Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka

Smer:Inženjerstvo zaštite životne sredine

TRETMAN OTPADNIH VODA

ZADEBLJANJEM MULJA

Nastavni predmet: Student:Fizičko-hemijski principi

Vrste zadebljanja:

a) Gravitaciono sleganjeb) Pritisak flotacije

Tipičan stepen ostvarenja muljnog zadebljanja - za faktor od 3 (a), ili 4 do 6% materije u struji zadebljanja (a, b).Tipičan stepen toka materije (LB/FT/HR) - 0.5 (a)Tipičana količina preliva (GPD/FT) – 200 (a): i 2500 do 500 (b)Vreme hidrauličnog pritvora (HRS) – 0.3 (b): i od 6 i više (a)Višak aktivnog mulja i humusa proceđenog kroz filtar je skoro uvek povučen pri koncentraciji materije manjoj od 1% po težini.Podlivanje koncentracije materije primarnog prečišćivača je uglavnom manje od 5% po težini. Da bi se smanjilo hidraulično opterećenje na muljnu digestiju i jedinice za odvodnjavanje i time povećala njihova efikasnost u smislu obrađene materije po jedinici površine ili zapremine po jedinici vremena.Postrojenja za tretman otpadnih voda često upotrebljavaju sredstva za zgušnjavanje.

Gravitaciono zgušnjavanje

Sredstva za zgušnjavanje gravitacionog tipa (slika 7.46.1 ) u kojima se konstantno dovodi otpadni mulj i zgusnuti mulj je neprekidno povučen, oni se najčešće koriste u sistemima za tretman otpadnih voda. Neophodna površina za zgušnjavanje zavisi od količine pristigle materije na dnu zgusnjivača, koji zavisi zavisi od brzine sleganja materije mulja i koncentracije zgusnutog mulja odstranjenog iz uređaja. Materija se kreće na dole kroz zgusnjivač pri kombinovanoj stopi toka datoj sledećom jednačinom:

Pri čemu je:

– Stopa toka materije (lb/ft/hr)

– Koncentracija materije nastale uticajem zgusnjivača lb/ft

– Brzina sleganja materije pod uticajem gravitacije

– Brzina transporta materije na dole nastale usled podlivanja odstranjene materije,

ft/čas

Sledeća jednačina predstavlja brzinu transporta na dole (Vu) usled koncentrisanog povlačenja materije:

Pri čemu je:

– Koncentracija odstranjenog zgusnutog mulja, tako da ograničavajuća

stopa toka materije postoji i može biti određena za bilo koju kombinaciju vrednosti za

relevantne promenljive. Sledeća jednačina prikazuje potrebnu zgušnjavajuću površinu

( izraženu u ):

=

Pri čemu je:

– Ulaz otpadne materije u zgusnjivač po satu, lb/hr

Inžinjeri zaštite životne sredine mogu izvući potrebne podatke iz testa sleganja izvršenog u cilindrima čiji prečnik iznosi najmanje od 0.9 do 1.8 metara, a po mogućstvu i većim, čija je dubina od 0.9 metara pa do pune skale dubine.Ovi cilindri bi trebali biti opremljeni sa uređajem za upravljanje i da im najveća dostignuta brzina bude 12 m/h. Slika 2. predstavlja podatke dobijene iz ovih testova.

Primer dizajna gravitacionog zgusnjivača

Za svrhu ovog primera materija za zgušnjavanje će biti višak aktivnog mulja sa početnom koncentracijom materije od 7gm/l ( ) . Ovaj mulj neprekidno ulazi u zgusnjivač i zgusnuti

mulj se neprekidno povlači pri koncentraciji od 21gm/l ( 1.302 ). Gl je određen pomoću

podataka iz parcele (slika 7.46.2 ) 0.52 . Količina mulja koji treba biti koncentrisan iznosi 5200 grama po času.Kao što je traženo na slici 2. Podaci parcela gravitacionog zgusnjivača. Procedura podataka parcela: 1. Sprovesti test sleganja pri različitim početnim koncentracijama materije ( a kroz d u panelu A ), pokrivajući raspon očekivanog uticaja zgusnjivača koncentracije materije; 2. Determine the settling velocity Vs for each concentration as the slope of a line tangent to the initial linealsettling rate portion of each curve.Vrednost Zemljišta Vs u odnosu na koncentraciju materije i konstrukciju linije koja najviše odgovara; 4. Izračunati vrednost toka G za različite koncentracije materije ( G = koncentracija čvrste materije, x brzina sleganja,

ft/hr) a parcela je na dijagramu C; 5. Odrediti vrednost ograničavajućeg toka , na osnovu preseka ose vrednosti toka i linije tangente krive toka povučene od željene koncentracije podlivanja čvrstih materija.

Površina za zgušnjavanje može biti određena pomoću jednačine:

Prečnik ( D ):

Dobar odabir za ovaj zahtev bi bilo obezbeđivanje dve jedinice prečnika od 8 do 9 metara opremljenje vertikalnim ogradama.Sa jednom jedinicom u opticaju, prekoračenje vrednosti jedinice ( vreme pražnjenja otpadnih voda ) iznosi:

Flotacijsko zgušnjavanje

Širok spektar vazdušnih flotacijskih jedinica pod pritiskom je dostupan u komercijalnom smislu u obliku kompletnih paketa. Osnovne jedinice su ili pravougaone ili okrugle, pri čemu se pravougaone češće koriste u sistemima za tretman otpadnih voda. Dostupna su dva sistema , sistem direktnog stalnog pritiska i sistem za reciklažu pod pritiskom. Postrojenja za tretman otpadnih voda se koriste kasnije kada tečnost sadrži flokulante ili druge krhke čestice koje se rasture ili podlegnu abraziji prilikom izlaganja višim silama u procesu pod stalnim pritiskom. Performanse postrojenja za flotaciju pod pritiskom je povezana sa odnosom težine korišćenog vazduha i težine čvrste materije koja se dovodi u postrojenje, A/S. Međutim ovaj pristup zanemaruje broj mehurića po kojima je vazduh raspoređen nakon optuštanja pritiska i broj čestica među kojima je raspoređena težina pristigle čvrste materije. Nespremnost predstavlja postojanje pristupa potencijalnom uticaju ovih promenljivih. Stepen flokulacije aktivnog uglja usled promena uticaja otpadnih karakteristika ili procesnog menadzmenta. S toga postrojenja za tretman otpadnih voda bi trebala biti konzervativnog dizajna. Postrojenju se eventualno mogu dodati flokulantne hemikalije kako bi se obezbedio konstantan broj čestica po jedinici težine korišćene čvrste materije. Kao flokulanti se najčešće biraju polimeri. Postrojenja mogu značajno povećati stopu rasta čestica upotrebom malih doza polimera. Postrojenja za tretman otpadnih voda mogu koristiti sledeću jednačinu za odabir flotacijskih jedinica pod pritiskom:

Pri čemu su:

– odnos lb ili kg vazuha naspram lb ili kg dovedene čvrste materije

– faktor pretvaranja A, 0.834

– rastvorljivost vazduha u vodi, 18.68 cc/l pri 20 stepeni Celzijusa

– procenat ostvarene saturacije ( procentualni deo )

slika: Flotacijski zgušnjivači A, sistem reciklaže pod pritiskom, sistem pod direktnim pritiskom

TRETMAN OTPADNIH VODAP – operativni pritisak, atnosferski

– stopa reciklaže pod pritiskom

– uticaj koncentracije čvrste materije u zgušnjivaču

– uticaj stope protoka otpadnog milja

Postrojenja za tretman otpadnih voda mogu koristiti sledeću jednačinu za odabir direktnog pritiska flotacijske jedinice:

Inžinjeri zaštite životne sredine uglavnom biraju flotacijske jedinice koje omogućavaju stopu površinskog prelive od 2500 do 5000 i vreme hidrauličkog zadržavanja od oko 20 minuta.Oni bi takođe trebali da propišu odredbe za dvostruke jedinice, zaobilaženjem, navodnjavanjem i dodavanjem flokulanata. Inžinjeri zaštite životne sredine razvijaju dizajn podataka tako što stavljaju pod pritisak ili uticaj otpada ( direktan pritisak ) ili simulirani reciklažni uzorak, kao što je slegnuti ili filtrirani otpad ili mulj koji pluta i zatim ga otpuštaju u otvoreni završni cilindar. Za reciklažni sistem pod pritiskom otpuštaju se različite količine reciklirane tečnosti u odgovarajuću količinu mulja ili otpada kako bi se postigla željena reciklažna stopa. Oba procesa (stalnog pritiska i pritiska ) su zasnovani na osnovu širine dozvoljenog dizajna odobrenog od strane komercijalne aparature.Za dizajn pravljen po meri, inžinjeri zaštite životne sredine moraju da prouče ceo dijapazon vrednosti. Efekat temperature bi takođe trebao da se prouči pogotovo ako flotacijske jedinice nemaju kućište ili ukoliko uticaj temperature varira.

Primer reciklažnog dizajna pod pritiskom

Za svrhu ovog primera čvrsta materija koja treba da bude zgusnuta je višak aktivnog mulja sa početnom koncentracijom čvrste materije od 7000mg/l. Temperatura na kojoj se operacija odvija iznosi 20C i odabrani operacioni pritisak je 60psig ( 5.1atm ). 60% zasićenog vazduha je postignuto pri vremenu zatvaranja pod pritiskom od jednog minuta. Odnos odabrane vrednosti A/S iznosi 0.03. Brzina pristiglog suvišnog aktivnog mulja koji treba da se zgusne iznosi 124.800 gal/dan sa stopom preliva od 2500 . Primenom jednačine dolazi se do sledećeg:Zemljišni podaci dizajna flotacije pod pritiskom. Procedura zemljišnih podataka; 1. Sprovesti test porasta stope pri početnim različitim početnim koncentracijama čvrste materije (od a do d u panelu A ) pokrivajući raspon očekivanog uticaja koncentracije čvrstih materija; 2. Odrediti početnu stopu rasta Rr za svaku koncentraciju pri padu linije tangente ka početnom linearnom delu stope rasta za svaku krivu: 3. Zemljište za koncentraciju potopljenih čvrstih materija (težina u % ) naspram A/S za svaki nivo uticaja čvrstih materija; 4. Plot the subnatant SS concentration ( unit effluent SS) vs the A/S for each influent solids level. Odabir dizajna A/S odnosa je bitan za postizanje zadržavanja čvrste materije ili koncentracijskog cilja, druga opcija je optimizacija za maksimum koncentraciji i zadržavanja.

R = 0.684mgd = 457gpm

Potrebna površina po jedinici iznosi:

Industrijske otpadne vodePoređenje 5 industrijskih otpada pokazije da SS sadržaj varira od 0.12 do 181.4 kg po jedinici proizvodnje ( Eckenfelder 1966 ). Većina ( od 65% do 75% ) ne polimerskih hemijskih supstanci su rastvorljive u vodi čija je temperatura 25C.Kontinualni RDVF. A, Kalemski filter; B, Filter sa kaišem. Veličina iznosi i do 167 po jedunici.Legenda: a, srednji filter ( kalem ili tkanina); b, bubanj filter; c, pražnjenje kolača; d. Korito sa rastvorom; e. Mešalica; f, korito nivoa; g, ventil filtera; h, odvod suvog vazduha; i, odvod filtrata; j, odvod rastvora; k, odvod kaiša za pranje.Dubokoležajni filter sa isprekidanim ispiranjem. Voda za ispiranje zauzima gornji deo rezervoara filtera. Kada nivo vode u filteru opadne na 1.2m vazdušni čistač duva kroz ležaj noseći skupljenu materiju sa medija. Zatim, skupljena voda teče kroz ležaj u suprotnom smeru ostavljajući za sobom pesak i čist antracid i pH vrednos 7. Prema tome kako se proporcija industrijskog otpada u sistemu povećava , odnos celokupnog BOD ( rastvorenog i suspendovanog ) do SS raste.Polimeri većeg stepena u industrijskom otpadu formiraju koloidne suspenzije ili rešenja.

Filter pomagala Kao dodatak inertnim hemijskim supstancama, sirovi industrijski otpad može sadržati mikroorganizme-bakterije, buđ i kvasce. Za ovu grupu stopa sleganja je često niska dok je otpor filtera visok; ipak često koncentracije ( od 1 do 10% po težini) ih čine neprihvatljivim za sisteme javnog prikupljanja. Mnoge industrije rešavaju ovaj problem filtracijom sa značajnom količinom ( 0.2 do 0.4kg po kilogramu suve čvrste materije ) filtera za pomoć, najčešće diatomejske zemlje. Međutim ovo rešenja stvara problem odlaganja čvrste materije. Industrije mogu minimizovati upotrbu filter pomagala upotrebom pražnjenja metodom zagrejanog kaiša na rotacionom vakuum kaiš filteru. Aktivni mulj ( čvrsta materija koja se u potpunosti sastoji od bakterija ) može biti uspešno filtriran na ovaj način bez upotrebe filter pomagala kada je koagulisan sa gvožđe hloridom. Shodno tome trebalo bi pokušati koagulirati i druge komadiće bakterija. Bilo koji koagulant korišćen u filtraciji odlaganja otpada zahteva odobrenje odbora za hranu i lekove, a gvožđe hlorid nije prihvatljivo. Bez obzira na to trebalo bi tražiti koagulant koji se nalazi na listi odobrenih koagulanata kako bi se smanjili predretmanski troškovi. Sem ukoliko otpadna voda industrijskog postrojenja sadrži manje od maksimalne dozvoljenje količine čvrste materije utvrđene od strane nadležne agencije.filtracija ili drugi oblici predtretmana mogu biti traženi. Kada postrojenje prethodno obradi otpadnu vodu kako bi ispunilo zahteve u vidu tražene pH vrednosti, taj predtretman može rezultovati padom dodatnih čvrstih materija, korak koji se dodaje filtraciji ili razdvajanju opterećenja

Čvrsta materija koncentrisana fizičkim metodama

Procesi za koncentrisanje čvrste materije iz industrijskog otpada uključuju koagulaciju i aeraciju, koje postižu ili brže sleganje ili stopu flotacije. Predretman filtracije primenjen isključivo na čestice čvrste materije koje se talože u vodi.Iz razloga što taložna čvrsta materija široko varira po pitanju veličine čestica, svojstava i kompozicije potrebni su filtracioni testovi. Pri selekciji i dizajniranju filtracione opreme, inžinjeri zaštite životne sredine trebaju uzeti u razmatranje toksičnost, zdravlje i požarnu opasnost materijala koji će biti filtrirani.

Čvrsta materija dobijana iz hemijskih reakcija

Hemijske reakcije tokom predtretmana proizvode dodatne SS u industrijskim otpadnim vodama. Najčešće korišćeni ubrzavajući agens je rastvor kreča ( 10% kalcijum hidroksid + voda ). To taloži razna kalcijumova jedinjnja, kako organska tako i neorganska u vodi. Dolomitski kreč (

je superioran taložni agens za neke otpadne materijale.Ova dva oblika

kreča predstavljaju najbolju kombinaciju raspoloživosti, ekonomičnosti i prilaodljivosti.Jedinjenja taložena krečom najčešće sležu dobro i mogu biti filtrirana pri stopi od 2 do 6 . Malo kreča se dodaje rastvorenoj čvrstoj materij, i većina kalcijumovih jedinjenja ima slabu rastvorljivost. Bez obzira na korišćenje baze, inžinjeri zaštite životne sredine moraju izvesti filtracijske testove taloga, kako bi mogli odrediti dizajn. Često submikronski industrijski mulj formiran od strane reakcije sa krečom ne bi trebalo da bude prekoncentrovan jer se filtracija bolje obavlja pri razređenom mulju.

Kombinovana otpadna voda iz domaćinstava i industrije U kombinovanom otpadu koji potiče iz nekoliko izvora, sadržaj SS je i dalje previše nizak (0,1%) da bi bio filtriran. Najčešći problem pri otklanjanju čvrste materije iz opštinskih i industrijskih otpadnih voda je povećana proporcija rastvorenih nečistoća. Tabela 7.47.2 pokazuje tipične vrednosti (na godišnjem nivou) za dvatrenutno aktivna postrojenja (A i B) koja obrađuju velik procenat industrijskog otpada. Malo je raspoloživog znanja i iskustva kada je reč ovom tipu primarnog slegnutog mulja. Anaerobno obrađen mulj koji potiče isključivo iz domaćinstava se lako isušuje na kalemu ili kaišu filtera ( slika 7.47.2 ), ali isti mulj koji potiče iz mešavine domaćinstava i industrije često izaziva probleme pri filtraciji. Kada primarna postrojenja za obradu prime prevelike količine toksičnih hemikalija , kose, vlakana, čekinja, masti, polimera ili želatinastih proteina, proces obrade može biti ometen ili prekinut, stvarajući probleme pri filtraciji. Kada postrojenje neprekidno radi na primarnom slegnutom mulju koji sadrži visoku koncentraciju industrijskog otpada i kada anaerobne bakterije ne mogu da tolerišu industrijske hemikalije, postiže se samo polovična obrada. U tom slučaju proizvode se male količine gasa i mulj se slabo isušuje.Sekundarni aerobni tretman (aktivni mulj) je uspešan i višenamenski, lako stvarajući filtrirane bakterije čvrste materije iz raznih vrsta rastvorenih hemikalija koje potiču iz domaćinstava i industrije ( tabela 7.47.3 ).Današnji trend po pitanju dizajniranja postrojenja za preradu otpada iz domaćinstava i industrije je ublažavanje problema primarnog mulja tako što se on meša sa aktivnim muljem. Mešavaina je zatim koncentrovana pomoću uzastopnih filtera ili centrifuga i spaljena ili odložena pri sadržaju čvrstih materija od 20% težine ili više. Slika 7.47.7 pokazuje dijagram toka ovog tipa.