АЭРОТЕНКИ

Технологические показатели работы аэрационной системы

Эффективность процесса очистки в аэротенках, состояние и окислительная способность активного ила определяются рядом условий, к которым относят: состав сточных вод, гидродинамические условия перемешивания, соотношение количеств поданных загрязнений и жизнеспособного ила, кислородный режим в сооружении, температуру и активную реакцию среды, наличие элементов питания, присутствие активаторов или ингибиторов процесса и т. п.

Концентрацией, или дозой, активного ила я, называют количество активного ила в единице объёма иловой смеси, г/л. В аэротенках разных систем и конструкций диапазон изменения доз ила достаточно велик - от 1 до 20 г/л.

Одной из основных характеристик состояния активного ила в аэротенке является нагрузка загрязнений на ил т. е. соотношение количества поданных загрязнений на единицу массы ила в единицу времени (в сутки). Обычно за меру количества загрязнений принимают их кислородные эквиваленты -ВПК и ХПК. За меру массы ила принимают 1 г сухого вещества или 1 г беззольного вещества ила. Предпочтительнее второй вариант, так как в активном иле обычно присутствует 25...35 % (по весу) минеральных веществ, которые не входят в состав биомассы микроорганизмов. Собственная зольность биомассы, т.е. минеральная часть клеточного вещества, составляет не более 5...7 %. Таким образом, органическая, или беззольная, часть ила гораздо точнее характеризует количество биомассы в иле, мгБПК_полн/г сут:

• 241*
• (3.1)

Различают понятия «нагрузка на ил» и «окислительная мощность ила» (удельная скорость окисления), или окислительная его способность. Нагрузкой на ил учитывается количество поданных загрязнений, а окислительной способнос тью - количество снятых загрязнений. При полной биологической очистке при БПК_пшш очищенной воды, равной 15...20 мг/л, окислительная способность ила составляет 90 % и более от нагрузки в зависимости от БПК_полн поступающей воды. мгБПК_полн/гч:

я, (1 ~

(3.2)

Окислительную способность, отнесенную к 1 ч, называют скоростью окисления; она является основным расчетным параметром аэротенка.

При характеристике работы аэротенка иногда пользуются понятием «возраст ила». Возрастом ила, или периодом его обмена, называют среднюю продолжительность пребывания ила в системе аэрационных сооружений. Определяется он как частное от деления массы (по сухому веществу) активного ила, находящегося в аэрационной системе (аэротенках, каналах, вторичных отстойниках), на массу активного ила, удаляемого из системы в сечение суток. Возраст ила, сут, определяют по формуле

(3.3)

где }У_аг„ У_кат УУ₀₁₅- объемы соответственно аэротенков, каналов и отстойных зон вторичных отстойников, м³; а, _ср, а ) _ср - средняя концентрация активного ила в аэротенках и каналах, кг/м³ (г/л); (9_И, - объём очищаемой воды, м/сут.; р,• - прирост активного ила, кг/м³. Масса ила во вторичных отстойниках по сравнению с массой ила в аэротенках невелика, поэтому произведением 0^а'_{; с}р можно пренебречь.

Показателем качества активного ила является способность его к оседанию. Эта способность оценивается значением илового индекса, представляющего собой объем активного ила в миллилитрах после 30-минутного отстаивания, который относят к 1 г сухого вещества ила.

Экспериментально установлено, что иловый индекс зависит от концентрации ила, поэтому его определение проводят при постоянной дозе ила, равной 3 г/л. Если анализируемая иловая смесь имеет дозу ила меньше 3 г/л, то его сгущают путем отстаивания, а если доза ила больше указанной, то его разбавляют водопроводной водой.

Хорошо оседающим считается ил с индексом не более

• 100.. Л20. Ил глубоко минерализованный может иметь индекс
• 60.. .90. В неблагоприятных условиях, при резкой перегрузке или недогрузке ила, резком изменении температуры, состава стоков и т. п. ил может «вспухать». «Вспухший» ил имеет индекс более 150...200. Такой ил плохо оседает и отделяется от воды во вторичных отстойниках, выносится с очищенной водой из сооружения, вследствие чего снижается общий эффект очистки и уменьшается концентрация ила в аэротенке. В то же время «вспухший» ил, обладая очень развитой поверхностью, эффективно очищает воду, но работа аэротенков с ним крайне неустойчива.

Влияние резкого изменения нагрузки на ил показано на рис. 3.1, из которого видно, что перегрузка переносится илом несколько легче, чем «голодание». Последнее обстоятельство быстро и резко приводит к «вспуханию» ила.

Рис. 3.1. Зависимость илового индекса от нагрузки (БПК$) на ил

При аэрации сточной воды с активным илом происходят процессы очистки воды и увеличение количества активного ила вследствие прироста биомассы и извлечения из воды биологически неактивных загрязнений. Если же этот процесс будет продолжаться достаточно долго, то после достижения какого-то максимума общая масса ила в системе начнет уменьшаться.

Явления, происходящие при очистке воды, показаны на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Закономерность прироста ила и снижение БПК для различных процессов с активным илом

В большинстве случаев характер и концентрация загрязнений сточных вод таковы, что процесс очистки в аэротенках осуществляется в соответствии с участком В-С кривой изменения концентрации ила в системе. Нагрузки на ил в этих условиях составляют 150...400 мг БПК_п0Л11 на 1 г беззольного вещества в сутки. Начальная БПК, равная ординате К - Н, невелика; на процесс затрачивается период 1] а в результате очистки происходит прирост ила Д^.

Большая часть загрязнений удаляется в первые несколько минут аэрации. Потребность системы в кислороде согласуется с характером снижения БПК. Это означает высокую начальную ВПК, а затем ее быстрое снижение до потребности в стадии эндогенного дыхания, которая остается практически постоянной до конца периода аэрации. Этот процесс носит название обычной, или классической, аэрации.

При концентрированных сточных водах с начальной БПК более 500 мг/л процесс описывается участком кривой А-С (см. рис. 3.2). Период обработки возрастает до ₂> ^а прирост ила в системе - до А5₂. Нагрузка на ил характеризуется величинами

400.. .1000 мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества в сугки.

Снижение БПК до определенного предела происходит приблизительно линейно в зависимости от концентрации ила и продолжительности процесса. Ниже этого предела скорость окисления зависит от концентрации остающихся загрязнений. Потребление кислорода на участке Е-Р либо постоянно во времени, либо слегка возрастает. Ниже точки Р скорость потребления кислорода быстро снижается и достигает уровня при эндогенном дыхании.

Если период обычной аэрации удлинить и аэрировать смесь в течение времени /₃ то концентрация ила в конце процесса обозначится точкой Д т.е. окажется равной концентрации ила в начале процесса. Иными словами, весь образовавшийся ил за время /₃ успеет минерализоваться. Этот процесс носит названия полного окисления, полного самоокисления ила в аэротенках, длительной аэрации и т.п. В последнее время такой вариант обработки стоков нашел широкое распространение, особенно для небольших объемов сточных вод. Если исключить из системы очистных сооружений первичные отстойники (что вполне возможно), то при полном окислении ила в аэротенках отпадает необходимость в сооружениях по обработке осадков, кроме сооружений по подсушке минерализованного ила.

Теоретически невозможно провести указанный процесс так, чтобы минерализовать полностью весь образовавшийся ил, т.е. достигнуть величины ДА = 0. Активный ил может быть окислен на 35...70 % (по весу), остальная часть, состоящая в основном из биологически неокисляемых веществ, инертной биологической массы, накапливается в сооружении, а затем может быть удалена из него в виде залповых выносов. Такие залповые выносы биомассы снижают общесанитарный эффект очистки воды. Для аэротенков длительной аэрации нагрузка на ил находится на уровне 100... 150 мг БПК на 1 г беззольного вещества в сутки.

Процесс полного окисления можно провести в две стадии: 1) за время /] очистить воду до требуемой кондиции (по схеме обычной аэрации); 2) за время Ц окислить избыточный ил ДЗ) (после уплотнения в илоуплотнителях). Сумма г_л + (₄= Ь, т. е. общий результат обработки будет таким же. что и по схеме полного окисления, но этот вариант дает очевидные преимущества в сокращении объема сооружений, так как отдельно окисляемый в сооружениях ил имеет в 3...5 раз более высокую концентрацию, чем в аэротенке.

Обработку ила в аэробных условиях называют аэробной стабилизацией ила или аэробной его минерализацией. Аэробную стабилизацию ила достаточно широко применяют в настоящее время для обработки небольших количеств ила. При этом требуемое время окисления Ц составляет около 10 сут.

Расход воздуха, обеспечивающий заданный эффект очистки воды и обработки ила, оценивают в м³, отнесенных к 1 м³ очищаемой воды, а также к 1 кг снятой ВПК. При обработке городских сточных вод и пневматической системе аэрации удельный расход воздуха составляет соответственно 5... 15 м³/м³ и 25...60 м³/кг.

Необходимый расход подаваемого воздуха определяют по концентрации растворенного кислорода в иловой смеси. Считают, что при концентрации растворенного кислорода 2 мг/л и более скорость окисления органических веществ не лимитируется недостатком кислорода.