Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Вспухание активного ила
Вспухание - изменение состояния биоценоза активного ила в неблагоприятных экологических условиях обитания, характеризующееся увеличением объема ила и нарушением его седиментационных свойств.
Вспухание подразделяется на гелевое и нитчатое.
Гелевое развивается вследствие избыточного продуцирования экзополимерного геля гетеротрофными сапрофитными бактериями активного ила в ответ на присутствие в сточных водах трудноокисляемых или биологически неокисляемых веществ промышленного происхождения.
Нитчатое вспухание развивается вследствие резкого увеличения численности нитчатых форм организмов (хламидобактерий, сапрофитных грибов, цианобактерий).
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2.Автотрофы и гетеротрофы. Пищевые цепи и трофические уровни. Круговорот элементов (углерода, азота). Процессы нитрификации и 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. Для процесса нитрификации оптимальная величина рН составляет 7—9; возможна нитрификация и при рН —6—7. 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 С02 и Н20 за счет кислорода азотсодержащих соединений. При денитрификации обеспечивается очистка сточных вод одновременно от биологически окисляемых органических соединений и от соединений азота (NO2- и NO3-). Наиболее эффективно процесс денитрификации протекает при рН=7—7, 5; при рН ниже 6 или выше 9 процесс затормаживается. Для очистки сточных вод от соединений азота можно применять биологические пруды. Наиболее эффективно биологические пруды используются в южных районах, так как концентрация азота снижается в них в результате нитрификации и денитрификации в основном в летнее время. При исходной концентрации аммонийного азота 15— 20 мг/л р биологических прудах и летнее время его можно снизить на 40—60%, а в мелководных прудах с высшей водной растительностью — 70—90%. 2. Пищевые цепи и трофические уровни. Органические молекулы, синтезированные автотрофами, служат источником питания (вещества и энергии) для гетеротрофных животных. Этих животных в свою очередь поедают другие животные и таким путем происходит перенос энергии через ряд организмов, где каждый последующий питается предыдущим. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое звено цепи соответствует определенному трофическому уровню (от греч. troph — еда). Первый трофический уровень всегда составляют автотрофы, называемые продуцентами (от лат. producere — производить). Второй уровень — это растительноядные (фитофаги), которых называют консументами (от лат. consumo — «пожираю») первого порядка; третий уровень (допустим, хищники) — консументы второго порядка и т. д. В экосистеме обычно бывает 4—5 трофических уровней и редко больше 6. Частично это обусловлено тем, что на каждом из уровней часть вещества и энергии теряется (неполное поедание пищи, дыхание консументов, «естественная» гибель организмов и т. п.); такие потери отражены на рисунке и подробнее обсуждаются в соответствующей статье. Круговорот биогенных элементов. Круговорот биогенных элементовЧибисова Н.В., Долгань Е.К.Нам понятно, что углерод, азот, водород, кислород, фосфор, сера формируют живы организмы. Однако эти организмы не сумеют жить без достаточного количества многих остальных частей - катионов металлов.Среди них калий, кальций, магний (время от времени натрий) 3. Способы извлечения загрязнений из сточных вод, ХПК и БПК. Принципы переработки осадков сточных вод. Основные способы утилизации осадков сточных вод. В общем случае обработка осадков производственных сточных вод состоит из следующих стадий: уплотнение или сгущение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание, обезвреживание, ликвидация, обеззараживание, утилизация. Осадки можно подразделить на три группы: минерального состава, органического состава и смешанные. Переработка осадка начинается со стадии уплотнения (сгущения), которая связана с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении в среднем удаляется 60 % свободной влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Для уплотнения осадка используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы, а также фильтрование или комбинации перечисленных методов. Пиролиз . Окисляемость: перманганатная и бихроматная (ХПК)Выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм3 воды [3], [14]. . Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК). В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мгО/дм3; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мгО/дм3. Биохимическое потребление кислорода (БПК)Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся ("биологически мягким") веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются "биологически жесткие" вещества гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др. БПК5В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0.5-4 мгO2/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКполн.. В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мгO2/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мгO2 /дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при 20оС не должна превышать 2 мгO2/дм3. БПКполн.Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКполн.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК20, считая что эта величина близка к БПКполн. Полная биологическая потребность в кислороде БПКполн. для внутренних водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II категории) при 20оС не должна превышать 3 мгO2 /дм3. Характеристики очищаемых вод. Отличие в составе городских и производственных сточных вод (СВ) Сточные воды по характеру загрязнений разделяются на содержащие минеральные вещества, органические вещества или одновременно те и другие. К минеральным веществам относятся частицы грунта, руды, шлака, металлов, минеральные соли, кислоты, щелочи и другие неорганические вещества. Органические примеси весьма многообразны и образуются за счет поступления в сточную воду остатков сырья, реагентов и продуктов производства, отходов жизнедеятельности человека и животных, веществ растительного происхождения и др. Органические вещества характеризуются присутствием в их составе углерода, водорода, во многих случаях кислорода и азота, а также серы, фосфора, хлора, металлов. Из органических загрязняющих примесей загрязняющие вещества, могут находиться в воде в грубодисперсном состоянии (частицы крупностью более 0,1 мм), в виде суспензии, эмульсий, пены (частицы 0,1 мм—0,1 мкм) ; в коллоидном состоянии (частицы крупностью 0,1—0,001 мкм) или в виде истинного раствора. Часть нерастворенных в воде веществ, задерживаемых бумажным фильтром, обычно называют взвешенными веществами. Масса их определяется после высушивания при температуре 105° С. В бытовых сточных водах общая масса взвешенных веществ составляет примерно 65 г/сут на одного человека в пересчете на сухое вещество, из которых от 35 до 45 г могут выпадать в осадок. Эти воды характеризуются также содержанием азота (в солях аммония) — 8 г/сут на одного человека, фосфатов (в пересчете на Р205) —3,3 г/сут (из них 1,6 г за счет поступающих в воду моющих веществ), хлоридов (Сl-) — 9 г/сут и поверхностно- активных веществ (ПАВ) —2,5 г/сут. . В отличие от бытовых сточных вод состав производственных вод более разнообразен по видам и концентрации загрязняющих веществ и зависит от типа промышленного предприятия, характера технологических процессов и других факторов.
