Construirea unei statii de epurare pentru un oras cu 200000 de locuitori

Prezentul proiect se refera la construirea unei statii de epurare pentru un oras cu 200000 de locuitori avand urmatoarele tipuri de industrii:

fabrici de prelucrare a laptelui cu o capacitate de 3000 litri/zi

abator, fabrica de procesare carne cu o capacitate de tone/zi

fabrica de bere cu o capacitate de 10000 litri/zi

Vom proiecta o statie de epurare cu doua trepte: mecanica si biologica.

Stabilirea numarului de locuitori echivalenti (LE) - la stabilirea numarului de LE se tine seama de nr. de locuitori efectivi precum si de influenta industriei la cifra LE:

a)      fabrica de prelucrare lapte: din normativele republicane reiese ca pentru o capacitate de 1000 litri avem 250 LE, deci pentru capacitatea din proiect vom avea:

= 750 locuitori

b)      abator: din normativele republicane reiese ca pentru o capacitate de 1 tona avem 450 LE, deci pentru capacitatea din proiect vom avea:

= 1350 locuitori

c)      fabrica de bere: din normativele republicane reiese ca pentru o capacitate de 1000 litri avem 400 LE, deci pentru capacitatea din proiect vom avea:

= 4000 locuitori

Numarul total de locuitori echivalenti este: 206100

Pentru stabilirea debitului trebuie sa cunoastem consumul mediu de apa zilnic/locuitor. Normele europene pentru dimensionarea unei statii de epurare prevad un consum mediu zilnic/locuitor intre 200-250 litri/zi.

In Romania, consumul mediu de apa/zi e de 180 litri din care 80% intra in reteaua de canalizare , deci in statia de epurare.

180 * 80 % = 144 litri

144 l * 206100 = 29.678.400 litri/zi = 29678,4 m³/zi = 1236,6 m³/ora = 0,343 m³/s

De la IMNH s-a comunicat ca debitul mediu pluvial e de 0,008 m³/s

Q = 0,343 + 0.007 = 0.35 m³/s

Din datele statistice rezulta ca debitul apelor subterane drenate si a izvoarelor este de 10% din debitul de apa uzata

Q = 0.35 * 1,1 = 0,385 m³/s

Dimensionarea treptei de epurare mecanice

In cadrul etapei de epurare mecanice vom stabili si dimensiunea gratarului, deznisipatorului si decantorului primar.

Dimensionarea si alegerea gratarului

In general gratarele sunt formate din bare paralele, echidistante prinse rigid pe suporti transversali, astfel incat sa lase intre ele spatii libere denumite lumina. Lumina gratarelor se alege functie de caracteristicile apelor uzate, respectiv a dimensiunilor corpurilor plutitoare si aflate in suspensie, se alege lumina gratarului ( l ) , astfel :

L = 30 - 100 mm pentru gratare rare;

L = 10 - 25 mm pentru gratare mijlocii ;

L= - 10 mm pentru gratare dese.

Gratarele constituie obstacole hidraulice si in consecinta avem o pierdere de sarcina hidraulica la trecerea apei uzate prin gratare.

Din multitudinea de tipuri de gratare consideram ca cel mai indicat gratar e gratarul cu curatire mecanizata pentru latimi ale canalului de apa intre 0,5-1,6 metri.

Avand in vedere analiza facuta asupra apei uzate consideram ca cel mai indicat e gratarul mijlociu cu lumina L

Ca urmare a prezentei gratarului ce constituie o pierdere de sarcina hidraulica, vom calcula pierderea.

k₁,k₂,k₃ - explicatia din curs

k₁ = 100 / m

Avand in vedere curatirea mecanizata m=90 rezulta k

k₁ = 1,11

k₂ = 0,76

k₃ = 4

Viteza de curgere a apei prin gratar trebuie sa fie mai mare de 0,8 m/s, iar valorile optime sunt cuprinse intre 1-1,4 m/s.

Pentru alegerea latimii gratarului se porneste de la debitul apei uzate, viteza de curgere si adancimea apei.

Avand in vedere prezenta barelor in canalul de curgere a apelor va trebui sa marim sectiunea efectiva in functie de lumina gratarului si grosimea barelor. Intrucat grosimea barelor e apropiata de lumina gratarelor inseamna ca practic trebuie sa dublam suprafata gratarului. In consecinta suprafata efectiva a gratarului va fi:

b - latimea canalului gratarului

Intrucat gratarele sunt standardizate cu marimi de la b = 0.5 m din 10 in 10 cm pana la 1,6 m vom alege gratarul cu latimea de 0,7 m.

Alegerea sitei

Pentru a usura functionarea statiei de epurare voi alege o sita tambur cu diametrul d = 1000 mm si L = 1500 mm.

Dimensionarea si alegerea separatorului de grasimi si a deznisipatorului

Cum de obicei apele uzate contin mici particule plutitoare, de regula sub forma de emulsii si care sunt formate materii organice plutitoare, grasimi, uleiuri, precum si hidrocarburi se impune retinerea acestora. Retinerea acestor substante inca de la inceput se face cu trei scopuri:

Aceste substante au valoare energetica si sunt utile si deci trebuie recuperate;

Peliculele formate de aceste substante la suprafata apei deranjeaza procesul de epurare mai ales in treapta biologica, intrucat formand o pelicula pe suprafata apei influenteaza negativ procesul de dizolvare a oxigenului in apa;

Pentru unele din aceste substante este singurul mod de a fi eliminate din apa uzata, altfel ar putea ajunge in emisar.

De altfel conform standardului E 12264-84, separatoarele de ulei sunt obligatorii in cazul cand se aplica treapta biologica. De asemenea utilizarea separatoarelor de ulei este recomandata si cand apele uzate contin peste 150 mg / dm³     substante extractibile in eter de petrol.

Retinerea materiilor organice ce plutesc, precum a grasimilor se realizeaza cu ajutorul separatoarelor de grasimi, iar separarea si evacuarea substantelor emulsionate se realizeaza cu ajutorul proceselor de flotatie.

Flotatia este un proces fizic de sedimentare a fazelor usoare din apa datorita diferentelor de greutate specifica. Fenomenul se desfasoara in mod natural la separatoarelor de grasimi, petrol etc. In figura 3.16 este reprezentata variatia vitezei ascensionale a picaturilor de hidrocarburi pentru diverse dimensiuni ale acestora, respectiv diametre si pentru diverse densitati ale apelor uzate.

Valorile extrase din aceste diagrame stau la baza calculelor de indepartare a uleiurilor si grasimilor prin flotatie naturala.

Indepartarea suspensiilor flotante, ce se aduna la suprafata apei, se realizeaza prin deversarea acestora peste un plan inclinat a carui muchie se afla la cativa centimetri deasupra nivelului hidrostatic al apei.

Flotatia, ca procedeu de separare, a dat rezultate bune la epurarea apelor reziduale din industria alimentara, petrochimica, industria celulozei si hartiei, (la recuperarea fibrelor) etc. In cazul apelor uzate menajere s-au obtinut rezultate notabile numai daca au fost folositi ca adaosuri coagulanti.

Locul de amplasarea a deznisipatoarelor este la inceputul procesului de epurarea a apelor uzate, respectiv dupa gratare si site.

Normativul P₂₈ -84 stabileste obligativitatea construirii de deznisipatoare pentru localitati cu peste 10.000 de locuitori, respectiv pentru un debit zilnic de apa uzata de peste 3.000 m³ .

De regula in deznisipatoare sunt retinute particule de dimensiuni cuprinse intre 0,2 - 0,3 mm, pana la maximum 1,0 mm.

In conformitate cu Standardul 12264 voi alege un separator de ulei combinat cu deznisipator in functie de debitul de calcul al apei uzate.

Deznisipator orizontal

Elemente principale ce definesc un deznisipator orizontal sunt:

Sectiunea orizontala (A₀)

Vom lua situația cea mai defavorabila deci pentru dimensiunea granului de nisip:

d=0,2 mm -> v_sed = 21,6 mm/s = 0,0216 m/s

Inalțimea totala a deznisipatorului (H)

h_u - inalțimea zonei optime, cuprinsa intre 0,6 - 2,5 m

Vom lua 1 m

h_d - inalțimea spațiului de colectare a nisipului; depinde de incarcarea cu nisip și intervalul de evacuare a nisipului; aproximativ 0,20 m

h_g - inalțimea spațiului de siguranța pentru ingheț; valori cuprinse intre 0,3-0,5m; vom lua 0,4 m

h_s - inalțimea spațiului de siguranța suplimentara 0,10-0,15 m; vom lua 0,1 m

Indicațiile sunt ca H sa aiba valori cuprinse intre 0,8 - 2,5 m

Determinarea lungimii deznisipatorului

Pentru

Lațimea

A₀ = 17.82 m²

Verificarea timpului de trecere

Pentru

Calcule separator de grasimi cu insuflare aer

1. Q_c = 0,385 m³/s

c₁ = 80 mg/dm³ grasimi

c_e - consideram ca trebuie sa rețina 75% din grasimi (in STAS intre 50-80%)

c_e = 20 mg/dm³ grasimi

Eficiența reținerii uleiurilor sau a grasimilor

Viteza de ridicare a particulelor de uleiuri și grasimi v_r este intre 8-15 m/h in funcție de dimensiunea particulelor de grasimi. Pentru dimensiune medie, v_r = 10 m/h = 0,00277 m/s

Incarcarea superficiala u_s

A - suprafața orizontala la oglinga apei in m²

Stabilirea dimensiunii unui canal al separatorului de grasimi

n - numar de compartimente

B₁ - lațimea unui compartiment; se recomanda 2-4,5 m. se va lua 4 m

L - lungimea utila

Timpul de trecere (t)

Timpul de trecere trebuie sa fie mai mare sau egal de 4 minute. Condiție indeplinita.

Debitul de aer

PROIECTAREA DECANTORULUI PRINCIPAL

Dintre tipurile de decantoare, am ales un decantor orizontal longitudinal standardizat.

Pentru aceasta vor trebui stabilite principalele dimensiuni, dar mai mare din motive de siguranța.

Elemente de proiectare

A)        Durata de staționare a apei - conform STAS 4162/1-89, se alege durata de staționare apei in decantor de 1,5 - 2 ore, vom alege o durata de 2 ore.

B)        volumul decantorului - in conformitate cu STAS 4162/1-89, volumul e calculeaza astfel:

C)        Aria suprafeței orizontale

u - este nivelul de sedimentare a particulei și se alege in funcție de eficiența dorita de sedimentare a particulelor și incarcarea in suspensii a apei in mg/dm³. Pentru o eficiența optima considerata de 60% și o incarcare medie de 200-300 mg/dm³ avem o viteza de sedimentare u = 1,1 m/h

Din STAS 4162/1-89 rezulta ca nu sunt proiecte standardizate pentru o arie A₀ = 1260 m² și ca urmare vom prevedea doua decantoare, fiecare cu o suprafata de 630 m².

Acest decantor are urmatoarele dimensiuni standardizate:

Bazin de aerare cu namol activ

Proiectarea bazinelor de epurare biologica cu aerare și utilizarea namolului recirculat se face in conformitate cu STAS 10859-91.

Standardul prevede ca bazinul de epurare biologica cu namol activ trebuie sa aiba cel puțin doua compartimente independente pentru un debit dm³/s și cel puțin trei compartimente independente la stațiile cu dm³/s.

In cazul de fața:

In concluzie vom prevedea 3 compartimente independente.

Elemente de proiectare

Volumul total al bazinului de epurare biologica cu namol activ este de 7068.6m³. Avand in vedere ca am prevazut 12 bazine independente, volumul unui bazin va fi:

m²

Se alege un sistem de insuflare a aerului prin conducte plasate pe fundul bazinului prevazute cu difuzoare pentru bule medii.

In cazul de fața pentru o presiune medie și dimensiunea medie a bulelor se recomanda m. Se alege H = 4 m.

Celelalte dimensiuni se recomanda a fi stabilite astfel:

B - lațimea bazinului = (11,5)H

L - lungimea bazinului = (810)B

H = 4 m

m

m

m³

PROIECTAREA DECANTORULUI SECUNDAR

Pentru decantorul secundat, plasat dupa bazinul de aerare am ales un decantor radial. Decantorul secundar este obligatoriu și face parte din treapta II de epurare - epurarea biologica.

Pentru a alege din standardul 4162/1-89 decantorul optim, va trebui sa stabilim prin calcul dimensiunile și apoi sa alegem din standard decantorul imediat superior ca dimensiune pentru a avea siguranța calitații procesului de epurare.

Avand in vedere ca avem de-a face cu suspensii mult mai fine decat in cazul decantorului primar, durata de staționare a apei in acest decantor trebuie sa fie mai mare.

A)    Stabilirea debitului total Q_v - debitul maxim al apelor uzate la care se adauga volumul corespunzator debitului de apa cu namol

B)    Durata de staționare - in documentația tehnica a standardului STAS - 4162/1-89 se prevede ca durata de staționare a apei trebuie sa fie cu 3o de minute mai mare decat in decantorul primar, deci

t_staționare = 2.5 ore

C)    Volumul decantorului - in conformitate cu STAS 4162/1-89, volumul decantorului secundat se calculeaza astfel:

D)    Aria suprafeței orizontale

u_sv - este viteza de sedimentare care se alege in funcție de incarcarea apei in suspensii și eficiența sedimentarii. Pentru o incarcare de sub 200 mg/dm³ și eficiența de separere de 60% avem o viteza de sedimentare, u_sv = 0,7 m/h

In standard nu exista decantor cu A₀ = 3366 m² și ca urmare vom folosi trei decantoare cu A₀ = 1407 m² .

Acest decantor are urmatoarele dimensiuni standardizate: