Василенко А.А., Грабовский П.А., Ларкина Г.М., Полищук А.В., Прогульный В.И. Реконструкция и интенсификация сооружений водоснабжения и водоотведения

Подождите немного. Документ загружается.

231

Таблица 7.2. Технологические параметры схемы процесса АА/О

Технологический показатель Сточная вода

вход выход

Нагрузка по илу, гБПК

/г б. в. сутки 0,15 - 0,25 -

Возраст ила, сут 4 - 27 (10 - 15) -

Доза ила, г/л 2 - 4 (2,1 - 2,5) -

Прирост ила, г/м

(0,03 - 0,06) -

Иловый индекс, см

/г (90 - 120) -

Зоны: ч % -

0,5 - 1,5 11 - 18 - анаэробная

аноксидная

0,5 - 1,0 11 - 15 -

аэробная 3,5 - 6,0 70 - 78 -

Время пребывания, ч 4,5 - 8,5 -

Рецикл ила, %* 20 - 50 (50) -

Нитратный рецикл, %* 100 - 300 (50) -

Взвешенные вещества, мг/л 40 - 60 <5

БПК

, мг/л 30 - 60 3 - 3,2

ХПК, мг/л 130 - 150 30 - 60

ХПК(фильтрованная проба), мг/л 70 - 80 30 - 50

общ

, мг/л 15 - 16 5 - 6

общ

(фильтрованная проба), мг/л 11 - 13 5 - 6

N-NH

, мг/л 10 - 12 0,2 - 0,3

заг,

мг/л 2 - 2,6 1,2 - 1,4

заг

(фильтрованная проба), мг/л 1,3 - 1,6 1,2 - 1,4

* В процентах от расхода сточной воды, поступающей на очистку.

Схема с двухступенчатой подачей сточных вод предусматривает

разделение сооружений на четыре части (рис.7.11)[81,87,88, 103].

3 2 3 2

Рис. 7.11. Схема удаления азота с двухступенчатой подачей

сточных вод

ЦАИ

СВ

ОСВ

232

По этой схеме были введены в эксплуатацию пять четырехкори-

дорных аэротенков Новолюберецкой станции аэрации г. Москвы. При-

чем 50% подачи поступающих сточных вод были направлены в первые

коридоры, а другая часть в третьи [88].Технологические параметры

работы одного такого аэротенка приведены в табл. 7.3. Безусловным

преимуществом этой схемы является отсутствие внутренних рециклов.

Таблица 7.3. Технологические

параметры схемы с двухступенчатой

подачей сточных вод

Сточная вода

Технологический показатель

до очистки после очи-

стки

Время пребывания в сооружении, ч, в

том числе:

14,4 -

в нитрификаторах 9,65 -

в денитрификаторах 4,75 -

Удельный расход воздуха, м

/м

4,1 -

Рецикл активного ила, % 81,2 -

Доза оборотного ила, г/л 7,8 -

Иловый индекс на выходе, см

/г 81 -

Возраст ила, сут >20 -

Взвешенные вещества, мг/л 80 5,7

БПК

, мг/л 89 2,2

N-NH

, мг/л 17,7 0,28

N-NО

, мг/л - 7,8

общ,

мг/л 25,5 6,9

Фосфаты (по Р), мг/л 2,1 1,7

общ

, мг/л 4,3 2,3

Развитием предыдущей схемы можно считать схему с трехсту-

пенчатой подачей сточных вод и многоразовым повторением аноксид-

ных и аэрационных зон (рис.7.12)[69,80, 103].Это, так называемая,

схема процесса АЛЬФА.

233

Анализируя эту схему можно, отметить следующий возможный

её недостаток: в части второго и третьего денитрификатора сначала

будет происходить снижение растворенного кислорода до необходи-

мой для денитрификации концентрации (<1мг/л), что повлечет за со-

бой увеличение объемов. Кроме этого, будет происходить разбавление

концентрации форм азота, содержащегося в сточных водах, которые

подаются

во второй и третий денитрификатор и, как следствие,

уменьшение скорости процесса. Положительной стороной этой схемы

остается отсутствие внутренних рециклов.

Профессор Барнард и др. (ЮАР) предложили схему четырех-

ступенчатого процесса Bardenpho (Barnard, Denitrification, Phosphorus),

по которой очистка происходит путем последовательного прохожде-

ния сточных вод через денитрификатор и нитрификатор первой ступе-

ни и денитрификатор и нитрификатор

второй ступени. Кроме этого, из

конца первого нитрификатора в начало сооружения предусмотрена

рециркуляция иловой смеси (рис. 7.13)[69,87,89, 103].

3 2 3 2 3

СВ

ОСВ

Рис. 7.12. Схема процесса АЛЬФА

АИ

3 2 3 2

СВ

ОСВ

АИ

НР

Рис. 7.13. Схема четырехступенчатого процесса Bardenpho

234

1 3 2 3 2

СВ

ОСВ

АИ

НР

Рис.7.14 Схема модифицированного процесса Bardenpho

Следует отметить, что во второй аноксидной зоне денитрифика-

ция осуществляется за счет вне- и внутриклеточных накоплений не

окисленных органических веществ (в ходе эндогенной респирации

ила). Понятно, что для интенсивной вторичной денитрификации необ-

ходимо достаточное количество субстрата, и поэтому эту и подобные

схемы целесообразно применять при наличии

большого количества

веществ, которые медленно окисляются или примесей промышленного

происхождения, которые требуют продолжительной трансформации

перед биодеструкцией. Эта схема, в результате ее сравнения с помо-

щью программы “Азот” со схемой, которая изображена на рис. 7.11

оказалась более эффективной. Однако, она является и более дорогой,

поскольку здесь предусмотрен нитратный рецикл (в схеме с

двухсту-

пенчатой подачей сточных вод он отсутствует), с увеличением которо-

го показатели очистки по азоту улучшаются [87].

Развитием последней схемы является схема модифицированного

процесса Bardenpho (рис.7.14)[68,85,89, 103].

Принципиальным отличием этой схемы от предыдущей являет-

ся устройство анаэробной зоны перед первой аноксидной. Вследствие

большой продолжительности очистки сточных вод (до 23 часов) здесь

предполагается глубокое окисление аммонийного

азота и значительная

денитрификация [85]. Технологические параметры работы этой схемы

приведены в табл. 7.4.

235

Таблица 7.4. Технологические параметры схемы процесса

Bardenpho.

Технологический показатель Значение

Нагрузка по илу, гБПК

/г б. в. сутки 0,1 - 0,2

Возраст ила, сут 10 - 40

Доза ила, г/л 2 - 5

Зоны: ч %

анаэробная 1 - 2 8 - 11

аноксидная 2 - 4 17 - 21

аэробная 4 - 12 42 - 52

аноксидная 2 - 4 17 - 21

аэробная 0,5 - 1,0 4 - 6

Времы пребывания, ч 9,5 - 23,0

Рецикл ила, % от расхода 50 - 100

Нитратный рецикл, % от расхода 400

Поскольку фосфаты и нитраты осуществляют взаимное ингиби-

рующее влияние в анаэробной зоне, возникает необходимость в удале-

нии нитратов из рециркулирующего активного ила. Такой вариант

схемы был разработан Кейптаунским университетом и получил назва-

ние UCT (University of Cape Town) – процесс (рис.7.15)[85,86,89,90,

103].

По этой схеме циркулирующий активный ил направляется в

аноксидную зону, где осуществляется частичная денитрификация, и

дальше, с помощью рецикла Р2 перекачивается в анаэробную зону. В

аноксидную зону возвращаются нитраты из аэробной с рециклом НР.

1 3 2

СВ

ОСВ

ЦАИ

Р2

Рис.7.15. Схема процесса UCT

НР

236

Рассмотренная схема была испытана на исследовательской про-

мышленной установке Красносельской станции аэрации г. Санкт-

Петербурга производительностью до 3600 м

/сутки. Технологические

параметры схемы UCT – процесса и результаты испытаний приведены

в табл. 7.5 [85,86].

