Расчет биосорбера. Принципиальная схема биосорбера

4 РАСЧЁТ БИОСОРБЕРА

Принцип работы биосорбера заключается в совмещении в пространстве и во времени процессов сорбции загрязнений с их биологическим окислением. Механизм этого процесса протекает через стадии: адсорбция загрязнений из воды в микропористой структуре сорбента, биохимическая модификация адсорбированных трудноокисляемых веществ в биоразлагаемую форму экзоферментами, иммобилизованными в этой же структуре, десорбцию биоразлагаемых модифицированных продуктов на поверхность частиц сорбента, биологическое окисление биоразлагаемых продуктов микроорганизмами биопленки на поверхности частиц сорбента. Этот процесс обеспечивает постоянную биологическую регенерацию сорбента и исключает необходимость его периодической термической регенерации или замены.

1 – биосорбер; 2 – аэрационная камера; 3 – отвод очищенной воды

Рисунок 2 – Принципиальная схема биосорбера

Время обработки воды на биосорберах составляет 15-25 минут.

Основу технологического расчета биосорбера составляет определение требуемого количества активированного угля Р_угля, кг/ч, на базе экспериментально определенной удельной скорости окисления по заданным лимитирующим показателям в зависимости от требований, предъявляемых к качеству очищенной воды. Итак, требуемое количество активированного угля можно определить по формуле:

 кг/ч;                                 (5)

С_исх – концентрация загрязнений в исходной воде, мг/л;

С_к – концентрация загрязнений в очищенной воде, мг/л;

Q – часовой расход очистной станции, м³/ч;

a₀ – сорбционная ёмкость загрузки, для АГ принимается a₀ = 50..200 мг/л, в зависимости концентрации загрязнений в исходной воде; для расчёта возьмём a₀ = 150 мг/л;

Для расчёта в качестве загрязнения принимаем марганец, т.к. его концентрация имеет наибольшее превышение.

Подставляем численные значения:

 кг/ч;

Результаты исследований проведенных в НИИ ВОДГЕО, показали, что оптимальная степень расширения загрузки составляет 40-45%. Зная степень расширения и марку применяемого типа угля, по графикам определяют:

– скорость восходящего потока V_р.н.=7 м/ч;

– удельные потери напора h_уд=0,15 м в. ст./м загр.

Высота угольной загрузки определяется по формуле:

, м;                                                (6)

Подставляем численные значения:

м;

Общую площадь биосорберов следует определять по формуле:

, м²;                (7)

Q_ос – полезная производительность очистной станции, м³/сут;

Т_ст – продолжительность работы станции в течение суток, ч; принимаем Т_ст = 24 ч;

V_р.н. – расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч;

n_пр – число промывок одного биосорбера в сутки при нормальном режиме эксплуатации; принимается n_пр = 2;

w_пр – интенсивность промывки, л/с·м²; принимается w_пр = 16 л/с·м²;

t₁ – продолжительность промывки, ч; принимается t₁ = 0,1 ч;

t₂ – время простоя биосорбера в связи с промывкой, принимаем для биосорберов, промываемых водой, t₂ = 0,33 ч,

Подставляем численные значения:

м²;

Высота биосорбера определяется по формуле:

, м;                    (8)

Н_о – высота слоя воды в подфильтровом пространстве, принимается 0,6..0,7 м;

ΔН – принимается равной 0,2м;

d_кол – диаметр коллектора, м;

Н_з – высота загрузки, м;

а_з – величина расширения загрузки, равная 40-45%;

Н_ав – аварийный запас, принимается равным 0,2 м.

Подставляем численные значения:

м;

Количество биосорберов следует определять с округлением до ближайших целых чисел по формуле:

, шт;                                              (9)

Подставляем численные значения:

шт;

Площадь одного биосорбера определим по формуле:

, м²;                                                 (10)

Подставим численные значения:

м²;

Размеры в плане каждого биосорбера составят 7х6,15 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме определим по формуле:

, м/ч;                                    (11)

N₁ – количество биосорберов, находящихся в ремонте, для расчёта принимаем N₁=1.

Подставив численные значения, получим:

 м/ч.

Аэрационная камера рассчитывается по скорости нисходящего потока v_н=0,1м/с  и расходу равному 0,75/10=0,075 м³/с.

Определим площадь колонны:

 м².

Диаметр аэрационной колонны  

м.

Высота колонны принимается равной полной высоте биосорбера