Аэробные стабилизаторы-сооружения для обработки осадков сточных вод Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

МЕЛИОРАЦИЯ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

УДК 577.4(075.8)

Улумиев А.А., ДаллаеваД.С., Даллаев Р.С.

АЭРОБНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ-СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ

Ulumiev A.A., Dallaeva D.S., Dallaev R.S.

AEROBIC STABILIZERS-CONSTRUCTIONS FOR SEWAGE SLUDGE CLEANING

В данной статье систематизированы характеристики удовлетворительной работы аэротенков. В результате исследований определена специфика работы аэротенков и отдельных вторичных отстойников. Изучена полная взаимосвязь и взаимодействие всех параметров частей комплекса биологической очистки.

Ключевые слова: аэрация, биологическая очистка, активный ил, окисление, отстойник.

This study systematizes characteristics for satisfactory aerotanks functioning. The operation features of aerotanks and separate secondary clarifier are defined. Complete correlation and interaction of all parameters of the complex part.

Key words: airing, biological purification, activated sludge, oxidation, precipitation, tank.

Введение. Аэротенк представляет собой проточный микробиологический реактор для проведения биохимического процесса окисления загрязнений сточных вод, в нем осуществляются процессы микробиологического синтеза с приростом активной массы фауны ила.

Работа аэрационных сооружений оценивается также такими энергетическими показателями, как расход электроэнергии на снятие единицы массы загрязнений, например, кВт-ч на 1 кг БПКП0ЛН (или ХПК); расход энергии или воздуха на очистку 1 м3 сточной воды. Однако следует иметь в виду, что эти показатели зависят также от эффективности подачи в аэротенк и распределения в нем воздуха (или кислорода), перемешивания всего содержимого бассейна. Поэтому при оценке экономических показателей работы аэротенков требуется более детальный, а, возможно, и отдельный анализ работы системы аэрации иловой смеси в них [1].

На формирование сложного биоценоза активного ила оказывают воздействия потоки аллохтонной микрофлоры и фауны, автохтонные организмы, циркулирующие в аэротенке и приспособившиеся к его экологическим условиям работы. Должно соблюдаться оптимальное соотношение между концентрацией загрязняющих веществ в поступающей в аэротенки воды и рабочей дозой активного ила, дабы исключить повышение удельной нагрузки на ил, на его седиментационные свойства, что влечет возрастание илового индекса, который служит важным показателем состояния активного ила.

Постановка задачи.

Процесс очистки сточных вод активным илом включает в себя две фазы: фазу окисления растворенных органических загрязнений и фазу отделения биомассы ила от очищенной воды. Первая фаза осуществляется в аэротенке, вторая - во вторичном отстойнике [2-4].

Вся продолжительность процесса в аэротенках для бытовых сточных вод 6-8 часов, а при смешанной очистке бытовых и производственных сточных вод 10-20 и более часов. Процесс в аэротенке можно регулировать для необходимой по местным условиям

степени. Чем длительнее процессы аэрации и большая пропускная способность активного ила, тем выше степень очистки воды. Гидродинамический режим работы аэротенков оказывает существенное влияние на интенсивность процесса очистки. При одних условиях удобно использовать аэротенк-вытеснитель, при других аэротенк-смеситель. Второй обеспечивает наиболее полную стабильную очистку вне зависимости от одновременных нагрузках поступающих концентраций загрязненных стоков. При расчете аэробных стабилизаторов показателем служат: время для стабилизации активного ила; время стабилизации смеси активного ила и осадка первичных отстойников в сутки при оптимальной температуре (20-150С), а также влажности 92%.

Характеристики, определяющие удовлетворительную работу аэротенков:

1. Продолжительность аэрации.

2. Прирост активного ила.

3. Количество кислорода для окисления органических загрязнений.

4. Нагрузка на ил.

5. Возраст ила.

б.Окислительнаямощность аэротенков (ОМ).

7. Интенсивность аэрации.

8. Рециркуляционный ил.

9. Период пребывания сточных вод в аэротенке.

10. Доза ила в регенераторе.

11. Удельная скорость окисления.

12. Продолжительность окисления.

13. Продолжительность регенерации ила.

14. Подолжительность пребывания в системе аэротенк - регенератор.

15. Объем аэротенка и регенератора.

16. Иловый индекс.

17. Технологическая эффективность работы аэротенка.

Результаты эксперимента и их обсуждение.

Четырехкоридорный аэротенк - смеситель с размерами в плане W=38880м .

Фаза 1. В первый коридор аэротенка поступает активный ил в виде хлопьев, где регенерирует, восстановливая свои сорбционные и окислительные свойства. Подача воздуха осуществляется по всей длине коридора, при интенсивном аэрировании происходит насыщение ила кислородом.

Образование дисперсных бактерий является существенным моментом регенерации, так как такие микроорганизмы окисляют органические вещества сточных вод более интенсивно, чем хлопья. Одновременно в этой фазе происходят процессы автолиза и хищническое уничтожение бактерий бактериофагами и простейшими [5].

Фаза 2. На очистных сооружениях г. Махачкала-Каспийск сточные воды подаются рассредоточенно по всей длине коридора, и процесс биологической очистки осуществляется путем адсорбции, абсорбции и окисления активным илом органических веществ, находящихся в коллоидном состоянии. При высокой потребности в кислороде для поддержания активного ила во взвешенном состоянии интенсивность аэрации сохраняется на уровне первой фазы.

Фаза 3. По завершении подачи сточных вод в третьем и четвертом коридорах аэротенка наблюдается развитие автотрофных организмов, которые осуществляют процесс нитрификации. Интенсивность аэрации уменьшается приблизительно в два раза за счет того, что уменьшается количество потребляемого кислорода. При высокой биологической очистке в четвертом коридоре могут образовываться крупные и плотные хлопья, т.к. микроорганизмы, уменьшая свою площадь абсорбции, образуют единые конгломераты.

Фаза 4. Ил, выпадающий во вторичных отстойниках, содержит адсорбированные органические вещества, которые еще не окислились. Осевший на дно отстойника активный ил перекачивается в регенератор, а избыток ила, возникающий за счет его прироста, удаляется. Время нахождения активного ила в системе трубопроводов и во вторичном отстойнике регламентируется тем, что активный ил не терпит залежей, которые приводят к излишнему его уплотнению, и при малейшем застое начинает гибнуть от собственных метаболитов, а также происходит процесс автолиза [6].

1. Удельный расход кислорода на стабилизацию активного ила gsa=0.25-0.3кг/кг [6].

= 1000 ■ дза ■ С5

к2- К3- КТ(Са - с0у

где К1 = 1.34;

К2 = 2,52; К =1;

Кэ =0,85;

С0 =2мг/л.

Расчет производится для летней температуры ила, при которой растворимость кислорода минимальна. По п. 6.157 СНиП 2.04.03-85, для 180С получаем СТ= 9.4мг/л, где Ст - растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и атмосферного давления, принимаемая по справочным данным;

находимСа - растворимость кислорода воздуха в воде, 11.2мг/л

Са=(1 + ) 9.4 а V 20.6/

^ - глубина погружения аэратора, 4м;

Са=(1 Н 4—) 9.4=11.2мг/л а V 20.6/

Концентрация беззольной части осадка в стабилизаторе

с _С5ес(100-55еС)<2тписг+Са(100-5ст)<2ст _ 40(100-35)320 + 11.2(100-32)1296.8 , . 3

Сэ=-=11.25 кг/м

s 320+1296.8

Приняв для ила qsa = 0,3кг/кг

Сs= 20(100-32) = 14кг/м

3

1000-0.3-14 э з

gs=-=159 м /м

№ 1.34-2.52-0.85-1(11.2-2)

Распределение воздуха по длине стабилизатора должно быть неравномерным, данные расчетов сведены в таблицу 1 [6].

Таблица 1.

Но Доля от Удельный Продолжите Интенсив

мер коридора общего расхода воздуха,% расход воздуха, 2/ 3 м /м льность аэрации, ч ность аэрации, м3/(м2ч)

1 50 70 33 8.4

2 30 42 33 5.1

3 12 17 33 2.1/5*

4 8 11 33 1.3/5*

* После косой черты указана интенсивность аэрации, принятая для расчета

суммарного расхода воздуха на стабилизацию.

Пребывание ила в одном коридоре аэротенка составляет 1.37 суток или 33 часа. Доля общего расхода воздуха определяется следующим образом: в первом коридоре-50%; во втором - 30%, в третьем -12%; четвертом -8%. Распределяем величину удельного

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 27, 2012. расхода воздуха согласно процентному распределению воздуха в коридорах аэротенка. В

2 3 2 3 2 3

первом коридоре-70м /м ; во втором коридоре-42 м /м ; в третьем-17 м /м ; в четвертом— 11 м2/м3.

Интенсивность аэрации в последнем коридоре составит:

Sp'hg Ia= t I 114 1 Э 3/2

I„=-=1.3м /м час

а 33

Из условий перемешивания интенсивность аэрации должна составлять не менее 5

3 2 3 2

м /(м ч), для активного ила и не менее 6 м /(м ч) для смеси ила и осадка. Продолжительность аэрации в аэротенках можно также определить по санитарным

3 2

нормам. Чтобы добиться величины [равной 6 м /(м -ч)], ее следует увеличить с соответствующим увеличением суммарного расхода воздуха на процесс [6].

3 2

Интенсивность аэрации в первом коридоре L=8.4 м /м час, а во втором составляет 1^=5.1

3 2

м3/м2час, что удовлетворяет условиям перемешивания.

2. Расчет аэробной стабилизации смеси избыточного активного ила из вторичных отстойников осадка первичных отстойников в сутки с учетом концентрации беззольной части осадка и продолжительности стабилизации при 150С. Количество ила 6 т/сут, зольность Sa - 32%, концентрация Са = 10г/л, расход Qa = 1296,8м /сут. Количество осадка 5.200 т/сут, зольность Sset - 35%, концентрация Cset = 45г/л, расход Qmud = 320м3/сут.

Таблица 2.

Средний показатель взвешенных, растворенных, оседающих веществ по лабораторным анализам очистных сооружений г. Махачкала-Каспийск (за 3 месяца, _анализ проводится каждый день)._

Дата Место отбора проб Взвешенные вещества, мг/дм3 Вес золы Потери, мм прок

13.01.11 Пост. Н2О 155 26 29

Осветл. Н2О 9.8 7.0 2.8

Очищ. Н2О 8.0 6.0 2.0

15.02.11 Пост. Н2О 244 88.4 155.6

Осветл. Н2О 30.4 25.6 4.8

Очищ. Н2О 8.4 5.8 2.6

16.03.11 Пост. Н2О 16.8 12.8 4.0

Осветл. Н2О 18.4 7.2 11.2

Очищ. Н2О 5.6 3.6 2.0

Таблица 3.

Дата Место отбора проб Вещества, мг/дм3 Проколенный осадок мг/дм3

Растворенные вещества

13.01.11 вход 756 494

выход 532 162

Оседающие вещества

вход 47

перв 8.0

выход 4.0

15.02.11 Растворенные вещества

вход 1060 516

выход 852 474

Оседающие вещества

вход 180

перв 14.0

выход 6.0

Растворенные вещества

16.03.11 вход 1166 706

выход 722 320

Оседающие вещества

вход 7

перв 6.2

выход 2.8

Для расчетов сооружений необходимо бывает знать количество осадка, выделенного в час максимального притока 0ши<1тах час (м3/час) или в сутки Ошиасуг (м3/сут). Соответственно в формуле [6] :

Q-mud

qw * (Cen Cex )

'mud (100 - P .)*v ,*io

mu d mu d

• qw - расход сточных вод в час максимального притока qmax (м3/час) или в сутки QcyT (м3/сут);

СБЗБ /-ч взв

en и Сех - концентрации взвешенных веществ в сточных водах соответственно до осветления и после него, мг/л;

• Pmud - влажность осадка в отстойнике, %; при удаления осадка из сооружения под гидростатическим давлением Pmud= 95%, при удалении механизированным способом (насосами, эрлифтами и т.п.) Pmud= 93%;

• ymud - плотность осадка, выделенного в отстойниках; при влажности более 80% плотность осадка примерно равняется плотности воды: ymud= 1г/см (кг/л). По внешнему

виду осадок представляет собой грязную воду [6].

Ошиа сут = 150000*(168-18.4)/[(100-93)*1*104] =320 м3/сут Т5т = 7Г~\Г" + ■(! + <?■ С5а) ■ 1.08<2°-'>

V ■ л0

константы имеют следующие значения: V = 11.27 —

л/сут

К = 13.3 г/л р = 2 г/л

Концентрация смеси ила и осадка в стабилизаторе оптимально 15-20 г/л. Концентрация активного ила в аэробном стабилизаторе при нахождении не менее 4 суток 10-20г/л.

С 5а = С ° '9а =11.2*1296.8/1296.8+320=5187.2/1456.8~9г/л

'7а+*2ти<1

С 55е г = С' е{ ' =45*320/1296.8+320~9г/л

Qa+Q^nud

^т = ' ( 1 3 ■ з + 9) ' (1 + 0.05 76 ' 9) ' 1 .0 8(20 - 1 5 ) = 4.4 сут;

Отношение органического вещества первичного осадка к органическому веществу активного ила в стабилизируемой смеси рассчитывается по формуле [6].

д^яе^ЮО-^ еМтий Са ( 1 0 0 -5а) <2а

В=45 ' ( 1 0 0 а 3 5) 32 0 =2 .65г/л

4(100-32)1296.8

Осадок из первичных отстойников дц^ = 1,0-1.2 кг/кг; Осадок и смесь ила рассчитывается по формуле [6].

Ч*о 1+в 0.3+2.65-1.1 со .

а,0 =-= 0.88 кг/кг

450 1+2 .6 5

При тех же исходных данных для аэрации, что и в предыдущем примере Cs = 11.25

100055ОС5

кг/ м3, удельный расход воздуха составит

qs

К^КзКтЧСа-Со)

1 О О О ■ О . 8 8 ■ 1 1 .2 5 3. 3

qs =-= 811.5 м3/м3

О . 7 5 ■ 2 . О 8 ■ 1-О. 85 (1 1.2-2)

В последнем коридоре (четвертом) стабилизатора удельный расход воздуха составляет 811.5-0,08=64.92 м3/м3.

При времени пребывания в коридоре 33 ч интенсивность аэрации достигнет:

64.92 -4 _ п 3,, 2 ч

\a=———= 7. 8м /(м ч), что соответствует показателям для смеси ила и осадка. Заключение

Спецификой работы аэротенков и отдельных вторичных отстойников является полная взаимосвязь и взаимодействие всех параметров частей комплекса. Для поддержания нормальных жизненных процессов микроорганизмов-минерализаторов в аэротенк должен постоянно поступать кислород воздуха. Качество ила зависит от соотношения массы загрязняющих веществ в сточной воде и массы активного ила (по сухому веществу).

Библиографический список:

1. http://stroy-spravka.ru

2. Parker D.C., Merrill M.C. Oxygen and air activated sludge: another niew. WPCF, 1976, V.48, №11, P.2511-2528

3. Kalinske A. A. Comparison of air and oxygen activated sludge systems. WPCF, 1976, V.48, №11, P. 2472-2485

4. Chapman T.D., Matsch L. C., Zander E. V. Effect of high dissolved oxygen concentration in activated sludge systems. WPCF, 1976, V. 48, № 11, P. 2486-2510

5. Олшник О.Я., Зяблшов С.М. Особливосп моделювання очистки спчних вод у системi аеротенк-вщстшник-регенератор. Проблеми водопостачання, водовщведення та пдравлши: Зб. наук.пр. Вип.4., 2005, С.46-53

6. Справочное пособие к СНиП 2.04.03 -85.