Диссертация (1141476), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Первый этап экспериментаПервый этап эксперимента состоял из двух подэтапов. На первом этапеэкспериментаиспользоваласьлабораторнаямодельциркуляционногосооружения с вертикальным потоком циркулирующей иловой смеси,состоящая из биореактора и вторичного отстойника. Конструкция установкиобеспечивала идеальное смешение по всей ширине коридора при отсутствии47мешающих гравитационных влияний. Задачей этапа являлось установлениезависимости скорости потока с эффективностью окисления органическихвеществ и аммонийного азота, а также получение информации остабильности системы при различных кислородных эксплуатационныхрежимах.Подэтап 1.1.Биореактор на подэтапе 1.1.
включал в себя один модуль и был собраниз двух колонн диаметром 100 мм из поликарбоната и перепускныхпатрубков из того же материала (рисунок 2.1) Ход и результаты подэтапабыли описаны ранее [9]. Метод соединения колонн и патрубков обеспечивалсоздание равномерно направленного циркулирующего потока в контуреустановки.Объеммодулясоставлял18литров(а).Благодарядифференцированной системе пневматической аэрации (1) обеспечиваласьвозможность создания аноксидных и аэробных зон в реакторе, либоравномерного распределения растворенного кислорода по всему объему.Циркуляция иловой смеси осуществлялась благодаря установленной в однойиз колонн низкоскоростной механической мешалки (2) и диффузорам длякрупнопузырчатой аэрации, ориентированным в направлении течения (3).Скорость направленного потока иловой смеси по контуру установкиварьировалась по ходу эксперимента. Поддержание биомассы во взвешенномсостоянии при столь низкой скорости потока обеспечивалось циркуляциейсмеси в вертикальной плоскости.
Из биореактора иловая смесь попадалачерез переливное устройство с разрывом струи, предотвращающее попаданиепузырьков воздуха (4), во вторичный отстойник (б). Объем вторичногоотстойника регулировался перекрытием разноуровневых водоотводящихпатрубков (5) в зависимости от требуемого времени отстаивания иловойсмеси и находился в диапазоне от 1,2 до 6 литров. Оседающий активный илвозвращался из вторичного отстойника в биореактор (в участок после помпытечения) при помощи эрлифта (6). Избыточный активный ил отводился помере необходимости (по результатам измерения дозы ила).
Подача сточной48воды осуществлялась равномерно в две зоны до и после механическоймешалки при помощи программируемого насоса-дозатора (7) из специальныхбаков (8), оснащенных гомогенизирующим устройством и системой отводаобразующихся газов.Рисунок 2.1 – Схема лабораторной модели на подэтапе 1.1 и фотография ее врабочем состоянииРабота экспериментальной установки на подэтапе 1.1 началась саэробного режима при концентрации растворенного кислорода 6-7 мг/л (помаксимально возможному насыщению в данных условиях) по всему объемубиореактора (подэтап 1.1-1) [9, 16]. Данная стадия рассматривалась какконтрольная при запуске экспериментального стенда. Инокулирующийактивный ил был взят с действующих очистных сооружений, работающих посхеме одноиловой денитри-нитрификации. Производительность установкименялась в диапазоне 0,06-0,1 м3/сут.
Продолжительность пребываниясточной воды в биореакторе составляла 4-7 часов. Продолжительностьотстаивания подбиралась исходя из седиментационных характеристикактивного ила в конкретный период времени, но не превышала 2,5 часов.Первой задачей этапа являлась адаптация активного ила к условиямэксперимента, к модельной жидкости и вывод установки в стабильныйрежим работы.
Данный вопрос был описан ранее [65]. В ходе решения этой49задачи была определена необходимая скорость потока иловой смеси и еевзаимосвязь с режимом работы механической мешалки и интенсивностьюаэрации для дальнейших экспериментов. На 25 сутки с начала экспериментаустановка вышла в стабильный режим работы. Доза активного ила достигла2,2 г/л, эффективность удаления органических веществ — 95-96%(минимальноезначениеБПК5 вочищеннойводе2,8—мгО2/л),эффективность удаления аммонийного азота — 80-97% (минимальноезначение N-NH4 в очищенной воде — 0,31 мг/л).
Аккумуляции нитритовотмечено не было, аммонийный азот в две стадии переходил в формунитратов и достигал значений на уровне N-NO3вых = 25,6 мг/л. Значенияпоказателей по дням эксперимента до вывода установки в рабочий режимБПК5, мгО/лприведены на графиках ниже (рисунки 2.2-2.4).4035302520151050-14914192429День экспериментаРисунок 2.2 – Изменение концентрации органических веществ (по БПК5) вочищенной сточной воде по дням эксперимента на подэтапе 1.1-130N-NH4, мг/л2520151050-14914День эксперимента192429Рисунок 2.3 – Изменение концентрации аммонийного азота в очищеннойсточной воде по дням эксперимента на подэтапе 1.1-1N-NO3, мг/л50302520151050-14914День эксперимента192429Рисунок 2.4 – Изменение концентрации азота нитратов в очищенной сточнойводе по дням эксперимента на подэтапе 1.1-1Иловый индекс на 25 сутки эксперимента составлял 122 мл/г. Послевывода установки в стабильный аэробный режим работы на модельнойжидкости было выполнено постепенное снижение средней концентрациирастворенного кислорода до значений 1,5-2 мг/л, то есть до стандартныхзначений, характерных для станций биологической очистки сточных вод(подэтап 1.1-2).
Установка проработала в данном режиме 2,5 месяца. За этовремя были получены зависимости эффективности снижения концентрацииорганическихсоединенийисоединенийазотаотскоростипотока(таблица 2.3), а также биохимические зависимости (рисунки 2.5-2.7).Таблица 2.3 – Эффективность окисления органических веществ иудаления азота в зависимости от скорости потока иловой смеси в установке(подэтап 1.1)Концентрация растворенного кислорода1,5-2 мг/л (подэтап 1.1-2)ПроцессКонцентрациякислорода 5-6 мг/л(подэтап 1.1-1)Скорость потока иловой смеси, м/с0,020,100,20,02Эффективностьокисления органическихвеществ, %93,995,696,997,8Эффективность удаленияаммонийного азота, %75,786,992,998,5Эффективность удаленияобщего азота, %28,133,549,521,351При одинаковых кислородных условиях эффективность окисленияорганических веществ и снижения концентрации аммонийного азота прибольшихскоростяхпотокаоказаласьвыше,чтообуславливаетсяповышением массопереноса кислорода в иловую смесь.
В свою очередьснижениескоростипотокасоздалоблагоприятныеусловиядлявозникновения процесса денитрификации в силу снижения массопереносакислородавструктуруфлокулыактивногоила.Длядальнейшегоэксперимента на данной установке было решено поддерживать скоростьпотока, равную 0,2 м/с.Удельная скорость нитрификации,мгN/гч14y = 2,1006x + 0,6432R² = 0,9931210864200123456Концентрация NH4 в очищенной воде, мг/л7Рисунок 2.5 – Зависимость удельной скорости снижения концентрацииаммонийного азота (условно нитрификации) от концентрации аммонийногоазота в очищенной сточной воде (этап 1.1-2)52Удельная скорость денитрификации,гN/г∙ч12108y = 1,3681x - 0,24R² = 0,974664203456Lex, мгО2/л789Рисунок 2.6 – Зависимость удельной скорости денитрификации от величинызначения БПК5 очищенной воды (этап 1.1-2)Удельная скорость окисленияорганических веществ, гБПК/г∙ч1816141210y = 1,2902x + 3,6238R² = 0,568286420012345Lex, мгО2/л6789Рисунок 2.7 – Зависимость удельной скорости окисления органическихвеществ от величины значения БПК5 очищенной сточной воды (этап 1.1-2)ГрафикиЛайнувера-Беркаиспользовалисьдлянахождениямаксимальных скоростей реакций и констант Михаэлиса-Ментен длявыражения скоростей реакций по убыли субстрата по уравнению МихаэлисаМентен:v=VSKm +S(2.4)53где V — максимальная скорость реакции, S — концентрация субстрата,Km — константа Михаэлиса-Ментен (константа полунасыщения).Для скорости окисления органических веществ по соответствующемуграфику (рисунок 2.8) была установлена константа Михаэлиса-МентенKmо = 7,20 и максимальная скорость окисленияVo = 20,61 мгБПК/(г∙ч).Скорость реакции составила: =20,61∙(2.5)7,20+Подэтап 1.1-2Подэтап 1.1-1Удельная скорость окисленияорганических веществ, мгБПК/гч25 =201535,46 ∙ 19,23 + 10 =520,61 ∙ 7,20 + 005101520Lex, мгО2/л253035Рисунок 2.8 – График удельной скорости окисления органических веществ взависимости от остаточного субстрата (подэтап 1.1)0,300,20y = 0,3492x + 0,0485R² = 0,82460,100,001/ρo-1,00-0,80-0,60-0,40-0,20-0,100,000,200,400,60-0,20-0,30-0,40y = 0,5422x + 0,0282R² = 0,7949-0,501/LexРисунок 2.9 – График Лайнувера-Берка для скорости окисленияорганических веществ (подэтап 1.1)54Дляскоростиокисленияаммонийногоазотапографику,представленному на рисунке 2.10, установлена константа Михаэлиса-МентенKmн = 0,35, максимальная скорость реакции составила Vн = 6,013 мгN/(г∙ч).Скорость реакции:Удельная скорость окисления азотааммония,мгN/(г∙ч)н =6,03∙С−40,35+С−46,00н =5,004,00(2.6)Подэтап 1.1-2Подэтап 1.1-14,35 ∙ С−40,03 + С−43,00н =2,001,006,013 ∙ С−40,35 + С−40,000,000,501,001,502,002,50N-NH4, мг/лРисунок 2.10 – График удельной скорости снижения концентрацииаммонийного азота в зависимости от остаточного субстрата (подэтап 1.1)y = 0,0076x + 0,2298R² = 0,9380,3000,2501/ρн0,2000,150y = 0,0578x + 0,1663R² = 0,96850,1000,050-4,000-3,000-2,0000,000-1,0000,0001,0002,0003,0004,0005,0001/СN-NH4Рисунок 2.11 – График Лайнувера-Берка для скорости сниженияконцентрации аммонийного азота (подэтап 1.1)55Соответствующие измерения были проведены для подэтапа 1.1-1 примаксимальном насыщении иловой смеси кислородом.Скорость окисления органических веществ (подэтап 1.1-1): =35,46∙(2.7)4,35∙С−4(2.8)19,23+Скорость снижения концентрации аммонийного азота (подэтап 1.1-1):н =0,03+С−4Подготовительные работы, выполненные на подэтапе 1.1, легли воснову работ по подэтапу 1.2.В ходе эксперимента на подэтапе контролировался состав рабочегоактивногоила.Результатыгидробиологическогоанализасучетоминдикаторных микроорганизмов приведены в таблице 2.4.Таблица 2.4 – Гидробиологический анализ активного ила на подэтапе1.1Этап1.1-1Характеристика активного ила— Рыхлая структура ила.
Хорошие седиментативные свойства. Надиловая вода прозрачная (DSS =2,1 мг/л), Иловый индекс SVI = 95 мл/г.— Нитчатые бактерии были обнаружены в единичных экземплярах (Sphaerotilus natans, Тип 0092).— Аспидиски Aspidisca costata и Aspidisca sulcata — 8 из 9. Высокое количество организмовговорит о благоприятных условиях для развития, подвижность высокая.— Инфузории отряда Peritricha — 8 из 9. Большое количество крупных активных колоний.Реснички подвижны.— Коловратки — 8 из 9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
