Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Процессы и аппараты биотехнологической очистки сточных вод

Технологический расчёт аэротенков

Аэротенки-смесители без регенераторов

  • 1. Принимают дозу активного ила в аэротенке я,- = 2...3 г/л.
  • 2. Рассчитывают удельную скорость окисления, мгБПКполн/гч,

шах

А:х Q

1

A« С0 + ВД + K0Lex 1 + (ра.

(3.4)

где ртах - максимальная скорость окисления органических загрязнений, мг БПКполн /гч (принимают по табл. 1 прил.); Ьах -БПКпол„ очищенной сточной воды, мг/л; С0 - концентрация растворенного кислорода (2 мг/л); А'/ - константа, характеризующая свойства загрязнений, мг БПКП0Л„/л (табл. 1 прил.); К0 -константа, характеризующая влияние кислорода, мг 02/л (табл. 1 прил.); ф - коэффициент ингибирования, л/г (табл. 1 прил.).

3. Рассчитывают период аэрации, ч,

«і О - Ф ’

(3.5)

где Len - БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды, мг/л; s - зольность активного ила (табл. 1 прил.).

4. Рассчитывают нагрузку на активный ил, БПКполн/г сут,

  • (3.6)
  • 5. По данным [8] или табл. 3.3 методом интерполяции принимают иловый индекс см3/г, соответствующий нагрузке <7,

Значение илового индекса

Таблица 3.3

Сточные ВОЛЫ

Иловый индекс Ji, см3/г,

при нагрузке на ил q„ мг/г-сут

100

200

300

400

500

600

Городские

130

too

70

80

95

130

Производственные: нефтеперерабатывающих заводов

но

70

80

120

160

заводов синтетического каучука

100

40

70

100

130

комбинатов искусственного волокна

300

200

250

280

400

целлюлозно-бумажных комбинатов

220

150

170

200

220

химкомбинатов азотной промыш-

90

60

75

90

120

ленности

6. Рассчитывают степень рециркуляции активного ила

' 1000/7,.-я,. ’ V’''

Полученное значение 1?! должно быть не менее 0,3 для отстойников с илососами, 0,4 - с илоскребами, 0,6 - при самотечном удалении ила. Если значение меньше минимальной величины, то степень рециркуляции принимая равной минимальной величине.

6. Определяют объем аэротенков, м3,

у/atm >

(3.8)

где - расчетный расход сточной воды, м3/ч.

  • 7. По табл. 13 прил. выбирают типовой проект аэротенка, подбирают число секций па, (не менее двух, при суточном расходе до 50 000 м3/сут - 4—6, при большем расходе - 6-8). Длину аэротенка 1аи м3, определяют по формуле
  • (3.9)

/, = WntM 1{пп,пЪгпгН

at atm v at cor cor at

где ncor - число коридоров в одной секции; Ъсог - ширина коридора, м; На( ~ рабочая глубина аэротенка, м.

8. Рассчитывают прирост активного ила, мг/л,

р, = о,8Ссф + л:84„, (зло)

где СслР - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л; - коэффициент прироста, принимаемый для городских сточных вод равным 0,3.

Аэротенки-смесители с регенераторами

  • 1. Принимают среднюю дозу активного ила а1пих = 2,5...4,5 г/л и степень регенерации (долю объема, занятую регенератором) Яг, равную, например, 0,3.
  • 2. Рассчитывают удельную скорость окисления р по формуле (3.4) при дозе аШх.
  • 3. Рассчитывают период аэрации *аи по формуле (3.5) при

ДОЗе С1х~

  • 4. Рассчитывают нагрузку на активный ил д, по формуле
  • (3.6) при дозе аШх.
  • 5. По табл. 3.3 принимают иловый индекс Ji, см3/г, соответствующий нагрузке #/.
  • 6. Рассчитывают степень рециркуляции активного ила /?, по формуле (3.7) при дозе активного ила аШх. Значение Я, проверяют на соответствие вышеуказанным условиям.
  • 7. Определяют общий объем аэротенка и регенератора, м3,

Watrn+Wr=QJatm^ (3.11)

8. Определяют объемы аэротенка, м3,

ЦТ +

V п V 0.12)

и регенератора

К=0Уа,т^г)-1?а"П. (3.13)

  • 9. Определяют размеры аэротенка с регенератором, подбирают типовые аэротенки-смесители (табл. 13 прил.) по общему объему {уУаШ + И/г). Под регенератор отводят либо целиком одну секцию аэротенка, либо часть одного коридора в каждой секции.
  • 10. Рассчитывают дозу активного ила в аэротенке, г/л,
  • (3.14)
  • 11. Рассчитывают прирост активного ила Р, по формуле (ЗЛО).

Аэротенки-вытеснители без регенераторов

  • 1. Принимают дозу активного ила в аэротенке а, = 3...5 г/л и первоначальное значение илового индекса Ji (например, 100 см3/г).
  • 2. Рассчитывают степень рециркуляции активного ила Л, по формуле (3.7). Значение Я, проверяют на соответствие вышеуказанным условиям.
  • 3. Определяют БПКполн, мг/л, поступающей в аэротенк сточной воды с учетом рециркуляционного расхода, мг/л:

mix

Len + АаД

  • 1 + R:
    • (3.15)
  • 4. Рассчитывают период аэрации, ч,

^ atv

1 + (pa.

L

mix

PnuxQ«/(l-*5)

L

ex

Kp. (3.16)

где Kp - коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания, Кр = 1,5 при очистке до La = 15 мг/л, Кр = 1,25 при Lex >30 мг/л.

  • 5. Рассчитывают нагрузку на активный ил qi по формуле
  • (3.6) при значениях Ет/Х (вместо Ьеп) и
  • 6. По табл. 3.3 проверяют соответствие предварительно заданного илового индекса 3^ полученной нагрузке qi. Если иловый индекс отличается от табличного значения более чем на 10 %, расчет повторяют снова с п. 2, принимая новый иловый индекс, соответствующий нагрузке qi.
  • 7. Определяют объём аэротенка, м3, с учетом рециркуляционного расхода

К, =й(1 + ^. (3.17)

  • 8. По табл. 14 прил. выбирают типовой проект аэротенка-вытеснителя, но формуле (3.9) определяют длину секции аэротенка.
  • 9. Рассчитывают прирост активного ила Рг по формуле (3.10).

Аэротенки-вытеснители с регенераторами

  • 1. Принимают дозу активного ила в аэротенке я,- = 2.. .4,5 г/л и первоначальное значение илового индекса У/ (например, 100 см3 /г).
  • 2. Рассчитывают степень рециркуляции активного ила Я, по формуле (3.7). Значение Я, проверяют на соответствие вышеуказанным условиям.
  • 3. Определяют БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды с учетом разбавления Ьппх но формуле (3.15).
  • 4. Рассчитывают продолжительность обработки воды в аэротенке, ч,
  • (3.18)
  • 5. Рассчитывают дозу активного ила в регенераторе, г/л,

/

У2Я,

+ 1

/

  • (3.19)
  • 6. Рассчитывают удельную скорость окисления р по формуле (3.4) при дозе активного ила аг.
  • 7. Определяют общую продолжительность окисления органических загрязнений, ч,
  • (3.20)
  • 8. Определяют продолжительность регенерации, ч,
  • (3.21)
  • 9. Определяют продолжительность пребывания в системе аэротенк-регенератор, ч,

= (1 +-Я,)/аЛ, + Я?г • (3 -22)

10. Рассчитывают среднюю дозу активного ила в системе аэротенк - регенератор, г/л,

аіти

0 + Ri)la,vai + К а>-

t

(3.23)

а-г

11. Рассчитывают нагрузку на активный ил, мгБПКполн/г-сут,

  • 24 (Len-LJ ашы (! - 5К_,
  • (3.24)
  • 12. Проверяют соответствие илового индекса У, полученной нагрузке q,-. Если иловый индекс отличается от табличного значения более чем на 10 %, расчёт повторяют снова с п. 2, принимая новый иловый индекс, соответствующий нагрузке.
  • 13. Определяют объем аэротенка Wat по формуле (3.17) и объем регенератора, м3,
  • (3.25)

К = -

  • 14. По общему объему аэротенка и регенератора (1Уа1+ выбирают типовой проект' аэротенка-вытеснителя аналогично предыдущему расчету. Под регенератор отводят один или несколько коридоров каждой секции аэротенка.
  • 15. Рассчитывают прирост активного ила Р, но формуле (3.10).

Циркуляционно-окислительные каналы

1. Определяют продолжительность аэрации /а„ ч, при следующих параметрах: средняя скорость окисления р = 6 мг БПКполн/гч, доза активного ила аг = 3...4 г/л, зольность ила 5=0, 35:

а, (1 - 5)р

  • (3.26)
  • 2. Принимают форму ЦОК, схему его работы (непрерывную или периодическую), рабочую глубину Нсс = 1 м, ширину по низу Ьсс, м, коэффициент откоса стенок канала т и число ЦОК.
  • 3. Определяют количество кислорода, кг/сут, которое необходимо подать в сточную воду:

Qo —qo(Len - La)Qw/1000, (3.27)

где q0 - удельный расход кислорода воздуха, равный 1,25 мг/мг снятой БПКполн; Qw- суточный расход воды, м3 /сут.

4. Выбирают тип механического аэратора (цилиндрический, вальцовый, Кессенера, клеточный и др). Для аэраторов клеточного типа в табл. 9 прил. приведены основные параметры работы. По паспортной производительности аэратора по кислороду Qair, г/ч м, определяют его расчетную производительность в сутки Q, кг/сут, и необходимое число аэраторов пта (не менее двух):

«л,> = <2о/? (3.29)

где 1а1Г - длина аэратора, м, принимаемая не менее ширины канала по дну Ьсс и не более ширины канала по верху.

5. Определяют требуемую скорость течения воды в канале,

м/с,

  • 0,25^Щ.
  • (3.30)
  • 6. Рассчитывают необходимые характеристики канала - его объем Усс, м3, площадь живого сечения юсс, м2, длину /сс, м, смоченный периметр хсс, м, и гидравлический радиус Ясо м:
    • (3.31)

Кс = ^Qw /24; 6УСС = (bcc + тНсссс; lcc = Vcc /сосс; Хсс = К + 2HccJ + т2; Rcc = сосг /%сс.

7. Определяют скорость движения воды в канале, м/с, создаваемую одним оратором:

^ ai Jair

«со

<2 >

П{ / і 0 05^ f

(3.32)

R 3/4 lcc 1 U^U:)Z^b

где Jair - импульс давления аэратора, принимаемый по характеристике аэратора; nj - коэффициент шероховатости, для бетонных стенок П - 0,014; Ц, - сумма коэффициентов местных сопротивлений, для О-образного канала = 0,5.

8. Скорость движения воды vcc, создаваемая аэратором, должна быть не меньше требуемой . В противном случае изменяют тип аэратора или размеры самого канала и повторяют расчет.

Комбинированный окситенк

  • 1. Концентрацию кислорода С0 в иловой смеси принимают в пределах 6.. Л2 мг/л, дозу ила я,- = 6.. Л0 г/л.
  • 2. Рассчитывают удельную скорость окисления р, мг БПКполн/г-ч, по формуле (3.4) и продолжительность пребывания сточной воды в зоне аэрации ч, по формуле (3.5).
  • 3. Определяют суммарный объем зоны аэрации, м

К0 = (сит, (3.33)

где ?н - расчетный расход воды, м3 /ч.

4. Принимают диаметр Д>, м, и глубину Я0, м, окситенков (типовые проекты окситенков имеют диаметр 10, 22 и 30 м) и рассчитывают общий объем и объем зоны аэрации одного ок-ситенка, м.

К0] = 0, 78502оНо,

  • (3-34)
  • (3.35)
  • 5. Рассчитывают диаметр зоны аэрации, м,

^ 0,785#0'

  • (3.36)
  • 6. Определяют число окситенков
  • (3.37)

по=ТГ0/1Га1.

7. По формуле (3.6) рассчитывают нагрузку на активный ил мг БПКполн/г сут. По табл. 3.3 методом интерполяции принимают иловый индекс см3/г, соответствующий нагрузке

затем величину 7, снижают в 1,3.. .1,5 раза.

8. По [8] или табл. 3.4 в зависимости от произведения доопределяют допустимую гидравлическую нагрузку на илоотде-литель м32-ч.

Гидравлическая нагрузка на илоотделители для окситенков

в зависимости от параметра а,

Таблица 3.4

i Ch J,

100

200

300

400

500

600

м/м-ч

5,6

3,3

1,8

1,2

0,8

0,7

9. Определяют необходимую площадь илоотделителей, м2,

F ms = (3.38)

затем ее значение сравнивают с фактической площадью илоотделителей Foi, которую рассчитывают по формуле

Г0,- = 0,5п0Уо /Н0. (3.39)

Если величины Гт<; и Foi различаются более чем на 5... 10 %, производят изменение дозы активного ила аь и расчет повторяют, начиная с п. 2. Дозу активного ила увеличивают, если Го, > Гт5, в противном случае ее значение необходимо уменьшить.

  • 10. Принимают тип механического аэратора и рассчитывают скорость потребления кислорода в одном окситенке, кг/ч,
  • (L -L )0
  • (3.40)

V en ex

1000л0

где Len и Lex - БПКполн поступающих и очищенных сточных вод, мг/л.

11. Рассчитывают производительность аэратора по кислороду при использовании технического 95%-ного кислорода, кг/ч,

Г

CaVо

  • 1000АГГАГ3
  • 0,174
  • 1 - Л* Со

(3.41)

Л*

1000

где Са - растворимость кислорода в воде, мг/л, определяемая по формуле (3.46); КТ - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, определяемый по формуле (3.48); - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85, а при наличии в них СПАВ - по табл. 3.6, для производственных сточных вод при отсутствии опытных данных, Кз = 0,7; г|к - коэффициент использования кислорода в окси-тенке, принимаемый в пределах 0,85...0,95.

12. Исходя из рассчитанного значения Qma, по табл. 10-12 прил. подбирают механический (пневмомеханический) аэратор с производительностью по кислороду Qm, кг/ч, мощностью кВт, диаметром <7а, м, и частотой вращения турбины пт, мин“ . Если производительность аэратора Qm недостаточна, можно пересчитать частоту вращения и необходимую мощность привода. Необходимую частоту вращения, мин“1, и мощность привода, кВт, определяют по формулам:

п =п Л'о /о

т т V >

(3.42)

Т * ^

А!тпт

1 “ т тп

т ~ 2 9

ЛЛ

(3.43)

где г(э - КПД передачи, принимаемый равный 0,7.

13. Интенсивность перемешивания механического аэратора оценивают по величине донной скорости У0> м/с* в наиболее удаленной точке его действия:

1,217<°-У’2

Ш0/аа У’ЧЯ/О0,45

(3.44)

Если значение скорости 70 меньше требуемой (0,2 м/с), для окситенков принимают более мощный аэратор, и расчет повторяют начиная с и. 12.

14. Определяют объемный расход кислорода, м3/ч,

(.^еп Ьехн,

ЮООпЛо ’

(3.45)

где уо - плотность кислорода при нормальном давлении (1,43 кг/м3).

15. Подбирают оборудование для получения и транспортирования кислорода. В табл. 15 прил., а также в [17] приведены технико-экономические характеристики установок разделения воздуха.

Расчет систем аэрации аэротенков

Аэротенки-смесители

В аэротенках-смесителях пневматические аэраторы расположены вдоль одной стены коридора равномерно по всей длине.

1. Определяют растворимость кислорода в воде, мг/л,

(3.46)

где Иа - глубина погружения аэратора, м (ha = Hat - 0,3); Hat -рабочая глубина аэротенка, м; СТ- растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и давления, мг/л, принимаемая по [18] или табл. 3.5.

Таблица 3.5

Растворимость кислорода в чистой воде при давлении 0,1 МПа

Температура,

5

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

fcy, мг/л

12,79

11,27

10,75

10,26

9,82

9,4

9,02

8,67

8,33

8,02

7,72

2. Рассчитывают удельный расход воздуха, м33,

_ (^еп ~ Аэс )

К,К2КТК,(Са-С,У (347)

где Г10ЛН, принимаемый при очистке до БПКполн до 15...20 мг/л равным 1,1, при очистке до БПКполн свыше 20 мг/л - 0,9; К] - коэффициент, учитывающий тип аэратора, для мелкопузырчатой аэрации принимают в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка по [8] или табл. 3.6 (отношение принимают равным, например, 0,1), для среднепузырчатой и низконапорной К = 0,75; К2 - коэффициент, зависимый от глубины погружения аэратора Иа, принимаемый по [8] или табл. 3.7; Кт - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, определяемый по формуле

КТ= 1 + 0,02(7^-20), (3.48)

где Т„ - среднемесячная температура сточной воды за летний период, °С; Кз - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85, а при наличии в них СПАВ - в зависимости от отношения/аг//а1 по [8] или табл. 3.6, для производственных сточных вод при отсутствии опытных данных, Кз = 0,7; Со - концентрация растворенного кислорода (2мг/л).

Таблица 3.6

Параметры для расчета удельного расхода воздуха в зависимости от отношения /а//ш

Рщ/Гш,

0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,75

1

к>

1,34

1,47

1,68

1,89

1,94

2

2,13

2,3

к3

0,59

0,59

0,64

0,66

0,72

0,77

0,88

0,99

«Липах?

м32

5

10

20

30

40

50

75

100

Таблица 3.7

Параметры для расчета удельного расхода воздуха в зависимости от глубины погружения аэратора

Нт м

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

3

4

5

6

К2

0,4

0,46

0,6

0,8

0,9

1

2,08

2,52

2,92

3,3

*Лз ПИП? м32

48

42

38

32

28

24

4

3,5

3

2,5

Л rs

3. Определяют интенсивность аэрации, м /м ч,

(3.49)

где tat ~ период аэрации, ч.

Если вычисленное значение Ja больше Ja max для принятого К, (см. табл. 3.6), ТО увеличивают отношение faz/fat и повторяют расчет qair и Ла. Если значение Ja меньше Ja „„„ для принятого К2 (см. табл. 3.7), то принимают Ja = Ja min, затем определяют удельный расход воздуха, м33, по формуле

Jjat

  • (3.50)
  • 4. Принимают тип пневматических аэраторов (дырчатые трубы, фильтросные трубы или пластины, и т. п.), определяют число аэраторов в каждом коридоре секции аэротенка

(3.51)

где Лас1 - удельный расход воздуха на единицу рабочей поверхности аэраторов, м3/м~ • ч, принимаемый по табл. 2-4 прил.;

  • - площадь одного ряда аэраторов на 1 м длины аэротенка, м2/м, принимаемая по наружному диаметру или размерам аэратора в табл. 2-4 прил.; Ъсог - ширина коридора аэротенка, м.
  • 5. Определяют общий расход воздуха, м3/ч,

(3.52) где Qn - расчетный расход сточной воды, м /ч.

Аэротенки-вытеснители без регенераторов

В аэротенках-вытеснителях аэраторы расположены неравномерно в соответствии со снижением концентрации загрязнений и скоростей биохимического окисления.

  • 1. Строят график изменения БПКполк во времени (рис. 3.23). Для этого задаются несколькими (4-6) промежуточными значениями L( между Lmix и Lex. По формуле (3.16) рассчитывается период аэрации taJV для каждого значения Lh которое подставляется в эту формулу вместо Lex.
  • 2. Весь интервал времени на полученном графике делят на несколько равных частей nja (например, на шесть), которые будут соответствовать ячейкам коридора аэротенка. Для этих периодов аэрации по графику определяют значения БПКполн на входе L 'е и на выходе L 'ех.
  • 3. Для каждой ячейки определяют: удельный расход воздуха q'ajr по формуле (3.47), в которую подставляют значения БПКПолн на входе и выходе из ячейки L’en и L'ex ; интенсивность аэрации J'a, м32-ч, по формуле
  • (3.53)

v _ Я air ^ al П jg

расход воздуха, м3/час,

Q air Ц airQw'/ft

at 5

(3.54)

число рядов аэраторов ппо формуле (3.51), в которую подставляют значение Та. Расчет проводят в табличной форме.

4. Определяют общий расход воздуха на аэротенк Qair, м3/ч, как сумму всех (2'а1Г по ячейкам и секциям.

Аэротенки-вытеснители с регенераторами

Число аэраторов на первой половине длины аэротенков и регенераторов принимают вдвое больше, чем на остальной длине.

  • 1. Рассчитывают удельный расход воздуха по формуле (3.47).
  • 2. Определяют среднюю интенсивность аэрации За по формуле (3.49), при этом в формулу подставляют продолжительность пребывания сточной воды в системе аэротенк - регенератор /а_г.
  • 3. Рассчитывают интенсивность аэрации на первой половине аэротенка и регенератора Уа1 = 1, 33/а, на второй - /а2 = = 0,67/а.
  • 4. Принимают тип пневматических аэраторов и определяют число рядов аэраторов в первой половине аэротенка псл по формуле (3.51) (при значении Ja) и во второй половине пЛ = = п^И.
  • 5. Определяют общий расход воздуха ()а1Г по формуле
  • (3.52).

Гидравлический расчет систем аэрации аэротенков

Расчет воздуховодов состоит в подборе диаметров трубопроводов и в определении потерь напора в них. В целях экономии металла необходимо стремиться к уменьшению диаметров труб, но в то же время потери напора в них не должны быть слишком большими во избежание излишнего расхода электроэнергии.

Скорость движения воздуха в общем и распределительном воздуховодах обычно принимают равной 10...20 м/с; в воздуховодах небольшого диаметра, подающих воздух в барботёры, -

4...5 м/с.

Общее гидравлическое сопротивление в воздуховоде /?, м, складывается из потерь на трение по длине и местных сопротивлений:

к - /г, + к

тр М

(3.55)

где ктр - потеря напора в воздуховоде на трение по длине, м; км -местные потери напора, м; X - коэффициент сопротивления; / и О -длина и диаметр трубопровода, м; V - скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с; g -ускорение свободного падения, м/с2; у - плотность воздуха, кг/м3; ? - суммарный коэффициент местных сопротивлений.

Коэффициент сопротивления X находят по различным формулам, например X = 0,0125 + 0,011/1). Суммарная величина местных сопротивлений и сопротивления на трение в воздуховодах не должна превышать 0,3...0,35 м.

Сопротивление в барботёрах зависит от скорости прохода через них воздуха. В частности, по техническим условиям сопротивление фильтросных пластин при проходе через них 2 м3/мин воздуха на 1 м2 площади поверхности пластины не должно превышать 200 мм. Практически, как указывалось ранее, сопротивление пластин быстро возрастает, поэтому при определении общего напора воздуходувки сопротивление через фильтросы следует принимать 500...800 мм. Давление воздуха ориентировочно принимают в пределах 0,12...0,2 МПа.

Требуемый общий напор, м, при распределении воздуха барботёрами

Новщ = к-гр + км + Лф + На,, (3.56)

где На,- глубина воды в аэротенке (от поверхности до барботё-ра), м; кф - потери давления в пневматическом аэраторе, м.

Мощность компрессора, кВт,

(3.58)

Рполн=КГ+Я

обш-

  • (3.57)
  • 0,278 1000л

где 2 - работа, кДж, затрачиваемая на сжатие 1 м3 воздуха от начального Рнач до конечного Рполн давления; 2 = 13,1(Р°’^П0ЛН -26,3); г| - КПД воздуходувной станции, равный 0,75; ?7Ш> - расход воздуха, м3/ч.

Тогда формула для расчёта мощности воздуходувной станции, кВт, примет вид

  • 13,1(ДГ-26,3)0,,-0,278 1000ц
  • (3.59)

Исходя из общего расхода воздуха <2а;г и его полного давления Рдолн подбирают воздуходувки по табл. 7 прил. Число рабочих агрегатов должно быть не менее двух при расходе воздуха больше 5000 м3/ч, при меньшем расходе - один. Число резервных агрегатов принимают при числе рабочих: до трех -один, четыре и более - два. Однако для обеспечения маневренности во время эксплуатации лучше устанавливать не менее двух рабочих воздуходувок.

Удаление биогенных элементов из сточных вод

Типовые схемы аэробной и анаэробно-аэробной биологической очистки обеспечивают высокую эффективность удаления биологически доступных органических загрязнений (свыше 90...95 %). Однако неорганические соединения азота и фосфора, образованные в результате минерализации органического вещества или присутствующие в сточной воде изначально, возможно удалить лишь на 10...60 %. Содержание сульфатов в воде, прошедшей только аэробную очистку, меняется мало. В результате в водоем поступает вода со значительным превышением природоохранных норм содержания этих био-

генных элементов. Поступление избытков азота и фосфора в природные экосистемы приводит к эвтрофикации водоемов, загрязнению подземных водоносных горизонтов; в системах оборотною водопотребления наблюдается обрастание поверхности трубопроводов и аппаратов водорослями. Поэтому современные требования к очистным системам и качеству очищенной воды включают, наряду с очисткой воды по БПК и взвешенным веществам, удаление азота и фосфора.

Биогенные элементы могут быть удалены непосредственно на очистных сооружениях до или после удаления основной массы органических загрязнений.

Азот и фосфор удаляются из сточных вод физикохимическими, химическими, электрохимическими методами и биологически - в результате потребления бактериями, водорослями и другими организмами.

Для удаления азота (в виде N14/) из небиологических методов чаще используют отдувку воздухом (в воду добавляют известь и отдувают КН3 воздухом в градирнях), ионный обмен, обратный осмос, окислительное хлорирование, каталитическое разложение.

Фосфор (в виде Р043 ) удаляют реагентными методами: осаждением, коагуляцией и флокуляцией, электрокоагуляцией. Для осаждения фосфатов в воду добавляют соли кальция (обычно известь), алюминия, железа, синтетические полимеры (полиакриламид или другие). Реагенты подают в сточную воду перед первичными или вторичными отстойниками либо в аэротенк. Нерастворимые фосфаты удаляются в ходе отстаивания или фильтрования воды.

Сточные воды, содержащие избыточные количества сероводорода, удаляют отдувкой воздухом с последующим его поглощением в абсорбере или поглощают Н28 сухим способом с помощью гидроксида железа.

Применимость физико-химических методов ограничивается их относительно высокой стоимостью. Кроме того, использование реагентов приводит к увеличению солесодержания сточных вод и объемов образующихся шламов, закупорке трубопроводов, требует строгой дозировки реагентов, что на практике не всегда легко реализуемо. Для реагентного хозяйства необходимы большие территории и строительство подъездных путей.

Биологический метод удаления азота

Влияние условий очистки на удаление азота

Биологическое удаление азота основано на использовании биохимических процессов аммонификации, нитрификации, денитрификации.

Аммонификация протекает одновременно с разложением органических азотсодержащих соединений. В ходе ее азотсодержащие органические соединения разлагаются грибами, ак-тиномицетами и бактериями с выделением ионов ЫН4~ или свободного аммиака. Этот процесс может протекать и в анаэробных, и в аэробных условиях.

Окисление ионов аммония кислородом воздуха с помощью микроорганизмов-нитрификаторов (р. пИгозотопав на первой стадии нитрификации, р. пйгоЬа^ег - на второй стадии нитрификации) наиболее активно протекает после удаления из сточной воды основной массы органических соединений, поскольку присутствие органических веществ снижает активность нитрификаторов. В отсутствие кислорода появившиеся ионы М02- и ЫОэ восстанавливаются в ходе денитрификации до N2 или Ы20 находящимися в среде органическим веществом или другими восстановителями с помощью бактерий-денитрификаторов.

Нитрификация (первая стадия с окислением ЫН4+ до М02 и вторая стадия с окислением >Ю2 до N03") и денитрификация чаще протекают последовательно. Параллельное протекание этих процессов возможно, например при ограниченном, диффундировании кислорода внутрь флокулы активного ила или биопленки. В этом случае окисление аммиака происходит вне или на поверхности хлопьев активного ила или биопленки, а денитрификация - внутри. Поэтому различные стадии биотрансформации соединений азота могут осуществляться как в многоступенчатых схемах с раздельными биоценозами, так и в одноступенчатой системе с общим биоценозом. В первом случае окисление органических веществ, нитрификация и денитрификация протекают в изолированных сооружениях со специфическим активным илом или биопленкой. Системы с общим биоценозом состоят из одного или двух смежных реакторов с одним и тем же рециркулирующим илом.

Во всех схемах очистки стадией, лимитирующей скорость в совокупном процессе, является обычно первая стадия нитрификации, поэтому нитриты в среде не накапливаются.

На эффективность нитрификации влияют:

  • • численность нитрифицирующих микроорганизмов;
  • • нагрузка на очистные сооружения;
  • • степень аэрации среды;
  • • содержание СО2, pH, температура;
  • • окислительно-восстановительные условия среды;
  • • наличие органического субстрата;
  • • концентрация МН4+ и нитратного азота.

Методы и технологии удаления азота

Для удаления соединений азота может быть использована как взвешенная культура ила (хлопья активного ила, гранулированный ил), гак и прикрепленная на за1рузке (биопленка).

В большинстве сооружений с активным илом по удалению азота биотрансформацию его соединений проводят последовательно в отдельных реакторах - нитрификаторах и денитрифи-каторах с обеспечением аэробных условий на стадии нитрификации и анаэробных (с поддержанием концентрации растворенного кислорода в воде < 0,5 мг/л) на стадии денитрификации. Такие последовательные многоступенчатые системы с раздельным окислением органических загрязнений, нитрификацией и денитрификацией обеспечивают стабильность работы и высокую степень очистки от соединений азота - 90 % и более. Однако они зачастую требуют внесения в реактор-денитрификатор дополнительного источника органического вещества, необходимого для протекания денитрификации. Таким источником могут быть углеводы, спирты, органические кислоты, продукты распада белков, активный ил, часть исходного потока сточной воды, направленная по байпасу непосредственно в денитрификатор, минуя нитрификатор, для того чтобы установить необходимое соотношение ХПК и азота.

При использовании одного сооружения в нем выделяются анаэробные зоны для проведения процесса денитрификации. Чередование в аэробных и анаэробных зонах можно осуществить в любом порядке, в зависимости от качественного состава исходной сточной воды. Преимущества таких систем следующее: отсутствие промежуточных отстойников и насосных станций для перекачивания циркулирующего ила, использование в качестве органического субстрата для денитрификации загрязнений, содержащихся в исходной сточной воде, снижение энергозатрат на подачу кислорода, снижение количества химических реагентов для поддержания pH, меньший прирост активного ила или биопленки. Однако в этом случае суммарный объем сооружения увеличивается (или уменьшается допустимая нагрузка по воде) не менее чем на 15...20 %, управлять процессом очистки с общим, циркулирующим в сооружении биоценозом сложнее.

Выбор той или иной схемы во многом зависит от соотношения органического углерода и азота в сточных водах. Если соотношение С: N высоко, то основную часть ВПК (органический углерод) удаляют на первом этапе, а удаление азота производят на втором этапе по одно- или многоступенчатой схеме.

При низком значении С : N удаление азота осуществляется без предварительного удаления органических веществ, и концентрации нитритов и нитратов могут быть значительными (если содержание азота высокое). Органические соединения углерода и образованный активный ил используют для де-нитрфикации, но при избытке нитритов и нитратов для их удаления путем денитрификации требуется введение дополнительного источника углерода.

При многоступенчатой технологии удаления азота денитрификация может осуществляться в начале, середине или конце сооружения, с дополнительной рециркуляцией иловой смеси в начало системы из ее конца или из вторичного отстойника, а также из одной ступени в другую. Во всех схемах на завершающей стадии, как правило, проводят аэрацию иловой смеси продолжительностью 1...2 ч для отдувки газообразного азота и более глубокого окисления остаточного количества аммонийного азота.

Наиболее распространены схемы с активным илом, используемые при глубокой очистке сточных вод с невысокой концентрацией загрязнений, например хозяйственно-бытовых: двухиловая с постденитрификацией (рис. 3.24), одноиловая с постденитрификацией (рис. 3.25) и одноиловая с рециркуляцией с преденитрификацией (рис. 3.26).

Источник углерода

Двухиловая схема удаления азота с постденитрификацией

Рис. 3.24. Двухиловая схема удаления азота с постденитрификацией

В двухиловой схеме используется низконагруженный аэротенк (А^ с продленной аэрацией и рециркуляцией возвратного ила (РАИ^ из отстойника (О^; в аэротенке в ходе аэрации происходит окисление органических веществ (в зоне А]) и глубокая нитрификация (в зоне Н). Для уменьшения объема и увеличения возраста ила аэротенк А] может быть оборудован регенератором (контактным стабилизатором), в который подается возвратный ил из отстойника О] без подачи исходной сточной воды. На второй ступени в зоне денитрификации Д среда не аэрируется; для протекания денитрификации в нее подается дополнительный источник углерода. В зоне аэрации (А2) иловая смесь аэрируется в течение 0,5...2 ч, при этом ил стабилизируется, оставшийся органический углерод удаляется, образовавшийся молекулярный азот отдувается из смеси, предотвращается его новообразование и флотация ила прикрепленными пузырьками азота в отстойнике 02. Преимущества двухиловой схемы - возможность создания оптимальных условии для протекания каждой стадии и, как следствие, меньшее время пребывания воды в системе при меньшем содержании и возрасте ила, более высокая эффективность удаления азота. Такие схемы характеризуются высокими скоростями изъятия загрязнений, простотой управления и устойчивостью процесса на каждой ступени. Однако два отдельных реактора, два отстойника, раздельный возврат ила и необходимость введения дополнительного органического субстрата существенно увеличивают стоимость очистки.

В одноиловой схеме удаления азота с постденитрификацией (см. рис. 3.25) использован только один отстойник. Все остальные зоны (аэрация, нитрификация, денитрификация) организуются так же. как и в двухиловой схеме. Очистка осуществляется общим биоценозом.

Рис. 3.25. Одношювая схема удаления азота с постденитрификацией

Источник

углерода _Е

РАИ

Источник углерода

А

Н

д

А

О

РАИ

Рис. 3.26. Одноиловая схема удаления азота с рециркуляцией

с преденитрификацией

При преденитрификации (см. рис. 3.26) стадия денитрификации размещается перед аэробной зоной. Объемы этих зон обычно равные. Иловая смесь рециркулирует (Р) из зоны нитрификации, смешивается в зоне смешения (С) с исходной сточной водой и деоксигенируется (удаляется остаточный растворенный кислород за счет окисления органических загрязнений поступающей сточной воды), затем поступает в реактор-денитрификатор для снижения остаточного нитратного азота. Преимущества этой схемы: субстратом для денитрификации служат органические загрязнения исходной сточной воды, поэтому расход дополнительного органического субстрата для денитрификации снижается. При отношении БПК сточных вод к общему азоту более 4 : 1 добавку дополнительного субстрата можно полностью исключить. Также уменьшаются объем аэро-тенка-нитрификатора, количество потребляемого кислорода и энергозатраты на удаление органических загрязнений. Однако поскольку на образование нитрата расходуется больше кислорода, чем экономится при денитрификации, то вышрыш в снижении расхода кислорода за счет денитрификации не полностью компенсирует его дополнительное потребление в процессе нитрификации. По сравнению с окислением кислородом воздуха для обеспечения окисления загрязнения нитратами (в ходе денитрификации) не требуется интенсивного перемешивания. Энергия в реакторе-денитрификаторе затрачивается лишь на медленное перемешивание иловой смеси, при этом удельные энергозатраты составляют лишь 10... 15 Вт/м3 рабочей емкости. Процесс денитрификации осуществляется со скоростями, близкими к максимальной, при содержании нитрата

1...2 мг/л в денитрифицированном потоке. Прирост активного ила при денитрификации ниже, чем при окислении кислородом воздуха.

Недостатки одноиловой схемы с рециркуляцией: меньшая эффективность удаления азота, возможность проскока неокис-ленного азота первичного стока и увеличение БПК на выходе, что уменьшает суммарную эффективность удаления азота.

На рис. 3.27 приведена схема биологического удаления соединений азота на очистных сооружениях коксохимического производства (Череповецкий метазлургический комбинат АО «Северсталь») [15].

Схема биологического удаления соединений азота на очистных сооружениях коксохимического производства

Рис. 3.27. Схема биологического удаления соединений азота на очистных сооружениях коксохимического производства (Череповецкий металлургический комбинат АО «Северсталь») в режиме последовательной нитрификации - денитрификации и раздельной подачи сточной воды

Схема включает три интенсивно аэрируемых реактора-нитрификатора (Т^-Нз), два реактора-денитрификатора (Д)5 Д2), слабо аэрируемых для перемешивания активного ила, один нит-рификатор-постаэратор (НПА) и вторичный отстойник. Очистка идет в режиме с последовательным прохождением нитрификато-ров, денитрификаторов, нитрификатора-постаэратора и разделением активного ила и выходящей сточной воды во вторичном отстойнике. Вода, прошедшая первую стадию биологической очистки, где удаляется основная масса органических загрязнений (обесфеноленная вода), и содержащая остаточные концентрации ионов аммония и нитрат-ионов, подается во все нитрификаторы и денитрификаторы. Вода, не прошедшая первую стадию (фенольная вода), подается только в денитрификаторы. В поступающую воду добавляется сода (Ыа2С03) в качестве титрующего агента и источника углерода для нитрификаторов. Из вторичного отстойника в систему подается возвратный ил. Осветленная вода поступает на городские очистные сооружения (ГОС). Такая последовательная очистка учитывает классические представления о химизме процессов нитрификации и денитрификации. Биоценоз с бактериями-нитрификаторами доокисляет кислородом воздуха органические соединения и ионы аммония усредненных (фенольных) сточных вод, подаваемых в систему нитрификации-денитрификации .

Общее время пребывания сточных вод в сооружениях нитрификации-денитрификации составляет около 80 ч. При концентрации ионов аммония на входе 500...700 мг/л беспечива-ется снижение ЫН4+ на выходе до 40 мг/л.

Время пребывания сточной воды в очистных сооружениях с активным илом при удалении азота составляет, как правило, несколько суток и более. Уменьшение нагрузки на очистные сооружения и увеличение возраста ила способствуют более полному протеканию нитрификации. Чередование процессов нитрификации и денитрификации позволяет снизить содержание азота в стоках на 97.. .99 %.

Типичные конечные концентрации соединений азота при использовании биологических способов глубокой доочистки воды: Ыобш < Ю мг/л, N - N03“ 5...9 мг/л, N - ЫБЦ* 0,3...0,4 мг/л, что полностью удовлетворяет нормативным требованиям Российской Федерации.

Одна из возможных схем двухстадийного нитриденитри-фикагора представлена на рис. 3.28.

Схема питриденитрификатора

Рис. 3.28. Схема питриденитрификатора:

  • 1 - денитрификатор; 2 - нитрификатор; 3 - вторичный отстойник;
  • 4 - распределительная камера; 5 — струйный аэратор; 6 — газоотдели-телъ; 7 - рециркулирующий активный ил; 8 - сточная вода из метан-тенка; 9 - подача сточной воды; 10 - циркулируюгций ил из денитрифи-катора; 11- циркулирующий ил из нитрификатора; 12 - очищенная

сточная вода

Исходная сточная вода после механической очистки поступает в денитрификатор 1, туда же подается циркулирующая иловая смесь из нитрификатора 2. В анаэробных условиях де-нитрификатора азот нитритов и нитратов восстанавливается до газообразного состояния. Затем иловая смесь поступает в нит-рификатор, где с помощью струйного аэратора 5 насыщается кислородом воздуха, в результате чего происходит окисление органического азота до нитратов. Разделение иловой смеси осуществляется во вторичном отстойнике 3, осевший ил направляется обратно в денитрификатор.

Сложность технологической цепочки двух- и трехступенчатых сооружений с активным илом, предназначенных для удаления соединений азота, и необходимость введения дополнительного субстрата обусловили использование других систем очистки и методов, обеспечивающих возможность параллельного окисления органического вещества, окисления и восстановления азота.

При очистке в системе с аэротенками нитриденитрификато-рами с преденитрификацией можно подобрать режим циркуляции и аэрации воды, при котором процессы нитрификации - денитрификации протекают практически одновременно: нитрификация - на поверхности хлопьев аэрируемого ила, денитрификация - внутри них. При этом субстратом для денитрификации являются низкомолекулярные органические вещества, присутствующие в очищаемой воде или образуемые в результате биохимических процессов, а нитрификация-денитрификация может осуществляться, минуя стадию образования нитратов по схеме МН/ —> Ы02~ —*? N2, что приводит к экономии кислорода. При таком режиме очистки часть иловой смеси рециркулирует между аэробной и анаэробной зонами (рис. 3.29); окисление органического субстрата, окисление и восстановление соединений азота происходят циклически, небольшими порциями, в зависимости от степени рециркуляции. При соблюдении баланса между трансформируемыми формами соединений азота и окислением органического вещества на каждой стадии обработки удаляется

85...98 % соединений азота без использования дополнительного источника органического субстрата. Такой вариант обработки может использоваться для очистки сточных вод с высоким содержанием соединений азота - свинокомплексов, птицефабрик, фабрик первичной обработки шерсти и ряда других.

Пер#ктиы* Аэротенк

отето*чхк мктрм-декктркфцхггор

Схема глубокой очистки городских сточных вод

Рис. 3.29. Схема глубокой очистки городских сточных вод

(по технологии ВНИИ ВОДГЕО)

Значительная скорость нитрификации может быть достигнута в окситенках, в которых поддерживается высокая концентрация кислорода и ила с хорошими седиментационными свойствами, а соответственно и возраст ила, что дает возможность развиваться нитрифицирующим бактериям. Температура в аппаратах закрытого типа более высокая, что также обеспечивает поддержание популяции микроорганизмов-нитрификаторов.

