Теоретическая часть С каждым годом становится актуальнее проблема очистки промышленных стоков и подготовки воды для технических и хозяйственнопитьевых целей. Количество и состав примесей постоянно меняется, так как появляются новые производства и изменяются существующие технологии. Тем самым усложняется очистка сточных вод, что негативно сказывается на окружающей среде. Очистные сооружения предназначены для нейтрализации и очистки сточных вод. Работа очистных сооружений сильно сказывается на окружающей среде, поэтому они должны быть исправны и справляться с поставленными задачами. Экологические проблемы постоянно обостряются, и вместе с тем, ужесточаются требования к качеству воды. Удовлетворить эти требования возможно, применяя адекватные математические модели для управления процессом очистки промышленных и хозяйственно-бытовых стоков Очистные сооружения включают в себя пруды-накопители сточных вод, аэротенкивытеснители, камеры смешения сточных вод, радиальные отстойники, пруды отстоя очищенных сточных вод. На сегодняшний день во всем мире биологическая очистка является основным методом удаления из сточных вод большей части органических и бактериальных загрязнений. На основе биологического метода разработаны сотни разнообразных устройств и сооружений, в которых этот метод используется как отдельно, так и вкупе с механическими или физикохимическими способами очистки. Сточные воды, прошедшие механическую и физико-химическую очистку, содержат еще достаточно большое количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений и не могут быть выпущены в водоем без дальнейшей очистки. Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления – H2O, CO2, NO3-, SO4- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении. процессами обмена веществ являются питание и дыхание. В процессе биологической очистки сточных вод формируются биоценозы микроорганизмов (активный ил), состав которых зависит от характера примесей сточных вод и условий проведения процесса. Активный ил по внешнему виду представляет собой мелкие хлопья от светло- до темно- коричневого цвета, которые состоят из большого числа многослойно расположенных или флоккулированных бактерий. Поверхность бактерий, образующих хлопья активного ила, достигает 100 м2 на 1 г сухогоила. Размер хлопьев АИ обычно составляет 0,1–0,5 мм. Сухое вещество активного ила содержит 70–90 % органических и 30–10 % минеральных веществ. Активный ил представляет собой сложный комплекс микроорганизмов разных систематических групп: бактерий, простейших, грибов. Самая многочисленная группа микроорганизмов в активном иле (50–80) % - бактерии, относящиеся к семейству Pseudomonadaceae, в том числе виды, окисляющие нитриты (Nitrosomonas sp.), восстановленные соединения серы (Sulfomonas sp.). Из представителей других семейств микроорганизмы рода Mycobacterium (5–15) % способны окислять различные углеводороды, микроорганизмы рода Bacterium (до 30 видов) - нефть, парафины, нафтены, фенолы, альдегиды, жирные кислоты. В активном иле имеются аммонифицирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие и другие бактерии . Принципы очистки сточных вод в аэротенках Очистка сточных вод в аэротенках происходит с помощью активного ила – биоценоза организмов, развивающихся в аэробных условиях на органических загрязнениях, содержащихся в сточной воде. Механизм изъятия органических веществ из сточной воды и их потребление микроорганизмами схематично может быть представлен тремя этапами: 1 этап – массопередача органического вещества из жидкости к поверхности клетки. Скорость протекания этого процесса определяется законами молекулярной и конвективной диффузии веществ и зависит от гидродинамических условий в аэротенке. Оптимальные условия для подведения загрязнений и кислорода создаются посредством эффективного и постоянного перемешивания содержимого аэротенка. Первый этап протекает быстрее последующего процесса биохимического окисления загрязнений. 2 этап – диффузия через полупроницаемые мембраны в клетке или самого вещества или продуктов распада этого вещества. Большая часть вещества попадает внутрь клеток при помощи специфического белка-переносчика, который образует комплекс, диффундирующий через мембрану. Затем комплекс распадается и белок-переносчик возвращается в новый цикл переноса. 3 этап – метаболизм органического вещества с выделением энергии и образованием нового клеточного вещества. Превращение органических соединений носит ферментативный характер. Конечными продуктами распада являются такие вещества, как нитраты, сульфаты, двуокись углерода, вода. Определяющими процессами для технологического оформления очистки воды являются скорости изъятия загрязнений и скорость разложения этих загрязнений. Расчётная часть 3.1 Технологическая схема очистки 3.2 Материальный баланс Таблица 1 – Количество загрязняющих веществ на входе/выходе в аэротенк Наименование веществ Взвешенные вещества Нитрат Нитрит Азот аммонийный Хлорид СПАВ Железо Итого: Количество ЗВ в составе сточных вод на входе в аэротенк, кг/ч 4,246 0,165 0,008 0,153 0,995 0,007 0,060 5,706 Количество ЗВ в составе сточных вод на выходе из аэротенка, кг/ч 1,295 0,012 0,001 0,134 0,845 0,002 0,045 2,274 Cначала проведем расчет материального баланса аэротенка. Количество сточной жидкости на входе в аэротенк равно: Q2ст.ж=23 933 кг/ч Количество циркулирующего ила, подаваемого в аэротенки, определим по формуле 1: Qи.ц. = Qст.в. ∙ Ri (1) Qи.ц. = 23 933 ∙ 0,39 = 9 333,9 кг/ч Количество активного ила по сухому остатку найдем по формуле 2: 𝑎i Qи.сух. = Qи.ц. ∙ (2) 1000 где ai – доза ила в аэротенке, технологическим регламентом [] принята 3,5 г/дм3, что соответствует 3,5 кг/м3. Источник из технологич расчёта 𝑄и.сух = 9 333,9 ∗ 3,5 = 32,67 кг/ч 1000 Определим в данной смеси количество воды, поступающей в аэротенк, по формуле 3: Qвод.ц. = Qи.ц. − Qи.сух. (3) Qвод.ц. = 9 333,9 − 32,67 =9 301,23кг/ч Определим прирост активного ила по формуле 4: Pi = ∑ Ciвx − ∑ Ciвыx (4) где ∑ Cвx – суммарное содержание загрязняющих веществ на входе в аэротенк, кг/ч; 𝑖 ∑ Cвыx𝑖 – суммарное содержание загрязняющих веществ на выходе из аэротенка, кг/ч. Используя формулу 4 и данные таблицы 1, определим величину прироста активного ила: P𝑖 = 5,706 − 2,274 = 2,274 кг/ч На основании проведённых расчётов составим метериальный баланс аэротенка, выражающий закон сохранения массы вещества при выполнении технологического процесса очистки сточных вод Таблица 2 - Качество сточных вод после БОС ОАО «Тольяттиазот» № 1 Приход Сточная вода Кг/ч 23 933 % 71,92919 № 1 1.1 Вода с 9 301,23 циркулирующим илом 1.2 Взвешенные 4,246 вещества 1.3 Нитраты 0,165 27,95429 Кг/ч 23 933 % 71,92919 9 301,23 27,95429 1,295 0,003892 0,000496 1.1 Вода с циркулирующи м илом 1.2 Взвешенные вещества 1.3 Нитраты 0,012 3,61*10-5 1.4 Нитриты 0,008 2,4*10-5 1.4 Нитриты 0,001 3,01*10-6 1.5 Азот аммонийный 1.6 Хлориды 0,153 0,00046 0,104 0,000313 0,995 0,00299 1.5 Азот аммонийный 1.6 Хлориды 0,845 0,00254 1.7 СПАВ 0,007 2,1*10-5 1.7 СПАВ 0,002 6,01*10-6 1.8 Железо 0,060 0,00018 1.8 Железо 0,045 1,35*10-4 1.9 Активный ил 32,67 0,098188 1.9 Активный ил 32,67 0,098188 2,274 0,006834 100 1.10 Прирост активного ила Итого: 33 273 100 Итого: 33 273 0,012761 Расход Сточная вода 1.1.1 Расчет материального баланса вторичного отстойника Количество иловой смеси, поступающей во вторичный отстойник, рассчитывается по формуле 5: QЗил = Q2cт. + ∑ Ciвыx. + Gа.и. + Pi (5) 𝑄4ил = 23 933 + 1,295 + 32,67 + 2,274 = 23 969,24 кг/ч Определим количество осаждаемых веществ по формуле 6: C5в.в = C4в.в · Эв.o (6) где Св.в – концентрация взвешенных веществ на входе во вторичный отстойник, кг/ч; Эв.о - эффективность осветления (принимается равной 38%). C5в.в = 1,295· 0,38 = 0,4921 кг/ч Осадок вторичных отстойников по сухому веществу определяется по формуле 7: Goc.cyx = C5в.в + P𝑖 (7) 𝐺oc.cyx = 0,4921 + 2,274 = 4,7661 кг/ч Количество осадка определяется по формуле 8: Goc. = Goc.cyx · 100/(100 − ω) (8) где ɷ - влажность осадка, % (принимается равной 98%). 𝐺ос = 4,7661 ∗ 100 = 238,305 кг/ч 100 − 98 Содержание воды в осадке вторичного отстойника определяется по формуле 9: Gв.oc.в = Goc. · ω (9) 𝐺в.oc.в = 238,305 · 0,98 = 233,54 кг/ч Количество сточной жидкости на выходе из вторичного отстойника рассчитывается по формуле 10: Gcт.выx = QЗил. − Goc. (10) 𝐺cт.выx = 23 933 − 233,54 = 23666,8 кг/ч Со стоками выносятся взвешенные вещества, количество которых рассчитывается по формуле 11: C6в.в = C4в.в − C5в.в (11) C6в.в = 7,238 − 2,750 = 4,488 кг/ч На основании проведенных расчетов составим материальный баланс вторичного отстойника. Параметры материального баланса вторичного отстойника приведены в таблице 3. Таблица 3– Материальный баланс вторичного отстойника № 1.1 Приход Вода кг/ч 23 933 99,84881 1.1 Расход Вода кг/ч 23 699,7 98,87548 1.2 1,295 0,005403 1.2 1.3 Взвешенные вещества Нитраты 0,855 0,003567 5,01*10-5 1.3 Взвешенные вещества Нитраты 0,012 0,012 5,01*10-5 1.4 Нитриты 0,001 4,17*10-6 1.4 Нитриты 0,001 4,17*10-6 1.5 0,134 0,000559 1.5 0,000559 0,845 0,003525 1.6 Азот аммонийный Хлориды 0,134 1.6 Азот аммонийный Хлориды 0,845 0,003525 1.7 СПАВ 0,002 8,34*10-6 1.7 СПАВ 0,002 8,34*10-6 1.9 Железо 0,015 0,000188 1.9 Железо 0,015 0,000188 1.10 Ил 32,67 0,1363 1.10 Ил 32,67 0,1363 1.11 Прирост ила 2,274 0,009487 1.11 Избыток ила 233,34 0,973498 23 969,24 100 % Итого: 23 969,24 100 Общий материальный баланс № Итого: процесса % очистки представлен в таблице 4. Таблица 4 – Общий материальный баланс Приход Сточная вода очистку Итого на кг/ч 23 933 23 933 % 100 Расход Очищенная вода кг/ч 23 699,7 % 99,03 100 Шлам Итого 233,34 23 933,1 0,97 100 3.2 Технологический расчет основного аппарата (аэротенка) Для определения периода аэрации для аэротенков, сначала рассчитаем удельную скорость окисления ρ по формуле 12: (12) где ρmax – максимальная скорость окисления, принимается по СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38], равной 85 мг/(гꞏ ч); Lex – БПКполн очищенной воды равно 9,5 мг/дм3; C0 – концентрация растворенного кислорода в аэротенке равна 2 мг O2/дм3; Ki – константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ, по СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38] принимается равной 33 мг БПКполн /дм3; 38 Источник СП 32.13330.2018. Канализация. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.03-85. введ 01.01.1986. М. Стандартинформ. 2019. 76 с. K0 – константа, характеризующая влияние кислорода, принимается по СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38] равной 0,625 мг O2/дм3; φ – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, по СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38] равен 0,07 дм3/г; ai – доза ила в аэротенке, определяется технико-экономическим расчетом с учетом работы вторичного отстойника, технологическим регламентом [42] принята от 2,5 до 3,5 г/дм3, для расчета принимаем равной 3,5 г/дм3. 42 источник Технологический регламент Станция биологической очистки сточных вод СБОСВ-200 КС «Пуртазовская». 2004. 56 с. 𝜌 = 85 ∗ Период 9,5 ∗ 2 1 ∗ = 14,26 мг/(г ∙ ч) 9,5 ∗ 2 + 33 ∗ 2 + 9,5 ∗ 0,625 1 + 0,07 ∗ 3,5 аэрации для аэротенков определяем по формуле 13: (13) где Len – БПКполн воды, поступающей в аэротенк данным равно 87 мг/дм3; s – зольность ила, принимается по СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38] равной 0,3. 𝑡𝑎𝑡𝑚 = 87 − 9,5 = 2,22 часа 3,5 ∗ (1 − 0,3) ∗ 14,26 Согласно СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38], продолжительность аэрации не должна быть менее 2 ч. Рассчитанное значение периода аэрации соответствует нормативному. Значение нагрузки по БПКполн необходимо для определения илового индекса СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38], она рассчитывается по формуле 14: (14) 24 ∗ (63 − 9,5) = 238,2 мг/(г ∙ сут) 3,5 ∗ (1 − 0,3) ∗ 2,22 Рассчитанное значение нагрузки по БПКполн соответствует оптимальной 𝑞𝑖 = нагрузке (от 200 до 250 мг/(гꞏ сут)), данная нагрузка на активный ил обеспечивает устойчивость работы аэротенков [25]. ИСТОЧНИК 25"Очистка сточных вод. Методика определения основных технологических водоснабжения обработки и параметров водоотведения, осадка сооружений очистки сточных «ООО систем вод и «ТК Группа»URL:https://docs.cntd.ru/document/1200118114?ysclid=lam9j lkoy6852653274&section =status Степень рециркуляции активного ила рассчитывается по формуле (15): (15) Ji – иловый индекс, определяется согласно Таблицы 41 СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38] и составляет 80,5 см3/г. 𝑅𝑖 = 3,5 ∗ 100 = 39,2% 1000 − 3,5 80,5 Концентрация кислорода воздуха на глубина погружения аэратора, равной 2,9, согласно данным технологического регламента [42], составляет 9,03 мг/дм3. 42 Технологический регламент Станция биологической очистки сточных вод СБОСВ-200 КС «Пуртазовская». 2004. 56 с. Удельный расход воздуха очищаемой воды рассчитаем по формуле 16: (16) 1,1 ∗ (63 − 9,5) 𝑞𝑎𝑖𝑟 = = 12,85 м3 /м3 0,75 ∗ 1,621 ∗ 1,1 ∗ 0,85 ∗ (9,03 − 5) где q0 – удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПКполн, согласно СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38] принимается 1,1; K1 – коэффициент, учитывающий тип аэратора, принимаемый для среднепузырчатой аэрации равным 0,75 (согласно СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38]); K2 – коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов hа, рассчитывается методом линейной интерполяции по СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38], равен 1,621; K3 – коэффициент качества воды, для сточных вод, приближенных кгородским, согласно СП 32.13330.2018 СНиП 2.04.03-85 [38] принимается 0,85; KT – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, при 25 °С равен 1,1. Определяем среднюю интенсивность аэрации по формуле (17): (17) 𝐽𝑎 = 12,85 ∗ 2,45 = 14,78 м3 / (м2 ∙ ч) 2,13 Интенсивность аэрации, согласно данным технологического регламента [42], должна составлять не менее 10 м3/(м2·ч). 3.3 Механический расчет основного аппарата Рассчитаем необходимый объём аэротенка по формуле 18: 𝑉 = 𝑄∗𝜏 (18) 𝑉 = 33,273 ∗ 2,13 = 70,871 м3 Рабочую глубину примем как 2,8 метра. Определим площадь зеркала воды в аэротенке по формуле 19: (18) 𝑉 𝑆= 𝐻 𝑆= (19) 70,871 = 22,147 м2 3,2 Рассчитаем длину аэротенка по формуле 20: 𝐿 = 1,5√𝑆 (20) 𝐿 = 1,5√22,147 = 7,06 ≈ 6 м Полученное значение L округляем до ближайшего значения, равного шагу длины коридора (6 м) Общую ширину аэротенка определим по формуле 21: 𝑆 𝐵= 𝐿 𝐵= 22,147 = 3,691 ≈ 4 м 6 Число коридоров примем, равное 2-м. (21) 1 - канал осветленной воды; 2 - канал вторичных отстойников; 3 распределительный лоток; 4 - выпуски воды; 5 - фильтросные каналы; 6 - подача активного ила; 7 - воздухопровод; I, II, III - коридоры Заключение Биологическая очистка является эффективным способом для очистки сточных вод от органических загрязнений, биогенных элементов и некоторых неорганических примесей, а также является экологически безопасной. В настоящее время предлагается множество методов биологической очистки, позволяющие достичь высокой степени очистки. Но при всём разнообразии, важную роль играет создание благоприятных условий для протекания процесса биологической очистки. Эффективное функционирование активного ила, прежде всего, зависит от качества и количество сточных вод, типа сооружения, баланса питательных веществ, интенсивности аэрации. Несоблюдение технологического режима в первую очередь приводят к ухудшению седиментационных свойств активного ила и, как следствие, к ухудшению качества очистки Список использованных источников 1.
