1 моль уксусной кислоты (60 г) соответствует 2 моль кислорода (64г), т. е. 64 г ХПК/60 г уксусной кислоты = 1,07 г ХПК/г уксусной кислоты.

1 моль биомассы (113 г) соответствует 5 моль кислорода (160 г), т. е. 160 г ХПК/113 г биомассы = 1,42 г ХПК/г биомассы.

Выражение (3.12) в единицах ХПК выглядит следующим образом:

Если примем а = 1 и подставим все остальные известные величи­ ны, то найдем Ь:

_______ b •113 г биомассы/моль •1,42 ХПК/г биомассы_______ __

1 •60 г уксусной кислоты/моль •1,07 ХПК/г уксусной кислоты

= 0,55 г ХПК/г ХПК

Ъ = 0,22

Следовательно, уравнение реакции выглядит так:

СНзСООН + 0.22NHJ + 0.22ОН" + 0,9О2 -►

->■ 0,22C5H7NO2 + 0,9СО2 + 1,78Н20

Это уравнение показывает, что бактериям необходим азот для роста, т. е. что процесс не может протекать в присутствии только уксусной кислоты. Это касается и других необходимых компонентов (фосфора, серы, калия и т. д.).

Из приведенного выражения следует, что значение Унабл = 0,22 моль биомассы/моль уксусной кислоты.

В биологических реакторах коэффициент прироста биомассы зависит от типа стоков и нагрузки на реактор. На рис. 3.5 эта зависимость показана на примере реактора с активным илом.

3.3.3. Макроэлементы для аэробной гетеротрофной конверсии

Для роста микроорганизмов необходимы макроэлементы. Если известен «химический состав» микроорганизмов, то потребность их в макроэлементах можно рассчитать из уравнений материального баланса. В табл. 3.5 перечислены типичные концентрации различ­ ных веществ в микроорганизмах, взятых из реактора аэробной конверсии. Эти концентрации могут довольно сильно меняться при биологическом разложении определенных органических ве­ ществ (развиваются другие группы микроорганизмов), а также в

Если имеет место полное превращение ХПК, то образование ила FSP в расчете на 1 м3 воды можно описать следующим образом:

FSP/Q I = CiУ„абл = 2,5 кг ХПК/м3 •0,45 кг ХПК/кг ХПК =

= 1,125 кг ХПК/м3

Следовательно, потребление азота и фосфора должно составлять

fx,NFsp/Qi = 0,07 •1,125 = 79 гN/M3,

fx,pFsp/Qi = 0,015 •1,125 = 17 г Р/м3

Таким образом, фосфора в воде достаточно, а вот азот (79 — 15 = 64 г N/м 3) необходимо добавить. В противном случае очистка будет происходить очень медленно, будет неполной, а, кроме того, возмож­ но ухудшение показателей осаждаемости и флокулированности ила.

3.3.4. Кинетические аспекты аэробной гетеротрофной конверсии

Превращение субстрата под действием микроорганизмов можно представить реакцией первого порядка по биомассе:

rV,£> = (^ н а б л /^ м а к с ) * ^ в >

где ry,s — скорость удаления субстрата, М •м“ 3Т _1; Хв — концен­ трация биомассы, М •м_3; /хнабл — наблюдаемая удельная скорость роста, Т ” 1; У макс — максимальный коэффициент прироста биомас­

сы, Мх M g1.

На скорость роста влияет ряд параметров окружающей среды,

таких как концентрации субстрата S и кислорода So2, pH, темпе­ ратура Т и т. д.:

Мнабл = /^ M a K cf(S )f(S o 2 ) f ( p H ) f ( T )

Обычно кинетика роста описывается уравнением Моно:

где А^набл — наблюдаемая удельная скорость роста, рм&кс— макси­ мальная удельная скорость роста, S2 — концентрация субстрата в

реакторе, Ks — константа насыщения по субстрату.

Кинетику процесса, в соответствии с уравнением (3.14), можно в определенных случаях (например, при высоких концентрациях субстрата в промышленных стоках) описать уравнением нулевого

порядка по субстрату, т. е. если S2 K s:

где SO2,2 — концентрация кислорода в реакторе, Ks,o2 — константа

насыщения по кислороду.

Объединяя это выражение с выражением (3.14), получаем двойное уравнение Моно:

Константа насыщения Ks,o2 зависит от размера флокул (тол­ щины биопленки) и от температуры, поскольку температура на­ кладывает ограничения на диффузию кислорода внутрь флокул (биопленки).

pH

Скорость аэробной конверсии является pH-зависимой (см. рис. 3.6). Довольно необычный вид зависимости связан с наложением нескольких факторов — pH-зависимости для конкретных микроор­ ганизмов и селекции различных микроорганизмов.

Кинетику зависимости от pH можно описать следующим обра-

возникают только при низких значениях pH. Низкие значения pH в реакторе могут быть связаны с низким значением pH в самом стоке, а также могут быть результатом нитрификации (см. разд. 3.4) и, возможно, химического осаждения фосфора.

Токсичные вещества

Многие вещества являются токсичными для аэробной конверсии, даже с учетом в целом высокой надежности аэробных процес­ сов очистки сточных вод. Оценивать токсический эффект того или иного компонента непросто, так как он часто маскируется рядом других факторов: образованием различных комплексов, химическим осаждением (осаждением металлов сульфидом), био­ логическим разложением (цианиды, фенолы и т. д.). Для оценки токсичности конкретного стока необходимы специальные тесты. Детальное описание влияния токсичных веществ на биоконверсию можно найти, например, в работе [36].

Механизм ингибирования токсичными веществами процессов биологического разложения включает как конкурентное, так и неконкурентное ингибирование [8].