Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 14
1.1 Основные направления развития биологических методов очистки сточных вод 15
1.2 Пути разработки технологии управления процессами биологической очистки 22
1.3 Управление аэротенками путем внутренней рециркуляции иловой смеси 30
1.4 Современное многофункциональное оборудование аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси 35
1.5 Бактериальная флокуляция при перемешивании 42
1.6 Экономический анализ систем биологической очистки 47
1.7 Выводы по главе 1 48
Глава 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...50
2.1 Сущность оптимизации технологии аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси 50
2.2 Объекты исследований 54
2.3 Методы исследований аэротенков 56
2.4 Выводы по главе 2 66
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ В АЭРОТЕНКАХ С ПРОДОЛЬНОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ИЛОВОЙ СМЕСИ 81
3.1 Результаты натурных испытаний аэротенков управляемого профиля .81
3.1.1 Исследования, проведенные на реальной сточной жидкости 81
3.1.2 Исследования окислительной способности в стандартных условиях .84
3.2 Расчет процессов нитри- и денитрификации в аэротенках «карусельного» типа 88
3.3. Механизм двухфазного потока аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу 95
3.4 Выводы по главе 3 100
Глава 4. ИНЖЕНЕРНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АЭРОТЕНКОВ С ПРОДОЛЬНОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ИЛОВОЙ СМЕСИ 109
4.1 Механизм удаления биогенных элементов 109
4.2 Технологические схемы процессов биологического удаления азота и фосфора в аэротенках с рециркуляцией потоков иловой смеси 114
4.3 Принципы размещения мешалок и гидродинамика в аэротенках 115
4.4 Принципы размещения аэраторов в современных аэротенках 118
4.5 Разработка технических решений по повышению эффективности биологической очистки сточных вод 121
4.6 Выводы по главе 4 123
Глава 5. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ И АЭРАЦИЯ ВОДНО-ИЛОВОЙ СМЕСИ В АЭРОТЕНКЕ С ПРОДОЛЬНОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ 129
5.1 Метод определения производительности перемешивающего устройства (с учетом потерь в придонных областях) 129
5.2 Влияние перемешивания водно-иловой смеси на денитрификационные процессы в аэротенке 134
5.2.1 Влияние перемешивания на функционирование популяций денитрифицирующих бактерий 135
5.2.2 Влияние перемешивания на содержание кислорода в анаэробной зоне 136
5.2.3 Влияние перемешивания на контакт между бактериями и культуральной средой 136
5.2.4 Влияние перемешивания на процессы разделения и осаждения 137
5.2.5 Конструктивные критерии перемешивания в анаэробных зонах 137
5.2.6 Продолжительность перемешивания 138
5.2.7 Рекомендации по конструкции анаэробных зон и расположению смесителей 139
5.3 Влияние горизонтального потока на процессы аэрации водно-иловых смесей 141
5.3.1 Теоретические основы 141
5.3.2 Влияние горизонтальной скорости на параметры процесса 142
5.3.3 Выводы по разделу 146
5.4 Влияние горизонтального потока на процессы аэрации водно- иловых смесей 147
5.4.1. Технологическая модель двухфазного потока воды и воздуха 149
5.4.2 Полномасштабные испытания 149
5.5 Выводы по главе 5 150
Глава 6. ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И АЭРАЦИИ НА ПРОЦЕССЫ МАССОПЕРЕНОСА В АЭРОТЕНКЕ С ПРОДОЛЬНЫМ РЕЦИКЛОМ 160
6.1 Влияние перемешивания и аэрации на гидравлику и передачу кислорода в аэрационных бассейнах 160
6.1.1 Влияние расхода воздуха на аэрационные характеристики при отсутствии горизонтальной скорости жидкости 165
6.1.2 Влияние расхода воздуха на аэрационные характеристики при наличии горизонтальной скорости жидкости 170
6.1.3 Влияние горизонтальной скорости жидкости на аэрационные характеристики 172
6.1.4 Влияние положения мешалки на гидравлические и аэрационные характеристики 174
6.2 Выводы по главе 6 176
Глава 7. ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЬНОГО РЕЦИКЛА НА ПРОЦЕСС ФЛОКУЛЯЦИИ АКТИВНОГО ИЛА 187
7.1 Оценка флоккулирующей способности перемешивающих устройств .187
7.1.1 Влияние скорости вращения мешалок на процессы флокуляции активного ила в аэротенках 187
