- •Х38 Очистка сточных вод: Пер. с англ./ Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. — М.: Мир, 2006. — 480 с., ил.
- •ISBN 5-03-003771-3
- •Очистка сточных вод
- •Предисловие научного редактора
- •Предисловие
- •Предисловие к третьему изданию
- •Список используемых обозначений
- •Сточные воды, их объем и состав
- •1.1. Объемы сточных вод
- •1.1.1. Измерения
- •1.1.2. Статистическая обработка
- •1.1.3. Оценочные данные
- •1.1.4. Популяционный эквивалент и нагрузка, создаваемая условным жителем
- •1.1.5. Прогнозирование
- •1.2. Компоненты сточных вод
- •1.2.1. Коммунальные и городские стоки
- •1.2.2. Разброс данных
- •Характеристика сточных вод и биомассы
- •2.1.1. Осаждаемые вещества
- •2.3. Азот
- •Основные биологические процессы
- •3.1.1. Организмы
- •3.2.1. Биологический рост
- •3.2.3. Распад биомассы
- •3.2.4. Накопление запасных веществ
- •3.3.2. Коэффициент прироста ила при аэробной гетеротрофной конверсии
- •3.3.3. Макроэлементы для аэробной гетеротрофной конверсии
- •3.3.4. Кинетические аспекты аэробной гетеротрофной конверсии
- •3.4. Нитрификация
- •3.4.1. Реакции нитрификации
- •3.4.3. Кинетические аспекты нитрификации
- •3.4.4. Влияние окружающей среды на нитрификацию
- •3.5. Денитрификация
- •3.5.1. Реакции денитрификации
- •$.5.2. Коэффициент прироста ила при денитрификации
- •3.5.3. Макроэлементы, необходимые для денитрификации
- •3.5.5. Кинетика денитрификации
- •3.5.6. Влияние окружающей среды на денитрификацию
- •3.6.1. Микроорганизмы
- •3.6.3. Коэффициент прироста биомассы в процессе биологического удаления фосфора
- •3.6.4. Щелочность
- •3.6.5. Кинетика биологического удаления фосфора
- •3.6.6. Влияние окружающей среды на биологическое удаление фосфора
- •3.7.1. Реакции при анаэробном брожении2
- •3.7.2. Рост биомассы и коэффициенты ее прироста при анаэробном брожении
- •3.7.3. Макроэлементы, необходимые для анаэробного брожения
- •3.7.5. Кинетика анаэробного брожения
- •3.7.6. Образование газообразных продуктов
- •3.7.7. Влияние окружающей среды на анаэробное брожение
- •4.3.1. Системы с рециркуляцией активного ила
- •4.3.2. Системы с совмещенным аэротенком и отстойником
- •4.3.3. Системы с контактной стабилизацией ила
- •4.3.6. Проектирование на основе объемной нагрузки
- •4.3.7. Проектирование на основе нагрузки на ил или возраста ила
- •Биофильтры
- •5.4. Двухкомпонентная диффузия
- •5.6.1. Биофильтры без рециркуляции
- •5.6.2. Биофильтры с рециркуляцией
- •5.8.1. Капельные фильтры
- •5.8.2. Погружные фильтры
- •5.9.1. Проектирование капельных фильтров
- •5.9.2. Проектирование реакторов с вращающимися дисками
- •5.9.3. Проектирования фильтров других типов
- •5.9.4. Проектирование биофильтров, предназначенных для удаления растворенных органических веществ
- •5.10. Технические условия работы биофильтров
- •5.10.1. Аэрация в биофильтрах
- •5.10.2. Рост и удаление биомассы
- •5.11. Удаление взвешенных органических веществ
- •Системы очистки с нитрификацией
- •6.1.1. Обособленные системы нитрификации
- •6.1.2. Совместное удаление органического вещества и аммония
- •6.2.4. Фильтры, содержащие только нитрифицирующий ил
- •6.2.5. Двухстадийные системы нитрификации на фильтрах
- •6.3.1. Системы нитрификации с активным илом
- •6.3.2. Оптимизация работы систем нитрификации
- •6.3.3. Проектирование биофильтров для нитрификации
- •Литература
- •Системы денитрификации
- •7.1.1. Обособленные системы денитрификации
- •7.2.3. Биофильтры для денитрификации
- •7.3.2. Кислород/перемешивание
- •7.3.3. Одновременная нитрификация/денитрификация
- •7.3.4. Газообразный азот в отстойниках и на биофильтрах
- •7.3.5. Потребление кислорода
- •7.3.7. Проектирование систем денитрификации с активным илом
- •7.3.8. Проектирование на основе моделирования
- •7.3.9. Проектирование биофильтров для денитрификации
- •7.4. Редокс-зоны в биомассе
- •Литература
- •Системы биологического удаления фосфора
- •8.1. Уравнения массового баланса при биологическом удалении фосфора в системах с активным илом
- •8.2. Типы систем для биологического удаления фосфора
- •8.3.2. Проектирование реакторов для биологического удаления фосфора
- •8.3.3. Оптимизация процесса биологического удаления фосфора
- •Литература
- •Гидролиз/ферментация и анаэробная очистка сточных вод
- •9.1. Гидролиз/ферментация
- •9.2. Анаэробная обработка сточных вод
- •9.2.1. Введение
- •9.2.2. Уравнения массового баланса при анаэробной обработке
- •9.3.3. Анаэробная очистка на фильтрах
- •9.4.1. Проектирование систем со взвешенной биомассой
- •9.4.2. Проектирование анаэробных фильтров
- •9.4.3. Образование газообразных соединений в анаэробном процессе
- •9.4.4. Оптимизация анаэробной очистки
- •9.4.5. Запуск анаэробных реакторов
- •9.4.6. Нарушения в работе анаэробных реакторов
- •Литература
- •Небиологические системы для удаления фосфора из сточных вод
- •10.1. Уравнения массового баланса для процессов удаления фосфора
- •10.2.1. Осаждение
- •10.2.2. Коагуляция
- •10.2.3. Флокуляция
- •10.2.4. Связывание фосфора в почве
- •10.3. Небиологические системы удаления фосфора
- •10.3.1. Осаждающие вещества
- •10.4. Проектирование установок для удаления фосфора
- •10.4.1. Химическое осаждение
- •10.4.2. Связывание фосфора в почве
- •10.5. Работа установок для удаления фосфора
- •Литература
- •Особенности моделей, их калибровка и применение
- •11.1. Прагматизм и теоретические модели
- •11.1.1. Инженерное мастерство
- •11.1.2. Научно обоснованный детерминистский подход
- •11.1.3. Структура моделей, переменные, параметры и движущие силы
- •11.2. Применение моделей
- •11.2.1. Инструмент планирования
- •11.2.2. Анализ процессов на действующих станциях
- •11.2.3. Проектирование новых станций
- •11.2.4. Контроль работы станций в реальном времени
- •11.2.5. Модели как инструменты исследования
- •11.2.6. Уровень агрегации
- •11.3. Калибровка модели и оценка параметров
- •11.3.1. Структура модели
- •11.3.2. Калибровка, верификация и оценка параметров
- •11.4. Проектирование станций очистки воды
- •11.4.1. Идентификация проблемы
- •11.5. Моделирование систем с биопленкой
- •11.6.3. Интерпретация результатов
- •11.7. Контроль в реальном времени
- •Предметный указатель
- •Оглавление
6.3. П роектирование си стем нитриф икации
В литературе предлагается бесчисленное множество вариантов конструкторских решений для систем нитрификации, но лишь немногие из них, причем наиболее простые, действительно исполь зуются на практике. Объясняется это тем, что нитрификация слиш ком редко является единственным процессом, необходимым для очистки воды, чтобы на нем основывалось проектирование станции. Поскольку при проектировании станций следует учитывать целый ряд различных факторов, конструкции станций очень сильно различаются, и какие-то общие критерии выработать трудно.
6.3.1. Системы нитрификации с активным илом
Станции для нитрификации с активным илом несколько от личаются от аналогичных станций для удаления органического вещества. Обычно нитрификация либо протекает полностью, либо вообще не происходит. Если условия в системе допускают суще ствование нитрифицирующих бактерий, то нитрификация пройдет полностью, и наоборот, в определенных условиях развитие этих бактерий ингибируется. Поэтому проектирование станции нацелено на создание благоприятных условий для развития нитрифицирую щих бактерий, а не на достижение определенной эффективности очистки или качества получаемой после обработки воды, как это происходит, если необходимо только удалить органические вещества. В результате критерии, которыми руководствуются при проектировании станции, очень просты.
Ниже мы обсудим три подхода к проектированию станций нитрификации с активным илом, а также некоторые принципы оптимизации нитрификации для таких станций, на которых пе риодически возникают проблемы, связанные с нестабильностью процесса.
Проектирование на основе нагрузки на ил
Это наиболее часто используемый подход, отличительной особен ностью которого является следующее: в нем не учитывается ни содержание аммония в стоке, ни концентрация нитрифицирующих бактерий в иле.
При проектировании на основании параметра нагрузки на ил
В х .б п к = Q i C B n K , i / ( V 2 X 2 ) |
( 4 . Ц ) |
Таблица 6.2. Проектирование систем с активным илом на основе нагрузки на ил при 10°С
Нагрузка на ил, |
0,05 |
0,15 |
0,3 |
0,6 |
кг БПК/(кг ВВ(Б) •сут) |
|
|
|
|
Концентрация в обработанном стоке, |
5-10 |
10-20 |
15-25 |
20-40 |
г БПК/м3 |
|
|
|
|
Нитрификация |
Да |
Да |
Нет |
Нет |
Аэробная стабилизация ила |
Да |
Нет |
Нет |
Нет |
объем аэротенка У2 можно найти из выражения |
|
|
||
V 2 = СЗгСвпкдАВх.БПкХг) |
|
(4.21) |
||
Если по какой-либо причине нагрузка должна быть относи тельно невысокой (0,15 кг Б П К /(кг ВВ сут)), то, как следует из табл. 6.2, нитрификация в такой системе происходит. Многие реакторы были спроектированы с учетом стабилизации ила, т. е. они работают при более низкой нагрузке, чем требуется для нит рификации. В таких реакторах нитрификация обычно протекает нормально.
Проектирование на основе возраста аэробного ила
Один из модифицированных способов проектирования основан на таком параметре, как возраст аэробного ила. В данном случае в центре внимания находятся условия, необходимые для развития нитрифицирующих бактерий в реакторе. Однако по-прежнему основными параметрами для проектирования являются содержание органического вещества в сточной воде и общая масса ила.
При проектировании на основе возраста аэробного ила в соот ветствии с выражением (4.14) запишем:
0Х,аэроб = M x/Fsp = V 2X 2/FSP
V 2 = 0х,аэроб * FS P /X 2 |
(6.9) |
Если известны состав ила и режим работы аэротенка, то на основании требуемого возраста аэробного ила можно определить необходимый объем реактора. На рис. 6.2 показана кривая, по
КОТОРОЙ О бы чн о раССЧИТЫВаЮТ 0Х,аэроб-
Пример 6.5. Спроектируйте систему нитрификации. На рис. 6.21 представлены схемы и операционные циклы двух альтернативных
SG Сито и ловушка для песка
N Нитрификация
S Осаждение
Рис. 6.21. Схема и операционный цикл двух типов систем для нитри фикации городских стоков.
вариантов систем нитрификации. Требуется оценить необходимый объем реакторов, исходя из требования полной нитрификации при температуре 10°С, однако без учета критерия стабилизации ила.
Станция обрабатывает обычные городские стоки при нагрузке по ВПК, соответствующей 20 000 ПЭ.
В соответствии с рис. 6.2 необходимый возраст аэробного ила для обоих реакторов составляет 11 сут. Поскольку предполагается обработка обычных городских стоков, то нет необходимости в специ альных мерах предосторожности против слишком сильных колебаний нагрузки и концентраций лимитирующих веществ. На станции с отдельным вторичным отстойником (правая схема на рисунке) весь ил в аэротенке является аэробным. При содержании ила 3 кг БВБ/м3 и коэффициенте прироста ила 0,6 кг БВБ/кг ВПК, что типично для такого рода станций, необходимый объем реактора рассчитывается по уравнению (6.9):
V 2 = |
^Х,аэроб •F s p / Х г |
= $ Х ,а э р о б ^ „аб л (Q l C l |
— Q 1C 3V X 2 |
|
V2 = 11 •0,6 •(1200 - 60)/3 = 2510 м3, |
||
поскольку |
Q iC i(= 1200 кг БПК/сут) —это |
нагрузка по ВПК |
|
(20000ПЭ |
или 60 г/(ПЭ |
сут)), a Q 1C 3 — это |
концентрация ВПК |
в обработанном стоке. Таким образом, мы имеем 95%-ное удаление ВПК, т. е. Q 1C 3 = 0,05 •1200 = 60 кг БПК/сут.
В системе без вторичного отстойника аэробные условия реали зуются только в течение 3/8 общего времени цикла. При том же содержании ила, какое было принято в первом случае, необходимый объем аэробного пространства реактора составит 2510 м3, а общий объем реактора будет равен 2510 •(8/3) = 6690 м3.
Проектирование на основе компьютерного моделирования
Для проектирования станций нитрификации существуют ком пьютерные программы разной степени сложности, позволяющие учитывать суточные изменения параметров. Причиной появления аммония в обработанном стоке могут быть сильные колебания в содержании азота в подаваемом стоке. Важность учета изменений нагрузки при проектировании продемонстрирована на рис. 6.22.
Результаты представленного теста и моделирования показы вают, что в данном случае реактор перегружен по азоту, и по этой причине каждое утро наблюдается «всплеск» концентрации аммония в обработанном стоке. Это может быть связано и с высокой
А Поток, м3/суг |
Содержание азота (по Кьельдалю) |
|
в подаваемом стоке, г/м 3 |
16 |
24 |
32 |
40 |
48 |
56 |
64 |
72 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время, ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
24 |
32 |
40 |
48 |
56 |
64 |
72 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Аммонийный азот N H j-N |
Время, ч |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в обработанном стоке, г/м 3 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальные |
||||
16 |
24 |
32 |
40 |
48 |
56 |
64 |
72 |
80 |
|
|
|
данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время, ч |
|
|
|
Результаты |
|
|
||||
ХПК в подаваемом стоке, г/м 3 |
|
|
|
|
моделирования |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
s l i t
16 |
24 |
32 |
40 |
48 |
56 |
64 |
72 |
80 |
8 |
16 |
24 |
32 |
40 |
48 |
56 |
64 |
72 |
80 |
|
|
|
|
|
|
Время, ч |
|
|
|
|
|
|
|
Время, ч |
||||
Рис. 6.22. Колебания параметров подаваемого и обработанного стоков на станции нитрификации [7].