close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1463.Современное состояние технологии очистки бытовых сточных вод, обработки и использования осадка уч

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Магистратура
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ
БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД,
ОБРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКА
Учебно-методическое пособие
Электронное издание
Красноярск
СФУ
2013
УДК 628.31(07)
ББК 38.761.204я73
С568
Составители: Колова Алевтина Фаизовна,
Пазенко Татьяна Яковлевна
С568 Современное состояние технологии очистки бытовых сточных вод,
обработки и использования осадка: учебно-методическое пособие
[Электронный ресурс] / сост.: А. Ф. Колова, Т. Я. Пазенко. – Электрон.
дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. – Систем. требования: PC не
ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader
V8.0 и выше. – Загл. с экрана.
В учебно-методическом пособии приведены сведения о современных технологиях очистки городских сточных вод и обработки осадков, обеспечивающих
глубокую очистку сточных вод от биогенных элементов и снижающих антропогенную нагрузку на окружающую среду. Приведены теоретические основы технологических процессов, различные варианты технологических схем очистки и примеры расчетов очистных сооружений по рассматриваемым схемам.
Предназначено для магистров специальности 2708000001.68 «Водоотведение и очистка сточных вод».
УДК 628.31(07)
ББК 38.761.204я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2013
Учебное издание
Подготовлено к публикации ИЦ БИК СФУ
Подписано в свет 28.04.2013 г. Заказ 719.
Тиражируется на машиночитаемых носителях.
Издательский центр
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391)206-21-49. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu-kras.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОЧИСТКИ .......................................... 3
ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД ................................................................................................... 3
1.1. Теоретические основы глубокого удаления биогенных элементов
в процессе биологической очистки ......................................................................................... 5
1.2. Методы удаления фосфора из сточных вод ..................................................................... 6
1.3 Методы удаления азота из сточных вод............................................................................ 8
1.4. Технологические схемы биологической очистки
с глубоким удалением биогенных элементов....................................................................... 11
1.5. Примеры расчета аэротенков с глубоким удалением биогенных элементов ............ 15
1.5.1. Расчет аэротенка нитрификатора в присутствии................................................... 15
биоразлагаемых органических веществ .......................................................................... 15
1.5.2. Расчет аэротенков с нитрификацией и денитрификацией азота ......................... 19
2. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ
ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД ................................................................................................. 44
2.1. Пример расчета узла обезвоживания осадка на центрифугах ................................... 46
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................................................ 49
1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОЧИСТКИ
ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
Применяемые в настоящее время технологические схемы очистки городских сточных вод включают: механическую очистку на решетках, в песколовках и отстойниках; биологическую очистку в аэротенках (или биофильтрах) и вторичных отстойниках; блок обеззараживания и блок обработки
осадка.
Первоначально на крупных станциях аэрации были смонтированы и
эксплуатировались решетки наклонные механизированные типа МГ с шириной прозоров 16 мм, которые не обеспечивают надежной защиты последующих сооружений от отбросов и крупнодисперсных примесей. Перспективным
является применение тонкопрозорчатых решеток с шириной прозоров от 2 до
8 мм. Уменьшение прозоров позволяет использовать намывные экраны в качестве дополнительной меры по эффективности задержания отбросов. Наличие экрана благоприятно отражается на эффективности задержания плавающих примесей, мелких волокон и частично песка. Сейчас широко внедряются
решетки ступенчатые, принцип действия которых состоит в процеживании
сточных вод через пакеты ступенчатых пластин из нержавеющей стали: неподвижных, закрепленных на раме решетки, и подвижных, совершающих
плоскопараллельное вращение относительно неподвижных пластин при помощи кривошипно-шатунного привода, установленного в верхней части решетки. Благодаря круговым движениям подвижных пластин задержанные отбросы поднимаются с одной ступени на другую в верхнюю часть решетки,
откуда направляются на сброс и дальнейшую транспортировку.
Действующие песколовки, запроектированные и построенные в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85 [1], выделяют из сточной воды
примерно 65-70% песка. Основная масса неуловленного песка выпадает в
осадок в первичных отстойниках, затрудняя выгрузку осадка и снижая полезный объем отстойников. При наличии на очистных сооружениях цехов обезвоживания осадков на центрифугах эффективное удаления песка имеет особо
большое значение, так как наличие песка в осадках приводит к быстрому износу центрифуг. Наиболее перспективно на стадии удаления песка использовать аэрируемые песколовки, в которых происходит отделение песка, его отмывка от органики и осаждение. Отечественные специалисты также стали
склоняться к необходимости более полного улавливания песка с повышенным содержанием органических примесей, но с обязательной последующей
отмывкой песка от органики. Для этой цели можно использовать гидроциклоны, пескопромыватели, классификаторы.
Для удаления грубодисперсных взвесей применяют вертикальные, горизонтальные и радиальные отстойники. В перспективе с внедрением технологий глубокого удаления биогенных элементов в процессе биологической
3
очистки, роль узла осветления несколько меняется. В технологии биологической очистки сточных вод с денитрификацией и дефосфатированием требуется значительное количество легкоокисляемого субстрата для восстановления
азота и миграции фосфора из клеток ила и обратно. Осадок первичных отстойников можно считать субстратом с низким содержанием азота (4÷6 % от
сухого вещества против 6÷8 % в иле) и фосфора (1,1÷ 1,3 % от сухого вещества против 1,5 ÷ 1,8 % в иле), пригодным для пополнения запаса легкоокисляемых веществ. Осадок первичных отстойников содержит легкодоступные
органические вещества, извлекаемые из него при кислом брожении. Сооружения для кислого брожения (ацидификаторы) могут быть самостоятельными
в виде емкостей с перемешиванием, либо в первичных отстойниках организуется постоянная циркуляция осадка, а часть объема отстойника выделяется
под ацидификатор. Продолжительность брожения должна быть такова, чтобы
не допускать перехода к метановому брожению. В условиях глубокого анаэробиоза перед метановым брожением наблюдается восстановление сульфатов до сероводорода. Появление сероводорода вызывает запах и потемнение
жидкости. При внедрении технологии глубокого удаления азота и фосфора
(технология «Денифо») преаэрация с добавлением избыточного ила нежелательна, так как идет окисление легкоокисляемой органики.
Традиционная биологическая очистка сточных вод позволяет изъять
основную массу органических загрязняющих веществ, но не может обеспечить достаточную глубину удаления соединений азота и фосфора, которые
являются биогенными элементами.
Основными источниками поступления биогенных элементов в природные водоемы являются объекты сельского хозяйства, а также неочищенные
или недостаточно очищенные бытовые и промышленные сточные воды.
Попадая в водоемы, биогенные элементы способствуют развитию условий, угнетающих отдельные виды гидробионтов, а в некоторых случаях вызывают их гибель. Поступление большого количества азота и фосфора в водные объекты приводит к их эвтрофированию (накоплению питательных веществ). При этом наблюдается цветение водоемов. В период цветения в водоемах повышается рН, снижается содержание растворенного О2, обнаруживаются ядовитые продукты жизнедеятельности цианобактерий, происходит замор рыб, затрудняется очистка (забиваются фильтры), ухудшается качество
питьевой воды.
В момент цветения цианобактерии продуцируют нейротоксины (вызывающие заболевания центральной нервной системы) и гепатоксины (вызывающие разрушения или рак печени).
В период массовой гибели цианобактерий (в результате достижения
предельной интенсивности) в водоемах возрастает содержание фенолов.
Цианобактерии выделяют высокомолекулярные вещества (ДВ – молекулы – дьявольские пули), которые разрушают иммунную систему.
4
Аммонийный азот токсичен для рыб, при взаимодействии его с хлором
образуются хлорамины – токсичные и мутагенные соединения. Нитраты, попадая в желудочно-кишечный тракт с питьевой водой, восстанавливаются в
нитриты, те всасываются в кровь, окисляют гемоглобин, нарушается снабжение тканей кислородом, развивается гипоксия у человека и рыб.
Фосфаты малотоксичны (летальная концентрация для дафний 2 мг/л).
Однако именно фосфатам принадлежит решающая роль в возникновении цветения водоемов.
Все перечисленное обуславливает повышенные требования к обеспечению удаления биогенных элементов.
1.1. Теоретические основы глубокого удаления биогенных элементов
в процессе биологической очистки
В поступающих на очистные сооружения городских сточных водах азот
представлен в основном в виде минеральной ( NH 4  ; NO2  ; NO3  ) и органической (аминокислоты, белок тканей организмов, органические соединения) составляющих, причем на долю аммиака или мочевины приходится примерно
80-90% всех азотсодержащих соединений. Фосфор (Р) находится в бытовых
сточных водах в основном в виде орто − и полифосфатов и фосфорсодержащих органических соединений [2].
Удаление общего фосфора в процессе биологической очистки не превышает 30 − 40%, а соединений азота − 50%.
Растворимый фосфор является основным лимитирующим веществом
для водорослевого цветения водоемов (при благоприятных условиях 1 мг азота продуцирует 20 – 25 мг водорослей, 1 мг Р – 40 – 250 мг). Установлено, что
достаточно удалить из сточной воды один из основных биогенных элементов
и цветение в водоеме не развивается.
В бытовые сточные воды 30 – 50 % фосфора поступает из выделений
человека, 50 – 70 % − из моющих средств.
Основная доля соединений фосфора представлена в виде коллоидной и
растворенной форм фосфатов, ортофосфатов и органического фосфора.
В аэробных условиях аэротенков полифосфаты и ортофосфаты усваиваются организмами активного ила, а растворенные формы органического Р
минерализуются в ортофосфаты при помощи бактерий Moraxella, Artrobacter,
Bacteria subtilus и др. Определенные группы бактерий активного ила обладают способностью накапливать в своих клетках растворенные формы Р, то
есть они способны потреблять Р больше, чем требуется для прироста биомассы и энергетических потребностей. Их называют фосфат аккумулирующими
организмами (ФАО). В литературе к ФАО относят в основном бактерии рода
Acinetobacter, но это свойственно и бактериям рода Pseudomonas, Acrobacter и
5
др. Установлено, что и нитрифицирующие бактерии способны накапливать
полифосфаты.
Эти микроорганизмы (ФАО) отличаются от остальных тем, что содержание фосфора в их биомассе составляет 1 – 3 % сухой массы тела (и может
достигать 20%).
Однако, если в аэробных условиях аэротенков эти бактерии накапливают фосфор, то в анаэробных условиях вторичных отстойников они активно
выделяют его в сточную воду. Чем эффективнее нитрификация в аэротенках,
тем больше фосфора накапливается в иле, и тем больше выделяется в сточные
воды во вторичном отстойнике.
Нерастворимые соединения фосфора сорбируются илом, но не усваиваются и с выносом взвешенных попадают в водоем и накапливаются в донных отложениях.
Следует отметить, что при накоплении в сточных водах ионов Ca2+,
Mg2+, Fe3+, Al3+ происходит дополнительное удаление Р за счет образования
нерастворимых соединений: Fe(PO4)2·8H2O, ALPO4·2H2O↓, Ca10(PO4)6(OH)2↓.
1.2. Методы удаления фосфора из сточных вод
Для извлечения фосфора из сточных вод могут быть использованы физико-химические, химические и биологические методы, а также их комбинация.
Наибольшее распространение получил реагентный метод, сущность которого заключается в образовании нерастворимых соединений фосфора и выведении их из системы в виде осадка. В качестве реагентов используют разнообразные соединения железа и алюминия. При этом реагенты могут быть
введены: на стадии механической очистки, в сооружения биологической очистки, а также на стадии доочистки.
Схемы биологической очистки с реагентным удалением фосфора и зависимости глубины очистки от места ввода реагента и его дозы представлены
на рисунке 1.
Эффективность раегентного удаления фосфора может достигать практически 100%. Однако, реагентный метод нельзя признать экономически оправданным из-за большого расхода реагента, затрат на доставку и эксплуатацию
реагентного хозяйства. Поэтому в последнее время специалистами в области
очистки все большее внимание уделяется разработке технологии глубокого
удаления фосфора модифицированными биологическими методами, за счёт
чередования аэробных и анаэробных условий пребывания активного ила.
Этот способ основан на том, что в анаэробных условиях клетки ила в результате гидролиза полифосфатов отдают накопленный фосфор в окружающую
их воду, а в последующей аэробной стадии активно его потребляют, освобождая тем самым очищенную воду от фосфатов.
6
Рис 1. Реагентное удаление фосфора
7
Биологический метод удаления фосфора (Р) основан на сочетании в
биологических реакторах аэробных и анаэробных условий и формировании
культуры ила с высоким содержанием ФАО.
Механизм работы ФАО следующий:
в зоне анаэробной ФАО накапливают летучие жирные кислоты (ЛЖК)
как источник углеродав форме poly-β- гидроксибутирата (ПГБ). Для этого
процесса необходима энергия. Источниками энергии являются полифосфатные связи. При этом происходит гидролиз накопленных полифосфатов, высвобождение фосфора в раствор и потребление ЛЖК. Так как ФАО являются
аэробами в анаэробной зоне они не способны усваивать ЛЖК. Накопленный
запас органических веществ потребляется ими в аэробных зонах. При этом
происходит рост клеток и аккумулирование фосфатов.
Необходимые условия процесса биологического удаления фосфора:
- анаэробная зона с легкоокисляемым субстратом в форме ЛЖК;
- последовательно с ней аэробная или аноксидная зона;
- рецикл обогащенных фосфатами ФАО в зону анаэробную.
1.3 Методы удаления азота из сточных вод
Для удаления азота из сточных вод могут быть использованы как физико-химические (отдувка аммиака, ионный обмен, адсорбция активным углем
с предварительным хлорированием, электролиз, озонирование, химическое
восстановление, деминерализация − обратный осмос, электродиализ, дистилляция), так и биологические (нитрификация и денитрификация) методы. В
практике очистки городских сточных вод для удаления азота все шире используется метод биологической нитрификации − денитрификации.
Нитрификация− процесс окисления кислородом воздуха аммонийного
азота до нитритов и нитратов, осуществляемый нитрифицирующими микроорганизмами. На первой стадии процесса нитрификации аммоний окисляется
до нитритов, на второй стадии нитриты окисляются до нитратов:
2 NH 4  3O2  2 NO2  2 H 2 O  4 H  ;
2 NO2  O2  2 NO3 .
Первая стадия нитрификации идет под действием нитрификаторов, которые относят к хемосинтезирующим автотрофам (Nitrosomonas, Nitrosocystis
и т. д.). Присутствие органических веществ в сточной воде тормозит развитие
нитрифицирующих бактерий. Это характерно только для растворов и не наблюдается в почве, т. е. нитрификаторы чувствительны только к водорастворимой органике. Угнетение нитрификаторов происходит в значительной степени не самими органическими соединениями, а процессом окисления органики гетеротрофами, которым нитрификаторы проигрывают в борьбе за ки-
8
слород. Поэтому нитрификация в аэротенках начинается только после полного окисления углеродсодержащих соединений.
Еще более чувствительны нитрификаторы к неприродной органике
(пестициды, гербициды) и токсикантам. Поэтому, если в сточной воде содержатся токсиканты, предпочтительна двухступечатая очистка: 1ступень – высоконагружаемые биофильтры, 2 стадия – аэротенки. Реакция среды: оптимальное рН 7,8−8,6; предельное рН 5,6 – 10,3, т.е. микроорганизмы чувствительны к кислой среде.
Окисляемым субстратом являются аммиак и мочевая кислота.
Влияние температуры: при температуре + 6 0С и ниже процесс не идет;
минимальная допустимая температура + 8 0С; при температуре более + 37 0С
скорость снижается из-за снижения растворимости кислорода.
Влияние концентрации растворенного кислорода (О2): минимально допустимое содержание О2 для начала нитрификации 1 мг/л. Оптимальная концентрация кислорода − 4 мг/л. Расход кислорода − 2,33 мг на 1 мг N (NH4+).
Вторая стадия нитрификации начинается только при успешном завершении первой, так как избыток иона аммония (NH4+) тормозит развитие возбудителей второй фазы. Вторая стадия нитрификации происходит под действием бактерий родов Nitrobacter, Nitrospina и Nitrococcus. Единственным субстратом окисления являются нитриты. Скорость роста бактерий биомассы во
второй стадии выше, чем в первой фазе. Оптимальное значение рН 7,0 – 7,6.
На окисление 1 мг азота нитритов расходуется 3,4 мг кислорода. Микроорганизмы этой стадии к токсикантам менее чувствительны, чем микроорганизмы
первой.
Таким образом, лимитирующей является первая стадия нитрификации.
Интенсивность нитрификации прямо пропорциональна численности
нитрифицирующих бактерий. Поэтому избыточное удаление ила из системы
отрицательно влияет на стадию образования нитритов и на весь процесс нитрификации. Необходимы низкие нагрузки на ил и большой возраст ила (не
менее 5 суток, лучше − свыше 8 суток). При нагрузках 400 – 500 мг БПК/1г
активного ила нитрификация практически не идет, при 200 – 250 мг БПК /г
нитраты появляются, при 100 – 150 мг БПК /г – нитрификация протекает особенно интенсивно, и большая часть азота переходит в нитраты. Существенное
влияние нагрузки на наличие и глубину нитрификации объясняется необходимостью предварительного изъятия органических загрязняющих веществ из
сточных вод, а также тем, что нагрузки определяют величину нитрификационного потенциала в сточных водах
Нитрификационным потенциалом сточных вод принято считать соотношение значений БПК5 и общего азота в осветленных сточных водах после
первичного отстаивания. В обычных системах очистки, работающих на полное окисление с последующей нитрификацией, нитрификационный потенциал составляет 5 – 6. При его росте интенсивность нитрификации снижается.
9
Нитрификационный потенциал определяет величину фракций бактерий
нитрификаторов в биомассе ила. Соотношение между нитрификационным
потенциалом сточных вод и фракцией нитрификаторов приведено в таблице
1.
Подавляющее большинство сооружений городской канализации в России пострены с учетом полного окисления органических веществ с последующей нитрификацией. Причинами подавления нитрификации на действующих сооружениях могут быть:
− присутствие в очищаемых сточных водах сложноокисляемых веществ, ксенобионтов и токсикантов;
− низкий возраст ила;
− низкая концентрация кислорода;
− высокий нитрификационный потенциал;
− малая продолжительность аэрации;
− недостаточная аммонификация органических соединений в системе
канализации.
Таблица 1
Соотношение между нитрификационным потенциалом сточных вод
и фракцией нитрификаторов*
Нитрификационный потенциал
(БПК5/Nобщ)
Фракция нитрификаторов
0,5
1
2
3,0
4
5
6
7
8
9
*общая масса бактерий активного ила принята за единицу
0,35
0,21
0,12
0,083
0,064
0,054
0,043
0,037
0,033
0,029
Денитрификация - процесс восстановления нитритов и нитратов до
свободного азота, который выделяется в атмосферу. Процесс может быть реализован при наличии в воде определенного количества органического субстрата, окисляемого сапрофитными микроорганизмами до углекислого газа и
воды за счет кислорода азотсодержаших соединений. В качестве органического субстрата в процессе денитрификации могут быть использованы любые
биологически окисляемые органические загрязнения, а также осветленные
сточные воды и органические производственные стоки, предпочтительно не
содержащие азота. Денитрификация осуществляется многоступенчато. В основном ее обеспечивают денитрифицирующие бактерии: Thiobacillus denitri-
10
ficans, Pseudomonas fluorescens, Ps.aeroginosa, Nitrococcus. Нитраты используются микроорганизмами – денитрификаторами как акцепторы электронов.
Для их нормальной жизнедеятельности требуются бескислородные условия.
Допустимая температура от 5 до 50 0С, оптимальная 10 – 35 0С. Диапазон рН
= 6,0 – 9,0, наивысших значений эффективность денитрификации достигает
при рН 7,0 – 7,5.
К токсическому действию поллютантов денитрификаторы менее чувствительны, чем нитрификаторы.
При денитирфикации выделяется кислород − 2,86 мг при распаде нитратов и 1,73 мг – при распаде нитритов в расчете на 1 мг азота.
Денитрификационный потенциал в поступающих в аэротенки сточных
водах должен быть не менее 3,5, а при его значениях выше 6 процесс денитрификация идет наиболее эффективно. Денитрификационный потенциал,
равный двум, является не благоприятным для успешного процесса денитрификации.
Процесс одновременной нитрификации − денитрификации постоянно
присутствует во всех сооружениях, обеспечивающих глубокую нитрификацию, поскольку в сооружениях биологической очистки всегда есть анаэробные зоны. Одновременная нитрификация − денитрификация может развиваться в крупных хлопьях ила. При обычной схеме денитрификация может
происходить в основном во вторичных отстойниках, особенно часто в летний
период и сопровождаться значительным выносом ила (особенно при глубокой
нитрификации).
1.4. Технологические схемы биологической очистки
с глубоким удалением биогенных элементов
Как следует из выше сказанного, для удаления и азота и фосфора требуется создание в аэротенке различных зон, которые по степени обеспеченности
кислородом подразделяются на три основных: аэробная, аноксидная и анаэробная, каждая из которых характеризуется специфическими условиями для
реализации определенных микробиологических процессов [2].
Первичная аэробная зона имеется на всех сооружениях с аэротенками,
предназначенных для удаления органических загрязняющих веществ с последующей нитрификацией. В сточных водах, прошедших очистку в данной зоне, снижается содержание органических веществ, характеризуемых показателями ХПК, БПК, и содержание аммонийного азота, а содержание минеральных азотсодержащих соединений – нитритов, нитратов увеличивается. Окислительные процессы в этой зоне осуществляются в основном в аэробных условиях микроаэрофилами, а при использовании мелкопузырчатых диффузоров воздуха и при низких нагрузках по органическим загрязняющим веществам на активный ил – аэрофилами.
11
В аноксидной зоне свободный кислород отсутствует, так как воздух в
иловую смесь не подается и ее перемешивание обеспечивается низкоскоростными погружными механическими мешалками, однако он присутствует в химически связанном виде в форме нитратов. При благоприятных условиях в
этой зоне идет активная денитрификация. Денитрификация интенсифицируется подачей дополнительной легкоокисляемой органики и протекает по
уравнению:
6NO3- + 5CH3OH→3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6(OH)Органические
вещества
В аноксидной зоне присутствуют микроаэрофилы и факультативные
анаэробы.
В анаэробной зоне О2 в свободном виде отсутствует, в связанном – его
количество минимально. В этой зоне продолжается денитрификация, идет накопление биомассы организмов, способных откладывать в своих клетках полифосфаты, стимулируется их способность поглощать фосфаты в последующей вторичной аэробной зоне. Содержание фосфатов в сточной воде в этой
зоне повышается, а количество нитритов и нитратов сокращается. Работают
факультативные и облигатные (строгие) анаэробы. Очень важно наличие на
этой стадии легкоокисляемой органики.
Вторичная аэробная стадия завершает цикл удаления N и Р. В этой зоне
идет «жадное» поглощение Р.
Этим способом можно удалить и азот, и фосфор, но это дорого и по капитальным и по эксплуатационным затратам.
Известно, что для предотвращения цветения водоемов, необходимо
удалить один из биогенов − азот или фосфор.
Для удаления азота можно использовать схему (рисунок 2), позволяющую применить её уже на действующих канализационных очистных сооружениях.
1
2
3
Рис. 2. Процесс нитрификации – денитрификации, обеспечиваемый
в одном коридоре аэротенка: 1−первичный отстойник; 2 – аэротенк; 3− вторичный
отстойник; СВ – сточная вода; ОСВ – осветленная сточная вода; Возвр.
ил− циркулирующий активный ил; Изб. ил – избыточный ил;
Очищ. СВ – очищенная сточная вода
12
Недостаток этой схемы − переход от аэробных к анаэробным условиям
для гетеротрофных флокулообразующих бактерий сложен. В отсутствии изоляции аэробных и анаэробных зон возможно развитие и накопление нитчатых
бактерий, которые являются в основном факультативными анаэробами, и
нитчатое вспухание ила.
Есть смысл изолировать зоны нитрификации и денитрификации, проводить эти процессы в разных коридорах аэротенков − вытеснителей, как это
показано на рисунке 3.
1
2
3
Рис. 3.Процесс нитрификации – денитрификации, обеспечиваемый сочетанием аэробных
и анаэробных процессов в разных коридорах аэротенка
Технологические схемы совместного удаления N и P
Наиболее известная, широко применяемая в Европе, схема очистки, позволяющая эффективно удалять соединения азота и фосфора на низконагружаемых сооружениях, получила название Bardenpho процесс (рисунок 4)
Рис. 4. Процесс Bardenpho
Процесс начинается с аноксидной стадии, в которой осуществляется
денитрификация. В эту зону подаются сточные воды, используемые для денитрификации как источник углерода, и иловая смесь после нитрификатора,
которая содержит нитриты и нитраты. Затем следует аэробная стадия, где
происходит снижение содержания органических загрязняющих веществ в
очищенных сточных водах и нитрификация. Смесь ила из этой зоны, содержащая нитраты, подается в следующую аноксидную зону денитрификации и
13
одновременно в предыдущую аноксидную зону денитрификации. Процесс заканчивается аэробной зоной, в которой осуществляется нитрификация и частичная дефосфотация.
Процесс Phoredox (рисунок 5) представляет собой модификацию процесса Bardenpho. По сравнению с процессом Bardenpho добавляется дополнительная анаэробная стадия с коротким периодом пребывания сточной воды
(1- 3 часа), в которой обеспечивается рост и функционирование фосфор накапливающих бактерий и стимулируется жадное потребление Р в последующей
аэробной стадии. Изъятие общего Р может достигать 95%.
Рис. 5. Phoredox
ИСТ – процесс (University of Cape Town) представляет модификацию
Phoredox процесса с тремя рециркулирующими потоками, а не с двумя, как в
предыдущих процессах (рисунок 6). Эффективность удаления органических –
загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5 составляет в этой
схеме 95%, общего азота – 80%, общего фосфора – 70%. Общее время пребывания сточных вод в сооружениях биологической очистки −15 – 20 часов.
Рис. 6. ИСТ – процесс
В процессе Phostrip (изъятие фосфора) кроме биологического удаления
азота и фосфора используется дополнительное изъятие Р (до 95%) с помощью
химических реагентов (рисунок 7).
14
Рис. 7. Phostrip – процесс
Условные обозначения для рисунков 3 − 7 приведено на рисунке 2.
1.5. Примеры расчета аэротенков
с глубоким удалением биогенных элементов
1.5.1. Расчет аэротенка нитрификатора в присутствии
биоразлагаемых органических веществ [3]
Исходные данные:
расход сточных вод 48000 м3/сут.; БПКполн. сточных вод на входе − Len
=150 мгО2/л; БПКполн. сточных вод на выходе – Lех =8 мгО2/л; содержание аммонийного азота в исходной воде Сnen =50 мг/л; содержание аммонийного азота в очищенной воде Сneх=2 мг/л; температура жидкости 20 ОС; концентрация
кислорода в аэротенке 2мг/л; рН 7,8.
Значения констант при окислении органических веществ и обеспечении
глубокой нитрификации: максимальная скорость окисления ρmax = 70 мг/(г·ч);
константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ
Кl = 65 мг БПКполн/л; константа, характеризующая влияние кислорода Ко =
0,625 мгО2/л; коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила
φ =0,14 л/г.
Удельная скорость роста нитрификаторов μn, сут -1, определяется по
формуле
n 
K pH  K T  K oc  K c   max  N
KП  N
,
15
где КрН – коэффициент, учитывающий влияние рН [3, с. 81];
КТ – коэффициент, учитывающий влияние температуры жидкости [3,
с.81];
КОС – коэффициент, учитывающий влияние концентрации растворенного кислорода, который определяется по формуле
K oc 
Co
K o  Co
,
где Со –концентрация растворенного кислорода в иловой смеси, мг/л;
Ко – константа полунасыщения, равная 2 мгО2/л;
КС – коэффициент, учитывающий влияние токсичных компонентов, определяется по формуле
Kc 
J
J  Ci
,
где J –константа полунасыщения, мг ингибитора/л;
Ci – концентрация ингибитора, мг/л;
μmах – максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов,
равная 1,77 сут -1 при рН =8,4 и температуре 20 ОС;
КП –константа полунасыщения, мгN −NH4+/л;
N – концентрация аммонийного азота в очищенной жидкости, мг/л
 n  1  0,78 
2
2
1 1,77 
 0,051сут 1
22
25  2
Минимальный возраст нитрифицирующего ила Ө определяется по формуле
 
