Τεχνολογία και Διαχείριση Υγρών Αποβλήτων Ι Ακαδημαϊκό έτος 2017-2018 Σημαντικά ζητήματα μαθήματος (Β. Διαμαντής) Βασικές αρχές Από τι αποτελούνται τα αστικά λύματα? Ποιες είναι οι τυπικές συγκεντρώσεις COD, BOD και TSS στα αστικά λύματα. Τι ποσοστό των ολικών αιωρούμενων στερεών στα αστικά λύματα είναι καθιζάνοντα και τι κολλοειδή? Να σχεδιάστε ένα τυπικό διάγραμμα ροής μιας εγκατάστασης επεξεργασίας αστικών λυμάτων και να περιγράψτε τη σημασία των επιμέρους σταδίων. Ποια παροχές χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό των διεργασιών εσχάρωσης, εξάμμωσης, πρωτοβάθμιας καθίζησης, δεξαμενής αερισμού και απολύμανσης. Να υπολογίσετε την μέση ημερήσια, την μέγιστη ημερήσια και την παροχή αιχμής για μια εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων 1000 ισοδύναμων κατοίκων. Πρωτοβάθμια καθίζηση (πρωτοβάθμια επεξεργασία) Ποιου κυμαίνεται ο τυπικός χρόνος παραμονής σχεδιασμού (α) μιας δεξαμενής εξάμμωσης και (β) μιας δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης. Αναφέρετε τις βασικές παραμέτρους σχεδιασμού δεξαμενών πρωτοβάθμιας καθίζησης για την επεξεργασία αστικών λυμάτων. Ποια είναι η απόδοση μιας δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης όσον αφορά τη μείωση των COD, BOD και TSS κατά την επεξεργασία αστικών λυμάτων? Να υπολογίσετε (α) τις διαστάσεις (όγκος, επιφάνεια, διάμετρος, βάθος και μήκος υπερχειλιστή) και (β) την παραγόμενη ποσότητα (σε m 3 ) περίσσειας ιλύος, μιας δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης για επεξεργασία αστικών λυμάτων 1000 ισοδυνάμων κατοίκων. Να ληφθούν υπόψη τα παρακάτω δεδομένα: υδραυλικός χρόνος παραμονής 1.5-2.5 h, ρυθμός επιφανειακής φόρτισης 30-50 m 3 /m 2 d, ρυθμός υπερχείλισης 125-500 m 3 /m d, συγκέντρωση ολικών αιωρούμενων στερεών (TSS) στα ανεπεξέργαστα λύματα 250 mg/l και στον πυθμένα της δεξαμενής καθίζησης 2% (w/v). 1
Αερόβια βιολογική επεξεργασία (δευτεροβάθμια επεξεργασία) Ποια συστατικά των αστικών λυμάτων μπορούμε να απομακρύνουμε με ένα σύστημα ενεργούς ιλύος? Ποιες είναι οι σημαντικότερες παραλλαγές των συστημάτων ενεργού ιλύος για την επεξεργασία αστικών λυμάτων και τι γνωρίζεται για αυτές? Στην περίπτωση διάθεσης των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων σε ευαίσθητο αποδέκτη ποια επιλογή συστήματος ενεργού ιλύος ενδείκνυται και γιατί? Ποια τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά ενός συστήματος ενεργού ιλύος επαφής? Ποια τα κριτήρια υπολογισμού του απαιτούμενου όγκου μιας δεξαμενής αερισμού για την επεξεργασία αστικών λυμάτων? Τι εκφράζει και ποια η σημασία του χρόνου παραμονής στερεών (SRT) σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος? Με ποιους τρόπους μπορεί να γίνει ο αερισμός των λυμάτων σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος? Από ποιες επιμέρους απαιτήσεις υπολογίζετε η συνολική απαίτηση σε οξυγόνο (kgo2/d) σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος? Περιγράψτε πως μεταβάλλετε (α) η συνολική απαίτηση οξυγόνου και (β) η παραγωγή περίσσειας ιλύος σε ένα σύστημα ενεργού ιλύος κατά τη λειτουργία σε χειμερινές (πχ 10 ο C) και θερινές συνθήκες (πχ 25 o C) αντίστοιχα και γιατί. Να υπολογίσετε τον όγκο μιας δεξαμενής αερισμού για μια κοινότητα 1000 ΙΚ με τη διάθεση της τελικής εκροής να γίνεται σε ευαίσθητο αποδέκτη. Να ληφθούν υπόψη τα παρακάτω δεδομένα: Σύσταση αστικών λυμάτων Υδραυλικός χρόνος παραμονής Ρυθμός οργανικής φόρτισης Ρυθμός φόρτισης ιλύος Τυπική 20-30 h 0.1-0.3 kgbod/ m 3 d 0.04-0.10 kgbod/ kgmlvss d Συγκέντρωση MLSS 2-5 kgmlss/m 3 Περιεκτικότητα MLSS σε πτητικά 75% 2
Να υπολογίσετε τον όγκο μιας δεξαμενής αερισμού για μια κοινότητα 5000 ΙΚ με τη διάθεση της τελικής εκροής να γίνεται σε ευαίσθητο αποδέκτη. Να ληφθούν υπόψη τα παρακάτω δεδομένα: COD BOD Υδραυλικός χρόνος παραμονής Ρυθμός οργανικής φόρτισης Ρυθμός φόρτισης ιλύος 1000 mg/l 500 mg/l 20-30 h 0.1-0.3 kgbod/ m 3 d 0.04-0.10 kgbod/ kgmlvss d Συγκέντρωση MLSS 2-5 kgmlss/m 3 Περιεκτικότητα MLSS σε πτητικά 75% Να υπολογίσετε τον όγκο μιας δεξαμενής αερισμού ενεργού ιλύος (συμβατικό σύστημα) για μια κοινότητα 1000 ΙΚ εάν υπάρχει εγκατεστημένη πρωτοβάθμια καθίζηση με βαθμό απόδοσης 30% (ως προς COD και BOD). Να ληφθούν υπόψη τα παρακάτω δεδομένα: Σύσταση αστικών λυμάτων Υδραυλικός χρόνος παραμονής, Ρυθμός οργανικής φόρτισης, Ρυθμός φόρτισης ιλύος, Τυπική 4-8 h 0.3-0.7 kgbod/ m 3 d 0.2-0.4 kgbod/ kgmlvss d Συγκέντρωση MLSS, 1-3 kgmlss/m 3 Περιεκτικότητα MLSS σε πτητικά, 75% Να υπολογιστούν (α) οι συνολικές απαιτήσεις σε οξυγόνο, (β) η ισχύς του φυσητήρα και (γ) ο απαιτούμενος αριθμός των διαχυτήρων, για την επεξεργασία αστικών λυμάτων 1000 IK με ένα συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος. Να ληφθούν υπόψη τα εξής δεδομένα: σύσταση αστικών λυμάτων τυπική, υδραυλικός χρόνος παραμονής = 6 h, συγκέντρωση MLVSS στη δεξαμενή αερισμού = 2.5 g/l, συγκέντρωση BOD στην εκροή 25 mg/l, συγκέντρωση NH4-N στην εκροή 5 mg/l, απόδοση μεταφοράς οξυγόνου για διαχυτήρες ελαστικών δίσκων 1.4-1.9 kgo2/kwh, απόδοση του φυσητήρα 75%, συντελεστής κατανάλωσης οξυγόνου για μετατροπή BOD = 1.1 kgo2/kgbod, συντελεστής κατανάλωσης οξυγόνου για μετατροπή NH4-N = 4.2 kgo 2 /kgnh 4 -N, συντελεστής κατανάλωσης οξυγόνου για ενδογενή αναπνοή = 0.085 kgo2/kgvss d. 3
Να υπολογιστεί (α) η παραγωγή περίσσειας ιλύος και (β) ο χρόνος παραμονής στερεών σε ένα συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος με πρωτοβάθμια καθίζηση, παροχή λειτουργίας 150 m 3 /d (1000 IK), όγκο δεξαμενής αερισμού 56 m 3, συγκέντρωση MLSS στη δεξαμενή αερισμού = 3 kg/m 3 και θερμοκρασίας λειτουργίας 20 o C. Να ληφθούν υπόψη: συντελεστής παραγωγής βιομάζας 0.6 kgmlvss/ kgbod, σταθερά θανάτου της βιομάζας 0.06 kgmlvss/ kgmlvss d, περιεκτικότητα των MLSS σε πτητικά = 80%, συγκέντρωση ολικών αιωρούμενων στερεών στην εκροή 35 mg/l. 4
Δευτεροβάθμια καθίζηση Ποια παροχή λαμβάνεται υπόψη για το σχεδιασμό δεξαμενών δευτεροβάθμιας καθίζησης? Ποιες είναι οι παράμετροι σχεδιασμού των δεξαμενών δευτεροβάθμιας καθίζησης? Να γίνει διαστασιολόγηση (επιφάνεια, διάμετρος, βάθος, όγκος) μιας δεξαμενής δευτεροβάθμιας καθίζησης για ένα συμβατικό σύστημα ενεργού ιλύος 1000 ΙΚ με συγκέντρωση MLSS στη δεξαμενή αερισμού 3 kg/m 3. Απολύμανση Τι εξοπλισμός απαιτείται για την απολύμανση των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων με υποχλωριώδες νάτριο? Να κατασκευάσετε ένα τυπικό διάγραμμα ροής της απαιτούμενης εγκατάστασης. Ποιες είναι οι παράμετροι σχεδιασμών των συστημάτων απολύμανσης με υποχλωριώδες νάτριο? Να υπολογίσετε (α) τις διαστάσεις της δεξαμενής επαφής (όγκος, μήκος, πλάτος, βάθος), (β) τη δυναμικότητα της δοσομετρικής αντλίας, (γ) τον απαιτούμενο όγκο της δεξαμενής αποθήκευσης και τη συγκέντρωση του υποχλωριώδους νατρίου, για την απολύμανση δευτεροβάθμιας εκροής 1000 ΙΚ. Να ληφθούν υπόψη τα εξής: χρόνος επαφής > 30 min, γινόμενο C*t > 30 mg*min/l, λόγος μήκους/ πλάτος = 40, συγκέντρωση πυκνού διαλύματος NaOCl = 13% (w/w), πυκνότητα διαλύματος NaOCl = 1.2 kg/l. Αναερόβια χώνευση Ποιοι είναι οι βασικοί τύποι αναερόβιων αντιδραστήρων και ποια τα χαρακτηριστικά τους? Να κατασκευάσετε ένα τυπικό διάγραμμα ροής μιας μονάδας αναερόβιας χώνευσης οργανικών αποβλήτων. Να υπολογίσετε (α) τον όγκο του αναερόβιου αντιδραστήρα, (β) την ημερήσια παραγωγή βιοαερίου, (γ) την ημερήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και (δ) τις απαιτήσεις θέρμανσης του υγρού αποβλήτου, για την αναερόβια επεξεργασία βιομηχανικών υγρών αποβλήτων με αρχική θερμοκρασία 15 o C, συγκέντρωση COD = 20.000 mg/l και παροχή 100 m 3 /d. Να ληφθούν υπόψη τα εξής: αναερόβιος αντιδραστήρας επαφής, ρυθμός οργανικής φόρτισης σχεδιασμού 5 kg/m 3 d, θερμοκρασία λειτουργίας 30 ο C, συντελεστής παραγωγής βιοαερίου 0.5 m 3 /kg COD, περιεκτικότητα βιοαερίου σε μεθάνιο 65%, ενεργειακό περιεχόμενο μεθανίου 36000 kj/m 3, συντελεστής απόδοσης ηλεκτρογεννήτριας 3.6 kwh-el/ m 3 CH4. 5