Оценка эксплуатационных данных работы двух метантенков городских канализационных очистных сооружений

 Крымская академия природоохранного и курортного строительства

Комплексное квалификационное задание № 6

Вы - бакалавр-технолог ППВКХ.

Вам поручено произвести оценку эксплуатационных данных работы метантенков

(2 шт.) городских канализационных очистных сооружений. Один из метантенков загружается осадком из первичных отстойников, второй – уплотненным активным илом  (исходные данные о работе метантенков прилагаются).

1.  Составьте технологическую схему канализационных очистных сооружений с применением метантенков. Определите глубину процесса распада органических веществ в метантенках и сравните результаты, полученные в эксплуатации с расчетами по СНиП 2.04.03-85.

2.  Определите эксплуатационные затраты по сбраживанию осадков сточных вод в метантенках.

3.  Разработайте мероприятия по охране труда при эксплуатации метантенков.

4.  Составьте порядок технологического контроля процесса сбраживания осадков сточных вод в метантенках.

5. Определите удельный расход промывной воды для сброженных осадков и ила, подаваемых для обезвоживания на вакуум-фильтрацию.

Исходные данные работы метантенков

№ п/п	Наименование показателей	Пример	№ варианта
			1	2	3
1	Объем каждого метантенка, м3	V=1000
2	Температура брожения, 0С	T0=33
3	Суточная загрузка, м3/сут: сырого осадка	Wmud = 60
	активного ила	Wa.mud = 120
4	Влажность загружаемого материала, %: сырого осадка	Bmud = 93
	активного ила	Ba.mud = 97
5	Зольность загружаемого материала, %: сырого осадка	Smud = 30
	активного ила	Sa.mud = 26
6	Состав компонентов сырого осадка в пересчете на беззольное вещество, %: жиры	Cfat = 35,6
	белки	Cprt = 30,6
	углеводы	Cgl = 16,8
7	Состав компонентов активного ила в пересчете на беззольное вещество, %: жиры	Cfat = 32,3
	белки	Cprt = 49,4
	углеводы	Cgl = 6,5
8	Удельное сопротивление, см/г: сброженного осадка	rmud = 1*1013
	сброженного ила	ramud = 5*1013
9	Обезвоживание сброженного осадка: ИП – на иловых площадках; ВФ – вакуум фильтрацией; Ц – центрифугированием.	ВФ

Зав. кафедрой водоснабжения и санитарной техники                                               Л.Д.Субботкин

РЕШЕНИЕ

АНАЛИЗ РАБОТЫ МЕТАНТЕНКОВ

1. Определим дозу загрузки по сырому осадку и илу:

D_mt = W*100 / V, %                                                                                          (1)

D_mt.mud = W_mud*100 / V = 60*100 / 1000 = 6 %                                                (2)

D_mt.a.mud = W_a.mud*100 / V = 120*100 / 1000 = 12 %                                         (3)

2. Определим продолжительность сбраживания:

T = 100 / D_mt, сут.                                                                                             (4)

T_mud = 100 / D_mt.mud = 100 / 6 = 16.7 сут.                                                         (5)

T_a.mud = 100 / D_mt.a.mud  = 100 / 12 = 8.3 сут.                                                     (6)

3. Определим дозу загрузки по беззольному веществу:

D_mt.fs = 0.01*D_mt*(1 – B)*(1 – S)*r ,  кг/(м³сут)                                            (7)

D_mt.mud.fs = 0.01*D_mt.mud*(1 – B_mud )*(1 – S_mud )*r                                           (8)

D_mt.mud.fs = 0.01*6*(1-0.93)*(1-0.3)*1000 = 2.94 кг/(м³сут)                                           

D_mt.amud.fs = 0.01*D_mt.amud*(1 – B_amud )*(1 – S_amud )*r                                      (9)

D_mt.amud.fs = 0.01*12*(1-0.97)*(1-0.26)*1000 = 2.66 кг/(м³сут) 

4. Определим предел сбраживания:

R_lim = (0.92*C_fat + 0.34*C_prt + 0.62*C_gl)*100, %                                           (10)                                         

R_lim.mud = (0.92*0.356 + 0.34*0.306 + 0.62*0.168)*100 = 53.6 %                                                  R_lim.amud = (0.92*0.323 + 0.34*0.494 + 0.62*0.065)*100 = 50.5 %  

Здесь следует отметить, что в беззольном веществе осадка содержание газообразующих компонентов (сумма жиров, белков, углеводов) составляет 83 % (35,6+30,6+16,8=83), а ила  - 88,2 % (32,3+49,4+6,5=88,2). На комплекс веществ не образующих газ в первом случае приходится 17 %, во втором – 11,8 %.

5. Определим распад беззольного вещества: 

R_r = R_lim – K_r*D_mt                                                                                           (11)                                    

R_r.mud = R_lim.mud – K_r*D_mt.mud = 53.6 –1.05*6 = 47.3 %       или 0,473 м³/кг                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

R_r.amud = R_lim.amud – K_r*D_mt.amud = 50.5 –0.4*12 = 45.7 %   или 0,457 м³/кг

Коэффициент K_r принимается по табл. 61 СНИП 2.04.03-85.

6.  Величина распада  P_r в % от R_lim   представляет собой степень распада беззольного вещества,  подсчитанную по выходу газа:

P_r = R_r / R_lim, %                                                                                                 (12)

P_r.mud = R_r.mud / R_lim.mud = 47.3 / 53.6 = 88.25 %                                                (13)

P_r.a.mud = R_r.a.mud / R_lim.a.mud = 45.7 / 50.5 = 90.5 %                                             (14) 

6. Определим суммарный выход газа:

G =  R_r*M_fs, м³/сут                                                                                               (15)

M_{fs =} [ M_dry*(100 – B_en.g)*(100 – S)] / (100*100)                                                 (16)

M_{fs.mud =} [ M_dry.mud*(100 – B_en.g.mud)*(100 – S_en.mud)] / (100*100)                         (17)

M_dry.mud = W_mud*(100 – B_mud)*r / 100                                                                   (18)

M_dry.mud = 60*1000*(100 – 93)* / 100  = 4 200 кг/сут                                         (19)

M_fs.mud = [W_mud*r* (100–B_mud)* (100–B_en.g.mud)*(100–S_en.mud)]/(100*100*100)       (20)

M_fs.mud = [60*1000* (100–93)* (100–5)*(100–30)]/(100*100*100) = 2793 кг/сут   (21)                            

M_{fs.a.mud =} [ M_dry.a.mud*(100 – B_en.a._mud )*(100 – S_en.a.mud)] / (100*100)                    (22)

M_dry.a.mud = W_a._mud*(100 – B_a.mud)*r / 100                                                              (23)

M_dry.a.mud = 120*1000*(100 – 97)*r / 100 = 3600 кг/сут                                      (24)

M_fs.a.mud = [W_a.mud*r*(100–B_a._mud)*(100–B_en.g.a.mud)*(100–S_en.a.mud)]/(100*100*100)         (25)

M_fs.a.mud = 120*1000* (100–97)* (100–5)*(100–26)]/(100*100*100) = 2531 кг/сут          (26)

G_mud = R_mud*M_fs,mud = 0.473*2793 = 1321  м³/сут                                               (27)

G_a.mud = R_a.mud*M_fs,a.mud  = 0.457*2531*1 = 1157  м³/сут                                     (28)

G =  G_mud +  G_a.mud = 1321 + 1157 = 2478  м³/сут                                                (29) 

При объемном весе газа r =1 кг/м³        G = 2478 кг/сут

7. Зная распад можно вычислить массу беззольного вещества в сброженной массе:

M_ex.fs = M_fs*(100 – R_r) / 100                                                                                         (30)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

M_ex.fs.mud = M_fs.mud*(100 – R_r.nud) / 100  = 2793*(100-47.3) / 100 = 1472 кг/сут         (31)

M_ex.fs.a.mud =M_fs.a.mud*(100 – R_r.a.nud)/100 = 2531*(100-45.7) /100 = 1370 кг/сут         (32)

8.  Разность    (M_dry  -  M_fs)  представляет собой зольную часть, не подвергающуюся изменениям в процессе сбраживания. 

Общая масса сброженных осадков будет представлять собой сумму массы зольной части  (M_dry  -  M_fs)  и массы беззольного вещества M_ex.fs:

M_ex.dry =  (M_dry  -  M_fs )  + M_ex.fs                                                                                                                                 (33)

M_ex.dry.mud = (M_dry.mud  - M_fs.mud) + M_ex.fs.mud =4 200 – 2 531 + 1370 = 2879 кг/сут       (34)                                                                                                                        

M_ex.drya.mud =(M_dry.a.mud - M_fs.a.mud) + M_ex.fs.a.mud =3600 - 2531+1370 = 2440 кг/сут        (35)

9. Зольность сброженной массы:

По аналогии с (16) можно записать

M_ex.fs = [ M_ex.dry*(100 – B_ex.g)*(100 – S_ex)] / (100*100)                                                  (36)

Откуда:

S_ex = 100 – [100*100* M_ex.fs / M_ex.dry*(100 – B_ex.g)]                                                       (37)

