14 Ковальчук Очистка стічних вод

Витрата зворотного активного мулу при цьому враховується лише при розрахунку відповідних комунікацій.

Визначення об’єму аеротенків-витиснювачів без регенераторів.

Згідно СНиП 2.04.03-85 режим витиснення в аеротенках забезпечується при співвідношенні довжини коридорів до ширини більше 30.

Швидкість окислення забруднень в аеротенках-витиснювачах зменшується по довжині аеротенка пропорційно зменшенню БПК стічних вод.

При цьому необхідно враховувати, що початкова БПК Lmix повинна визна-

чатись з урахуванням розбавлення стічних вод рециркуляційним активним мулом

де Ri - ступінь рециркуляції активного мулу.

За СНиП 2.04.03-85 період аерації в аеротенках-витиснювачах без регенераторів визначається за рівнянням, отриманим після інтегрування рівнян-

ня (10.28) в межах від Lmix до Lex , год

чення забруднень із води та їх окислення активним мулом приблизно рівні. Тобто процеси вилучення забруднень (сорбції) та їх окислення (іншими словами, відновлення здатності активного мулу до переробки нових порцій забруднень стічних вод), які починаються одночасно в момент контакту активного мулу із стічними водами, завершуються також практично одночасно. Інша картина спостерігається при очистці більш концентрованих стічних вод

361

( Len > 150 мг/л), коли вилучення забруднень із води йде з більшою швидкі-

стю і в момент його завершення основна маса забруднюючих речовин ще не піддалася окисленню. У цьому випадку біологічну очистку здійснюють в аеротенках із регенераторами, і об’єм власне аеротенка визначається швидкістю сорбції, а загальний об’єм системи «аеротенк-регенератор» - швидкістю окислення забруднень стічних вод активним мулом. При цьому загальний час пе-

реробки забруднень to у системі «аеротенк-регенератор» складається з двох величин - часу перебування суміші стічної води з мулом в аеротенку tat і

ти відповідно очищуваних стічних вод і рециркуляційного активного мулу, м3/год.

Тривалість процесу окислення забруднень to буде визначатись співвідношенням між масою забруднень, яка надходить в аеротенк за одиницю часу і підлягає вилученню Q( Len − Lex ) , і масою забруднень, яка за саме цей період може бути вилучена активним мулом, що надходить в аеротенк із регенератора Qr ar (1− S)ρ , тобто

При цьому швидкість окислення забруднень активним мулом знаходиться за рівнянням (10.28) при дозі мулу ar , яка визначається за формулою

(10.19). У СНиП 2.04.03-85 для визначення ar наведена інша формула, яка,

на думку авторів, краще враховує реальні умови видалення зворотного активного мулу із вторинних відстійників

Час, необхідний для вилучення забруднень (тривалість перебування стічних вод у власне аеротенку), знаходять із емпіричної формули, запропонованої Т.О.Карюхіною для міських стічних вод,

362

визначають для конструктивного оформлення аеротенків з регенерацією, тобто розділення об’ємів власне аеротенка та регенератора, для організації найбільш раціонального розташування комунікацій, що підводять до них стічні води й активний мул і відводять мулову суміш у вторинні відстійники. При проектуванні коридорних аеротенків значення r враховують при розподілі коридорів між аеротенком і регенератором.

Загальний об’єм системи «аеротенк-регенератор»

буде мінімальним при найменшому можливому значенні ступеня рециркуля-

де Ji - муловий індекс, см3/г,

Для забезпечення працездатності систем видалення ущільненого мулу з вторинних відстійників СНиП 2.04.03-85 встановлює мінімальні значення

Ri : 0,3 - для відстійників із мулососами, 0,4 - для відстійників із мулоскреба-

ми і 0,6 - при самопливному видаленні мулу.

Як і при розрахунку аеротенків без регенераторів, розрахунок аеротенків із регенераторами повторюють, якщо значення мулового індексу Ji ,

отримане за таблицею 41 СНиП 2.04.03-85 (табл. 10.14), не відповідає прийнятому апріорно на початку розрахунку. При цьому навантаження на активний

363

Визначення об’єму аеротенків продовженої аерації. Тривалість аерації стічних вод в аеротенках продовженої аерації зазвичай складає 24-48 год, тому їх об’єм визначається за середньогодинною витратою стічних вод

доза мулу; s = 0,3 - зольність мулу; ρ = 6 мг/(г.год) - питома швидкість оки-

слення забруднень [10].

При розрахунку аеротенків продовженої аерації слід враховувати, що в них надходять, як правило, неосвітлені стічні води.

10.9.2. Визначення приросту мулу в аеротенках

Згідно СНиП 2.04.03-85 приріст активного мулу в аеротенках визначається за формулою

де Ccdp - концентрація завислих речовин у стічній воді, що надходить в ае-

ротенки, мг/л; Kg - коефіцієнт приросту, який для міських і близьких до них

за складом стічних вод складає 0,3.

Кількість надлишкового активного мулу в аеротенках продовженої

аерації приймають рівною 0,35 мг на 1 мг знятої БПКповн (у ЦОКах - 0,4 мг/мг).

10.9.3. Розрахунок систем аерації стічних вод в аеротенках

Вибір системи аерації аеротенків здійснюється з урахуванням потужності очисних споруд, техніко-економічної ефективності системи аерації, ступеня її довговічності та надійності в роботі. Розрахунок системи аерації передбачає визначення необхідної кількості повітря (кисню), встановлення розрахункових параметрів його подачі в аеротенки (витрата та тиск), числа

364

аераторів для забезпечення заданого кисневого режиму і гідродинамічних умов у аеротенку (див. розд. 10.4.5).

10.9.3.1. Визначення витрати кисню при біологічній очистці стічних вод

У загальному випадку в процесі біологічної очистки стічних вод кисень витрачається на окислення органічних речовин, на конструктивний обмін і ендогенну респірацію, на нітрифікацію амонійного азоту, на хімічне окислення домішок, що окислюються киснем, на створення деякого запасу розчиненого кисню в очищених стічних водах.

Потребою в кисні для конструктивного обміну можна знехтувати, оскільки вона повністю покривається запасом кисню вихідних органічних речовин. Домішки, що окислюються хімічним шляхом (наприклад, сірководень, який окислюється до сульфатів, двовалентне залізо, яке окислюється до тривалентного, тощо), у міських стічних водах практично відсутні. При БПКповн очищуваних стічних вод 200-400 мг/л потреба в кисні для створення його запасу в очищених стічних водах складає менше 1 % загальної потреби і тому нею також можна знехтувати.

Витрата кисню на окислення органічних речовин визначається за фо-

рмулою

де a' - питома витрата кисню в процесі клітинного синтезу, кг О2 на 1 кг знятої БПКповн; Len і Lex - БПКповн відповідно неочищених і очищених стічних

де b' - коефіцієнт ендогенної респірації, кг О2 за добу на 1 кг біологічно окислюваної речовини активного мулу; x - біологічно окислювана частина акти-

вного мулу, частка одиниці; ai - доза мулу в аеротенку, кг/м3; W - об’єм аеротенка, м3.

Витрата кисню на нітрифікацію амонійного азоту складає

де c' - питома витрата кисню на окислення амонійного азоту, кг О2 на 1 кг

окисленого амонійного азоту; LenNH4 і LexNH4 - концентрація амонійного азоту

відповідно в неочищених і в очищених стічних водах, кг/м3.

Таким чином, загальна витрата кисню буде складати, кг/добу,

O2 = a'( Len− Lex )Qдоб+ b'. x.ai .V+ c'( LenNH− 4 LexNH4 )Qдоб ,

365

Із отриманих рівнянь слідує, що витрата кисню на аерацію залежить також і від технологічних параметрів процесу очистки стічних вод. Так, із збільшенням тривалості аерації t (зменшенням навантаження на активний

мул), буде зменшуватись значення БПКповн очищених стічних вод Lex і кон-

центрація амонійного азоту LexNH4 . Це означає, що зросте витрата кисню на окислення органічних речовин O21 , ендогенну респірацію O22 , окислення

амонійного азоту O23 , а значить і загальна витрата кисню на процес біологіч-

ної очистки. Очевидно, що із зменшенням тривалості аерації t (збільшенням навантаження на активний мул) буде зменшуватись і витрата кисню. Таким чином, витрата кисню залежить від того, в якому технологічному режимі здійснюється процес очистки стічних вод - у режимі неповної, повної біологічної очистки чи повної біологічної очистки з нітрифікацією амонійного азоту.

Згідно СНиП 2.04.03-85 кількість кисню, необхідна для біологічної очистки стічних вод, встановлюється за допомогою коефіцієнта qo - питомої

витрати кисню, що показує, яка кількість кисню в мг О2 споживається в розрахунку на 1 мг знятої БПКповн

Експериментальними дослідженнями встановлено, що добуток qo ( Len − Lex ) дозволяє з достатнім ступенем точності встановити потребу в кисні для різного ступеня біологічної очистки стічних вод. При неповній біологічній очистці питома витрата кисню qo може бути прийнята 0,7-0,9

мг/мг, при повній біологічній очистці - 1,0-1,2 мг/мг, а при глибокій мінералізації, а значить і глибокій нітрифікації - 1,5-2,4 мг/мг [33]. У СНиП 2.04.03-85 питома витрата кисню для неповної і повної біологічної очистки прийнята рівною відповідно 0,9 і 1,1 мг/мг. Для аеротенків з продовженою аерацією вона прийнята рівною 1,25 мг/мг, що не враховує витрату кисню на нітрифікацію амонійного азоту.

У закордонній практиці питому витрату кисню qo визначають в мг на 1 мг знятої БПК5 (табл. 10.15).

366

Таблиця 10.15

Рекомендовані значення питомої витрати кисню, мг О2 на 1 мг знятої БПК5

10.9.3.2. Розрахунок пневматичної системи аерації

Розрахунок системи аерації полягає у визначенні необхідної кількості повітря, що подається в аеротенки. Зазвичай визначається питома витрата повітря, тобто кількість повітря в м3, яку необхідно подати в аеротенки в розрахунку на 1 м3 очищуваних стічних вод.

Розрахункова формула СНиП 2.04.03-85 для визначення питомої витрати повітря являє собою відношення кількості кисню, необхідного для біологічної очистки 1 м3 стічних вод, до кількості кисню, який використовується для біологічної очистки з 1 м3 повітря, що подається в аеротенки

ність кисню у воді, мг/л; Co - середня концентрація кисню в аеротенку, мг/л.

367

Таблиця 10.16

Значення K1 і Ja,max

Коефіцієнт K1 враховує умови масопередачі кисню у воду в залеж-

ності від типу аератора, а точніше - від розміру утворюваних бульбашок повітря. При застосуванні середньобульбашкових і низьконапірних аераторів утворюються крупні бульбашки повітря, а вплив їх розміру на умови масопе-

редачі кисню досить незначний. Тому для цих систем аерації K1 = 0,75 [10]. Для дрібнобульбашкових аераторів коефіцієнт K1 є функцією відношення площі аерованої зони faz до площі аеротенка в плані fat (табл. 10.16). При

цьому просвіти між окремими аераторами шириною до 0,3 м включаються в площу аерованої зони.

Коефіцієнт K2 враховує зміну коефіцієнта використання кисню в

залежності від глибини занурення аератора (табл. 10.17).

Як вже раніше зазначалося, при збільшенні температури стічних вод зростає коефіцієнт масопередачі кисню, а значить може бути зменшена загальна кількість кисню, що подається в аеротенки. При розрахунку аераторів зміна об’ємного коефіцієнта масопередачі кисню із зміною температури стіч-

них вод враховується коефіцієнтом KT

(розчинність кисню у воді - мінімальна), а значення коефіцієнта KT визнача-

ється за простою емпіричною формулою

368

Значення розглянутих вище коефіцієнтів K1 , K2 і KT не залежать

від якості очищуваних стічних вод і однакові для будь-якого їх складу. При визначенні питомої витрати повітря специфіку стічних вод враховує тільки

коефіцієнт K3 , який показує відношення об’ємних коефіцієнтів масопередачі

у стічній і водопровідній воді при температурі 20 оС і називається коефіцієн-

том якості води (див. розд. 10.7).

Значення коефіцієнта якості води встановлюються експериментально. Для міських стічних вод K3 = 0,85; при наявності СПАР значення K3

приймається в залежності від співвідношення faz / fat (табл. 10.18). У залежності від виду очищуваних промислових стічних вод значення коефіцієнта K3 може змінюватись від 0,15 до 3,25 [33]. При відсутності дослідних даних згідно СНиП 2.04.03-85 його приймають рівним K3 = 0,4.

Таблиця 10.18

Значення коефіцієнта K3

врахувати вплив на значення коефіцієнта K3 концентрацій активного мулу та

завислих речовин, поверхнево-активних речовин, в’язкості аерованної рідини, речовин, що змінюють поверхневий натяг [12]. Однак перевагу слід віддавати експериментальним даним, які характеризують одночасний вплив зазначених вище чинників.

При визначенні концентрації кисню у воді Ca враховується її зростання при зменшенні розрахункової температури стічних вод TW , а також при збільшенні глибини занурення аератора ha . При цьому розрахунок ве-

деться за середньою концентрацією кисню, яка має місце на половині глибини занурення аератора

де CT - розчинність кисню у воді в залежності від температури TW і атмос-

ферного тиску (приймається за довідковими даними), мг/л; 10,3 - атмосферний тиск, м.вод.стовпа.

369

НДІ ВОДГЕО запропонована залежність для визначення розчинності кисню у воді в залежності від її температури, солевмісту та глибини занурення аератора [15]

де CS - солевміст стічних вод, г/л.

Як підкреслювалося раніше (див.розд. 10.7), зниження робочої концентрації кисню в аеротенку призводить до збільшення рушійної сили масопередачі, а значить і до зростання швидкості розчинення кисню. Однак низькі концентрації розчиненого кисню можуть лімітувати процес біохімічного окислення забруднень стічних вод. СНиП 2.04.03-85 рекомендується середню концентрацію кисню в аеротенку в першому наближенні приймати рівною

Co = 2 мг/л і далі уточнити її значення на основі техніко-економічних розра-

хунків з урахуванням впливу на швидкість окислення забруднень, а значить і на об’єм аеротенків.

Значення питомої витрати повітря qair , отримане за формулою

(10.53), перевіряється за допомогою показника інтенсивності аерації стічних вод, який показує відношення витрати повітря, що подається в аеротенки за одну годину, до площі аеротенків у плані, і визначається за формулою

При мінімальному значенні інтенсивності аерації Ja,min забезпечу-

ється умова підтримання активного мулу у завислому стані. Згідно СНиП 2.04.03-85 Ja,min визначається в залежності від глибини занурення аератора

(табл. 10.17). Максимальне значення інтенсивності аерації Ja,max відповідає

максимальній пропускній здатності фільтросних аераторів і становить 100

м3/(м2.год) [4].

Якщо отримане значення інтенсивності аерації Ja менше мінімального Ja,min , то в цьому випадку можливе осадження активного мулу на дно

аеротенка. Для запобігання цьому явищу інтенсивність аерації приймають рівній мінімальній Ja,min , для якої за формулою (10.58) визначають нову

370