Opis techniczny

1. Cel i zakres opracowania

Celem niniejszego opracowania jest zaprojektowanie Miejskiej Oczyszczalni Ścieków dla miasta. Zakres opracowania obejmuje technologię mechaniczno – biologicznej oczyszczalni ścieków oraz gospodarkę osadami.

1. Podstawy opracowania

2.1. Podstawy prawne

Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska z dnia 29.11.2002 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz. U. nr 212 poz. 1798 i 1799)

2.2. Podstawy merytoryczne

• Plan sytuacyjno – wysokościowy w skali 1:500

• Badania jakości i ilości dopływających ścieków

• Badania geologiczne na terenie oczyszczalni

3. Odbiornik ścieków oczyszczonych

Odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest rzeka. Średni niski przepływ w odbiorniku wynosi: SNQ = 0,6 m³/s

3. Warunki gruntowo – wodne

Na rozpatrywanym terenie występuje piasek, zaś zwierciadło wody stabilizuje się na głębokości 4,5m pod powierzchnią terenu.

Różnica ekstremalnych rzędnych wysokościowych na terenie oczyszczalni wynosi 1,9 m. Dno kolektora wlotowego znajduje się 3,2 m pod powierzchnią terenu.

3. Opis oczyszczalni

Oczyszczalnię zaprojektowano tak, że komora krat, pompownia, sitopiaskownik i osadnik wtórny jest w stanie przyjąć ilości ścieków przewidziane dla 2020 r. Oczyszczanie biologiczne przewidziano w dwóch etapach pierwszy dla roku 2010. Kolejny, trzeci kontener dostawiony zostanie w 2020 roku.

3. Wykaz obiektów technologicznych oczyszczalni ścieków

W ciągu przepływowym oczyszczalni występują następujące obiekty:

• Krata koszowa

• Sitopiaskownik

• Komora osadu czynnego dla systemu A2/O

• Osadnik wtórny podłużny poziomy

• Zagęszczacz osadów

• Wirówka

Schemat technologiczny

W ciągu przeróbki osadów przewidziano następujące obiekty:

• Przepompownię osadów

• Zagęszczacz osadów

• Poletko osadowe

• Poletko ociekowe piasku

Gospodarka osadowa

3. Procesy technologiczne oczyszczalni

7.1. Proces oczyszczania ścieków

Ścieki doprowadzane są do oczyszczalni ścieków kolektorem miejskim pod powierzchnią terenu, do kanału 0,4 m, na którym zainstalowana jest krata koszowa w komorze krat. Na kratach zatrzymywane są skratki o wymiarach większych niż 5 mm. Kanał doprowadza ścieki do sitopiaskownika, gdzie następuje sedymentacja piasku i innych cząstek stałych charakteryzujących się dużą prędkością opadania.

Kolejnym stopniem jest oczyszczanie biologiczne, którego głównym elementem jest proces osadu czynnego w systemie A2/O. System ten przewiduje trzy strefy w każdej z komór (komory: beztlenowa, niedotleniona i tlenowa).

Powstały w tych komorach osad zatrzymany jest w osadniku wtórnym. Część osadów wtórnych recyrkulowana jest do komór osadu czynnego, natomiast osad nadmierny kierowany jest do części osadowej, gdzie poddawany jest obróbce.

Po osadniku wtórnym oczyszczone ścieki spływają do odbiornika przewodem zamkniętym o średnicy 400mm.

7.2. Schemat gospodarki osadowej

Osady z osadników są transportowane do przepompowni osadów. Następnie kierowane są do budynku zagęszczania, gdzie poddawane są odwadnianiu. Osady następnie trafiają na prasę filtracyjną taśmową.

Po dezynfekcji wapnem osad jest wywożony poza obręb oczyszczalni i wykorzystywany np. w rolnictwie.

