Какие виды нагрузок на активный ил по загрязнениям в поступающей воде используются при оценке процессов биологической очистки сточных вод в аэротенках? Как они определяются?

Наиболее полным показателем, характеризующим условия функционирования ила в аэрационной системе, является нагрузка на активный ил по органическим загрязнениям. Чаще всего такую нагрузку определяют по БПК_ПОЛН, БПК₂₀ или БПК ₅. При очистке промышленных сточных вод определяют также нагрузку по ХПК.

Нагрузку по БПК в мг на г сухого вещества активного ила в сутки определяют по формуле:

                                                      [4.11]

где:

- Q_сут   - расход сточных вод, м³/сут;

- БПК_ВХ - количество органических загрязнений мг/л в поступающей в аэротенк воде.

Нагрузка на ил по снятым органическим загрязнениям мг/г•сут определяется таким образом:

                                        [4.12]

где: БПК_ВЫХ - содержание загрязнений в биологически очищенной воде, мг/л.

Поскольку сухое вещество активного ила не характеризует биомассу активного ила, более точное представление о нагрузке органических загрязнений на массу живых организмов активного ила может дать расчет, определяющий нагрузку на сухое беззольное вещество активного ила:

                                        [4.13]

где: З_н - зольность активного ила, в долях единицы.

Если же эту нагрузку определить не за сутки, а за час, то такой показатель принято называть удельной скоростью окисления органических загрязнений:

                                        [4.14]

Известен еще один вид нагрузки, который выражается количественными загрязнениями по БПК, подаваемых на циркулирующий ил. Такую нагрузку, которую получает ил за каждый цикл движения в аэрационной системе, принято называть нагрузкой в момент смешения ила с водой (единица измерения - мг БПК /г активного ила).

Нагрузку в момент смешения можно подсчитать по формуле:

                                                      [4.15]

Есть другая формула для расчета N_cм:

                                         [4.16]

В практических условиях наиболее приемлемой является формула (4.13), если в ней среднюю дозу ила выразить по формуле (4.10). Количество органических загрязнений в условиях эксплуатации определяют чаще по БПК₅.

Формула (4.13) устанавливает зависимость между входными, выходными и управляющими параметрами.

Объясните смысловое значение структурных элементов формулы для определения нагрузки органических веществ на сухое беззольное вещество активного ила.

Рассмотрим детально формулу (4.13). В числителе - масса органических загрязнений по БПК, удаленных в процессе очистки за сутки М_БПК, в знаменателе - масса сухого беззольного вещества активного ила в аэротенке . Формулу (4.13) можно записать как соотношение масс органических загрязнений ила:

, мг/г×сут                                               [4.13-а]

Если выделить из формулы (4.13) отношение суточного расхода к объему аэротенка, то можно это отношение выразить как период аэрации:

                                               [4.13-б]

Наконец, величину нагрузки N можно выразить через величину окислительной мощности ОМ следующим образом:

                                                      [4.13-в]

Почему в расчетах, как правило, используется значение активного ила по сухому беззольному веществу?

Ответ на этот вопрос был уже приведен ранее (см. раздел 2, п. 2.2).

Что такое окислительная мощность аэротенков, как она определяется? Как обеспечить увеличение окислительной мощности, не изменяя нагрузку по БПК на активный ил? Чем отличаются высокопроизводительные аэротенки от высоконагруженных?

В литературных источниках можно встретить два отличных друг от друга определения понятия “окислительная мощность аэротенков“.

В первом случае под окислительной мощностью понимают количество загрязнений по БПК, снятое за сутки единицей массы активного ила, находящегося в аэротенке (Т.А. Карюхина). Но такое определение полностью аналогично определению нагрузки по снятой БПК на активный ил (см. уравнение 4.13). Такое определение нагрузки приведено, кстати, и в действующем СНиП 2.04.03.-85, п. 6. 146.

Поэтому лучше пользоваться вторым определением, предложенным З.А. Орловским и др. авторами.

Это определение звучит так: окислительной мощностью следует называть количество загрязнений по БПК, снятое за сутки единицей объема (м³) аэротенка.

Тогда величину окислительной мощности можно рассчитать по формуле:

                         [4.17]

Нередко этот показатель используется в “усеченном “ виде в форме нагрузки по БПК поступившей воды на единицу объема аэротенков:

                                                       [4.18]

Главнейшим направлением интенсификации работы аэротенков является повышение их окислительной мощности. Однако увеличение с этой целью расхода подаваемых на аэротенки сточных вод или концентрации загрязнений в них приведет к ухудшению эффективности очистки, если доза активного ила в аэротенках останется без изменения.

Дело в том, что сохранение дозы ила при увеличении окислительной мощности приведет к увеличению нагрузки по БПК на активный ил, что хорошо видно при анализе формулы 4.13-в, п. 4.6. Поэтому для увеличения окислительной мощности без изменения величины нагрузки на ил следует одновременно обеспечить увеличение дозы активного ила аэротенков пропорционально окислительной мощности.

Наиболее распространен способ увеличения дозы ила в аэротенке - введение отдельной его регенерации.

Сегодня известно немало конструктивных модификаций аэрационных сооружений, способных работать с высокими дозами активного ила. В большинстве случаев такой результат достигается благодаря применению интенсификации методов разделения иловой смеси после аэротенков: отстаивание во взвешенном слое ила, использование тонкослойных модулей во вторичных отстойниках, применение флотационного разделения смеси, осветление в двухступенчатых гравитационных вторичных отстойниках, разделение иловой смеси с помощью фильтрующих перегородок (фильтротенки) и др. конструкции. Рабочую дозу ила при этом иногда удавалось доводить до 25 г/л.

Есть способ поддержания высокой дозы непосредственно в аэротенке путем накопления в нем микрофлоры, для чего аэротенки заполняются блоками или кассетами из пористых материалов, которые служат инертными носителями биомассы.

Все перечисленные выше модификации относятся к высокопроизводительным аэротенкам.

Высокопроизводительными аэротенками следует называть такие аэрационные сооружения, где повышение окислительной мощности достигается при сохранении первоначальных нагрузок на ил по БПК.

Высокопроизводительные аэротенки - это аэротенки с повышенными дозами активного ила (по сравнению с традиционными конструкциями аэрационных сооружений).

К высоконагруженным аэротенкам относят такие аэротенки, повышение окислительной мощности которых обеспечивается за счет увеличения нагрузки по БПК на активный ил. Эти аэротенки обеспечивают частичную (неполную) биологическую очистку сточных вод.

Следует отметить, что большинство из названных высокопроизводительных аэротенков по разным причинам не нашло пока своего практического применения на сооружения городской канализации. Тем не менее, исследователи считают, что подобные модификации найдут применение в ближайшем будущем.

Как определить теоретические значения прироста активного ила по качественным характеристикам сточной жидкости? Как установить фактический объем прироста? Как определить объем избыточного активного ила?

Увеличение массы ила в аэротенке происходит в результате следующих явлений:

*  сорбции и накоплении в иле части взвешенных веществ, которая не подвергается биологическому разрушению;

*  синтеза биомассы активного ила за счет части органических веществ, определяемых БПК_полн;

*  накопление в иле инертного балласта в виде неокисленных органических веществ (определяемых по разности снятых ХПК и БПК_полн).

Следует иметь ввиду, что одновременно с процессом прироста ила происходит и явление распада его биомассы за счет самоокисления (эндогенного дыхания). Эти процессы идут тем интенсивнее, чем меньше растворимых в воде органических загрязнений поступающей в аэротенк.

Существует много различных формул для подсчета прироста активного ила. Действующие проектные нормативы рекомендуют формулу следующего вида:

, мг/л                                             [4.19]

где: К_п - коэффициент прироста, который для городских сточных вод составляет ~0,3.

При расчете илоуплотнителей и систем по перекачке ила прирост увеличивают с учетом сезонной неравномерности на 15 - 20%.

Чтобы определить количество избыточного ила по сухому веществу (за суточный период), необходимо вычесть из величины прироста количество выносимых из вторичных отстойников взвешенных веществ и результат умножить на суточный объем очищенных сточных вод:

, т/сут                                         [4.20]

Теперь можно подсчитать количество избыточного ила по объему, если известно, с какой влажностью его откачивают на сооружения обработки осадка:

, т/сут                                       [4.20-а]

Можно все три выше приведенные формулы объединить в одну:

, м³/сут                        [4.21]

В условиях эксплуатации, когда хорошо известна концентрация избыточного ила, его объем можно подсчитать по формуле:

, м³/сут                                   [4.21-а]

Чтобы не нарушить размерность показателя, необходимо дозу избыточного ила выразить в г/м³.

В практике фактический объем избыточного ила может заметно отличаться от рассчитанного теоретически. Если сточная вода содержит значительное количество биохимически неокисляемых промышленных примесей, то прирост окажется выше того, что определен по формуле СНиП (19).

В этом случае коэффициент прироста К_п может оказаться выше, чем 0,3.

Сравнивая фактическую величину прироста с теоретическим его значением, следует вначале отрегулировать объем удаляемого ежесуточно избыточного активного ила таким образом, чтобы в аэротенках поддерживалось стабильное количество массы ила на протяжении контрольного периода, например, месяца.

Формулу (21-а) рассмотрим как уравнение, где неизвестной величиной является фактическое количество прироста. Установив опытным путем, фактическое количество избыточного активного ила (обеспечивающего постоянную массу ила), определяем искомую величину фактического прироста:

м³/сут                          [4.21-б]

Сравнивая полученное значение с величиной теоретически рассчитанного прироста по формуле (19), установим существенное отличие между ними и откорректируем коэффициент прироста К_п.

Следует обязательно обратить внимание на тот важный момент, что формула (19) справедлива для условий нагрузок по БПК на активный ил, обеспечивающих полную биологическую очистку сточных вод без нитрификации. Если же процесс биологической очистки протекает при нагрузке, обеспечивающей развитую нитрификацию или полное окисление активного ила, то величина прироста окажется функцией нагрузок.

Так, например, для режимов полного окисления прирост активного ила предлагается определять по формуле (в процентах от величины БПК₅ поступающих сточных вод):

                                                [4.22]

где: L -коэффициент синтеза органических веществ

b -коэффициент эндогенного дыхания.