Производственные сточные воды можно подразделить на два основных вида: незагрязненные и загрязненные. Качественная характеристика сточных вод определяется химико-аналитическими определителями различных загрязняющих ингредиентов. В связи с тем, что определение абсолютного состава сточных вод трудоемко, обычно пользуются сокращенным перечнем показателей, наиболее полно характеризующих их качество и используемых для проектирования и расчета сооружений канализации. К таким показателям относятся: температура, окраска, запах, прозрачность, величина рН, сухой и плотный остатки, содержание взвешенных веществ, оседающих веществ, биохимическая потребность в кислороде {БПК), химическая потребность в кислороде (ХПК), содержание различных форм азота, фосфатов, хлоридов, сульфатов, токсичных элементов, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), концентрация растворенного кислорода, биологические загрязнения. 5. Роль микроорганизмов в очистке сточных вод (ОСВ). Структура окислительного процесса при аэробной очистке сточных вод. Биохимическая очистка сточных вод или как это работаетУсловно, принято разделять весь процесс очистки на два периода: период биологического созревания и период стационарного биохимического окисления. Первая фаза:Биосорбция органических загрязнений хлопьями активного ила. Вторая фаза:Биохимическое окисление органических веществ хлопьями активного ила. Третья фаза:Синтез клеточного вещества активного ила из оставшихся органических веществ сточной воды за счет энергии, освободившейся во второй фазе. Четвертая фаза:Эндогенное дыхание или окисление клеточного вещества активного ила. Эта фаза характеризуется уменьшением биомассы активного ила. Органические вещества клеток биомассы подвергаются эндогенному окислению до конечных продуктов NН3, СО2, Н2O, что приводит к уменьшению общей массы ила. Эта фаза начинается после 20-24 часов аэрации активного ила и заканчивается через 2-3 суток. Дальнейшая очистка сточных вод:Дезаминирование. Этот процесс, получивший название нитрификации, осуществляется в две фазы. Первая фаза: В этой фазе аммонийные соли, в результате биохимического окисления, превращаются в азотистые соединения (нитриты) кокковыми бактериями из рода B. Nitrosomonas. Вторая фаза: В этой фазе аммонийные соли, в результате биохимического окисления, превращаются в азотистые соединения (нитраты) бактериями из рода B. Nitrobaster. 6. Органические загрязнения сточных вод. ХПК и БПК. Трудноокисляемые загрязнения (перечислить группы веществ). Трудноокисляемые вещества.(Стойкие органические загрязнители) 1. Дихлордифенил-трихлорэтан (ДДТ) 2. Алдрин (Пестицид-инсектицид, первоначально инсектицидного действия, оказавшийся токсичным для рыб, птиц и человека) 3. Диэлдрин (Пестицид, производное алдрина, в почве алдрин быстро превращается в диэлдрин, который имеет период полувыведения из почвы 5 лет, в отличие от 1 года для алдрина) 4. Эндрин (Пестицид — инсектицид и дератизатор, высокотоксичен для рыб) 5. Хлордан (Инсектицид против термитов, оказавшийся токсичным для рыб, птиц, у человека воздействует на иммунную систему, потенциальный канцероген) 6. Мирекс (Инсектицид против муравьев и термитов, не токсичен для человека, но является потенциальным канцерогеном) 7. Токсафен (Инсектицид против клещей, является потенциальным канцерогеном) 8. Гептахлор (Инсектицид, применялся против почвенных насекомых, оказался токсичен для птиц, скорее всего привел к уничтожению локальных популяций канадских гусей и американской пустельги в бассейне реки Колумбиа, США. Потенциальный канцероген) 9. Полихлорированные дифенилы (ПХД) 10. Гексахлорбензол (ГХБ) (Пестицид-фунгицид, воздействует на репродуктивные органы) 11. Полихлордибензодиоксины (ПХДД) 12. Полихлордибензофураны (ПХДФ) (Дибензофураны по структуре очень похожи на диоксины и многие их токсические эффекты совпадают) Дополнительный список 1. Альфа гексахлорциклогексан (в приложение А) 2. Бета гексахлорциклогексан (в приложение А) 3. Хлордекан (в приложение А) 4. Гексабромбифенил (в приложение А) 5. Гекса- и Гептахлорбифениловый эфир (в приложение А) 6.Линдан (в приложение А) 7. Пентахлорбензол (в приложение А и С) 8. Перфтороктановый сульфонат, его соли и перфтороктанового сульфонилфторида (в приложение В) 9. Тетрабромдифениловый эфир и пентабромдифениловый эфир (в приложение А) 7. Примеси в сточных водах, ХПК, ВПК, биологические и бактериологические показатели качества воды. Группы: 1. взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий (гравитации и адгезии); 2. коллоиды и высокомолекулярные соединения (коагуляционный метод); 3. газы и органические вещества, растворённые в воде (аэрирования, окисления, адсорбция); 4. соли, кислоты, основания (переводом ионов в малорастворимые и слабодиссоциированные соединения). + микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос. Биологические показатели качества воды Для определения чистоты воды в качестве критерия выбрана кишечная палочка. Количество кишечных палочек в воде выражается коли-титром (к - т), т.е. тем объемом воды в 1 см3, в котором содержится одна кишечная палочка, или коли-индексом (к-и) - количеством кишечных палочек в 1 кг воды. Согласно ГОСТ для питьевой воды коли-титр должен быть не менее 300 (или коли - индекс не более 3). Модифицированный олигохетный индекс (Э. А. Пареле), Индекс Шеннона, Индекс Майера 8. Состав активного ила. Показательная роль простейших.
Наиболее многочисленным родом в микрофлоре аэробных очистных систем является Pseudomonas - грамотрицательные палочковидные бактерии. Распространенность представителей этого рода бактерий обусловлена широким спектром компонентов загрязнений, которые могут служить для них субстратом. бактерии, окисляющие нитриты (Nitrosomonas Nitrobacter), соединения серы (Sulfomonas, Thiobacillus), аммонификаторы В. Micoides, Доминирующими родами являются Pseudomonas и Alcaligenes (5-39 и 36-84% соответственно), в то время как Bacillus, Zoogloea и факультативные анаэробы являются индикаторами нарушения процесса очистки. При перегрузке очистной системы резко возрастает содержание Zoogloea — до 45 %. В системах с изменяющейся нагрузкой на активный ил по ходу движения жидкости (аэротенки-вытеснители, биофильтры) изменяется состав микрофлоры. На начальной стадии процесса очистки, когда на единицу биомассы приходится большая часть субстрата, в биоценозе преимущественно развиваются гетеротрофные бактерии и простейшие, питающиеся растворенными компонентами сточной воды. Далее со снижением загрязненности воды уменьшается количество бактерий, появляется больше свободноплавающих простейших, питающихся бактериями. В конце процесса очистки развивается большое количество хищных простейших, появляются низшие беспозвоночные.
Анаэробные процессы применяются в практике очистки менее широко, чем аэробные. В последнее время возрастает интерес к метановому сбраживанию концентрированных углеродсодержащих субстратов, которое осуществляется сообществом анаэробных микроорганизмов. Полное анаэробное расщепление органического вещества происходит под влиянием трех основных групп бактерий (см. схему 1): (1) — гидролизующих; (2) — облигатных ацетогенных; (3) — ацетогенных; (4) — метаногенных. Первая стадия - гидролиз сложных соединений, биополимеров и конверсия продуктов в летучие жирные кислоты, спирты, альдегиды, диоксид углерода, аммиак, водород. Эти процессы осуществляются самыми разнообразными микроорганизмами, относящимися к аэробам, факультативным анаэробам, облигатным анаэробам. В анаэробной микрофлоре обнаружены бактерии рода Clostridium, обладающие протеолитической активностью, целлюлозоразрушающие — Васterioides rominicola, Butyrivibrio fibrisolvens, пектиноразрушающие, маслянокислые, пропионовокислые. Methanosarcina.
Многочисленными исследованиями установлено, что биомасса аэробного активного ила имеет следующий элементный состав: С5Н7О2N, а с учетом фосфора С5Н7О2NP0,06. Содержанием фосфора можно пренебречь, поскольку в сточных водах пищевых предприятий он имеется в достаточном количестве и в расчетах прироста биомассы может не учитываться. Типичный состав сухого вещества микробной клетки характеризуется следующими значениями %: углерод - 50; азот - 7-12; фосфор 1-3; сера 0,5-1,0; магний - 0,5. Биохимический состав беззольного клеточного вещества активного ила по классам соединений оценивается следующими показателями %: углеводы – 3,8-5,3; белки – 56,3-58,2; жиры – 21,7-21,9.
Исследования изменения химического состава активного ила при очистке модельных стоков молочных заводов показали, что содержание общего углерода составляет 50,2—60,2% при времени пребывания в аэротенке от 13 до 24 ч. Количество углерода зависело не от времени аэрации, а от ее интенсивности. Длительность аэрации в исследовавшемся весьма узком диапазоне мало влияла на химический состав ила. При очистке сточных вод, не содержащих литеральных дисперсных частиц, зольность биомассы активного ила не зависит от "возраста" последнего и находится в пределах 19—21 %. В связи с этим существующие системы расчета аэробной очистки, учитывающие накопление "инертной биомассы" с возрастанием времени пребывания ила, не отражают существа биохимических процессов, а являются эмпирическим обобщением данных о возрастании количества минеральных частиц и осадке вторичных отстойников. Нее расчетные модели, связывающие "возраст" ила с его зольностью, применимы только к тем системам очистки и тем сточным водам, на которых были получены экспериментальные данные. Методики расчета, изложенные в разделе 4, разработаны для активной биомассы с зольностью 20 %. 9. Особенности состава ила аэротенков и биопленки фильтров. Микрофлора биологических (окислительных) прудов, или анаэробных сооружений. Активный ил - это взвешенная в воде активная биомасса, осуществляющая процесс очистки сточных вод в аэробных биоокислителях (аэротенки, окситент и т.д.). Активный ил — сложное сообщество микроорганизмов различных систематических групп и некоторых многоклеточных животных. Кроме бактерий, в биомассе могут присутствовать простейшие, микроскопические грибы, амебы, инфузории, коловратки. Простейшие поедают бактерий, это способствует омолаживанию популяции активного ила. Существует 9 групп микроорганизмов: 13. Аэротенки. Принцип работы. Многоступенчатые аэротенки. Схемы с регенерацией АИ. Различные схемы и конструкции аэротенков классифицируют по двум направлениям:
Классификация по первому направлению позволяет разделить применяемые очистные сооружения на три основные группы:
В каждой из этих групп возможны схемы с регенерацией или без регенерации активного ила. Кроме того, из аэротенков указанных групп можно комбинировать различные варианты двухступенчатой биологической очистки. Достаточно широкое распространение получили аэротенки, в основном смесители, совмещенные с отстойниками. Существуют также конструкции с фильтрами – фильтротенки и с заполнителями различного вида - биотенки. Особенность расчета аэротенков для очистки промышленных стоков заключается в том, что необходимо располагать данными о скорости окисления сточных вод, которые должны быть получены экспериментальным путем и приняты па основании данных по биологической очистке аналогичных стоков. При очистке смеси сточных вод, каждая из которых имеет свою скорость окисления органических загрязнений, продолжительность аэрации определяют как сумму продолжительностей аэрации отдельных видов сточных вод, причем расчетную БПК каждого вида стоков находят с учетом разбавления другими сточными водами. Конструкции аэротенков. Конструктивное оформление аэротенков определяется пропускной способностью очистных сооружений, исходными характеристиками подлежащей очистке сточной воды, определяющими режим работы аэротенков, типом аэрационного оборудования для подачи воздуха и перемешивания, конструкцией других сооружений, включаемых в технологическую схему очистки сточной воды и др. Аэротенки с отдельными сооружениями илоотделения характеризуются тем, что иловая смесь из них выводится и направляется в отстойные сооружения, из которых возврат циркуляционного активного ила осуществляется принудительно либо насосными установками, либо эрлифтами. Устройство аэротенков с механической аэрацией практически ничем не отличается от устройства аэротенков с пневматической аэрацией.
Технологическая суть такой модификации заключается в том, что после извлечения загрязнений из сточной воды в собственно аэротенках активный ил с накопленными в нем загрязнениями отделяется от очищенной воды и подается не в аэротенк, а в специальное аэрационное сооружение, называемое регенератором, в котором активный ил аэрируется в течение определенного времени без сточной жидкости. В регенераторе ил освобождается от накопленных им в аэротенке загрязнений и восстанавливает свою метаболическую активность. 14. Нагрузка по органическому веществу на АИ. Основные типы процесса очистки сточных вод в аэротенках. Принципы очистки сточных вод в аэротенках и основные характеристики активного ила. Хлопьеобразующая способность активного ила зависит главным образом от наличия питательных веществ: при слишком высоком их содержании происходят рассеивание колоний и появление нитчатых форм микроорганизмов; при их недостатке, хотя нитчатые формы микроорганизмов практически отсутствуют, размеры хлопьев ила уменьшаются и ухудшаются его седиментационные свойства. Бактерии имеют такую высокую скорость воспроизводства, что в условиях избыточного питания и отсутствия внешних сдерживающих их рост факторов 1 мг бактерий за 1 сут может привести к образованию десятков тонн живой микробиальной массы. Собственно на этой способности к быстрому размножению и, следовательно, высокой скорости потребления питательных веществ и основано использование биологических методов очистки сточных вод.
16. Методы экспериментального определения илового индекса, концентрации активного ила и его зольности.
Определение концентрации активного ила Объем отстоявшегося активного ила. Определение зольности активного ила Фильтр с высушенным активным илом помещают в предварительно взвешенный фарфоровый тигель, который прокаливают в муфельной печи при 600 °С до постоянной массы. Зольность активного ила выражают в процентах к его сухой массе. Иловый индекс (численно) равен объему, который занимает 1 г сухого вещества активного ила через 30 мин после отстаивания в цилиндре. Пробу иловой смеси хорошо взбалтывают, наливают до черты в цилиндре (100 мл) и отстаивают в течение 30 мин. Иловый индекс (, мл/г) определяют по формуле 17. Конструкции аэротенков. Аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители, аэротенки с рассредоточенным впуском сточных вод. Биологическая очистка сточных вод в аэротенках происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила. Сточная вода непрерывно перемешивается и аэрируется до насыщения кислородом воздуха. Активный ил представляет собой суспензию микроорганизмов, способную к флокуляции. При биологической очистке сточных вод протекают два процесса — сорбция загрянений активным илом и их внутриклеточное окисление микроорганизмами. Скорость сорбции значительно превышает скорость биоокисления, поэтому после окончания процесса сорбции и достижения требуемого эффекта очистки по БПК отделившийся в отстойнике ил направляют в регенератор (секцию аэротенка) с целью биоокисления остаточных загрязнений сточных, вод. Регенерацию ила предусматривают при БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды более 150мг/л или при меньшей БПК, когда сточные воды содержат вредные производственные примеси. Двухступенчатая схема очистки, состоящая из аэротенков со вторичными отстойниками после каждой ступени, применяется для очистки концентрированных сточных вод (БПКполн более 1000 мг/л) или вод, содержащих трудноокисляемые примеси. Для первой ступени целесообразно использовать аэротенки-смесители, для второй — вытеснители. Аэротенки можно компоновать с отдельно стоящими вторичными отстойниками или объединять в блок при прямоугольной форме обоих сооружений в плане. Наиболее компактны комбинированные сооружения — аэротенки-отстойники. За рубежом этот тип сооружения круглой в плане формы с механическими аэраторами получил название аэроакселатора. Совмещение аэротенка с отстойником позволяет увеличить рециркуляцию иловой смеси без применения специальных насосных станций, улучшить кислородный режим в отстойнике и повысить дозу ила до 3—5 г/л, соответственно увеличив окислительную мощность сооружения. Аэрация и перемешивание воды в аэротенках могут осуществляться пневматическими, механическими, пневмомеханическими и струйными аэраторами. Пневматическая аэрация применима для всего диапазона производительностей аэротенков; механическая аэрация оказывается рентабельной для сооружений малой и средней мощности; струйные аэраторы целесообразно использовать в малых сооружениях. Аэротенки с неравномерно рассредоточенным выпуском сточной воды Аэротенки с неравномерно рассредоточенным впуском сточной воды и сосредото- ченным впуском активного ила (рис. 27. 12) отличаются тем, что в них создаются условия для более высокой средней концентрации активного ила, чем в аэротенках-вытеснителях, и обеспечивается более высокое качество очистки, чем в аэротенках-смесителях. Аэротенки с неравномерно рассредоточенным впуском сточных вод представляют собой двух- или четырехкоридорные аэротенки с продольными лотками для напуска сточной воды, оборудованными щитовыми затворами с подвижными водосливами, которые обеспечивают рассредоточенный неравномерный впуск воды в аэротенк Аэротенки-вытеснители, в отличие от аэротенков других типов (аэротенков - смесителей и аэротенков промежуточного типа), представляют собой сооружения, в которых очищаемая сточная вода постепенно перемещается от места впуска к месту ее выпуска. коридорный аэротенк работает практически как вытеснитель при отношении расстояния от впуска очищаемой воды до конца последнего коридора к ширине коридора не менее 50 : 1. Аэротенки-смесители Технологическими особенностями аэротенка-смесителя (конструкции проф. Н. А. Базякиной) являются рассредоточенная подача очищаемой воды и активного ила и рассредоточенный отвод иловой смеси по всей длине сооружения, что обеспечивает моментальное перемешивание сточных вод и активного ила, поддерживает постоянными состав иловой смеси и скорость процесса окисления во всем объеме аэротенка (рис. 27.1).
19.Пневматические и механические системы аэрации аэротенков 20.Пневмомеханические и струйные системы аэрации аэротенков. Системы аэрации аэротенков
Система аэрации представляет собой комплекс сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение жидкости кислородом, поддержание ила во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. По способу диспергирования воздуха в воде на практике применяются следующие системы аэрации: пневматическая, механическая, пневмомеханическая и струйная. Пневматическую аэрацию, при которой воздух нагнетается в аэротенках под давлением (по магистральным и распределительным трубопроводам), подразделяют на три типа в зависимости от размера пузырьков воздуха: на мелкопузырьчатую (1-4 мм), среднепузырьчатую (5-10 мм), крупнопузырьчатую (более 10 мм). Наибольшее распространение получили фильтросные пластины и перфорированные трубы. Фильтросы размещают на дне аэротенка с одной или двух сторон и заделывают в железобетонные каналы или в металлические обоймы. Средний размер пор в фильтросах составляет 100 мкм. Пористые трубы удобнее для монтажа, их легче сменить. Фильтросы чувствительны к загрязнениям, требуют тщательной заделки, оказывают большое сопротивление прохождению воздуха, однако хорошо перемешивают воду и насыщают ее кислородом. Струйная (эжекторная) система аэрации основана на смешении и обмене энергией двух имеющих разное давление потоков, один из которых рабочий, с образованием смешанного потока с промежуточным давлением. При подаче с повышенной скоростью рабочей жидкости через сопло в камеру смешения обеспечивается разрежение, что вызывает подсос (эжекцию) атмосферного воздуха через специальный патрубок. Компактная струя жидкости, соударяясь с воздушным потоком, диспергирует воздух, водовоздушная смесь плавно снижает свою скорость, а жидкость насыщается кислородом. Поверхностный турбинный аэратор (рис. 27.5) представляет собой агрегат, состоящий из собственно аэратора (центробежного ротора), электродвигателя и редуктора. При вращении ротора располо женные на нем лопасти отбрасывают воду к периферии, в результате чего образуется кольцевой гидравлический прыжок и происходит интенсивный перенос кислорода воздуха в воду. Одновременно снизу к ротору подсасывается жидкость, благодаря чему обеспечивается хорошее ее перемешивание и распределение обогащенных кислородом слоев во всем объеме резервуара. Всасывающий турбинный аэратор (импеллерный) (рис. 27.6) состоит из двигателя, направляющей трубы, вала, воздухозаборников и ротора. Принцип действия аэратора со всасыванием атмосферного воздуха основан на том, что заглубленный ротор прокачивает жидкость через трубу с воздухозаборными отверстиями, расположенными на уровне жидкости в аэротенке. При этом поток жидкости вовлекает через отверстия воздух, который, проходя через ротор, интенсивно диспергируется. Щеточные аэраторы представляют собой горизонтальный вал с перпендикулярно укрепленными лопатками. Типы щеточных аэраторов различаются профилями лопаток (в основном лопатки изготовляют из уголков). При работе щеточных аэраторов происходят перемешивание иловой смеси, разбрызгивание ее капель, захват воздуха из атмосферы и интенсивное перемешивание воздуха с иловой смесью. Механические аэраторы с принудительной подачей воздуха называются пневмомеханическими (рис. 27.7). Сжатый воздух подается через среднепузырчатый диффузор под расположенный внизу аэратора ротор (крыльчатку), при этом воздух мелко дробится и хорошо перемешивается во всем объеме аэротенка. 21. Биофильтры. Классификация биофильтров. Конструкции капельных и высоконагружаемых биофильтров. Классификация биофильтров Биофильтры классифицируются по различным признакам. 1. По степени очистки — на биофильтры, работающие на полную и неполную биологическую очистку. Высокопроизводительные биофильтры могут работать на полную или неполную очистку в зависимости от необходимой степени очистки. Малопроизводительные биофильтры работают только на полную очистку. 2. По способу подачи воздуха — на биофильтры с естественной и искусственной подачей воздуха. Во втором случае они часто носят название аэрофильтров. Наибольшее применение в настоящее время имеют биофильтры с искусственной подачей воздуха. 3. По режиму работы — на биофильтры, работающие с рециркуляцией и без нее. Если концентрация загрязнений в поступающих на биофильтр сточных водах невысока и они могут быть поданы на биофильтр в таком объеме, который достаточен для самопроизвольной его промывки, то рециркуляция стока не обязательна. При очистке концентрированных сточных вод рециркуляция желательна, а в некоторых случаях обязательна. Рециркуляция позволяет понизить концентрацию сточных вод до необходимой величины, так же как и предварительная их обработка в аэротенках — на неполную очистку. 4. По технологической схеме — на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые. Схемы работы одноступенчатых биофильтров с ре - Рис. 4.91. Схема работы биофильтров I — подача сточной жидкости; 2 — первичный отстойник; 3— биофильтр; 4 —- вторичный отстойник; 5 — подача ила из вторичного отстойника; 6 — выпуск осветленной сточной воды; 7 н 8 — биофильтры соответственно I и II ступени; 5 —третичный отстойник; 10 ~ рециркуляционная вода Циркуляцией и без нее приведены на рис. 4.91, а, а двухступенчатых с рециркуляцией — на рис. 4.91,6. Двухступенчатые биофильтры применяются при неблагоприятных климатических условиях, при отсутствии возможности увеличивать высоту биофильтров и при необходимости более высокой степени очистки. Иногда предусматривается переключение фильтров, т. е. периодическая эксплуатация каждого из них в качестве фильтра первой и второй ступени. 5. По пропускной способности — на биофильтры малой пропускной способности (капельные) и большой пропускной способности (высоко – нагружаемые). 6. По конструктивным особенностям загрузочного материала — на Биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой. Биофильтры с объемной загрузкой можно подразделить на: капельные биофильтры (малой пропускной способности), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20—30 мм и высоту слоя загрузки 1—2 м; Высоконагружаемые биофильтры, имеющие крупность загрузочного материала 40—60 мм и высоту слоя загрузки 2—4 м; Биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60—80 мм и высоту слоя загрузки 8—16 м. Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на: биофильтры с жесткой загрузкой в виде колец, обрезков труб и других элементов. Биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон).Плоскостные биофильтры с засыпной и мягкой загрузкой рекомендуется применять при расходах до 10 тыс. м3/сутки, с блочной загрузкой— до 50 тыс. м3/сутки, погружные биофильтры — для малых расходов до 500 м3/сутки. Конструирование биофильтров Капельные биофильтры. Проектируются круглыми или прямоугольными в плане со сплошными стенками и двойным дном. Верхнее дно представляет собой колосниковую решётку и нижнее – сплошное. Высота междудонного пространства должна быть не менее 0,6 м для возможности периодического его осмотра. Высоконагружаемые биофильтры. Конструктивными отличиями высоконагружаемых биофильтров являются большая высота слоя загрузки, большая крупность ее фракций и особая конструкция днища и дренажа, обеспечивающая возможность искусственной продувки материала загрузки воздухом. В закрытое (обязательно) междудонное пространство вентилятором подается воздух. На отводных трубопроводах должны быть предусмотрены гидравлические затворы глубиной 200 мм. Особенностями эксплуатационного характера являются необходимость орошения всей поверхности биофильтра с возможно малыми перерывами в подаче воды и поддержание повышенной нагрузки по воде на 1 м поверхности фильтра (в плане). Только при этих условиях обеспечивается промывка фильтров. Биофильтры с плоскостной загрузкой. Биофильтры с плоскостной загрузкой могут быть круглыми, многогранными или прямоугольными в плане со сплошными стенками и двойным дном. Эти сооружения компактны, надежны в эксплуатации, не подвержены заилению, имеют малую энергоемкость. В качестве загрузки используются блочные, засыпные и рулонные материалы из пластических масс, металла, асбестоцемента, керамики, стекла, дерева, тканей и др. Высота слоя загрузочного материала 3-8 м, пористость 70-99%, удельная площадь поверхности 60-250 м2/м3, плотность 10-250 кг/м3. 