AERACE A MÍCHÁNÍ AKTIVAČNÍCH NÁDRŽÍ

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "AERACE A MÍCHÁNÍ AKTIVAČNÍCH NÁDRŽÍ"

Dominik Vacek
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 AERACE A MÍCHÁNÍ AKTIVAČNÍCH NÁDRŽÍ Základní úkoly aeračního zařízení: dodávka kyslíku a míchání AERACE A MÍCHÁNÍ AKTIVAČNÍCH NÁDRŽÍ Ing. Iveta Růžičková, Ph.D. Tyto studijní materiály umístěné na interních webových stránkách VŠCHT Praha jsou určeny k osobní potřebě studentů předmětu N Základy čištění odpadních vod. Jejich kopírování, šíření, distribuce a zveřejňování na veřejně dostupných serverech bez souhlasu autora/ů je porušením autorského zákona č. 121/2000 Sb. Spotřeba kyslíku - množství kyslíku, které se skutečně spotřebuje, a které vyplývá ze stechiometrie. Potřeba kyslíku - celkové množství kyslíku (nebo vzduchu), které musíme dodat s přihlédnutím k procentu jeho využití (ne všechen dodaný kyslík je využit). Procesy probíhající v oxické nádrži: oxidace organického znečištění (CHSK, BSK) syntéza buněčného materiálu autooxidace buněčného materiálu (rozklad) nitrifikace akumulace fosforu Rovnice spotřeby kyslíku r = Y ΔB V + k r X org [kg.m -3.h -1 ] r objemová rychlost spotřeby kyslíku v nádrži [M.L -3.T -1 ] Y - koeficient udávající minimální hmotnost kyslíku potřebnou na oxidaci 1 kg odstraněných organických látek [M.M -1 ] ΔB V - výkonnost aktivační nádrže [M.L -3.T -1 ] k r rychlostní koeficient endogenní respirace sušiny kalu [M.M -1.T -1 ] X org koncentrace organické sušiny kalu [M.L -3 ] Y obs = Y + k r /ΔB X Y obs = r / ΔB V je pozorovaná spotřeba kyslíku na 1 kg odstraněných organických látek Přestup kyslíku do vody bez současné spotřeby Kinetika absorpce kyslíku jako plynu ve vodě rozpustného může být popsána rovnicí: dc/dt = K L A/V (c s -c) K L - koeficient prostupu hmoty fázovým rozhraním (m/h) A - plocha fázového rozhraní (m 2 ) V - objem kapalné fáze (m 3 ) c s saturační koncentrace, rozpustnost kyslíku za daných podmínek (g/m 3 ), pro kyslík při 20 C a 0,1 MPa je c S = 9,01 mg/l c - aktuální koncentrace kyslíku (g/m 3 ) t - čas Y = 0,5 kg.kg -1 (O 2, BSK 5 ) k r = 0,1 kg.kg -1.d -1 (O 2, X) Výraz A/V představuje plochu fázového rozhraní připadající na jednotku objemu. Určení plochy fázového rozhraní je prakticky nemožné. Plocha závisí na velikosti a počtu vzduchových bublin, což je obojí prakticky neměřitelné (např. velikost bublin, a tedy i jejich plocha se vaerační nádrži mění s výškou vodního sloupce). Za výraz A/V se dosazuje veličina a, což je mezifázový povrch připadající na jednotku objemu a spojujeme ji s konstantou K L v jediný koeficient. dc/dt = K L a (c s -c) Přestup kyslíku do vody za současné spotřeby (v důsledku právě probíhající chemické nebo biochemické reakce) dc/dt = (K L a) (c s - c) r r objemová rychlost spotřeby kyslíku v nádrži [M.L -3.T -1 ] V rovnovážném stavu: dc/dt = 0, c = c+ rovnovážná koncentrace r = (K L a) (c s - c + ) K L a - celkový objemový koeficient přestupu kyslíku (h -1 ), nelze teoreticky vypočítat, stanovení experimentálně. 1

Spotřeba kyslíku - množství kyslíku, které se skutečně spotřebuje, a které vyplývá ze stechiometrie.

2 Oxygenační kapacita aeračního zařízení (OC) uzanční veličina, která byla zavedena proto, aby bylo možno vyjádřit okysličovací schopnost aeračního zařízení a aby bylo možno porovnávat různé typy aeračních zařízení. = hmotnostní množství kyslíku, které je zařízení schopno dodat za jednotku času do objemové jednotky dané nádrže při jeho nulové koncentraci v nádrži. (OC) = K L a c s g/(m 3.h) nebo kg/(m 3.d) Oxygenační kapacita stanovená za provozních podmínek je pak dána vztahem: Objemová intenzita aerace (I V ) = množství vzduchu přepočtené na standardní podmínky (0 C, 0,1 MPa), které se přivádí na 1 m 3 nádrže za 1 h I V = OC / 3 E [m 3.m -3.h -1 ] E = množství využitého kyslíku ze vzduchu v % OC v g.m -3.h -1 I V = 13,9 (OC / E) OC v kg.m -3.d -1 Vzorce vycházejí ze skutečnosti, že 1 m 3 vzduchu má za standardních podmínek hmotnost 1,293 kg a obsahuje 23 hmotnostních % kyslíku. (OC) = (K L a) c s Výtěžek (E + ) porovnání ekonomického hlediska aerátorů E + = OC / W [kg.kwh -1 ] W = specifická spotřeba elektrické energie v kwh.m -3.d -1 Běžně 1 2 kg.kwh -1. AERACE AKTIVAČNÍCH NÁDRŽÍ Způsoby aerace: pneumatická stlačeným vzduchem mechanická mechanickými aerátory hydropneumatická - speciální, ejektory nebo injektory PNEUMATICKÁ AERACE Princip rozvod tlakového vzduchu (v extrémních případech i kyslíku) do aktivační směsi trubním systémem zakončeným aeračními elementy. - zdroj tlakového vzduchu - přívodní potrubí - rozvodné potrubí aeračních elementů - aerační elementy Rozdělení pneumatické aerace Hrubobublinná > 10 mm - dodávka vzduchu: většinou ventilátory - aerační elementy: děrované trubky - dnes minimální použití 2

3 Jemnobublinná 1 4 mm Středobublinná 4 10 mm - dodávka vzduchu: čerpadla, turbodmychadla - aerační elementy: aerační rošt s otvory vespod - hloubka nádrží 2,5 4 m - materiál: nerez, plast 1) Aerátory s keramickými nebo plastovými porézními deskami Konstrukční uspořádání: princip frity Nevýhody: ucpávání částicemi prachu, vyžaduje dokonalou filtraci vzduchu (papírové filtry, olejové filtry), nutnost nekorozivního materiálu zarůstání na povrchu se vytváří mikrobiální biofilm nebo se tvoří inkrusty; do vzduchu je třeba přidávat kyselinu mravenčí 2) Aerátory s pružnými membránami Materiál: pryž + polyethylen + polypropylen Konstrukční uspořádání: hadice (trubkové), diskové elementy různých tvarů, velkoplošné elementy (deskové) Dodávka vzduchu: dmychadla, pro větší hloubky pístový kompresor Nevýhoda: možnost prasknutí membrány, nutnost kontroly všech elementů po cca 5 letech Příklady řešení aerace v aktivační nádrži Faktory, které nejvíce ovlivňují oxygenační kapacitu při pneumatické aeraci: velikost vzduchových bublin výška vodního sloupce zatížení aeračního elementu intenzita aerace obsah organických látek ve vodě (PAL) α = (K L a) / (K L a) - 0,5 0,9, typ aerátoru, geometrie reaktoru, složení směsi β = c s / c S - splaškové OV 0,9 0,95, vliv minerálních látek Všechny tyto faktory ovlivňují rovněž využití kyslíku ze vzduchu, které se u nyní používaných aeračních elementů a při výškách vodního sloupce 4 6 m pohybuje: u středobublinné aerace v rozmezí 1 3 % u jemnobublinné do % 3

nutnost nekorozivního materiálu zarůstání na povrchu se vytváří mikrobiální biofilm nebo se tvoří inkrusty; do vzduchu je třeba přidávat kyselinu mravenčí 2) Aerátory s pružnými membránami Materiál:

4 Kombinace jemnobublinné aerace a míchání MECHANICKÁ AERACE Princip mechanické rozstřikování aktivační směsi odstředivou silou nebo intenzivní povrchové promíchávání (přestup vzduchu do aktivační směsi hladinou) aerátory s vodorovnou hřídelí (Kessenerovy kartáče) aerátory se svislou hřídelí (aerační turbíny) Aerátory se svislou hřídelí (aerační turbíny) Nevýhody mechanické aerace: -poruchovost převodovek - tvorba aerosolů - nižší hloubka aktivačních nádrží» větší záběr plochy - silné prochlazování aktivační směsi - mechanické namáhání a rozbíjení vloček aktivovaného kalu Faktory, které nejvíce ovlivňují oxygenační kapacitu mechanických aerátorů: hloubka ponoru počet otáček MÍCHÁNÍ AKTIVAČNÍCH NÁDRŽÍ především anoxických a anaerobních nádrží Možnosti ponořené čerpadlo provizorní řešení míchadlo zavěšené na hřídeli ponořené vrtulové míchadlo s vodorovnou hřídelí ponořené míchadlo se svislou hřídelí obsah organických látek ve vodě (PAL) HYDROPNEUMATICKÁ AERACE např. přisávání vzduchu do místa proudění kapaliny s podtlakem Ejektor - energetická náročnost - náhrada výše uvedených systémů po dobu jejich nefunkčnosti 4

-poruchovost převodovek - tvorba aerosolů - nižší hloubka aktivačních nádrží» větší záběr plochy - silné prochlazování aktivační směsi - mechanické namáhání a rozbíjení vloček aktivovaného kalu

5 Hyperboloidická míchadla 5

Podobné dokumenty

Membránové bioreaktory

Membránové bioreaktory Seznam přednášek Úvod do problematiky čištění odpadních vod MBR, aplikační potenciál. Fouling a biofouling membrán při provozu MBR, metody potlačení. Navrhování a ověřování MBR Praktické