Экология СПРАВОЧНИК

Сброс сточных вод не является постоянным, он может меняться от часа к часу, ото дня ко дню, от месяца к месяцу, от года к году. Тем не менее при проектировании и строительстве очистных сооружений необходимо знать объемы сточных вод, а также их возможные изменения как в настоящее время, так и в будущем. В этой связи крайне важным является измерение потоков сточных вод; если же точная информация отсутствует, следует, опираясь на оценочные данные, прогнозировать изменения потоков сточных вод в будущем.

Далее

Статистическая обработка данных позволяет получить более детальную картину изменений объемов сточных вод. Различные показатели, характеризующие объем воды (объем, максимальный часовой и максимальный секундный потоки и т. д. за 24 ч), обычно подчиняются нормальному или логарифмическому распределению. Набор измерений, характеризующих сточные воды, никогда не бывает идеальным из-за возникающих отклонений. Если отклонения слишком велики, необходимы специальные методы обработки данных.

Далее

Если адекватно измерить объемы сточных вод не представляется возможным, необходимо провести оценочные расчеты. Для этого стоки обычно подразделяют на коммунальные, промышленные и стоки общественных заведений и инфильтрационные.

Далее

Иногда для расчета объема стоков используется популяционный эквивалент (ПЭ), который можно выразить в объемах воды или единицах ВПК, приходящихся на одного человека в сутки. В мировой практике широко используются следующие два значения ПЭ: 1ПЭ = 0,2 м3/сут и 1ПЭ = 60 г БПК/сут.

Далее

При расширении и перестройке очистных сооружений важно провести прогнозирование возможных изменений объемов стоков на ближайшие 10-20 лет. В 50-60-е годы объем сточных вод постоянно возрастал почти во всех странах мира. Однако, начиная с 70-х годов, объемы сточных вод в некоторых областях жизнедеятельности человека уже не увеличивались (домашнее хозяйство) или вообще сокращались (промышленность). Возросшие тарифы на воду и на очистку промышленных стоков привели к значительному сокращению потребления воды и к снижению степени ее загрязнения (особенно там, где тарифы зависят от уровня загрязненности). Обновление канализационных систем также способствует сокращению объемов сточных вод.

Далее

Компоненты сточных вод можно подразделить на несколько основных групп, как это показано в табл. 1.6. Далее состав различных типов коммунальных и городских стоков рассматривается без учета влияния на них промышленных стоков.

Далее

Состав коммунальных и городских стоков значительно меняется в зависимости от места и времени. Это отчасти связано с изменениями количеств сбрасываемых веществ. Однако основной причиной таких колебаний являются изменения в потреблении воды, инфильтрация и эксфильтрация. Состав типичных коммунальных и городских стоков представлен в табл. 1.7-1.12. Концентрированные стоки наблюдаются при низком уровне потребления воды или (и) небольшом объеме инфильтрации. Разбавленные стоки, напротив, являются результатом высокого уровня потребления воды и значительного объема инфильтрации.

Далее

Суточные, недельные, месячные флуктуации в объемах и уровне загрязнения воды очень важны при проектировании и функционировании очистных сооружений. На рис. 1.9 приведены почасовые изменения содержания органических загрязнений (выраженных как БПК7), наблюдавшиеся на двух очистных сооружениях. Как следует из рис. 1.9, минимальная и максимальная часовые нагрузки могут различаться в 10 раз.

Далее

Подразделение загрязнений на растворенные и взвешенные вещества представляется важными потому, что многие процессы очистки сточных вод эффективны только по отношению к одной из этих групп.Тем не менее деление на растворенные и взвешенные вещества проводится не очень строго. В большинстве стран пользуются фильтрами с размером пор 1 мкм (GF/C) или даже 0,45 мкм, а в Дании применяются фильтры с размером пор 1,6 мкм (GF/A). Естественно, фильтры с меньшим размером пор удерживают больше взвешенных веществ, чем более грубые фильтры.

Далее

Процесс самопроизвольного осаждения частиц обычно завершается за 2 ч. Всегда наблюдается различие между общим содержанием твердых веществ в необработанном стоке и их содержанием в верхней части водного столба после двухчасового отстаивания жидкости.

Далее

Параметр ООУ не связан непосредственно с другими характеристиками органического вещества: он показывает число углеродных атомов, но не степень их окисления и, следовательно, ничего не говорит о том, сколько кислорода должно быть затрачено на окисление.

Далее

В табл. 2.4 представлено типичное содержание азота и фосфора в различных органических фракциях городских стоков.Обычно более детальная классификация фосфорсодержащих веществ не требуется. Анализ данных фракций проводится с использованием хорошо известных лабораторных методов.

Далее

Щелочность сточной воды важно знать для оценки буферной устойчивости воды по отношению к кислотам и щелочам. Щелочность определяют титрованием сточной воды кислотой до pH 4,5. Чем выше значение щелочности, тем больше буферная емкость стоков.

Далее

Нитратное дыхание (эл. экв/ч) . .По скорости потребления аммония (СПА) можно судить о содержании нитрифицирующих (автотрофных) бактерий [16].Пример 2.4. Скорости дыхания образца активного ила были определены как 32 г Ог/(кг БВБ ■ ч) и 7 г N0 " — Г /(кг БВБ • ч). Найдите содержание денитрифицирующих бактерий щ.

Далее

В осуществлении биологической очистки сточных вод участвуют самые разнообразные группы организмов. Можно составить только очень приблизительный список отдельных видов, входящих в биологический консорциум, развивающийся в очистном сооружении, так как его состав очень сильно зависит от внешних условий. Мы поговорим об этом при обсуждении методов селекции.

Далее

Селекцией называют механизм, способствующий преимущественному росту определенных видов микроорганизмов и затрудняющий рост других видов. В основе селекции лежит разнообразие видов. Чтобы происходила селекция, необходимо определенное количество видов различных организмов, и чем их больше, тем больше вероятность того, что вы получите микроорганизмы, способные развиваться в предлагаемых условиях.

Далее

Для биореакторов принципиально важными являются несколько типов биологических превращений: биологический рост, гидролиз, распад.Сюда следовало бы добавить еще адсорбцию, которая, хотя и не является превращением в полном смысле слова, но также может влиять на процессы очистки воды.

Далее

Следует отметить, что это выражение применимо только в том случае, если единственным фактором, лимитирующим рост, является концентрация субстрата. Напротив, /хмакс можно рассматривать как максимальную удельную скорость роста при данных определенных условиях (температура, pH, концентрации кислорода, питательных и токсичных компонентов). Изменения в окружающей среде можно учесть, как это показано в разделе об аэробной конверсии.

Далее

В результате гидролиза большие молекулы превращаются в маленькие, легко разлагаемые. В данной ситуации это может быть разложение как частиц, так и растворенных веществ. Процессы гидролиза обычно являются медленными по сравнению с процессами роста. Следовательно, если исходить из скоростей реакций, гидролиз часто может выступать лимитирующей стадией биологической очистки воды.

Далее

При распаде образуется некоторое количество биологически неразлагаемого (или очень медленно разлагаемого) вещества, т. е. при любых скоростях процесса в биореакторе всегда содержатся неразлагаемые (инертные) вещества.

Далее

При определенных обстоятельствах микроорганизмы способны запасать органические и неорганические вещества в клетках (табл. 3.2а). Запасные вещества хранятся в полимерной форме внутри клетки. Микроорганизмы также способны превращать органический субстрат во внеклеточные полимерные вещества (ВПВ). Являются ли такие вещества запасными для микроорганизмов — это вопрос спорный, так как микроорганизмы обычно их в дальнейшем не используют. В процессе биологической очистки воды обнаружено три типа запасных веществ.

Далее

Потребление кислорода микробами, согласно уравнениям (3.6) и (3.7), составляет 1,42 и 1,59кг02/кг органического вещества соответственно. Значение ХПК в обоих случаях равно 1,42 кг 02/кг органического вещества, так как аммоний при определении ХПК не окисляется.

Далее

Коэффициент прироста ила1 (биомассы) при аэробной гетеротрофной конверсии определяется как прирост биомассы в результате потребления определенной массы субстрата.Применительно к процессам обработки сточной воды термин «прирост ила» обычно понимают в широком смысле и рассматривают как общий прирост биомассы в пересчете на массу вещества, удаленного из стоков.

Далее

В коммунальных и городских стоках (без специфических промышленных стоков) обычно содержится достаточное количество макроэлементов, тогда как промышленные стоки часто обеднены азотом и фосфором (см. пример 3.3).

Далее

Аэробные микробиологические превращения на очистных сооружениях осуществляются чрезвычайно большой и разнообразной группой микроорганизмов. Состав биомассы очень сильно меняется от реактора к реактору из-за различного состава сточных вод, а также различий в конструкции и эксплуатационных особенностях реакторов. Что касается скоростей обработки органического вещества в промышленных стоках, то опыт показывает, что они все являются величинами одного порядка, несмотря на различия в составе биомассы.

Далее

Для аэробных процессов это выражение применимо в интервале температур от 0 до 32 °С. При 32-40 °С скорость потребления субстрата практически не меняется, а при дальнейшем повышении температуры уже до 45 °С обычно резко снижается практически до нуля.

Далее

Для нитрифицирующих бактерий характерны низкие скорости роста, что связано с низким энергетическим выходом реакций окисления аммиака и нитрита. Медленный рост таких бактерий — основная проблема при нитрификации на станциях биологической очистки стоков.

Далее

Итак, в обоих случаях общее изменение щелочности составляет —2экв/моль окисленного азота.Пример 3.6. Обычные коммунальные стоки содержат около 50 г Мобщ/м3. Часть азота аккумулируется в иле, остальной азот (около 30 г ]М/м3) может быть нитрифицирован.

Далее

Кинетические закономерности нитрификации описываются уравнением Моно (3.14). Константы насыщения Ks,nh4,a и Ks,n02, а невелики (см. табл. 3.10). Для практических расчетов на станциях очистки процесс нитрификации можно рассматривать как одностадийный и использовать приведенные в табл. 3.10 константы для суммарного процесса.

Далее

К числу факторов, влияющих на нитрификацию, относятся: концентрация субстрата, температура, концентрация кислорода, pH, концентрация и природа токсичных веществ.Важно помнить, что на практике лимитирующей стадией суммарного процесса является окисление аммония. Это означает, что появление значительной концентрации нитрита в системе возможно только в нестационарном процессе, например при изменении нагрузки, запуске реактора, вымывании ила или при выполнении в очистных сооружениях каких либо других операций.

Далее

Условия, при которых окисляющим агентом является не кислород, а нитрат, называют аноксическими. Денитрификация происходит в природе повсеместно там, где имеется нитрат и отсутствует (или почти отсутствует) кислород. Большинство денитрифицирующих бактерий — факультативные аэробы, т. е. при наличии кислорода они предпочитают его в качестве окислителя.

Далее

Эта энергия, —103 кДж/эл. экв, либо выделяется в виде тепла, либо расходуется на рост бактерий.

Далее

Однако следует помнить, что максимальный коэффициент прироста биомассы уменьшается в данном случае до 0,36 кг биомассы/кг органического вещества. В присутствии аммония бактерии используют именно его в качестве источника азота. Так происходит почти всегда при обработке обычных стоков.

Далее

Денитрифицирующие бактерии потребляют те же макроэлементы, что и аэробные гетеротрофные микроорганизмы. В качестве источника азота и в том и в другом случае аммоний предпочтительнее нитрата. В городских стоках проблем с макроэлементами обычно не бывает, а вот промышленные стоки иногда могут быть обеднены фосфором.

Далее

Обычно кинетика процесса описывается уравнением Моно (3.14). Поскольку наша задача состоит в том, чтобы ассимилировать нитрат, то необходим такой субстрат, который не лимитировал бы скорость реакции. В такой ситуации можно воспользоваться уравнением реакции нулевого порядка (3.15).

Далее

Денитрифицирующие бактерии способны использовать самые разнообразные источники энергии, в том числе и неорганические вещества (табл. 3.11).Наибольший интерес среди органических субстратов с этой точки зрения представляют вещества, содержащиеся в стоке и иле, — так называемые внутренние источники энергии.

Далее

В этом процессе бактерии потребляют большие количества фосфата, который используется ими в качестве энергетического запаса, позволяющего разлагать субстрат в анаэробных условиях. Восполнение израсходованного фосфата происходит в аэробных и аноксических условиях [28, 41]. Процессы, в результате которых происходит биологическое удаление фосфора, еще не до конца изучены, но общая картина соответствует приведенной далее.

Далее

Долгое время бытовало такое мнение, что биологическое удаление фосфора осуществляется только бактериями Асте(юЬа ег. Однако в настоящее время уже хорошо известно, что способностью аккумулировать фосфор обладают очень многие гетеротрофные микроорганизмы, содержащиеся в сточной воде и в иле очистных сооружений. Все эти микроорганизмы называют био-Р-бактериями или фосфат-аккумулирующими организмами (ФАО) [41]. Механизм аккумуляции фосфора не всегда активирован в бактериях, поэтому определение концентраций, например, био-Р-бактерий в сточной воде может быть затруднено. В очистных сооружениях с биологическим удалением фосфора активны несколько групп гетеротрофных микроорганизмов, конкурирующих за субстрат, особенно за низкомолекулярные жирные кислоты, которые и необходимы для реализации фосфор-аккумулирующего механизма. Многие из конкурирующих бактерий не являются ФАО. Именно результат этой конкуренции и определяет успех био-Р-процесса.

Далее

В приведенных ниже уравнениях ПНО следует интерпретировать как сумму ПНО и гликогена в ФАО. Субстрат (обычно ацетат или пропионат) обозначен как ХПК(НАс).Уравнение (3.33) дает только массовый баланс процесса. Роль гликогена в этом уравнении не показана, поскольку он выступает как катализатор: расходуется в анаэробной фазе, частично конвертируясь в ПНО, и регенерируется затем в аэробной или аноксической фазе. Это может приводить к некоторым нарушениям баланса при аналитическом определении ПНО, так как измеренное количество ПНО приблизительно на 30% больше, чем можно было бы ожидать, основываясь на количестве ацетата (в моль С), потребленного микроорганизмами [44].

Далее

Таким образом, при удалении 5 г фосфора/м3 из городских стоков, щелочность их понижается на 1 экв/м3.

Далее

Первый член в данном уравнении отвечает за влияние субстрата на скорость реакции, второй —за влияние pH, третий с помощью параметра максимального количества запасенного полифосфата описывает накопление полифосфатов.

Далее

Окружающая среда влияет на поведение фосфор-аккумулирующих бактерий так же, как и на поведение денитрифицирующих и аэробных гетеротрофных бактерий. На практике для осуществления процесса аккумуляции фосфора важно выполнение двух требований: чередование анаэробных и аэробных условий, отсутствие нитрата в анаэробной фазе.

Далее

Многие из анаэробных бактерий являются «строгими анаэробами», т. е. вообще не переносят присутствия кислорода, как, например метаногенные бактерии1.Упрощенно процесс анаэробной деградации можно подразделить на три основные стадии (рис. 3.17): две микробиологические и ферментативную стадию гидролиза. Более детально биологические стадии показаны на рис. 3.18 и 3.19.

