Απόβλητα. Ασκήσεις. ίνεται η σχέση (Camp) :

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Τομέας Περιβάοντος και Χρήσης Ενέργειας Εργαστήριο Τεχνοογίας Περιβάοντος ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ (3 ο ΕΞΑΜΗΝΟ) Απόβητα Απαιτήσεις της ζώνης καθαρισμού Ρυθμός παραγωγής καθαρισμένου νερού : Q A U Ταχύτητα Υπερροής : U Q / A, δηαδή η ταχύτητα υπερροής είναι ισοδύναμη με την ταχύτητα κατακάθισης των μικρότερου μεγέθους σωματιδίων που απομακρύνονται κατά 100 %. [ Ρυθμός Ανόδου ή Ρυθμός επιφανειακής φόρτισης (m 3 /m d)] Χρόνος παραμονής : t V / Q A /Q / U. Για το ύψος μιας ιδανικής δεξαμενής θα ισχύει : Η U t Q t/a Ασκήσεις 1. Υποθέτοντας μία μέση ταχύτητα ενός αποβήτου 0,305 m/s να προσδιοριστεί το μέγεθος των αδρανών σωματιδίων (πυκνότητας ρ s :,65 g/m 3 ) και των οργανικών υικών (πυκνότητας ρ s : 1,05 g/m 3 ) που θα παραμείνουν σε αιώρηση (επομένως δεν θα απομακρυνθούν) από έναν αμμοδιαχωριστή. ίνεται η σχέση (Camp) : 8 k g ( ρs ρ) d f ρ όπου : ταχύτητα του αποβήτου (m/s), k: παράγοντας σχήματος 0,05, f: συντεεστής τριβής 0,03, ρ: ειδικό βάρος υγρού 1 g/cm 3, d: διάμετρος στερεών (cm), g 9,81 m/s.. Να σχεδιαστεί αεριζόμενος εξαμμωτής, δηαδή να βρεθεί ο όγκος της δεξαμενής και το μήκος της, για μέγιστη παροχή αποβήτων m 3 /d. Θεωρείστε χρόνο παραμονής 3 min, πάτος εξαμμωτή 4 m και σχέση πάτος / ύψος. Υποογίστε επίσης τις οικές απαιτήσεις σε αέρα, όταν χρησιμοποιούνται 0,30 m 3 αέρα/ min και m μήκους. 3. Να βρεθούν οι διαστάσεις κυκικής δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης, δηαδή η διάμετρος και το βάθος της, όταν η αρχική συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών στο απόβητο είναι 300 mg/l, η μέση παροχή είναι m 3 /d, ο χρόνος παραμονής 89 min και η επιφανειακή φόρτιση 48 m 3 /m d. Να γίνει ισοζύγιο μάζας γύρω από τη δεξαμενή (παροχή, 1

2 συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών και μάζα στερεών), όταν απομακρύνονται το 60% των αιωρούμενων στερεών, η συγκέντρωση της άσπης που απομακρύνεται είναι 3,5% και η ειδική βαρύτητα της άσπης s 1,0. Η παροχή της παραγόμενης άσπης δίνεται από τη σχέση : Q M 1000 C s όπου Q :παροχή της άσπης (στερεά + νερό, m 3 /d), Μ: μάζα στερεών που απομακρύνονται (kg/d), C : συγκέντρωση στερεών της άσπης (%) και s: ειδική βαρύτητα της άσπης. 4. Εφαρμογή της επίπευσης διαυμένου αέρα στην πάχυνση της άσπης των βιοογικών καθαρισμών. α) Να βρεθεί (σε kpa) η πίεση ειτουργίας του δοχείου κορεσμού, και η επιφάνεια μιας δεξαμενής επίπευσης που ειτουργεί με διαυμένο αέρα, και προκαεί την πάχυνση άσπης προερχόμενης από βιοογικό καθαρισμό υγρών αποβήτων, χωρίς την εφαρμογή της ανακύκωσης μέρους του καθαρισμένου αποβήτου. Ποιος είναι ο ρυθμός φόρτισης των στερεών στη δεξαμενή επίπευσης κατά την περίπτωση αυτή; β) Όταν εφαρμοστεί ανακύκωση ενός μέρους του καθαρισμένου υγρού αποβήτου, να βρεθεί η οική παροχή ανακύκωσης R, καθώς και η απαιτούμενη επιφάνεια της δεξαμενής για την περίπτωση αυτή. ίνονται: Αρχική συγκέντρωση της άσπης (πριν την επίπευση) Ss 0,3% (3000mg/L), Tεική συγκέντρωση άσπης (μετά την επίπευση) 4%, Bέτιστη αναογία Αέρα /Στερεά Α /S 0,008mL/mg, ιαυτότητα του αέρα στη συνηθισμένη θερμοκρασία περιβάοντος s a 18,7mL/L, Ποσοστό κορεσμού στη δεξαμενή συμπίεσης f 0,5, Παροχή άσπης στην είσοδο της δεξαμενής Q 400 m 3 /d, Ρυθμός επιφανειακής φόρτισης 8L/m min, Πίεση στο δοχείο συμπίεσης όταν εφαρμόζεται η ανακύκωση 75 kpa (Μετατροπή: ) P( atm) Ισχύουν οι σχέσεις: p( kpa) + 101,35 101,35 1,3 s A / S a ( f S s P 1) ( χωρίς ανακύκωση) 1,3 s A/ S a ( f P 1) R S Q s (με ανακύκωση) 5. Να υποογιστεί η δεξαμενή επίπευσης διαυμένου αέρα με οική συμπίεση για τη συμπύκνωση των στερεών του μικτού υγρού δραστική

