Таблица 10.5. Средний градиент скорости G и общее время гидравли­ ческого удерживания в [6]

Таблица 10.6. Экспериментальные значения концентрации взвешен­ ных веществ в обработанном стоке после отстойника и содержание в них фосфора

Если принять, что оно составляет 1,1 моль Ре3+/моль Р, то моль Fe3+ = 1,1 моль Р = 1,1 (13 г Р/м3)/(31 г Р/моль) = 0,46 моль Fe3+/M3.

Необходимое количество хлорида железа должно составлять 0,46 моль = 0,46 моль •162,5 г/моль = 75 г FeCb (100% чистоты)/м3. Если техническая соль содержит, например, 32% FeCb, то для осаждения необходимо 75 г/м 3/0,32 = 234 г/м3.

10.4.2. Связывание фосфора в почве

Адсорбционную емкость почвы часто выражают через максималь­ ную емкость Хр.а.макс- В этих целях можно использовать параметр

Таблица 10.7. Максимальная сорбционная емкость почв Хр>а,макс и адсорбция фосфора при содержании его в почвенных водах 5 г Р/м3, Хр,а. Представлены средние 35 значений, отбор почв проводился в шт. Нью-Йорк, США [14]

емкости почвы при заданной концентрации фосфора в почвенных водах, например, 5 г Р /м 3.

У различных типов почв самая разная способность адсорбиро­ вать фосфор. Максимальная емкость варьирует от 20 мг Р /к г для песчаных почв до 500 мг Р /к г для глинистых.

В табл. 10.7 представлены характеристики (средние 35 значе­ ний) верхних слоев почвы, взятой в шт. Нью-Йорк (СШ А). Здесь же представлены значения СЕС (катионообменная емкость) для данного образца почвы. Этот параметр характеризует способность почвы связывать катионы, например NH^, К+ , Са2+, Fe3+, А13+

Если мы рассматриваем только процесс адсорбции/ионного обмена соединений фосфора в почве, не учитывая их последующего химического связывания, то получаем весьма приблизительную оценку сорбционной емкости почвы. В работе [8] предложена модель транспорта фосфора, которая учитывает его химическое связывание. Эта модель основана на уравнениях, описывающих связывание фосфора в почве, рассмотренных в разд. 10.2.4. Сле­ дует отметить, однако, что экспериментальная основа для оценки скорости осаждения пока еще не вполне разработана.

Пример 10.7. В так называемом «корневом процессе» для обработки сточных вод используется 180 м3 почвы с плотностью 1,7 кг/л. Максимальная сорбционная емкость Хр,а,макс — 110 мг Р/кг почвы.

Нагрузка на сооружение 10 м3 воды/сут, содержание фосфора 11 г Р/м3.

Сколько времени потребуется до достижения максимальной сорб­ ционной емкости?

Считается, что в обработанном стоке содержится 5 г Р/м3. Ад­ сорбция в сутки составит:

10 м3/сут •(11 — 5) г Р/м3 = 60 г Р/сут.

Максимальная сорбционная емкость:

180 м3почвы •1700 кг/м3почвы •0,110 г Р/кг = 33600 г Р,

что соответствует

(33 600 г Р)/(60 г Р/сут) = 561 сут.

Таким образом, если бы очистка стоков осуществлялась лишь вследствие адсорбции фосфора, то указанное сооружение прорабо­ тало бы всего около года. Благодаря осаждению срок действия таких сооружений обычно много дольше.

10.5. Работа установок для удаления фосфора

Проблемы, связанные с эксплуатацией этих установок, мы рассмот­ рим в следующих подразделах:

а.Проблемы безопасности.

б.Механические проблемы и проблемы измерений.

в.Операционные проблемы.

а. П роблемы безопасности Вещества, используемые для осаждения фосфора, являются либо кислотами средней силы (Fe3+, Fe2+, А13+), либо основаниями средней силы (Са(ОН)2/С аО ).

Следовательно, обращаться с такими химическими реагентами следует достаточно осторожно, избегая их попадания в глаза и на кожу. Кроме того, необходимо помнить, что известь, как водная Са(ОН)2, так и безводная СаО, могут пылить. Поэтому, чтобы

защитить оператора от пыли, дозирующая система должна быть закрытой.

б. М еханические проблемы и проблемы измерений Бели осаждение фосфатов проводится под действием солей железа и алюминия, то можно столкнуться с проблемой коррозии. Для изготовления труб и контейнеров целесообразно использовать полимерные материалы. Кроме того, следует учитывать возмож­ ность кольматации. Для осаждения обычно применяются вещества технической чистоты, которые содержат некоторое количество нерастворимых компонентов, а последние могут забивать изгибы труб, клапаны и т. д. Более того, нерастворимые вещества могут приводить к износу насосов. Так, например, сульфат алюминия

содержит примесь оксида алюминия, который является отличным шлифующим материалом.

Для осуществления мониторинга и контроля за процессом химического осаждения необходимо измерять значение pH. Однако из-за «обрастания» pH-электрода результаты измерений могут оказаться ошибочными, что приведет к ошибочному дозированию осадителей. «Обрастание» электродов также может мешать изме­ рению проводимости, мутности, концентрации кислорода и т. д.

в. Операционные проблемы В данном случае под операци­ онными проблемами мы понимаем проблему достижения необходи­ мых показателей по содержанию фосфора в обработанном стоке. В этой связи следует различать растворенный и взвешенный фосфор, поскольку методы измерения указанных двух фракций различны.

за собой невозможность контроля концентрации кислорода в химико-биологическом реакторе и чрезмерную турбулентность, возникающую в результате аэрации.

Если реактор перегружен органическими веществами, то при одновременном осаждении могут создаваться анаэробные условия. В результате возможно восстановление Fe3+ до Fe2+ и в итоге высвобождение некоторого количества фосфора, зависящее от концентрации ионов кальция в воде. Количество высвобожденного фосфора особенно существенно при pH < 7.

К аэробным условиям можно вернуться, если сократить подачу органического вещества или усилить аэрацию, например, продувая больший поток воздуха через диффузор реактора с активным илом. Однако это может вызвать другую проблему: усиление турбулентных потоков будет приводить к разрушению химических

ибиологических флокул и, следовательно, к повышению концен­ трации взвешенного фосфора в обработанном стоке. Из табл. 10.5

ирис. 10.17 видно, что оптимальная флокуляция происходит при значении среднего градиента скорости G =10-50 с " 1. Однако в аэро­ тенке на станции с активным илом G может достигать 100-200 с- 1 , иными словами быть значительно выше оптимальных значений. Следовательно, необходимо осуществлять подачу кислорода так, чтобы возможность образования турбулентных потоков была ми­ нимальной, например, использовать мелкопузырчатую систему аэрации вместо крупнопузырчатой.

Наконец, на тех станциях, где проводится одновременное оса­ ждение солями железа, при средней нагрузке на реактор (Вх = 0,2-0,4 кг Б П К /(кг ВВ •сут)), возможно пенообразование. Это свя­ зано с развитием в аэротенке определенного вида микроорганизмов (актиномицетов). При низкой нагрузке на реактор этой проблемы не возникает [12].

При осаждении солями алюминия высвобождения фосфора в анаэробных условиях не происходит.

В заключение следует также отметить важность контроля pH при одновременном осаждении при малых количествах осадителя, т. е. при молярном отношении около 1.

Наиболее ощутимой проблемой, возникающей при постоса­

ж дении и контактной ф ильтрации с применением солей железа

иалюминия, является сильное влияние щелочности воды при относительно низких дозах осадителя. Для понижения щелочности,

аследовательно, и концентрации фосфата необходимо добавление кислоты. Можно, например, добавить серную или соляную кислоту или увеличить количество осадителя (который сам по себе является кислотой), или можно также ввести в процесс биологической очистки стадию нитрификации, поскольку эта реакция идет с понижением щелочности.

Понизить содержание фосфата можно также, возвращая хими­ ческий осадок, образующийся на стадии постосаждения, в реактор, где происходит биологическая очистка, иными словами, объединяя постосаждение и одновременное осаждение. При этом используется сорбционная емкость химического осадка для удаления фосфатов на биологической стадии, где концентрация фосфатов несколько выше, чем в реакторе постосаждения.

При постосаждении также могут возникать проблемы, связан­ ные с удалением фосфора, содержащегося во взвешенном веществе. Одна из причин — использование неоптимального значения G. Можно оптимизировать условия турбулентности в реакторе или добавлять в реакционную смесь органические полимеры, которые увеличивают механическую прочность флокул, см. рис. 10.17. Кроме того, можно возвращать химический осадок из вторичного отстойника в камеру флокуляции, что приведет к увеличению объемной фракции флокул Ф.