Далее

Соотношение образующихся продуктов (метана и диоксида углерода) равно 1:1. При разложении других органических веществ это соотношение может меняться. Если степень окисления углерода в исходном соединении выше, чем в глюкозе, образуется больше углекислого газа, если же степень окисления углерода отрицательна, образуется больше метана.

Далее

Коэффициенты прироста биомассы различны для различных бактерий, участвующих в процессе. На кислотогенной стадии они обычно невысоки и еще ниже на метаногенной стадии.Если принять наблюдаемый коэффициент прироста биомассы равным 0,2 кг ХПК(Б)/кг XnK(S), а состав биомассы описать формулой C5H7NO2, то можно записать уравнение реакции конверсии глюкозы в уксусную кислоту.

Далее

Содержание азота, фосфора и серы в клетках анаэробных бактерий представлено в табл. 3.15. Наиболее существенное отличие аэробных бактерий от анаэробных заключается в более высоком содержании серы в последних.

Далее

Анаэробные процессы влияют на щелочность среды. На кислотогенной стадии она понижается, а на метаногенной повышается. Суммарный эффект — слабое понижение щелочности. В примере 3.13 показан расчет изменения щелочности отдельно на кислотогенной стадии.

Далее

Константы гидролиза в анаэробных условиях ниже, чем в аэробных.

Далее

Газовая фаза в анаэробном процессе состоит из метана, диоксида углерода и водорода. В ее состав также могут входить азот и сероводород.Если известен наблюдаемый коэффициент прироста биомассы и концентрация субстрата, то можно написать выражение, определяющее объем выделяющихся газообразных продуктов.

Далее

Зависимость анаэробного процесса от температуры та же, что и у аэробного процесса, т. е. для ее характеристики можно воспользоваться уравнением (3.16). Из-за низких скоростей реакций в анаэробных условиях сильно возрастают как время гидравлического удерживания, так и время удерживания ила в реакторе. Поэтому во многих случаях экономически выгодным становится проводить процесс при высокой температуре в реакторах меньшего объема. На рис. 3.20 представлена температурная зависимость анаэробного процесса.

Далее

Для того чтобы составить уравнение массового баланса, пользуясь приведенными в гл. 3 выражениями для скоростей конверсий, каждому члену необходимо присвоить положительный или отрицательный знак в зависимости от направления процесса. Если интересующее нас вещество удаляется из системы, то описывающий его превращение член уравнения имеет знак минус.

Далее

Некоторые из этих понятий представляются не очень логичными и целесообразными, но, поскольку ими, тем не менее, иногда пользуются, полезно познакомить с ними читателя. Несколько таких примеров мы обсудим ниже.

Далее

В этом уравнении нам известны все величины, кроме С 3 и Хб. Поскольку объем воды Об выводится из аэротенка, то Хе = Х2 находим из уравнения водного баланса всего реактора.Примечание! Полученная в итоге информация более чем достаточна (даже избыточна) для принятия адекватного решения. Очень часто у инженеров возникают проблемы из-за недостаточности информации, поэтому подобные системы могут использоваться для проведения оценочных расчетов.

Далее

На рис. 4.5 представлены примеры систем с активным илом с отдельными вторичными отстойниками. Аэротенк типа а может иметь прямоугольную или квадратную форму, или же это может быть окислительный канал или пруд (с дном из пластика или просто вырытый в земле/глине).

Далее

Система с активным илом может иметь всего один реактор, который выполняет одновременно функции аэротенка и отстойника. На некоторых типах станций два реактора могут образовывать такую систему, которая в принципе может рассматриваться как состоящая из одного реактора, выполняющего несколько функций. Рис. 4.7 дает представление о такого рода конструкциях.

Далее

Принцип контактной стабилизации состоит в экономии объема аэротенка при поддержании постоянной массы ила. Для этого на пути возвратного ила помещают дополнительный аэротенк (рис. 4.9). Показанные на рис. 4.9 системы а-в по сути своей идентичны. Тип г представляет собой гибрид системы с контактной стабилизацией и обычной системы с активным илом.

Далее

В системах этого типа достигается очень высокая нагрузка на активный ил при времени гидравлического удерживания воды в аэротенке около 0,2-0,5 ч. При таких высоких нагрузках большая часть взвешенного органического вещества удаляется, а растворенное органическое вещество разлагается весьма незначительно. Ил в реакторах указанного типа очень активен, часто более активен, чем во втором реакторе с активным илом, где нагрузка на ил ниже [3] (см. рис. 4.11,а).

Далее

В зависимости от поставленной задачи проектирование может быть выполнено более детально или более схематично. Одно дело, если вам нужно всего лишь оценить стоимость станции, совсем другое — если необходимо подробное планирование процесса.

Далее

Данный метод проектирования был предложен первым. Если на очистные станции подаются стоки одного и того же состава и если концентрация ила в аэротенках таких станций одинакова, то подобный простой подход может дать вполне разумные результаты. Однако такая идентичность условий встречается достаточно редко.

Далее

В табл. 4.5 представлены типичные результаты очистки стоков в зависимости от нагрузки на ил.Многие годы нагрузка на ил была наиболее предпочтительным параметром при проектировании систем биологической очистки.

Далее

На рис. 5.1 представлена идеальная модель биопленки, рассматриваемой здесь как гомогенная. Обозначим буквой Б концентрацию вещества вне пленки. Транспорт веществ внутрь биопленки под действием молекулярной диффузии описывается коэффициентом диффузии Б.

Далее

В этих выражениях можно использовать кинетические константы, определенные для суспендированных клеток.Различие между биопленкой и суспендированными клетками состоит в том, что в первой концентрация бактерий гораздо выше. В активном иле концентрация изменяется в пределах от 2 до 6кгБВБ/м3, а в биопленках — от 10 до 60кгБВБ/м3. Единственный новый параметр, который вводится при рассмотрении биопленок, — это коэффициент диффузии Б. Методы его измерения не вполне надежны, и на получаемые данные не следует полагаться. На практике коэффициент диффузии можно принять равным коэффициенту молекулярной диффузии или считать его чуть меньшим (последний можно найти в справочной литературе [5]). В табл. 5.1 представлены коэффициенты диффузии в чистой воде ряда веществ, представляющих практический интерес. Часто для биопленок используют поправочный множитель 0,8 (см. табл. 5.2). Следует, однако, подчеркнуть, что величины коэффициента диффузии могут довольно значительно изменяться в зависимости от ряда факторов, например, в зависимости от структуры поверхности биопленки [6].

Далее

Кроме диффузионных ограничений в самой биопленке, определенные ограничения существуют и при транспорте субстрата из толщи воды к поверхности биопленки. Этот транспорт в упрощенном виде пропорционален разности концентраций.

Далее

Если принять, что в системе достаточно восстановителя (см. левую часть рис. 5.9), то окислитель будет исчерпан в точке х = xi.Удаление восстановителя контролируется проникновением окислителя. Восстановитель присутствует во всей пленке, но не может быть удален в области х > х , поскольку там окислитель отсутствует (см. левую часть рис. 5.9).

Далее

Анализ происходящего на фильтре процесса в конкретных условиях может быть проведен в две стадии, как это показано на рис. 5.10.Порядок проведения расчетов показан на рис. 5.10.Заметим, что объем реактора, а следовательно, и время удерживания не входят в уравнения. Эти уравнения можно использовать для моделирования процессов на фильтрах, в которых весь реактор может рассматриваться как реактор идеального перемешивания. Результаты, представленные в примере 5.4, были получены путем измерения скорости удаления нитрата в реакторе с вращающимся диском с идеальным перемешиванием.

Далее

Обычно в реакторах с биофильтром необходимость в рециркуляции ила отсутствует, поскольку концентрация ила в биопленке достаточно высока благодаря развитой поверхности твердой подложки. Поэтому в ряде случаев мы можем не рассматривать отдельно вторичные отстойники, см. гл. 6 о нитрификации. Обычно, впрочем, ил, содержащийся в воде, которая уже прошла сквозь биофильтр, необходимо осаждать. Присутствие ила в воде, прошедшей через биофильтр, объясняется или отрывом биомассы от биопленки, или же наличием в поступающей на фильтр воде суспендированных твердых веществ.

Далее

Скорость удаления вещества можно также выразить через концентрацию ила Х2, т. е.Поскольку Х2 подразумевает только активную биомассу, а эта величина обычно неизвестна, то скорость удаления вещества относят к пощади поверхности подложки.

Далее

Цель рециркуляции заключается в обеспечении необходимого потока жидкости через фильтр. Это очень важно для многих типов реакторов с биофильтрами. Рециркуляция также понижает концентрацию вещества в поступающих на очистку стоках, чем влияет на эффективность процесса как посредством изменения порядка реакции, так и посредством контроля лимитирующих условий по кислороду.

Далее

Избыточный ил —это та часть прироста ила, которая далее будет обрабатываться на станции, (т. е. ( 5X5 на рис. 5.14).Удовлетворительная очистка стоков на аэробных биофильтрах достигается при условии, что реактор сконструирован так, что бактерии, необходимые для процесса, могут прикрепляться к подложке (так называемой загрузке фильтра); вода соответствующим образом контактирует с прикрепленным илом (биопленка/слизь); ведется контроль за ростом биопленки, чтобы не допустить кольма-тации (засорения) фильтра; в воду для разложения органического вещества подается кислород.

Далее

Капельный фильтр по сути своей является традиционным реактором для очистки стоков на биопленке. За последние сто лет разработано много различных типов таких фильтров. На рис. 5.15 показан наиболее распространенный его вариант, для которого характерно использование трехфазной системы. Заполняют реактор щебенкой диаметром 5-20 мм. В качестве загрузки реакторов были опробованы многие другие материалы, но широкое распространение, помимо щебенки, получили только полимерные материалы. Загрузка реактора неподвижная.

Далее

В фильтрах этого типа загрузка располагается ниже поверхности воды. Загрузка может быть либо неподвижной, либо подвижной, что и является наиболее важной характеристикой погружного фильтра.На рис. 5.16 показано устройство такого фильтра. Принципиальными в этой схеме являются следующие моменты: контроль толщины биопленки и подача кислорода в воду.

Далее

На основании многолетнего опыта работы с традиционными биофильтрами были выработаны определенные критерии, которыми руководствуются при практическом проектировании указанных систем. Эти критерии основаны на том, что для каждого конкретного типа реактора гидравлическая нагрузка или нагрузка по органическому веществу может подниматься до какого-то определенного предела и величину этого предела можно определить на стадии проектирования. В ряде случаев необходимо также учитывать требуемое время удерживания в реакторе. Такой подход к проектированию является результатом систематизации чрезвычайного большого экспериментального материала, полученного при тщательных измерениях на работающих реакторах, а не просто основаны на понимании явлений, лежащих в основе очистки.

Далее

В соответствии с классическими критериями эффективность очистки на капельных фильтрах зависит только от объемной нагрузки по органическому веществу и поверхностной гидравлической нагрузки.На основании этого положения и многолетнего опыта работы в Германии при проектировании капельных фильтров рекомендуется исходить из нагрузок, приведенных в табл. 5.3.

Далее

Толщина биопленки на вращающихся дисках регулируется скоростью вращения, которая обычно устанавливается на таком уровне, чтобы периферическая скорость вращения была не ниже 0,3 м/с. Минимальное расстояние между соседними дисками должно составлять 1,5-2,5 см.

Далее

Ни один из типов реакторов с погружными фильтрами не получил настолько широкого распространения, чтобы для него были выработаны какие-либо общие рекомендации по нагрузке. Наибольшая объемная нагрузка достигается в реакторе с псевдоожиженным слоем, который может работать при нагрузке 10 кг БПК/(м3 • сут).

Далее

В настоящее время не разработаны критерии для проектирования биофильтров, удаляющих органические вещества, которые были бы основаны на теории биопленки. В первом разделе настоящей главы были рассмотрены подходы к проектированию биофильтров, удаляющих органические вещества. Проектирование осуществляется в четыре этапа (расчеты для этапов 1 и 2 представлены на рис. 5.10).

Далее

Далее мы кратко рассмотрим ряд процессов, определяющих нормальное функционирование биофильтров, а именно: аэрацию, а также рост и удаление биопленки.

Далее

Из сказанного ранее следует, что обеспечение необходимого содержания кислорода имеет более важное значение для работы биофильтров, чем каких-либо других биологических реакторов, поскольку в первом случае кислород необходим не только для полного протекания реакции, но также и определяет скорость процесса в целом. Далее перечислены используемые типы аэрации.

Далее

Действие биофильтров основано на способности бактерий прикрепляться к твердой среде и развиваться на ней. Чтобы протекающие на биофильтрах процессы были эффективными, желательно наличие устойчивого равновесия между ростом и удалением биомассы. Несмотря на всю важность этих процессов, известно о них слишком мало и приходится опираться лишь на чисто эмпирические данные.

Далее

Перенасыщение и образование пузырей в нижних слоях биопленки может нарушать адгезию, что и наблюдается, например, при образовании метана в анаэробных условиях и при образовании чистого азота в результате денитрификации.

Далее

До сих пор описывая происходящие в биопленке процессы, мы пользовались такими упрощенными приближениями, что могли решать все уравнения в аналитическом виде, просто пренебрегая отношениями между многими параметрами. Такой подход имеет определенные преимущества: он облегчает понимание и позволяет получить общее представление о проблеме. Но чем сложнее процесс, тем сложнее найти приемлемые упрощения и аналитические решения. Рассматривая сложный процесс, можно воспользоваться детальным детерминистским моделированием, открывающим двери еще не вполне привычному миру усложненных дифференциальных уравнений, усложненных функциональных выражений и таких решений, которые трудно понять и которые получить можно лишь компьютерными расчетами. Однако необходимость в приближении к реальной ситуации, а следовательно, и необходимость в таких моделях для научных исследований, а в ближайшем будущем и для проектирования несомненна.

Далее

На фотографии показаны вторичные отстойники в г. Тяньцзинь, КНДР. В данной книге вторичные отстойники не рассматриваются. Блестящий обзор по этой теме сделан в работе [25].Обычно в городских сточных водах содержится 20-50 мг/л соединений азота, в основном в виде аммиака или производных аммония (МН и N113), и таких органических веществ, которые в процессе обработки легко превращаются в аммоний. Перед сбросом обработанных стоков из них стремятся удалить все эти вещества, поскольку их присутствие нежелательно по трем следующим причинам.

Далее

Из всего сказанного выше следует, что, если сточную воду предполагается сбрасывать в ручьи, озера или реки, то наряду с удалением органического вещества из стоков необходимо проводить нитрификацию.При биологической очистке сточной воды нитрификация протекает либо параллельно с превращением органических веществ, либо как отдельный процесс. В обоих случаях окисление аммония в нитрат происходит под воздействием одних и те же микроорганизмов. Следовательно, эти два процесса имеют много общего.

Далее

Очистное сооружение, предназначенное для нитрификации, может представлять собой реактор с активным илом или биофильтр (капельный фильтр, аэрируемый фильтр, реактор с вращающимися дисками и др.). На рис. 6.1 показаны схемы этих двух типов реакторов.

Далее

Уравнение массового баланса для нитрифицирующего ила соответствует уравнению (6.1). Концентрацию аммония в нитрифицирующем реакторе с активным илом можно рассчитать по уравнению (6.4).Как и при рассмотрении работы реактора с активным илом, в этом случае также возникает вопрос, не будет ли рост гетеротрофных бактерий мешать нормальному росту нитрифицирующих бактерий. В биофильтрах микроорганизмы фиксируются на твердой подложке. Органические вещества, аммоний и кислород подаются через поверхность биопленки. Обычно на практике концентрация кислорода лимитирует превращение и органического вещества, и аммония. Поскольку нитрифицирующие бактерии растут медленно, они вытесняются из реактора и в конечном итоге будут вытеснены полностью, если скорость увеличения толщины пленки, контролируемая в основном гетеротрофными бактериями, окажется выше скорости роста нитрифицирующих бактерий.

Далее

На рис. 6.7 представлено экспериментальное подтверждение справедливости выражения (6.8). Согласно приведенной зависимости на биофильтре может протекать частичная нитрификация.На рис. 6.8 приведены примеры одно- и двухстадийных систем очистки с активным илом. На рис. 6.9 показаны некоторые принципиальные схемы систем с биофильтрами для нитрификации. Эти системы следует рассматривать как двухстадийные, хотя они могут напоминать одностадийные системы. Объясняется такое сходство тем, что показанные на рис. 6.9 реакторы можно рассматривать как реакторы полного вытеснения, в то время как условия, необходимые для процесса нитрификации, создаются лишь в нижней части биофильтров.

Далее

Это наиболее распространенный тип систем, используемых для нитрификации. Поведение общей массы ила всегда одинаково, тем не менее конструкции таких систем могут различаться.В показанной на рис. 6.11 системе с контактной стабилизацией ила концентрация взвешенных веществ в стабилизационном реакторе выше, а количество ила в контактном реакторе такое же, как в системе с активным илом обычной конструкции. Поэтому необходимый возраст (и массу) ила можно получить в сооружении меньшего объема, чем традиционно принятый. Нитрификация протекает в обоих реакторах, однако только в стабилизационном реакторе время гидравлического удерживания достаточно для завершения нитрификации.

Далее

Отличительной особенностью такой системы (рис. 6.15) является следующее: удаление органического вещества происходит на первой стадии, причем условия процесса на этой стадии таковы, что не позволяют осуществляться нитрификации.

Далее

Очистные станции, предназначенные исключительно для окисления аммония, всегда устроены как фильтры, поскольку адгезия бактерий происходит настолько активно, что несмотря на низкий прирост ила получаемого количества биомассы вполне достаточно. Из-за низкого прироста ила обычно отпадает необходимость в отстойниках, устанавливаемых после биофильтра.

Далее

Рекомендации немецких специалистов обычно рассчитаны для стоков с температурой выше 12 °С. При указанных нагрузках можно получить обработанный сток с концентрациями Свпк = 5±40% и Сгчгщ = 1,5±50% (логарифмическое распределение).

Далее

Станция очистки воды нитрификацией может работать по двухстадийной схеме с использованием биофильтра на первом этапе и реактора с активным илом на втором этапе. Станции указанного типа (рис. 6.20) были популярны в 60-е годы, но постепенно их вытеснили такие станции, на которых очистка стоков проводится только в реакторах с активным илом, так как их начальная стоимость ниже. Тем не менее интерес к станциям типа «биофильтр плюс активный ил» в последние годы вновь возрос, особенно в связи с необходимостью обработки концентрированных промышленных стоков и появлением новых полимерных материалов, которые могут заменять традиционную щебеночную загрузку для иммобилизации биомассы.

Далее

В литературе предлагается бесчисленное множество вариантов конструкторских решений для систем нитрификации, но лишь немногие из них, причем наиболее простые, действительно используются на практике. Объясняется это тем, что нитрификация слишком редко является единственным процессом, необходимым для очистки воды, чтобы на нем основывалось проектирование станции. Поскольку при проектировании станций следует учитывать целый ряд различных факторов, конструкции станций очень сильно различаются, и какие-то общие критерии выработать трудно.

Далее

Станции для нитрификации с активным илом несколько отличаются от аналогичных станций для удаления органического вещества. Обычно нитрификация либо протекает полностью, либо вообще не происходит. Если условия в системе допускают существование нитрифицирующих бактерий, то нитрификация пройдет полностью, и наоборот, в определенных условиях развитие этих бактерий ингибируется. Поэтому проектирование станции нацелено на создание благоприятных условий для развития нитрифицирующих бактерий, а не на достижение определенной эффективности очистки или качества получаемой после обработки воды, как это происходит, если необходимо только удалить органические вещества. В результате критерии, которыми руководствуются при проектировании станции, очень просты.

Далее

В процессе работы очистных станций часто возникает проблема стабильности нитрификации, это наиболее характерно для холодного времени года. Рис. 6.23. отражает типичную картину работы такой станции.Возраст аэробного ила слишком мал, но на практике существует много способов, позволяющих поднять скорость нитрификации. Так, скорость реакции можно увеличить, повысив температуру, например, 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 эффект, 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 зависимость скорости нитрификации от концентрации кислорода, показывающая, что повышение концентрации кислорода довольно сильно ускоряет реакцию.

Далее

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

Далее

Как было сказано во введении, денитрификация всегда связана с окислением органического вещества (а также водорода или серы). Процесс может протекать как обособленный, специально разработанный для проведения только денитрификации, или в сочетании с нитрификацией. Микробиологический процесс денитрификации всегда один и тот же вне зависимости от конструкции системы. Различия могут заключаться в количестве потребляемого органического вещества (требуемое соотношение С/N) и в относительном количестве денитрифицирующих организмов в биомассе.

Далее

Денитрификация может происходить в реакторах с активным илом или на биофильтрах (см. рис. 7.1).Объединяя выражения (7.2) и (7.3), получаем выражение для концентрации нитрата в обработанном стоке вкоз.з для реактора идеального перемешивания.

Далее

Обсуждение всех возможных вариантов устройства систем денитрификации, представленных в литературе, было бы слишком длинным. В систематическом обзоре, проведенном в работе [7], описываются три основных типа систем, количество возможных вариаций внутри этих типов бесчисленно. С момента выхода обзора, однако, развитие технологии в области биофильтров привело к появлению ряда новых типов систем и еще больше умножило число всевозможных вариаций.

Далее

Системы этого типа наиболее широко применяются на практике, особенно в США. Внедрение отдельной стадии денитрификации было вызвано усовершенствованием существующих станций для удаления органического вещества и нитрификации стока в связи с введением нормы по содержанию азота в обработанном стоке. На рис. 7.7, а представлена схема такой станции.

Далее

Все биофильтры, используемые для денитрификации, относятся к классу погружных, т. е. они заполнены водой. Если обработка стоков проводится в реакторах с вращающимися дисками или на фильтрах с загрузкой (диски из полимерного материала или пустотелая загрузка), то ил отделяется от обработанного стока осаждением, как это показано на рис. 7.17. Схемы работы фильтров с промывкой обратным потоком (гравий, «Leca» и др.) и псевдо-ожиженных фильтров приведены на рис. 7.18 и 7.19 соответственно. В фильтрах, работающих по принципу псевдоожиженного слоя, роль загрузки, на которой происходит рост биопленки, могут выполнять песок или полимерные материалы, а также сферические бактериальные флокулы (гранулы), образующиеся в определенных условиях в отсутствие твердого носителя. Опыт эксплуатации полномасштабных денитрифицирующих фильтров пока очень мал. Часто в такие реакторы добавляют внешние источники углерода — метанол, уксусную кислоту или промышленные стоки.

Далее

В процессе денитрификации расходуются органические и азотсодержащие вещества. Поскольку для осуществления процесса необходимо совершенно определенное количество органического вещества, то соотношение С/N в системе играет принципиальную роль.

Далее

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 кислорода 0 г/м3, концентрация ила 4 кг БВБ/м3. Определите понижение скорости денитрификации при 8 °С.

Далее

Увеличение давления на дне отстойника повысит насыщающую концентрацию азота и, следовательно, будет противодействовать тенденции перенасыщения.Присутствие кислорода в иле отстойника ингибирует денитрификацию (см. пример 7.5).

Далее

Если мы оставим в стороне рассмотрение нежелательных затрат кислорода (как это было сделано в разд. 7.3.2), то сам процесс денитрификации не требует затрат кислорода, поскольку нитрат заменяет кислород при окислении органических веществ. Однако следует помнить, что на образование нитрата расходуется больше кислорода, чем «сохраняется» при денитрификации.

Далее

При денитрификации щелочность увеличивается в соответствии с выражением (3.30). В табл. 7.5 представлены величины изменений щелочности.В гл. 6 уже говорилось, что нитрификация сопровождается понижением щелочности, что может приводить к снижению pH среды в тех случаях, когда потребление щелочности выше, чем ее запас в воде. Отчасти это компенсируется при совмещении процессов нитрификации и денитрификации, поскольку понижение щелочности в суммарном процессе в два раза ниже.

Далее

Основной параметр при проектировании такой системы — это удельная скорость денитрификации, гх,э (измеряемая в г N0 — 1Ч/(кг БВБ • ч)); ее можно оценить из рис. 3.13.Пример 7.7. Проектирование реактора денитрификации с активным илом.

Далее

Комбинированный процесс нитрификации/денитрификации с несколькими реакторами и с рециркуляцией или с использованием чередующегося режима удобно анализировать с помощью компьютерного моделирования. Учесть взаимодействие между тремя процессами, для которых необходимы различные условия, и спроектировать установки, в которых такие процессы протекают, без применения компьютеров довольно сложно.

Далее

В данном случае проектирование основано на тех же принципах, что и проектирование нитрифицирующих фильтров (см. гл. 6, разд. 6.3.3). Прежде всего необходимо, используя уравнение массового баланса, найти необходимую площадь поверхности подложки А2 .

Далее

На рис. 8.1 представлена схема станции биологического удаления фосфора. Особый интерес представляют два следующих уравнения массового баланса.Уг — анаэробный реактор удаления фосфора, Уз — аэробный/аноксиче-ский реактор.

Далее

На всех станциях, предназначенных для удаления фосфора, обычно предусматриваются биологическое удаление фосфора и аэробное окисление органического вещества. Объясняется это тем, что для функционирования процесса микроорганизмы должны находиться поочередно то в аэробных, то в анаэробных условиях.

Далее

На рис. 8.2 представлены две наиболее типичные схемы процесса, в которых были предприняты попытки создать в анаэробном реакторе условия, напоминающие режим полного вытеснения. В первой схеме этого пытались достичь путем использования серии реакторов идеального перемешивания. Во второй применили длинный реактор полного вытеснения. Режим полного вытеснения обеспечивает существование в анаэробной зоне таких участков, где нитрат отсутствует, даже если он содержится в возвратном потоке от обработки ила. Весь нитрат удаляется в первой части анаэробного реактора (следовательно, он, вообще говоря, не является полностью анаэробным), т. е. в этой части реактора будет проходить денитрификация. Такая ситуация не очень желательна для биологического удаления фосфора, поскольку в указанных условиях расходуется легко разлагаемое органическое вещество, которое могло бы быть использовано для удаления фосфора.

Далее

Если содержание легко разлагаемого органического вещества в исходном стоке недостаточно, то можно использовать дополнительный источник углерода. Это может быть ацетат или промышленные отходы (стоки) пищевых производств. На рис. 8.4 представлена схема такой установки.

Далее

При нехватке легко разлагаемого органического вещества (уксусной кислоты и т. д.) в сточной воде его запасы могут пополняться за счет протекающего внутри реактора гидролиза. Под действием активного ила гидролиз в анаэробном реакторе может идти со скоростью, позволяющей протекать процессу биологического удаления фосфора. На рис. 8.5 представлено схематическое изображение такой станции. На схеме, приведенной на нижнем рисунке, гидролиз протекает в первичном отстойнике или в сборнике.

Далее

Биологическое удаление фосфора может происходить по схеме, показанной на рис. 8.6. Для того чтобы этот процесс мог осуществляться, важно не допустить протекания нитрификации в летнее время, т. е. необходимым условием в данном случае является малый возраст ила.

Далее

Если нитрат вносится в анаэробный реактор, то это означает, что некоторое количество легко разлагаемого органического вещества будет израсходовано на денитрификацию. Расход составляет примерно 4-6 кг ХПК/кг N0 —N.

Далее

При проектировании анаэробных реакторов для биологического удаления фосфора исходят из того, какое количество летучих жирных кислот (ЛЖК) необходимо для проведения процесса. В большинстве случаев концентрация ЛЖК определяет скорость удаления фосфора. Результатом проектирования должно стать определение времени гидравлического удерживания в анаэробном реакторе (или в анаэробной части аэробного реактора). Анаэробный реактор может быть использован на первой стадии (рис. 8.2) или в середине процесса (рис. 8.7, верхняя схема).

Далее

В этой главе описываются истинно анаэробные процессы, т. е. протекающие в отсутствие нитрата или кислорода (мы не будем учитывать лишь те минорные количества, которые могут попадать в реактор с исходным стоком). Анаэробная очистка может проводиться вместе с аэробными/аноксическими процессами или отдельно от них, но и в том, и в другом случае гидролиз является их обязательной составной частью.

Далее

Следует различать анаэробную очистку сточной воды и анаэробную обработку ила. Различие состоит в том, что в первом случае большая часть содержащихся в стоке органических веществ находится в растворенном виде. Если необходимо удалить растворенные органические вещества, то следует использовать такой процесс, в котором достигается достаточно полный и длительный контакт между сточной водой и микроорганизмами, осуществляющими анаэробный процесс. Это означает, что в отличие от процесса анаэробной обработки ила в процессе анаэробной очистки сточной воды существует большое различие между временем гидравлического удерживания и возрастом ила.

Далее

На рис. 9.1 представлена схема установки для анаэробной очистки воды.Если известно, какие процессы протекают при анаэробной обработке воды и каковы их кинетические закономерности, то можно записать уравнения массового баланса. В табл. 9.2а представлены параметры, описывающие анаэробные процессы. Как и во всех других случаях, набор параметров отвечает сильно упрощенной схеме по сравнению с тем, что происходит в реальности. Набор параметров в табл. 9.26 еще более упрощен. Ее можно использовать, если принять, что скорость процесса ограничена скоростью образования метана, например при постоянной нагрузке. Следует заметить, что при анаэробной очистке образование метана—это единственный процесс, который сопровождается удалением ХПК из воды. После проведения анаэробной биологической очистки ХПК взвешенного вещества можно удалить, осаждая или центрифугируя взвешенные вещества или применяя в этих целях мембраны.

Далее

Скорость реакции г дм часто может описывать реакцию нулевого порядка как в самой биопленке (это будет означать, что биопленка используется полностью), так и в толще воды.Концентрация биомассы в биопленке Хв,г,2 может быть высокой (10 - 50 кг ХПК/м3), это означает, что она высокая также и по сравнению с общей концентрацией биомассы в реакторе Х2.

Далее

Возможно сочетание этих методов, например, осаждение и фильтрация могут использоваться вместе. На рис. 9.4 показана схема процесса, в котором на первом этапе проводится разделение стока на твердую и жидкую фракции, после чего каждая фракция обрабатывается отдельно в анаэробных реакторах. Осадок может обрабатываться в традиционном метантенке, а растворимая часть органического вещества —в одном из реакторов, которые мы обсудим в следующей главе.

Далее

Этот тип систем напоминает системы с активным илом. Ил перемешивают механически, а в ряде случаев он перемешивается образующимся газом или под давлением подаваемой сточной воды.На рис. 9.5 показана схема традиционной установки, очистка в которой проводится так называемым контактным методом. Биологические процессы протекают в высоком реакторе (5-10 м высотой), ил отделяют осаждением в полочном отстойнике. Отделению ила может предшествовать дегазация или охлаждение, см. рис. 9.6.

Далее

Устройство фильтров для анаэробной очистки такое же, как и фильтров, предназначенных для других биологических процессов. Для работы станций рассматриваемого типа важно, чтобы в стоке было невысокое содержание взвешенных веществ, иначе возможна кольматация фильтров. Низкий уровень концентрации взвешенных веществ в подаваемом стоке в сочетании с низким приростом ила приводят к тому, что в обработанном стоке концентрация взвешенных веществ также очень низкая. Поэтому на многих сооружениях с анаэробными фильтрами вторичные отстойники не используются. Еще одна причина отсутствия отстойников заключается в том, что анаэробная очистка осуществляется с целью предварительной обработки стока.

Далее

Проектирование анаэробных систем налажено еще не очень хорошо1. Обычно проектирование ведется, исходя из условия максимального удаления органических разлагаемых веществ. Остановить такой процесс, например, на стадии 50%-ной очистки не представляется возможным. Причиной тому является медленный рост ме-таногенов, неизменно обусловливающий необходимость настолько большого времени гидравлического удерживания, что большинство органических веществ успевают подвергнуться гидролизу и превратиться в короткоцепочечные жирные кислоты. Далее практически все жирные кислоты превращаются в метан, это и объясняет невозможность частичной обработки2.

Далее

Обычно основой для проектирования таких систем служит объемная нагрузка по ХПК, нагрузка на ил по ХПК или возраст ила.Заметим, что здесь под Схпкд подразумевается ХПК биологически разлагаемых веществ.

Далее

Из уравнения массового баланса (9.6) можно найти площадь поверхности анаэробного фильтра.Удельная поверхность фильтра ш и концентрация ила Х2 могут быть найдены из табл. 9.4. Удельную скорость реакции можно оценить из табл. 9.7. В результате могут быть оценены и площадь поверхности, и объем фильтра.

Далее

Доминируют, безусловно, метан и диоксид углерода.В большинстве анаэробных процессов 90-95% ХПК можно перевести в метан, а остальная часть переходит в ил. Образующийся метан может быть использован для производства тепла или электрической энергии. В табл. 9.8 представлен ряд коэффициентов пересчета концентрации метана в другие единицы.

Далее

В процессе работы анаэробных реакторов осложнения возникают достаточно редко. Тем не менее мы рассмотрим некоторые из проблем, связанных с запуском реакторов, изменением операционных параметров и наличием токсичных веществ.

Далее

Медленный рост метаногенных организмов приводит к тому, что запуск анаэробного реактора может быть довольно длительным.Для сокращения времени запуска можно использовать анаэробную биомассу из другого реактора.

Далее

Контроль за параметрами процесса позволяет выявить возможность появления какой-либо проблемы до ее возникновения и, следовательно, принять необходимые меры, чтобы ее избежать. Например, при увеличении содержания ЛЖК в обработанном стоке может оказаться необходимым понижение нагрузки по органическому веществу или, в более серьезных случаях, добавление в реактор щелочи для повышения pH до необходимого значения.

Далее

Ни один из существующих способов очистки не приводит к тому, что фосфор исчезает в воздухе. Целью всех процессов является перевод растворенного фосфора в его нерастворимую форму, которую можно отделить в процессе разделения, например, осаждением.

Далее

На практике мы можем не учитывать С з в балансе воды (но не в балансе взвешенного вещества).Сробщ.з = (11 000 м/ сут • 12 г Р/м3 — 10 980 м/ сут • 1 г Р/м3)/20 м/ сут = = 6051 г Р/м3.Мы видим, что содержание растворенного фосфора в избыточном иле (1 г/м3) очень низкое по сравнению с общим содержанием (6051 г/м3), а сделанное выше предположение о том, что содержание растворенного фосфора равно 1 г/м3 не влияет на конечный результат.

Далее

В упрощенном виде можно считать, что осаждение железом и алюминием во многом очень схоже и что определяющими факторами и в том, и в другом случае являются растворимость и соотношение концентраций добавляемого иона металла Ме и присутствующего ортофосфата. Процесс осаждения ионами кальция сильно зависит от pH, поэтому рассчитывая необходимое количество соли кальция, необходимо учитывать щелочность сточной воды.

Далее

Наши знания о коагуляции на сегодняшний день очень ограничены по сравнению с тем, что мы знаем о следующей стадии — флокуля-ции. Объясняется это сложностью первого процесса.При коагуляции коллоидные частицы образуют агрегаты большего размера. Частицы можно сравнивать между собой по диаметру ¿р.

Далее

В процессе флокуляции первичные частицы объединяются в более крупные образования — флокулы. Применительно к процессу очистки воды цель флокуляции — увеличение размеров осаждаемых частиц с тем, чтобы их можно было затем отделить методом седиментации или флотации.

Далее

Приведенная ниже схема иллюстрирует принцип модели, которая достаточно хорошо описывает связывание фосфора в почве.Стадия адсорбции/ионного обмена в почве происходит настолько быстро, что можно считать, что равновесие наступает со скоростью равной скорости инфильтрации. Далее будет протекать относительно более медленный переход к осажденным формам фосфора, характеризующимся сравнительно малой растворимостью.

Далее

Из экономических соображений всегда пользуются техническими солями, которые содержат некоторое количество как растворимых, так и нерастворимых примесей. Часто осадителем служит смесь нескольких из перечисленных веществ, особенно часто смесь солей Са2+ и Ее2+.

Далее

Прямое осаждение целесообразно в тех случаях, когда сброс стока без удаления органических веществ заведомо не приведет к заметному исчерпанию кислорода в водоеме. Если органические вещества все же необходимо удалить, то осаждение можно проводить до стадии биологической очистки, после ее завершения и в процессе ее проведения.

Далее

Проектирование на основе общего содержания фосфора осуществляется легче, но является менее надежным.Это быстрый, однако, не вполне надежный метод расчета условий, обеспечивающих требуемую концентрацию общего фосфора в обработанном стоке, в котором растворимая и взвешенная фракции не рассматриваются отдельно.

Далее

У различных типов почв самая разная способность адсорбировать фосфор. Максимальная емкость варьирует от 20 мг Р/кг для песчаных почв до 500 мг Р/кг для глинистых.Если мы рассматриваем только процесс адсорбции/ионного обмена соединений фосфора в почве, не учитывая их последующего химического связывания, то получаем весьма приблизительную оценку сорбционной емкости почвы. В работе [8] предложена модель транспорта фосфора, которая учитывает его химическое связывание. Эта модель основана на уравнениях, описывающих связывание фосфора в почве, рассмотренных в разд. 10.2.4. Следует отметить, однако, что экспериментальная основа для оценки скорости осаждения пока еще не вполне разработана.

