Краткий ответ: Рассчитывайте гидравлическое оборудование по пиковому часовому расходу, а биологический объём — по суточной органической нагрузке (ХПК кг/сут). Это два разных числа, и использование одного для обоих — самая распространённая ошибка при подборе размеров. Добавьте усреднение, чтобы преобразовать пиковый сброс в равномерную подачу — это самая дешёвая надёжность, которую можно купить.
Два числа, по которым подбирают размеры очистных сооружений
Почти каждая ошибка в подборе размеров возникает из-за сведения двух отдельных требований к одному показателю. Это:
- Пиковый часовой расход — определяет размеры решёток, насосов, трубопроводов, отстойников, флотационных установок и всех гидравлических компонентов
- Суточная органическая нагрузка, в килограммах ХПК или БПК в сутки — определяет объём биологического реактора, мощность аэрации и выход осадка
Завод, сбрасывающий 480 м³/сут равномерно, и завод, сбрасывающий те же 480 м³/сут тремя залпами в конце смен, нуждаются в совершенно разном гидравлическом оборудовании и одинаковом биологическом объёме. Подберите размеры первого сооружения на 20 м³/ч и второго на 20 м³/ч — и второе переполнится.
Шаг 1: Постройте реальный профиль потока
Не принимайте «около 500 кубических метров в день». Запросите или измерьте поток почасовыми блоками в течение обычного производственного дня и в худший день недели. Что вам нужно из этого:
- Суточный общий объём (м³/сут)
- Пиковый часовой расход (м³/ч)
- Коэффициент пика = пиковый часовой ÷ средний часовой
- Непрерывное ли производство, двухсменное или периодическое
Коэффициент пика 1,5 — комфортный. Коэффициент пика 4 или более — обычное дело, когда резервуары опорожняют в конце смены — означает, что выравнивание не является опциональным.
Шаг 2: Подберите размер усреднительного резервуара
Усреднение превращает неравномерный сброс в стабильный поток и выполняет две задачи одновременно: защищает биологическую систему от гидравлического вымывания и сглаживает скачки pH и концентраций, которые иначе угнетали бы биомассу. В качестве рабочего подхода выбирайте объём, достаточный для приёма сброса за пиковый период, чтобы downstream-сооружения можно было нагружать со скоростью, близкой к среднесуточной.
Ему нужно перемешивание. Усреднительный резервуар без перемешивания расслаивается и осаждает твёрдые частицы, а затем выпускает их залпом при опорожнении — то есть создаёт именно тот шок, для предотвращения которого он был построен.
Шаг 3: Рассчитайте биологическую ступень по нагрузке
Прежде всего переведите концентрацию и расход в нагрузку:
Нагрузка по ХПК (кг/сут) = ХПК (мг/л) × расход (м³/сут) ÷ 1000
Так, 500 м³/сут при 2 000 мг/л ХПК — это 1 000 кг ХПК/сут. Именно это число, а не 500, определяет объём реактора, потребность в кислороде и выход избыточного ила. Из него следуют ещё два решения:
- Нужна ли вам анаэробная ступень. Высококонцентрированный сток обычно сначала обрабатывают анаэробно, потому что аэрировать такую нагрузку дорого и образуется большое количество избыточного ила. Анаэробная обработка снимает основную часть нагрузки при гораздо меньших затратах энергии и даёт значительно меньше ила; затем аэробная обработка доочищает то, что осталось.
- Нужно ли добавлять питательные вещества. Биологическая очистка требует азота и фосфора примерно в пропорции к углероду. Некоторые промышленные стоки — сахарные, крахмальные, некоторые химические потоки — богаты углеродом и бедны питательными веществами, и биология не будет работать, пока питательные вещества не будут дозированы.
Если на данном этапе вы выбираете между типами процессов, см. наше сравнение полных систем очистки сточных вод и пяти стадий процесса.
Шаг 4: Проверьте лимитирующий параметр, а не только ХПК
ХПК обычно определяет размер установки, но не всегда. Проверьте каждый из этих параметров на соответствие норме сброса и рассчитайте размер по тому, который труднее всего соблюсти:
| Параметр | Рассчитывается по | Часто это реальное ограничение, когда |
|---|---|---|
| ХПК / БПК | Биологический объём и аэрация | Стоки пищевой, пивоваренной, химической промышленности и производства пальмового масла |
| Аммонийный азот | Объём нитрификации и возраст ила | Нормативы строгие; нитрификация требует длительного возраста ила и чувствительна к температуре |
| Взвешенные вещества | Зона отстойника или флотации | Мелкие или медленно оседающие твёрдые частицы, плохая флокуляция |
| Нефть и жиры | Расчёт размеров DAF | Скотобойня, молочный завод, нефтеперерабатывающий завод, пальмовое масло |
| Фосфор | Химическое дозирование и образование осадка | Сброс в чувствительные водоёмы |
| Тяжёлые металлы | Осаждение и фильтрация | Гальваническое покрытие, отделка поверхности, горнодобывающая промышленность |
Аммоний — это параметр, который чаще всего удивляет людей. Нитрифицирующие бактерии растут медленно и чувствительны к температуре и токсичности, поэтому установка, рассчитанная с запасом по ХПК, всё равно может не уложиться в лимит по аммонию зимой.
