- •Х38 Очистка сточных вод: Пер. с англ./ Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. — М.: Мир, 2006. — 480 с., ил.
- •ISBN 5-03-003771-3
- •Очистка сточных вод
- •Предисловие научного редактора
- •Предисловие
- •Предисловие к третьему изданию
- •Список используемых обозначений
- •Сточные воды, их объем и состав
- •1.1. Объемы сточных вод
- •1.1.1. Измерения
- •1.1.2. Статистическая обработка
- •1.1.3. Оценочные данные
- •1.1.4. Популяционный эквивалент и нагрузка, создаваемая условным жителем
- •1.1.5. Прогнозирование
- •1.2. Компоненты сточных вод
- •1.2.1. Коммунальные и городские стоки
- •1.2.2. Разброс данных
- •Характеристика сточных вод и биомассы
- •2.1.1. Осаждаемые вещества
- •2.3. Азот
- •Основные биологические процессы
- •3.1.1. Организмы
- •3.2.1. Биологический рост
- •3.2.3. Распад биомассы
- •3.2.4. Накопление запасных веществ
- •3.3.2. Коэффициент прироста ила при аэробной гетеротрофной конверсии
- •3.3.3. Макроэлементы для аэробной гетеротрофной конверсии
- •3.3.4. Кинетические аспекты аэробной гетеротрофной конверсии
- •3.4. Нитрификация
- •3.4.1. Реакции нитрификации
- •3.4.3. Кинетические аспекты нитрификации
- •3.4.4. Влияние окружающей среды на нитрификацию
- •3.5. Денитрификация
- •3.5.1. Реакции денитрификации
- •$.5.2. Коэффициент прироста ила при денитрификации
- •3.5.3. Макроэлементы, необходимые для денитрификации
- •3.5.5. Кинетика денитрификации
- •3.5.6. Влияние окружающей среды на денитрификацию
- •3.6.1. Микроорганизмы
- •3.6.3. Коэффициент прироста биомассы в процессе биологического удаления фосфора
- •3.6.4. Щелочность
- •3.6.5. Кинетика биологического удаления фосфора
- •3.6.6. Влияние окружающей среды на биологическое удаление фосфора
- •3.7.1. Реакции при анаэробном брожении2
- •3.7.2. Рост биомассы и коэффициенты ее прироста при анаэробном брожении
- •3.7.3. Макроэлементы, необходимые для анаэробного брожения
- •3.7.5. Кинетика анаэробного брожения
- •3.7.6. Образование газообразных продуктов
- •3.7.7. Влияние окружающей среды на анаэробное брожение
- •4.3.1. Системы с рециркуляцией активного ила
- •4.3.2. Системы с совмещенным аэротенком и отстойником
- •4.3.3. Системы с контактной стабилизацией ила
- •4.3.6. Проектирование на основе объемной нагрузки
- •4.3.7. Проектирование на основе нагрузки на ил или возраста ила
- •Биофильтры
- •5.4. Двухкомпонентная диффузия
- •5.6.1. Биофильтры без рециркуляции
- •5.6.2. Биофильтры с рециркуляцией
- •5.8.1. Капельные фильтры
- •5.8.2. Погружные фильтры
- •5.9.1. Проектирование капельных фильтров
- •5.9.2. Проектирование реакторов с вращающимися дисками
- •5.9.3. Проектирования фильтров других типов
- •5.9.4. Проектирование биофильтров, предназначенных для удаления растворенных органических веществ
- •5.10. Технические условия работы биофильтров
- •5.10.1. Аэрация в биофильтрах
- •5.10.2. Рост и удаление биомассы
- •5.11. Удаление взвешенных органических веществ
- •Системы очистки с нитрификацией
- •6.1.1. Обособленные системы нитрификации
- •6.1.2. Совместное удаление органического вещества и аммония
- •6.2.4. Фильтры, содержащие только нитрифицирующий ил
- •6.2.5. Двухстадийные системы нитрификации на фильтрах
- •6.3.1. Системы нитрификации с активным илом
- •6.3.2. Оптимизация работы систем нитрификации
- •6.3.3. Проектирование биофильтров для нитрификации
- •Литература
- •Системы денитрификации
- •7.1.1. Обособленные системы денитрификации
- •7.2.3. Биофильтры для денитрификации
- •7.3.2. Кислород/перемешивание
- •7.3.3. Одновременная нитрификация/денитрификация
- •7.3.4. Газообразный азот в отстойниках и на биофильтрах
- •7.3.5. Потребление кислорода
- •7.3.7. Проектирование систем денитрификации с активным илом
- •7.3.8. Проектирование на основе моделирования
- •7.3.9. Проектирование биофильтров для денитрификации
- •7.4. Редокс-зоны в биомассе
- •Литература
- •Системы биологического удаления фосфора
- •8.1. Уравнения массового баланса при биологическом удалении фосфора в системах с активным илом
- •8.2. Типы систем для биологического удаления фосфора
- •8.3.2. Проектирование реакторов для биологического удаления фосфора
- •8.3.3. Оптимизация процесса биологического удаления фосфора
- •Литература
- •Гидролиз/ферментация и анаэробная очистка сточных вод
- •9.1. Гидролиз/ферментация
- •9.2. Анаэробная обработка сточных вод
- •9.2.1. Введение
- •9.2.2. Уравнения массового баланса при анаэробной обработке
- •9.3.3. Анаэробная очистка на фильтрах
- •9.4.1. Проектирование систем со взвешенной биомассой
- •9.4.2. Проектирование анаэробных фильтров
- •9.4.3. Образование газообразных соединений в анаэробном процессе
- •9.4.4. Оптимизация анаэробной очистки
- •9.4.5. Запуск анаэробных реакторов
- •9.4.6. Нарушения в работе анаэробных реакторов
- •Литература
- •Небиологические системы для удаления фосфора из сточных вод
- •10.1. Уравнения массового баланса для процессов удаления фосфора
- •10.2.1. Осаждение
- •10.2.2. Коагуляция
- •10.2.3. Флокуляция
- •10.2.4. Связывание фосфора в почве
- •10.3. Небиологические системы удаления фосфора
- •10.3.1. Осаждающие вещества
- •10.4. Проектирование установок для удаления фосфора
- •10.4.1. Химическое осаждение
- •10.4.2. Связывание фосфора в почве
- •10.5. Работа установок для удаления фосфора
- •Литература
- •Особенности моделей, их калибровка и применение
- •11.1. Прагматизм и теоретические модели
- •11.1.1. Инженерное мастерство
- •11.1.2. Научно обоснованный детерминистский подход
- •11.1.3. Структура моделей, переменные, параметры и движущие силы
- •11.2. Применение моделей
- •11.2.1. Инструмент планирования
- •11.2.2. Анализ процессов на действующих станциях
- •11.2.3. Проектирование новых станций
- •11.2.4. Контроль работы станций в реальном времени
- •11.2.5. Модели как инструменты исследования
- •11.2.6. Уровень агрегации
- •11.3. Калибровка модели и оценка параметров
- •11.3.1. Структура модели
- •11.3.2. Калибровка, верификация и оценка параметров
- •11.4. Проектирование станций очистки воды
- •11.4.1. Идентификация проблемы
- •11.5. Моделирование систем с биопленкой
- •11.6.3. Интерпретация результатов
- •11.7. Контроль в реальном времени
- •Предметный указатель
- •Оглавление
Рис. 3.16. Выделение фосфата и потребление ацетата в анаэробных условиях [25].
Суммарный аэробный/анаэробный процесс (рост и накоп ление запасных веществ с коэффициентом прироста биомассы Упно.набл = 0,3 г Х П К /г ХПК) можно записать как:
20 г ХПК(НАс) + 1 г P O J --P
-»• 6 г ХПК(ФАО) + 0,1 г П Ф -Р + 0,1 г О Н " (3.36)
Это дает значение стехиометрического коэффициента для по требления полифосфата I/HAC,P = 0,05 г Р /г ХПК(НАс).
Пример 3.11. Сточная вода содержит 50 г уксусной кислоты/м3 и 5 г Р/м3. Сколько фосфора можно удалить посредством биологи ческого процесса?
Из выражения (3.36) находим стехиометрический коэффициент I/HAC.P = 0,05 г Р/г ХПК(НАс).
Следовательно, в данном случае можно удалить 50 г НАс/м3 0,05 г Р/г ХПК (НАс) = 2,5 г Р/м3 (что соответствует 50%).
3.6.3. Коэффициент прироста биомассы в процессе биологического удаления фосфора
Максимальный коэффициент прироста биомассы фосфораккумулирующих бактерий близок по значению к максимальному коэффициенту прироста биомассы для аэробных гетеротрофных бактерий, т. е. 0,5 -0,6к гХ П К биомассы/кг ХПК. Если же
коэффициент прироста биомассы рассчитывается в единицах массы взвешенного вещества, то его величина зависит от содержания полифосфата в бактериях. Максимально возможное содержание полифосфата в бактериях составляет около 50%, что соответствует содержанию фосфора 15-20% и коэффициенту прироста биомассы 1,0-1,2 кг В В /кг ХПК субстрата.
3.6.4. Щелочность
Биологический процесс удаления фосфора слабо влияет на щелоч ность среды [41]:
Анаэробные условия |
—0,29 |
экв/г выделяемого фосфора |
Аэробные условия |
+0,10 |
экв/г потребляемого фосфора |
В суммарном процессе |
—0,19 |
экв/г удаленного фосфора |
Таким образом, при удалении 5 г фосфора/м3 из городских стоков, щелочность их понижается на 1 экв/м3.
3.6.5. Кинетика биологического удаления фосфора
Анаэробные условия
Кинетику потребления ацетата можно описать, основываясь на уравнениях, представленных в модели активного ила № 2d [41]:
ГУ.Н Ас = |
|
|
|
|
_ |
8нАс |
^щел |
ХпФ /Х в ?ФАО |
-«г |
" " qnHO‘ SHAc + KHAc ‘ 8Щел + Кщел ‘ Кпф + Х пф/Х в.ФАО ’ |
В,ФАО |
|||
|
|
|
|
(3.37) |
где |
qnHO — скорость |
накопления |
ПНО, SHAC — концентрация |
ацетата, 8щел — щелочность, Х пф — концентрация полифосфатов,
Х в .ф а о — концентрация фосфат-аккумулирующих организмов
ФАО, К — константы полунасыщения в уравнении Моно.
Первый член в данном уравнении отвечает за влияние субстрата на скорость реакции, второй — за влияние pH, третий с помощью параметра максимального количества запасенного полифосфата описывает накопление полифосфатов.
Аэробные условия
Кинетику потребления фосфата в аэробных условиях можно
описать следующим уравнением:
_ |
S р 2_______ SP Q 4 |
Зщел |
|
|
|
V,P04 Я.ПФ |
К р о 4 + S p 0 4 |
Кщел + ^щел |
|
||
Х п Н о/Х в,Ф А О |
Кмакс ~ Х п ф / Х в ,ФАО |
Y |
|||
* |
/------------- " * уг |
Y |
/'Y’ |
л В,ФАО |
|
Кпно + Х п н о /Хв.Ф А О |
КпФ “Н^макс “" л П Ф /л В,ФАО |
|
(3.38)
Последний член в уравнении (3.38) отражает лимитирование накопления полифосфатов ФАО.
Аноксические условия
Скорость потребления фосфата в аноксических условиях можно описать таким же выражением, какое используется для аэробных условий. Однако значения этих скоростей являются пониженными по сравнению со скоростями для аэробных условий. Степень снижения зависит от содержания денитрифицирующих бактерий среди ФАО, которое на практике составляет 50-70% .
3.6.6. Влияние окружающей среды на биологическое удаление фосфора
Окружающая среда влияет на поведение фосфор-аккумулирующих бактерий так же, как и на поведение денитрифицирующих и аэроб ных гетеротрофных бактерий. На практике для осуществления про цесса аккумуляции фосфора важно выполнение двух требований: чередование анаэробных и аэробных условий, отсутствие нитрата в анаэробной фазе.
Чередование анаэробных и аэробных условий
Анаэробная фаза в реакторе важна для осуществления селекции фосфор-аккумулирующих бактерий. В результате создания благо приятных условий биомасса в значительной степени будет состоять именно из фосфор-аккумулирующих бактерий.
Таблица 3.13. Кинетические константы процессов, протекающих с уча стием фосфор-аккумулирующих бактерий при 20° С [41, 44]
Максимальная удельная скорость роста Максимальный коэф фициент прироста
биомассы по уксусной кислоте
Константа насыщения по уксусной кислоте по фосфату
Скорость накопления ПНО ПФ
Температурная кон
станта ДЛЯ /4макс,Р
Обозначение
/^м&кс.ФАО
^Макс,ФАО
^ы акс.Ф А О
^Макс,ФАО
K s.H A c
K S ,P O 4
qnHO
q n ®
X
Размерность |
Величина |
|
сут-1 |
2 -4 |
|
кг ХПК(Б)/кг ХПЩНАс) |
0,5-0,65 |
|
кг ВВ/кг ХПК(НАс) |
|
|
кг Р/кг ХПК(НАс) |
0,6 -0,8 |
|
|
0,07-0,10 |
|
г НАс/м3 |
2 -6 |
|
гР /м 3 |
0,1 -0,5 |
|
кг ХПК(НАс)/(кг ХПК(Х) •сут) |
2 |
-4 |
кг Р/(кг ХПК(Х) •сут) |
1 |
-2 |
град-1 |
0,02 |
-0,04 |
Нитрат
Ванаэробной фазе нитрат оказывает серьезное негативное влияние. Денитрификация удаляет некоторые легко разлагаемые вещества, которые могли бы запасать фосфор-аккумулирующие бактерии.
Врезультате снижения концентрации органических субстратов замедляется и процесс удаления фосфора. Денитрификация с использованием уксусной кислоты протекает в соответствии с выражением (3.10), из которого следует, что потребляется 4,96 моль
НАс/3,94 моль N 0 ^ = 1,26 моль НАс/моль N 0 ^ . Следовательно, процесс удаления фосфора остановился, так как органический субстрат был израсходован на денитрификацию.
Кинетические константы биологического удаления фосфора
В табл. 3.13 представлены примеры кинетических констант, харак теризующих фосфор-аккумулирующие бактерии.
3.7. А н аэробн ы е п р оц ессы
В данном контексте анаэробными называют процессы, протекаю щие в отсутствие кислорода и нитрата. Осуществляются они боль шой и разнообразной группой микроорганизмов, обычно образую-