Расчет денитрификатора

1. Принимается денитрификатор – смеситель. В качестве источника углерода в денитрификатор добавляется метанол. Расчет процесса в реакторе-смесителе ведется по п.6.143 и по формуле (48) СНиП 2.04.03-85 /1/.

2. Удельная скорость денитрификации , мг/г·ч:

[7.28]

В формуле:

• - требуемая концентрация азота нитратов на выпуске сточных вод в водоем; по заданию, =9,1 мг/л;

• - доза ила в денитрификаторе по беззольному веществу, принимается примерно равной дозе ила в нитрификаторе =2г/л;

• значения кинетических констант принимаются на основе экспериментальных данных по пособию /3/, см.таблицу 7.5:

Значение кинетических констант денитрификации

Таблица 7.5

Вид органического субстрата	Максимальная скорость денитрификации	Константа, характеризующая свойства обрабатываемых соединений,	Коэффициент ингибирования активного ила продуктами распада,
Метанол	58,8	40	0,19
Этанол	44,9	25	0,17

По формуле [7.28]:

2. Продолжительность обработки сточных вод в денитрификаторе:

[7.29]

где:

• S – зольность ила, S=0,3;

• - концентрация нитратного азота в сточных водах перед денитрификатором, из балансовой схемы (см. рис.7.10) =25мг/л.

4. Объем денитрификатора:

[7.30]

7.3.2. Анализ схемы очистки сточных вод. Составление баланса по извлекаемым компонентам

Проектировщику нередко приходится «привязывать» схему, разработанную ранее другим автором, к конкретному объекту. Для этого необходимо бывает понять сущность процессов, протекающих в каждом сооружении очистной цепочки. Авторы схемы могут дать разработанным сооружениям самые разные названия, при этом данные названия не всегда отражают истинную сущность процесса, проходящего в сооружении, или отражают ее не полностью. В частности, поэтому с проблемой понимания схемы сталкиваются студенты и молодые специалисты без достаточного опыта проектной работы. Тем не менее, проектировщик, анализирующий схему, не должен бояться незнакомых названий: все предлагаемые схемы разработаны, как правило, на основе одной или нескольких базовых схем, знакомых специалистам уже со студенческой скамьи. Нужно просто внимательно проанализировать схему, чтобы понять сущность процессов, проходящих в каждом сооружении.

В помощь студентам приводится пример анализа схемы очистки бытовых сточных вод, разработанной НПФ «Экостройпоект» г.Пермь.

Задание: На рис.7.11 приведена схема очистки хозяйственно-фекальных сточных вод, разработанная НПФ «Экостройпроект». Выполнить анализ схемы, ответить на вопросы:

- от каких примесей, до каких концентраций могут быть очищены сточные воды по данной схеме?

- какие процессы протекают в отдельных сооружениях схемы?

Для данной схемы составить баланс по основным извлекаемым компонентам (один из возможных вариантов).

Рис.7.11.

Условные обозначения трубопроводов к рис.7.11:

Ответ:

Данная схема позволяет снизить концентрации основных примесей, характерных для бытовых сточных вод, до ПДК сброса в рыбохозяйственный водоем: БПК=3 мг/л, содержание взвешенных веществ – 3-6 мг/л, аммонийный азот N-(NH₄)⁺=0,39 мг/л, азот нитритов N-(NO₂)^- = 0,02 мг/л, азот нитратов N-(NO₃)^- = 9,1 мг/л, фосфор P-(PO₄)^3- = 0,05 мг/л.

Приемная емкость предназначена для усреднения сточных вод по расходам и концентрациям.

Блок биологической очистки включает в себя «аэротенк» и «вторичный отстойник»; в состав «аэротенка» входят «денитрификатор» и «зона окисления». Ясно, что общее название «аэротенк» двум отсекам схемы дано условно, что «аэротенк» в составе рассматриваемой схемы не является аэротенком в его традиционном понимании хотя бы потому, что одним из отсеков «аэротенка» является денитрификатор, т.е. анаэробная зона.

В своем первоначальном значении аэротенк (воздушный резервуар) – это емкость, где происходит биологическая очистка сточных вод в аэробных условиях. В аэротенке «на полную биологическую очистку» происходит окисление органических соединений со снижением БПК сточных вод примерно до 15 мг/л; в аэротенке «с продленной аэрацией» БПК можно снизить до 3-6 мг/л. Кроме этого, в сооружении происходит частичная минерализация (стабилизация) активного ила и превращение аммонийного азота в нитриты и нитраты, т.е. нитрификация. Такому определению более всего отвечает отсек схемы «зона окисления». В сооружении предусмотрен нитратный рецикл –KN-, то есть подача сточных вод, содержащих окисленные формы азота: нитриты и нитраты, из зоны окисления в денитрификатор; значит в «зоне окисления» произошло не только окисление органических соединений, но и нитрификация. Следовательно, «зона окисления» схемы работает в режиме аэротенка с продленной аэрацией или аэротенка-нитрификатора.

Денитрификатор в классическом варианте – это сооружение, где происходит переход азота нитритов и нитратов в свободное (молекулярное) состояние. Характер процесса – восстановительный, сооружение работает в анаэробном режиме. «Денитрификатор» в схеме, явно, выполняет эту функцию, окисленные формы азота: нитриты и нитраты поступают в «денитрификатор» в составе циркулирующей водно-иловой смеси, или «нитратного рецикла». Проектировщики конструктивно расположили «денитрификатор» перед «зоной окисления» с организацией циркуляции водно-иловой смеси для того, что полностью использовать органические примеси поступающих сточных вод в качестве органической добавки в зону денитрификации.

Тем не менее в предложенной схеме денитрификация явно не является единственной функцией отсека, названного «денитрификатор». Кроме нитратного рецикла -KN-, схемой предусмотрена еще подача в отсек циркуляционного активного ила, причем во входную его часть. Это позволяет сделать вывод, что здесь осуществляется анаэробный биохимический процесс выделения клетками ила фосфатов в воду. Он является первой частью процесса очистки сточных вод от соединений фосфора и должен проходить в зоне полного отсутствия кислорода. Именно такой режим и поддерживается во входной части отсека «денитрификатор». Логично предположить, что вторая стадия процесса очистки сточных вод от соединений фосфора будет происходить в аэробной «зоне окисления». Эта стадия состоит в интенсивном поглощении активным илом фосфатов из воды.

Таким образом, в отсеке «денитрификатор» можно выделить две зоны: в начальной части - облигатную (строгую) анаэробную, в конечной – аноксидную (нестрогую анаэробную) зону. В облигатной анаэробной зоне свободный кислород отсутствует, в небольшом количестве кислород присутствует только в составе органических примесей. В облигатной анаэробной зоне происходит биохимический процесс выделения клетками ила фосфатов в воду. В аноксидной зоне идет процесс денитрификации; здесь имеется небольшое количество кислорода в составе нитритов и нитратов, а также в свободном состоянии. Свободный кислород в воде появляется в результате процесса денитрификации.

Кроме уже отмеченных процессов, в отсеке «денитрификатор» еще проходит гидролиз – частичное расщепление сложных органических соединений в результате их взаимодействия с молекулами воды, а также аммонизация – превращение органических форм азота в ион аммония.

Таким образом, в отсеке «аэротенк» обсуждаемой схемы протекают следующие процессы:

- в «денитрификаторе»: гидролиз органических соединений, аммонизация, во входной части отсека – выделение бактериями фосфора в воду, в конечной части – денитрификация;

- в «зоне окисления»: окисление органических соединений, частичная минерализация активного ила, нитрификация, отдув остаточного газообразного азота, поглощение активным илом фосфатов из воды.

«Вторичный отстойник» в схеме предназначен для отделения от сточных вод активного ила, что полностью соответствует его традиционному назначению.

«Установка приготовления и дозирования коагулянта», «камера хлопьеобразования», «третичный отстойник» и «накопительная емкость» составляют блок реагентного извлечения фосфатов. В камере хлопьеобразования происходит контакт сточных вод с раствором коагулянта; в результате реакции ионного обмена фосфаты переходят из растворенной формы в нерастворенную. Выделение осадка происходит в третичном отстойнике. Сточные воды, освобожденные от фосфатов, собираются в накопительной емкости. В результате анализа становится понятно, что схемой предусмотрен комбинированный (биологический и реагентный) метод очистки сточных вод от соединений фосфора.

Для более глубокой очистки сточных вод от взвешенных веществ предназначены «фильтры доочистки», в результате фильтрования снижается также показатель БПК.

«Установка обеззараживания воды» необходима для уничтожения остаточной патогенной микрофлоры. Очищенные сточные воды собираются в резервуаре чистой воды, а затем сбрасываются в водоем.

Блок обработки избыточного ила в схеме представлен «минерализатором осадка» и «обезвоживателем», осадок из третичного отстойника обрабатывается совместно с илом.

Далее предложен один из возможных вариантов балансовой схемы по основным извлекаемым компонентам (см.рис.7.12-7.15). По этому варианту степень рециркуляции активного ила R_i принята равной 0.5; степень рециркуляции водно-иловой смеси R_wi=4.5; вместе с осадком из вторичных и третичных отстойников в блок обработки осадка удаляется по 5% расхода очищаемых сточных вод. Концентрации основных компонентов в исходной воде характерны при норме водоотведения 200л/сут*чел. Сброс сточных вод осуществляется в рыбохозяйственный водоем.

Фильтр рассматривается как резервное оборудование на случай превышения ПДК отдельных компонентов после третичных отстойников. На балансовых схемах единица измерения концентраций извлекаемых соединений принята – мг/л; сокращение ЦАИ обозначает «циркуляционный активный ил»; Q – расход очищаемых сточных вод.

Рис.7.12

Рис.7.13

Рис.7.14

Рис.7.15