Для удаления соединений азота можно применять и циркуляционные каналы, в которых аэробные и анаэробные участки возникают за счет рассредоточенного расположения поверхностных механических аэраторов. Однако работа таких систем требует очень точного контроля, особенно в условиях изменения нагрузки или скоростей процесса, приводящих к изменению соотношения между зонами нитрификации и денитрификации.

Процесс денитрификации может осуществляться также в анаэробном биологическом пруду. Степень удаления азота нитратов после 10-суточного пребывания в пруду составляет 90 %. Аналогичная степень удаления возможна в результате денитрификации сточной воды в насадочных колонных аппаратах при времени контакта до 15 мин, работающих в режиме метантенка. При 33 °С в метантенке содержание нитратов в сточной воде через 2 ч может снизиться с 120 до 8...9 мг/л.

Среди систем нового поколения, предназначенных для удаления азота, - мембранные биореакторы. Биомасса нитри-денитрификаторов в них задерживается мембраной, благодаря чему увеличивается производительность биореактора. В качестве мембран можно использовать плоскопараллельные, трубчатые, половолоконные элементы. В таких биореакторах достигается плотность нитрификаторов до 2 • 10ш кл/мл и скорость нитрификации 100.. .200 мг N - ЫН4+/л-ч, что в несколько раз превышает скорости в обычном проточном процессе нитрификации. В аналогичном реакторе, функционирующем в режиме денитрификации, удаляется 95% N - Ы03 при скорости денитрификации 30...40 мг К-N03 /л*ч.

Сооружения с биопленкой позволяют проводить и нитрификацию, и денитрификацию. Нитрификаторы фиксируются на поверхности носителя (загрузки) и не вымываются из зоны очистки.

При использовании полей орошения для уменьшения забивки пор почвы и проведения нитрификации и денитрификации чередуют увлажнение и высушивание почвы. Цикл: увлажнение в течение 2 сут и высушивание 3 сут приводит к полной нитрификации; более длительный цикл: увлажнение

10.. Л5 сут, высушивание 7-15 сут приводит к удалению 90 % поступившего общего азота (преимущественно в результате денитрификации). При удалении азота нагрузка на поля орошения может достигать 28000 кг БПК/га в год. При использовании таких циклических режимов содержание N - Ы03 в почвенной влаге колеблется в интервале 5...50 мг/л, поэтому важно подобрать такой режим очистки, чтобы денитрификацией удалялось достаточное количество нитратов до того как они попадут в грунтовые воды.

В капельном биофильтре, используемом для нитрификации на стадии доочистки, в нитраты могут переходить 60...90 % ионов аммония. Степень нитрификации зависит от гидравлической нагрузки, нагрузки по органическим веществам, фактического времени контакта жидкости с биопленкой. В качестве загрузочного материала могут быть использованы гравий, пластмассы, полимерные пленки, активированный уголь и другие материалы. В случае загрузки из камня нагрузка по органическим веществам не должна превышать 8 мг БПК/л ч. При использовании синтетических носителей с большей удельной поверхностью оптимальная нагрузка может увеличиться до

15.. .30 мг БПК/лч. Для проведения денитрификации перколя-ционные капельные биофильтры не используют.

Погружные биофильтры, биодиски, биотенки, биосорберы могут функционировать как нитрификаторы и денитрификато-ры в зависимости от того, подается кислород или восстановитель нитратов. Фильтр, наполненный на 6 м в глубину загрузкой из камня размером 2,5 см может обеспечить 90 % конверсии ЫН4+ в Н02~ при нагрузке 20...50 мг N - ЫН4+/л-ч и времени пребывания жидкости менее 1 ч. Фильтр также эффективно может работать и как денитрификатор при таком же времени пребывания. В биосорбере, работающем на денитрификацию и с внесением метанола, достигается скорость удаления азота 150 мг/лч N - N03 в режиме денитрификации при эффективности удаления нитрата 95.. .99 %.

Специфической проблемой реакторов с биопленкой, работающих на денитрификацию, является образование пузырьков газообразного азота при восстановлении нитратов и пересыщении воды азотом. Образование пузырьков азота на границе между твердой подложкой и биопленкой приводит к отслоению последней и ее сбросу, блокирует проток воды в биофильтрах с мелкодисперсной загрузкой. В этом случае необходима частая промывка биофильтра сменой направления движения воды для удаления отслоившейся биопленки или пузырьков азота.

Иммобилизация нитрификаторов и денигрификаторов на поверхности или в глубине носителя позволяет повысить эффективность нитрификации и денитрификации. В качестве материалов-носителей могут быть использованы агаризованные гели, пленки, капсулы, пористые и вспененные материалы. В качестве микроорганизмов-нитрификаторов - дикие или селекционированные штаммы nitrosomonas europaea, nirtobacter agi lis, денитрификаторов - paracoccus denitrificans, pseudomonas denitriftcans, achromobacter spp., bacillus spp. При проведении денитрификации для восстановления нитратов в среду можно добавлять метанол, уксусную кислоту или другие источники восстановительных эквивалентов.

Высоких скоростей удаления азота достигают в реакторах с псевдоожиженным слоем с частицами песка, активированного угля, антрацитовой крошки, полимерных материалов в качестве носителя. В таких реакторах денитрификацию осуществляют при концентрации биомассы 30...40 г/л со скоростью

  • 200.. .400 мг N - N03/л ч. При содержании в сточной воде
  • 20.. .40 мг N - ЬЮз'/л такая скорость позволяет уменьшить время пребывания жидкости в реакторе до 3...12 мин.

При проведении процесса нитрификации можно подобрать условия таким образом (прежде всего изменяя гН2 среды), что будет протекать лишь первая стадия нитрификации и ингибироваться вторая стадия. Такой процесс предложено называть нитритификацией при отсутствии второй стадии (нитратифи-кации). Из-за более высокой численности в нитрифицирующем биоценозе нитрификаторов первой стадии (бактерий р. пйго-БотопаБ) по сравнению с численностью нитрификаторов второй стадии (бактерий р. пйгоЬаЩег) образование Ы02 происходит быстрее, чем N6)3 9 особенно при температурах, близких к нулю, поэтому окисляя аммонийный азот только до азота нитритов, можно увеличить суммарную скорость нитриденитри-фикации (денитритификации), при этом потребности в 02 для нитрификации сокращаются в 1,4 раза и на стадии денитрификации в 1,5 раза уменьшается количество расходуемого органического субстрата, а также прирост ила по сравнению с денитрификацией нитратов (денитратификацией).

Еще один способ повышения эффективности глубокой биологической очистки - применение биопрепаратов. На рынке биотехнологической продукции предлагают специализированные биопрепараты нитрификаторов и денитрификаторов. Такие препараты содержат бактерии родов пйгозотопаБ и т-Ц-оЬаЩег, различные денитрификаторы и в ряде случаев позволяют существенно снизить содержание аммонийного азота в сточной воде.

Применение многоступенчатых схем биологической очистки с дифференцированной микрофлорой, использование альтернативных возможностей нитрификации - денитрификации, специализированных биопрепаратов в сочетаЕши с использованием высшей водной растительности способствует уменьшению содержания неорганических форм азота и доведению качества очищенных сточных вод до параметров, требуемых установленными нормативными документами.

Биологический метод удаления фосфора

Наиболее распространенный подход к удалению фосфора основан на его химическом осаждении из сточных вод, прошедших биологическую очистку, в виде нерастворимых фосфатов железа или алюминия. Химическое осаждение позволяет снизить содержание фосфора в обработанном стоке до 0,5.. .3 мг/л.

Биолого-химический способ удаления фосфора предполагает дополнение традиционных схем биологической очистки реагентным хозяйством, включающим растворные и расходные баки для коагулянтов и помещение для их хранения.

Чтобы осадить фосфаты, очень часто реагент добавляют непосредственно в аэротенк. В данном случае осаждение обычно проводят хлорным железом, сульфатом железа (II), часто с добавлением извести для предотвращения снижения pH, обусловленным внесением солей железа. В условиях аэрации или в присутствии нитратов Бе2+ окисляется до Бе3+, фосфор осаждается в виде БеРО,*, аккумулируется и выводится из очистных сооружений вместе с активным илом. Вместо солей железа иногда вносят соединения алюминия (в виде хлорида или оксихлорида), особенно если возможно возникновение анаэробных условий, например при перегрузке очистных сооружений. В отличие от фосфатов железа (III), в анаэробных условиях фосфаты А13+ не восстанавливаются и фосфор не высвобождается из осадков.

Для того чтобы при коагулировании не происходило угнетения микроорганизмов активного ила, доза сернокислого железа (II) не должна превышать 25 мг/л по Бе203; сернокислого железа (III) - не более 15 мг/л по Бе203; сернокислого алюминия - не более 18 мг/л по А1203.

Введение сернокислого железа (II) рекомендуется производить в начало аэротенка или во флотационную емкость, сернокислого железа (III) - перед вторичным отстойником, сернокислого алюминия - в конец аэротенка.

При использовании сернокислого алюминия для уменьшения содержания взвешенных веществ в очищаемой воде следует добавлять полиакриламид (ПАА) ориентировочной дозой 0,2...1 мг/л. Введение раствора ПАА происходит перед вторичными отстойниками.

Для более глубокой очистки в схеме биолого-химической обработки возможно использование гравийно-песчаных фильтров. Расчет фильтров производят:

  • • в схеме с введением сернокислого железа (II) перед аэротенком - по параметрам безреагентного фильтрования;
  • • в схеме с введением сернокислого железа (III) перед вторичным отстойником или сернокислого алюминия в конце аэротенка следует принимать скорость фильтрования в рабочем режиме 9..Л0 м/ч, при форсированном - 11.. Л2 м/ч. Промывка предусмотрена 2- 3 раза в сутки.

Возможно извлечение фосфора из сточной воды в виде кристаллов струвита MgNH4P04 • 6Н20 или фосфатов кальция, неконтролируемое образование которых и осаждение на поверхностях приводит к забивке водопроводных труб и теплообменников. Такие бактерии, как myxococcus xant.hus, могут катализировать образование струвита вне клеток и использоваться для осаждения фосфора. Этот процесс был обнаружен сравнительно недавно (в 1989 г.) и пока еще не стал основой для практической реализации.