3 άσπης με συγκέντρωση στερεών άσπης S s 0,3% (3000mg/L) με τις παρακάτω παραδοχές: - Βέτιστος όγος A/S 0,01 ml/mg - Θερμοκρασία 0 ο C, ιαυτότητα αέρα s a 18,7 ml/l - Κάσμα κορεσμού f 0,5 - Φόρτιση στερεών Φ 5 75 kg/m d - Επιφανειακή φόρτιση U Q / F 0,5 m 3 /m h - Παροχή άσπης Q 400 m 3 /d 6. Να υποογιστεί ο όγκος της άσπης που παράγεται κατά την πρωτοβάθμια καθίζηση ενός βιομηχανικού αποβήτου τυπικής σύστασης, το οποίο έχει συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων 0 mg/l. ίνονται: ο χρόνος παραμονής στην δεξαμενή πρωτοβάθμιας καθίζησης είναι ώρες, η ικανότητα απομάκρυνσης των αιωρούμενων στερεών με την πρωτοβάθμια καθίζηση είναι 60% και η περιεκτικότητα της άσπης με υγρασία 94%. Ο υποογισμός να γίνει για κάθε m 3 ακατέργαστου αποβήτου. ίδεται επίσης η σχέση M s V ρ w S s1 P s, όπου Μ s η μάζα των συνοικά περιεχόμενων στερεών στη άσπη, υποογιζόμενη επί ξηρού (kg), ρ w η πυκνότητα του νερού (1 kg/l), S s1 η ειδική πυκνότητα της άσπης, V ο όγκος της άσπης και P s η % περιεκτικότητα των στερεών στη άσπη, εκφρασμένη σαν αριθμός μικρότερος της μονάδας. 7. Μεέτη της καμπύης κατακάθισης των στερεών: Ο προσδιορισμός της απαιτούμενης επιφάνειας της δεξαμενής γίνεται με τον ακόουθο τρόπο: Προσδιορίζεται η κίση της ευθείας της παρεμποδιζόμενης κατακάθισης που είναι Η/t U, δηαδή η ταχύτητα κατακάθισης η απαιτούμενη για την διάυγαση. Προεκτείνονται οι ευθείες της παρεμποδιζόμενης κατακάθισης και της κατακάθισης συμπίεσης και φέρεται η διχοτόμος της γωνίας που σχηματίζεται στο σημείο τομής τους, η οποία τέμνει την καμπύη κατακάθισης στο σημείο 1. Χαράζεται η εφαπτομένη της καμπύης κατακάθισης στο σημείο 1. Με δεδομένα την συγκέντρωση των στερεών στην τροφοδοσία, C, την συγκέντρωση των στερεών στην υπορροή, C, και το ύψος της δεξαμενής, Η, υποογίζεται το αντίστοιχο ύψος της διεπιφάνειας Η, καθώς όγω ισοζυγίου ισχύει: C C Προσδιορίζεται ο απαιτούμενος χρόνος t ώστε η συγκέντρωση των στερεών στην υπορροή να φτάσει την τιμή C, από την τομή της C C 3