Далее

Таким образом, если бы очистка стоков осуществлялась лишь вследствие адсорбции фосфора, то указанное сооружение проработало бы всего около года. Благодаря осаждению срок действия таких сооружений обычно много дольше.

Далее

За период жизни одного поколения инженерный подход к строительству станций очистки воды изменился от сугубо прагматичного до научно обоснованного. Прагматичный подход основан на опыте строительства и эксплуатации станций, приобретенном методом проб и ошибок, научный подход — на описании причинно-следственных связей, в основном в математической форме. Преимущество научного подхода заключается в том, что взаимосвязи, положенные в основу проектирования, являются гораздо более универсальными, чем выявленные в ограниченном диапазоне опытов. Из общего инженерного опыта следует, что обобщенное научное описание наилучшим образом соответствует реальной ситуации, а также более успешно может быть применено для описания условий, выходящих за узкие пределы опытных данных.

Далее

Практика проектирования очистных сооружений основывалась на рекомендациях по нагрузке и простых эмпирических правилах не более чем поколение назад. Этот простой подход описан в предыдущих главах книги в приложении к самым разным станциям очистки. Он не устареет никогда, поскольку простота всегда будет привлекать практиков.

Далее

Сложность современных очистных сооружений трудно ограничить рамками проектирования по простым эмпирическим правилам. Сочетание нескольких различных процессов на одной станции (удаление органических соединений, нитрификация, денитрификация, биологическое удаление фосфора) требует систематизации и структурирования опыта. Математическая формулировка модели вводит такую систематизацию и структурирование. Это создает основу для понимания природы процесса и синтезирования накопленного опыта.

Далее

Формулировка модели основывается на перечисленных ниже компонентах.Структура детерминистской модели заключается в математической формулировке всех законов природы, которые считаются важными для моделирования работы станции очистки. Детальная детерминистская модель основана на редукционистском подходе, в котором все существенные явления описываются в деталях и встраиваются в общую модель в соответствии с фундаментальными принципами интеграции подобно уравнениям массового баланса для воды и каждого компонента системы. Эти законы и уравнения массового баланса были описаны в предыдущих главах книги.

Далее

Станции очистки — всего лишь одно звено в значительно большей системе управления водными ресурсами. Эта система очерчена бассейном канализования, в котором работает очистная станция, превращая грязную воду в очищенную перед тем, как ее сбросят из городской канализации в открытые водоемы. Такая система очень сложна, и управлять ею непросто. В последние годы был проведен анализ возможности управления с помощью моделей для всей системы канализования и для локальных городских систем канализования, что требует интеграции моделей очистных сооружений с моделями канализационных систем и принимающих водоемов. В моделях такого масштаба и сложности могут найти отражение только наиболее важные особенности систем.

Далее

Если мы имеем дело с новыми станциями, информации, которая могла бы понадобиться при различных условиях их функционирования в будущем, явно недостаточно. Прогнозированию в таком случае будет присуща неопределенность, и при проектировании эту неопределенность необходимо учитывать. Поэтому часто на практике используют традиционные правила подхода к проектированию, вполне оправданные из-за неопределенности прогнозирования. Однако в ответственных случаях важно протестировать действие сложных станций при предполагаемых нагрузках и определить чувствительность проекта к изменениям входных данных.

Далее

Эксплуатация очистных сооружений традиционно основывается на фиксированных параметрах и ручном контроле процесса. Однако развитие данной области демонстрирует полезность динамического контроля. Это дает ряд несомненных преимуществ: лучшее качество очистки, энергосбережение и экономия химических веществ. Контроль работы станций очистки воды в реальном времени пока еще находится в начале своего воплощения, и предложено немало подходов к его внедрению [28].

Далее

До сих пор в работе очистных сооружений еще не все до конца понятно и не все описано. Модели могут служить инструментом, помогающим анализировать информацию, полученную в соответствующих исследованиях. Выбранная модель должна давать конкретное описание исследуемого процесса, чтобы можно было понять, какое из возможных объяснений более приемлемо в данном случае или даже более того — чтобы показать универсальность того или иного явления.

Далее

Необходимый уровень агрегации определяет уровень сложности выбираемой модели. При выборе структуры модели всегда стремятся найти компромиссное решение. Решать указанную проблему нужно, исходя из тех задач, которые стоят перед вами. Этот выбор мы обсудим подробнее в разд. 11.3.

Далее

Наиболее часто для подгонки модели к реальной ситуации используют процедуру, называемую калибровкой. Этот подход основан на определении временных серий зависимостей между нагрузкой на очистное сооружение и соответствующими концентрациями обработанных стоков. Такая комбинация данных на входе и выходе отражает превращение вещества, осуществляемое при работе станции, т. е. именно то, что и должна имитировать модель. Теперь задача состоит в том, чтобы, меняя параметры модели, добиться наилучшего совпадения с выходными данными по обработанному стоку. Обычно это делают эмпирически — методом проб и ошибок. Наилучший набор параметров — тот, который приводит к наименьшему стандартному отклонению в разности между реальными и модельными данными.

Далее

Важными инструментами для оценки неопределенности модели служат анализ чувствительности и распространение ошибки.При анализе чувствительности каждый параметр оценивается с точки зрения его важности для конечного результата. Такой анализ позволяет оценить важность каждого параметра в рассматриваемом диапазоне действия. Это важно дня выяснения вопроса, какие параметры можно считать фиксированными на основании априорных знаний, а какие следует определять экспериментально.

Далее

Проектирование в данном контексте понимается как определение конфигурации и размеров каждого компонента линии очистки — от входа до выхода. Это может быть создание оригинального проекта в том случае, если станция очистки ранее не существовала, или же модернизация существующей станции, обычно проводимая с целью расширения ее возможностей от традиционного удаления ВПК до удаления азота и фосфора.

Далее

Сложность заключается в том, что в структуру модели для биопленки должен быть вписан известный процесс, идущий в активном иле. Структура модели включает диффузию субстрата в биопленку и продуктов реакции из биопленки, рост биопленки и динамику изменения популяции внутри нее, как это описано в разд. 5.12. Многие из параметров модели определены нечетко из-за меньшей совместимости априорных знаний о структуре модели и представлений о ее параметрах.

Далее

Компьютерное моделирование является мощным инструментом для анализа эксплуатационных характеристик станций очистки воды, понимания причин сбоев в их работе и способов ее улучшения.

Далее

Следует понимать, что существующие модели содержат много функциональных зависимостей и много параметров, одни из которых универсальны, тогда как другие определяются местным климатом, характеристиками поступающих на обработку стоков, популяцией бактерий и принципом действия станции. Как уже отмечалось в разд. 11.3, контролировать все функции и параметры работающей станции не представляется возможным. Некоторые параметры должны быть приняты как универсальные, а некоторые должны быть подобраны путем подгонки модели или определены из эксперимента. Между двумя группами параметров не существует четкой границы, поскольку станция должна работать при хорошо продуманных изменениях режима с тем, чтобы выбранные для анализа параметры были идентифицируемыми. Чем больше изменений, тем лучше.

Далее

Многие параметры можно определить только посредством экспериментальных методов. Программа А8М1 [1] содержит описание различных экспериментов, которые необходимы для идентификации ряда важных параметров. Другой подход к эксперименту состоит в контроле за работой станции посредством либо частого отбора проб для химического анализа, либо использования датчиков, установленных непосредственно в работающей системе.

Далее

Различные подходы к интерпретации результатов продемонстрированы в приведенном ниже примере.В литературе содержатся порой довольно странные результаты, поскольку детальный анализ показывает, что сам по себе набор вариаций не дает необходимой информации для определения параметра. Это не может быть выявлено в результате простой калибровки путем аппроксимации кривых, но требует статистической оценки параметров.

Далее