Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Цзян Чжицян

Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл
<
Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Цзян Чжицян. Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.08 / Цзян Чжицян; [Место защиты: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева].- Москва, 2010.- 147 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2553

Содержание к диссертации

Введение

Глава I Современное состояние системы водоочистки промышленных сточных вод 9

1.1. Основы биохимической очистки сточных вод 9

1.2. Основные типы современных сооружений биологической очистки сточных вод 18

1.3. Типовые математические модели гидродинамики структуры потока и методы определения их параметров 28

1.4. Математические модели двухфазных систем газ-жидкость в процессе абсорбции (кинетика массопередачи) 37

1.5. Пути интенсификации работы очистных сооружений 41

1.6. Особенности кинетических моделей микробиологического синтеза 44

1.7. Параметрическая идентификация математических моделей реальному процессу 47

Выводы по главе 1 55

Глава II Гидродинамика структуры потока жидкости в системе аппаратов Аэротенк-Отстойник 56

2.1. Математическая модель гидродинамики структуры потока жидкости исследуемой системы аппаратов 59

2.2. Анализ параметрической чувствительности математической модели гидродинамики 72

2.3. Анализ моментов нулевого и первого порядков функций распределения математических моделей различных структур потока жидкости 76

2.3.1. Модель полного перемешивания 76

2.3.2. Диффузионная модель 79

2.3.3. Модель идеального вытеснения 84

2.3.4. Модель идеального вытеснения с байпасом 87

2.3.5. Модель идеального вытеснения с рециклом 89

Выводы по главе II 94

Глава III Кинетика процесса массопередачи двухфазных систем в Аэротенке 96

3.1. Математическая модель массопередачи в аэротенке 97

3.2. Решение математической модели в виде профиля концентрации жидкости и эффективности массопередачи 100

3.3. Параметрическая чувствительность математической модели массопередачи двухфазной системы 103

Выводы по главе III 107

Глава IV Математическая модель кинетики биосинтеза 108

4.1. Формирование кинетической модели накопления биомассы .112

4.2. Оценка кинетических параметров непрерывного процесса накопления биомассы 117

4.3. Дискриминация конкурирующих кинетических моделей и проверка их адекватности 119

4.4. Полная математическая модель процесса накопления биомассы 125

Выводы по главе IV 135

Заключение по работе 136

Литература 139

Введение к работе

Химические и смежные отрасли промышленности являются одними из самых водоемких и интенсивных загрязнителей сточных вод, что обусловливает необходимость резкого сокращения промышленных сточных вод, поступающих в водные объекты.

Мировой объем сточных вод исчисляется многими тысячами кубометров и достигает 20% и более от объема годового стока рек в некоторые моря. По сведению ЮНЕСКО ежегодно с водами рек в моря выносится свыше 320 млн. тонн соединений железа, 2,3 млн. тонн соединений свинца, 6,5 млн. тонн соединений фосфора. Наблюдения за самоочищением некоторых рек индустриальных районов показали, что оно обеспечивает нейтрализацию лишь 1/3 поступающих загрязнений.

В качестве иллюстрации несовершенства существующих систем обработки отходов промышленных предприятий можно привести такие цифры. В водные объекты России в составе сточных вод только в 1997 г. сброшено (тыс. тонн): 618,6 - взвешенных веществ; 19,2 - железа; 9,3 — нефтепродуктов; 4,0 — синтетических поверхностно-активных веществ; 0,76 -цинка и других ингредиентов; 0,2 — соединений меди.

При проектировании систем водообеспечения химических производств возникают проблемы выбора оптимального оборудования, технологической схемы водоочистки, ее структуры, методов очистки и т.д.

Из вышесказанного понятна роль мероприятий, направленных на оздоровление окружающей среды, наиболее прогрессивными среди которых является создание безотходных и безводных технологических процессов и т.д. Для реализации вышеуказанных проблем, целью которых является минимум сброса в водные объекты загрязняющих веществ с промышленными стоками, необходимо разрабатывать и поэтапно внедрять основные принципы системы автоматизированного проектирования промышленного водообеспечения с использованием современных методов математического

моделирования и системного анализа, а также замкнутых систем водопользования.

Создание таких систем позволит не только предотвратить загрязнение окружающей среды, но и сократить промышленное потребление свежей воды и существенно снизить потери ценного сырья и материалов со сточными водами.

В ближайшие годы предстоит провести широкомасштабные работы по организации охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения. В связи с этим большое значение приобретает: использование современных методов математического моделирования и системного анализа для выбора оптимальных режимных и конструктивных параметров и схем водоочистки; реализация замкнутых безотходных систем водоснабжения. Создание замкнутых систем водоснабжения позволит защитить водные объекты от загрязнения и засоления, значительно сократить объемы забираемой из них свежей воды, что приобретает особо важное народно-хозяйственное значение для тех районов, где испытывается дефицит в пресной воде.

В связи с этим, становится актуальной проблема поиска эффективных методов очистки сточных вод, позволяющих производить их сброс в водоемы при полном соответствии требованиям действующих санитарных норм.

Для решения поставленных задач необходимо использовать современные методы системного анализа, включающие построение математических моделей с прогнозирующими возможностями: по гидродинамике структуры потоков отдельных аппаратов и систем; кинетике массопереда-чи двухфазных систем; кинетике биосинтеза в процессе накопления биомассы и очистки сточных вод; формировании полной математической модели, учитывающей гидродинамику и кинетику массопередачи многофазных систем, а также кинетику биосинтеза в процессе накопления биомассы.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

а = сСр — расходный коэффициента по субстратам, связанным с процессами роста микроорганизмов, кг/кг;

(1 - Ф0) — доля газа, растворенного в жидкости;

С2, Сс2 — концентрация 02 и С02 в жидкой фазе соответственно, кг/м3;

Cq2 , Ссо2 - равновесное содержание 02 в жидкости при адсорбции ее

твердой фазой, при десорбции С02 из твердой фазы водой соответственно, кг/м3;

c(t) - функция концентрации индикатора по времени на выходе пото-ка, кг/м -ч;

D — коэффициент продольного перемешивания, м /с;

е — обратный поток вещества между ячейками;

f=e/L-доля обратного потока;

F — площадь поперечного сечения потока жидкости, м ;

G — расход газовой фазы, кмоль/ч;

со со

/ = jxdt = - jtcbc - начальный момент нулевого порядка, м2;

о о

J = - начальный момент первого порядка, м2с;

Jai = [xfdt начальный момент второго порядка в /-ой зоне, м2с2;

Jlx - начальный момент второго порядка в конце диффузионной зоны (z=1),mV;

К - коэффициент массопередачи по жидкой фазе, кмоль/(м3 ч);

Ks, КР, Кг, KPS, Крг - коэффициент удельной скорости роста микроорганизмов, связанные с субстратами, продуктами, ингибиторами, продуктами и субстратами, продуктами и ингибиторами соответственно, м3/кг;

L расход жидкости в аппарате, м /с;

/,- — длина пути жидкости в z'-ой зоне, м; т — тангенс угла наклона равновесной линии;

т — а„ — расходный коэффициента по субстратам, связанным с процессами поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, кг/кг-ч; N — число ячеек;

Р — концентрация продуктов метаболизма, кг/м ; Ре= vl/E — число Пекле в диффузионной зоне;

q = L \xdt - количество введенного индикатора, кг;

qb(t) - количество индикатора на входе потока при импульсной его подаче, кг;

R — доля рециркулирующего потока;

S концентрация субстратов в питательной среде, кг/м ;

v — скорость потока жидкости, м/с;

V\, V2 объемы аэротенка и отстойника соответственно, м3;

Уя - объем ячейки, м ;

х — концентрация микроорганизмов в питательной среде, кг/м3;

х, — концентрация индикатора в /-ой зоне, кг/м3;

x,z — концентрация индикатора в конце диффузионной зоны (z = 1), кг/м ;

х* — концентрация жидкой фазы равновесной газу, мол. доли;

У,-> У* > У - концентрация газа (кислорода) в соответствующей зоне,

равновесного жидкости, средняя концентрация соответственно, мол. доли; z = li/l\ — безразмерная длина координаты пути жидкости;

аох ' ао2 "" равновесные расходные коэффициенты по 02 и СОг, кг/кг;

aN, a', aHl, aM - расходные коэффициенты по азоту, по /-ому компоненту питания, по эндогенной воде, по выделенным в среду метаболитам соответственно, кг/кг;

т|т , ц0 - КПД (эффективность) тарелки (слоя жидкости аэротенка),

локальная эффективность (в точке) соответственно, безразмерная;

X — mG/L - фактор диффузионного потенциала;

V V
* - ' ; 2 = - объемная доля аэротенка и отстойника со-

ответственно;

о] - безразмерная дисперсия;

х = V/L — среднее время пребывания жидкости, с;

ть т2 - среднее время пребывания индикатора в аэротенке и в отстойнике соответственно, с;

тап - среднее время пребывания индикатора в двух аппаратах, с;

БПК5, БПК„„ -биологическая потребность в кислороде пятисуточная, для полного окисления органических соединений в данном объеме воды соответственно, кг/м ;

ИНДЕКСЫ:

  1. - зона импульсного ввода индикатора;

  2. - зона аэротенка (диффузионная зона);

  3. - зона отстойника;

вх — зона входа потока жидкости в систему аэротенк—отстойник; вых - зона выхода потока жидкость из системы аэротенк-отстойник.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Типовые математические модели гидродинамики структуры потока и методы определения их параметров

Поведение потоков в реальных аппаратах настолько сложно, что в настоящее время дать строгое математическое описание их в большинстве случаев не представляется возможным. В то же время известно, что структура потока жидкости в аппарате оказывает существенное влияние на эффективность химико-технологических процессов, поэтому ее необходимо, учитывать при моделировании процессов. При этом математические модели структуры потоков являются основой, на которой строится математическое описание химико-технологического процесса [9]. Модели структуры потоков жидкости или газа (пара) в аппаратах Модель полного перемешивания соответствует аппарату, в котором поступающее в него вещество мгновенно распределяется по всему объему аппарата. Концентрация вещества в любой точке аппарата равна концентрации на выходе из него. Уравнение модели полного перемешивания записывается в виде: где спх, с - концентрация вещества на входе и текущая на выходе из аппарата соответственно; V— объем аппарата; v- объемный расход потока через аппарат. Модель идеального вытеснения. В основе модели идеального вытеснения лежит допущение о поршневом течении без перемешивания вдоль потока при равномерном распределение вещества в направлении, перпендикулярном движению. Время пребывания частиц в системе одинаково и равно отношению объема системы к объему расходу жидкости. Уравнение модели идеального вытеснения записывается в виде: где t — время, x — координата, вдоль которой перемещается вещество со скоростью и . В основе диффузионной модели (рис 1.3) лежит допущение, что структура потока описывается уравнением, аналогичным уравнению молекулярной диффузии.

Параметром модели является коэффициент продольного перемешивания, называемого также коэффициентом турбулентной диффузии D (или коэффициентом обратного перемешивания). В рассматриваемый элемент (рис. 1.3) поступают: конвективный по ток uFc и поток, вызываемый турбулентной диффузией DF— с-\ dx , и поток, вызывае Ячеечная модель. Аппарат состоит из ряда последовательно соединенных ячеек, через которые проходит поток вещества. Рассмотрим более подробно ячеечную модель с обратными потоками, которая используется в данной работе (см. гл. IV). Ячеечная модель с обратными потоками (рециркуляционная). Ячеечная модель не всегда обеспечивает адекватное воспроизведение структуры потоков в реальном аппарате. В связи с этим разработаны модификации такой модели. Одной из наиболее распространенных модификаций является ячеечная модель с обратными потоками е (рис. 1.4). Согласно этой модели аппарат рассматривают как последовательность зон с сосредоточенными параметрами, причем каждая из зон эквивалентна ячейке идеального перемешивания.

