Розв’язання Лінійна швидкість осадження частинок дисперсної фази:

де g – прискорення вільного падіння, м/с²;

d – діаметр частинок, м;

_ч, _дф – густина частинок та дисперсної фази (вода) відповідно, кг/м³;

_дф – динамічна в’язкість дисперсної фази (вода), 9,1·10^–4 Па·с.

Площа поверхні осадження, м²:

Діаметр відстійника:

(4.5)

Обрати стандартний відстійник (D_станд. = 5; 6; 7,5; 9; 12; 15; 18; 24; 30; 50; 75; 100 м) за умови D_станд  D.

Завдання 4.7

Виконати розрахунок первинного відстійника за приведеною нижче методикою. Витрату стічних вод прийняти відповідно до першого завдання.

Узагальнений метод розрахунку первинних відстійників

Для розрахунку відстійників спочатку визначають їх розміри, а потім уточнюють значення розрахункових величин. Cередню розрахункову швидкість в проточній частині відстійника приймаємо в першому наближенні для радіальних (у перерізі на половині радіусу) і горизонтальних відстійників v = 5-7 мм/с.

Довжину горизонтальних відстійників визначають за формулою:

, (4.6)

Радіус відстійників вертикальних, радіальних, з розподільним пристроєм, що обертається, і з периферійним впусканням по формулі:

, (4.7)

де v – середня розрахункова швидкість в проточній частині відстійника, мм/с;

Н – глибина проточної частини відстійника (від межі нейтрального шару до рівня води), м;

К – коефіцієнт, залежний від типу відстійника і конструкції водорозподільних і водозбірних пристроїв; приймається рівним для горизонтальних відстійників 0,5, радіальних – 0,45, вертикальних – 0,35, для відстійників з розподільним пристроєм, що обертається – 0,85;

u – швидкість осадження зважених часток у відстійнику (гідравлічна швідкість), мм/с;

Q – витрата стічних вод, м³/год.

Гідравлічна швидкість визначається по формулі:

, (4.8)

де α – коефіцієнт, що враховує вплив температури води на її в'язкість (0,9-1,3);

τ – тривалість відстоювання в циліндрі з шаром води h, що відповідає заданому ефекту освітлення, с (приймається τ = 600-1320 c для освітлення води на 20-40%; τ =1900-3800 c для освітлення води на 50-70%; τ =850-5260 c для освітлення води на 80-100%).

n – емпіричний коефіцієнт, який залежить від властивостей суспензії (0,25-0,6);

w – вертикальна швидкість руху води у відстійнику (0,05-0,5 мм/с).

(KH/h)ⁿ – для вертикальних відстійників приймається 1,11-1,29; радіальних – 1,08-1,46; горизонтальних – 1,11-1,5.

Після визначення L і R для горизонтальних і радіальних відстійників уточнюється значення v :

де В – ширина відстійника, м; приймається в межах 2-5 H.

Для радіальних відстійників (у перерізі на половині радіусу):

Лабораторна робота № 5

Анаеробна трансформація органічних відходів в біогаз

5.1 Загальні відомості

Органічні відходи багатьох виробництв (цукрових, молочних заводів) і сільського господарства (стоки ферм, фекальні маси) звичайно потрапляють в річки, забруднюючи джерела водопостачання. Біотрансформація відходів – один з основних напрямів рішення цієї проблеми, яка має екологічне та енергозберігаюче значення.

Метанове бродіння відбувається при розкладанні продуктів, що містять вуглеводи. Цей спосіб анаеробного дихання певних груп бактерій, які з вуглеводів органічної маси утворюють метан - 65%, СО₂ - 30% і незначна кількість інших газів (азот, кисень, водень), При цьому виділяється енергія, яка перетворюється на теплову і нагріває субстрат.

Застосовується для стабілізації відходів тваринництва. Проводиться анаеробне зброджування гною, що містить залишки целюлози, лігніну, білків, ліпідів і ін. органічних речовин.

Для отримання біогазу придатні будь-які органічні сполуки, що легко розкладаються: гній, пташиний послід, зернова та мелясна післяспиртова барда, пивна дробина, буряковий жом, фекальні стоки, відходи рибного і забійного цеху, трава, побутові відходи, відходи молокозаводів, відходи виробництва біодизеля, відходи від виробництва соків, виноградна вичавка, водорості, відходи виробництва крохмалю і патоки, відходи переробки картоплі, виробництва чіпсів, кавова пульпа, твердих побутових відходів (ТПВ).

Кількість біогазу залежить від морфологічного складу ТПВ. Загальноприйнята норма утворення біогазу з 1 тони ТПВ - від 140 до 280 м³ біогазу. Склад біогазу, отриманого при розкладанні ТПВ наступний: метан (60%); вуглекислий газ (36%); водень (0,7%); сірководень (1-2%); азот (1,5%); ароматичні вуглеводні (0,5%); галогено-ароматичні вуглеводні (0,2%).

Теоретично для організації видобутку біогазу підходять будь-які звалища ТПВ. Однак економічну доцільність для розробки мають звалища ТПВ з об’ємом накопичених відходів не менш ніж 700 тис. т, висотою не нижче 10 м та середньорічним накопичуванням відходів не менше 20-25 тис. т.

Під час зброджування в гної розвивається мікрофлора, яка послідовно руйнує органічні речовини – складні біополімери – до органічних кислот, які під дією метаностворюючих бактерій перетворюються на газоподібні продукти (СН₄ і СО₂), причому на частку метану припадає приблизно 90% енергії, яка знаходиться в субстраті.

Склад біогазу: 65% СН₄, 30% СО₂, 1% Н₂S і незначна кількість азоту, кисню, водню і закису вуглецю.

Реакції:

• гідроліз біополімерів;

• ферментація (бродіння) з утворенням нижчих спиртів і кислот;

• ацетогенна з утворенням попередників СН₄, НАс, та НСООН + Н₂;

• метаногенна з утворенням попередників СН₄.

З речовин-попередників утворюється бензоат, який гідролізується до газової суміші ­ біогазу за наступним рівнянням:

4С₆Н₅СООН + 18Н₂О 15СН₄ + 13СО₂

Розпад целюлози у процесі метанового бродіння відбувається таким чином:

(С₆ Н₁₀О₅)_n + nН₂O →3nСO₂ + 3nСН₄ + 18,9n [J],

де n – кількість молекул або глюкозних залишків;

(С₆ Н₁₀О₅)_n – целюлоза;

[J] – енергія (теплова).

Технологічний процес анаеробного зброджування біомаси здійснюється без доступу кисню у спеціальних реакторах-метантенках, конструкція яких забезпечує максимальне виділення метану.

У процесі анаеробної ферментації беруть участь різні види мікроорганізмів; з точки зору температурних умов проходження реакцій, можливо виділити два основних види мікроорганізмів – термофіли, активні при 45-70°С, та мезофіли, активні при 20-40 °С.

Біогаз може використовуватись в якості палива для енергетичних установок (котрлоагрегати, промислові печі, стаціонарні двигуни-генератори), після попередньої підготовки – як транспортне паливо, для заправки у балони.