7.1.2 Методика оценки флокулирующей способности перемешивающих устройств 194
7.2 Моделирование процессов флокуляции активного ила с использованием массовых балансов 200
7.2.1 Моделирование флокуляции активного ила на основе массовых балансов 202
7.2.2 Методология проведения экспериментов 204
7.2.3 Результаты экспериментальных исследований и оценка корреляции модельных и экспериментальных данных 206
7.3 Выводы по главе 7 213
Глава 8. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 224
8.1 Процессы биологической очистки в аэротенках с продольной рециркуляцией 224
8.2 Проектирование аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси 226
8.3 Процессы перемешивания и аэрации в аэротенках с горизонтальным потоком водно- иловой смеси 229
8.4 Влияние продольного рецикла на процессы флокуляции активного ила 232
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 235
ЛИТЕРАТУРА 239
ПРИЛОЖЕНИЯ 274
- Основные направления развития биологических методов очистки сточных вод
- Сущность оптимизации технологии аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси
- Исследования окислительной способности в стандартных условиях
Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время важную научно-техническую проблему
представляет экологическая защита природной среды от загрязнения ее
отходами промышленных производств и бытовыми стоками населенных
пунктов. Попадание органических и минеральных загрязнений в водные и
почвенные бассейны происходит при сбросе коммунальных и
промышленных сточных вод, образующихся при реализации
технологических процессов производства и переработки продукции и в
процессе жизнедеятельности людей. Особенность сточных вод,
сбрасываемых на очистные сооружения, состоит в том, что они в значительной степени загрязнены веществами органического и минерального происхождения, находящихся в дисперсной, коллоидной и растворенной формах. Сточные воды содержат в своем составе широкий спектр органических углерод-, азот- и фосфорсодержащих загрязнений, требующих применения различных физико-химических и микробиологических способов изъятия их из сточных вод.
Эффективность очистки сточных вод от загрязнений в значительной степени зависит от организации гидравлических и массообменных процессов в аэрационном сооружении (аэротенке), являющемся основным функциональным звеном технологической схемы аэробной биологической очистки. Основными факторами, влияющими на выбор оптимальных режимов работы аэротенков, является гидродинамическая схема течения потоков, эффективность процесса насыщения жидкой среды кислородом воздуха, подаваемого системами аэрации, а также эффективность процессов перемешивания.
Гидродинамические режимы обработки сточной воды предполагают ее обработку в режимах либо смесительном, либо вытеснительном. В смесительном режиме имеет место высокая гомогенизация стоков и интенсивное насыщение кислородом микроорганизмов активного ила. В этих
условиях одновременно протекают два процесса - биологическое окисление органических примесей и синтез новых бактериальных клеток. В вытеснительном режиме обеспечивается возможность реализации процессов избирательного лизиса микроорганизмов и снижения прироста избыточной биомассы активного ила. Эффективный процесс биохимического окисления загрязнений должен предусматривать соответствующую организацию гидравлических и аэрационных режимов по длине коридоров аэротенка.
Немаловажное значение для работы аэротенка-вытеснителя имеет поддержание оптимальной концентрации работающей в аэротенке биомассы активного ила за счет его рециркуляции в составе водно-иловой смеси из выхода на вход аэротенка. Поэтому одним из перспективных путей совершенствования систем очистки является разработка технологии управления режимами работы аэротенков на основе использования аэрируемого продольного рецикла иловой смеси. Внутренняя рециркуляция водно-иловой смеси в аэротенке-вытеснителе обеспечивает возможность парирования колебаний поступающей технологической нагрузки и оптимального управления режимами работы за счет перераспределения кислорода по длине аэротенка.
Правильный выбор эффективных технологических схем карусельных аэротенков с продольным рециклом водно-иловой смеси и управляемым кислородным режимом очистки является одним из путей достижения высоких показателей аэробной биологической очистки и снижения избыточных биомасс активного ила.
Создание эффективной управляемой аэрационной системы очистки требует проведения большого объема научно-исследовательских работ для получения оптимальных конструктивно-технологических решений и внедрения их в промышленных масштабах в системах очистки производственных и хозяйственно-бытовых стоков. Необходимость активного технологического воздействия на процессы биологической очистки обоснована существенными колебаниями расхода сточных вод и их
состава, а также задачей достижения высоких технико- экономических и экологических показателей очистки сточных вод.
До настоящего времени недостаточно изучен механизм совместного растворения и потребления кислорода и его оптимальное распределение по длине аэротенка путем выбора режимов рециркуляции иловой смеси, конструктивных параметров аэротенка, технических характеристик и места расположения аэрационных узлов. Отсутствуют также подтвержденные модельными и промышленными испытаниями научно-обоснованные практические рекомендации по внедрению в промышленных масштабах аэротенков-вытеснителей с управляемым продольным рециклом иловой смеси.
Существенный вклад в развитие технологии химической рециркуляции и аэробной биологической очистки сточных вод внесли: А.Н. Плановский, В.В. Кафаров, М.Ф. Нагиев, СИ. Строганов, Н.А. Базякина, Ц.И. Роговская, СВ. Яковлев, Я.А. Карелин, Э.К. Голубовская, Л.И. Гюнтер, И.В. Скирдов, А.А. Бондарев, В.Н. Швецов, Ю.М. Ласков, Б.Н. Репин, Ю.В. Воронов, Т.А. Карюхина, И.Н.Чурбанова, Ю.А. Феофанов, СМ. Шифрин, Б.Г. Мишуков, Н.А. Залетова, М.Н. Брагинский, М.А. Евилевич, Р.Ш. Непаридзе, А.А. Денисов, Н.С Жмур, Э.С Разумовский, К.М. Морозова, В.А. Вавилин, В.Б. Васильев, и другие.
Диссертационная работа выполнялась на полупромышленных установках и промышленных объектах, а также в отделе производственной санитарии и охраны окружающей среды ВНИТИБП РАСХН и кафедре Коммунального и промышленного водопользования МИКХиС
Цель и задачи исследований
Целью настоящей работы являлась разработка модели комплексного управления технологическими процессами очистки сточных вод в аэротенках карусельного типа с рециркуляцией иловой смеси.
При выполнении работы были поставлены следующие задачи:
Анализ характера неравномерности поступления исходной технологической нагрузки на сооружения аэробной биологической очистки;
Классификация технологических схем процессов аэробной биологической очистки по рециркуляционному принципу;
Экспериментальные исследования процессов массопередачи кислорода и окислительной способности аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси в стандартных условиях и на реальной сточной жидкости, а также производственные испытания аэротенков с управляемым кислородным режимом;
- Определение критерия оптимизации двухфазной физической модели
аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» типу
(для повышенных коэффициентов рециркуляции);
Определение критерия оптимизации рециркуляционных моделей процессов аэробной биологической очистки для пониженных коэффициентов рециркуляции;
Разработка математической модели биологической очистки на базе уравнения продольной диффузии для оценки распределения концентраций по длине аэротенков в нестационарных условиях поступления исходной технологической нагрузки;
Разработка инженерно-технических мероприятий по вопросам проектирования аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси, инженерное оформление типовых конструктивных решений;
Изучение особенностей процессов биологической очистки для сточных вод свинокомплексов, поиск нетрадиционной и высокоэффективной системы аэрации для тяжелых условий эксплуатации;
Исследования симультанных процессов нитрификации и
денитрификации в аэротенках с продольной рециркуляцией иловой смеси;
- Моделирование и разработка математической модели флокуляции
активного ила, изучение влияния перемешивания на процесс флокуляции
11 активного ила, поиск критерия оценки для подбора перемешивающих устройств;
- Технико-экономическая оценка сравнительной эффективности
аэротенков с рециркуляцией иловой смеси и его реализация для Российских
условий.
Научная новизна:
Определен критерий оптимизации технологической модели аэротенка с продольной рециркуляцией иловой смеси по «карусельному» принципу, характеризующий баланс энергий горизонтально ориентированных потоков и вертикально- восходящих двухфазных газожидкостных потоков от систем аэрации, а также рекомендована его величина.
С учетом анализа неравномерности поступления исходной технологической нагрузки разработана, численно решена и экспериментально проверена математическая модель биохимической очистки на базе уравнения продольной диффузии в производных второго порядка для нестационарных условий, которая позволяет производить оценку распределения концентраций по длине сооружений аэробной биологической очистки;
Разработана концепция флокуляции активного ила при его перемешивании, позволяющая оптимально производить подбор устройств перемешивания;
Предложены и защищены патентами варианты инженерного оформления устройств для биологической очистки сточных вод,
Для российских условий использования предложен метод технико-экономической оценки на базе показателя - затраты жизненного цикла, позволяющий определять сравнительную эффективность технических решений с использованием многофакторного экономического анализа;
Полученные результаты позволяют научно обосновывать конструктивно-технологические решения, принимаемые при проектировании
новых и реконструкции действующих сооружений биологической очистки.
На защиту выносится рециркуляционная модель биохимических процессов, обеспечивающая высокую степень корреляции аналитических зависимостей с данными экспериментальных исследований и надежность применения при проектировании промышленных очистных сооружений.
Практическая значимость:
Полученные результаты и выводы базируются на материалах теоретических, модельных и экспериментальных исследований и позволяют с высокой степенью достоверности рекомендовать их к практическому использованию в промышленных масштабах при создании новых и реконструкции действующих сооружений аэробной биологической очистки сточных вод коммунального и промышленного происхождения.
Разработанные рекомендации и предложения подтверждены материалами теоретических и экспериментальных работ, показавших высокую степень сходимости, что обеспечивает возможность их надежного использования в производственных условиях с учетом особенностей конструктивно-технологических характеристик комплексов аэробной биологической очистки сточных вод. Апробация работы.
На основании проведенных исследований разработаны методические рекомендации по оптимизации рециркуляционной модели биохимических процессов аэробной биологической очистки и методические рекомендации по инженерным вопросам проектирования сооружений аэробной биологической очистки сточных вод предприятий агропромышленного комплекса.
Результаты и материалы выполненной работы использованы:
ОАО «Союзводоканалпроект» г. Москва,
ГУП «МосводоканалНИИпроект» г. Москва,
ОАО «ЦНИИЭП инженерного оборудования» г. Москва,
ГУП «Ленгипроинжпроект» г. Санкт-Петербург,
МГП "Мосводоканал" Люберецкая станция аэрации, г. Москва,
ООО «Межрегиональная Группа Компаний «Регион-Агро-Продукт» г. Москва,
ФГУП «Северо-Кавказский Гипрокоммунводоканал» г. Ростов-на-Дону,
ОАО «Уральский ПИИ «ВНИПИЭТ» г. Озерск Челябинской обл.,
МУП «Горводоканал» г. Саров Нижегородской обл.,
000 «Инженерно-архитектурным центром ДХО ЗАО ТАФ «Архпроект» СА РБ г. Уфа Республика Башкортостан,
000 «Электростальское предприятие очистных сооружений» г. Электросталь Московской обл.,
ГУП «Водоканал» г. Якутска,
ЗАО «Надеево» (СХГТК АПК) п. Надеево Вологодской обл.,
ОАО «АКС «Амурводоканал» г. Благовещенск Амурской обл.,
ОАО «Водоканал» г. Ишим Тюменской обл.,
ОАО «Северский Водоканал» г. Северск Томской обл.,
ОАО «Сибгипрокоммунводоканал» г. Новосибирск,
000 Интститут «Гражданпроект» г. Кирова,
000 «Петроплан Инжиниринг» г. Санкт-Петербург.
Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на регулярных Международных конгрессах "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК (2002, 2004, 2006, 2008) и конгрессе по управлению отходами и продоохранным технологиям ВэйстТэк- 2007; на Международной конференции, посвященной 110-й годовщине Московской канализации 2008 г. «Перспектива развития канализации в XXI веке» ; на Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии для снижения воздействия ЦБП на окружающую среду» в г. Санкт- Петербурге 2008 г.; на 3-й Международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение, экологически чистые технологии и сооружения городов, промышленных предприятий и рекреационных зон» в г. Иркутске 2008 г.
Основные направления развития биологических методов очистки сточных вод
Историческое возникновение первых проточных аэротенков со свободновзвешенным активным илом и пневматической аэрацией состоялось в 1924 году предыдущего столетия (Hurd, применение в Милуоки, производительность 275 м /сут). Хотя первые лабораторные опыты относятся к 1914 г. (Е. Andern and W. Locket, Манчестер). До этого, в 1921 году, состоялось первое внедрение системы Haworth- «механические аэро-тенки» производительностью 3400 м3/сут, а к 1924 году общая производительность аэротенков этой системы достигла 88 320 м /сут. Механические аэротенки были снабжены кованным на заклепках колесом-аэратором с горизонтальной осью вращения. При вращении полупогружное колесо-аэратор выполняло две функции одновременно: 1 - ввод кислорода воздуха в иловую смесь аэротенка; 2 — обеспечение проточных скоростей (около 0,5 м/сек) в желобах (поперечным сечением 1,2x1,2 и 1,8x1,3 м) аэротенков, устроенных по принципу циркуляции в соседних каналах. «Притекающая в био-аэратор жидкость подвергается смешиванию с перемещающейся в ней уже очищенной водой». Таким образом, первые высокопроизводительные проточные коридорные аэротенки с взвешенным активным илом конструировались по принципу продольной рециркуляции иловой смеси, о чем впоследствии было зыбыто. Дальнейшее развитие централизованной биологической обработки больших масс сточных вод инженерно оформлялась в виде прямоугольных емкостных резервуаров для режимов вытеснения (коридорный тип аэротенков) или смешения, поскольку уровень развития техники (центробежных воздуходувных агрегатов) поддерживал два процесса одновременно: аэрацию и перемешивание.
Одними из самых распространенных и трудно извлекаемых загрязнений городских и производственных стоков являются мелкодисперсные (коллоидные) и растворенные органические загрязнения. Физико-химические методы их извлечения и деструкции, такие, как адсорбция, реагентная обработка, использование окислителей, экстракция и др., пока еще слишком дороги и малоприменимы для больших расходов сточных вод. Поэтому самым результативным является биологический метод, т. к. биологическая очистка обеспечивает деструкцию сложных органических загрязнений, осуществляемую безреагентным путем в обычных физико-химических условиях и при минимальных затратах энергии. Биологический метод экологически чист, т.к. углерод органических соединений в результате деструкции окисляется до углекислоты и воды, азот - до нитритов и нитратов, а живые клетки аэробных бактерий не только безвредны, но часто полезны окружающей среде. Биологическая очистка сточных вод осуществляется в сооружениях с прикрепленной микрофлорой (биофильтры), со свободноплавающей микрофлорой (аэротенки) или со смешанной микрофлорой (аэротенки с насадкой, биотенки). Наибольшее распространение получили аэрационные сооружения типа аэротенков благодаря своей универсальности и эффективности в работе.
В последние годы специалисты приходят к выводу, что классические модификации процесса очистки в аэротенках (аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители, аэротенки с отдельной регенерацией активного ила, многоступенчатые аэротенки) хотя и позволяют в ряде случаев решать практические задачи, но технические возможности их уже исчерпаны и необходимо их дальнейшее развитие по пути радикальных преобразований. В работах Н.А.Базякиной, Д.Стейфила, Л.И.Гюнтер, Я.А.Карелина, Б.Н.Репина и др. показано, что одним из перспективных направлений увеличения окислительной мощности аэротенков является повышение рабочей концентрации активного ила. На основе этих работ был создан целый ряд перспективных конструкций биоокислителей. В НИИ КВиОВ (К.Г.Арутюнян, Э.С.Разумовский), МИСИ (Б.Н.Репин), НИКТИ ГХ г. Киева совместно с ведущими проектными организациями были разработаны комбинированные сооружения, в которых объединены функции аэротенка и гравитационного илоотделителя (аэротенки-отстойники, аэроакселаторы). За счет улучшения перемешивания иловой смеси и циркуляции ила в них удается поддерживать повышенную (примерно в 1,5 раза) дозу ила, что обусловливает увеличение производительности сооружений. Вместе с тем практика эксплуатации показала, что значительный рост окислительной мощности этих сооружений, а также их применение для очистки высококонцентрированных сточных вод ограничены неудовлетворительной работой вторичных отстойников в условиях повышенных концентраций активного ила.
В МИСИ (Я.А.Карелин, В.Л.Рязанов) разработана технология очистки сточных вод в фильтротенках, основанная на увеличении в сооружении рабочих доз активного ила до 15-20 г/л за счет использования внутренних перегородок из мелких сеток.
Сущность оптимизации технологии аэротенков с продольной рециркуляцией иловой смеси
Модель аэротенка рабочим объемом 7,74 м (4,0x0,9x2,3 м) состояла из разделенных перегородкой прямого и обратного смесительных коридоров и двухсекционного РУ управляемой системы аэрации с прямоточной и противоточной камерами. Внутренняя перегородка РУ (между прямоточной и противоточной камерами рабочей высотой 2,15 м была равна высоте столба жидкости в аэротенке, общая высота РУ - 2,5 м. В нижней (придонной) части прямоточной камеры располагались два впускных окна исходной жидкости 0,2x0,2 м, в нижней части противоточной камеры два выпускных окна аэрированной жидкости были такого же размера. Для усреднения гидравлических характеристик РУ был сконструирован из двух секций.
Опытная установка имела две системы аэрации: базисную и управляемую. Базисная система была выполнена из закольцованных полиэтиленовых труб с диаметром воздушных отверстий 1,5 мм при глубине погружения 2,0 м. Управляемая система аэрации создавала рециркуляционные потоки в гидравлической модели аэротенка управляемого профиля и допускала возможность замены мелкопузырчатых диспергаторов (фильтросные трубы внешним диаметром 5 см) на крупнопузырчатые (диаметром отверстий 3 мм). При необходимости дополнительной противоточной аэрации воздухом или техническим кислородом в противоточную камеру РУ помещались мелкопузырчатые диспергаторы. Способ закрепления диспергаторов пред полагал возможность изменения глубины погружения аэраторов. Шланги сжатого воздуха и шланги технического кислорода соединяли пневматические аэраторы с газораспределительным щитом на котором располагалась регулировочная гребенка с ротаметрами сжатого воздуха РМ-6,.3 ГУЗ и ротаметрами технического кислорода РМ-0,63 ГУЗ. Сжатый воздух подавался компрессором СО-7А производительностью 0,5 м /мин, а технический кислород - из баллонов, при этом его расход регулировался кислородным редуктором. Резервуар заполнялся из трубопровода холодной воды, температура корректировалась подключением трубопровода горячей воды, для слива отработанного раствора сульфата натрия был предусмотрен шибер опорожнителя.
Целью проведенных исследований было определение зависимостей основных технологических характеристик РУ (окислительной и гидравлической) от его конструктивных параметров (размеров РУ с мелко и крупнопузырчатыми диспергаторами) и способа подачи кислородосо-держащей смеси переменного состава, а также определение эффективности совместной работы базисной и управляемой систем аэрации.
В экспериментах по определению эффективности работы Р.У. использовались мелко- и крупнопузырчатые аэраторы, помещенные в прямоточную камеру РУ, которые создавали рециркуляционные потоки в модели. Дозирование небольшого количества воздуха (до 20%) в противоточную камеру РУ являлось завершающим этапом исследования Р.У. с применением кислорода воздуха как окислителя.
Степень вовлечения пузырьков воздуха в противоток при испытаниях РУ зависела от крупности диспергирования и глубины погружения аэраторов: для мелкопузырчатых аэраторов она составляла 24,7-40.4%; крупнопузырчатых - 21,2-32,7% (Н = 2,05 м). При подаче воздуха (до 20 % Qb в противоточную камеру РУ) ОС повышался на 20 - 57%.
Исследования окислительной способности в стандартных условиях
Внутренние рециркуляционные контуры между зонами биологической очистки являются основой технологических схем с внедрением процессов удаления биогенных элементов (азота и фосфора). На практике рециркуляция реализуется путем подбора насосного оборудования в соответствии с требуемой высокой производительностью (QR) и низким напором. Подача насоса традиционно задается потребной величиной коэффициента рециркуляции: KR= (Q+QR)/Q при соответствующем исходном расходе (Q). Величина KR определяется технологической потребностью в зависимости от степени удаления биогенных элементов и реально составляет величины порядка KR= 2-4. Рассмотрим базовое предложение по технологическому управлению рециркуляционным контуром.
К современным способам высокопроизводительных перекачек (от 350 до 20 000 м /час при номинальной мощности от 1,5 до 100 кВт) следует отнести использование погружных осевых насосов при их горизонтальной ориентации. Они обеспечивают самую короткую гидравлическую связь между резервуарами, коридорами, отделениями аэротенка (или комбинированного сооружения биоочистки с анаэробными и аноксидными зонами). Главной технической особенностью рециркуляции является возможность работы насосов в условиях минимальных напоров при геометрической составляющей в пределах 0 - 0,2 м, а также минимальных потерях напора на коротком прямом участке водовода. Моноблок осевого насоса с электродвигателем погружного типа требует минимальных капитальных строительных затрат.
Проектирование системы управления современными биологическими процессами требует оптимизации энергозатрат и без излишнего усложнения схемы. Без применения моделирования очень сложно определить технологическую и экономическую значимость управления параметрами. На рис. 4.5 приведена расчетная схема нитри-денитрификации, заданная средствами математического моделирования. Управление внутренним межзонным рециклом схемой предлагается осуществлять по датчику нитратов, установленному в конце зоны денитрификации. Остается только задать технологические и гидравлические нагрузки и комплексная модель заработает. Изменяя исходные данные и выделяя промежуточные этапы очистки очень удобно производить анализ работы очистных сооружений в различных условиях.
Графический пример регулирования интенсивности внутреннего рецикла денитрификации по датчику нитратов в конце зоны денитрификации приведен на рис. 4.6. В результате такого регулирования не только снижается общий коэффициент рециркуляции (в данном случае в 2,75 раза), но и стабилизируется концентрация нитратов после денитрификатора практически на уровне заданной величины (разброс от 0,2 до 2,0 MrN/л при средней величине 1,0 MrN/л). Управлением достигается как экономический эффект сокращения энергозатрат, так и технологический эффект стабилизации эффективности очистки.
Технологическое регулирование межзонным рециркуляционным расходом иловой смеси может производиться двумя методами: дублированием штатных единиц насосов и их управлением способом «пуск-останов»; использованием регулируемого электропривода (РЭП).
Похожие диссертации на Комплексная рециркуляционная модель биохимических процессов аэробной биологической очистки