Далее предполагают, что между ячейками существуют обратные потоки. На рис. 1.4 изображена схема потоков по ячеечной модели с обратными потоками. Уравнения сохранения вещества для каждой из ячеек с учетом обратных (рециркуляционных) потоков между ними имеют вид: При/—» 0 ячеечная модель с обратными потоками переходит в обычную типовую ячеечную модель, а при/, N— оо - в диффузионную модель. Широко используются комбинированные модели, которые объединяют несколько типовых моделей в одну модель с использованием рецикла или байпаса [9]. Методы исследования структуры потока с целью определения параметров модели. Сущность известных методов заключается в том, что на входе потока жидкости в аппарат каким-либо способом вводят индикатор, а на его выходе из аппарата замеряют концентрацию индикатора как функцию времени. Эта выходная кривая называется функцией отклика системы на типовое возмущение по составу потока. Методы исследования структуры потоков подразделяются на: импульсный, ступенчатый, циклический, установившегося состояния, отсечки и моментов [88, 89]. Методы реализуются на модельной двухфазной системе воздух-вода. Импульсный (ступенчатый, циклический) метод заключается в импульсном (ступенчатом, циклическом) введении индикатора на входе в аппарат и измерении концентрации индикатора на выходе из аппарата. Снимаются С-кривые, которые обрабатываются на ЭВМ с определением среднего времени пребывания и безразмерной дисперсии (см. раздел 1.3.3). Метод установившегося состояния [88, 89]. Используется для исследования структуры потока жидкости в тарельчатых аппаратах колонного типа, используемых при ректификации, абсорбции, экстракции и т.д. Индикатор с постоянным расходом (с помощью сосуда Бойля-Мариотта) непрерывно подают на выходе потока жидкости с тарелки. Спустя некоторое время после подачи индикатора (когда на тарелке устанавливается стационарный режим), с помощью датчиков (помещенных на тарелке по длине пути пенного слоя жидкости в трех и более сечениях) измеряют концентрацию индикатора. Результаты исследования по этому методу позволяют определить размеры зон полного перемешивания и диффузии, величину Ре в диффузионной зоне и структуру математической модели.

Анализ параметрической чувствительности математической модели гидродинамики

В работе приведена параметрическая чувствительность (рис. 2.4) модели в виде зависимости безразмерной дисперсии а@ от параметров математической модели (рецикла, Пекле, а также долей объемов аэротенка и отстойника). Такие исследования позволяют на стадии конструирования определить оптимальные режимы работы (L и V) и конструктивные параметры аппаратов с целью энерго- и ресурсосбережения.

Анализ математической модели был проведен на ЭВМ. Он показал, что влияние параметров модели структуры потоков (Ре, R и размеров зон аэротенка и отстойника) на безразмерную дисперсию (о ) различно (рис. 2.4).

Известно, что безразмерная дисперсия (о"д) находится в пределах между нулем и единицей (0 Og 1), при этом значению а2в — 1 соответствует режим полного перемешивания (наихудший режим), а а02 = 0 - идеального вытеснения (наилучший режим). Мы видим, что наилучший режим перемешивания соблюдается: при умеренной турбулизации (Ре = 10), соотно Рис. 2.4. Параметрическая чувствительность математической модели гидродинамики при различных соотношениях объемов аэротенка и отстойника ( Дг), а также доли рецикла (R) и числа Пекле (Ре) (а). При Ре=\0, где кривая 1 - 2=0.3/0.7; 2 - /,=0.5/0.5; 3 - 4i 2=0.7/0.3 б). При соотношении / 2=0.3/0.7, где кривая 1 - Ре=Щ 2 - Ре=30; 3 - Ре=Ш шении долей объемов зон аэротенка и отстойника (0,7:0,3) в сторону уменьшения последней, и доли рецикла (R 0,5). Соотношение долей объемов зон аэротенка и отстойника до 0,3:0,7 в сторону увеличения последней нежелательно, так как дисперсия увеличивается (рис. 2.4, а).

Анализ влияния числа Пекле (Ре = 30-100) при худших соотношениях долей объемов аэротенка и отстойника (0,5:0,5 и 0,3:0,7) (рис.2.4, б, в) показал, что интенсификация потока жидкости (Ре 10 ) в аэротенке и отстойнике не даст желаемого результата. Достаточно достигнуть Ре = 10, рецикла R 0,5, чтобы получить оптимальный диапазон соотношений объемов зон — 0,6:0,4 Ъ1Х:Ъ 2 0,65 :0,35 , что соответствует на рис. 2.5 диапазону 1,5 ,,: 2 2.

Определим зависимости начальных моментов нулевого и первого порядков функции распределения для типовых моделей (полного перемешивания, идеального вытеснения, диффузии), а также идеального вытеснения с байпасом и рециклом. Проведем их анализ, необходимый для использования при экспериментальных исследованиях гидродинамики широкого класса массообменных и реакторных аппаратов, особенно при использовании метода моментов функции распределения (см. гл. I) по длине пути жидкости и других методов [9, 89]. Такой анализ может стать частью методики экспериментального исследования гидродинамики структуры потоков любого аппарата.