Таблица 7.5. Технологические параметры схемы процесса UCT

Технологический показатель Сточная вода

вход выход

Нагрузка по илу,

гБПК

/г б. в. сутки

0,1 - 0,2 -

Возраст ила, сут 5 - 10 (6 - 40) -

Доза ила, г/л 1,5 - 3,0 (1,5 - 3,8) -

Прирост ила, г/м

(0,04 - 0,14) -

Иловый индекс, см

/г (70 - 150) -

Зоны: ч % -

анаэробная 1 - 2 22 - 25 -

аноксидная 1 - 2 22 - 25 -

аэробная 2,5 - 4,0 50 - 56 -

Время пребывания, ч 4,5 - 8,0 -

Рецикл ила, %* 50 - 100 (50 - 100) -

Внутренний рецикл, % 200 - 400 -

Нитратный рецикл,% (50 - 100) -

Рециркуляция денитрифицированной

иловой смеси в анаэробной зоне, %

(55 - 70) -

Взвешенные вещества, мг/л 50 - 190 5 - 16

БПК

, мг/л 40 - 130 2 - 12

ХПК, мг/л 100 - 320 30 - 80

ХПК (фильтрованная проба), мг/л 50 - 150 20 - 60

общ

, мг/л 19 - 29 7 - 15

общ

(фильтрованная проба), мг/л 15 - 23 6 - 12

N-NH

, мг/л 13 - 19 0,2 - 9,8

заг,

мг/л 2,5 - 5,3 0,6 - 1,8

заг,

(фильтрованная проба), мг/л 1,6 - 2,6 0,3 - 1,6

* В процентах от расхода сточной воды, поступающей на очистку

Примечание: в скобках даны технологические показатели схемы про-

цесса UCT, которые соответствуют качественным показателям выход-

ной и очищенной сточной воды, полученные в результате эксперимен-

тов на опытной установке и приведенные в нижней половине таблицы

237

3 1 3 2

Рис.7.16. Схема п

есса MUCT

СВ

ОСВ

ЦАИ

Р2

НР

В дальнейшем схема была усовершенствована за счет деления

аноксидной зоны на две части. Схема процесса модификации UCT по-

казана на рис. 7.16 [85,89,91, 103].

По этой схеме циркулирующий активный ил (ЦАИ) направляет-

ся в первую аноксидную зону, где осуществляется удаление нитратов

из иловой смеси (денитрификация ила). Далее ил, лишенный значи-

тельного количества нитратов перекачивается в

анаэробную зону, в

которой происходит освобождение фосфора без ингибирующего влия-

ния нитратов. Вторая аноксидная зона служит денитрификатором нит-

ритов и нитратов, которые возвращаются в составе иловой смеси из

аэробной части. Технологические параметры работы этой схемы при-

ведены в табл. 7.6 [85].

Таблица 7.6. Технологические параметры схемы процесса

MUCT

Технологический показатель Значение

Нагрузка по илу, гБПК

/ г б. в. сут 0,1 - 0,2

Возраст ила, сут 10 - 30

Доза ила, г/л 2 - 5

Зоны: ч %

анаэробная 1 - 2 9 - 11

аноксидная 2 - 4 18 - 22

аэробная 4 - 12 44 - 55

Время пребывания, ч 9 - 22

Рецикл ила, % от расхода 50 - 100

Нитратный рецикл, % от расхода 100 - 600

238

Похожее технологическое решение принято в схеме JHB

(Johannesburg) [89, 103].Циркулирующий активный ил (рис. 7.17) по-

дается в аноксидную зону, которая расположена перед анаэробной ча-

стью.

В первой аноксидной зоне нитраты восстанавливаются за счет

накопленных в иле загрязнений и не мешают освобождению фосфатов.

Как видно, ликвидирована вторая перекачка ила, применяемая в сис-

теме UCT.

Поддержание иловой

смеси в аноксидных и анаэробных зонах

рассмотренных схем во взвешенном состоянии может осуществляться

с помощью низкооборотных мешалок, барботажа воздухом через дыр-

чатые трубы, а также, с помощью разных гидравлических способов.

Для аэрации аэробных частей аэротенков применяют пневматические,

механические и другие аэраторы.

Кроме этого, для повышения эффекта очистки, коридоры аэро-

тенков могут

быть объединены в так называемые “карусели” [81,82,

104].

При реконструкции аэротенков путем внедрения вышеописан-

ных схем следует учитывать рекомендации:

• время пребывания ила в аеротенке (возраст ила), во избежание

вымывания нитрифицирующих организмов, которые характеризуются

наименьшим среди биоценоза сооружения приростом, должен быть

больше или, как минимум, равняться времени деления контролирую-

щих процесс нитрификации

бактерий. Возраст ила для разных условий

может изменяться от 5 до 70 и больше суток [71];

• для нормального протекания процесса нитрификации концентра-

ция растворенного кислорода должна поддерживаться на уровне 3-4

мг/л [92];

3 1 3 2

СВ

ОСВ

АИ

Рис. 7.17. Схема процесса JHB

239

• для начала процесса нитрификации необходимо, чтобы концен-

трация органики в сточных водах была уменьшена до 100 мг БПК

/л

(существенным образом процесс проявляется при концентрации ≤ 20

мг БПК

/л) [92];