22. Особенности загрузки биофильтров и особенности их конструкции, Биофильтры с жесткой и мягкой загрузкой и виды загрузочных материалов 23. Методы уплотнения и переработки осадков сточных вод и избыточного активного ила. Факторы, затрудняющие утилизацию активного ила. Флотационное сгущение. Напорная флотация. Электрофлотация. Центрифугация, Реагентный, Анаэробное сбраживание, Термическая обработка, Добавка регуляторов роста, Ультразвуковая обработка, Аэробная стабилизация, Флокуляция, Вермикультура, Фильтрация, Кавитация. Переработка активного илаУтилизация избыточного активного ила связана с использованием их в сельском хозяйстве в качестве удобрения, что обусловлено достаточно большим содержанием в них биогенных элементов. Активный ил богат азотом и фосфором, медью, молибденом, цинк. 24. Классификация метантенков по режиму (температуре) сбраживания Метантенки Метантенки следует применять для анаэробного сбраживания осадков городских сточных вод с целью стабилизации и получения метансодержащего газа брожения, при этом необходимо учитывать состав осадка, наличие веществ, тормозящих процесс сбраживания и влияющих на выход газа. Для поддержания требуемого режима сбраживания надлежит предусматривать:
Распад беззольного вещества загружаемого осадка Rr , %, в зависимости от дозы загрузки надлежит определять по формуле (111) где Rlim – максимально возможное сбраживание беззольного вещества загружаемого осадка, %, определяемое по формуле (112);
Весь ход сбраживания лимитируется возможностями и состоянием популяции метанообразующих бактерий, чрезвычайно чувствительных к температурным условиям и имеющих малую скорость роста. Рис. 8.22. Влияние температуры на продолжительность сбраживания: 1 – мезофильное сбраживание; 2 – термофильное сбраживание 25. Регенерация активного ила. Схемы аэротенков с регенераторами. Рис. 111.44. Схема работы аэротенка / — циркулирующий активный ил; 2 — избыточный активный ил; 3—насосная станция;4 — вторичный отстойник; 5 — аэротенк; 6 — первичный отстойник 26-27. Расчет объема аэротенка I. Аэротенки-смесители без регенераторов 1. Принимается доза активного ила в аэротенке 2. Рассчитывается удельная скорость окисления 3. Рассчитывается период аэрации 4. Рассчитывается нагрузка на активный ил 5. По данным /8/ или табл. 3.1 методом интерполяции принимается иловый индекс Ji, см3/г, соответствующий нагрузке qi. 6. Рассчитывается степень рециркуляции активного ила Ri Рассчитанное значение Ri должно быть не менее 0,3 для отстойников с илососами, 0,4 – с илоскребами, 0,6 – при самотечном удалении ила. Если значение меньше минимальной величины, то степень рециркуляции принимается равной минимальной величине. 7. Определяется объем аэротенков Watm: 8. По табл. 13 Приложений выбирается типовой проект аэротенка, подбирается число секций nat (не менее двух, при суточном расходе до 50 000 м3/сут – 46, при большем расходе – 68). Длина аэротенка lat определяется по формуле 9. Рассчитывается прирост активного ила Pi: Аэротенки-смесители с регенераторами 1. Принимается средняя доза активного ила ai mix = (2,54,5) г/л и степень ре- генерации (доля объема, занятая регенератором) Rr (например, равная 0,3). 2. Рассчитывается удельная скорость окисления по формуле (3.1) при дозе ai mix. 3. Рассчитывается период аэрации tatm по формуле (3.2) при дозе ai mix. 4. Рассчитывается нагрузка на активный ил qi по формуле (3.3) при дозе ai mix. 5. По табл. 3.1 принимается иловый индекс Ji, соответствующий нагрузке qi. 6. Рассчитывается степень рециркуляции активного ила Ri по формуле (3.4)при дозе активного ила ai mix. Значение Ri проверяется на соответствие вышеуказанным условиям. 7. Определяется общий объем аэротенка и регенератора (Watm + Wr) 8. Определяется объем аэротенка Watm и регенератора Wr: 9. Определяются размеры аэротенка с регенератором, подбираются типовые аэротенки-смесители (табл. 13 Приложений) по общему объему (Watm + Wr). Под регенератор отводится либо целиком одна секция аэротенка, либо часть одного коридора в каждой секции. 10.Рассчитывается доза активного ила в аэротенке ai: 11.Рассчитывается прирост активного ила Pi по формуле (3.7). III. Аэротенки-вытеснители без регенераторов 1. Принимается доза активного ила в аэротенке ai = 35 г/л и первоначальное значение илового индекса Ji (например, 100 см3/г). 2. Рассчитывается степень рециркуляции активного ила Ri по формуле (3.4). Значение Ri проверяется на соответствие вышеуказанным условиям. 3. Определяется БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды с учетом разбавления рециркуляционным расходом Lmix
4. Рассчитывается период аэрации tatv: 5. Рассчитывается нагрузка на активный ил qi по формуле (3.3) при значениях Lmix (вместо Len) и tatv. 6. По табл. 3.1 проверяется соответствие предварительно заданного илового индекса Ji полученной нагрузке qi. Если иловый индекс отличается от табличного значения более чем на 10 %, расчет повторяется снова с пункта 2, принимая новый иловый индекс, соответствующий нагрузке qi. 7. Определяется объем аэротенка с учетом рециркуляционного расхода Wat: 8. По табл. 14 Приложений выбирается типовой проект аэротенка-вытеснителя, выписываются все необходимые данные, по формуле (3.6) определяется длина секции аэротенка. 9. Рассчитывается прирост активного ила Pi по формуле (3.7). IV. Аэротенки-вытеснители с регенераторами 1. Принимается доза активного ила в аэротенке ai = 24,5 г/л и первоначальное значение илового индекса Ji (например, 100 см3/г). 2. Рассчитывается степень рециркуляции активного ила Ri по формуле (3.4). Значение Ri проверяется на соответствие вышеуказанным условиям. 3. Определяется БПКполн поступающей в аэротенк сточной воды с учетом раз- бавления Lmix по формуле (3.12). 4. Рассчитывается продолжительность обработки воды в аэротенке tatv: 5. Рассчитывается доза активного ила в регенераторе ar: 6. Рассчитывается удельная скорость окисления по формуле (3.1) при дозе активного ила ar. 7. Определяется общая продолжительность окисления органических загрязнений tO: 8. Определяется продолжительность регенерации tr: 9. Определяется продолжительность пребывания в системе аэротенк–регенератор ta-r: 10.Рассчитывается средняя доза активного ила в системе аэротенк–регенератор ai mix: 11.Рассчитывается нагрузка на активный ил qi: 12.Проверяется соответствие илового индекса Ji полученной нагрузке qi. Если иловый индекс отличается от табличного значения более чем на 10 %, расчет по- вторяют снова с пункта 2, принимая новый иловый индекс, соответствующий на- грузке. 13.Определяется объем аэротенка Wat по формуле (3.14) и объем регенератора Wr: 14.По общему объему аэротенка и регенератора (Wat + Wr) выбирается типовой проект аэротенка-вытеснителя аналогично предыдущему расчету. Под регенера- тор отводится один или несколько коридоров каждой секции аэротенка. 15.Рассчитывается прирост активного ила Pi по формуле (3.7). 31. Расчет биофильтров. Капельные биофильтры I. Без рециркуляции. 1. Определяется коэффициент Kbf: Kbf = Len/Lex, (2.1) где Len и Lex – БПКполн поступающей и очищенной сточной воды, мг/л. 2. Исходя из среднезимней температуры сточной воды Tw и значения Kbf по /8/ или табл. 2.1 находится высота биофильтра Hbf и гидравлическая нагрузка qbf 3. По суточному расходу сточной воды Qw, м3/сут, рассчитывается общая площадь биофильтров Fbf: 4. Подбирается количество секций nbf и размеры типовых биофильтров. Число и размеры секций зависят от способа распределения сточной воды по поверхности. Обычно количество секций должно быть не менее 2 и не более 6-8. Все секции рабочие. 5. Рассчитывается объем загрузки Vbf: 6. Определяется объем избыточной биопленки Vmud, выносимой во вторичные отстойники : II. С рециркуляцией 1. По формуле (2.1) определяется коэффициент Kbf, причем вместо значения Len подставляется максимально допустимое значение БПКполн (220 мг/л). 2. По табл. 2.1 определяется гидравлическая нагрузка qbf и высота биофильтра Hbf. 3. Рассчитывается среднее значение БПКполн в смеси стоков перед биофильтром Lmix: 4. Определяется коэффициент рециркуляции Krec: 5. Определяется общая площадь биофильтров Fbf: 6. Подбираются количество и размеры типовых биофильтров, рассчитывается объем загрузки Vbf и количество избыточной биопленки Vmud по формулам (2.3) и (2.4). Высоконагружаемые биофильтры I. Без рециркуляции. 1. При заданной среднезимней температуре сточной воды Tw и коэффициенте Kaf = Len/Lex, по /8/ или табл. 2.2 находятся высота биофильтра Hаf, гидравлическая нагрузка qаf и удельный расход воздуха qa. 2. В формулу (2.2) подставляется найденное значение qаf и рассчитывается общая площадь Faf. 3. Подбирается количество секций naf и размеры типовых биофильтров. 4. По формулам (2.3) и (2.4) определяется объем загрузки Vaf и количество избыточной выносимой биопленки Vmud. При этом удельное количество биопленки qmud принимается равным 28 г/(челсут), влажность биопленки Pmud равна 96 %. 5. Определяется расход воздуха Qair: затем по табл. 8 Приложений подбирается марка и количество вентиляторов низ- кого давления. II. С рециркуляцией. 1. По формуле (2.1) определяется коэффициент Kaf, причем вместо значения Len подставляется максимально допустимое значение БПКполн (300 мг/л). 2. По табл. 2.2 определяется гидравлическая нагрузка qaf, высота биофильтра Haf и удельный расход воздуха qa. 3. По формуле (2.5) рассчитывается среднее значение БПКполн в смеси стоков перед биофильтром Lmix, при этом в формулу подставляется наименьшее ближнее к Kaf значение из табл. 2.2. 4. По формуле (2.6) определяется коэффициент рециркуляции Krec. 5. По формуле (2.7) определяется общая площадь биофильтров Faf, подбираются количество и размеры типовых биофильтров, объем загрузки и количество избыточной биопленки. 6. Рассчитывается расход воздуха: Qair = qa(Krec + 1)Qw, м3/сут, (2.9) и подбираются марка и количество вентиляторов Биофильтры с плоскостной загрузкой I. Биофильтры с пластмассовой загрузкой пористостью 9396 % и удельной поверхностью 90110 м2/м3 В качестве загрузки принимаются блоки из поливинилхлорида, полистирола, полиэтилена, полипропилена, полиамида, гладких или перфорированных пластмассовых труб диаметром 50100 мм или засыпные элементы в виде обрезков труб длиной 50150 мм, диаметром 3075 мм с перфорированными, гофрированными или гладкими стенками. 1. В зависимости от среднезимней температуры сточной воды Tw, требуемого эффекта очистки Э и принятой высоты загрузки биофильтра Hpf по данным /8/ или табл. 2.3 находится допустимая гидравлическая нагрузка qpf. 2. Рассчитывается необходимый объем загрузочного материала Vpf и площадь биофильтров Fpf: Vpf = Qw/qpf, м3; Fpf = Vpf/Hpf, м2, (2.10) где Qw – суточный расход сточной воды, м3/сут. 3. Подбираются размер и количество типовых биофильтров. Биофильтры с плоскостной загрузкой имеют круглую, прямоугольную и восьмигранную форму в плане с высотой слоя загрузки 3-6 м. II. Биофильтры с любой плоскостной загрузкой 1. В зависимости от требуемого значения БПК5 очищенной сточной воды Lex по таблице находится критериальный комплекс. 2. В зависимости от среднезимней температуры сточной воды Tw рассчитыва- ется температурная константа потребления кислорода KT: 3. Выбирается загрузочный материал и его характеристики (пористость P, %, и удельная поверхность Sуд, м2/м2). Принимается высота слоя загрузки Hpf. 4. Определяется допустимая нагрузка на поверхность по органическим загрязнениям Mpf: 5. Рассчитывается допустимая гидравлическая нагрузка qpf: где Len – БПК5 поступающей на биофильтр сточной воды, мг/л. 6. По формулам (2.10) рассчитывается необходимый объем загрузочного материала Vpf и площадь биофильтров Fpf. 7. Подбираются размер и количество типовых биофильтров. 34. Расчёт системы аэрации. В аэротенках допускается применять аэраторы: мелко-, средне-, крупнопузырчатые, механические и пневмомеханические. Число аэраторов и их расположение принимают в соответствии с [3]. Удельный расход воздуха при пневмотической системе аэрации определяется по формуле где qo – удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн, принимается при очистке до БПКполн=15…20 мг/л – 1,1, при очистке до БПКполн> 20 мг/л –0,9; К1 – коэффициент, учитывающий тип аэратора и прмнимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка faz/fat по табл.42 [3], для среднепузырчатой и низконапорной К1=0,75; К2 – коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов и принимаемый по табл.43 [3] Кт – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который определяется по формуле где Тw – среднемесячная температура воды за летний период, оС (среднемесячную температуру воды за летний период рассчитывают, увеличивая температуру производственных сточных вод на то количество процентов, которое они составляют от общего стока, округляя до целого числа градусов); К3 – коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85; Са – растворимость кислорода воздуха, определяемая по формуле где Ст – растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимается по табл.3.5 [9]; ha – глубина погружения аэратора, принимается на 0,3 м меньше рабочей глубины аэротенка; Со – средняя концентрация кислорода а аэротенке, мг/л, в первом приближении допускается принимать равной 2 мг/л и необходимо уточнять на основе технико-экономических расчетов с учетом времени аэрации и удельной скорости окисления. При определении площади аэрируемой зоны для пневматических аэраторов в нее включаются просветы между аэраторами до 0,3 м. Интенсивность аэрации определяется по формуле где qair – удельный расход воздуха, м3/м3; Нat – рабочая глубина аэротенка, м; ta – продолжительность аэрации, ч. Если вычисленная интенсивность аэрации выше Ia.max для принятого значения К1, необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны, если она менее Ia.vin для При подборе механических, пневмомеханических и струйных аэраторов исходят из их производительности по кислороду, определенной при температуре 20 оС и отсутствии растворенного в воде кислорода, скорости потребления и массообменных свойств потока жидкости, характкризуемых коэффициентами Кт и К3 и дефицитом кислорода Число аэраторов для аэротенков определяется по формуле где Wat – вместимость сооружений, м3; Qma – производительность аэратора по кислороду, кг/ч, принимается по паспортным данным аэраторов; tat – продолжительность пребывания жидкости в сооружении, ч. Число аэраторов в регенераторах и на первой половине длины аэротенков-вытеснителей следует принимать вдвое больше, чем на остальной длине аэротенков. Следовательно, интенсивность аэрации на первой половине аэротенка и регенератора принимается равной а на второй половине: Аэраторы из фильтросных труб принимаются по табл. 3.23 [9]. Общий расход воздуха на все секции аэротенков определяется по формуле air1 Q = qair × qw , (83) на каждый аэротенк расход воздуха составляет air1 Q = Qair / n , (84) где n – количество секций аэротенков, которых должно быть не менее двух [3]. Число рядов фильтросных труб на первой половине аэротенка и регенератора определяется по формуле , (85) где В – ширина коридора аэротенка-вытеснителя, м; f / – площадь одного ряда аэратора; air q¢ – удельная производительность выбранного аэратора, определяется по паспортным данным. Число рядов фильтросных труб на остальной части аэротенка и регенератора определяется из соотношения 35. Аэротенки-отстойники, аэроакселаторы К аэротенкам-отстойникам относятся сооружения, совмещающие аэротенки и вторичные отстойники, в которых происходит образование взвешенного слоя ила, благодаря чему достигаются более высокий эффект осветления иловой смеси и возможность повышения в аэротенках рабочей концентрации активного ила. Аэротенки-отстойники рекомендуется применять на станциях биологической очистки сточных вод производительностью до 50 тыс. м3/сут. Благодаря внутренней циркуляции активного ила между зонами аэрации и отстаивания не требуется внешней системы возврата ила (иловые насосные станции, илопроводы, каналы и т.д.), что обеспечивает компактность сооружения. Разновидность аэротенка-отстойника — аэроакселатор, предложенный НИКТИ ГХ, представляет собой круглое в плане сооружение (рис. 27.4). Осветленные сточные воды поступают в нижнюю часть зоны аэрации, куда пневматическим или пневмомеханическим способом, подается воздух, что обеспечивает процесс биохимического окисления, а также создает циркуляционное движение жидкости в этой зоне и подсос иловой смеси из циркуляционной зоны отстойника. Из зоны аэрации иловая смесь через затопленные регулируемые переливные окна поступает в воздухоотделитель и далее в циркуляционную зону отстойника. Значительная часть иловой смеси через щель возвращается в зону аэрации, а отводимые очищенные сточные воды через слой взвешенного осадка поступают в отстойную зону, откуда через круговой сборный лоток удаляются из сооружения. Рис. 27.3. Аэротенк-отстойник с принудительной циркуляцией активного ила Рис. 27.4. Схема аэроакселатора 37. Сооружения анаэробного сбраживания осадков. Метантенки Метантенк представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем, предназначенный для сбраживания осадка. Для ускорения процессов брожения в метантенке используют подогрев осадка и его перемешивание. Осадок подогревают обычно до температуры 33 или 53 °С острым паром, подаваемым в метантенк с помощью эжектирующих устройств. Исследования показали, что в метантенках степень распада органического вещества составляет в среднем 40%. Наибольшему распаду подвергаются жироподобные вещества и углеводы. При сбраживании выделяются газы: метан — примерно 63—64% и угольная кислота — 32—33%. Продолжительность сбраживания, сут, является обратной величиной дозы загрузки. Так, при дозе загрузки 8% продолжительность сбраживания составляет 13,5 сут. По конструктивным признакам метантенки бывают с неподвижным незатопленным и подвижным перекрытием. Наибольшее распространение в отечественной практике получили метантенки с неподвижным незатоплен-ным перекрытием. На рис. 1 представлена конструкция метантенка Курьяновской станции аэрации: диаметр 24 м, общая глубина 19,6 м и полезный объем 5200 м3, перекрытие полусферическое, диаметр горловины 4 м, ее высота 2,5 м. В отечественной практике наибольшее распространение получил способ подогрева острым паром. Широко применяется подача пара пароструйным инжектором. Забирая в качестве рабочей жидкости осадок из метантенков и подавая смесь этой жидкости и пара снова в метантенк, паровой инжектор обеспечивает и подогрев осадка, и частичное перемешивание бродящей массы. Перемешивают осадок циркуляционными насосами с гидроэлеваторами или пропеллерными мешалками. Метантенки большего объема оборудуют пропеллерными мешалками. Газгольдеры Термофильный анаэробный процесс сбраживания обеспечивается специфичной микрофлорой, функционирующей только в диапазоне температуры 50—55 °С, поэтому перевести метантенки на этот режим путем простого повышения температуры нельзя. Для этого нужно осуществить полный цикл наладки технологического процесса с выращиванием и накоплением необходимого запаса термофильной микрофлоры. Двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели Двухъярусные отстойники обычно применяют для очистки бытовых сточных вод или близких к ним по составу производственных сточных вод. В них происходит выделение взвешенных веществ, сбраживание и уплотнение выпавшего осадка. Применяют их на станциях пропускной способностью не более 10 000 м3/сут. Отстойники представляют собой сооружения цилиндрической или прямоугольной формы с коническим или пирамидальным днищем. В верхней части сооружений расположены осадочные желоба (рис. 1), а в нижней — гнилостная камера. Осадочный желоб выполняет функции горизонтального отстойника. В этом желобе вследствие небольшой скорости движения из воды выпадает большая часть взвешенных и незначительная часть коллоидных веществ. Внизу осадочного желоба по всей его длине устроена щель, через которую выпавший осадок проваливается вниз в иловую камеру. Нижние грани осадочного желоба перекрывают одна другую на 0,15 м. Такое устройство щели предотвращает возможность заражения осветленной воды продуктами гниения, которые выделяются при брожении осадка. Осветлители-перегниватели. В ЛИСИ (С. М. Шиф-риным и Л. М. Чесновой) разработана конструкция осветлителя-перегнивателя (рис. 2), являющегося развитием двухъярусных отстойников. Осветлители-пере-гннватели — комбинированные сооружения, служащие для осветления бытовых и производственных сточных вод и для сбраживания выпавшего осадка в специально выделенном объеме — перегнивателе. Сточные воды по лотку подаются в центральную трубу, к концу которой прикреплен отражательный щит. Напор воды 0,6 м, обусловленный разностью отметок уровня сточной жидкости на входе в трубу и в осветлителе, обеспечивает скорость движения в трубе 0,5— 0,7 м/с, необходимую для засасывания воздуха из атмосферы. Воздушная смесь из трубы поступает в камеру флокуляции, где сточная жидкость находится в течение 20 мин, затем направляется в отстойную камеру, проходя образовавшийся взвешенный слой. Продолжительность пребывания в отстойной камере не менее 70 мин. Осадок, выпавший на дно осветлителя, по трубе направляется в приемный резервуар насосной станции, откуда насосом по напорному водоводу подается в верхнюю зону перегнивателя, в которой осадок подвергается сбраживанию. Для предупреждения образования корки в иловой камере осадок периодически перемешивается. Вторичное отстаивание 1. Рассчитывается нагрузка воды на поверхность отстойника qss. После биофильтров эта нагрузка определяется по формуле где u0 – гидравлическая крупность биопленки, при полной биологической очистке равная 1,4 мм/с; Kset – коэффициент использования объема отстойника (табл. 4.3). После аэротенков эта нагрузка рассчитывается по формуле: где Hset – рабочая глубина отстойника, м; ai – доза активного ила в аэротенке, не более 15 г/л; at – требуемая концентрация ила в осветленной воде, не менее 10 мг/л; Kss – коэффициент использования объема зоны отстаивания, принимаемый для радиальных отстойников – 0,4, вертикальных – 0,35, вертикальных с периферийным впуском – 0,5, горизонтальных – 0,45; Ji – иловый индекс, см3/г. 2. Принимается количество отделений отстойников n, не менее трех. 3. Определяется площадь одного отделения отстойника F: где qw – максимальный часовой расход воды, м3/ч; Krec – коэффициент рециркуляции. Дальнейший расчет ведется в зависимости от конструктивного типа отстойника. I. Горизонтальные отстойники 1. По табл. 4.3 принимается ширина одного отделения отстойника Bset, м, (в пределах 2Hset – 5Hset). Рекомендуется выбрать ширину отделения, кратную 3 м. 2. Определяется длина отстойника Lset: 3. Рассчитывается полная строительная высота отстойника на выходе H: где H1 – высота борта над слоем воды, равная 0,3–0,5 м; H2 – высота нейтрального слоя (от дна на выходе), равная 0,3 м; H2 – высота слоя ила, равная 0,3–0,5 м. 4. Определяется количество осадка Qmud, выделяемого при отстаивании. Для отстойников после биофильтров количество осадка (биопленки) Qmud рассчитывается по формуле: где qmud – удельное количество избыточной биопленки, равное 8 г/(чел_сут) – для капельных биофильтров и 28 г/(чел_сут) – для высоконагружаемых биофильтров; pmud – влажность биопленки, равная 96%; a – количество БПКполн в сточной воде на одного жителя в сутки, г/(чел_сут); Q – суточный расход сточных вод, м3/сут; Len – БПКполн поступающей в биофильтры сточной воды, мг/л. Для отстойников после аэротенков количество осадка (активного ила) Qmud рассчитывается по формуле : где pmud – влажность активного ила, равная 99,2–99,7%; γmud – плотность активного ила, равная 1 г/см3. 5. По формуле (4.9) определяется вместимость приямка одного отстойника для сбора осадка Wmud. 6. По формуле (4.10) определяется период между выгрузками осадка из отстойника T, который должен быть при удалении осадка под гидростатическим давлением после биофильтров – не более 48 ч, после аэротенков – не более 2 ч. II. Вертикальные отстойники 1. По формуле (4.11) рассчитывается диаметр центральной трубы den, который затем округляется до сортаментного значения. 2. Определяется диаметр отстойника Dset: По рассчитанному диаметру принимается типовой отстойник или проекти- руется индивидуально. В таблице 9 Приложений приведены параметры типо- вых вторичных вертикальных отстойников. 3. По формулам (4.13 – 4.17) определяются основные размеры вертикаль- ных отстойников. При этом в формулу (4.14) подставляется значение скорости движения в щели между низом центральной трубы и поверхностью отража- тельного щита vщ, равное 0,015 м/с. 4. По формуле (4.53) или (4.54) находится количество осадка Qmud, выде- ляемого при отстаивании. III. Вертикальные отстойники с нисходяще-восходящим потоком 1. Определяется диаметр отстойника Dset: который округляется до ближайшего стандартного значение – 4, 6 или 9 м. 2. По формулам (4.19, 4.20, 4.16, 4.17) определяются основные размеры отстойника. 3. По формуле (4.53) или (4.54) находится количество осадка Qmud, выделяемого при отстаивании. IV. Радиальные отстойники 1. По формуле (4.56) определяется диаметр отстойника Dset. По диаметру Dset принимается типовой отстойник или проектируется индивидуально. В таблице 11 Приложений приведены параметры типовых вторичных радиальных отстойников. 2. По формуле (4.52) определяется общая высота отстойника H. 3. По формуле (4.53) или (4.54) находится количество осадка Qmud, выде- ляемого при отстаивании. 40-41.47. Отстойники для очистки сточных вод4 .3 . Конструктивные типы первичных отстойников Горизонтальные отстойники Вертикальные отстойники Радиальные отстойники Классификация и конструкции вторичных отстойников Для очистных сооружений небольшой производительности (до 20 тыс. м3/сут) применяются вертикальные вторичные отстойники, для очистных станций средней и большой пропускной способности (более 15 тыс. м3/сут) – горизонтальные и радиальные. Вертикальные вторичные отстойники по конструкции бывают:
Существуют модификации радиальных отстойников, в которых используется принцип низкоградиентного перемешивания и усовершенствованный илосос, что позволяет достичь снижения содержания взвешенных веществ в осветленной воде и повышения концентрации циркуляционного активного ила. 42. Примеры очистных сооружений крупнейших городов 44. Анаэробные сбраживатели сточных вод Метод анаэробного сбраживания сточных вод в метантенках рекомендуется для очистки высококонцентрированных сточных вод с БПКполн=6000—2ФООО мг/л и содержанием минеральных солей не более 30 000 мг/л в качестве первой ступени биологической очистки. При большем загрязнении сточные воды необходимо разбавлять очищенными сточными водами. Для второй ступени очистки сточных вод после анаэробного сбраживания следует применять биологическую очистку в аэротенках в две ступени. Анаэробный распад органических веществ в основном протекает в три стадии: Технологические параметры метантенков можно рассчитывать по идентичным зависимостям, используемым для расчета аэротенков (см. п. 27.1). При этом принимают: скорость окисления 5—6,5 мг БПКполн на 1 г ила в 1 ч; доза ила 20 г/л, зольность ила 0,3. Прирост ила принимается равным 0,05—0,1 Г/Г СНЯТОЙ БПКполн. Обработка сточных вод в метантенках осуществляется при мезофильном режиме сбраживания (температура 35—37° С). Конструктивно метантенки, проектируемые для очистки сточных вод, аналогичны метантенкам, применяемым для сбраживания осадков. При проектировании необходимо предусмотреть: подачу сточных вод и возвратного ила в первую ступень в верхнюю часть метантенка, во вторую ступень — в нижнюю часть; отвод сточных вод из первой ступени метантенков снизу, из второй ступени — сверху; уровень сточных вод в метантенках ниже низа горловины на 0,5 м; механическое или гидравлическое перемешивание в метантенках первой ступени для создания вертикальной скорости 6 м/ч; после метантенков второй ступени — дегазацию сброженных сточных вод и отстаивание сточных вод в течение 2 ч. Выделяющийся в процессе сбраживания газ содержит до 70% метана, 20% двуокиси углерода, % азота, 2% водорода. Газ отводят через газосборник на специальную свечу или собирают в мокрые, газ-гольдеры. 46. Методика определения объема метантенка. Определение процента распада беззольного вещества осадков при анаэробном сбраживании. Максимально возможна сбраживание вещества осадка. Метантенки В этих сооружениях происходит процесс обезвреживания осадков сточных вод, осуществляемый микроорганизмами, способными окислять органические вещества осадков. Расчёт метантенков заключается в вычислении количества образующихся на станциях осадков, выборе режима сбраживания, определении требуемого объёма сооружений и степени распада беззольного вещества осадков. Количество сухого вещества осадка, образующегося на станции, т/сут, определяют по формуле где Свзв – концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей в первичные отстойники, Э – эффект очистки в первичных отстойниках, k – коэффициент увеличения объёма осадка за счёт крупных фракций, не улавливаемых при отборе проб для анализа, равный 1,2, Q – суточный приток сточных вод на станцию, м3/сут. Количество сухого активного ила определяется как где а – коэффициент прироста активного ила, равный 0,3, Len – БПКполн сточной воды, после первичных отстойников (поступающей в аэротенк). Количество беззольного вещества осадка т/сут, вычисляют по формуле где Вг – гигроскопическая влажность сырого осадка, ориентировочно равная 5 %, Зос – зольность осадка, равная 30 %. Количество беззольного активного ила вычисляют по аналогичной формуле где В¢г ориентировочно также составляет 5 %, а Зил – 25 %. Расход сырого осадка и избыточного ила, м3/сут определяют соответственно: где Wос = 95 % и Wил = 97,3 % – влажности сырого осадка и избыточного ила, rос и rос – плотности осадка и ила, равные 1 т/м3. Общий расход осадков: по сухому веществу Мсух = Осух + Исух, (109) по беззольному Мбез = Обез + Ибез, (110) по объёму смеси фактической влажности Мобщ = Vос + Vил . Средние величины влажности и зольности смеси находят по формулам Выбор режима сбраживания осуществляют по рекомендациям учебника. Далее определяют требуемый объём метантенка Vmt = Mобщ×100/Дmt, где Дmt – доза загрузки, определяемая по таблице 59 [3]. Вычисляют предел распада где ао и аи – пределы распада соответственно осадка и ила, равные 53 % и 44 %. Выход газа, м3 на 1 кг загруженного беззольного вещества при плотности газа 1 кг/м3 определяют по формуле где n – коэффициент влажности смеси осадка и ила, принимаемый по табл. 61 [3]. Суммарный выход газа, м3/сут определяют по формуле Для выравнивания давления газа подбирают газгольдер Далее определяют качество сброженной смеси, то есть её влажность и зольность. В процессе сбраживания происходит распад беззольных веществ, приводящий к уменьшению массы сухого вещества и увеличению влажности осадка, причём суммарный объём смеси после сбраживания практически не меняется. Масса беззольного вещества, т/сут подсчитывается как M¢без = Mбез (100 - y¢100) /100. Разность Мсух – Мбез представляет собой зольную часть, не изменившуюся в про- цессе сбраживания. Масса сухого вещества, т/сут в сброженной смеси определится как
Решетки Решетки-дробилки Песколовки Усреднители Фильтры Фильтрационные сооружения и установки применяют для глубокой очистки (доочистки) городских и производственных сточных вод, прошедших биологическую или физико-химическую очистку. Они подразделяются на фильтры с зернистой загрузкой и сетчатые барабанные фильтры. Фильтры с зернистой загрузкой классифицируются: ! по направлению потока: бывают с нисходящим (сверху вниз) и восходящим (снизу вверх) потоком, в отдельных случаях – с горизонтальным потоком;! по конструкции: различают однослойные, двухслойные, аэрируемые и каркасно-засыпные;! по виду фильтрующего материала: природные материалы (кварцевый песок, гравий, гранитный щебень, доменный шлак, керамзит, антрацит, горелые породы, мраморная крошка) или искусственные материалы (полимеры– пенополиуретан, полистирол, полипропилен и др.). Гидроциклоны и центрифуги
|