1
n

1
 19 , 6 сут
0 , 051
Удельная скорость окисления органических веществ ρ, мг/(г·ч), определяется по формуле
 
K э  0 , 0417 K p

,
где Кэ – энергетический физиологический коэффициент, мг БПК полн./(г·ч);
Кр –физиологический коэффициент роста микроорганизмов активного
ила, мг БПК полн./г·(для городских сточных вод Кэ =3,7 мг БПК полн./(г·ч); Кр
=864 мг БПК полн./г)
16
  3,7  (864  0,0417 ) / 19,6  5,54 мгБПК полн /( г  ч)
L
C
1
ex
o
По формуле    max L  C  K  C  K  L  1    a ,
ex
o
l
o
o
ex
i
зная ρ, находим концентрацию беззольной части активного ила ai при Lex =8
мгО2/л., ai= 2,42г/л.
Продолжительность аэрации сточных вод tatm, ч, в аэротенке – смесителе с нитрификацией аммонийного азота определяется по формуле
t atm  ( L en  L ex ) /( a i   )  (150  8 ) /( 2 , 42  5 , 54 )  10 , 6 ч
Концентрация нитрифицирующего ила в иловой смеси, г/л, определяется по формуле
a in  1, 2  a is
C n
,
t atm
где ais – концентрация микроорганизмов, г/л, принимаемая в зависимости от
возраста ила по таблице 19 [3];
∆Сn –количество аммонийного азота, которое должно быть окислено, мг/л.
a in  1, 2  0 , 055
50  2
 0 ,3 г / л .
10 , 6
Общая концентрация беззольного ила в иловой смеси аэротенков составляет: 2, 42+0,3=2,72г/л.
С учетом 30% зольности доза ила по сухому веществу составит
a 
2 , 72
 3 ,88 г / л .
0 ,7
Удельный прирост избыточного ила Кg определяется по формуле
Kg 
41 , 7  a  t atm
41 , 7  3 ,88  10 , 6

 0 , 62 мг / мгБПК полн .
( L en  L ex )  
(150  8 )  19 , 6
Суточное количество избыточного ила составит:
G 
0 , 62  (150  8 ) 48000
 4226 кг / сут .
1000
17
Объем аэротенков – нитрификаторов:
W 
48000  10 , 6
 21200 м 3 /
24
Принимаем четыре секции аэротенка – смесителя: рабочий объем одной
секции 5400 м3, длина секции – 60 м, число коридоров – 3, ширина коридора –
6 м, рабочая глубина аэротенка 5 м [4].
Удельный расход воздуха qair , м3/м3 очищаемой воды, при пневматической системе аэрации определяется по формуле
q air 
1,1  ( L en  L ex )  ( C nen  C nex )  4 , 6 
,
K 1  K 2  K T  K 3 (C a  C o )
где К1 – коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой
зоны и аэротенка по таблице 42 [1];
К2 –коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов и принимаемой по таблице 43[1]
КT – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который следует определять по формуле
K T  1  0 , 02 ( T w  20 ),
где ТW – среднемесячная температура воды за летний период, ОС;
К3 –коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных
вод 0,85;
Ca – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определяемая по формуле

ha 
  C T ,
С а   1 
20
,
6


где СТ – растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, мг/л;
ha – глубина погружения аэратора, м.
K T  1  0 , 02 ( 20  20 )  1,

4 ,8
С а   1 
20 , 6


  9 , 02  11 ,1 мг / л ,

18
q air 
1,1  (150  8 )  ( 50  2 )  4 , 6 
 10 , 5 м 3 / м 3 СВ .
1, 68  2 , 92  1  0 ,85  (11 ,1  2 )
1.5.2. Расчет аэротенков с нитрификацией
и денитрификацией азота
Расчет приведен по трем схемам, приведенным на рисунках 8а,8в,8г.
Рис. 8а.1 – первичный отстойник, 2 – аэротенк, 3 – нитрификатор,
4 – денитрификатор, 6 – вторичный отстойник,
7 – насосная станция циркуляционного ила, 8 – возвратный ил
По этой схеме [5] денитрификатор устанавливается в начале сооружения. В качестве питательного субстрата используются загрязнения самой
сточной жидкости. В случае недостатка питательного субстрата, поступающего со сточной жидкостью, вводится искусственный субстрат. Если количество питательного субстрата сточной жидкости превышает то количество, которое необходимо для восстановления поступающего в денитрификатор азота
нитратного, то после денитрификации желательно предусмотреть аэротенк, в
котором БПКполн. сточной жидкости будет снижаться до 15 мгО2/л. Устройство нитрификатора на последней стадии очистки стоков не позволяет удалить
из сточной жидкости азот полностью, а может лишь обеспечить окисление
азота аммонийного до азота нитратного. Концентрация нитратов в очищенной
сточной жидкости будет зависеть от степени рециркуляции активного ила:
чем она выше, тем ниже концентрация азота нитратного.
По этой схеме (в) осветленная сточная вода делится на два потока: один
направляется а аэротенк, другой – в денитрификатор. При высоких значениях
БПКполн. осветленной сточной жидкости исключается применение искусственного питательного субстрата. Недостатком этой схемы является присутствие в очищенной сточной жидкости, сбрасываемой в водоем, азота аммонийного, поступившего в денитрификатор с осветленной водой. Его концентрация также зависит от системы рециркуляции [5].
19
Рис. 8в. 1 – первичный отстойник, 2 – аэротенк, 3 – нитрификатор,
4 – денитрификатор, 5 – постаэратор, 6 – вторичный отстойник,
7 – насосная станция циркуляционного ила, 8 – возвратный ил
По схеме (г) для процессов нитрификации и денитрификации использованы аэротенки с рассредоточенной подачей воды. Эта модификация сочетает
преимущества аэротенка − вытеснителя, обеспечивающего высокое качество
очистки, с достоинствами аэротенка – смесителя, позволяющего усреднить
нагрузку на активный ил вдоль сооружения. В этой модификации может применяться переменная по длине аэрация и продольное секционирование аэротенка. Секционирование позволяет более строго поддерживать заданный режим аэрации в пределах каждой секции. При необходимости может быть
предусмотрена регенерация активного ила в головной части аэротенка за счет
прекращения впуска сточной воды в первой точке от входа в аэротенк.
сточная вода
г)
Аэрационная зона изъятия
БПК нитрификация
Аноксидная
зона
денитрифи
кации
Зона
отдувки
азота
Вторичный
отстойник
Циркулирующий активный ил
сточная вода
1
2
3
4
5
6
Циркулирующий активный ил из вторичных отстойников
Рис. 8г. 1 – 4 – секции нитрификации (поперечные перегородки не доходят до дна
и выше уровня воды); 5 – секция денитрификации (поперечная перегородка доходит
до дна и ниже уровня воды); 6 – секция отдувки азота (поперечная перегородка
не доходит до дна и выше уровня воды)
20
Секции нитрификации предусматриваются на первой стадии очистки
сточной воды, где осуществляется удаление загрязнений по показателю БПК
и нитрификация аммонийного азота. В секциях нитрификации предусматривается переменная по длине аэрация. Аэрационная система пневматическая из
мелкопористых полимерных аэраторов «Экотон»
Процесс денитрификации осуществляется на второй ступени системы.
В денитрификаторе поддерживается аноксидный режим, т.е. отсутствие в
среде растворенного кислорода при наличии химически связанного кислорода в форме нитритов и нитратов. Перемешивание иловой смеси осуществляется воздухом с малой интенсивностью, подаваемым через перфорированные
трубы.
На завершающей стадии предусматривается секция для отдувки газообразного азота и более глубокого окисления аммонийного азота. Подача воздуха в эту секцию осуществляется через перфорированные трубы с расчетной
интенсивностью.
В аэротенке поддерживается два вида микробиальных культур: свободно− плавающая, представляющая собой активный ил в обычном его понимании и прикрепленная к нейтральному носителю. В качестве носителей микрофлоры используются фиксировано установленные насадки из полиэтиленовых призм ПР – 50, позволяющие поднять дозу ила в аэротенке до 8−10 г/л,
без ухудшения работы вторичных отстойников.
Расчет аэротенка – нитрификатора – денитрификатора
по схеме (а)
Исходные данные:
Средний суточный расход Qсут = 70000 м3/сут;
Содержание азота аммонийных солей СN-NH4+ = 40 мг/л;
Реакция среды рН = 8;
Общий максимальный коэффициент неравномерности
притока сточных вод Кgen max =1,48;
Расход максимальный часовой Q max= 4317 м3/час;
Концентрация взвешенных веществ в исходной воде Сen = 260 мг/л;
Значение БПКполн. исходной воды Len =300 мгО2/л;
Содержание азота органического в исходной воде С N-орг = 5 мг/л
Температура сточной воды среднезимняя Тзw = 12 0C
Температура сточной воды среднелетняя Тлw = 19 0C
Эффективность осветления в первичных отстойниках Эосв = 50 %
Сточные воды после очистки сбрасываются в водоем рыбохозяйственного назначения I-ой категории.
Концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в денитрификатор из первичных отстойников:
21
C cdp 
C en  (100  Э осв )
260  (100  50 )

 130 мг / л .
100
100
Значение БПКполн.сточной жидкости, поступающей в денитрификатор
из первичных отстойников:
L cdp  L en  C en (1  s )  (1  Э осв ),
где s- зольность частиц, поступающих со сточной водой в денитрификатор,
принимается равной 0,3.
Lcdp= 300-260 (1-0,3)·(1-0,5) = 209 мг/л
Прирост активного ила в денитрификаторе и аэротенке
П i  0 ,8  C cdp  0 , 3  L cdp  0 ,8  130  0 , 3  209  166 , 7 мг / л
Количество азота, пошедшее на синтез клеток микроорганизмов в денитрификаторе и аэротенке :
 N  
П i   М  m  (1  S ),
где М – доля микроорганизмов в активном иле, принимается равной 0,2-0,3;
m – доля азота в клетках микроорганизмов в пересчете на сухое вещество,
принимается равной 0,05-0,15.
 N   166 , 7  0 ,3  0 ,1  (1  0 ,3 )  3 ,5 мг
/ л.
Концентрация азота органического, поступающего в денитрификатор из
первичного отстойника:

 C

 N  N орг  cdp
C N  N орг  (100  Э осв )
100

5  (100  50 )
 2 , 5 мг / л .
100
Требуемая степень рециркуляции активного ила в системе «вторичный
отстойник – эротенк –вторичный отстойник», обеспечивающая снижение азота нитратов в очищенной сточной воде до значений ПДК (9,1 мг/л), определяется из уравнения материального баланса по азоту:
22


C


C


N
N
орг 
 N  NH
4

 cdp
,
C ПДК


N

1  Ri
N  NO 3
9 ,1  3 , 5 
40  2 , 5
, R =2,37
i
1  Ri
Количество азота нитратов, поступивших в денитрификатор из вторичного отстойника с рециркуляционным потоком:


 Q сут  R i
C
 
N

NO
3  den
9 ,1  70000  2 , 37


A

 1 , 51 т / сут .
6
N  NO 3
10
10 6
Значение азота нитратного в сточной воде, поступающей в денитрификатор с учетом рециркуляционного потока:



С


 N  NO 3  dn
где


С
 
 N  NO 3  en
и




 Q сут   C
C

  Qц


 N  NO 3  en
 N  NO 3  ц
Q сут  Q ц


С
 
 N  NO 3  ц
,
− концентрация азота нитратного в исход-
ной сточной жидкости и циркулирующем иле соответственно, составляет


 С

N  NO 3 

en
 0 мг
/ л
,


 9 ,1 мг / л ;

С
N  NO 3 

ц
Qсут, Qц –расход сточной воды и циркулирующего ила соответственно
0  9 ,1  70000  2 , 37



 6 , 4 мг / л .
С


70000  (1  2 , 37 )
 N  NO 3  dn
Количество загрязнений по БПКполн, пошедшее в денитрификаторе на
восстановление азота нитратного:
 A L вос
 К iden  A
 4  1, 51  6 , 04 т / сут ,
N  NO 3
den
− коэффициент, принимаемый равным 4 для обеспечения полного
где К i
восстановления нитратов до элементарного азота (БПКполн:СN-NO3- =4:1)
23
Количество загрязнений по БПКполн, поступающих в денитрификатор:
 A L den

L en cdp
 Q сут

10 6
209  70000
 14 , 63 т / сут .
10 6
Количество загрязнений по БПКполн, поступающих в аэротенк:
 A L atp
 ( А L ) den  ( A L ) вос  14 , 63  6 , 04  8 , 59 т / сут .
Значение БПКполн в сточной воде, поступающей в аэротенк:
L en аэр

 A L atp
 10 6
Q сут

8 , 59  10 6
 122 , 7 мг / л .
70000
Продолжительность обработки сточной жидкости в денитрификаторе:
den
den




 C
C




 N  NO 3  en
 N  NO 3  ex
t den 
a i  1  s iden   den


20
,
T wз
den
den


где  С N  NO 3 
en

и


С
 
N
NO

3

 ex
− концентрация нитратов на входе и
выходе из денитрификатора соответственно;
ai – доза ила в денитрификаторе, принимается равной 1-5 г/л, принимаем
2 г/л;
ρden− скорость восстановления нитратов, принимается в зависимости от
начальной концентрации нитратов по таблице 2.
Таблица 2
Зависимость скорости восстановления нитратов
от начальной концентрации нитратов
den


С


 N  NO 3  en , мг/л
ρden, мг/(г·ч)
0
0
0
0
0
0
0
0
,5
1,5
3,5
5,0
7,0
7,5
8,5
9,0
Sdeni− зольность активного ила, принимается равной 0,25-0,30;
Тзw− температура сточной жидкости для самого неблагоприятного холодного времени года, 0С;
24
t den 
6,4  0
20

 1, 02 ч .
2  1  0 , 3   7 , 5 12
Объем денитрификатора:
W den  Q m  t den  (1  R i ),
где Qm − средний расход сточной жидкости, поступающей на сооружения
биологической очистки, при tden = 1,02 ч Qm= Qmax =4317м3/ч
W den  4317  1, 02  (1  2 , 37 )  14839 м 3 ,
Продолжительность обработки сточной жидкости в аэротенке:
t at 
1    ai
 max  C o  a i  (1  s i )
( L en ) аэр

  C o  K o  L mix  L ex   K l  C o  ln
L ex


15
K p з ,

TW
где φ – коэффициент ингибирования процесса биохимического окисления органических веществ продуктами распада активного ила, принимается равным
0,07 г/л;
Ρmах− максимальная скорость окисления органических веществ в аэротенке, принимается по таблице 40 [1] равной 85мг БПКполн/(г·ч);
СО – концентрация растворенного кислорода в аэротенке, принимается по
СНиП 2.04.03 – 85 равной 2 мг/л [1];
аi – доза ила в аэротенке, принимается такой же, как и в денитрификаторе
1-5 г/л;
si – зольность активного ила в аэротенке примерно равна зольности ила в
денитрификаторе;
Ко – константа, характеризующая влияние кислорода, принимается по таблице 40 [1] равной 33 мг БПКполн/л;
Lmix – БПКполн сточной жидкости с учетом разбавления рециркуляционным расходом:
L mix 
( L en ) аэр  L ex R i
1  Ri

122 , 7  15  2 , 37
 46 , 96 мг / л ,
1  2 , 37
Kl –константа, характеризующая свойства органических загрязнений по
БПКполн, принимается по таблице 40 [1];
Кр – коэффициент учитывающий влияние продольного перемешивания,
принимается согласно рекомендациям [1], п.6.144.
t at 
1  0 , 07  2
85  2  2  (1  0 , 3 )
122 , 7

  2  0 , 625   46 , 96  15   33  2  ln
15

25
15

  1, 5 12  2 ч

Требуемый объем аэротенка:
W at  Q max  t at  4317  2  8634 м 3 ,
70000  ( 6 ,13  6 ,13 )
Q max 
 4317 м 3 / ч ,
2  100
Требуемая продолжительность сточной жидкости в нитрификаторе:
t нит 

C
 N  NH   C N  N орг
4



 (  N ) at , den  C ПДК 

N  NH 4
 cdp
a i  (1  s iнит )  нит К рН

20
TWз
,
где аi – доза ила в нитрификаторе, равна дозе ила в аэротенке и денитрификаторе, г/л;
Siнит – зольность ила в нитрификаторе, принимается выше, чем в аэротнке
и денитрификаторе, поскольку процесс денитрификации сопровождается минерализацией органических веществ, однако для академического проекта
можно принять равной 0,3;
ρнит− скорость окисления азота аммонийного, принимается согласно рекомендациям [4] по таблице 3.
Таблица 3
Зависимость скорости окисления азота аммонийного от его концентрации
90
70
50
30
20
5
СN-NH4, мг/л
ρнит, мг/(г·ч)
22,5
19,5
15,6
11
4
2,5
КрН – коэффициент, учитывающий влияние рН, принимается по таблице 4.
Таблица 4
рН
КрН
6
0,14
t нит 
6,5
0,28
Зависимость КрН от значения рН
7
7,5
8
8,5
0,18
0,73
0,95
1,0
9
0,87
40
 2 , 5   3 , 5  0 , 39 20

 3 , 63 ч .
2  (1  0 , 3 )  13 , 3  0 , 95 12
Требуемый объем нитрификатора:
W нит  Q max  t нит  4317  3 , 63  15671 м 3 ,
Требуемый объем денитрификатора, аэротенка, нитрификатора:
∑W = 14839 + 8634 + 15671 =39144, м3
Подбираем аэротенк – нитрификатор – денитрификатор.
26
9,5
0,68
Принимаем 6 секций 4-х коридорного аэротенка (А-4-6-4,4) [4, таблица
66.18]. Ширина коридора 6 м, глубина аэротенка 4,4 м, длина секции 66 м,
рабочий объем одной секции 6968 м3. Общий объем 41808 м3.
Доля каждого сооружения в общем объеме Рat = 8634/39144 = 0,22
Рнит =15671/39144 = 0,40; Рден = 14839/39144 = 0,38.
Размеры денитрификатора, аэротенка и нитрификатора:
L=Lобщ·Р
где Lобщ·− общая длина коридоров в секции, м.
Lобщ = 66·4 = 264 м.
Lден = 264·0,38 = 100,3 ≈ 100 м.
Lнит = 264·0,4 = 105,6 ≈ 106 м.
Lат = 264 ·0,22 = 58,1 ≈ 58 м.
Распределение объемов сооружений приведено на рисунке 9.
Рис. 9. Схема аэротенка – нитрификатора – денитрификатора
Требуемый удельный расход воздуха в аэротенке и нитрификаторе:



q 0 Len  L ex   Lэкв
 Lэкв
en
ex
q air 
,
К 1  К 2  К 3  К 4  (С а  С о )
где К1 –коэффициент, учитывающий тип аэратора; для мелкопузырчатой
аэрации К1 = 1,34 при соотношении fair/Fat = 0,05 [1 таблица42];
К2 – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора, при Нair
= 4,4 -0,2=4,2 м, К2 = 2,6, где 4,4 м – глубина аэротенка; 0,2 м – высота расположения аэратора над дном аэротенка;
К3 – коэффициент, учитывающий температуру сточной жидкости; К3 =
1+0,02·(Тл w-20)= 1+0,02 (19-20)=0,98;
27
К4− коэффициент качества воды, принимается равным 0,85 для хозяйственно−бытовых стоков;
Lenэкв – количество кислорода, необходимое для полного окисления азота:

L экв
en   С N  NH   C N  N орг   N ден , аэр  0 , 05 L ex
4

Lэкв
en  40  2 ,5  3,5  0 , 05  15  3, 43  131 , 2 мг / л


  3 , 43 , мг / л



Lexэкв – количество кислорода, необходимое для окисления оставшегося азота:

 С ПДК
L экв

 3 , 43
ex
 N  NH 
4


  0 , 39  3 , 43  1, 34 мг / л ;


где Са – растворимость кислорода в сточной жидкости при заданной температуре:

H air
С а  C T  1 
20 , 6

 Pатм
 
,
 Pнорм
где Ст – растворимость кислорода воздуха в дистиллированной воде при самой
неблагоприятной температуре (летний период), принимается по таблице 5.
Таблица 5
Растворимость кислорода в воде в зависимости
от температуры при нормальном давлении
Температура жид- Растворенный
кости, 0С
слород, мг/л
0
14,65
1
14,25
2
13,86
3
13,49
4
13,13
5
12,79
6
12,46
7
12,14
8
11,84
9
11,55
10
11,27
11
11,0
12
10,75
13
10,5
14
10,26
15
10,03
ки- Температура
кости, 0С
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
28
жид- Растворенный
слород, мг/л
9,82
9,61
9,4
9,21
9,02
8,84
8,67
8, 5
8,33
8,18
8,02
7,87
7,72
7,58
7,44
ки-
ст;
Ратм – расчетное атмосферное давление района проектирования, мм рт
Рнорм– нормальное атмосферное давление, равно 760мм рт ст.

4 ,2
С а  9 , 21  1 
20 , 6

q air 
 730
 
 10 , 7 мг / л .
 760
1,1122,7  15   131,2  1,34 
 10,35 м 3 /( м 3ч ),
1,34  2,6  0,98  0,85  (10,7  2)
Общий расход воздуха, подаваемого в аэротенк и нитрификатор:
Q air  q air  Q max  10 ,35  4317  44679 м 3 / ч ,
Подбор воздуходувок, количество воздуходувок с учетом их параллельной работы
Nв 
Q air
,
k  Qв
где Qв – производительность воздуходувки, м3/ч;
k – коэффициент, вводимый при работе двух и более воздуходувок,
принимается равным 0,8.
Принимаем воздуходувки марки ТВ-175-1,6 [4] со следующими характеристиками: производительность – 10000 м3/ч; давление −1,6 атм; мощность
на валу электродвигателя – 250 кВт; число оборотов – 3290 об/мин.
Nв 
44679
0 , 8  10000
 5 , 6  6 шт .
Количество избыточного активного ила, удаляемого из биологической
системы:
П i  П i  at  166 ,7  10  156 ,7 мг / л.
Суточное количество избыточного ила по сухому веществу:
Аi 
 П i  Q сут
10 6

156 , 7  70000
10 6
 10 , 97 т / сут
Объем избыточного активного ила:
29
Qi 
100  A i
(100  Pi )  
a

Pi   1  ил .кам
1000


  100

 1  Ri
а ил .кам  а i 
 Ri

 1  2 ,37
  2 
 2 ,37




  2 ,84 г / л.

2 ,84 

Pi   1 
  100  99 , 7
1000 

100  10 ,97
Qi 
 3657 м 3 / сут
(100  99 , 7 )  1
Подбор насосов циркулирующего активного ила [6].
Принимаем насос марки СД 800/32, мощностью 105 кВт, с числом оборотов 960 мин-1
Количество насосов:
n
Ri  Q сут
,
24  k нас  q нас
где kнас=0,8-0,9 · коэффициент, учитывающий совместную работу нескольких
насосов на один трубопровод.
n
2 ,37  70000
 10 нас ,
24  0 ,8  800
Подбираем мешалки для денитрификатора
Пример расчета аэротенка, нитрификатора и денитрификатора работающего по схеме (в)
Исходные данные:
Средний суточный расход Qсут = 70000 м3/сут;
Средний часовой расход Q ср. ч= 2917 м3/час;
Средний секундный расход q ср.сек= 810 л/с;
Общий максимальный коэффициент неравномерности
притока сточных вод Кgen max =1,48;
Расход максимальный часовой Q max= 4317 м3/час;
Содержание азота аммонийных солей СN-NH4+ = 24 мг/л;
Реакция среды рН = 7,0;
30
Концентрация взвешенных веществ в исходной воде Сen = 260 мг/л;
Значение БПКполн. исходной воды Len =300 мгО2/л;
Содержание азота органического в исходной воде С N-орг = 3 мг/л
Температура сточной воды среднезимняя Тзw = 12 0C
Температура сточной воды среднелетняя Тлw = 19 0C
Эффективность осветления в первичных отстойниках Эосв = 50 %
Концентрация азота аммонийных солей в очищенной воде 2 мг/л;
Концентрация азота нитратов 0, мг/л;
Сточные воды после очистки сбрасываются в водоем рыбохозяйственного назначения I-ой категории.
Концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в аэротенк из первичных отстойников:
C at 
C en  (100  Э осв )
260  (100  50 )

 130 мг / л .
100
100
Значение БПКполн.сточной жидкости, поступающей в аэротенк из первичных отстойников:
L at  L en  C en (1  s )  (1  Э осв ),
Lat= 300-260 (1-0,3)·(1-0,5) = 209 мг/л
Концентрация азота органического в сточной жидкости, поступающей в
аэротенк:
 C
 
 N  N орг  at
C N  N орг  (100  Э осв )
100

3  (100  50 )
 1, 5 мг / л .
100
Прирост активного ила в аэротенке:
П i  0 ,8  C at  0 , 3  L at  0 ,8  130  0 , 3  209  166 , 7 мг / л
Количество азота, пошедшее на синтез клеток микроорганизмов и аэротенке:
 N at
 П i   М  m  (1  S ),
где М – доля микроорганизмов в активном иле, принимается равной 0,2-0,3;
m – доля азота в клетках микроорганизмов в пересчете на сухое вещество,
принимается равной 0,05-0,15.
31
 N   166 , 7  0 , 25  0 ,1  (1  0 ,3 )  2 ,92 мг
/ л.
Общее количество азота, поступающего в нитрификатор:
 C

 ( С N  N орг ) at  С N  NH 4  (  N ) аt , мг / л .
 N  N общ  нит
 C

 1, 5  24  2  23 , 5 мг / л .
 N  N общ  нит
Концентрация азота нитратного, поступающего в денитрификатор:

C

 N  NO 3

 ( С N  N общ ) нит  23 , 5 мг / л .

 ден
Требуемое количество органических веществ (органический субстрат),
направляемых в денитрификатор для полного восстановления азота нитратного до азота элементарного:
L en ден
 4 (С
)
 4  23 , 5  94 мг / л .
N  NO 3 ден
Количество неочищенной сточной жидкости, направляемой в денитрификатор, определяется из уравнения материального баланса загрязнений:
L at  Q ден  ( Q сут  Q ден )  ( L en ) ден ,
Q ден  Q сут  ( L en ) ден /( L at  ( L en ) ден ),
Q ден  70000  94 /( 209  94 )  21716 м 3 / сут .
Тогда в аэротенк будет направляться
Q at  Q сут  Q ден  70000  21716  48284 м 3 / сут .
Распределение сточной жидкости между аэротенком и денитрификатором в долях единицы
G ден  21717 / 70000  0 , 31
G at  48284 / 70000  0 , 69
Прирост ила в денитрификаторе
32
( П i ) ден  0 ,8  130  0 , 3  94  132 мг / л
Количество азота, пошедшего на синтез клеток микроорганизмов в денитрификаторе:
(  N ) ден  ( П i ) ден  М  m  (1  s )  132  0 , 25  0 ,1  (1  0 , 3 )  2 , 31 мг / л
Концентрация общего азота в денитрификаторе без учета рециркуляционного расхода:


C

 ( С N  N орг ) at  С N  NH 4  (  N ) ден , мг / л .
 N  NH  
4  ден



C

 1, 5  24  2 , 31  23 ,19 мг / л .

 N  NH 
4  ден

Требуемая степень рециркуляции, обеспечивающая на выходе из денитрификатора концентрацию азота аммонийного равного 2 мг/л, что соответствует заданному значению на сброс в водоем, определяется из уравнения
материального баланса загрязнений:


C

 Q ден  С доп
 Q сут  (1  R i )

 N  NH 
N  NH 4
4  ден



C

 Q ден

 N  NH 
4  ден
23 ,1  21716

1 
 1  2 ,6
Ri 
2

70000
С доп
Q

сут

N  NH 4
Общая продолжительность обработки загрязнений в аэротенке:
to 
L en  L ex
15

з
a r  R i  (1  s )   T w

1
a r  a i    1 
2 Ri



1 
  2  1 
  2 , 4 г / л


2

2
,
6



L ex  C o
1

,
   max 
L ex  C o  C o  K l  L ex  K o 1    a i
15  2
1
  85 

 20 , 6 мгБПК полн /( г  ч ),
15  2  2  33  15  0 , 625 1  0 , 07  2 , 4
33
to 
209  15
15

 3,4 ч
2 , 4  2 , 6  (1  0 , 3 )  20 , 65 12
Продолжительность нахождения сточной жидкости в аэротенке:
t at 
2 ,5
ai
 lg
L en
2 ,5
209

 lg
 2 , 04 ч
L ex
15
2
Продолжительность нахождения загрязнений в регенераторе:
t r  t o  t at  3 , 4  2 , 04  1, 36 ч
Продолжительность нахождения сточной жидкости в нитрификаторе:
 (С
(С N  N
)
общ нит
t нит 
t нит 
) ex
N  NH 4
20

,ч
a

К
TWз
i  (1  s iнит ) нит
20
23 , 5  2

 8 , 27 ч
2  (1  0 , 3 )  6 , 45  0 , 48 12
Продолжительность обработки сточной жидкости в денитрификаторе:
( С N  NO ) ден  ( С доп
)
3
20
N  NО3
t ден 

,ч
ден
a i  (1  S i
)   ден
TWз
t ден 
20
23 , 5  0

 2 ,3 ч
2  (1  0 , 3 ) 12 , 2 12
Расчетный расход сточной жидкости проходящей через денитрификатор:
Q ден 
Q сут  P1  P2  .....  Pn
T 100


70000  6 ,13  6 ,13 
 4317 м 3 / ч
2  100
Расчетный расход сточной жидкости, направляемый в аэротенк:
Q at  G at  Q ден  0 , 69  4317  2979 м 3 / ч
Расчетный расход осветленной сточной жидкости, направляемый в денитрификатор:
34
осв
Q ден
 Q ден  Q at  4317  2979  1338 м 3 / ч
Требуемый объем регенератора:
W r  Q at  t r  R i  2979  1, 36  2 , 6  10534 м 3
Требуемый объем аэротенка:
W at  Q at  t at  (1  R i )  2979  2 , 04  (1  2 , 6 )  21878 м 3
Требуемый объем нитрификатора:
W нит  Q нит  t нит  2979  8 , 27  24636 м 3
Требуемый объем денитрификатора:
W ден  Q ден  t ден  4317  2 , 3  9929 м 3
Требуемый объем постаэратора:
W пост  Q пост  t пост  4317  1  4317 м 3
Общий объем регенератора, аэротенка, нитрификатора, денитрификатора, постаэратора:
W  10534  21878  24636  9929  4317  71294 м 3
Доля каждого сооружения от общего объема:
Рr=10534/71294=0,15
Рад= 21878/71294=0,31
Рниn= 24636/71294=0,34
Рден= 9929/71294=0,14
Рпост= 4317/71294=0,06
Подбираем размеры сооружения. Принимаем 5 секций четырех коридорного аэротенка А−4−9−4,4. Объем секции 14250 м3. Общий объем 71250
м3.
35
Размеры каждого сооружения:
Lобщ =90 ·4=360 м; Lr= 360 ·0,15=54 м; Lat =360 ·0,31=111,6 м; Lнит =360
·0,34=122,4 м; Lден =360 ·0,14=50,4 м; Lпост =360 ·0,06=21,6 м;
Распределение объема сооружения между регенератором, аэротенком,
нитрификатором, денитрификатором, постаэратором приведено на рисунке 10
Рис. 10. Схема аэротенка с нитрификацией
и денитрификацией азота
Требуемый удельный расход воздуха в аэротенке и нитрификаторе:


экв 
q 0  L en  L ex   L экв
en  L ex


,
q air 
K 1  K 2  K 3  K 4  C a  C о 


экв

где L en    С N  N общ  нит  0 , 05 L ex   3 , 43 , мг / л ,
L экв
en  23 , 5  0 , 05  15  3 , 43  78 , 03 мг / л


L экв
ex  C N  NH 4 ex 3 , 43  0 мг / л ,
К3= 1+0,02(ТW-20)=1+0,02 (19-20)=0,98

Н air
C a  C Т   1 
20 , 6

q air 

 Pатм

4 , 2  720
 
 
 9 , 2   1 
 10 , 5 мг / л ,
20
,
6
 Р норм

 760
1,1 209  15   78 , 3  0 

1, 34  2 , 6  0 ,85  0 , 98  10 , 5  2 
36
 12 ,1 м 3 /( м 3 ч ).
Требуемый расход воздуха в аэротенке и нитрификаторе:
Q air  12 ,1  2979  36046 м 3 / ч ,
Требуемый расход воздуха в постаэраторе:
( Q air ) пост  0 , 5  4317  2159 м 3 / ч .
Общий расход воздух, подаваемый в аэротенки, нитрификаторы и постаэраторы:
( Q air ) общ  36046  2159  38205 м 3 / ч .
Требуемое количество воздуходувок.
Принимаем воздуходувки марки ТВ-175-1.6 со следующими характеристиками: производительность -10000м3/ч; давление- 1,6 атм; мощность на
валу электродвигателя -250 кВт; число оборотов 3290 об/мин
NВ 
( Q air ) общ
k QВ

38205
 5 шт .
0 ,8  10000
Количество избыточного активного ила, образующегося в аэротенке:
( A i ) at 
( П i ) at  Q at
10 6

166 , 7  48284
 8 , 05 т / сут .
1000000
Количество избыточного активного ила по сухому веществу, образующегося в денитрификаторе:
( A i ) ден 
П i ден

 а t  Q сут
10 6

(132  10 )  70000
 8 , 54 т / сут .
1000000
Общее количество избыточного активного ила, выгружаемого из биологической системы:
( A i ) общ  8 , 05  8 , 54  16 , 59 т / сут .
Объем избыточного активного ила:
( Q i ) общ 
100  ( А i ) общ
(100  Р i ) 
.
37
где Pi – влажность ила, %, определяемая по формуле
a


Pi   1  илкам .  . 100
1000 

 1  Ri
а илкам  а i  
 Ri

 1  2 ,6
  2 
 2 ,6




  2 ,8 г / л


 . 100  99 , 7 %

100  16 , 59
( Q i ) общ 
 5530 м 3 / сут
(100  99 , 7 )  1
2 ,8

Pi   1 
1000

бъем циркулирующего активного ила:
Q цаи  Q сут  R i  70000  2 , 6  182000 м 3 / сут
Для подачи циркулирующего активного ила в аэротенки принимаем насосы марки СДВ 2700/326,5, мощностью 400 кВт, КПД (η) 0,8.
Количество насосов определяем по формуле
N нас 
Q цаи
24    q нас

182000
 4 шт
24  0 ,8  1700
Принимаем четыре рабочих и два резервных насоса.
Подбираем мешалки для денитрификатора.
Пример расчета аэротенка – нитрификатора – денитрификатора
по схеме (г)
Исходные данные:
Расчетный расход сточных вод:
3
q w  q ср  q ср  Ri  1554,95  1554,95  0,3  2021,44 м /ч.
Концентрация загрязнений в поступающей воде:
- по БПКполн – 165,74 мгО2/л,
- по азоту аммонийному – 33,14 мг/л.
Концентрация загрязнений после биологической очистки:
- по БПКполн – 10 мгО2/л,
- по азоту аммонийному – 0,39 мг/л,
- по азоту нитратному – 9,1 мг/л.
38
Расчет секции нитрификации
Удельная скорость роста нитрификаторов определяется по формуле

K pH  KT  K oc  K c   max  N
K n  N  ,
где КрН – коэффициент, учитывающий влияние рН, КрН = 0,87;
КТ – коэффициент, учитывающий влияние температуры жидкости, КТ=1;
Кос – коэффициент, учитывающий влияние концентрации растворенного
кислорода, который определяется по формуле
K oc  C K   C   4 2  4  0,67 ,
где С◦ – концентрация растворенного кислорода в иловой смеси, мг/л;
К◦ – константа полунасыщения, равная 2 мгО2/л.
Кп – константа полунасыщения, мгN-NН4/л;
Кс – коэффициент, учитывающий влияние токсичных компонентов;
µmax – максимальная скорость роста нитрифицирующих микроорганизмов,
N – концентрация аммонийного азота в очищенной жидкости.
  0,87  1  0,67  1  1,77  0,5 12,98  0,5  0,038 сут .
-1
Минимальный возраст нитрифицирующего ила определяется по формуле
  1   1 0,03 8  26,32  27 сут
Удельная скорость окисления органических веществ определяется по
формуле
  K э  0.0417 K p   3,7  0,0417  864 26,32  5,07 мг/(г·ч),
где Кэ – энергетический физиологический коэффициент, мгБПКполн/(г·ч);
Кр – физиологический коэффициент роста микроорганизмов активного
ила, мгБПКполн/г.
Для городских сточных вод:
Кэ = 3,7 мгБПКполн/(г·ч),
Кр = 864 мгБПКполн/г.
39
Концентрация беззольной части активного ила аi определяется из формулы (49) [3], где для городских сточных вод  max  70 мгБПКполн/(г·ч); Кi =
65 мгБПКполн/л, φ = 0,14 л/г; К◦ = 0,625 мг/л.
   max
Lex  C
1
, подставляем значения:

Lex  C  K p  C  K   Lex 1    ai
5,07  70 
10  4
1
, отсюда

10  4  65  4  0,625  10 1  0,14  ai
ai  5,68 г/л.
Продолжительность пребывания сточных вод в аэротенке с нитрификацией аммонийного азота определяется по формуле
t atm 
Len  Lex 
ai  
,
137,83  93,05
 1,97 ч,
5,68  4
93,05  61,24
 1,4 ч,
2 секция t atm 
5,68  4
61,24  42,38
 0,83 ч,
3 секция t atm 
5,68  4
42,38  20
 0,98 ч,
4 секция t atm 
5,68  4
Всего: t atm  5,18 ч.
1 секция t atm 
Концентрация нитрифицирующего ила в иловой смеси при возрасте ила
6 суток с использованием формулы
ain  1,2  ais
Cn
,
t
где аis – концентрация микроорганизмов, ais = 0,041 г/л.
ain  1,2  0,041 
25,97  0,39
 0,24 г/л.
5,18
Общая концентрация беззольного ила в иловой смеси аэротенков составляет ai  ain  5,68  0,24  5,92 г/л, с учетом 30 % зольности доза ила по сухому веществу составит a  5,92 0,7  8,46 г/л.
Объем секций нитрификации:
Watv  q w  t atm ,
40
1 секция Watv
2 секция Watv
3 секция Watv
4 секция Watv
3
 2021,44  1,97  3982,24 м ,
3
 2021,44  1,4  2830,02 м ,
3
 2021,44  0,83  1677,79 м ,
3
 2021,44  0,98  1981,01 м .
Расход подаваемого воздуха рассчитывается по п. 6.157 [1] с учетом
дополнительного расхода воздуха на нитрификацию аммонийного азота согласно справочному пособию [2].
Удельный расход воздуха очищаемой воды, при пневматической системе аэрации:
q Len  Lex   1,1C nen  C nex 4,6
,
K1  K 2  K T  K 3 C a  C 
1,1137,8  93,05  1,125,97  14,454,6
3 3
 3,35 м /м ,
1 секция q air 
1,68  1  0.85  2,5210,92  2
1,193,05  61,24  1,114,45  7,034,6
3 3
2 секция q air 
 2,26 м /м ,
1,68  1  0.85  2,5210,92  2
1,161,24  42,38  1,17,03  3,454,6
3 3
3 секция q air 
 1,21 м /м ,
1,68  1  0.85  2,5210,92  2
1,142,38  20  1,13,45  0,394,6
3 3
4 секция q air 
 3,24 м /м .
1,68  1  0.85  2,5210,92  2
qair 
Расход воздуха:
Qair  q w  qair ,
1 секция Qair  2021,44  3,35  6771,82 м3/ч,
2 секция Qair  2021,44  2,26  4568,45 м3/ч,
3 секция Qair  2021,44  1,21  2445,94 м3/ч,
4 секция Qair  2021,44  1,24  2506,58 м3/ч.
Всего: Qair  6771,82  4568,45  2445,94  2506,58  16292,79 м3/ч.
В секциях нитрификации предусматривается переменная по длине
аэрация. Аэрационная система из мелкопористых аэраторов «Экотон». Сборка системы аэрации производится без дополнительных муфт простым свинчивание аэраторов между собой и последующей фиксацией к закладным деталям, предусмотренным в железобетонных подставках по днищу аэротенков.
Количество плетей, собираемых из аэраторов:
1-2 секции-4;
3-4 секции-3.
В секциях нитрификации применяется фиксированная микрофлора. В
качестве носителей микрофлоры используются фиксировано установленные
41
насадки из полиэтиленовых призм ПР-50. Для облегчения монтажа блоки изготовляются размерами L×B×H = 1500×1500×1500 мм на подставках. В одном
блоке (контейнере) размещается 196 шт. длиной 1500 мм полиэтиленовых
призм на расстоянии 120 мм. Блоки с фиксированной загрузкой располагаются в секциях нитрификации в зоне аэрации непосредственно над аэраторами.
Расчет секции денитрификации с фиксированной загрузкой
В качестве носителей микрофлоры используются фиксировано установленные насадки из полиэтиленовых призм ПР – 50.
Расчет денитрификации с фиксированной загрузкой [3], работающего в
затопленном режиме, производится по формуле
dn
где t bf


dn 
 dn
1   dn  aidn
C en
dn
,
  C en  C ex  K d  K dn  ln
  dn
dn
dn
C ex   max  at

– время контакта, ч;
dn
t bf
dn
C en
– концентрация азота нитратов в исходной воде, мг/л;
dn
C ex
– концентрация азота нитратов в очищенной воде, мг/л;
Кd –экспериментальный коэффициент, принимаем по таблице 21 [3];
Кdn – константа Михаэлиса-Ментен, мг/л;
 dn – коэффициент ингибирования процесса денитрификации продуктами
метаболизма активного ила, л/г;
dn
 max
– максимальная удельная скорость восстановления азота, нитратов;
a idn – концентрация денитрифицирующего ила, г/л.
25,58  1  0,19  1

t bfdn  25,58  9,1  0,81  40  ln

 1,01 ч.
9,1  58,8  1

Объем рабочей части денитрификатора, заполненного загрузкой, определяем по формуле
Wdn  qw  tbfdn ,
где qw – расход нитратсодержащих стоков, м3/ч:
3
Wdn  2021,44  1,01  2041,65 м .
Для перемешивания иловой смеси в денитрификатор подается воздух в
количестве 0,5 м3/м3 очищаемой воды.
Расход воздуха будет равен:
Qair  q air  q w ,
42
3
Qair  0,5  2021,44  1010,72 м /ч.
Подача воздуха осуществляется через перфорированные трубы (диаметр отверстий 8 мм) с малой интенсивностью.
Расчет секции отдувки азота
Для отдувки газообразного азота и более глубокого окисления аммонийного азота предусматривается аэрация иловой смеси продолжительностью
1,5 ч в отдельной секции.
Объем секции отдувки азота составляет:
Wо.а  q w  t о.а ,
3
Wо.а  2021,44  1,5  3031,86 м .
Удельный расход воздуха в секции отдувки 1 м3/м3СВ. Тогда расход воздуха составит: 2021,44  1  2021,44 м3.
Общий объем аэротенка:
Vобщ  Vdn  Vo.a.  W1  W2  W3  W4  2041,65  3031,86  3982,24  2830,02  1677,79  1981,01 
 15544,57 м 3
Принимаем 4 секционный аэротенк. Объем одной секции:
V1 
15544,57
 3886,14 м 3 .
4
Основные параметры:
ширина коридора
рабочая глубина аэротенка
число коридоров
рабочий объем одной секции
длина секции
– 4,5 м;
– 4,4 м;
– 4 шт;
– 4275м3;
– 54 м;
43
2. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
В процессах механической, биологической и физико-химической очистки сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида
осадки, содержащие органические и минеральные компоненты. В зависимости от условий формирования и особенностей отделения различают осадки
первичные и вторичные.
К первичным осадкам относятся грубодисперсные примеси, которые
находятся в твердой фазе и выделены из воды такими методами механической очистки, как процеживание, седиментация, фильтрация, флотация, осаждение в центробежном поле. К вторичным осадкам относятся примеси, первоначально находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессах биологической или физико-химической очистки воды или обработки
первичных осадков образуют твердую фазу.
К первичным осадкам относят: отбросы, задерживаемые решетками;
осадки тяжелые, задерживаемые песколовками; осадки плавающие, задерживаемые жироловками или всплывающие в отстойниках; осадки сырые, задерживаемые первичными отстойниками.
К осадкам вторичным относят: активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков; шламы, задерживаемые отстойниками
или другими сооружениями после физико− химической очистки; осадки,
сброженные в анаэробных условиях; осадки из аэробных стабилизаторов.
Осадки бытовых сточных вод содержат большое количество яиц гельминтов и многие формы бактерий. Бактериальная заселенность осадков на
порядок выше, чем сточных вод.
Осадки сточных вод являются суспензиями, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы органического и минерального происхождения, а дисперсионной средой – вода с растворенными в ней веществами.
Свойства суспензий во многом зависят от содержания в ней воды. Общее влагосодержание в осадках определяется понятием «влажность». В структуре
осадка влага может находиться в форме свободной воды, физико−механической связи с твердыми частицами, а также в физико−химической
и химической формах связи.
Свободная влага имеет наименьшую энергию связи со структурой осадка и легко может быть из него удалена. Физико − механически связанная влага это капиллярная вода смачивания и структурная влага. Физико− химической связью удерживается адсорбционная и осмотическая влага, а химически
связанная вода, входящая в состав вещества не выделяется даже при термической сушке осадка.
44
Способность осадков к обезвоживанию под действием механических
сил характеризуется показателями влагоотдачи: удельным сопротивлением
фильтрации, сжимаемостью, индексом центрифугирования.
Обработка осадков, выделяемых в процессах очистки сточных вод, проводится с целью получения конечного продукта, наносящего минимальный
ущерб окружающей среде или пригодного для утилизации в производстве.
Эта цель достигается осуществлением трех основных процессов в различных
технологических последовательностях: обезвоживанием − обеспечивающим
минимальный объем осадков; стабилизацией- придающей осадкам способность не выделять вредные продукты разложения при длительном хранении;
обеззараживанием − делающим осадок безопасным по санитарнобактериологическим показателям.
В данных методических указаниях рассмотрены процессы и оборудования для механического обезвоживания осадков.
Для больших и средних городов с развитой инфраструктурой сушка
осадка на иловых площадках нерациональна. Поэтому на сегодняшний день
осадки обезвоживают механическим путем, используя для этой цели вакуумфильтры, фильтр−прессы и центрифуги. Наибольшее распространение получили ленточные фильтр - прессы, прямоточные и противоточные центрифуги
и центрипрессы. Обязательной стадией механического обезвоживания является предварительная подготовка осадка, заключающаяся в переводе воды из
химико-механической и частично физико-химической связи с твердой фазой
в свободное состояние. Для этой цели чаще всего применяют флокулянты.
Флокулянты – растворимые в воде высокомолекулярные вещества,
применяемые для отделения твердой фазы от жидкости и образующие с находящимися в жидкой фазе коллоидными и тонкодисперсными частицами
трехмерные структуры (хлопья). Для обезвоживания осадков сточных вод
широко используются синтетические флокулянты – полиакриламид (ПАА) и
сополимеры на его основе. При сополимеризации образуются полиэлектролиты, несущие на полимерной цепи положительный (катионный) или отрицательный (анионный) заряд. В осадках городских сточных вод содержатся в
основном отрицательно заряженные частицы, поэтому для их флокуляции
применяют катионные флокулянты.
Основные закономерности процесса флокуляции:
− эффективность действия флокулянтов повышается с увеличением
размеров макромолекул флокулянта в растворе;
− размеры макромолекул зависят от ионной силы раствора, т.е. от содержания растворимых солей;
− содержание взвешенных веществ в растворителе снижает эффективность, т.к. часть флокулянта расходуется на их флокуляцию, поэтому растворы флокулянта готовят на водопроводной, а не на технической воде;
− максимальное набухание полииона флокулянта наблюдается при концентрации 0,1 %;
45
− при приготовлении растворов перемешивание производят только тихоходными мешалками, т.к. при механическом воздействии возможно разрушение полимера.
Для приготовления рабочих растворов из порошкообразных флокулянтов используют одностадийную схему и двух- стадийную (готовят раствор0,5−1 % концентрации и разбавляют до 0,1−0,15 %). Практика показала,
что более производительна и экономична двух − стадийная схема.
2.1. Пример расчета узла обезвоживания осадка
на центрифугах [7]
Технологическая схема узла обезвоживания приведена на рисунке 11.
Рис. 11. Технологическая схема узла обезвоживания
Осадок первичных отстойников (1) и уплотненный избыточный ил (2)
процеживаются на решетке (3) с прозорами 2 мм и подаются в резервуар (4)
для подготовки однородной смеси. Осадки перемешиваются сжатым воздухом (14) и одновременно насыщаются кислородом для предотвращения загнивания. В резервуаре при аэрации выделяется песок, который собирается в
песковом канале (15) и удаляется при промывке резервуара в конце смены.
Смесь осадков подается винтовым насосом в центрифуги (7), раствор флокулянта (6) добавляется на входе в подающую трубу. Кек (8) транспортерами
46
или поршневыми насосами направляется в бункер (10), из которого далее вывозится (11) на площадки складирования. Фугат (9) собирается в резервуар
(12) и откачивается (13) в голову очистной станции. Порошкообразный флокулянт типа «Praestol» растворяется в диспергаторе (19), дозревает в затворном баке (18), далее разбавляется в расходном баке (17) и дозаторами (16) выводится в трубопровод жидкого осадка.
Исходные данные:
1. Осадок первичных отстойников:
- объем 117,7 м3/сут;
- вес по сухому веществу 4,7 т/сут;
3. избыточный активный ил уплотненный:
-объем 168,5 м3/сут;
- вес по сухому веществу 3,37 т/сут.
4. Средняя влажность смеси ила и осадка 97,2 %
5. Влажность кека для складирования принять не ниже 77-78 %.
Принимаем к установке центрифугу TD2040 фирмы «Wesfalia
Separator» с диаметром ротора 458 мм, числом оборотов до
3400об/мин.Максимальная производительность по жидкому осадку 50 м3/час,
нормальная qос=35-40 м3/час. Число часов работы центрифуги в сутки при
производительности 40м3/час:
t
Qсут
q ос

117,7  168,5 286,2

 7,2ч
40
40
Предусматривается длительность работы центрифуги в одну смену.
Принимаем одну рабочую и одну резервную центрифуги.
Объем кека:
Vk 
Gос


100
,
100  W
где Gос –вес смеси осадка и ила по сухому веществу, т/сут;
γ- плотность смеси, т/м3;
W- влажность кека, %.
Vk 
4,4  3,37
100

 33,35т / сут.
1,1
100  78
Объем фугата:
Vф  Qсут  V k  286,2  33,35  252,85 м 3 / сут.
47
Емкость бункера назначаем на хранение суточного объема кека, принимаем 40 м3. Кек от центрифуг подается в бункер двумя шнековыми транспортерами, по одному от каждой центрифуги. При отсутствии автотранспорта
кек из бункера выгружается на прицепную транспортную тележку и отвозится на площадку хранения.
Аэрируемый резервуар перед центрифугами рассчитан на один час работы центрифуг. Принимаем резервуар объемом 50 м3. Интенсивность аэрации 5 м3/(м2·ч), подача воздуха от воздуходувки, установленной в цехе обезвоживания. Резервуар устроен по принципу аэрируемой песколовки с лотком
для сбора песка, приямком песка, гидроэлеватором, с помощью которого пескопульпа сбрасывается в местную канализацию.
Приготовление флокулянта осуществляется по двухступенчатой схеме.
При дозировки флокулянта 6 кг/т сухого вещества смеси осадка и ила суточный расход его составляет (4,4+3,37)·6=48 кг/сут. Принимаем затворный бак
объемом 4,8 м3 при начальной концентрации раствора 1 %, два расходных бака по 4 м3 (концентрация 0,3 %) каждый на 2 ч работы центрифуги. Флокулянт в центрифугу дозируется насосом дозатором пропорционально расходу
осадка и его концентрации.
48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.
2. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки
сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: АКВАРОС, 2003. 512 с.
3. Справочное пособие к СНиП 2.04.03-85. Проектирование сооружений для очистки сточных вод. М.: Стройиздат, 1990.
4. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Н.
И. Лихачев, И. И. Ларин, С. А. Хаскин и др.; под общ. ред В. Н. Самохина.2-е
изд. перераб и доп. М.: Стройиздат, 1981.
5. Очистные сооружения канализации. Ч. 5. Расчет нитрификатораденитрификатора: метод. указания / Г. Т. Амбросова, О. П. Цветкова, О. В.
Ксенофонтова, Н. М. Гребенникова, Т. А. Бойко. Новосибирск: НГАСУ, 2004.
6. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения:
справочник / Б. Н. Репин, С. С. Запорожец, В. Н. Ереснов и др.; под ред.
Б. Н. Репина. М.: Высш. шк., 1995. 431 с.
7. Мишуков Б. Г., Соловьева В. А., Керов, Л. Н. Зверева. Технология
удаления азота и фосфора в процессах очистки сточных вод: справочное пособие. СПб., 2008.
8. Свод правил СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85. М., 2012.
49
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
96
Размер файла
583 Кб
Теги
современные, очистки, бытовые, технология, использование, состояние, осадки, вод, обработка, сточных, 1463
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа