- •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
5.6. М а ссовы е балансы дл я би оф и л ьтров
Обычно в реакторах с биофильтром необходимость в рециркуляции ила отсутствует, поскольку концентрация ила в биопленке доста точно высока благодаря развитой поверхности твердой подложки. Поэтому в ряде случаев мы можем не рассматривать отдельно вторичные отстойники, см. гл. 6 о нитрификации. Обычно, впрочем, ил, содержащийся в воде, которая уже прошла сквозь биофильтр, необходимо осаждать. Присутствие ила в воде, прошедшей через биофильтр, объясняется или отрывом биомассы от биопленки, или же наличием в поступающей на фильтр воде суспендированных твердых веществ.
5.6.1. Биофильтры без рециркуляции
Уравнение массового баланса для биофильтра выглядит следую щим образом:
QiCi —ry.s |
V2 = Q3C3 |
(5.49) |
Скорость удаления вещества можно также выразить через |
||
концентрацию ила Х 2, т. е. |
|
|
rv,s •У2 = rx,s •V 2 •Х 2 |
(5.50) |
|
Поскольку Х 2 подразумевает |
только активную |
биомассу, а |
эта величина обычно неизвестна, то скорость удаления вещества относят к пощади поверхности подложки.
Если отнести скорость удаления вещества к единице площади
подложки, то выражение (5.50) примет вид: |
|
QI CI - TA$ - A 2* = Q 3C3, |
(5.51) |
где гA ,s — скорость удаления с единицы площади |
подложки |
(например, в к гХ П К /(м 2 •сут)), А 2* — общая площадь подложки
(например, м2).
5.6.2.Биофильтры с рециркуляцией
Вбольшинстве таких биофильтров возвращаемый поток соединя ется непосредственно с поступающим на фильтр стоком (рис. 5.14). Кратность рецикла определяют по уравнению
Кратность рециркуляции определяется выражением (5.52)
Объемная нагрузка описывается выражением
By = QI C !/V 2 |
(5.54) |
Количество вещества, внесенного в единице объема за единицу времени, Q iC i, рассчитывается для точки, расположенной до соединения исходного и возвращаемого потоков. Рециркуляция не
влияет на объемную нагрузку.
П лощ адь поверхности биопленки — это площадь горизон
тального сечения реактора с биопленкой и площадь поверхности подложки. Последняя величина обычно намного выше. Площадь поверхности подложки, как правило, рассчитывают следующим
образом: |
|
А2. = CJV2, |
(5.55) |
где о;— удельная площадь поверхности подложки |
(например, |
м2/м 3). |
|
Площадь поверхности горизонтального сечения реактора А 2 ис
пользуется для расчетов поверхностной гидравлической нагрузки. Н агрузка по органическому вещ еству выражает нагрузку
на поверхность подложки фильтра: |
|
BA ,C = QI C1/A 2* |
(5.56) |
Эта величина наиболее близко связана с кинетическими процес сами, происходящими на фильтре.
П оверхностная гидравлическая нагрузка (или вертикаль ная скорость потока) определяется из рис. 5.14 как
B A ,V = QI ,2/A 2 = (Q6 + QI )/A 2 |
( 5 . 5 7 ) |
Этот параметр просто характеризует поток, проходящий через биопленку, и, следовательно, связан с гидравлической эрозией, которая принципиально важна при контроле толщины биопленки. (В немецкой литературе Qi устанавливается, исходя из величин суточного потока, например, рассчитывается как суточный поток, разделенный на 18 ч работы для больших реакторов, см. рис. 1.6 .)
П рирост ила F sp — это масса ила, покидающего реактор в единицу времени. В соответствии с рис. 5.14 рассчитывается как
FSP = Q5X 5 + Q4X 4 |
(5.58) |
Более детальная информация относительно прироста ила изло жена в разд. 4.2 гл. 4. Замечания, сделанные в указанном разделе,
полностью относятся и к биофильтрам. Таким образом, прирост ила можно рассчитать по уравнению (4.13). Имейте в виду, однако, что коэффициенты прироста биомассы для биофильтра и для активного ила различаются.
И збы точны й ил — это та часть прироста ила, которая далее будет обрабатываться на станции, (т. е. Q5X 5 на рис. 5.14).
5.8. Т и п ы реакторов
Удовлетворительная очистка стоков на аэробных биофильтрах достигается при условии, что реактор сконструирован так, что бактерии, необходимые для процесса, могут прикрепляться к под ложке (так называемой загрузке фильтра); вода соответствующим образом контактирует с прикрепленным илом (биопленка/слйзь); ведется контроль за ростом биопленки, чтобы не допустить кольматации (засорения) фильтра; в воду для разложения органического вещества подается кислород.
Бактерии обладают замечательной способностью прикреплять ся к твердым поверхностям, будь то камень, дерево или полимерный материал; именно эти три вида загрузок обычно и используются на практике. Инженерный контроль за адгезией тех бактерий, которые осуществляют желаемый процесс, вполне применим при обработ ке сточных вод. Напротив, в других процессах промышленной биотехнологии используются биологические реакторы, в которых чаще применяют тщательно отобранные виды микроорганизмов. Для обработки сточных вод создают такие условия, которые, как известно из накопленного опыта, приводят к селективному отбору тех бактерий, которые необходимы для данного процесса. Все это относится и к биофильтрам: бактерии, не способные сорбироваться на поверхности, вымываются из системы. Бактерии, не способные разлагать данные стоки, не смогут конкурировать с другими (см. гл. 3 , разд. 3 .1.2). Однако это иногда вызывает трудности при
запуске биофильтров.
Для достижения эффективного удаления веществ из стоков вода должна проходить через поверхность биофильтра так, что бы постоянно происходило обновление воды, соприкасающейся с поверхностью биофильтра. С этой целью либо сток проходит через твердую загрузку, как в обычных биофильтрах (капельные фильтры), либо загрузка фильтра постоянно переносится через воду, как в фильтрах с вращающимися дисками. Эффективность