Obliczenia

Obliczenia-parametry wyjściowe:

Przepływy

	rok 2010	rok 2020
Qśrd [m^3/d]	2900	4300
Qmaxd [m^3/d] (Nd=1,4)	4060	6020
Qmaxh [m^3/h] (Nh=1,9)	321,42	476,58
Qmin [m^3/d]	2000	2000

SNQ = 0,6 m³/s

10% SNQ = 0,06 m³/s

Q_śrd(2020) = 0,05 m³/s < 0,06m³/s

Bilans zanieczyszczeń

Oczyszczalnia zaliczona została do grupy IV

	Ścieki	Wymagany stopień oczyszczenia η[%]
	Surowe Co	Oczyszczone Ck
pH	–	7,1-7,6
BZT5	g O2/m^3	340
ChZT	g O2/m^3	620
Zawiesina ogólna	g/m^3	195
Pogl.	g P2/m^3	8,6
Nogl.	gN2/m^3	72,5

Równoważna liczba mieszkańców

Obliczono wg zależności:

	2010	2020
	16434	24367
	8079	11979

4. Ładunek zanieczyszczeń

Obliczono wg zależności:

ŁADUNEK ZANIECZYSZCZEŃ NA ROK 2010 w [kg/d lub kg/h]
BZT5
ChZTcr
Zawiesina ogólna
Fosfor ogólny
Azot ogólny

ŁADUNEK ZANIECZYSZCZEŃ NA ROK 2020 w [kg/d lub kg/h]
BZT5
ChZTcr
Zawiesina ogólna
Fosfor ogólny
Azot ogólny

Urządzenia technologiczne:

(część mechaniczna)

1. Krata koszowa

DOBÓR KOŁOWEGO PRZEKROJU KANAŁU DOPROWADZAJĄCEGO ŚCIEKI Z MIASTA DO PIERWSZEGO URZĄDZENIA W OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW (KRATA KOSZOWA) ZE WZGLĘDU NA PRZEPŁYW ŚCIEKÓW I SPADEK KANAŁU RÓWNY 2,5‰
Qśrd
Qmaxd
Qmaxh
Qmin

DOBÓR PROSTOKĄTNEGO KORYTA ŚCIEKOWEGO KTÓRE ZAPEWNIA PRZEPŁYW ŚCIEKÓW MIĘDZY URZĄDZENIAMI W PROJEKTOWANEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW ZE WZGLĘDU NA PRZEPŁYW ŚCIEKÓW I SPADEK KANAŁU 2,5‰
Qśrd
Qmaxd
Qmaxh
Qmin

Kanał przed kratą koszową:

K=400mm o spadku i=2,5%o

Liczba prześwitów

b=0,02m

n =

Szerokość kraty

s=0,01m

B_kr = (n-1)*s+ n*b = (21-1)*0,01+21*0,02 = 0,62m ≈ 0,70m

Prędkość przy przepływie średnim

V_śr =

V_min=

Ilość skratek

RLM=11979

Wj= 4 dm³/MR a

V_sk=

Dobrano kratę koszową TYP KPP o wielkości kolektora d=400 mm i mocy napędu 0,25 kW, firmy Eko-montaż.

Dobrano 2 pompy zatapialne firmy MEPROZET typu S model 150PZN22,0/SZ-4/W o DN150, n_s=1500obr/min, Q=80l/s, mocy P=22kW (plus jedna rezerwową).

1. Sitopiaskownik

Ilość piasku

Wj= 7 dm³/MR a

Vp =

Ilość skratek

V_sk =

Dobrano sitopiaskownik SSP 30 o przepustowości od 15-30 l/s, firmy EKOFINN.

(część biologiczna)

1. Komora osadu czynnego (system A2/O)

Dane wyjściowe:

Blok biologiczny pracuje w systemie A2/O

Przepływ obliczeniowy Q_{śr h} = 179,17 m³/h

Przepływ obliczeniowy Q_{śr d} = 4300 m³/d

Zawartość suchej masy w osadzie SM_BB = 3,5kg/m³

Sprawność mechanicznej części oczyszczalni pod kątem usuwania BZT₅: 30%

Sprawność mechanicznej części oczyszczalni pod kątem usuwania zawiesiny og.: 60%

Sprawność mechanicznej części oczyszczalni pod kątem redukcji azotu: 9%

Sprawność mechanicznej części oczyszczalni pod kątem redukcji fosforu: 9%

Stężenie BZT₅ na wlocie do oczyszczalni: S_oBZT5 = 340 gO₂/m³

Stężenie BZT₅ przed komorą osadu czynnego: S_BZT5 = 340(1-0,30) = 238 gO₂/m³

Stężenie zawiesiny ogólnej na wlocie do oczyszczalni: S_ozaw = 195 g/dm³

Stężenie zawiesiny ogólnej przed KOC: S_zaw = 220(1-0,60) = 78 g/dm³

Stężenie azotu ogólnego na wlocie do oczyszczalni: S_oN = 72,5 gN/dm³

Stężenie azotu ogólnego przed KOC: S_N = 92(1-0,09) = 68,86 ≈ 69gN/dm³

Stężenie fosforu na wlocie do oczyszczalni: S_oP = 8,6 gP/dm³

Stężenie fosforu przed KOC: S_P = 8,6 (1-0,09) ≈ 8,2 gP/dm³

Obliczeń systemu A2/O dokonano na podstawie Niemieckiego Zbioru Reguł

ATV-DVWK, a ściślej: wytycznej ATV-DVWK-A131P („Wymiarowanie jednostopniowych oczyszczalni ścieków z osadem czynnym”).

Wymiary komór

Pojemność komory beztlenowej

V_B= 0,75*(Q_śrd + Q_rec)

Przy założeniu, że recyrkulacja zewnętrzna stanowi 30%Q_śrh pojemność komory beztlenowej, przyjmuję = :

Ilość azotanów do denitryfikacji

gdzie:

- azot ulegający denitryfikacji

- stężenie azotu ogólnego przed komorą osadu czynnego

- stężenie azotu organicznego w odpływie: przyjęto 1gN/m³

- stężenie azotu amonowego w odpływie: 0gNH₄/m³

- stężenie azotu azotynowego w odpływie:

- azot usunięty wraz z nadmiarem osadu:

Zatem:

Określenie stosunku

Aby osad czynny pracował najlepiej – pożądany jest < 0,09

Warunek ten jest spełniony, więc z tablicy nr 3 odczytujemy dla wartości

= 0,08 V_D/V_BB = 0,3.

Wiek osadu

Z tablicy nr 2 (ATV) odczytuję wiek osadu dla V_D/V_BB = 0,2 oraz:

t_obl = 10°C - przyjęto: t_{SM obl} =11,4 d

t_obl = 12°C - przyjęto: t_{SM obl} = 9,4d

Jednostkowy przyrost osadu czynnego

Dla t_{SM obl} = 10,0d oraz

(dla 0,4 przyrost osadu wynosi )

t_{SM,oblicz min} = Ł_SM,aerob

t_{SM,oblicz min} = Ł_SM,aerob

10^oC = 1,45*3,4*1,103^(15-10)=8,04 d

12^oC = 1,45*3,4*1,103^(15-12)=6,60 d

Przyrost osadu z biologicznej redukcji fosforu i po strąceniu chemicznym

Zakłada się, że 50% fosforu usuwana będzie w sposób biologiczny. Na odpływie należy uzyskać wartość 2gP/m³, lecz jest to wartość graniczna – zakłada się mniejszą wartość na odpływie – 1,8gP/m³.

US_dp=3*X_{p biol D}

C_e = 2 gP/m³

= 2*0,6 = 1,2gP/m³

= C_op -= 8,2 – 1,2 = 7,0 gP/ m³

Przyrost suchej masy osadu

US_d=US_dC+US_dP

Masa osadu w reaktorze

M_SM,BB = t _Smobl * US_d

(10°C)

(12°C)

Do dalszych obliczeń przyjmuje się wartość większą.

Pojemność reaktora do nitryfikacji i denitryfikacji

gdzie TS_BB = 3,5kg/m³ (odczytano z wykresu nr 4 dla indeksu osadu równego 100cm³/g)

Przyjęto 3 bloki biologiczne ( 2 bloki na 2010r.; 3 bloki na 2020r.)

Pojemności i wymiary pojedynczego ciągu biologicznego:

V_D1 = 300 m³ (B = 10 m, H = 6 m, L = 5 m)

V_N1 = 600 m³ (B = 10 m, H = 6 m, L = 10 m)

V_B1 = 900m³ (B = 10 m, H = 6 m, L = 15 m)

Objętość wszystkich komór = 2700m³

Czas zatrzymania

Recyrkulacja wewnętrzna

Ilość recylkulowanych ścieków z komory tlenowej do niedotlenionej wyniesie:

gdzie:

R – stężenie recyrkulatu (założono 5,5kg/m³)

Z – zawartość suchej masy w osadzie: Z = SM_BB = 3,5kg/m³)

Ilość recylkulowanych ścieków:

Qr=R_W*Qśrd

W celu recyrkulacji wewnętrznej (recyrkulacji azotowej) przewiduje się montaż rurociągu wraz z pompą recyrkulującą ścieki z komory tlenowej do niedotlenionej. Dobrano 2 pompy firmy Sarlin S2134L o 2 łopatkach o średniej wydajności 50l/s i wysokości podnoszenia 2m oraz rurociąg Ø50.

Strącanie chemiczne fosforu

Strącanie fosforu za pomocą związków żelaza, koagulant PIX 1/3 o gęstości 1500g/m³ i zawartości żelaza 11,8%

- ilość fosforu do chemicznego strącenia X_Pstr =1,48 g/m³

- zapotrzebowanie na środek strącający S_Fe=2,7* X_Pstr = 2,7*1,48=3,996≈4,0

- dawka koagulanta D_k=4,0: 0,118=33,9 g/m³

- zużycie koagulantu:

(2010)

(2020)

Jednostkowe zużycie tlenu na utlenienie związków węgla

Wg ATV (tabela nr 7) – dla temperatury 20°C i t_SMobl = 11,4d:

Zużycie tlenu na utlenienie związków węgla

Zużycie tlenu na nitryfikację

Zużycie tlenu na denitryfikację

Niezbędne zużycie tlenu

Maksymalne godzinowe zużycie tlenu

gdzie: f_C i f_N są odpowiednio współczynnikami wahań (uderzeniowymi) podczas utleniania węgla i podczas nitryfikacji; odczytano je z tabeli nr 8 dla wieku osadu równego 11,4 dób

- Wariant 1:

- Wariant 2:

Do dalszych obliczeń przyjmuje się wartość większą.

Wymagana ilość tlenu doprowadzana do KOC

gdzie:

c_x – wymagane stężenie tlenu

c_s – stężenie tlenu przy pełnym nasyceniu (dla temp. 20°C)

α - współczynnik określający nadmiar tlenu

Zapotrzebowanie na powietrze

Powietrze suche przy temperaturze 20°C i ciśnieniu 1030mbar waży 1,293 kg/m³

i zawiera prawie 0,300kg tlenu. Z uwagi na występującą w powietrzu parę wodną przyjęto do obliczeń 0,276kgO₂/m³ powietrza. Zatem aby uzyskać 1kg tlenu trzeba mieć do dyspozycji 3,5m³ powietrza.

Zapotrzebowanie na powietrze:

gdzie:

OTE – sprawność napowietrzania drobnopęcherzykowego (wynosi ok. 2% stopy), zatem:

W 1m³ powietrza jest 276 g tlenu, w związku z tym η = 32,8 %

Pn = 0,276* 32,8 = 0,09 kg O₂/m³

Dobór dmuchaw

- ilość powietrza dostarczanego

W komorze tlenowej występują straty na głębokości (ok.5mH₂O) oraz podczas transportu powietrza z hali dmuchaw do KOC (ok. 1mH₂0). Do całkowitej starty ciśnienia ∆p=600mbar i q_p=97,0 m³/h dobrano dmuchawę bocznokanałową FPZ model K07MD o mocy 5,5kW dystrybutora BlowTech Sp.z o.o.

