- •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
Глава 10
Небиологические системы для удаления фосфора из сточных вод
Эрик Арван, М огенс Хенце (Erik Arvin, Mogens Henze)
Фосфор — один из важнейших элементов из числа необходимых жи вым организмам. Сам по себе он нетоксичен. Проблемы возникают в тех случаях, когда в природные водоемы сбрасывает избыточное количество фосфора и других макроэлементов, например азота. Это приводит к эвтрофикации — ускоренному росту водорослей и в итоге к нарушению равновесия в экологической системе водоема. Последствием может быть, например, ухудшение условий жизни для рыбы из-за исчерпания кислорода и т. д. Из-за помутнения воды и неприятного запаха снижается ценность водоемов, исполь зуемых как места отдыха людей. Если же данный водоем служит источником питьевой воды, то опять же из-за неприятного запаха и вкуса, вызванных присутствием органических веществ и жизне деятельностью водорослей, серьезно усложняются техническая и коммерческая сторона очистки воды.
Для того чтобы снизить или предотвратить эвтрофикацию, необходимо ограничить попадание фосфора в природные водоемы. Снижения концентрации фосфора в стоках можно достигнуть, понизив его концентрацию в детергентах. Однако наиболее рас пространенный путь решения проблемы — применение какого-либо способа очистки сточной воды.
10.1. Уравнения массового баланса для процессов удаления фосфора
Ни один из существующих способов очистки не приводит к тому, что фосфор исчезает в воздухе. Целью всех процессов является пе ревод растворенного фосфора в его нерастворимую форму, которую можно отделить в процессе разделения, например, осаждением.
Рис. 10.1. Фосфорсодержащие вещества в сточной воде.
В процессе очистки воды мы всегда имеем дело с фосфором в виде фосфатов. На рис. 10.1 представлено типичное распре
деление |
фосфорсодержащих компонентов в городских стоках до |
и после |
биологической очистки. Полифосфаты гидролизуются |
до ортофосфатов, а основная часть растворимых органических фосфорсодержащих соединений также переходит в ортофосфаты в результате биологического разложения органических веществ.
Обычно под взвешенными фосфорсодержащими веществами понимают органические фосфаты, однако в эту группу также могут входить химически осажденные ортофосфаты и биологически свя занные полифосфаты. Состав фосфатов во взвешенных веществах обычно не представляет большого интереса, поскольку взвешенные вещества отделяют от воды такими методами, которые являются селективными по отношению не к составу частиц, а к их размеру, заряду, плотности и т. д.
Если использовать обозначения, введенные на рис. 10.2, то уравнение массового баланса фосфора на станции очистки можно записать следующим образом:
Ql *СробщД “Ь Q4 *Сробщ,4 == Q2 ■Сробщ,2 Н" Q3 *Сробщ.З (10.1)
где Сробщ — общая концентрация фосфора, например, в г Р /м 3.
04
С Ровщ.4
Рис. 10.2. Основная схема химического удаления фосфора.
Осаждающее вещество обычно не содержит фосфатов, так что
Сробщ,4 = 0.
Фосфор, содержащийся в обработанном стоке, Q2 •Ср0бщ,2, как правило, подразделяют на растворимый Q2 •Sp06i4,2 и взвешенный Q2 Хробщ,2*
Q2 * Сробщ,2 = Q2 * Spo6u*,2 Q2 * Хр0бщ,2 |
(10.2) |
Обычно считают, что во взвешенных веществах содержание фосфора значительно больше, чем его содержание в растворимой форме, т. е.:
Q3 * Хробщ.З > Q3 * Sp06ii*,3*
Следовательно,
Q 3 * Сробщ.З ~ Q 3 • Хробщ.З
Пример 10.1. На станции очистки ежесуточно обрабатывается 11000 м3 городских стоков с содержанием фосфора 12 г Р/м3
Станция работает на активном иле, причем избыточный ил составляет 4000 кг ВВ/сут, а зольность его 20%.
Фосфор необходимо удалять осаждением таким образом, чтобы его концентрация на выходе составляла 1 г Р/м3.
Определите содержание фосфора в избыточном иле.
Из уравнения массового баланса (10.1) находим содержание фосфора в иле Q3 •Ср0бщ,з:
Q l * Сробщ.1 + Q 4 * Сробщ,4 = Q2 * Сробщ,2 + Q 3 ‘ Сробщ.З |
(Ю .1 ) |
Считаем, что в осадителе фосфор не содержится, т. е. Ср0бщ,4 = 0, и что Q4 = 0(< Q i).
Содержание фосфора в избыточном иле, С р 0бщ,з определяем из выражения:
Q 3 * Сробщ.З = |
Q l * Сробщ.1 — Q 2 * Сробщ.2 |
Сробщ.З = (Q l |
•Сробщ, 1 — Q 2 •C p o6i4,2)/Q 3 |
Нам известно:
Qi = 11000 м3/сут
Сробщд = 12 г Р/м3
Сробщ,2 = 1 Г Р/М3
Необходимо рассчитать Q3 и Q2. Избыточный ил Q3 находим из условия:
Q3 •Хвв.з = 4000 кг ВВ/сут,
Хвв.з = 20%ВВ, т. е. 200 кг ВВ/м3,
Q3 = (4000 кг ВВ/сут)/(200 кг ВВ/м3) = 20 м3/сут.
Из уравнения баланса воды определяем Q2:
Qi = Q2 + Q3,
Q2 = Qi — Q3 = 11000 м3/сут — 20 м3/сут = 10 980 м3/сут
На практике мы можем не учитывать Q3 в балансе воды (но не в балансе взвешенного вещества).
Подстановкой получаем значение Сробщ.з:
Сробщ.з = (11000 м^сут •12 г Р/м3 —10980 м/^сут - 1 г Р/м^)/20 м/'сут =
= 6051 г Р/м3
Бели мы считаем, что весь фосфор в обработанном стоке соот ветствует растворенному фосфору в избыточном иле Бробщ.з (что неверно), то можно рассчитать содержание фосфора во взвешенном веществе избыточного ила:
Хробщ,з/ХвВ,3 = (Сробщ.З — 5робщ,з)/Хвв,з =
= (6051 г Р/м3 — 1 г Р/м3)/200 кг ВВ/м3 = 30 г Р/кг ВВ или 3%.
Мы видим, что содержание растворенного фосфора в избыточном иле (1 г/м 3) очень низкое по сравнению с общим содержанием (6051 г/м 3), а сделанное выше предположение о том, что содержание растворенного фосфора равно 1 г/м 3 не влияет на конечный резуль тат.
10.2. М ехан изм ы ф и зи ко-хи м и ческого
удаления ф о сф о р а
При рассмотрении физико-химических процессов удаления фосфо ра принимается, что скорости осаждения, адсорбции и ионного обмена настолько высоки, что не влияют на общую эффективность