- •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
ния пузырьков концентрация может возрастать до 20 г N2/M3. Это соответствует дополнительному количеству азота в 4 г N2/M3.
D N O 3 = 0,7 •10_4м2/сут
DN2 = 1,1 •1(ГV /сут
S NO 3,M« C = 4 •1,1/0,7 = 6 г NOJ-N/M3
Концентрация нитрата в толще воды, превышающая указанную расчетную величину, вызывает перенасыщение и образование пу зырьков. Это явление необходимо учитывать при работе с любым денитрифицирующим биофильтром.
7.3.5. Потребление кислорода
Если мы оставим в стороне рассмотрение нежелательных затрат кислорода (как это было сделано в разд. 7.3.2), то сам процесс денитрификации не требует затрат кислорода, поскольку нитрат заменяет кислород при окислении органических веществ. Однако следует помнить, что на образование нитрата расходуется больше кислорода, чем «сохраняется» при денитрификации.
Если мы рассмотрим суммарный процесс нитрификации и денитрификации:
N H J -+ N O j
NO3 -+ 0,5N2
NH+ -)• 0,5N2
то сможем определить потребление кислорода в обобщенном про цессе:
|
NH4 |
+ 0,75О2 + О Н " |
->0 ,5 N2 + |
2,5Н20 |
(7.25) |
|
«Сохранение» |
кислорода |
при |
денитрификации, |
рассмотрен |
||
ное |
отдельно, |
соответствует |
1,25 моль |
Ог/моль |
N O ^ —N или |
|
2 ,8 6 |
г О г /г N O3 —N (поскольку степень окисления азота уменьша |
|||||
ется на 5, что эквивалентно 1,25 моль кислорода, который также понижает степень окисления на 4 •1,25 = 5 в общей окислительной стадии).
В табл. 7.5 показано потребление кислорода и изменение ще лочности при нитрификации, денитрификации и в суммарном процессе.
Таблица 7.5. Потребление кислорода и изменение щелочности при нитрификации и денитрификации
|
Потребление кислорода, |
Изменение щелочности, |
|||
Процесс |
МОЛЬ 02 |
г OQ |
гО2 а |
экв. щел. |
экв. щел.& |
|
моль N |
г N |
г N |
моль N |
моль N |
Нитрификация |
2,0 |
4,57 |
4,3 |
2,0 |
1,9 |
Денитрификация |
-1,25 |
- 2,86 |
-2,4 |
- 1,0 |
- 0,8 |
Нитрификация + |
|
|
|
|
|
денитрификация |
0,75 |
1,71 |
1,9 |
1,0 |
1Д |
а Экспериментальное значение с учетом азота, содержащегося в полученном в результате прироста иле.
7.3.6. Щ елочность
При денитрификации щелочность увеличивается в соответствии с выражением (3.30). В табл. 7.5 представлены величины изменений щелочности.
В гл. 6 уже говорилось, что нитрификация сопровождается понижением щелочности, что может приводить к снижению pH среды в тех случаях, когда потребление щелочности выше, чем ее запас в воде. Отчасти это компенсируется при совмещении процессов нитрификации и денитрификации, поскольку понижение щелочности в суммарном процессе в два раза ниже.
К биопленкам применимы другие условия, поскольку значения pH внутри биопленки и в толще воды могут очень сильно различаться. Денитрификация повышает pH в биопленке, как это показано на рис. 7.23. В худшем случае pH может подниматься до 9,7 (с метанолом), 9,9 (с уксусной кислотой) и 10,5 (с метаном).
Увеличение pH может приводить к образованию осадка в биопленке. При определенных условиях на поверхности носителя могут накапливаться значительные количества неорганических веществ. Это в свою очередь приводит к кольматации фильтра и увеличению его веса, что в случае использования вращающихся дисков может приводить к механическим поломкам.
7.3.7. Проектирование систем денитрификации с активным илом
Основной параметр |
при проектировании |
такой системы — |
это удельная скорость денитрификации, |
rx,s (измеряемая в |
|
г N O^"-N/(Kr БВБ •ч)); |
ее можно оценить из рис. 3.13. |
|
Зная концентрацию ила Х2 , можно рассчитать удельную объем
ную скорость процесса:
rv,s = rx,s *Х2 |
(7.2 |
Оценивают rx,s при наиболее низкой допустимой температуре. Используя уравнение баланса азота в реакторе, можно рассчи тать, какое количество азота должно быть денитрифицировано
(обозначения взяты |
из |
рис. 7.1,а): |
|
|||
|
|
M N = Q1 C1 - Q3 C3 - Q5 C5 |
(7.27) |
|||
где |
Q1 C1 — описывает |
состав |
сточной воды, |
Сз — приемлемая |
||
концентрация в |
обработанном |
стоке, 5QC5 — содержание азота в |
||||
избыточном иле |
(= |
fx,NFESp)- |
|
|
||
ли |
Если известно значение Мм, то можно проверить, достаточно |
|||||
велико отношение C /N , и если величина его окажется низкой, |
||||||
то необходимо понизить скорость денитрификации или добавить внешний источник углерода. Необходимый объем реактора нитри фикации V2 можно определить по уравнению:
Мм = |
V2 •ry,s |
|
V2 = |
Мм/rv .s |
(7. |
Пример 7.7. Проектирование реактора денитрификации с активным илом.
Каким должен быть объем реактора, если объем стоков, которые необходимо денитрифицировать, составляет 5000 м3/сут?
Количество азота, которое будет денитрифицировано, MN нахо дим из уравнения баланса азота, см. рис. 7.1,а.
М м = Q 1C 1 — Q 3C 3 — Q 5C 5 |
(7 .2 7 ) |
Известно следующее:
C i = 50 г И о б щ /м 3,
Сз = 7 г Nnfim/м
Кроме того, известен объем Q i = 5000 м3/сут. Вполне допустимо предположить, что Q 3 ~ Q i , т. е. Q 3 = 5000 м3/сут.
Содержание азота в приросте ила fx.N оценим приблизительно как 0,05 кг N/кг БВБ. Прирост ила примем равным 700 кг ВВ/сут. Это означает, что Q 5C 5 = 700 кг ВВ/сут •0,05 кг N/кг ВВ = 35 кг N/сут.
Подставляя в выражение (7.27) соответствующие значения, полу чаем:
MN = 5000 м3/сут •50г N/м 3 — 5000 м3/сут •7г N/м 3 — 35 кг N/сут =
= 180кг N/сут
Рис. 7.23. Пример расчета pH-профилей биопленке при различных значениях pH (0,3-3,0 мэкв/л) в толще воды [10].
в денитрифицирующей (7,0-8,0) и щелочности