Шаг 5: Рассчитайте стадию обработки осадка — и сделайте это честно
Образование осадка зависит от нагрузки, а не от расхода. Как биологическая стадия, так и любое дозирование химикатов производят твёрдые вещества, и химический осадок от коагуляции в физико-химической установке может легко превысить биологический осадок.
Что нужно определить на этапе проектирования:
- Расчётное количество сухих твёрдых веществ, образующихся в сутки
- Уплотняется ли осадок перед обезвоживанием — почти всегда должен, потому что обезвоживание разбавленного осадка тратит впустую производительность
- Целевая сухость кека, определяемая тем, как начисляется плата за утилизацию
- Работает ли обезвоживание непрерывно или партиями, что определяет выбор между шнековым прессом и фильтр-прессом
Конкретно для этапа обезвоживания наш руководство по расчёту фильтр-пресса рассчитывает арифметику объёма на цикл, и фильтр-пресс или шнековый пресс охватывает решение между непрерывным и периодическим режимом.
Типичные ошибки при подборе размера
- Расчёт всего по среднесуточному показателю. Установка работает на бумаге и смывается в конце смены.
- Отсутствие или недостаточный объём усреднения. Самый дешёвый резервуар на площадке защищает самую дорогую стадию на площадке.
- Расчёт биологии по расходу, а не по нагрузке. Создаётся установка с щедрым гидравлическим профилем и биологически обделённая по объёму.
- Игнорирование температуры. Скорости биологических процессов падают с температурой, а нитрификация падает быстрее всего. Установка, рассчитанная на лето, может отказать зимой.
- Проектирование только под сегодняшнюю производительность. Если планируется рост выпуска, резервируйте площадь и гидравлический профиль сейчас; дооснащение действующей установки обходится гораздо дороже.
- Оставлять осадок на потом. Это этап, за который вы платите каждый месяц.
Часто задаваемые вопросы
Проектировать очистные сооружения по расходу или по нагрузке ХПК?
И по тому, и по другому, но для разных частей. Гидравлическое оборудование — решётки, насосы, трубопроводы, отстойники, флотация — рассчитывается на пиковый часовой расход. Объём биологического реактора, мощность аэрации и выход осадка рассчитываются на суточную органическую нагрузку в килограммах ХПК в сутки. Использование одного показателя для всего — самая распространённая ошибка при расчёте размеров.
Как рассчитать нагрузку по ХПК?
Нагрузка по ХПК в кг/сутки равна концентрации ХПК в мг/л, умноженной на расход в м³/сутки, делённой на 1000. Например, 500 м³/сутки при 2000 мг/л ХПК — это 1000 кг ХПК в сутки. Именно эта величина нагрузки, а не расход, определяет размер биологической ступени.
Каким должен быть усреднительный резервуар?
Достаточно большим, чтобы вместить объём, сбрасываемый в пиковый период, чтобы downstream-сооружения могли получать сток со скоростью, близкой к среднесуточной. Там, где производство работает партиями или по сменам с коэффициентом пика четыре и более, усреднение не является опциональным. Резервуар должен перемешиваться, иначе он стратифицируется и при опорожнении сбрасывает залповый выброс осевших твёрдых частиц.
Почему моя установка соблюдает лимит по ХПК, но не проходит по аммонию?
Нитрифицирующие бактерии растут медленно, требуют длительного возраста ила и чувствительны к температуре и токсичности. Установка, рассчитанная с запасом по ХПК, всё равно может иметь недостаточный объём реактора и возраст ила, необходимые для нитрификации, а в холодную погоду показатели падают ещё сильнее. Аммоний нужно учитывать при расчёте явно, а не предполагать, что он будет удаляться автоматически вслед за ХПК.
Нужна ли мне анаэробная стадия?
Зависит от концентрации. Высококонцентрированные стоки — пищевая промышленность, пивоварение, пальмовое масло, некоторые химические потоки — обычно сначала обрабатывают анаэробно, потому что аэрация такой нагрузки стоит очень много энергии и образует большой объём избыточного ила. Анаэробная обработка снимает основную часть нагрузки при значительно меньших затратах энергии, затем аэробная обработка доочищает остаток.
Сколько ила будет образовывать установка?
Это следует из органической нагрузки и любого дозирования химикатов, а не из расхода. На физико-химических установках химический ил от коагуляции часто превышает биологический ил. Оцените его на стадии проектирования, потому что от него зависят размеры оборудования для сгущения и обезвоживания и он определяет ваши ежемесячные затраты на утилизацию на весь срок службы установки.
Пришлите ваш профиль расхода, анализ воды и лимит на сброс, и мы рассчитаем установку поэтапно: запросить предложение по подбору.