Диссертация (1141476), страница 15
Текст из файла (страница 15)
При отсутствии нитчатоговспухания в биореакторах удавалось достичь средних размеров флокул более200 мкм. Активный ил с флокулами более 200 мкм соответствуетмаксимальному денитрификационному потенциалу биомассы, как с точкизрения микробного состава (согласно ПЦР анализу), так и с точки зрения exsitu тестов и длительных экспериментов. При этом эффективность и скоростьнитрификации увеличивается при уменьшении размеров флокул активногоила до уровня 50 мкм. Всё это подтверждает физическую природуодновременной нитрификации и денитрификации, для осуществлениякоторой необходимы аноксидные микрозоны в центре крупных флокул.Естественным путем интенсификации этого процесса представляетсядальнейшееувеличениеразмеровфлокулзагидравлических и аэрационных режимов сооружений.счетрегулирования109Таблица 3.4 – Усредненные результаты гранулометрического анализаЭтапКонцентрациярастворенногокислорода, мг/лУсредненные размерыфлокул поэквивалентномудиаметру, мкмСкоростьнитрификации(макс.
ex situ),,мгN/г∙чСкоростьденитрификации(макс. ex situ),мгN/г∙ч1.2-30,3552,215,161.2-40,51997,569,802.1-30,5914,116,532.1-40,35783,525,662.2-20,51127,3610,152.2-40,52668,619,2530,53107,499,31Результаты гидробиологического анализа с учетом индикаторныхмикроорганизмов приведены в таблице 3.5.Таблица 3.5 – Гидробиологический анализ активного ила по этапу 3ЭтапХарактеристика активного ила— Активный ил на реальной сточной воде имеет плотную структуру. Цвет темный.3Высокая зольность. Удовлетворительные седиментативные свойства.
Надиловая вода вцелом прозрачная (DSS = 6,6 мг/л), Иловый индекс SVI = 122 мл/г.— Нитчатые бактерии присутствуют в единичных экземплярах (Sphaerotilus natans, Тип1851).— Аспидиски Aspidisca costata и Aspidisca sulcata — 7 из 9. Высокое количествоорганизмов говорит о благоприятных условиях для развития, подвижность высокая.— Инфузории отряда Peritricha — 6 из 9. Умеренное количество. Реснички подвижны.— Коловратки — 6 из 9. Умеренное количество, активны.— Инфузории Litonotus lamella — не обнаружены.— Обнаружены круглые черви (Nematoda).Вывод: состав активного ила соответствует составу, характерному для действующихочистных сооружений.
Снижение концентрации растворенного кислорода не привело книтчатому вспуханию, однако снизило активность индикаторных микроорганизмов.Вцеломгидробиологическийанализактивногоилапродемонстрировал, что индикаторные микроорганизмы способны былипроявлять активность в нехарактерных для них условиях (в условияхпониженной концентрации растворенного кислорода), предположительно изза повышенного массопереноса кислорода во флокулы ила и бактериальные110внеклеточные полимеры из воды из-за повышенных скоростей потока иадаптации внешних слове флокул ила (на рисунках 3.21-3.23. представленыактивные нехарактерные микроорганизмы для низкокислородных условий).Рисунок 3.21 – Микрофотографии, полученные в ходе гидробиологическогоанализа активного ила111Рисунок 3.22 – Микрофотографии, полученные в ходе гидробиологическогоанализа активного ила112Рисунок 3.23 – Микрофотографии, полученные в ходе гидробиологическогоанализа активного ила113Выводы по Главе 31.
Результаты эксперимента в полупроизводственных условиях подтвердиливозникновение процесса одновременной нитрификации и денитрификациипри высоких скоростях потока и низких концентрациях растворенногокислорода воздуха.2. Установлено распределение размера флокул в иловой смеси приразличных технологических режимах. При меньших размерах флокулэффективностьискоростьденитрификациибыланиже,приэтомэффективность нитрификации наоборот повышалась. Наиболее эффективноеудаление общего азота было отмечено при величинах флокул выше 200 мкм,приболеенизкихзначенияхэффективнейпроисходилипроцессынитрификации вследствие отсутствия диффузионных ограничений внутрифлокул.3.Произведенаоценкавидовогосоставаисостоянияосновныхиндикаторных микроорганизмов активного ила для разных технологическихрежимов работы аэрационного сооружения циркуляционного типа —воздействие негативных факторов (низкого содержания растворенногокислорода в среде биореактора) смягчалось повышенным коэффициентоммассопереноса кислорода.4.
Методами количественного ПЦР-анализа в реальном времени былооценено количество копий рибосомальных генов бактерий на различныхэтапах эксперимента, а также количество копий функциональных генов,связанных с процессами азотного цикла (двух стадий нитрификации иденитрификации). Кроме того, отдельные ПЦР-анализы выполнены дляотдельных флокул активного ила и получено подтверждение наличия геновобеих функциональных групп в этих флокулах.114ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИОДНОВРЕМЕННОЙ НИТРИФИКАЦИИ И ДЕНИТРИФИКАЦИИ ВАЭРАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЯХ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ТИПА4.1.
Разработка рекомендаций для расчета аэрационных сооруженийциркуляционного типа, работающих с одновременной нитрификацией иденитрификациейПо результатам проведенных исследований предлагается методика дляпроектированияиподбораоборудованияаэрационныхсооруженийциркуляционного типа, работающих в режиме одновременной нитрификациии денитрификации в низких кислородных условиях, уточняющая положениядействующих нормативных и рекомендательных документов.Функциональная блок-схема предлагаемой методики приведена нарисунке 4.1.
Методика предполагает уточнение геометрических размеровбиореактора (общая длина коридоров) и вторичных отстойников (глубина).Рисунок 4.1 – Схема расчета аэрационного сооружения циркуляционноготипаСкоростьпотокаиловойсмесиваэрационномсооружениициркуляционного типа является основополагающим элементом всей системыкак с точки зрения поддержания активного ила во взвешенном состоянии вусловиях пониженной интенсивности аэрации, так и с точки зрения115повышения массопереноса кислорода воздуха из воды в вещество активногоила и обеспечения процессов окисления аммонийного азота и окисленияорганических веществ. Учитывая пониженную интенсивность аэрации, наоснове экспериментальных результатов настоящего исследования и опытаэксплуатации циркуляционных сооружений, рекомендуемая скорость потокадолжна находиться на уровне 0,3 м/с [93; 70; 4; 97].
Для обеспечениязаданнойскоростинеобходимсоответствующийподбормешалок-образователей потока. Подбор оборудования в каждом конкретном случаепроизводитсяиндивидуальнопрограммногообеспеченияприпомощипроизводителя,сертифицированногоучитывающегоследующиенемаловажные факторы: геометрические параметры сооружения, дозуактивного ила, параметры поступающих сточных вод, мощность и размерыоборудования.Вобщемслучаевозможнакорреляциясреднейгоризонтальной скорости течения (u) и производительности мешалки приизвестных характеристиках канала [119]:u=4NQpπ∙N∙D∙11+√α(4.1)N — скорость вращения (сек-1);D — диаметр лопастей мешалки (м);NQp — показатель расхода конкретного рабочего колеса, определяетсяпо формуле:NQp =Qp(4.2)ND3где Qp — производительность мешалки (м3/сек), указанная в паспорте;α — величина, характеризующая канал:fα = P ∙ lэкв ∙2AEnAc Ap(4.3)P — смоченный периметр (м);lэкв — общая эквивалентная длина окислительного канала:lэкв = Lэкв + LL — усредненная длина окислительного канала (м);(4.4)116Lэкв — эквивалентная длина окислительного канала:Lэкв =ξ4fг(4.5)ξ — коэффициент потерь;Dг — гидравлический диаметр (м):Dг =4(4.6)A — площадь поперечного сечения потока жидкости в канале;f — коэффициент трения Феннинга, для окислительного каналаопределяется по формуле Черчилля:1√f70.9= −4log �0.27ε��� + � � �Re(4.7)��� — удельная шероховатость:ε��� =εεDг(4.8)ε — эквивалентная абсолютная шероховатость, для каналов изжелезобетона = 0,05 ммRe — число Рейнольдса (Re > 4000):Re =гА=4(4.9)Q — объемный расход циркулирующей иловой смеси черезсечение (м3/с);ν — кинематическая вязкость иловой смеси (м2/с);ν=aρμ∙�1+2 ∙100∙�ρ2a1+ ∙100ρ��a1− ∙100ρ(4.10)μ — динамическая вязкость воды (Па∙с);a — доза активного ила (г/м3);ρ — плотность сухого вещества активного ила, кг/м3AP—площадьпоперечногосечениясоответствующая площади лопастей мешалки (м2);потокажидкости,117AE — площадь поперечного сечения потока жидкости, расположеннойнад верхней отметкой расположения лопастей мешалки:AE = (h – 0,5∙D) ∙ b(4.11)h — глубина расположения мешалки по горизонтальной оси (м);b — ширина канала (м)Ac — общая площадь течения жидкости без учета придонных потоков:Ac = AE + n∙AP(4.12)n — количество мешалок.В аэрационных сооружениях циркуляционного типа, работающих попринципу одновременной нитрификации и денитрификации необходимопредусматривать пневматическую систему аэрации с мелкопузырчатымиаэраторами для равномерного распределения концентрации растворенногокислорода по всему объему сооружения.
Удельный расход воздухарассчитываетсяисходяизнеобходимостиподдержаниясреднейконцентрации растворенного кислорода в сооружении на уровне 0,5 мг/л.В общем случае концентрация растворенного кислорода в воде можетбыть определена по формуле [102]:dCdt∗= k L a ∙ (C∞− C)(4.13)k L a — объемный коэффициент массопереноса кислорода (ч-1);∗C∞— концентрация кислорода в граничном слое, равная максимальнойконцентрации насыщения (мг/л);С — концентрация кислорода в жидкости (мг/л).Объемныйкоэффициентмассопереносакислородаопределяетсяэмпирически для конкретных условий. Отношение k L ч.в. , определенного вчистой воде в вертикальной аэрационной колонне к рабочему ст.ввыражается через α–фактор.α–фактор = ст.в ч.в(4.14)118Установлено, что скорость потока иловой смеси в аэрационномсооружении циркуляционного типа, равная 0,3 м/с, повышает α-фактор на14% [73; 61; 54].Таким образом, при расчете удельного расхода воздуха по известнойформуле [35] рекомендуется добавить поправочный коэффициент Kск,соответствующий изменению α-фактора при различных скоростях: = ( − )(4.15)1 ∙2 ∙ ∙з ∙ск(C′о −С)qo — удельный расход воздуха (мг/мгБПК);Len — Значение БПКполн, поступающей в биореактор сточнойводы (мгО2/л);Lex — Значение БПКполн, очищенной сточной воды (мгО2/л);K1 — коэффициент, учитывающий тип аэратора;К2 — коэффициент, учитывающий глубину погружения аэраторов;КT — коэффициент, учитывающий температуру сточных вод;Кз — коэффициент, учитывающий качество воды;Кск — коэффициент, учитывающий скорость потока иловой смесив биореакторе, при скорости потока 0,3 м/с = 1,14.На основании исследований [73; 61; 54] предлагается использоватьэмпирические зависимости для определения значения коэффициента Кск(таблица 4.1).Значениядляопределяютсяинтерполяцией.промежуточныхСкоростипотокавеличинсвышескоростей0,45м/стехнологически и экономически не обоснованы.Таблица 4.1 – Значения коэффициента Кск в зависимости от скоростипотокаu, м/сКск010,241,120,321,150,441,38119Для выполнения условий, при которых возможна одновременнаянитрификация и денитрификация в биореакторе, необходимо поддержаниеконцентрации растворенного кислорода в иловой смеси на уровне 0,5 мг/л.Высокая степень внутренней рециркуляции нивелирует эффект повышеннойнагрузки в начальных зонах реактора, поэтому необходимостью повышениярасхода воздуха в данных зонах можно пренебречь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