Решение математической модели в виде профиля концентрации жидкости и эффективности массопередачи

Химические и смежные отрасли промышленности являются одними из самых водоемких и интенсивных загрязнителей сточных вод, что обусловливает необходимость резкого сокращения промышленных сточных вод, поступающих в водные объекты.

Мировой объем сточных вод исчисляется многими тысячами кубометров и достигает 20% и более от объема годового стока рек в некоторые моря. По сведению ЮНЕСКО ежегодно с водами рек в моря выносится свыше 320 млн. тонн соединений железа, 2,3 млн. тонн соединений свинца, 6,5 млн. тонн соединений фосфора. Наблюдения за самоочищением некоторых рек индустриальных районов показали, что оно обеспечивает нейтрализацию лишь 1/3 поступающих загрязнений.

В качестве иллюстрации несовершенства существующих систем обработки отходов промышленных предприятий можно привести такие цифры. В водные объекты России в составе сточных вод только в 1997 г. сброшено (тыс. тонн): 618,6 - взвешенных веществ; 19,2 - железа; 9,3 — нефтепродуктов; 4,0 — синтетических поверхностно-активных веществ; 0,76 -цинка и других ингредиентов; 0,2 — соединений меди.

При проектировании систем водообеспечения химических производств возникают проблемы выбора оптимального оборудования, технологической схемы водоочистки, ее структуры, методов очистки и т.д.

Из вышесказанного понятна роль мероприятий, направленных на оздоровление окружающей среды, наиболее прогрессивными среди которых является создание безотходных и безводных технологических процессов и т.д. Для реализации вышеуказанных проблем, целью которых является минимум сброса в водные объекты загрязняющих веществ с промышленными стоками, необходимо разрабатывать и поэтапно внедрять основные принципы системы автоматизированного проектирования промышленного водообеспечения с использованием современных методов математического моделирования и системного анализа, а также замкнутых систем водопользования.

Создание таких систем позволит не только предотвратить загрязнение окружающей среды, но и сократить промышленное потребление свежей воды и существенно снизить потери ценного сырья и материалов со сточными водами.

В ближайшие годы предстоит провести широкомасштабные работы по организации охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения. В связи с этим большое значение приобретает: использование современных методов математического моделирования и системного анализа для выбора оптимальных режимных и конструктивных параметров и схем водоочистки; реализация замкнутых безотходных систем водоснабжения. Создание замкнутых систем водоснабжения позволит защитить водные объекты от загрязнения и засоления, значительно сократить объемы забираемой из них свежей воды, что приобретает особо важное народно-хозяйственное значение для тех районов, где испытывается дефицит в пресной воде.

В связи с этим, становится актуальной проблема поиска эффективных методов очистки сточных вод, позволяющих производить их сброс в водоемы при полном соответствии требованиям действующих санитарных норм.

Для решения поставленных задач необходимо использовать современные методы системного анализа, включающие построение математических моделей с прогнозирующими возможностями: по гидродинамике структуры потоков отдельных аппаратов и систем; кинетике массопереда-чи двухфазных систем; кинетике биосинтеза в процессе накопления биомассы и очистки сточных вод; формировании полной математической модели, учитывающей гидродинамику и кинетику массопередачи многофазных систем, а также кинетику биосинтеза в процессе накопления биомассы.

Оценка кинетических параметров непрерывного процесса накопления биомассы

Продувка загрузки необходима, чтобы сохранить поры для прохождения сточной воды и воздуха. Перегрузка фильтра по органическим загрязнениям в сочетании с недостаточной гидравлической нагрузкой может привести к засорению пор в биопленке, последнее уменьшает эффективность очистки [3].

Эффективными путями улучшения биологической очистки сточных вод и увеличения производительности действующих очистных сооружении являются интенсификация процессов обработки сточных вод на различных этапах технологической схемы, а также переоборудование отдельных сооружений в более производительные и обеспечивающие повышенный эффект удаления загрязнений.

По существующим представлениям аэротенк представляет собой резервуар, в котором медленно протекает смесь активного ила и очищаемой сточной жидкости.

