Пример 7.4. Какое отношение C/N ((БПК/Кобщ)практ,1 ) необходимо для проведения денитрификации в реакторе с рециклом, если источником углерода является сточная вода?

Эффективность очистки на станции составляет 80% по общему азоту и 95% по ВПК.

Отношение C/N можно определить из уравнения (7.21)

3,2 кг БПК/кг N06i4, а согласно данным табл. 7.4 fC/N = 0,4—0,6. Подставив найденный интервал значений в выражение (7.21),

Верхнее значение этого интервала слишком велико для городских сточных вод (табл. 1.12). Следовательно, нужно быть вниматель­ ными, чтобы не растрачивать напрасно органическое вещество из сточных вод.

7.3.2. Кислород/перемешивание

Очистку сточной воды в системе с активным илом необходимо проводить при перемешивании, чтобы поддерживать ил во взве­ шенном состоянии (не допускать его осаждения) и обеспечивать контакт между илом и сточной водой. При перемешивании не должно происходить избыточного поступления воздуха (кисло­ рода), поскольку это ингибирует денитрификацию, снижая ее скорость и уменьшая фактор эффективности для органического вещества f c /N - В результате часть денитрифицирующих бакте­ рий будет использовать для дыхания кислород вместо нитрата. Потребление бактериями 1 моль кислорода (32 г) соответствует

Ингибирование кислородом возможно и в том случае, если в реактор денитрификации подается обогащенный кислородом сток, как, например, при использовании рециркуляции.

Пример 7.5. В реакторе денитрификации с лопастной мешалкой Кьа для сточной воды составляет 3 сут” 1 при 8 °С. Концентрация кисло­ рода 0 г/м 3, концентрация ила 4 кг БВБ/м3 Определите понижение скорости денитрификации при 8 °С.

В соответствии с теорией аэрации поток воздуха, поступающего из атмосферы в реактор, определяется как (A/V)N = Кьа(Ст — С).

Насыщающая концентрация кислорода Ст при 8 °С составляет 11,8 г/м 3. Следовательно, поток кислорода равен:

3 сут” 1 (11,8 — 0)г Ог/м3 = 35,4 г 02/(м 3 •сут)

Если бы бактерии не использовали кислород, а осуществляли денит­ рификацию, то они подвергли бы денитрификации

35,4 г Ог/(м3 •сут) •0,35 г NO3 —N /r О2 = 12,4 г NO3 —N/(M3 •сут)

Определим объемную скорость денитрификации, считая, что скорость денитрификации без влияния кислорода rx,s соответству­ ет скорости, приведенной на рис. 3.13, т. е. равна приблизительно 12 г NO3 - N /( K r БВБ •сут)

rv.s = rx.s •X = 12 •4 = 48 г NO3 —N /( M 3•сут)

Следовательно, текущая скорость денитрификации:

rv.s(текущая) = rv.s — 12 = 48 — 12 = 36 г NOJ - N / ( M 3♦сут)

Таким образом, в данном случае скорость денитрификации понижается на 12/48 = 25% . При повышении температуры уменьшение скорости было бы менее значительным.

7.3.3. Одновременная нитрификация/денитрификация

Концентрация кислорода влияет на скорости денитрификации и нитрификации. Это означает, что при низких или умеренных концентрациях кислорода эти два процесса могут идти одновремен­ но. Для конструкторов идея создания процесса с одновременным протеканием нитрификации/денитрификации всегда была искуше­ нием. Часто аргументом в пользу такого решения вопроса является то, что совмещение двух процессов позволяет сэкономить половину объема реактора. Однако в действительности дело обстоит иначе, поскольку в таком совмещенном процессе скорости индивидуаль­ ных процессов понижаются. В лучшем случае скорости обоих про­ цессов уменьшаются в два раза. Эта ситуация проиллюстрирована

Рис. 7.20. Концентрационные профили нитрата и растворенного азота в погружном фильтре [8].

довольно трудно, поскольку в ряде случаев, даже если вода в отстойнике перенасыщена азотом, пузырьки не образуются.

Увеличение давления на дне отстойника повысит насыщающую концентрацию азота и, следовательно, будет противодействовать тенденции перенасыщения.

Присутствие кислорода в иле отстойника ингибирует денитри­ фикацию (см. пример 7.5).

Насыщающая концентрация азота при атмосферном давлении составляет около 2 0 г N2 /M 3, столб жидкости высотой2 м при­

водит к увеличению насыщающей концентрации приблизительно до 2 4 T N 2/ M 3. Следовательно, денитрификация 4 r N O ^ —N/м3 в

отстойнике не ухудшит ситуацию.

При нормальном протекании денитрификации и нормальном функционировании отстойника то количество нитрата, которое может быть в нем денитрифицировано, не должно создавать проблем. Однако, если время удерживания ила в отстойнике высокое, а денитрификация происходит лишь частично или не происходит вообще, то в такой ситуации возможно всплытие ила. Опыт показывает, что это явление может наблюдаться при концентрации нитратного азота на входе в отстойник 5-10 г3/ми температуре выше 20 ° С 2 0[ ].

В биофильтрах образование газообразного азота возможно как внутри биопленки, так и в толще воды в реакторе.

На рис. 7.20 показана схема погружного фильтра и концентра­ ционный профиль нитрата в интервале от 30 до 3 r N O ^ —N/м 3.

Рис. 7.21. Распределение концентрации растворенного азота в денитри­ фицирующей биопленке. Поверхность раздела находится в равновесии с внешней средой. При концентрации нитрата в толще воды выше, чем 6 г NOJ —N/м 3, происходит перенасыщение [8].

В подаваемом на очистку стоке концентрация растворенного азота

приведена концентрация растворенного азота, рассчитанная из концентрации нитрата, удаленного в результате денитрификации. Видно, что перенасыщение наступает уже на глубине 0,5 м. На практике образование пузырьков азота наблюдается во всех денит­ рифицирующих фильтрах. При использовании мелкодисперсной загрузки фильтра пузырьки блокируют проток воды, в связи с чем возникает необходимость в частом использовании противотока для их удаления.

На рис. 7.21 показан концентрационный профиль азота в денит­ рифицирующей биопленке. Здесь также наблюдается перенасыще­ ние. Пузырьки могут образовываться на границе между твердой подложкой и биопленкой (рис. 7.22). На практике именно так осуществляется один из механизмов сброса биомассы.

Образование азота в биопленке можно описать следующим выражением: