мая 08 2003

Розрахунок аеротенку з урахуванням віку біоценозу

Опубликовано в 02:55 в категории Чистота воды и здоровье

УДК. 628. 35. 15

Розрахунок аеротенку з урахуванням віку біоценозу

Д.т.н., проф. Таварткіладзе I.М., аспiрант Федорець М.В. (Київський національний університет будівництва і архітектури, м. Київ)

З 80-х років усе більше спеціалістів схиляються до того, що для повного описання матеріального балансу вилучення забруднень правомірно включити у кінетику процесу зовнішньо дифузійні (сорбційна доставка субстрату) та внутрішньо дифузійні (окислення) процеси одночасно. Мала вивченість теоретичних основ сорбційно окислювальної кінетики біологічної очистки багатокомпонентного субстрату стічних вод не дає можливість розробити досконалу методику розрахунку.

В останні роки для підвищення ефективності очищення та зменшення енергоємності все ширше впроваджуються установки, де у системі біологічної очистки стічних вод одночасно використовуються прикріплений та завислий (змішаний) біоценоз, з використанням сорбентів.

Накопичені авторами результати промислових досліджень для різних категорій стічних вод [1], вказують на суттєве збільшення питомої продуктивності змішаного біоценозу порівняно з установками, в яких використовується окремо прикріплений або завислий біоценоз. Помічені стабільність системи у цілому, можливість прискореного пуску. Можна припустити, що при використанні змішаного біоценозу окислювальна здатність збільшується завдяки відносно більшої швидкості сорбційного вилучення за рахунок прикріпленого біоценозу. Використання прикріпленого біоценозу збільшує вік змішаного біоценозу (завислий біоценоз – вiк 8-10 дiб, прикрiплений – 24-26 дiб, змішаний – 16-18 дiб) і як наслідок збільшує глибину та питому продуктивність. Нажаль ні рівняння ферментативної реакції , ні рівняння Моно не враховують вік біоценозу.

Дослідження Дж. Дж. Бізогні, П. И. Ропер, Б. М. Репина, С. В. Яковлева, В. А. Вавiлiн, А. В. Лоуренс, [2,3,4,5,6] вказують на існування впливу віку біоценозу на швидкість біологічної очистки стічних вод, а також седиментаційні характеристики біоценозу, ступінь активності біомаси, окислювальні властивості, швидкість самоокислення, на швидкість росту мікроорганізмів, на коефіцієнт відмирання біомаси, економічний коефіцієнт, здатність мікроорганізмів до закріплення у системі, процеси нітрифікації та денітрифікації, швидкість специфічного поглинання кисню, час аерації та на ефективність очистки стічних вод. Дослідження роботи біоценозу дозволили запропонувати уточнену кінетику транспорту та утилізації субстрату, а також представити її графічно (див. мал. 1). Ранні уявлення 40-х років про кінетику окислення субстрату, як про таку, що обумовлена у всіх випадках мономолекулярним законом, в останні роки не витримує критики, тому сьогодні цей закон можна розглядати, як справедливий тільки для доочищення або при початковій концентрації субстрату Sо

У інших випадках транспорт субстрату є складним біохімічним та гідродинамічним процесом, який в уточненому вигляді можна розуміти, як такий який здійснюється чотирма макро- та мікрошарами біоценозу.

Так як швидкість окислення приблизно у 80 разів менша за швидкість сорбції, то у верхніх шарах біоценозу припускається лімітування процесу та So-Sn буде наближатися до 0, тобто процес повинен зупинитися. Але велика кількість досліджень показують, що процес масопереносу відбувається та десорбція відсутня. Тому можна уявити, що існує деякий поверхневий шар 3Н (див. мал. 1), який завдяки інтенсивний “роботi” мiкроорганізмiв-гiдробiонтiв є відносно вільним для дифузії субстрату з рідкого шару. Аналогічна картина може мати місце між активним та пасивним шарами, тобто може існувати простір 4Н.

Мал.1. - Концептуальна схема біоценозу.

де St кінцева концентрація забруднень, мг/л; S0 - початкова концентрація біоценозу, мг/л, d – товщина біоплівки, 3Н, 4Н – поверхневі шари.

Таким чином, при розгляданні кінетики транспорту субстрату у біологічній системі, представляється коректною концептуальна технологiчна схема, яка враховує вік біоценозу та складається з багатоступінчатої системи масопереносу. Ця схема для стаціонарного стану має такий вигляд:

ПРИПЛИВ - ПЕРЕНЕСЕННЯ - ОКИСЛЕННЯ + ВИНОС = 0

Приплив ; Перенесення ; Окислення ; Винос

У цьому рівнянні використовується вираз замість. Це можна робити тому, що вік біоценозу – це час перебування біоценозу у системі, тобто час аерації та регенерації разом.

Аналізуючи літературні дані виявилось, що при визначенні віку завислого біоценозу найбільш вдалим є рівняння В. А. Вавiлiна [5], для визначення віку прикріпленого біоценозу – рівняння Коуда, а для визначення віку змішаного біоценозу ми спробували розробити рівняння з подальшою його апробацією.

При рішенні балансового рівняння нами було отримано рівняння для визначення віку біоценозу:

при Д>0,

при Д

Де q - вік біоценозу, добу; Пр - приріст активного мулу, мг/л; X - концентрація біоценозу, мг/л; K - максимальна швидкість сорбції, мг/л добу; 1/A - коефіцієнт сорбції, мг/л; r - максимальна швидкість окислення субстрату біоценозом, мг/л добу; Km - коефіцієнт Міхаєліса, мг/л; St - кінцева концентрація мікроорганізмів, мг/л; q - навантаження, мг/мг добу.

Для розрахунку об’єму аеротенка необхідно розрахувати:

де W – об’єм аеротенка, м3; Q – витрата стічних вод, м3/доб; tаер – час аерації, діб.

Ми порівняли графік побудований за даними рівняння (1), експеріментальними даними та за даними рівняння В.А. Вавіліна [5] (див. мал.2.) . Ми отримали малу розбіжність цих графіків, тому можна що рівняння (1) придатне до використання у розрахунках.

Формула Вавіліна В.А. має вигляд , де Bv0 - концентрація біоценозу, мг/мг; Т – час аерації; Y – економічний коефіцієнт; L0, Le – початкова та кінцева концентрація мікроорганізмів, мг/л.

Висновки:

Згідно з літературними даними та власними дослідженнями виявлен вплив вiку біоценозу на глибину очищення стічних вод, а також нiтро-денiтрифiкацiю.

Розроблений схема розрахунку, об’ему аеротенка зурахуванням віку біоценозу.

Результати попереднього дослідження показали сходимiсть з експеріментальними даними, а також підвищення ефективності очищення стічних вод і зменшення капиталовкладень та енергоемности.

Література:

1. Таварткиладзе И. М. – “Сорбционные процессы в биофильтрах” – М.,Стройиздат 1989 г.

2. Bicogni J. J., Lowrence A. W. Relation ship between biological solid retention time and settling characteristic of activated sludge. –
Water Research, 1971, 5, № 9.

3. Roper R. E., Grady C. P. L. F models of the bio-oxidation process which incorporation the viability concept. - Water Research, 1974, 8, № 7.

4. Яковлев С. В. Скирдов, Шевцов, Бондарев, - Биологическая очистка производственных сточных вод.- М. Стройиздат 1985 г.

5. Вавилин В. А. Время оборота биомассы и деструкция органического вещества в системах биологической очистки (АН СССР институт водных проблем. – М.: Наука. 1986.

6. Lawrence A. W. Mc Carty P. L. Unified basis of biological treatment design and operation – J. Sanit. Eng. Div. ASCE, 1970 96 № 3.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.