος 5.5 m (κυκλική δεξαμενή) 7

8 Βήμα 10. Σχεδιασμός απολύμανσης με χλώριο Πίνακας 6. Παράμετροι σχεδιασμού συστημάτων απολύμανσης με χλώριο σύμφωνα με την ΚΥΑ 354Β/ Παράμετρος σχεδιασμού Άρδευση με περιορισμούς Άρδευση χωρίς περιορισμούς Συγκέντρωση υπολ. χλωρίου Δεν προβλέπεται >2 mg/l Χρόνος επαφής 30 min 60 min Λόγος μήκους/ πλάτος >40 >40 Γινόμενο C.t >30 mg.min/l >180 mg.min/l Υπολογισμός δεξαμενής χλωρίωσης Μέγιστη ημερήσια παροχή 150 m 3 /d Υδραυλικός χρόνος παραμονής 60 min = 1 h = 1/24 d Όγκος δεξαμενής χλωρίωσης (150 m 3 /d)*(1/24) = 6.3 m 3 Μήκος/ Πλάτος 40 Επιλέγω το βάθος 0.6 m Πλάτος SQRT[6.3/(0.6*40)] = 0.30 m Μήκος L = 40*0.30 = 12 m Πίνακας 7. Εκτιμώμενο εύρος γινομένου C.t για διαφορετικά ποσοστά αδρανοποίησης βακτηρίων, ιών και πρωτόζωων σε διηθημένη δευτεροβάθμια εκροή (ph~7, T~20 o C) (Metcalf and Eddy, 2003). Αδρανοποίηση Απολυμαντικό Μονάδες 1 Log 2 Log 3 Log 4 Log Βακτήρια Χλώριο mg.min/l Όζον mg.min/l 3-4 UV mj/cm Ιοί Χλώριο mg.min/l Όζον mg.min/l UV mj/cm Πρωτόζωα Χλώριο mg.min/l Όζον mg.min/l UV mj/cm D = UV dose (mj/cm 2 ) = I.t, όπου Ι = ένταση λαμπτήρα (mw/cm 2 ) και t= χρόνος επαφής (s) 8

9 Υπολογισμός δοσομετρικού συστήματος χλωρίου Συγκέντρωση χλωρίου 3 mg/l Συγκέντρωση διαλύματος χλωρίου εμπορίου 12% κατά βάρος (120 g/l) Ημερήσια απαιτούμενη ποσότητα χλωρίου 3 g/m 3 *150 m 3 /d = 450 g/d Απαιτούμενη ημερήσια ποσότητα διαλύματος (450 g/d) / (120 g/l) = 3.75 L/d Δυναμικότητα δοσομετρικής αντλίας 1 L/h Απαιτούμενη αραίωση διαλύματος χλωρίου 12% * (3.75 L/d) / (24 L/d) = 2% Χωρητικότητα δεξαμενής αποθήκευσης (24 L/d) * (5 d) = 120 L (επιλέγω 150 L) Βήμα 11. Ολοκλήρωση μελέτης σχεδιασμού και εφαρμογής άρδευσης Δεξαμενή αποθήκευσης Απαιτούμενη έκταση άρδευσης Επιλογή καλλιεργειών Υπολογισμό φορτίου νερού και θρεπτικών Επιλογή μέτρων ασφαλείας και ενημέρωσης Προγράμματα παρακολούθησης 9