4 παράηης προς τον άξονα του χρόνου σε ύψος Η με την εφαπτομένη της καμπύης κατακάθισης στο σημείο 1. Υποογίζεται η απαιτούμενη επιφάνεια της δεξαμενής από τη σχέση: Q t όπου Q: παροχή όγκου τροφοδοσίας A ιαστασιοόγηση δεξαμενής δευτεροβάθμιας κατακάθισης (ενεργοποιημένης άσπης). Σε εργαστηριακά πειράματα κατακάθισης ενεργοποιημένης άσπης, χρησιμοποιήθηκε ένας κύινδρος ύψους 0,4 m και εήφθησαν τα αποτεέσματα που φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα. Αν η αρχική συγκέντρωση στερεών της άσπης είναι 4000 mg/l, να υποογιστούν: α) η απαραίτητη επιφάνεια της δεξαμενής κατακάθισης ώστε να παράγεται συμπυκνωμένη άσπη συγκέντρωσης mg/l, β) το φορτίο της δεξαμενής σε στερεά ( kg/m d), και γ) ο ρυθμός υπερροής του καθαρισμένου (δη. απααγμένου από στερεά) αποβήτου υδραυικό φορτίο (m 3 /m d). ίνεται ότι η παροχή τροφοδοσίας της δεξαμενής αυτής είναι 400 m 3 /d, και ότι η ζητούμενη επιφάνεια θα βρεθεί με τη βοήθεια των σχέσεων: Q t A C C όπου: Α: επιφάνεια δεξαμενής, m Q: παροχή τροφοδοσίας, (m 3 /s) : αρχικό ύψος της διεπιφάνειας στον κύινδρο, m t : απαραίτητος χρόνος, ώστε να επιτευχθεί η απαραίτητη συγκέντρωση υπορροής, s : ύψος της διεπιφάνειας του κυίνδρου στην οποία έχει επιτευχθεί η επιθυμητή (τεική) συγκέντρωση (πάχυνση) των στερεών, m C : αρχική συγκέντρωση των στερεών στο προς κατακάθιση απόβητο, mg/l C : τεική συγκέντρωση των στερεών στο προς κατακάθιση απόβητο, mg/l Ύψος διεπιφάνειας (m) 0,5 0,4 0,3 0, 0, Χρόνος (min) 4

5 8. Η βιομηχανική οξείδωση θεωρείται αντίδραση πρώτης τάξης, και για το πρώτο στάδιο ισχύει η εξίσωση: kt dbod / dt k BOD ή BODt BOD (1 e ) (1) όπου BOD ο η οική συγκέντρωση οργανικών ενώσεων (mg/l) BOD t η τιμή του BOD σε χρόνο t (ημέρες) Η σταθερά k και η τιμή του οικού BOD (BOD ο ) επηρεάζονται από τη θερμοκρασία. Η μεταβοή αυτή εκφράζεται από τις παρακάτω σχέσεις που προκύπτουν προσεγγιστικά από την εξίσωση Vant ff Arrhenis με θερμοκρασία αναφοράς 0 C. 0 BODT BOD0 (1,0)T () ( T 0) kt k0 ϑ (3) όπου ΒΟD Τ, BOD 0 : οικό BOD σε θερμοκρασία Τ και 0 C k T, k 0 : σταθερά ταχύτητας αντίδρασης σε θερμοκρασία Τ και 0 C ϑ e C 1,135 για Τ 4-0 C 1,056 για Τ 0-30 C Υποογισμός BOD Να βρεθεί το BOD μιας μέρας και οικό BOD του 1 ου σταδίου σε 10 C, 0 C και 30 C για ύματα που έχουν BOD 5 350mg/L σε 0 C. ίνονται k 0,3/ημ. 9. Υποογισμός ισοδύναμου πηθυσμού. Να βρεθεί το ισοδύναμο πηθυσμού βιομηχανίας γάακτος, που επεξεργάζεται 00 τόννους γάα την ημέρα. Παραδοχές: Ποσότητα αποβήτου Q 550 m 3 /d BOD mg/l (g/m 3 ) 10. Υποογισμός της πτώσης πίεσης σ ένα φίτρο στρώματος. Να υποογιστεί η οική πτώση πίεσης σ ένα φίτρο στρώματος που αποτεείται από 30 cm ομοιόμορφου ανθρακίτη, μέσου μεγέθους 1,6 mm και από 30 cm άμμου, μέσου μεγέθους 0,5 mm, με ρυθμό διήθησης 160 L/m min, όταν η θερμοκρασία ειτουργίας είναι 0 ο C. Να χρησιμοποιηθεί για τον υποογισμό της πτώσης πίεσης η εξίσωση του Rse: 1,067 1 L 4 3 h Cd , 34 Φ a d g Όπου: C d N N Ν Re αριθμός Reynlds, C d συντεεστής οπισθέκουσας, d διάμετρος (μέγεθος) κόκκων (m), g επιτάχυνση βαρύτητας, 9,8 m/s, L πάχος διηθητικού στρώματος (m), h πτώση πίεσης (m), ταχύτητα διήθησης (m/s), Φ συντεεστής μορφής (συνήθως 1), α πορώδες (0,4 για τα δεδομένα του προβήματος), μ ιξώδες (Ν s/m ), ν κινηματικό ιξώδες (m /s) 1, (για τα δεδομένα του προβήματος). Re Re 5