Современный безреагентный высокоинтенсивный метод биологического удаления фосфора из сточных вод основан на способности некоторых бактерий аккумулировать в клетках фосфаты в количестве 5...6 % и более от массы клеточного вещества, что превышает ростовые физиологические потребности.

При аэрации сточных вод некоторые бактерии (р. acineto-bacter, acetobacter, rhodocyclus, nocardia, Citrobacter и др.) - так называемые фосфатаккумулирующие организмы (ФАО), или Р-бактерии, - извлекают фосфаты из воды в повышенных количествах для построения клеток и синтеза полифосфатов как резервных энергозапасающих веществ [15]. Этот процесс протекает в присутствии легко утилизируемых растворимых органических веществ, прежде всего ацетата, а также глюкозы, спиртов, других летучих органических кислот, используемых в качестве источника энергии для роста ФАО. Одновременно потребляются углеродсодержащие резервные вещества клеток. Энергия, выделяемая при потреблении этих веществ, используется для синтеза богатых энергией полифосфатов, которые синтезируются с помощью фермента - полифосфаткиназы. Полифосфаты запасаются в клетках в виде гранул, что и обеспечивает высокое потребление фосфора из среды (сточной воды) - до 180 мг/г сухой биомассы. Максимальная удельная скорость роста ФАО в аэробных условиях довольно низкая - около 0,04 ч .

В анаэробных условиях нефосфорные гетеротрофные бактерии сбраживают органические вещества с образованием летучих жирных кислот, главным образом ацетата, являющегося субстратом фосфатаккумулирующих бактерий. ФАО потребляют внеклеточный ацетат и расщепляют внутриклеточный гликоген до ацетата, синтезируя из ацетата полимерные насыщенные оксикислоты и используя для синтеза энергию, выделяемую при гидролизе клеточных полифосфатов в результате ферментативных реакций.

При этом гранулы полифосфатов уменьшаются в размерах, а образуемые при гидролизе полифосфатов ортофосфаты Р] выделяются во внеклеточную среду. Последние вновь могут извлекаться из среды в аэробных условиях для синтеза полифосфатов, при этом бактериальный рост и пополнение полифосфата и гликогена вновь происходит за счет потребления запасенных поли(гидрокси)алканоатов. В аэробных условиях полифосфаты могут сохраняться в течение долгого времени и гидролизуются лишь при лизисе клеток.

К числу наиболее активных ФАО относят бактерии рода астеЮЬас1ег: астеФЬас1ег сакоасейсиз, а.)оЬпвопп, а. глюГГп. Некоторые из них способны накапливать фосфор при культивировании в аэробных условиях без предварительной анаэробной стадии. Ас1пеЮЬас1ег обычно присутствует в активном иле, но в незначительных количествах из-за низкой скорости роста.

При эксплуатации системы аэротенк - вторичный отстойник в традиционном режиме (рис. 3.30а) доля фосфора, перешедшего в биомассу, повышается с увеличением прироста избыточного ила. Это достигается уменьшением концентрации и возраста ила. Однако в этом случае снижается эффективность удаления органических веществ и азота. Поэтому в традиционном режиме эксплуатации очистных сооружений не удается достичь значительного изъятия фосфатов без ухудшения очистки по остальным показателям.

Применяя определенные режимы попеременного пребывания активного ила в аэробных и анаэробных условиях, можно создать условия для развития фосфатаккумулирующих бактерий, относящихся к факультативным анаэробам, и повысить накопление избыточного количества фосфора в цитоплазме бактериальных клеток. При этом содержание фосфора в клеточном веществе возрастает до 4,5...6 % по сравнению с

1,2... 1,4 % при обычных условиях без ухудшения остальных показателей очистки.

Для глубокого изъятия фосфора по технологии биологической дефосфатации процесс модифицируют путем включения ступени анаэробной обработки активного ила в традиционную схему (рис. 3306). При этом в последовательности очистки может сначала предусматриваться аноксичная (денитрификация), затем анаэробная стадия (накопление летучих жирных кислот ЛЖК) и аэробная (дефосфатация), или сначала анаэробная, затем аноксичная и аэробная очистка. В обоих вариантах активный ил не должен длительно пребывать в бескислородных условиях на стадиях его обработки (во вторичном отстойнике) во избежание выхода фосфора из клеток в раствор и его возврата на вход очистных сооружений.

или или

б

Рис. 3.30. Схемы биологической очистки с модификацией аэротенка

для удаления азота и фосфора:

а - традиционная схема очистки; б - очистка в режиме денитрификации и биологической дефосфатации; СВ - сточная вода;

ОВ - очищенная вода; МАИ - избыточный активный ил;

РАИ-рециркулируемый активный ил; О - отстойник;

1 - зона аэрации (нитрификация и дефосфатация); 2 -зона денитрификации (аноксичная); 3 - анаэробная зона (ацидификагия)

На эффективность удаления фосфора влияют содержание ЛЖК, соотношение ВПК : ХПК, С : Р, ВПК : Р, ВПК : М, температура, содержание кислорода, величина окислительновосстановительного потенциала.

Важное условие, способствующее поглощению фосфора фосфатаккумулирующими клетками, - присутствие в сточной воде легкодоступных субстратов, таких как летучие жирные кислоты, в достаточном количестве. Они образуются в анаэробной зоне фосфатнеутилизирующими факультативными микроорганизмами активного ила. Чем больше ЛЖК образуется в анаэробной зоне, тем больше прирост ФАО и следовательно, больше удаляется фосфатов в аэробной зоне. При соотношении БПК: ХПК близком к единице, органическое вещество стоков разлагается легче, в анаэробных условиях образуется больше ЛЖК, соответственно, больше изымается фосфора в аэробных.

Соотношение С : Р = 21 : 25 способствует более раннему формированию полифосфатных включений у астеЮЬаЩег. При соотношении С : Р < 15 накопление и использование полифосфатных включений идет медленнее.

Избыток азота в сточных водах приводит к накоплению нитратов на аэробной стадии нитрификации и дсфосфатации. Нитраты, рециркулируемые со сточной водой и возвратным илом в анаэробную зону ацидификации, восстанавливаются содержащимися в ней летучими жирными кислотами в процессе денитрификации, что приводит к уменьшению количества ЛЖК, используемых фосфатаккумулирующими бактериями для поглощения фосфора на стадии дефосфатации. Кроме того, поступление нитратов с возвратным потоком в анаэробную зону приводит к увеличению окислительно-восстановительного потенциала и замедлению выделения ЛЖК факультативными анаэробами. Подача в течение нескольких недель возвратного потока с относительно высоким содержанием нитратов приводит к вытеснению полифосфатаккумулирующих бактерий и прекращению процесса дефосфатации. В этих условиях ил обогащается обычными нитрифицирующими бактериями, которые не аккумулируют фосфаты. В то же время высвобождение фосфора в анаэробных условиях может замедлиться, если в среде присутствуют нитраты. Это уменьшает потери фосфора илом во время его пребывания во вторичном отстойнике. На практике необходимое содержание нитратов достигается оптимизацией объемов различных зон аэротенка и циркулирующих потоков, а также введением дополнительного реактора денитрификации на пути возвратного ила из вторичного отстойника.

Для оптимального потребления фосфора в аэробной зоне должно быть достаточно кислорода. Попадание кислорода в анаэробный реактор, как и попадание нитратов, приведет к окислению легко разлагаемых органических веществ и уменьшению последующего поглощения фосфатов.

ФАО поглощают фосфор при положительных значениях Ей. При Ей = -100 мВ наблюдается накопление полиоксибути-рата и распад гранул полифосфатов, а при дальнейшем понижении Ей < -140 мВ и ниже резко возрастает концентрация фосфора в сточной воде.

При малой нагрузке и большом возрасте ила масса фосфа-таккумулирующих бактерий снижается. Клетки ФАО голодают, больше расходуют накопленных внутриклеточных продуктов и энергии на поддержание своей жизнедеятельности. При истощении внутриклеточного гликогена в анаэробной зоне происходит менее эффективное накопление ацетата и полимерных насыщенных оксикислот (ПНО). Все это приводит к снижению эффективности процесса биологического удаления фосфора. Поэтому нагрузка на очистные сооружения и возраст ила должны быть оптимальными, чтобы с одной стороны, наблюдалось эффективное поглощение фософора, с другой -обеспечивались показатели очистки по азоту и ВПК.

Для наиболее эффективного удаления фосфора содержание растворенного кислорода в аэробной зоне необходимо поддерживать на уровне 1,7...2,5 мг/л; отношение БПК5/РобЩ - на уровне 20...30; иловый индекс - на уровне 70...90, возраст ила -около 5 сут. Содержание нитратов в анаэробной зоне не должно превышать 2...3 мг/л, а Ей в этой зоне должен быть в интервале от -140 до -100 мВ.

Если содержание легкоразлагаемого органического вещества в сточной воде недостаточно для эффективного протекания процесса дефосфатации, то можно использовать дополнительные источники углерода: ацетат, стоки пищевых производств, гидролизаты ила и т. п. Гидролиз организуют в первичном отстойнике-ацидификаторе (рис. 3.31) или в сборнике первичного осадка. При этом гидролиз одновременно приводит к повышению скорости и сокращению необходимого времени аэробной обработки сточных вод для достижения требуемой величины БПК. Отстойник-ацидификатор отличается от обычного отстойника большей рабочей глубиной при времени пребывания воды около 2 ч, а осадка 3-4 сут.

Вариант биологической очистки с удалением азота и фосфора с отстойником-ацидификатором

Рис. 3.31. Вариант биологической очистки с удалением азота и фосфора с отстойником-ацидификатором:

СВ - сточная вода; ОВ - очищенная вода;

ИЛИ - избыточный активный ил; РАИ - рециркулируемый активный ил; 1 - отстойник-ацидификатор; 2 - анаэробная зона;

  • 3 - зона денитрификации; 4зона нитрификации;
  • 5 — вторичный отстойник

При большой нагрузке на очистные сооружения и малом возрасте ила нитрификация не протекает, однако биологическое удаление фосфора может происходить и без нитрификации-денитрификации. В этом случае сточные воды последовательно проходят анаэробную и аэробную зоны в аэротенке с рециркуляцией активного ила.

В типичной системе очистки денитрификация и удаление фосфора протекают раздельно. Однако возможны и другие технологические решения, которые используются для удаления избытка азота, например в аэротенках-нитриденитрификаторах с анаэробной (аноксичной) и аэробной зонами и циклической циркуляцией воды (см. рис. 3.29). При таком варианте очистки в 5...6 раз возрастает способность активного ила аккумулировать соединения фосфора, что обеспечивает параллельное удаление органических загрязнений и соединений азота с одновременным биологическим удалением соединений фосфора. Этот одноступенчатый вариант используется в Западной Европе для удаления азота и фосфора на коммунальных очистных сооружениях.

В целом применение анаэробно-аэробной технологии позволяет повысить степень изъятия фосфатов до 80...95 % и снизить в очищенной воде концентрацию общего фосфора до 0,5... 1,0 мг/л.

Еще больше снизить концентрацию фосфора в очищенной воде, вплоть до норм рыбохозяйственного водоема (0,2 мг/л) и ниже можно с помощью биогальванического метода [16]. В этом методе специальные насадки, армированные металлом, монтируются в рабочей зоне очистного сооружения. В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы активного ила формируют на поверхности металла биопленку.. При окислении органических веществ среда подкисляется, и на границе контакта биопленки и сточной воды образуется локальная зона, в которой активная реакция среды кислая. При этом на поверхности металла развивается электрохимическая коррозия, ионы металла переходят в раствор и образуют с фосфат-ионами нерастворимые соли. Наряду с этим коррозийный ток, возникающий в результате электрохимической реакции на границе биопленка -металл, положительно воздействует на биоценоз очистного сооружения, активизирует окислительные процессы и тем самым повышает качество очистки воды. Преимуществом этого метода удаления соединений фосфора является отсутствие использования в процессе очистки каких-либо реагентов.

Биологический метод удаления серы

Для удаления из сточных вод серы используют бактериальное окисление и восстановление ее соединений.

Сероводород окисляют серобактерии и тионовые бактерии. Окислительная биотрансформация соединений серы протекает в последовательности

НгЭ -» Б -> БгОз2 ’ -> 5032" -> 3042 ’ (3.60)

Внутри клеток серобактерий или на их поверхности откладывается элементная сера, которая используется в процессе дыхания при недостатке в среде сероводорода. При этом сера окисляется в серную кислоту.

В системах биологической очистки чаще всего встречаются бесцветные нитчатые серобактерии родов beggiatoa и 1Ыо-йшх. Способность этих серобактерий откладывать серу в клетках при достаточном количестве сероводорода позволяет использовать их как индикаторы качества очистки сточных вод. При плохой очистке, когда возникают анаэробные условия, появляется сероводород, клетки серобактерий при этом наполнены серой, при хорошей очистке сера в клетках окисляется, а не откладывается.

Тионовые бактерии способны окислять сероводород, серу, тиосульфаты, политионаты и сульфиты в серную кислоту, но без отложения элементной серы внутри или вне клеток. Они относятся к автотрофным микроорганизмам, ассимилируют углекислоту, используют химическую энергию, высвобождаемую при окислении серных соединений кислородом воздуха. Наиболее распространенные тионовые бактерии относят к роду ШюЬасШиБ. Представители ЙпоЬасШш бепйгШсаш отличаются от тионовых бактерий других видов тем, что могут развиваться в анаэробных условиях, используя кислород нитратов для окисления серы и тиосульфата. Важная роль принадлежит тио-бактериям и в окислении сульфидов металлов.

Серосодержащие органические соединения сточных вод окисляются с участием гетеротрофных микроорганизмов. При этом в качестве промежуточных продуктов образуются сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид, элементная сера.

Автогрофные и гетеротрофные тионовые бактерии разлагают роданиды, содержащиеся, в частности, в сточных водах коксохимических предприятий. Реакция окисления имеет вид

СЫ8~ + 202 + 2Н20 -* 8042_ + МН4+ + С02 (3.61)

В анаэробных условиях в процессе сульфатного анаэробного дыхания (диссимиляционной сульфатредукции) с использованием сульфатов в качестве конечного акцептора электронов сульфатредуцируюпше бактерии (родов беБиИхтЬпо и беБиНсДотаайит) восстанавливают серу сульфатов с образованием Н28. В качестве донора электронов они способны использовать различные легкодоступные органические источники углерода (углеводы, кислоты, спирты), а также водород; в качестве акцептора электронов - сульфит и тиосульфат.

Изменение свободной энергии при анаэробном восстановлении сульфата до сероводорода незначительно, поэтому суль-фатредукторы осуществляют лишь неполное окисление органических веществ. Окисление таких органических субстратов, как лактат, пируват и малат, происходит до ацетата и СО2:

4СН3СОСООН + Н2804 -* 4СН3СООН + 4С02 + Н28 (3.62)

Диссимиляционная сульфатредукция при анаэробной биодеградации органических субстратов протекает в сооружениях анаэробной биологической очистки, в застойных зонах аэротенков и биофильтров, в сточных коллекторах. Образование сероводорода зависит от температуры воды, концентрации органических загрязнений, продолжительности пребывания воды в сточной системе. При повышении температуры на 10 °С скорость сульфатредукции возрастает в 3 раза, поэтому в теплое время года в стоках при большом времени их пребывания чаще образуется сероводород. При минимальном содержании органических загрязнений в воде образование сероводорода замедляется.

В типовых системах аэробной очистки лишь малая часть сульфатов ассимилируется активным илом или биопленкой, поскольку обычно содержание сульфатов в воде намного превышает потребности микроорганизмов в сере. Поэтому содержание сульфатов в сточной воде, прошедшей только аэробную очистку, меняется незначительно.

В системах анаэробно-аэробной очистки часть серы, содержащаяся в воде в виде сульфатов или сульфитов, удаляется на первой, анаэробной стадии. Выделяемый при этом Н28 отдувается и сжигается вместе с биогазом. Образуемые сульфиды металлов либо осаждаются в виде шлама, либо поступают со сточной водой на аэробную стадию. На этой стадии окисление сульфидов и растворенного в воде Н28 серо- и тиоб-актериями вновь переводит серу в сульфаты.

Для удаления сульфатов из воды, особенно при высокой их концентрации, можно целенаправленно подобрать условия анаэробной очистки, максимально способствующие протеканию сульфатредукции, а не метанообразования, а процесс аэробной очистки организовать таким образом, чтобы сероводород и сульфиды окислялись с образованием элементной серы. Для этого можно использовать специально селекционированные микроорганизмы, добавлять органические субстраты (метанол, лактат), используемые сульфатредукторами для восстановления серы, поддерживать необходимые условия среды, из которых наиболее важна концентрация растворенного кислорода и соответствующее инженерное оформление реакторов. Используя эти методы, в проточном реакторе с загрузкой можно достичь скорости восстановления сульфатов 130... 150 мг/л ч при скорости разбавления среды 0,12 _1 ч. Использование микроаэрофильных условий с надежным контролем концентрации растворенного кислорода обеспечивает почти полную конверсию Н28/82 , образуемых в анаэробном процессе, в элементную серу, легко извлекаемую из сточных вод.

Методы расчета биотехнических систем удаления биогенных элементов из сточных вод

Аэротенки-нитрификаторы

1. Определяют удельную скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов, сут'1,

К^КТКосКсСПех^

(3.63)

Кп + Спех

где /СрН - коэффициент, учитывающий влияние pH воды [17]:

pH

6

6,5

7

_ .7,5 _

8

8.4

9

К/>н

0,15

0,31

0,5

0,6

____

0,84

1,0

1,23

А'г-коэффициеь

т, учитывающие

й влияние температуры воды /6/:

°с

10

15

20

25

30

Кт

0,32

0,56

1,0

1,79

3,2

Кос - коэффициент, учитывающий влияние концентрации растворенного кислорода, определяемый по формуле

Кос = С0 / ’о + С0), (3.64)

где С0 - концентрация растворенного кислорода в иловой смеси, мг/л; К30 - константа полунасыщения, равная 2 мг 02/л; Кс - коэффициент, учитывающий влияние токсичных компонентов, определяемый по формуле

Kc=J/(J+Ci), (3.65)

где J - константа полунасыщения ингибитора, мг/л; С, - концентрация ингибитора, мг/л; р^х - максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов, равная 1,77 сут-1 при pH = 8,4 и температуре 20 °С; Кп - константа полунасыщения аммонийного азота, равная 25 мг/л; Спех - конценграция аммонийного азота в очищенной воде, мг/л.

  • 2. Находят минимальный возраст нитрифицирующего ила, сут,
  • 0 = //ри. (3.66)
  • 3. По [17] или табл. 3.8 определяют концентрацию нитрифицирующего ила

Характир истина нитрифицирующего ила в зависимости от его возраста

Таблица 3.8

Прирост ила, мг/мг N-NHZ/л

Возраст ила, сут

Концентрация ила, г/л

Удельная скорость окисления, мг/гч

0,17

5

0,017

49,0

0,17

10

0,034

24,5

0,16

15

0,048

17,4 !

0,138

20

0,055

15,2

0,09

25

0,048

17,4

0,055

30

0,033

25,2 1

0,03

35

0,021

39,7

0,02

40

0,016

52,1 |

0,048

50

0,048

17,4 П

0,044

60

0,053

15,7

0,18

70

0,025

33,3

4. Определяют минимальную допустимую концентрацию аммонийного азота в поступающей сточной воде, мг/л,

С„еп min = 0,02а, 0 /а iS, (3.67)

где а, - допустимый вынос нитрифицирующего ила из вторичных отстойников, мг/л.

Значение Спеп min должно быть больше исходной концентрации аммонийного азота в сточной воде Спеп. В противном случае осуществление нитрификации с заданным эффектом невозможно.

5. Определяют объем аэротенка-нитрификатора, м3,

Wn = Qwtatm/ 24, (3.68)

где Qw - суточный расход воды, м3/сут; tatm - минимальный период аэрации в аэротенке-смесителе, (для сточных вод, не содержащих органических веществ, tatm = 10...12 ч).

  • 6. По табл. 13 прил. выбирают типовой проект аэротенка, подбирают число секций па, (не менее двух, при суточном расходе до 50 000 м3/сут - 4-6, при большем расходе — 6-8). По формуле (3.9) определяют длину секции аэротенка.
  • 7. Систему аэрации аэротенка-нитрификатора рассчитывают по формулам (3.46-3.52).

Аэротенки-питрификаторы с добавкой биоразлагаемых органических веществ

  • 1. По формуле (3.63) определяют удельную скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов ц„.
  • 2. По формуле (3.66) находят минимальный возраст нитрифицирующего ила 0, сут.
  • 3. Рассчитывают удельную скорость окисления органических веществ, мгБПКполн/г-ч,

р=АГэ +0,041^/0, (3.69)

где К3 - энергетический физиологический коэффициент, мг БПКполя/гч; К„ - физиологический коэффициент роста микроорганизмов активного ила, мг БПКполн /г. Для городских сточных вод Кэ = 3,7 мг БПКполн /г-ч; Кр - 864 мг БПКполн/г.

4. Определяют концентрацию беззольной части активного ила, г/л,

Р шах ^ах С0

{LexC0 + К,С0 + K0Ler) р

(3.70)

где ртах - максимальная скорость окисления органических загрязнений, мг БПКполн /гч; К; - константа, характеризующая свойства загрязнений, мг БПКп0ЛН/л; Ко - константа, характеризующая влияние кислорода, мг 02/л; (р - коэффициент ингибирования, л/г;

~ БПКполн очищенной сточной воды, мг/л. При окислении органических веществ, характерных для городских сточных вод, и для обеспечения глубокой нитрификации, значения констант можно принимать следующими: ргпах = 70 мг БПКпшш/г ч; Kj = 65 мг БПКпшш/л; К0 = 0,625 мг 02/л; ф = 0,14 л /г.

5. Определяют продолжительность аэрации в аэротенке-нитрификаторе, ч,

(ЭЛ)

где Ьеп - БПКполн поступающей в аэротенк-нитрификатор сточной воды, мг/л.

  • 6. Определяют объем аэротенка-нитрификатора по формуле (3.68).
  • 7. Аналогично предыдущему расчету по табл. 13 прил. выбирают типовой проект аэротенка-смесителя. По формуле (3.9) определяют длину секции аэротенка.
  • 8. По табл. 3.8 при известном возрасте нитрифицирующего ила 0 находят дозу ила аіз, г/л.
  • 9. Рассчитывают дозу нитрифицирующего ила, г/л,

пеп

С

(3.72)

10. Определяют концентрацию активного ила по сухому веществу, г/л,

Ч + Ч.

(3.73)

а —

1-5 ’

где 5 - зольность ила (см. табл. 1 прил.).

11. Находят удельный прирост активного ила Ке, мг/мгБПКп0ЛН, и суточное количество избыточного активного ила С, кг/сут:

аі

апп

К =41,7— ч ,

5

о = к(ьепеж/то

  • (3.74)
  • (3.75)
  • 12. Систему аэрации аэротенка-нитрификатора рассчитывают по формулам (3.46-3.52), причем удельный расход воздуха, м33, необходимо определять по модифицированной формуле
  • (3.76)

Яр (^е ~ А*)+ Ь(С„е - Спех )4,6 К{К2КТК3а0)

Денитрификаторы проточного типа

1. Определяют предельную дозу денитрифицирующего ила, г/л,

я,, шах =10005//;, (3.77)

где Ji - иловый индекс, см3/г.

2. Рассчитывают удельную скорость денитрификации, мгИ-МОз/гч,

(ІП

тах

сіп

(3.78)

где р тах - максимальная скорость денитрификации, мг N - N03 / г ч, принимаемая по табл. 3.9; К^п - константа Миха-элиса-Ментен, мг N - N03 /л, принимаемая по табл. 3.9; ср^ -коэффициент ингибирования денитрификации продуктами метаболизма активного ила, л/г, принимаемая по данным [17] или

табл. 3.9; С^ - концентрация азота в очищенной воде, мг N -Ы03 /л.

Таблица 3.9

Значения констант для расчета денитрификатора

Вид субстрата

Р?п > мг М-МОз/г-ч

Ка„, мг ^Оз/л

<р*п, л/г

Метанол

(СНзОН)

58,8

40

0,19

Этанол

2Н5ОН)

44,9

25

0,17

3. Продолжительность пребывания сгонной воды в денитри-фикаторе ч, рассчитывают в зависимости от типа реактора: реактор-смеситель:

<ІП

^с1пт

{'піп _/'іші

^ех

а.

СІП

(-а)р

сіп

(3.79)

реактор-вытеснитель:

где

(-ПІП

ЄП

^ (Іп'

(С-С) + 2,3^А1ё

с

сіп

1 + <Рл,аі

л сіп сіп

Р а,

  • (3.80)
  • - концентрация азота на входе в денитрификатор, мг

N - N03 /л.

4. Определяют объем денитрификатора, м3,

^,=Сн^/24. (3.81)

Фильтры-денитрификаторы

1. В зависимости от концентрации нитратов в поступаю-щей воде принимают вид денитрификатора:

С*, мг Ы-ЫОл/л

<50

5(Ы00

> 100

Денитрификатор

Каркасно

засыпной

Гравийный

Пленочный и с загрузкой из стекловолокна

2. По табл. 3.10 или [17] принимают дозу денитрифицирующего ила а? в зависимости от концентрации азота нитратов

и необходимой степени очистки.

Средние дозы денитрифицирующего ила, г/л

Таблица 3.10

Концентрация азота нитратов в исходной воде, мг/л

Концентрация азота нитратов в ощищенной воде, мг/л

10

20

30

40

50

50

1,0

2,0

2,5

3,5

! 100

1,5

2,5

3,5

5,0

7,5

200

2,0

3,5

5,5

7,5

10,0

300

2,5

4,0

6,0

9,0

14,0

і 400

3,0

5,0

7,0

14,0

20,0

3. Рассчитывают время контакта сточной воды с загрузкой денитрификатора, ч,

  • 7
  • 1 + <р„Л

сіп

Лп Ап

Ртах ^ і

(3.82)

где Кл - экспериментальный коэффициент, принимаемый в зависимости от вида денитрификатора: для каркасно-засыпного -0,89, для гравийного - 0,83, для пленочного -- 0,81.

5. Рассчитывают объем загрузки денитрификатора, м3,

= &Л. (3.83)

где - расход сточных вод, м3/ч.

6. Принимают число фильтров-денитрификаторов (не менее двух), определяют размеры каждого фильтра, количество промывной воды и т.д. исходя из расчетных параметров, приведенных в табл. 16 прил.

Биолого-химический способ очистки от фосфора

1. Определяют дозу реагента, мг/л, при введении его на ступени биологической очистки

Среаг = (3.84)

где К - коэффициент увеличения стехиометрического соотношения, принимаемый по [17] или табл. 3.11; СР обш - концентрация общего фосфора в поступающей на очистку воде, мг/л. При отсутствии данных о концентрации общего фосфора ориентировочно может быть принято Ср обш = (2...3)Ср04 (здесь СР04 - концентрация фосфатов в поступающей сточной воде, мг Р0437л).

  • 2. По [17] или табл. 3.12 в зависимости от БПКполн поступающей сточной воды Беп и рассчитанной дозы реагента Сосаг принимают дозу активного ила в аэротенке <я,-.
  • 3. По данным [17] или табл. 3.13 принимают коэффициент (3, характеризующий увеличение зольности ила при введении реагента. Рассчитывают нагрузку по коагулянту, мг/Ме20з/г,

коаг

  • (1 - Р*) ’
  • (3.85)

где 5 - зольность активного ила.

Таблица 3.11

Коэффициент увеличения стехиометрического

соотношения

Эффективность удаления общего фосфора, %

Вид реагента

Сернокислое железо (II)

Сернокислое железо (III)

Сернокислый

алюминий

60

0,33

0,15

0,35

65

0,5

0,25

0,4

70

0,66

0,33

0,5

75

1

0,5

0,65

80

1,34

0,66

0,74

85

1,67

1

0,9

Рекомендуемая доза активного ила при введении реагента

в аэротенк, г/л

Таблица 3.12

Доза реагента по Ме203, мг/л

БПКполн сточной воды, поступающей в аэротенк, мг/л

100

150

200

300

10

3

4

5

5

15

4

5

6

6

20

5

6

6

7

25

6

6

7

7

Примечание. При применении сернокислого алюминия или сернокислого железа (III) дозу ила следует принимать не более 5 г/л.

Поправка к зольности активного ила при введении реагента в аэротенк

Таблица 3.13

Реагент

Доза реагента, мг/л

5

10

15

20

25

Сернокислое железо (II)

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

Другие

реагенты

1,07

1,15

1,2

1,22

1,22

  • 4. По формуле (3.4) определяют удельную скорость окисления р, при этом концентрацию растворенного кислорода С0 в схеме с введением сернокислого железа (II) можно принять равной 5 мг/л.
  • 5. Рассчитывают период аэрации, ч,

аі (1 - р5)рт

  • •)
  • (3.86)

где Ьеп и Ьех - БПКполн соответственно поступающей в аэротенк и очищенной сточной воды, мг/л; т - коэффициент, учитывающий изменение скорости окисления органического вещества за счет введения реагента, принимаемый в зависимости от нагрузки по коагулянту Д/коаг [17]:

МГ МеіОз/г

9

8

7

6

5

4

3

2

т

0,68

0,78

0,84

0,95

1

1,08

1,16

1,24

  • 6. По формуле (3.8) определяют общий объем аэротенков
  • 7. По табл. 13 прил. выбирают типовой проект аэротенка, подбирают число секций па, (не менее двух, при суточном расходе до 50 000 м3/сут - 4 - 6, при большем расходе - 6 - 8). По формуле (3.9) определяют длину секции аэротенка.
  • 8. По табл. 3.14 [17] ориентировочно принимают степень рециркуляции Я, и дозу циркуляционного активного ила а С1Г.

Таблица 3.14

Степень рециркуляции Я, и доза циркуляционного активного ила асіг

Рабочая доза

ила в

аэротенке,

г/л

Схема с введением

сернокислого железа

(И)

сернокислого железа (III) или сернокислого алюминия

а ап г/л

я,

а ып г/л

Я,

3

10

45

6,5

85

4

11,5

50

8,5

90

5

11,5

60

10,0

100

6

14,0

75

----1

7

14,0

100

!

9. Рассчитывают прирост активного ила Рь мг/л, и суточное количество избыточного активного ила Є, т/сут:

Р, = 0 + 0,01Срт,г)(0,8С^ + К, 1„); (3.87)

а = /)?„/10 (3.88)

где Ссс{р - концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк, мг/л; АТЯ - коэффициент прироста, принимаемый для городских сточных вод равным 0,3; Qw - суточный расход воды, м3/сут.

  • 10. Систему аэрации аэротенка рассчитывают по формулам (3.46-3.52).
  • 11. Определяют необходимое количество реагента,т/сут,
  • 0 С

^ bw peai'

= 6 ? (3.89)

1 реаг 1 u

где Рреаг - содержание реагента в товарном продукте, доли.

12. Реагентное хозяйство (растворные и расходные баки для коагулянтов, помещения для их хранения и пр.) рассчитывают в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы