Диссертация (1141476), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Скоростьосаждения биомассы выражалась уравнением, учитывающим взаимноевлияние флокул активного ила в стесненных условиях. Анализ проводился79методом построенияседиментационныхкривыхдля различных дозактивного ила.Высота границы раздела фаз,мм12001,85610000,6553,54,8555.874800600400y = -78,3x + 1074,1R² = 0,9942y = -104,2x + 1050,8R² = 0,9862200005y = -71,9x + 1086,9 y = -52,6x + 1057R² = 0,9584R² = 0,9839101520Время, минy = -43,4x + 1046,4R² = 0,9837253035Рисунок 2.33 – Построение седиментационных кривых для пробы активногоила на подэтапе 2.1-1 для разных концентраций исследуемого активного илаПо наклону зоны осаждения седиментационных кривых былиполучены скорости осаждения флокул для различных доз активного ила,приведенные в таблице 2.16.Таблица 2.16 – Скорости осаждения флокул активного ила Vhs дляразных доз активного илаДоза ила, a, г/лVhs, м/ч0,6556,2521,8564,6983,54,3144,8553,1565,8742,604По данным значениям была получена экспоненциальная зависимостьскорости осаждения флокул от дозы ила, показанная на рисунке 2.34.807y = 6,8172e-0,158xR² = 0,96436Vhs, м/ч54321001234567Доза ила, xtss, г/лРисунок 2.34 – Построение седиментационных кривых для пробыактивного ила во время опыта на подэтапе 2.1-1 для разных концентрацийисследуемого активного илаТаким образом, для точки 1 подэтапа 2.1-1:Vhs = 6,8172e-0,158a(2.19)На каждом подэтапе исследовалось от трех до пяти точек, порезультатам анализа которых строилась обобщенная регрессионная модель.Для подэтапа 2.1-1 обобщенная скорость осаждения биомассы при разныхиловых индексах составила:Vhs = 7,1103e-0,166a(2.20)Аналогичным образом были получены зависимости для остальныхопытов первой линии.
Общая усредненная регрессионная модель для нееприобрела вид:Vhs(a) = 8,708∙e-0,412·a(2.21)Подэтап 2.1-4, характеризующийся самым высоким средним иловыминдексом по серии (192 – 197 мл/г), показал скорость осаждения биомассыравную:Vhs(a) = 6,541∙e-0,425·a,(2.22)что при сохранении примерно одинакового размера флоккул напротяжении всего эксперимента говорит о снижении их плотности ичрезмерном насыщении водой.81Параллельносбиофлокуляционныйтехнологическихопределениемпотенциалусловиях.скоростибиомассы,Результатыосажденияопределялсяработающейтестовдлявпервойданныхлиниипредставлены в таблице 2.17.Таблица 2.17 – Результаты DSS/FSS теста первой испытательной линииПодэтапDSS, мг/лFSS, мг/лESS, мг/л2.1-12,21,31,72.1-217,616,59,82.1-38,57,98,22.1-422,121,523,62.1-57,97,46,5По результатам видно, что в случаях с повышенным содержаниемвзвешенных веществ в надиловой жидкости имеются проблемы именнобиофлокуляционного характера.Хотя нитчатое вспухание оставалось в относительно умеренныхграницах с сохранением седиментационной способности биомассы, флокулыактивного ила были практически полностью лишены плотного аноксидногоцентра, необходимого для процесса одновременной нитрификации иденитрификации.
Таким образом, система сохранила способность каэробному окислению органических веществ и аммонийного азота, ноэффективность этих процессов лимитировалась низким содержаниемрастворенного кислорода, денитрификация при этом была ингибирована.Эффективность удаления общего азота на первой линии составила в среднем32 % (минимальное значение TNex равнялось 18,4 мг/л при TNen = 37,8 иLen = 95 мгО2/л).После статистической обработки выборки результатов экспериментабыли построены зависимости Лайнувера–Берка для скоростей окисленияаммонийного азота и аэробного окисления органических веществ (рисунок822.35).
В расчет не были приняты пиковые точки нитчатого вспухания ила,нарушающие достоверность линейной аппроксимации. Для каждого опытабыли определены собственные значения констант Михаэлиса–Ментен имаксимальных скоростей реакций, что позволило оценить кинетикупроцессов при конкретных уровнях факторов.0,42.1-1 - HRT 6,5; DO 0,35; R 0,30,350,31/ρ2.1-2 - HRT 6,5; DO 0,75; R 0,3y = 0,4611x + 0,20592.1-3 - HRT 7; DO 0,5; R 0,22.1-4 - HRT 7,5; DO 0,35; R 0,070,252.1-5 - HRT 7,5; DO 0,75; R 0,20,2Нестабильный процесс при вспуханииy = 0,1307x + 0,08640,15y = 0,0601x + 0,06530,1y = 0,0649x + 0,06060,05y = 0,1798x + 0,03390-0,6-0,4-0,2-0,0500,20,40,60,811/LexРисунок 2.35 – График Лайнувера-Берка для скорости окисленияорганических веществ по на подэтапе 2.1На основании расчетов, выполненных по графику Лайнувера-Берка,видно,чтонаибольшеезначениемаксимальнойскоростиреакцииVo = 29,5 мг/(г∙ч) было отмечено в начале эксперимента (на подэтапе 2.1–1) вусловияхадаптациибиоинокулянтакповышенномусодержаниюлегкоокисляемых органических веществ (по БПК5) в субстрате при константеМихаэлиса–Ментен KMo = 5,3.Уравнение реакции: =29,5∙5,3+(2.23)На подэтапе 2.1–4 максимальная скорость реакции значительноснизилась – до 4,86 мг/(г∙ч), а при увеличении концентрации растворенногокислорода на подэтапе 2.1–5 до 0,75 мг/л восстановилась до Vo = 16,5 мг/(г∙ч)при KMo = 1,07.
Уравнение реакции:83 =16,5∙(2.24)1,07+Соответствующееопределениекинетикиреакцииокисленияаммонийного азота показало максимальное значение Vн = 19,8 мг/(г∙ч) иKMн = 1,48 на подэтапе 2.1–5 при наибольшем значении растворенногокислорода на уровне 0,75 мг/л и наибольшей продолжительности аэрациииловой смеси. Уравнение реакции:н =19,8∙С−4(2.25)1,48+С−4Минимальное значение Vн = 3,15 мг/(г∙ч) и KMн = 5,61 отмечено приконцентрации растворенного кислорода ниже 0,35 мг/л в условияхпреобладания нитчатых форм микроорганизмов в активном иле. Уравнениереакции:н =3,15∙С−4(2.26)5,61+С−4В целом эффективность снижения концентрации аммонийного азота наподэтапе 2.1 составила 82% (при максимальном значении 98,9%), в условияхпониженной концентрации растворенного кислорода удалось добитьсяостаточного содержания N–NH4 = 0,54 мг/л.Вторая экспериментальная линия стенда (подэтапы 2.2-1, 2.2-2, 2.2-3,2.2-4) выводилась в рабочий режим и эксплуатировалась с учетомвзаимовлияния концентрации растворенного кислорода и нагрузки наактивный ил.
Нагрузка регулировалась изменением дозы ила в реакторе исоставом модельной жидкости. После первичной адаптации биоинокулянта книзкокислороднымкратковременнымусловиямвспуханиемнаиподэтапепоследующим2.2-1,выраженнойуплотнениемфлокул(аналогично первому этапу исследования), линия вышла в рабочий режим.Основным отличием работы второй линии от первой являетсяпостепенное снижение нагрузки вместе с концентрацией растворенногокислорода. Гидробиологический контроль биомассы так же, как и наподэтапе 2.1 показал развитие микроорганизмов Sphaerotilus natans, Nocardiaspp., а также нитчатые серобактерии тип 0914 и Thiothrix I, II.
Помимо этого,84были замечены пики вспухания в разных временных точках эксперимента,однакорегулированиенагрузкипозволилодержатьпроцессвудовлетворительном режиме (рисунок 2.36).Средняя скорость осаждения биомассы за весь подэтап 2.2 получиласьравной Vhs(a) = 12,559∙e-0,409·a при максимальном результате V0 = 17,541 м/ч.Гидравлический режим работы модели циркуляционного сооружения свыраженным горизонтально направленным потоком обеспечил крупнуюструктуру флокул ила с плотным аноксидным центром и водонасыщеннымикраями,чтосоответствуетосновополагающимтребованиямдляэффективного процесса одновременной нитрификации и денитрификации.Надиловая вода во всех опытах была достаточно прозрачна, в одном изтестов DSS/FSS был получен результат 3,1/2,8 (таблица 2.18). При этомразмер отдельных флокул достигал 2,5 мм.210Иловый индекс, мл/г190170Подэтапы:1502.2-12.2-32.2-22.2-413011090705012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22День эксперимента (подэтапа)Рисунок 2.36 – Изменение илового индекса по времени эксперимента навторой линии (подэтап 2.2)85Таблица 2.18 – Результаты DSS/FSS теста на подэтапе 2.2ПодэтапDSS, мг/лFSS, мг/лESS, мг/л2.2-19,87,65,42.2-25,84,95,52.2-34,32,53,12.2-43,12,82,9Удельные скорости окисления органических веществ достигалидостаточно высоких значений для низкокислородного режима, что отчастисвязаносорганическойкомпозициейсубстрата.Приэтомчастьорганических веществ обеспечивала процессы денитрификации внутрифлокул активного ила.
Конструкция биореактора с высоким индексомвнутреннейрециркуляцииисключилаградиентноераспределениезагрязнений по объему и обеспечила равномерный доступ всей биомассы ксубстрату.Как видно из графика Лайнувера-Берка на рисунке 2.37, максимальнаяскоростьреакциисоставилаVO = 20,24мгБПК/(г∙ч)приконстантеМихаэлиса-Ментен KMo = 2,34 (подэтап 2.2-2). Примечательно, что данныйрезультат был получен при концентрации растворенного кислорода вреакторенауровне0,5мг/л,чтоявляетсяцелевымпоказателем.Соответствующая скорость реакции: =20,24∙2,34+(2.27)86Рисунок 2.37 – Графики Лайнувера-Берка для скорости аэробногоокисления органических веществ на подэтапе 2.2Наибольшее значение максимальной скорости окисления аммонийногоазота было достигнуто на подэтапе 2.2-4, оно составило Vн = 33,3 мгN/(г∙ч)при константе Михаэлиса-Ментен KMн = 4,13.
Уравнение реакции:н =При33,3∙С−44,13+С−4пониженных(2.28)концентрацияхрастворенногокислородамаксимальная скорость окисления аммонийного азота находилась на уровнеVн = 4,72 мгN/(г∙ч) при константе Михаэлиса-Ментен KMн = 0,08 (подэтап2.2-3).Уравнение реакции:н =4,72∙С−40,08+С−4(2.29)Поскольку на второй экспериментальной линии получилось достичьтребуемой структуры флокул активного ила, на протяжении экспериментанаблюдался процесс денитрификации различной степени эффективности.Наименьшее значение азота нитратов в очищенной сточной воде составилоN-NO3 = 8,4 мг/л при концентрации общего азота в поступающей сточнойводе на уровне 78,5 мг/л и БПК5 75 мг/л.87В каждом из опытов были выполнены тесты определения скоростиокисления аммонийного азота и снижения концентрации нитритов инитратов ex situ.
Результаты тестов для второй линии приведены в таблице2.19. Графики с результатами тестов на подэтапе 2.2-1 представлены нарисунке 2.38.4035Аммонийный азот - 1 тестАзот нитритов - 1 тестАзот нитратов - 1 тестАммонийный азот - 2 тестАзот нитритов - 2 тестАзот нитратов - 2 тестАммонийный азот - 3 тестАзот нитритов - 3 тестАзот нитратов - 3 тестN-NH4, N-NO2, N-NO3 (мгN/л)30y = 8,8183x + 1,1644R² = 0,9856y = -8,1466x + 32,91R² = 0,974825y = -8,9212x + 30,74R² = 0,983420y = 8,1043x + 0,8929R² = 0,9872y = -7,0791x + 27,119R² = 0,98y = 6,8886x + 1,3356R² = 0,978915105000,511,5-522,533,544,5Время, чРисунок 2.38 – Определение максимальной скорости окисления аммонийногоазота ex situ для опыта 2-1Таблица 2.19 – Результаты тестов на определение скорости окисленияаммонийного азота и скорости образования нитратов ex situСкорость окисления аммонийногоСкорость образования нитратов,азота, rNH4, мгN/л ∙ чrNО3, мгN/л ∙ ч18,928,8228,158,1037,086,89Среднее значение8,057,94110,1110,0529,899,75Номер тестаПодэтап 2.2-1Подээтап 2.2-288Среднее значение109,915,665,5126,185,9936,236,07Среднее значение6,025,86112,2112,1028,177,8839,018,89Среднее значение9,809,62Подэтап 2.2-3Подэтап 2.2-4По результатам тестов видно, что наибольшие значения скоростиокисленияаммонийногоазотаexsituсоответствуютусловиямсконцентрацией растворенного кислорода DO = 0,5 мг/л и пониженныминагрузками по органическим веществам.Соотношение концентрации азота в очищенной сточной воде иконцентрации растворенного кислорода показано на рисунке 2.39.Общий азот в очищенной сточной водеАзот нитратов в очищенной сточной воде60TN, NO3, мг/л504030201000,30,40,50,60,70,80,9Растворенный кислород (DO), мг/лРисунок 2.39 – Концентрация азота нитратов/общего азота в очищеннойсточной воде в зависимости от концентрации растворенного кислорода вбиореакторе (для второй линии)89Так же, как и на предыдущих этапах, для оперативной оценки качестваактивного выполнялся регулярный контроль видового состава активного илапо индикаторным микроорганизмам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
