По каким формулам ведется расчет параметров кислородного режима? Объясните технологический смысл.

При проектировании аэротенков необходимый удельный расход воздуха определяют по формуле:

                                                [4.29]

Напомним наименование параметров, составляющих формулу: Z-удельный расход кислорода - мг О₂/мг снятого БПК; в знаменателе - произведение коэффициентов, учитывающих тип аэраторов, глубину их погружения, температуру сточных вод, качество воды, разницу растворимости и концентрации кислорода в аэротенках.

Технологический смысл этой формулы нетрудно понять, если сделать анализ ее структуры.

В числители формулы находится выражение, определяющее расход кислорода, необходимый для окисления загрязнений, содержащихся в 1 м³ очищаемой сточной воды, а в знаменателе - количество используемого кислорода с 1 м³воздуха подаваемого в аэротенки. Отношение необходимого для окисления кислорода к его используемому количеству в 1 м³ воздуха и определяет количество воздуха, которое необходимо обеспечить для обработки 1 м³ сточной воды. В практических условиях величина удельного расхода воздуха может потребовать корректировки. Необходимость такой корректировки возникает тогда, когда, например, расчетный удельный расход воздуха, определяемый по формуле (4.29) не обеспечивает необходимого содержания растворенного кислорода в иловой смеси. В таком случае необходимо найти причину возникновения явления, что позволит уточнить значение одного (или нескольких) параметров, входящих в формулу (4.29).

Если произошло изменение скорости окисления и нагрузки по БПК на активный ил, следует соответственно уточнить величину Z (см. подробнее раздел 5п.)

Если изменилась эффективность работы аэротенков, пересмотру подлежит коэффициент К.

При поступлении промстоков, содержащих, например, СПАВ, потребуется изменить коэффициент К_з.

Величину интенсивности аэрации в СНиП определяют по формуле (64) п. 6. 157.

В реальных условиях фактическое значение интенсивности аэрации рассматривается как отношение часового расхода воздуха м³/час к площади поверхности аэротенков:

, м³/м²×ч                                                         [4.30]

Как определить предельно-допустимую величину БПК в сточной воде, поступающей на аэротенки действующих очистных сооружений городской канализации? Каковы предельные значения содержания взвешенных веществ в очищаемой сточной жидкости?

Анализ формул (4.13) и (4.14) показывает, что увеличение БПК в исходной воде приводит к возрастанию нагрузок на активный ил (или скорости окисления загрязнений). Если при этом фактическая нагрузка окажется выше предельно-допустимой, произойдет нарушение процесса биологической очистки по тем или иным показателям. Чтобы это не произошло, при росте БПК следует увеличивать пропорционально дозу ила в аэротенке или среднюю дозу в аэротенке с регенератором.

Как показывает формула (4.10) увеличение средней дозы или возможно путем увеличения дозы ила в рабочей зоне аэротенка (т. е. в иловой смеси, поступающей на вторичные отстойники), а также при увеличении объема регенератора и уменьшении степени циркуляции. Максимальную величину рабочей дозы ила в аэротенке рассчитывают исходя из технологических возможностей вторичных отстойников (по формуле СНиП (67) п. 6. 161), а объем регенератора - по формулам (54)-(59)п. 1.147 СНиПа.

Оптимальную величину степени циркуляции определяют, если в формулу (?) подставить максимальные значения дозы ила в рабочей зоне аэротенка [d_a]_max и дозы возвратного ила :

                                                      [4.31]

Максимальное значение средней дозы ила будет соответствовать предельной величине БПК, при которой обеспечиваются предельные значения нагрузки на активный ил для выбранного технологического режима (или для скорости окисления загрязнений).

Зная предельное значение нагрузки по БПК на ил, и определив условия обеспечения максимально возможной для данных конкретных условий величины средней дозы ила, определим предельно-допустимую величину БПК в исходной воде, решив уравнение (4.13) относительно неизвестной величины {БПК_в}_max:

            [4.32]

Аналогичным способом можно решить поставленную задачу, используя формулу СНиП (54). п. 6.147. Предварительно расшифруем общую продолжительность окисления загрязнений t₀ по формуле (4.25) п. 4.11 настоящего раздела, а затем определим из уравнения (54) СНиП искомую величину:

       [4.33]

Действующими проектными нормативами (СНиП 2.04.03.85) содержание взвешенных веществ в сточных водах, подаваемых в аэротенки, не регламентируется!

В прежних нормативах (СНиП II-32-74) концентрация взвешенных веществ в осветленной жидкости, если она подвергалась в аэротенках полной биологической очистке, ограничивалась величиной 150 мг/л. При очистке сточных вод в двухступенчатых аэротенках, аэротенках с полной минерализацией ила, либо на частичную очистку концентрация взвеси не нормировалась.

Как следует поступать сегодня? Существуют рекомендации, которые указывают на необходимость обеспечения поступления взвесей в аэротенки с концентрацией не более 60-150 мг/л (Э. С. Разумовский “Развитие технологии очистки сточных вод “, “Водоснабжение и санитарная техника “, № 11, 1988).

Учитывая, что первичные отстойники способны в среднем обеспечивать снижение взвешенных веществ на 50%, в поступающей на очистные сооружения воде содержание взвешенных веществ не должно быть выше 300 мг/л. Если же концентрация взвесей в сточной воде выше 300 мг/л, надлежит предусматривать интенсификацию первичного отстаивания (преаэрацию, биокоагуляцию, реагентное осветление).

При отведении в систему городской канализации производственных сточных вод содержание в них взвешенных и всплывающих веществ не должно превосходить 500 мг/л (“Правила приема производственных сточных вод в систему канализации населенных пунктов”, М. , 1985, п. 10. б).

Согласно упомянутым “Правилам”, допустимое содержание органических веществ по БПК в производственных сточных водах, принимаемых в систему городской канализации, должно определятся расчетом. При этом БПК производственных стоков не должно вести к превышению БПК поступающих на очистные сооружения городских сточных вод, принятой при проектировании этих сооружений.

Приведенные выше расчеты (формулы (4.32) и (4.33)) показывают, что предельно-допустимая БПК может превысить величину, принятую в проекте при условии, что не будет превышено нормативное значение удельной скорости окисления загрязнений (СНиП 2.04.03-85, формула (49) п. 6. 143) или предельно-допустимая величина нагрузки по БПК на активный ил для выбранного технологического режима.

Само собой разумеется, что при этом должны соблюдаться все необходимые ограничения, накладываемые на технологические параметры процесса.

Следует учитывать, что увеличение концентрации БПК в поступающей воде приведет к возрастанию расходов воздуха и электроэнергии на его подачу и в итоге потребуются дополнительные материальные затраты.

Все это необходимо принимать в расчет при согласовании приема промстоков с повышенной БПК в городскую канализацию.

Как определить расчетом максимально и минимально допустимые значения средней дозы активного ила в аэротенках (с регенераторами) для того или иного режима нагрузок по БПК на активный ил?

Анализ формулы (4.13) показывает, что диапазон средних доз активного ила в аэротенке определяет диапазон нагрузок по БПК на ил, который определяет выбранный технологический режим (полная очистка, частичная очистка, полное окисление и т. д.).

При этом максимальное значение диапазона нагрузок соответствует средней минимальной дозе ила и наоборот:

                                             [4.34]

                                         [4.35]

В реальных условиях полученные результаты следует увязать с условиями функционирования вторичных отстойников.

Как определить допустимые концентрации загрязнений в производственных сточных водах, отводимых в городскую канализацию, если городские сточные воды подвергаются биологической очистке в аэротенках?

К промышленным сточным водам, отводимым в системы канализации населенных пунктов, предъявляются три основных требования, выражающиеся в том, что эти воды:

* не должны вызывать нарушения в работе канализационных сетей и сооружений;

* не должны содержать примесей в количествах, которые при поступлении на очистные сооружения вызовут нарушения нарушение процессов очистке сточных вод и обработки осадков;

* не должны содержать загрязняющих веществ, которые после очистки сточной воды на очистных сооружениях и сбросе ее в водоем приведут к нарушению ПДК этих загрязнений в водном объекте соответствующего вида водопользования.

Расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ в производственных сточных водах, принимаемых в канализацию населенных пунктов, следует вести “с конца”, исходя из величины ПДК данных загрязняющих веществ в водоеме.

В начале определим допустимую концентрацию загрязнений в очищенных городских сточных водах, поступающих в водоем [С_cm]

С этой целью составим уравнение баланса загрязнений путем смешения двух потоков жидкости: воды в водном объекте с расходом Q_р и очищенной сточной жидкости, поступающей (Q_гсв)

                                             [4.36]

В смешении участвует часть расхода воды (a×Q_P). В результате смешения образуется смесь двух потоков с концентрацией смеси С_см.

Задача состоит в том, что при поступлении городских сточных вод в водоем С_см. по расчетному показателю загрязнения не превысили бы ПДК.

Тогда концентрация данных загрязняющих веществ в очищенной сточной жидкости [C_cm]

Решив уравнение (4.36) относительно С_cm получим:

                                             [4.37]

Чтобы обеспечить допустимую концентрацию веществ в очищенной воде [C_cm] получим, необходимо, чтобы концентрация этих веществ в смеси производственных и бытовых сточных вод, поступающих на очистные сооружения [C_гсв] не превышала значения:

                                             [4.38]

где А - процент удаления загрязняющих веществ на биологических очистных сооружениях (см. “Правила приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов”, Приложение, табл. 2).

В реальных условиях коэффициент А следует уточнять опытным путем.

Если же данные вещества не удаляются в процессе биологической очистки (“Правила”, приложение, табл. №) тогда:

[C_гсв] = [C_cm]

Для установления возможности приема в городскую канализацию производственных сточных вод, содержащих то или иное вещество, необходимо определить, какие концентрации этих веществ содержатся в смеси производственных и бытовых стоков, по формуле:

                                             [4.39]

Из этого уравнения определяем значение допустимой концентрации загрязняющих веществ в производственных сточных водах.

                                         [4.40]

Если в формуле (4.39) в числителе выразить Q_быт= Q_св -Q_псв, а в знаменателе Q_быт= Q_гсв -Q_псв, то формула (4.40) примет несколько иной вид:

                                      [4.40-a]

В таком виде формула записана в “Правилах приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов “.

Таким образом, исходя из требуемой величины ПДК загрязняющих веществ в расчетном створе воды объекта, последовательным расчетом определяются допустимые концентрации этих веществ, подлежащих сбросу в городскую канализацию с производственной сточной жидкостью.

Однако следует обязательно учитывать, что концентрация загрязняющего вещества в промышленном стоке ограничивается не только требованиями соблюдения его ПДК в водоеме, но и условием биологической очистки воды в аэротенке.

Содержание этих веществ в смеси производственных и бытовых сточных вод должно быть таким, чтобы не нарушались процессы биологической очистки.

Концентрации загрязнений максимально допустимые для биологической очистки [C_б.о.] приводится в “Правилах приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов “, (приложение 1, п. 3б).

Если окажется, что величина [C_гсв], определяемая по формуле [4.38] будет выше максимальной концентрации, допустимой для биологической очистки [C_бо], тогда следует ее скорректировать таким образом, чтобы было обеспечено условие:

[C_гсв]_кор = [C_бо]

Соответственно потребуется пересчет допустимой величины С_сm по формуле:

                                  [4.38-a]

Пересчета также потребует допустимая концентрация загрязняющего вещества в производственном стоке [C_псв]. В формулу 4.40 или 4.40-а следует подставить скорректированное значение допустимой концентрации вещества в смеси производственных и бытовых стоков [C_сгв]_кор.

Допустимый сброс загрязняющих веществ с промышленных предприятий рекомендуется нормировать по показателю, определяемому по формуле:

ДC_псв= [С_псв] ´ Q_псв, кг/сут                                                (4. 41)

Если загрязняющее вещество данного вида отводится в городскую канализацию с нескольких промышленных предприятий, то масса веществ допустимого сброса распределяется между этими предприятиями пропорционально расходу отводимых сточных вод.

При снижении количества сбрасываемых с того или иного предприятия сточных вод может быть увеличена концентрация загрязняющего вещества в стоках в пределах установленного ДС (по формуле 4. 41).

Величина предельно-допустимого сброса конкретного загрязняющего вещества с очищенными городскими сточными водами в водный объект определяется по формуле:

               ПДС = [С_сm] ´ Q_гсв, кг/сут                         (4. 42)

При поступлении в системы канализации населенных пунктов производственных сточных вод, содержащих несколько загрязняющих веществ с одинаковыми лимитирующими показателями вредности, сумма соотношений концентраций каждого из веществ к соответствующей допустимой их концентрации в производственных сточных водах не должна превышать 1,0.

При расчете допустимых концентраций загрязняющих веществ в очищенных городских сточных водах, поступающих в водоемы, все ныне существующие нормативные документы предусматривают учитывать разбавление городских сточных вод водой водоема.

На практике же такое разбавление весьма часто учесть в расчетах невозможно по таким, например, причинам.

Если концентрация вредного вещества в водном объекте достигла величины ПДК этого вещества, то нетрудно убедиться, что в таком случае

             [С_ст] =[С_пдк] (см. уравнение 4. 37)

Подобное явление наблюдается, если расход воды водоема незначителен и формируется в основном за счет сточных вод.

Если очищенные сточные воды сбрасываются в водоем в границах населенного пункта, то к качеству этих вод предъявляются такие же требования, как и к качеству воды водоема.

Что такое ингибирование активного ила и какова его роль в процессах биологического окисления органических соединений. Как учитывать это явление при расчетах технологических характеристик процессов?

Под ингибированием активного ила понимают снижение активности его биомассы, приводящее к замедлению хода биологических процессов окисления органических загрязнений сточных вод, происходящее в результате воздействия на ил тех или иных внешний или внутренних факторов.

Среди внешних факторов важнейшую роль играют следующие: содержание в воде токсичных промышленных примесей, активная реакция (рН) сточных вод, если ее значение выходит за пределы допустимых величин, снижение температуры иловой смеси в аэротенках, недостаток питательных веществ в воде, поступающей на очистку.

К внутренним факторам следует отнести продукты распада активного ила, происходящего в результате процессов эндогенного дыхания микроорганизмов ила.

Такое явление имеет место при повышении дозы активного ила в аэротенках. При высоких концентрациях биомассы не сохраняется прямая пропорция между дозой и скоростью потребления, а также окислением загрязнений. Интенсивность этих процессов уменьшается с повышением начальной дозы, так как ухудшаются условия притока органических веществ к бактериальным клеткам. При этом активизируются процессы эндогенного окисления внутриклеточных веществ.

Этот фактор учитывается действующими проектными нормативами с помощью коэффициента окислительной способности ила, величина которого зависит от коэффициента ингибирования ила продуктом его распада j и дозы ила:

                                             [4.43]

Коэффициент ингибирования продукта распада ила j для городских сточных вод принимается равным 0,07.

Для производственных сточных вод этот коэффициент, как правило, значительно выше и достигает, например, 0,98.

1,11 для сточных вод азотной промышленности и 2,0 для сточной жидкости целлюлозобумажной промышленности.

Коэффициент окислительной способностиk_ОС входит составной частью в формулу СНиП для определения удельной скорости окисленияr (п. 6. 143.).

Изменение активности ила происходит в незначительных размерах, если доза ила изменяется в диапазоне от 2 до 5 г/л. Скорость окисления в этом случае изменится не более чем на 10%. Поскольку точность экспериментального определения величины r не превышает 20%, в практических расчетах зависимость r=f(a) в интервале значений дозы ила от 2 до 5 г/л допускается не учитывать.

Иной способ определения коэффициента, учитывающего снижение скорости окисления при увеличении дозы ила, изложен в “Справочнике проектировщика” Канализация населенных мест и промышленных предприятий” М. Стройиздат, 1981. Этот коэффициент устанавливается не только в зависимости от концентрации ила в аэротенке, но и от величины БПК_ПОЛН поступающей воды:

Данные, приведенные в таблице, показывают, что ингибирование ила продуктами распада проявляется тем сильнее, чем ниже концентрация загрязнений в поступающей воде, т. е. когда ухудшаются условия питания

Для городских сточных вод важным фактором, влияющим на изменение скорости окислительных процессов, является температура сточных вод. Так при повышении температуры окислительная способность активного ила повышается, а при снижении наоборот, происходит ингибирование процесса окисления. Влияние температуры на активные свойства ила учитывается в проектных нормативах отношением 15/Т (при определении периода аэрации).

Учитывая основные факторы, влияющие на изменение окислительной способности ила, можно определить уловную биомассу активного ила d_ср^А, обеспечивающую окислительный процесс при очистке городских сточных вод в аэротенках: назовем этот показатель эквивалентной дозой d_’экв.

                                             [4.44]

Такой показатель позволяет более объективно оценить меру активности биомассы ила, нежели ее определение, ограничивающееся массой сухого беззольного вещества.

Пользуясь скорректированной таким образом величиной дозы ила в условиях эксплуатации можно уточнить значение нагрузки на активную биомассу ила.