Процесс биохимической очистки сточных вод от органических веществ в аэротенках состоит из таких этапов: адсорбция и коагуляция активным илом взвешенных и коллоидных частиц, находящихся в сточной воде; окисление микроорганизмами растворенных и адсорбированных илом органических соединений, находящихся в сточной воде; нитрификация (биохимический процесс превращения аммиака NH3 и аммонийных солей в соли азотной кислоты) и регенерация активного ила. Избыточный активный ил удаляется из сооружения. Сточная жидкость, подаваемая в аэротенк, должна содержать не более 150 мг/л взвешенных веществ [4] и не более 25 мг/л нефтепродуктов.

Различают три основных типа аэротенков в зависимости от степени смешения поступающей сточной жидкости с жидкостью, находящейся в очистном сооружении: 1. Аэротенк, в котором поступающая сточная жидкость не смешивается с жидкостью, находящейся в аэротенке (рис. 1.2, а, б). 2. Аэротенк со ступенчатым впуском сточных вод, при котором поступающая жидкость смешивается с частью жидкости, находящейся в аэротенке (рис. 1.2, в, г). 3. Аэротенки-смесители, в которых поступающая сточная жидкость смешивается со всем объемом жидкости, находящейся в аэротенке [5].

Обычные аэротенки представляют собой открытые проточные бассейны преимущественно прямоугольной формы, оборудованные устройствами для обеспечения принудительной аэрации. Такие бассейны бывают двух-, трех- и четырехкоридорного типа. Глубина, аэротенков не менее 3 м. Концентрация загрязнений в подаваемых сточных водах должна быть не более 1200 мг/л по БПКполн [6].

В процессе, очистки сточной жидкости в обычном аэротенке (рис. 1.2, а) наблюдается резкая неравномерность потребления кислорода (в месте входа сточной жидкости в аэротенк расход кислорода, в 3 раза больше, чем не его выходе). Необходимость в неравномерной подаче воздуха связана со значительными техническими трудностями. Изменения скорости потребления кислорода во время очистки сточной воды имеют ступенчатый характер.

Первоначально (в течение определенного времени), скорость почти не меняется, при этом разрушаются органические вещества в растворе (сначала легко окисляющиеся, имеющие наибольшую скорость окисления, затем — остальные в последовательности, определяющейся интенсивностью окисления). Органические вещества, находящиеся в растворенном состоянии, окисляются раньше адсорбируемых активным илом. Затем скорость резко снижается, что соответствует началу нитрификации и окисления органических веществ, находящихся в иле. При этом скорость окисления загрязнений сточных вод в 3 раза ниже первоначального периода, и она остается постоянной.

Количество кислорода (%), используемого на окисление органических веществ сточных вод, не зависит от интенсивности аэрации. Оно пропорционально высоте аэрируемого слоя жидкости и дефициту кислорода. При наиболее благоприятных условиях подачи воздуха через пористые пластинки количество кислорода достигает 8-10%.

Количество кислорода в смеси (сточная вода-активный ил) должно поддерживаться на уровне 2 мг/л согласно экспериментальным данным. Если растворенного кислорода становится меньше 1,5 мг/л, процесс очистки нарушается. Содержанию растворенного кислорода в очищаемой жидкости придается большое значение [7]. Так, В. Эмде высказывает мнение, что основная причина нарушения работы аэротенка, заключается в недостатке кислорода, в очищаемой жидкости. Другие причины (например, изменение состава сточных вод вследствие поступления в них ядовитых для ила соединений) недостаточный объем вторичных отстойников, источники загнивания внутри сооружении, имеют вторичное значение.

Органические вещества сточной жидкости, попадающие в аэротенки, строго распределяются между илом и жидкой фазой (в иле 58-90%, в жидкости - 42-10%).

Кислород, поступающий с воздухом в аэротенк в основном расходуется на окисление органических веществ сточной жидкости и в небольшом количестве потребляется активным илом. Расход кислорода на 1 м3 активного ила составляет 14-36 г/ч. Так как в аэротенке содержится ила около 10% об., то расход кислорода на 1 м смеси (сточная жидкость и ил) равен 1,4-3,6 г/м3, в то время как на окисление загрязнений в 1 м3 сточной воды расходуется 100 г/ч кислорода.

Схему очистки можно улучшить выделением регенератора активного ила, в качестве которого обычно используют один или два отсека (рис. 1.2) объема аэротенка (25-50%).

Похожие диссертации на Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл