Диссертация (1141476), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Однако, вбольшинстве случаев данный коэффициент находится в диапазоне 3,5 —4,0 гБПК/гN,чтопрепятствуетэффективнойреализациипроцессаденитрификации. Использование дополнительных источников углеродногопитания во многих случаях не применяется в силу экономических причин. Витогеочисткабиохимическогосточныхокисленияводотазотааммонийногоостанавливаетсяазотадоазотанаэтапенитратовавтотрофными бактериями, концентрации общего азота практически неснижаются, и риск эвтрофикации водоемов из-за избыточного поступленияазота не исчезает.Исходя из вышесказанного, представляется необходимым развиватьтехнологии очистки сточных вод, предусматривающие глубокое удалениебиогенных элементов и применимые при относительно низких капитальныхи эксплуатационных затратах в условиях низкоконцентрированных поорганическим веществам поступающих сточных вод.171.2. Биологическая очистка сточных вод в аэрационных сооруженияхциркуляционного типаАэрационные сооружения с замкнутой циркуляцией потока иловойсмеси являются одними из ранних моделей биореакторов для очисткисточных вод со свободно плавающим активным илом [90].
Первымиконструкциями подобного типа являются упоминаемые В. Ф. Ивановым«механические аэро-тэнки системы Haworth», разработанные и построенныев английском городе Шеффильде в 1921—1924 годах [19, 7]. Данныесооружения представляли собой систему из 18 узких «желобов» размерами1,2 на 1,2 метра, в каждом из которых были размещены водяные колеса слопатками, соединенные двумя параллельными валами электродвигателя.Общая длина коридора сооружения достигала 1000 м. Скорость потока всооружении достигала 0,5 м/с. Конструкция получила положительнуюоценку специалистов того времени и была воссоздана в различных городахВеликобритании на станциях разной производительности [19, 7]. Дальнейшееразвитие сооружения подобного типа получили в исследованиях иразработкахголландскогоинженера-исследователяАалеПэсфира,предложившего конструкцию своего циркуляционного окислительногоканала в 1953 году как упрощенного способа очистки малых расходовсточных вод при пониженных эксплуатационных затратах с использованиемновейших на тот момент щеточных механических аэраторов [106; 108; 109;110; 111].
Один из ранних реализованных проектов Пэсфира представлен нарисунке 1.1.18Рисунок 1.1 – Панорамный вид циркуляционного окислительного канала,разработанного и спроектированного Аале Пэсфиром. Биддингхёйзен,провинция Восточный Флеволанд, Нидерланды, 1957 годПри этом для работы данных сооружений изначально был предложенрежим продленной аэрации (с продолжительностью пребывания сточных водв биореакторе до 5 суток) при повышенном удельном содержаниирастворенного кислорода на единицу органических загрязнений (по БПК).Первичноеотстаиваниенепредусматривалось.Взвешеннаяфракцияорганических загрязнений, при таком режиме работы попадающая вциркуляционный окислительный канал без предварительного осветления,подвергалась длительной аэрации и стабилизировалась.Кроме того,продленная аэрация сточных вод, в том числе, являлась следствиемувеличенной вместительности сооружения биологической очистки, а значит,внемсоздаетсяопределённыйбуферныйобъем,позволяющийнейтрализовать залповые сбросы сточных вод и сильную суточнуюнеравномерность по расходам и концентрациям загрязняющих веществ.Циркуляционные окислительные каналы подобного типа интенсивносооружались во многихстранах, обладая ограничениямилишь потемпературам эксплуатации в зимнее время года.С появлением новых типов механических аэраторов окислительныеканалы стали появляться также и на крупных станциях очистки сточных вод19и вскоре стали широко распространенными сооружениями биологическойочистки [71].
Однако в последнюю декаду двадцатого века в большинствестран с развитой экономикой значительно ужесточились требования ккачеству очистки сточных вод от биогенных элементов, что сразу жепозволило выявить недостатки классической конструкции циркуляционныхокислительных каналов.Как известно, в большинстве технологических схем биологическогоудаления соединений азота предусмотрены последовательные процессынитрификации и денитрификации, осуществляемые соответствующимимикроорганизмами.Выходэнергииденитрифицирующимиприденитрификациигетеротрофнымифакультативнымимикроорганизмаминесколькоменьше, чем при окислении органических веществ в присутствии кислорода.Если в качестве органического субстрата взять глюкозу, то при окислении еёкислородом выделится 686 ккал/моль, а при денитрификации — 570ккал/моль.
Этой разницы достаточно, чтобы предотвратить денитрификациюв присутствии некоторого количества растворенного кислорода [38]. В связис этим осуществление процессов нитрификации и денитрификации в единомбиореакторе приводит к необходимости создания зон с различнымикислородными условиями. Эта технология успешно осуществляется ваэротенках-вытеснителях, однако в случае с сооружениями циркуляционноготипа в условиях замкнутого потока иловой смеси с высокой горизонтальнойскоростью возникают определенные трудности.В первую очередь, создание отдельных кислородных зон в подобныхсооружениях осложняется повышенной скоростью направленного потокажидкости.
До настоящего времени циркуляционные окислительные каналы исооружения подобного типа строились, в основном, с использованиемсистемы механической аэрации. Недавними исследованиями установлено,что режим работы аэратора сильно влияет на коэффициент насыщенияжидкости кислородом воздуха, при этом довольно сложно установить баланс20между минимальной необходимой скоростью потока и коэффициентомнасыщения, позволяющим создать аноксидные условия [39; 40]. Результатыисследований с использованием математического моделирования такжеговорят о существующих проблемах с регулированием систем механическойаэрации в циркуляционных окислительных каналах. Расчеты, выполненныеС.
Алайа, показывают, что при неравномерных и высоких нагрузках поорганическим загрязнениям значительно снижаются объемы аэробных зон, ив большей части сооружения возникает острая нехватка кислорода [45]. Этоприводит к неудовлетворительному качеству очистки сточных вод инитчатому вспуханию.В определенный момент времени инженерами была предложенаконструкцияаэротенка«карусельного»типа[93].Подаэротенками«карусельного» типа в отечественной практике имеется в виду широкоепонятие общего класса аэрационных сооружений замкнутого типа свнутреннейциркуляцией,неограниченныхконструктивнымиигеометрическими особенностями циркуляционного окислительного канала.
Вбольшинствеслучаевпристроительствеподобныхсооруженийнатерритории Российской Федерации в настоящее время используютсяпневматические системы аэрации и независимые от них погружныеперемешивающие усстройства, создающие устойчивый поток иловой смеси.В то же время в зарубежной литературе общим остается термин OxidationDitch (который дословно так и переводится — окислительный канал),которыйописываетвсезамкнутыеаэрационныециркуляционныесооружения любой конструкции и с любыми системами аэрации.Несмотрянавысокоэффективныето,чторядкрупныхкомпанийрешениядляциркуляционныхпредлагаютсооруженийсмеханической аэрацией (например, Xylem), сооружения с пневматическойаэрациейработаютстабильнееипозволяютпроизводитьтонкуюбалансировку рабочих параметров и автоматизацию технологическихпроцессов [4]. Надо отметить, что существуют технические решения с21установкой системы эжекторной аэрации, позволяющей осуществлятьодновременно аэрацию и создание циркуляционного потока при низкихэксплуатационных затратах.
Недостатком такой системы является возможноестрессовое воздействие на биомассу с разрушением флоккул активного ила, атакже все те же проблемы с распределением растворенного кислорода пообъему сооружения.В мире активно изучаются аэрационные сооружения циркуляционноготипа как перспективное решение для снижения энергозатрат на очисткусточных вод. В то же время подобные сооружения позволяют экономитьплощадьзастройкипосравнениюсклассическимикоридорнымиаэротенками.В России основной вклад в исследование сооружений подобного типавнесли инженеры и ученые, в том числе занимающиеся вопросамиэнергоэффективности сооружений очистки сточных вод.
Баженов В. И. вцикле работ исследовал и описал принципы работы «сооружений спродольным перемешиванием», обозначив основные зависимости и путирешения для конфигурации самих сооружений и оптимизации подбора иэксплуатации устанавливаемого оборудования [2—6]. Баженов вводитпонятие коэффициента рециркуляции продольного перемешивания иописывает методы расчета сооружения по критерию Пекле. Исследователемпредлагаются решения с градиентным распределением концентрациирастворенного кислорода по длине сооружения для создания аноксидных иаэробных макрозон. Энергоэффективность сооружений достигается за счетоптимизации расположения плетей аэрации и учета взаимовоздействияаэрации и перемешивающих устройств.Работааэрационныхсооружений«карусельного»типаглубокоисследовалась при реализации крупномасштабных сооружений на объектахМосводоканала [20]. В исследованиях принимали участие ведущие ученые иинженеры: Данилович Д.
А., Козлов М. Н, Мойжес О. В., Шотина К. В.,Ершов Б. А. В ходе работы данных сооружений был изучен технологический22режимиэксплуатационныеособенностиаэротенковсвнутреннейрециркуляцией. Отдельно проводились исследования сооружений данноготипа переменного действия, интенсифицирующего процессы удалениясоединений азота.В рамках повышения энергоэффективности процессов в мире ведутсяисследования применимости различных кислородных режимов.Исследователямиподробнорассматриваетсявлияниеразличныхконцентраций растворенного кислорода на процессы удаления азота вусловияхциркуляционныхсерьезноеотличиеокислительныхвозможностейудаленияканалов[80].биогенныхОтмечаетсяэлементоввокислительном канале с работой других биореакторов проточного типа.Большинствосовременныхисследованийработыциркуляционныхокислительных каналов направлены на повышение энергоэффективностиэтих сооружений.
Исследователи в этой области ориентируются, преждевсего, на оптимизацию кислородного режима и работы аэраторов, а также нановые конструктивные решения.Оптимизация кислородного режима циркуляционных окислительныхканалов приводит как к повышению качества очистки сточных вод, так и кснижению эксплуатационных затрат. Известно, что многие сооружениябиологической очистки работают при избыточной аэрации [12].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
