CC BY
73
АНАЛИЗ РАБОТЫ АЭРОТЕНКОВ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
А.П. Созник, д. ф-м. н., С.А. Горносталь
Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
Традиционные технологии биологической очистки сточных вод имеют ряд недостатков, способных приводить к возникновению чрезвычайных ситуаций, связанных со сбросом в водоемы очищенных вод, с концентрацией загрязнений, превышающей предельно допустимые значения.
Работа аэротенков основана на способности микроорганизмов извлекать органические загрязнения из сточных вод в процессе своей жизнедеятельности. Большое разнообразие микроорганизмов в активном иле, которое меняется с течением времени, и существование различных типов их взаимодействия между собой обуславливает многофакторность и существенную сложность описания процессов биологической очистки в аэротенках. Основным аппаратом всех детерминированных моделей являются системы дифференциальных уравнений первого порядка различной степени сложности.
На комплексе биологической очистки «Диканевский» (КБОД, г. Харьков) очистка сточных вод происходит на аэротенках промежуточного типа. Подача сточных вод осуществляется рассредоточено по всей длине второго коридора через четыре подающих окна с возможностью регулирования их подачи с помощью шиберных заслонок, а активный ил подается в первый коридор аэротенка на регенерацию (рис. 1).
подача сточных вод
* * 2 I ^
3_
4
подача
активного ила
отвод смеси активного ила и очищенных сточных вод
Рис. 1 - Схема секции четырехкоридорного аэротенка - смесителя: 1 - регенератор (первый коридор), 2 - второй коридор, 3 - третий коридор, 4 -
четвертый коридор аэротенка
В процессе очистки для предотвращения седиментации активного ила и обеспечения микроорганизмов кислородом в достаточном количестве осуществляется интенсивная аэрация по всей длине аэротенка. Сооружения построены в 70-80-х годах XX века, поэтому в настоящее время при реконструкции отдельных секций возникает вопрос о влиянии расположения и количества точек впуска сточных вод на качество очистки. Чтобы
решить этот вопрос, необходимо иметь математическую модель, с помощью которой можно описать процессы, происходящие в аэротенках такого типа, и изучить влияние отдельных параметров на протекание процесса биологической очистки.
С учетом конструктивных особенностей рассматриваемого аэротенка и различия явлений, происходящих в разных его коридорах, нами для описания процессов очистки для сооружений КБОД предложена физическая модель [1], согласно которой весь процесс биологической очистки в аэротенке можно разделить на три фазы. Первая фаза соответствует первому коридору аэротенка - регенератору. Вторая фаза соответствует впуску сточных вод (второй коридор). Третья фаза соответствует третьему и четвертому коридорам аэротенка. Опираясь на физическую модель [1] мы предприняли попытку [2] математического описания очистки в таком реальном аэротенке исходя из уравнений типа Моно - Герберта с учетом аэрации и автолиза. Кроме того, было учтено, что при регенерации происходит частичное разрушение хлопьев ила и образование дисперсных бактерий. Образование дисперсных бактерий в 1-й фазе является существенным отличительным моментом предложенной нами модели, так как такие микроорганизмы окисляют органическое вещество более интенсивно, чем хлопья. Было показано, что модели, предназначенные для описания явлений в идеальных аэротенках и обобщенные для реальных аэротенков, приводят к неудовлетворительным результатам.
Поэтому исходя из идей, изложенных в [3], нами предложена математическая модель в виде системы четырех уравнений, которая и использована для описания явлений во всех трех фазах. При этом для каждой фазы система решалась отдельно, а фаза 2 с учетом распределенной подачи сточных вод разбивалась дополнительно на четыре подфазы. Нами исследовано влияние интенсивности подачи сточных вод с разными концентрациями загрязнений на качество очистки с учетом возможностей комбинирования открытия окон 1-4. На рис. 2 показаны зависимости изменения концентраций остаточных загрязнений на выходе из аэротенка от концентрации субстрата на входе в аэротенк и интенсивности подачи сточных вод. Из рис. 2 видно, что при концентрации загрязнений на входе в аэротенк a;v «од5 г/л и подаче через четыре окна концентрация загрязнений на выходе является наибольшей при любой интенсивности подачи сточных вод. При увеличении или уменьшении /.V;v эта концентрация уменьшается. Следовательно, при подаче сточных вод через четыре окна повысить степень очистки возможно уменьшением концентрации lет путем разбавления подаваемых стоков.
Рис.2 - Зависимость концентрации загрязнений от расхода сточных вод при подаче соответственно: а) через первое окно, б) через четыре окна
Увеличение ьдостигается подачей избыточного ила в первичный отстойник. Кроме того, на рис. 2 видно, что при подаче сточных вод через первое окно концентрация загрязнений на выходе из аэротенка при тех же начальных условиях приблизительно в 20 раз меньше.
Выполненные расчеты подтверждают существующее мнение, что конструкция «аэротенк - вытеснитель» является более предпочтительной по сравнению с конструкцией «аэротенк промежуточного типа». Проведенные исследования позволяют установить, какие из управляемых параметров аэротенка оказывают наибольшее влияние на качество очистки сточных вод. В результате можно сформулировать рекомендации, которые будут способствовать уменьшению риска возникновения чрезвычайных ситуаций, позволят улучшить состояние окружающей среды и защиты водоемов от загрязнений.
Список использованной литературы
1. Горносталь С.А., Созник А.П. Описание процессов, происходящих в системе аэротенк - вторичный отстойник, и их физическое моделирование. Наук. - техн. зб. Сер1я: Техн. науки та арх1тектура, вип.81. - Киев: Техшка, 2008. - С. 133 - 139.
2. Горносталь С.А., Петухова Е.А., Созник А.П. Моделирование процессов биологической очистки в идеальных и реальных аэротенках. Про-блеми надзв. ситуащй. 36. наук. пр. УЦЗУ. Вип.10,- Харюв: УЦЗУ, 2009. -С. 67 - 77.
3. Вольтерра В. Математическая теория борьбы за существование / В. Вольтерра. - М.: Наука, 1976. - 288 с.