• для нормального протекания процесса денитрификации концен-

трация растворенного кислорода не должна превышать 0,5 мг/л

[80,92];

• для полноты удаления азота концентрация загрязнений по БПК

должна быть приблизительно в четыре раза выше нитратного азота

[71].В процессе денитрификации могут окисляться разные органиче-

ские вещества, в частности углеводы, органические кислоты (могут

быть получены в результате кислого сбраживания осадка), аминокис-

лоты, спирты, смолы и др. [71,93].Как источник углерода могут быть

использованы сточные воды многих предприятий (желательно тех, где

не содержится аммонийный, органический и белковый азот), бытовые

стоки, избыточный активный ил [69,71,80];

• вытеснение и следующее избыточное потребление фосфора начи-

нается при концентрации в анаэробной

зоне биоразлагаемых органиче-

ских примесей по ХПК выше 25 мг/л.

Следует также добавить, что в результате расхождения опти-

мальных значений rН

среды для І (окисление аммонийного азота до

нитритов) и ІІ (окисление нитритов до нитратов) фаз нитрификации

можно создать условия, при которых будет протекать только І фаза

нитрификации. Это приведет к упрощению процесса, увеличению его

скорости за счет исключения ІІ фазы нитрификации и к сокращению

потребности в кислороде для нитрификации в 1,4 раза

. Кроме этого, на

последующее проведение денитрификации с нитритами вместо нитра-

тов будет расходоваться меньшее количество органического субстрата

[60].

7.2.3.Оптимизация работы систем аэрации. Системы

перемешивания

Благодаря системе аэрации осуществляется снабжение кислоро-

дом микроорганизмов активного ила, обеспечивается поддержание ила

во взвешенном состоянии и равномерное распределение сточных вод и

кислорода во всем объеме

аэротенка.

При использовании в процессе интенсификации технологий

(например, технологии биологического удаления азота и фосфора),

согласно которым в аэротенке выделяют аноксидные и/или анаэроб-

ные зоны, последние для предотвращения оседания активного ила и

240

равномерного распределения загрязнений по объему аэротенка обору-

дуют системами перемешивания.

Для нормального протекания аэробных процессов очистки

сточных вод (окисление органических веществ, нитрификация и др.)

необходимо непрерывное и полное обеспечение микроорганизмов ак-

тивного ила кислородом. Следует отметить, что получение необходи-

мого эффекта от внедрения некоторых способов интенсификации (на-

пример, от повышения

дозы активного ила) возможно лишь при удов-

летворении возрастающих потребностей в кислороде биохимических

процессов. При недостатке кислорода происходит нарушение обмена

веществ в бактериальных клетках и снижение скорости окисления за-

грязнений. Считается, что для нормальной жизнедеятельности микро-

организмов активного ила достаточна минимальная концентрация рас-

творенного кислорода 1-2 мг/л. Кроме функции снабжения кислородом

микроорганизмов, система аэрации должна обеспечивать достаточную

интенсивность перемешивания иловой смеси для создания необходи-

мой частоты обновления поверхности хлопьев активного ила, что уве-

личивает скорость диффузии субстрата и кислорода к бактериальным

клеткам. Потребление электроэнергии на подачу кислорода в аэротен-

ки составляет до 80% затрат электроэнергии на очистных сооружениях

систем водоотведения [69].

Усовершенствование систем

аэрации позволяет значительно по-

высить эффективность биохимической очистки, уменьшить эксплуата-

ционные расходы и потребление электроэнергии.

Для оценки и сравнения разнообразных систем аэрации исполь-

зуют несколько показателей.

В общем случае в процессе биологической очистки сточных вод

кислород расходуется на окисление органических веществ, конструк-

тивный обмен и эндогенную респирацию, нитрификацию аммонийно-

го азота

, химическое окисление примесей, которые окисляются ки-

слородом, создание некоторого запаса растворенного кислорода в очи-

щенных сточных водах.

Общий расход кислорода, кгО

/ч, может быть определен по

формуле [69]:

(

)

(

)

год

eniгодexen

QLLcWbxaQLLaO

-++-=

, (7.1)

где a – удельный расход кислорода в процессе клеточного синтеза,

кгО

на 1 кг удаленной БПК

полн

; L

и L

– БПК

полн

соответственно не-

очищенных и очищенных сточных вод, кг/м

; Q

год

– расход очищенных

сточных вод, м

/ч; b – коэффициент эндогенной респирации, кгО

в час