Dobór dyfuzorów

Dobrano dyfuzory Akwatech typu 240 PD o parametrach:

- przepływ powietrza q=4m³/h

- zdolność natleniająca (głębokość h=5m) OV=75gO₂/m³

Niezbędna liczba dyfuzorów:

- liczba dyfuzorów przypadająca na 1 komorę

Powierzchnia przypadająca na jeden dyfuzor:

Dobór mieszadeł

W komorach beztlenowych zakłada się pracę mieszadeł. Doboru ich dokonano na podstawie mocy – zakładając pobór mocy równy 5W/m³ komory. W komorze beztlenowej przewiduje się montaż czterech mieszadeł wolnoobrotowych o mocy 0,25kW, dystrybuowane przez firmę GAA-Lobex. W komorze niedotlenionej proponuje się montaż dwóch mieszadeł średnioobrotowych tego samego dystrybutora, o mocy 3kW każde.

1. Osadnik wtórny

Q_maxh(2020)= 476,58m³/h

indeks osadu IVS=125 l/kg (ATV str.27)

RV=0,99

- zawartość suchej masy osadu na dnie OWT

t_e- czas zagęszczania osadu t_e=2h

- zawartość suchej masy w osadzie powrotnym

- zawartość suchej masy w osadzie dopływającym do OWT

- strumień objętościowy osadu powrotnego

(2020)

(2010)

- hydrauliczne obciążenie powierzchni osadnika

≤ 1,6

- wymiarowanie osadnika

(2010)

(2020)

dla roku 2010 przyjęto dwa osadniki o powierzchni 150m² i wymiarach BxL=5m x 30m, zaś w roku 2020 trzy osadniki 3*150m²

- sprawdzenie obciążenia hydraulicznego

(2010)

≤ 1,6

(2020)

≤ 1,6

- objętość czynna osadnika

H_cz=(3÷5) → H_cz=4m

- czas zatrzymania w osadniku

- głębokość czynna osadnika

• strefa ścieków sklarowanych

h₁=0,50m

• strefa rozdziału i przepływu wstecznego

• strefa prądów gęstościowych i gromadzenia

• strefa zagęszczania i zgarniania osadu

• głębokość całkowita osadnika

wysokość czynna osadnika przy leju osadowym, spadek dna osadnika 2%, szerokość górna podstawy leja osadowego B_lo=8m

- system zgarniania osadu- zgarniacz tarczowy

- prędkość zgarniacza v_SR=100m/h (max 108m/h)

- prędkość posuwu wstecznego v_pow=300m/h (max 324m/h)

- odcinek jezdny wózka zgarniacza l_w=L=40m

- t_s=0,17h

- czas cyklu zgarniania osadu

- strumień zgarnianego osadu

(wzór 6-15 str.39 ATV)

h_SR- wysokość tarczy zgarniającej, h_SR=(0,4÷0,9) → h_SR=0,5m

f_SR- współczynnik zgarniania, f_SR ≤ 1,0 → zatem f_SR=0,99

l_SR- odległość między tarczą zgarniacza, a miejscem odbioru osadu

l_SR=15* h_SR=15*0,5=7,5m

b_SR- szerokość tarczy zgarniacza, b_SR=20m

- objętościowy strumień osadu

- sprawdzenie systemu zgarniania osadu

- wymiary leja osadowego

przyjęto usuwanie osadu 2 x na dobę, pochylenie ścian leja α=45°, szerokość leja, wymiary górnej części komory B=5m, wymiary dna komory osadu b=0,7m

- wysokość leja

- wlot do pojedyńczego osadnika

przyjęto komorę wlotową o wymiarach b_k=0,70m ; l_k=6,0m, rozdział ścieków defektorami Stengela (μ=0,60), przyjęto 6 otworów d_o=200mm.

- powierzchnia otworów

- straty hydrauliczne

dla 2020 dla Q_m=476,58 m³/h →

- długość krawędzi przelewowych

przyjęto 3 krawędzie przelewowe po b=3m

- sprawdzenie warunków hydraulicznych osadu

- promień hydrauliczny

- pozioma prędkość przepływu

- liczba Reynoldsa ν=1,31*10^-6 m/s t=10⁰C

(gospodarka osadowa)

1. Piasek z sito piaskownika – poletko ociekowe

Dobowa ilość piasku:

Dla roku 2010 :

Dla roku 2020:

Przyjęto wysokość zalewową h=0,15m/d

Powierzchnia wymagana:

Ap=Vp/h=0,23/0,15 = 1,5m²

Przyjmuję 2 poletka o wymiarach

B =0,6 m

L = 1,25m

Piasek należy dezynfekować wapnem chlorowym. Można go używać jako warstwa izolacyjna pośrednia na wysypiskach.

1. Zagęszczacz grawitacyjny

Prędkość przepływu V_o=0,15 m/h

Czas przetrzymania t=3÷5 min t=4 min

η _m = 0,35

η _b = 0,90

C_BZT5 = 0,360kg/m³

USC_BZT5 = 0,61kgSM/kgBZT₅

Ilość osadów:

G = Q_srd*C_BZT5*(1- η_m )* η_b* USC_BZT5= 4300*0,360*(1-0,35)*0,9*0,61 = 552kg_SM/d

Objętość osadów (przy wilgotności W=99,2%)

Zawartość suchej masy po zagęszczeniu SM = 4%

Przed zagęszczeniem:

SM_o = 100-Wp = 100-99,2 = 0,8%

Ilość cieczy osadowej doprowadzonej do wewnętrznego kanalika:

W=Vos-Vz

W = 69 – 13,8= 55,2 m³/d = 2,3 m³/h

Powierzchnia średnia i wysokość zagęszczacza

Prędkość przepływu w zagęszczaczu: Vo=0,15m/h

Średnica zagęszczacza:

D = 1,128*= 2,33m²

Wysokość komory przepływowej:

Objętość rury centralnej

Czas przepływu przez rurę t=4min; v=0,1m/s

Średnica rury

Dc = 1,128=0,1m

Wysokość

hc = V*t

hc = 0,1*4 = 0,4m

Odprowadzenie odcieków: przelewem pilastym

- wysokość przelewu h=7cm

- obciążenie hydrauliczne q=40m³/m*h

a=18

kąt α =45^o

długość krawędzi przelewowych

Odprowadzenie odcieków na całym obwodzie zagęszczacza.

1. Prasa filtracyjna

- średnia zawartość suchej masy w doprowadzanych osadach

(2020)

- ilość osadów po opuszczeniu prasy

(2020)

przyjęto wydajność prasy filtracyjnej taśmowej Q_pras=5m³/d 29,9/5=6 h/d. Dobrano prasę taśmową firmy Ekofinn-Pol systemu MONOBELT typu NP 12.

1. Wapnowanie osadów

Przyjęto, że osady będą poddawane działaniu CaO w ilości 120kg_CaO/1000kg_sm osadów

- ilość CaO potrzebna do higienizacji

W=63%

(2020)

- zapas na 30 dni

(2020)

1. Wapnowanie skratek

Przyjęto, że skratki będą wapnowane 35% wapnem chlorowanym w ilości 3% swojej objętości

- dawka wapna

(2020)

1. Awaryjne poletka osadowe

Stosowane będą w przypadku awarii urządzeń do obróbki osadu. Projektowane na 20% ilości osadu z 8 miesięcy dla warstwy zalewowej o wysokości h_z=3m

- ilość osadu

- powierzchnia poletek osadowych

Założono powstanie docelowo 8 poletek osadowych o powierzchni: → wymiary LxB=18m x 11m

1. Pompownia ścieków

- objętość komory pompowni

przyjęto czas zatrzymania t=10 minut

Q_maxh = 476,58m³/h =132,38^l/_s

Przyjęto komorę o wymiarach D=2m i H=5,5m (objętość komory V=37,7m³).

Przyjęto dwie pompy Grundfos typu SE1.100.150.75.4.51D o wydajności Q=75 ^l/_s i wysokości podnoszenia Hp=7m.

1. Pompownia osadów

- pompownia osadu

przyjęto czas zatrzymania t=20 minut

(2010) Vos = 9,3m³/d = 0,11 l/s

(2020) Vos = 13,8m³/d = 0,16 l/s

Przyjęto komorę o wymiarach D=0,8m i H=1m (objętość komory V=0,28m³).

Przyjęto pompę firmy Sarlin typu S1 212H o mocy 14kW o wydajności Q=0,50 ^l/_s i wysokości podnoszenia Hp=5m.