Гигроскопическая влажность сброженного вещества B_ex.g = 6 %

S_ex.mud = 100 – [100*100*1472 / 2879*(100 – 6)] = 45.6 %                                           (38)

S_ex.a.mud = 100 – [100*100*1370 / 2440*(100 – 6)] = 40.3 %                                         (39)

10.  Влажность сброженной массы:

По аналогии с (18) можно записать

M_ex.dry = W*(100 – B_ex)*r / 100                                                                                      (40)

Откуда:  

B_ex  = 100 -  100 * M_ex.dry  /  W*r                                                                                   (41)

B_ex.mud  = 100 - 100 * M_ex.dry.mud  / W_mud r=100 – 100*2879 / 60*1000 = 95,2 %      (42)

B_ex.a.mud  =100 -100*M_ex.dry.a.mud / W_a.mud r=100–100*2440 / 120*1000 = 99,9 %      (43)

Таким образом, сбраживание приводит к увеличению зольности и влажности бродящей массы.

11.  Сравним результаты, полученные в эксплуатации, с рекомендациями СНИП 2.04.03-85.

При влажности сырого осадка B_mud  = 93 %  и ила   B_a.mud  = 97 % ожидаемый распад беззольного вещества (по выходу газа) составил бы:

R_r = R_lim – K_r*D_mt                                                                                                

R_r.mud = R_lim.mud – K_r*D_mt.mud = 53.6 –1.05*7 = 46.25 %  или 0,463 м³/кг            (44)

При этом степень распада P_r = R_r / R_lim, %  составит:

P_r.mud = R_r.mud / R_lim.mud = 46.25 / 53.6 = 86.3 %                                                     (45)

R_r.amud = R_lim.amud – K_r*D_mt.amud = 50.5 –0.4*10 = 46.5 %  или 0,465 м³/кг           (46)

Степень распада P_r.a.mud = R_r.a.mud / R_lim.a.mud = 46.5 / 50.5 = 92 %                                               Коэффициент K_r принимается по табл. 61 СНИП 2.04.03-85.

Сопоставление распада беззольного вещества осадка и ила, а также степени (глубины) их распада, полученных экспериментальным и расчетным путями показывает, что они достаточно близки и высоки по глубине распада. Так, глубина сбраживания осадка составила около 88 %, а ила около 91 %, т.е. до теоретически возможного выхода осталось недополученными по осадку 12 %, а по илу 9 % количества газа.

Сопоставление экспериментальных и расчетных доз загрузки показывает, что 1-й метантенк несколько недогружен, а второй – незначительно перегружен.

12.  Проверим какие могут быть получены результаты при сбраживании смеси осадка и ила.

M_dry. = M_dry.mud + M_dry.a.mud = 4 200 + 3 600 = 7 800 кг/сут                                            (47)

M_fs = M_fs..mud  + M_fs.a.mud = 2793 + 2531 = 5324 кг/сут                                                   (48)

W = W_mud + W_a.mud = 60 + 120 = 180 м³/сут                                                                  (49)

Среднее значение влажности смеси:

B_mix  = 100 -  (100 * M_dry  /  W*r) = 100 – 100*7800 / 180*1000 = 95.7 %                (50)

Среднее значение зольности смеси:                                                                                  

S_mix = 100 – [100*100* M_.fs / M_.dry*(100 – B_g)]                                                             (51)

S_mix = 100 – [100*100*5324 / 7800*(100 – 5)] = 28 %                                                (52)  

Соотношение загружаемого осадка и ила по беззольному веществу:

M_fs..mud  : M_fs.a.mud  = 2793 : 2531 = 1 : 0,9                                                                       (53)

Тогда предел сбраживания смеси:

R_lim.mix    =  (R_lim.mud*1 +   R_lim.mud*0.9) / (1 + 0.9) = (53.6*1+50.5*0.9) / 1.9 = 52 %     (54)

Распад беззольного вещества:

R_r.mix = R_lim.mix – K_r*D_mt = 52 –0.56*9 = 47 %  или 0,47 м³/кг                                    (55) 

Степень распада:

P_r.mix = R_r.mix / R_lim.mix = 47 / 52 = 90.4 %                                                                      (56)

Суммарный выход газа при сбраживании смеси осадка и ила:

G_mix =  R_r.mix *  M_fs = 0.47*5324 = 2 502 м³/сут                                                            (57)

Что больше на 24 м³/сут, чем при раздельном збраживании.

На основании выполненных расчетов рекомендуем производить не раздельную обработку осадка и ила, а их смесь.

МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕТАНТЕНКОВ