концентрацией азота в подаваемом стоке и с пульсирующей подачей возвращаемой в реактор воды, в которой концентрация аммония высокая. Это типично для надосадочных жидкостей, поступающих из метантенка или после обезвоживания ила. Такая рециркуляция часто приводит к пульсациям концентраций в поступающем стоке утром и в полдень, т. е. в те часы, когда станция уже работает с высокой нагрузкой. Компьютерное моделирование позволяет найти оптимальные решения для управления подобными рециркулирукь щими потоками. Подробнее об этом мы поговорим в гл. 11.

6.3.2.Оптимизация работы систем нитрификации

Впроцессе работы очистных станций часто возникает проблема ста­ бильности нитрификации, это наиболее характерно для холодного времени года. Рис. 6.23. отражает типичную картину работы такой станции.

j ^ г No6iu/M3

10/1-84 1/1-85 1/1-86 1/1-87 1/1-88 1/1-89 1/1-90 1/1-91 17/12-91

Рис. 6.23. Типичные изменения концентрации общего азота в обрабо­ танном стоке на станции нитрификации при возникновении критических ситуаций в холодное время года. Пики, относящиеся к весеннему периоду, отражают высокое содержание аммония на выходе из системы. Станция «Сохолт» (Силькеборг, Дания).

Рис. 6.24. Влияние концентрации кислорода на скорость нитрификации (в данном случае Ks,o2 = 2 г Ог/м3) [4].

Возраст аэробного ила слишком мал, но на практике существует много способов, позволяющих поднять скорость нитрификации. Так, скорость реакции можно увеличить, повысив температуру, на­ пример, используя закрытые реакторы. Можно удалить из сточной воды потенциальные ингибиторы процесса. Наконец, в регионах с мягкой водой, где нитрификация может приводить к понижению pH, оптимальные его значения удается поддерживать добавлением извести. Зависимость скорости нитрификации от концентрации субстратов (табл. 6.1) показывает, что увеличение концентрации аммония и кислорода приведет к повышению скорости реакции. Однако повышение концентрации аммония оказывает слабый эф­ фект, поскольку довольно быстро достигается состояние, в котором скорость удаления не зависит от концентрации аммония. Напротив, увеличивая концентрацию кислорода, можно довольно значительно повысить скорость нитрификации. На рис. 6.24 приведена за­ висимость скорости нитрификации от концентрации кислорода, показывающая, что повышение концентрации кислорода довольно сильно ускоряет реакцию.

Количество нитрифицирующих бактерий невозможно поднять выше того уровня, который позволяет сточная вода. Однако при плохой нитрификации повышение массы ила или изменения в операционном цикле, приводящие к увеличению возраста аэробного

ила, позволяют стабилизировать процесс на его максимально возможном уровне.

6.3.3. Проектирование биофильтров для нитрификации

Каких-либо установившихся правил для проектирования биофиль­ тров для нитрификации не существует. Использование биофиль­ тров для нитрификации стало вызывать интерес относительно недавно — с появлением новых керамических и полимерных мате­ риалов, применяемых в качестве загрузки фильтров. Кроме того, были разработаны погружные фильтры, в которых воздух вводится непосредственно в загрузку, выполняющую роль носителя для биомассы.

Обсудим два подхода к проектированию этих систем. Первый подход наиболее часто используется на практике, а второй —

восновном для проектирования реакторов с вращающимися дисками, на которых и происходит нитрификация. Этот подход приводится в качестве примера применения кинетической теории

вбиопленках, обсуждавшейся в гл. 5.

Первый подход

В этом случае проектирование ведется при заданном среднем количестве аммония, удаляемого с квадратного метра фильтра в сутки. Как следует из уравнения (6.5):

QI (CN ,I ~ См.з) = га,1чн4 •А 2*

Скорость реакции нулевого порядка гд ^н 4 необходимо уста­ новить экспериментально или воспользоваться данными, полу­ ченными экспериментальным путем на другой станции такой же конструкции, обрабатывающей такие же стоки.

Втабл. 6.3 представлены типичные значения скоростей реакций для реакторов с вращающимися дисками, полученными при обра­ ботке промышленных стоков различных типов. Количество удаля­ емого азота, установленное по этой таблице, можно использовать

ипри проектировании станций, обрабатывающих коммунальные стоки — на тех участках станций, где основная часть органического вещества уже удалена. Будет или не будет протекать нитрификация на биофильтрах можно определить из выражения (6.8).

ВГермании для полной нитрификации городских стоков реко­ мендуется нагрузка 4-5 Б П К /(м 2 •сут).

Таблица 6.3. Средние скорости нитрификации в реакторах с биоплен­ ками при 20°С [9]

В значения скорости реакции при изменениях температуры часто приходится вносить поправки.

Второй подход

Ниже приводится метод проектирования реактора нитрификации с вращающимися дисками. В этом случае основной задачей является удаление растворимых веществ, обсуждавшееся в гл. 5. На рис. 6.25 представлена принципиальная схема реактора с теми упрощениями, которые позволяют яснее понять используемый подход.

В первой секции реактора нитрификации не происходит. Кон­ центрация органического вещества здесь настолько высока, что для роста нитрифицирующих бактерий не остается времени (см. необходимые условия нитрификации).

Во второй секции реактора нитрификация и удаление органи­ ческого вещества протекают параллельно. Концентрация аммония высокая, поэтому скорость процесса определяется концентрацией кислорода, а также низким содержанием нитрифицирующих бак­ терий по сравнению с гетеротрофными бактериями.

В третьей секции реактора органическое вещество практически полностью удалено, поэтому здесь протекает в чистом виде процесс нитрификации, скорость которой ограничивается концентрацией кислорода.

4-я секция, нитрификация, лимитруется концентрацией аммония

Рис. 6.25. Иллюстрация основных принципов проектирования реакто­ ров с вращающимися дисками для нитрификации.

В четвертой секции реактора концентрация аммония уже на­ столько низкая, что скорость процесса лимитируется содержанием не кислорода, а аммония.

Следовательно, проектирование реактора с вращающимися дис­ ками — задача довольно сложная , так как приходится контролиро­ вать не только концентрацию аммония, но также и концентрации органического вещества и кислорода. Деление реактора на секции соответствует любой возможной ситуации на нормальном очистном сооружении. На практике необходимость в таких секциях определя­ ется возможностью возникновения одного из трех лимитирующих состояний, но совсем не обязательно, что в одном реакторе реализуются все три состояния. Компьютерное моделирование при проектировании станции можно начать с рассмотрения подаваемо­ го стока и двигаться от секции к секции, можно также начать с требований к обработанному стоку и идти шаг за шагом от момента завершения процесса обработки стока к его началу. В обоих случаях для разработки оптимального проекта необходимо провести целый ряд вычислений.

По завершении моделирования на основе упрощенной кинетики процесса в биопленках расчеты можно проверить с применением более сложных моделей. Это возможно только с использованием компьютера. В табл. 11.3 представлена общая матрица параметров процесса, в том числе гетеротрофного процесса, денитрифика-